齊寶權(quán), 羅利, 張樹東, 羅寧, 任興國, 劉航

(1.中國石油集團測井有限公司西南分公司, 重慶 400021;2.中國石油集團川慶鉆探工程公司地質(zhì)勘探開發(fā)研究院, 四川 成都 610051)

0　引　言

阿姆河右岸上侏羅統(tǒng)卡洛夫-牛津階是一套緩斜坡參預-淺水臺地礁灘碳酸鹽巖沉積組合[1-5],沉積環(huán)境為較深水碳酸鹽巖緩斜坡-淺水臺地生物礁、灘相的沉積組合,卡洛夫-牛津階以厚層狀海相灰?guī)r為主,夾薄層泥巖。儲層主要分布在礁上層(XVhp)、生物礁層(XVa1)、致密層(XVz)和礁下層(XVa2)4個巖性段內(nèi)。每個小層均發(fā)育裂縫,裂縫發(fā)育程度上部層位(XVhp)好于下部其他層位,阿姆河右岸的東部區(qū)塊優(yōu)于中部區(qū)塊。裂縫表現(xiàn)出多期次,并與構(gòu)造演化及斷裂活動密切相關(guān)[6-8],其中構(gòu)造裂縫是主要的裂縫,對東部區(qū)塊油氣產(chǎn)量具有重要控制作用。

本文根據(jù)多口井的巖心和鑄體薄片觀察,形成綜合成因、期次、充填性、與溶蝕的關(guān)系等測井分類方法,建立裂縫類型測井識別方法。用電成像測井對各種裂縫進行分類識別,用常規(guī)測井資料對不同產(chǎn)狀裂縫進行判別,用聲波與中子交會方法對有效裂縫進行識別。利用電成像測井解釋的裂縫張開度、陣列聲波提取的斯通利波能量差和遠探測聲波處理的反射系數(shù)以及深淺雙側(cè)向差異等參數(shù),建立有效裂縫評價的4個標準,形成裂縫有效性評價方法。

1　裂縫的地質(zhì)特征和分類

1.1　巖心裂縫的特征

根據(jù)巖心和鑄體薄片觀察描述,該區(qū)可識別出宏觀裂縫與微細裂縫2種類型[9]。宏觀裂縫包括成巖裂縫和構(gòu)造裂縫2種類型,成巖裂縫包括成巖壓裂縫和縫合線,縫的寬度多數(shù)在0.1～5 mm之間,部分或大部分裂縫被充填;構(gòu)造裂縫包括水平、斜交和垂直裂縫,縫寬在0.1～10 mm之間,部分半充填縫可以達到厘米級。裂縫充填情況有全充填、半充填和未充填,充填物的成分主要是方解石,成巖裂縫的充填物還包括泥質(zhì)和有機質(zhì)等。根據(jù)徐文禮等[9]的研究,該區(qū)裂縫形成主要有3個期次,即燕山晚期、喜山早期和喜山中期,其中喜山早期和中期形成的構(gòu)造裂縫具有通源性,巖心觀察該類構(gòu)造裂縫表現(xiàn)出充填與溶蝕作用及原狀多種狀態(tài),而更早期裂縫多為全充填和半充填。

1.2　裂縫的測井分類

在地質(zhì)研究的基礎上,考慮測井識別的可能性,綜合裂縫的成因、期次、充填性、與溶蝕的關(guān)系等,將該區(qū)裂縫分為2類:微細裂縫和宏觀裂縫。將宏觀裂縫進一步分為4小類:全充填裂縫、半充填裂縫、溶蝕擴大縫和晚期構(gòu)造縫。

(1) 全充填裂縫。裂縫基本為方解石全充填,無滲濾性,對儲層無貢獻。該裂縫組系眾多,成因復雜,多為最早期構(gòu)造縫、斷層牽引縫及少量壓溶充填縫,屬無效縫。

(2) 半充填裂縫。以高角度和近直立縫為主,該組裂縫在巖心上表現(xiàn)張開度較大,達厘米級,充填程度較高,部分井段全充填,部分半充填。半充填裂縫中部發(fā)育有石英、白云石、方解石粗大晶體,縫壁膠結(jié)較好,縫內(nèi)部具有一定的連通性。據(jù)成像測井資料解釋,該類裂縫有經(jīng)重泥漿壓裂而縫寬擴大表現(xiàn)。解釋為早期形成大縫,后經(jīng)充填或半充填形成,屬有效縫。

