致密砂巖氣藏裂縫測井評價研究＊

孫偉豪，閆浩霖，朱金玉，郭芮潔

（西安石油大學地球科學與工程學院，陜西 西安 710065）

近年來，鄂爾多斯盆地東部天然氣勘探取得新突破，預示著盆地東部具有良好的天然氣勘探前景[1]。然而，目前針對盆地東緣地區上古生界天然氣成藏控制因素的研究仍較為薄弱，如研究區儲層整體較薄，盒8段在10～20 m，山1 段在5～15 m，薄砂體內天然氣成藏規律尚不十分清楚；儲層埋深較大，普遍在4 000～5 000 m，但部分儲層段孔隙度仍大于10%，深部優質儲層發育規律有待研究[2-3]。鄰近井區之間成藏條件相似，但是天然氣富集程度相差較大，天然氣富集成藏規律并不清楚，這些問題很大程度上限制了該區勘探工作的深入進行。因此，有必要對鄂爾多斯盆地東緣上古生界天然氣成藏特征進行深入研究，力求可以在天然氣勘探目標的預測方面指明方向并提供佐證。

目前在致密砂巖儲層裂縫預測的領域，國際上通常采用的技術方法有地質及測井分析法、地震預測方法、構造曲率分析法及構造應力場數值模擬方法等[4-6]。例如，何平等[7]在對以巴喀油氣田八道灣組氣藏儲集層為代表的低滲、特低滲透率裂縫性儲集層裂縫的研究中，通過定量分析，結合常規測井資料，運用分形學原理，通過R/S 數據分析及由其得出的分形維數，在一定程度上可以定量反映儲集層中裂縫的發育程度；劉俊州等[8]針對川西XC 地區致密砂巖提出一套基于地震疊前與疊后多屬性融合的裂縫地震預測方法，其預測結果表明，運用多尺度裂縫綜合預測技術可以很好地描述裂縫性儲層，且預測結果與實際生產中井的油氣產出情況吻合度高；劉暢等[9]以沁水盆地南部地區山西組為例，運用古構造應力場模擬的方法，系統地對煤系致密砂巖的裂縫發育特征進行了研究，并在此基礎上對裂縫發育區進行了有效預測等，這些都是致密砂巖裂縫預測的成功案例。

采用常規測井方法建立模型來識別致密砂巖裂縫是目前國內外研究的熱點和難點。目前，鄂爾多斯盆地東緣低幅構造區的裂縫測井識別精度不高，在一定程度上對該地區煤系致密砂巖氣的高效勘探開發造成了不利影響。為了提高該地區上古生界致密氣藏的勘探成功率，本文運用R/S變尺度法，針對L 區塊進行了上古生界致密砂巖氣藏的裂縫測井評價研究，提出了一套適用于該地區致密氣藏裂縫的測井評價思路及方法，可以為致密砂巖裂縫型油氣勘探提供新的思路。

1 地質背景

1.1 上古生界現今構造特征

研究區鄂東地區位于晉西及鄰區的撓曲褶皺帶上，在中晚元古代至古生代為相對隆起區，早二疊世之前沉積速率較小；在中生代晚侏羅世之后不斷發生抬升，改造成為鄂爾多斯盆地西傾大單斜的組成部分。晉西撓褶帶的構造演化活動受東部呂梁山隆起和基底斷裂的聯合控制，褶皺和斷裂活動主要受燕山期構造運動的影響，并最終定型于喜馬拉雅構造運動期[10]。

研究區內褶皺的構造行跡以NS（南北）向為主，表現為寬緩褶皺，局部發育一些逆斷層。臨興區塊的東南部為紫金山隆起，從隆起頂部向外劃分為隆起帶、斜坡帶、凹槽帶及平緩構造帶。研究區缺失侏羅系-白堊系，地層自白堊紀以來發生了強烈剝蝕隆升，剝蝕厚度為1 300～2 000 m。