(3) 溶蝕擴大縫。通過成像測井解釋的沿裂縫面溶蝕擴大的一種裂縫類型,其特點是溶蝕作用沿裂縫面兩側(cè)進行,形成孔洞非常發(fā)育的溶蝕帶。與順層巖溶形成的平行于層面分布的溶蝕孔洞不同,該溶蝕孔洞是平行于裂縫面分布。該裂縫也是早期裂縫,發(fā)生在大規(guī)模巖溶之前或與巖溶時期相匹配,裂縫提供了巖溶通道,屬于有效縫。

(4) 晚期構(gòu)造縫。裂縫未溶蝕、未充填,以高角度縫為主,也發(fā)育斜交縫和少量水平縫,與溶蝕孔洞搭配形成好的儲層,能大幅度提高油氣產(chǎn)量。解釋為晚期裂縫,發(fā)生在大規(guī)模巖溶之后或與油氣充注相同期,屬于有效縫。

(5) 微細裂縫。裂縫的尺度較小,分布不規(guī)則,以成巖縫為主,在局部井和層分布,發(fā)育程度較中部區(qū)塊差,溶蝕作用形成的裂縫屬有效縫,而壓溶作用形成的經(jīng)有機質(zhì)和泥質(zhì)等充填的裂縫有效性差。

2　裂縫的測井識別

2.1　井壁裂縫的測井識別

2.1.1成像測井識別

(1) 溶蝕擴大縫的測井識別。沿裂縫面暗色條帶的寬度遠遠高于正常裂縫的寬度;沿裂縫面非均勻溶蝕特征,表現(xiàn)為裂縫帶的寬窄變化不均和顏色深淺變化大;溶蝕帶沿裂縫面分布或平行于裂縫面,與層理面斜交非平行關(guān)系[見圖1(a)]。

(2) 晚期構(gòu)造縫的測井識別。裂縫的寬度通常較小,呈細條狀特征,溶蝕擴大特征不明顯;裂縫的間距小,組系特征清晰,且以高角度縫或斜交縫為主;裂縫是“切割”溶蝕孔洞,與溶蝕孔洞無成因聯(lián)系;大部分裂縫形態(tài)完整[見圖1(b)]。

(3) 半充填裂縫的測井識別。表現(xiàn)為非連續(xù)狀延伸的圖像特征,因充填程度不同表現(xiàn)為縫寬變化較大,其非連續(xù)性和縫寬度變化較大區(qū)別于晚期構(gòu)造縫;由于裂縫壁的高阻物質(zhì)填充,裂縫面有亮色邊緣現(xiàn)象,區(qū)別于溶蝕裂縫;該裂縫能完整切割井壁及裂縫走向與就地應力方向不同而區(qū)別于壓裂縫和應力釋放縫[見圖1(c)]。

(4) 全充填裂縫的測井識別。多數(shù)裂縫以方解石充填為主,充填物與圍巖基本無電性差異,不易識別。當兩者之間有電性差異時,成像圖上表現(xiàn)為亮色的條帶狀特征[見圖1(d)]。

(5) 微細裂縫的測井識別。高分辨率成像測井能較好識別各種微細裂縫,通過微細裂縫尺度較小,產(chǎn)狀和規(guī)律性不強,溶蝕形成的寬窄不均勻性特征等予以識別[見圖1(e)]。

圖1　各類裂縫在成像測井圖上的特征

2.1.2常規(guī)測井識別

裂縫的寬度、發(fā)育度和產(chǎn)狀對常規(guī)測井都有較大的影響。當儲層發(fā)育裂縫時,一般自然伽馬較低;電阻率會大幅度降低,深淺雙側(cè)向曲線因降低幅度不同而表現(xiàn)出差異的特征;中子、聲波、密度三孔隙度曲線也會因受裂縫的影響其孔隙度表現(xiàn)為不同程度的增大。由于該區(qū)裂縫以高角度和斜交縫為主,而且大多數(shù)縫以單組系為主,網(wǎng)狀縫次之,低角度和水平縫較少,因此,裂縫的產(chǎn)狀和發(fā)育程度對測井有明顯的影響。常規(guī)測井對裂縫產(chǎn)狀也是最為敏感和差異較大的,表1總結(jié)了不同裂縫產(chǎn)狀條件下的測井響應特征。

表1　各種裂縫產(chǎn)狀的常規(guī)測井識別模式

注:φAC為聲波孔隙度,%;φCNL為中子孔隙度,%。

2.1.3中子與聲波交會法識別裂縫

圖2　XX-1井中子與聲波交會法識別裂縫

地層若為均質(zhì)的孔隙型儲層,中子孔隙度與聲波孔隙度應該基本相等,呈線性關(guān)系。在非均質(zhì)的孔洞型儲層,一般中子孔隙度會大于聲波孔隙度,二者也有線性關(guān)系。當?shù)貙影l(fā)育裂縫引起聲波跳波時,聲波時差增大的幅度大于中子孔隙度增大的幅度,呈現(xiàn)出聲波孔隙度大于中子孔隙度且呈非線性關(guān)系。如XX-1井在裂縫發(fā)育段和無裂縫的井段的中子—聲波關(guān)系交會(見圖2)。由圖2可清晰看出在無縫段(3 430～3 470 m)中子與聲波呈線性關(guān)系,而裂縫發(fā)育段(3 303～3 318 m)因聲波時差增大則中子與聲波跳出這個關(guān)系,表現(xiàn)為非線性關(guān)系。

2.2　井旁裂縫的測井識別

成像測井較好地解釋了井壁1 in*非法定計量單位,1 in=2.54 cm,下同探測范圍內(nèi)的裂縫發(fā)育情況,遠離井壁的裂縫可以借助遠探測聲波測量技術(shù)。XMAC-F1交叉偶極聲波測量儀(或其他遠探測儀器)能夠發(fā)現(xiàn)離井筒15 m范圍內(nèi)的反射體,包括孔洞和裂縫[11-12]。遠探測聲波成像測井的原理與二維地震方法相似,利用接收器接收從井筒外地層中被地質(zhì)界面(反射體)反射回的反射波,經(jīng)過特殊處理并成像,從而獲得井旁反射體的發(fā)育分布狀況[12-16]。這些反射體可能是裂縫、孔洞或地層巖性界面[17]。

由于遠探測聲波測量的是地層中存在的聲阻抗界面,同時反射波信號屬于弱信號,容易受井眼環(huán)境、地層噪聲的干擾,一直是測井處理與解釋的難點。目前,國內(nèi)外還沒有統(tǒng)一的遠探測聲波測井解釋標準。本文在數(shù)值模擬建立的各種類型反射體的經(jīng)驗解釋模板和標準實驗井標定的基礎上,結(jié)合常規(guī)測井、地質(zhì)錄井、電成像測井、地震等資料從反射體深度、大小、形狀等方面綜合進行反射體的識別以及反射體類型的解釋,再通過反射參數(shù)的計算最終得出井旁裂縫的發(fā)育程度,給出儲層劃分及試油方案的建議。

圖3是XX-21井XMAC-F1測量資料處理成果,在3 800～3 850 m井段有較為清晰的井旁裂縫反射成像指示。

圖3　XX-21井旁裂縫和電成像識別圖*非法定計量單位,1 mD=9.87×10-4 μm2,下同

3　裂縫有效性測井評價

裂縫的有效性取決于裂縫的張開度、發(fā)育程度、徑向延伸度和滲濾性。通過成像測井解釋井壁裂縫張開度和發(fā)育度,利用遠探測解釋裂縫的徑向發(fā)育度,利用陣列聲波解釋裂縫的滲濾性。