1.2 巖心裂縫發育特征

構造裂縫及非構造裂縫廣泛分布于目的層石千峰組、上石河子組、下石河子組、山西組、太原組和本溪組的致密砂巖中，以構造裂縫為主，主要包括張性縫、剪切縫及一定數量擠壓縫。巖心觀察結果表明，目的層裂縫的產狀包含水平、低角度、高角度及垂直等多種類型，整體上以近水平和近垂直裂縫為主。目的層裂縫砂巖特征巖心觀察如圖1 所示。圖1（a）為張性縫，LX-5 井，1 284～1 285 m，盒1 段；圖1（b）為剪切縫，LX-5 井，1 731.27～1 731.52 m，太1 段；圖1（c）為水平層理滑動縫，LX-10 井，1 610 m，盒8 段。

圖1 目的層裂縫砂巖特征巖心觀察

對目的層致密砂巖中的不同類型裂縫的成因進行分類及統計，統計結果如圖2 所示。

圖2 不同類型裂縫類型及傾角統計結果表（13 口井，樣本參數N=198）

從圖2 中可以看出，目的層致密砂巖中主要發育有張性縫、剪切縫及水平滑動縫，同時發育少量擠壓縫及溶蝕縫。張性縫是在拉張應力條件下形成的裂縫，通常具有位移方向與破裂面相垂直的特點，縫面粗糙不平整，裂縫常常圍繞礦物顆粒等薄弱面分布[11]。在致密砂巖中張性縫的比例約為18.72%。剪切縫是由構造剪切作用而形成的，地層應力條件下有時緊閉（不開啟），該類裂縫往往較為平直，延伸距離較長。剪切縫一般以組系發育，縫面平滑且常切過巖石顆粒，其所占的比例最大，約為36.9%；水平滑動縫也是目的層中一種極為重要的裂縫類型，其比例約為24.6%；擠壓縫和溶蝕縫在致密砂巖中所占比例相對較小，分別約占6.42%、13.37%。

2 基于常規測井模型的裂縫識別

采用多常規測井系列，基于“R/S變尺度法”識別致密砂巖裂縫的效果較好。本研究采用該方法對裂縫進行測井識別，其識別裂縫的主要依據為裂縫的存在能增加測井數據的復雜性[12]。通過研究單測井參數序列的過程序列全層段極差R（n）與標準差S（n）的比值與測井點數n之間的變化關系，對天然裂縫發育段進行預測[13-14]。通過與裂縫實際觀察結果進行對比，可以驗證該方法的裂縫識別效果。

裂縫測井識別圖版顯示如圖3 所示。

圖3 裂縫測井識別圖版

首先，對裂縫存在的敏感測井系列進行分析。基于上述裂縫發育層段識別結果，對裂縫測井參數進行了提取。聲波時差和電阻率測井系列對致密砂巖裂縫有較好的識別作用[13]。裂縫段的聲波時差分布在57～77 μs/ft，平均值為68 μs/ft；非裂縫段的聲波時差分布在47～67 μs/ft，平均值為58.9 μs/ft。裂縫段的電阻率分布為12～79 Ω·m，平均值為36.6 Ω·m；非裂縫段的電阻率分布為34～135 Ω·m，平均值為71.8 Ω·m。考慮到各單井常規測井中所包含的測井參數類別，最終選取AC、DEN、GR 及RLLD 這4 條測井曲線進行裂縫測井評價。致密砂巖中裂縫的存在均能在這4 類測井曲線上產生一定程度響應。以LXDG-01 井為例，利用上述原理對目的層樣本數據進行測井處理，獲得R/S與樣本參數N。然后，求取這2 個參數的雙對數值，如圖4 所示。

圖4 LXDG-01 井R/S 與樣本參數N 雙對數關系

上述曲線的斜率越小間接表明其存在裂縫的概率值就越大，與此同時在曲線上的表現則為曲線形態特征越為復雜，也就代表有裂縫存在的概率也越大。然而必須認識到致密儲集層大都具有較強的非均質性及各向異性，而且測井曲線的變化規律也較為復雜，測井數據復雜性的增加并不一定僅受控于裂縫，但該方法依然可以用于地層裂縫的概率判別。通過對不同類型常規測井數據進行判別結果對比，可優選出在識別裂縫中較為可靠或相關性最強的常規測井系列[15]。