3.1　裂縫有效性的張開度評價標準

3.1.1通過裂縫的充填、溶蝕情況定性評價裂縫有效性

上述5類裂縫中,全充填裂縫是無效縫,其余4種裂縫屬有效縫,而溶蝕擴大縫有效性最好,晚期構(gòu)造縫次之,半充填縫較差。

溶蝕擴大縫的高滲透性主要原因是該類裂縫為大尺度裂縫,裂縫的間距較大,裂縫提供了地下水巖溶的通道,地下水主要沿著裂縫系統(tǒng)流動而對裂縫附近地層溶蝕形成較發(fā)育的溶蝕孔洞,這種溶蝕可能有多期次。經(jīng)深度溶蝕后的裂縫與裂縫周邊的溶蝕孔洞形成統(tǒng)一的儲滲體,裂縫與孔洞的天然搭配增強了孔洞與裂縫的配伍性與連通性,是高品質(zhì)儲層。單一一條該類裂縫即可解釋為有效儲層,即使發(fā)育在自然伽馬較高、孔隙度低的層位也是有效儲層。例如J21在下部XVI層內(nèi)3 251 m發(fā)育1條溶蝕擴大縫,其自然伽馬20 API,中子孔隙度6%, 聲波時差增至62%,電阻率降至30 Ω·m,屬于含泥質(zhì)低能相帶,測井解釋為有效儲層,該段測試獲氣。

晚期構(gòu)造裂縫是裂縫后期疊加在溶蝕孔洞之上,測井解釋該類裂縫的發(fā)育密度較高,能極大改善儲層的滲濾性。但是,與溶蝕擴大縫不同,該裂縫發(fā)育于致密層難以形成好儲層。

半充填縫是裂縫的充填作用大于溶蝕作用,有效性差主要是因為裂縫壁的充填物成為滲流的障壁,同時該類裂縫發(fā)育層位的溶蝕孔洞也不發(fā)育,與溶蝕孔洞的搭配性差,其作用在于連通縱向上的多套儲層。

根據(jù)阿姆河右岸東部地區(qū)裂縫的充填和溶蝕情況,建立了未充填、半充填和全充填裂縫的有效性評價表(見表2)。

表2　充填情況與溶蝕程度對裂縫有效性的評價標準

3.1.2裂縫寬度定量評價標準

通過對東部15口裂縫性儲層電成像計算的裂縫張開度與試油測試產(chǎn)量統(tǒng)計對比結(jié)果表明,除少數(shù)井在XVhp層由于微細裂縫發(fā)育程度較高獲得工業(yè)產(chǎn)能外,其余14口井當裂縫張開度小于10 μm時,均為低產(chǎn)層,因此將下限截止標準定為10 μm。

3.2　裂縫有效性的徑向延伸度評價標準

根據(jù)裂縫對深淺雙側(cè)向差異影響的實驗模型[17],結(jié)合不同井裂縫的巖心觀察和裂縫測井解釋的成果,同時參考了裂縫對儲層產(chǎn)能的影響情況,對不同試油層裂縫的徑向延伸情況進行分析,確定裂縫徑向延伸度評價標準(見表3)。表3中裂縫徑向延伸度超過深側(cè)向的探測深度2 m定義為深,介于深淺探測之間(0.5～2 m)定義為中,小于淺側(cè)向的探測深度(0.5 m)定義為淺,小于0.1 m定義為極淺。

表3　裂縫徑向延伸度有效性評價標準

3.3　裂縫有效性的斯通利波評價標準

低頻斯通利波受巖性影響小,具有較大的探測深度,與儲層的滲濾性具有直接關(guān)系,斯通利波能量差異能較好反映儲層滲透性,可在對不同儀器的系統(tǒng)校正基礎上建立評價標準。

經(jīng)對東部地區(qū)低孔裂縫型儲層的斯通利波能量衰減情況與儲層產(chǎn)能的關(guān)系分析,獲得了該區(qū)的利用斯通利波能量衰減程度評價裂縫有效性的標準。當斯通利波能量衰減量低于10%時,裂縫的有效性差;在10%～20%時,裂縫的有效性中等;大于20%時,裂縫的有效性好。

3.4　裂縫有效性的遠探聲波反射波能量評價標準

3.4.1反射能量提取技術(shù)

遠探測聲波測井發(fā)射探頭發(fā)出的彈性波可認為由點聲源發(fā)出,在地層中傳播后反射回來。如遇裂縫、溶洞等聲阻抗差異大的地層,則反射回井中的能量更高。根據(jù)這一理論,可通過式(1)計算反射波能量[18]

j=1,2,…,NZ;k=1,2,…,NZ

(1)

式中,Aref為反射波能量;x(j)為第j個采樣點的反射波能量;NZ為采樣數(shù)。

為便于研究,需要將探頭發(fā)射能量標準化,再求出反射能量與發(fā)出能量的比值,便可得到標準化后的反射能量值,可對同一口井的不同深度以及在不同井的反射能量進行對比研究。