從圖4 的解釋結果來看，直接通過該計算所獲得的結果的離散度較高，并不能有效提取裂縫信息，因此對該方法進行了改進。利用二階導數可以指示曲線的斜率。同時，利用該方法可以有效剔除無效的裂縫信息，提高裂縫測井識別效果。該方法的基本原理如下：

以上為各單一測井系列的二階求導結果K，可以認為當K＜0 時，裂縫不發育；而當K＞0 時，裂縫發育，且K值越高裂縫的發育程度越高。在對各單一測井系列K值求取的基礎上，最終利用多元回歸法，綜合4 條測井曲線的裂縫信息，完成對裂縫的測井預測。該計算公式如下所示，F為裂縫指數：

LX-4 井各測井系列K值及裂縫測井評價如圖5所示。

圖5 LX-4 井各測井系列K 值及裂縫測井評價

根據式（1）—式（4）求取最終裂縫預測結果K及裂縫指數F。LX-4 井位于緊鄰紫金山巖體北部的平緩構造帶。該井太2 段是產氣量高、產水少的代表井。將測井預測結果與FMI 裂縫識別結果進行了對比。該井段共發育26 個裂縫段，利用該測井解釋結果識別出其中的21 個，裂縫識別率為81%。本裂縫測井解釋方案對L 區塊主要目的層的裂縫平面分布進行了測井評價。從裂縫的分布特征來看，下覆本溪組和太原組裂縫發育程度最高；而上覆山西組到石千峰組的裂縫僅在局部富集，發育程度相對要低一些。裂縫測井解釋結果與裂縫實際觀察結果是一致的。

3 裂縫的控氣作用

裂縫是油氣儲層特別是裂縫性儲層的重要儲集空間，更是良好的滲流通道。相比巖石孔隙度，裂縫可以更加有效地增加儲層的滲透率，為油氣提供有效、高速的滲流通道。儲層微觀孔喉半徑所控制的毛管力對致密砂巖氣藏的聚集有重要的影響[16-17]。當微觀孔喉半徑大于臨界孔喉半徑，天然氣受浮力作用將會發生運移；反之，天然氣可聚集成藏，形成致密砂巖氣藏[18-19]。在致密砂巖氣藏形成后，構造形成的構造裂縫可以對原有致密砂巖氣藏進行調整改造。

L 區塊各地層裂縫發育程度與氣井分布交匯圖如圖6 所示。可以發現，裂縫指數大于0.6 時多為商業氣井，而非商業氣井的裂縫指數多小于0.6[20]。但是，紫金山隆起帶區域裂縫和斷裂均特別發育，這些區域的保存條件差，裂縫對天然氣的聚集主要起負向作用。裂縫過度發育會極大提高致密砂巖的孔滲性，從微觀來看，儲層微觀孔喉大于或遠大于臨界孔喉，天然氣容易逸散，不易于致密砂巖氣藏的保存。對于紫金山帶以外的低幅度構造區，適度發育的裂縫對天然氣的富集和保存均較為有利。

圖6 L 區塊各地層裂縫發育程度與氣井分布交匯圖

4 結論

本文建立了針對鄂爾多斯盆地東緣地區L 區塊基于常規測井參數的裂縫測井解釋改進模型。裂縫分析結果表明，太原組和本溪組裂縫最為發育，而上覆地層僅局部發育裂縫。裂縫主要分布在低幅構造的隆起區和斜坡區，其次為平緩構造區，而挖槽帶裂縫相對欠發育。L 區塊本溪組和太原組裂縫對天然氣的聚集起負向作用；而上覆地層裂縫對天然氣的聚集起正向作用，即裂縫對該地區致密砂巖氣的富集具有一定正向作用。本文針對上古生界致密砂巖氣藏的裂縫測井評價研究，提出此裂縫測井評價方法，可以為致密砂巖裂縫型油氣勘探提供新的思路。