聲波能量反射系數(shù)值越大,說明井旁裂縫越發(fā)育、徑向連通性越好、滲濾性越好。通過對東部12口DSI資料進行處理,利用聲波能量反射系數(shù)值與測試產(chǎn)量進行比較,當聲波能量反射系數(shù)平均值小于5%時,測試產(chǎn)能為低產(chǎn),因此,將下限截止標準定為5%。

4　應用實例

圖4　J-21裂縫參數(shù)測井綜合處理解釋成果圖

圖5　A-21井裂縫參數(shù)測井綜合處理成果圖

J構(gòu)造J-21井3 177～3 252 m井段(XVa1-XVI層)測試產(chǎn)氣118×104m3/d,產(chǎn)油28.98 m3/d,為低能相帶裂縫發(fā)育獲高產(chǎn)的實例(見圖4)。該儲層的特點是儲層段自然伽馬較高15～20 API(見圖4第1道自然伽馬曲線),總體為不易巖溶的低能相帶,儲層為多個薄層組成。其中,在3 213、3 216、3 225、3 251 m發(fā)育溶蝕擴大縫,裂縫傾角60°～80°(見圖4第4道DIP矢量點),傾向一致,為南西方向,解釋為單組系裂縫,縫的寬度(見圖4第4道FVAH曲線)8～18 μm,經(jīng)充分溶蝕的孔隙度(見圖4第3道孔隙度曲線)達到10%～16%,斯通利波變密度圖上干涉現(xiàn)象明顯(見圖4第5道變密度圖),斯通利波能量衰減(見圖4第7道ESTO曲線)15%～28%,遠探測聲波解釋反射波能量(見圖4第7道聲波能量反射系數(shù)曲線)較強,達到20%～45%,深淺雙側(cè)向比值大于2,該組裂縫對儲層段的產(chǎn)量具有主要的貢獻。該試油層段中其他儲層段發(fā)育的溶蝕孔洞與微細裂縫和宏觀構(gòu)造縫都有不同程度的關(guān)聯(lián),發(fā)育于低自然伽馬段的溶蝕孔洞,呈順層分布,或順北西南東方向的裂縫系統(tǒng)分布,裂縫都發(fā)生了不同程度的溶蝕,與孔洞搭配好,也是儲層高產(chǎn)的重要貢獻者。

圖5為A構(gòu)造的A-21井孔隙、裂縫參數(shù)成果圖。圖5中3 579～3 646 m段解釋為裂縫孔隙型儲層,該試油段以發(fā)育溶蝕孔洞為主,由于主要儲層段(3 607～3 615 m)自然伽馬較低(小于10 API),溶蝕作用充分,縱向上孔洞連片性好,孔隙度4%～10%,有利于形成好的儲層。由于該井裂縫不發(fā)育,裂縫張開度在1 μm左右;斯通利波能量衰減僅3%～7%,小于10%,指示儲層高孔隙度但滲透性差;遠探測聲波反射系數(shù)3%～5%,指示井旁裂縫發(fā)育度差。綜合解釋為儲層有效性差,最終的試油結(jié)果顯示A-21井產(chǎn)氣僅5.9×104m3/d。

以上2個例子說明在阿姆河右岸東部區(qū)塊裂縫類型和發(fā)育程度對改善儲層滲濾性具有重要價值。

5　結(jié)　論

(1) 阿姆河東部區(qū)塊裂縫類型主要有溶蝕擴大縫、晚期構(gòu)造縫、半充填縫、全充填縫和微細縫,其中溶蝕擴大縫和晚期構(gòu)造縫是最重要的有效裂縫,對儲層產(chǎn)量具有控制作用。

(2) 裂縫的有效性評價包括裂縫的張開度、徑向延伸度、裂縫的充填程度和發(fā)育度,成像測井、斯通利波能量衰減、遠探測反射系數(shù)和深淺雙側(cè)向差異能較好用于評價裂縫的有效性。

(3) 初步建立了裂縫有效性評價標準,對該區(qū)裂縫性儲層的解釋評價具有參考價值。

(4) 進一步關(guān)注和研究溶蝕擴大縫的發(fā)育分布規(guī)律,對于尋找高產(chǎn)井和水平井的部署有重要意義。