劉志遠(yuǎn)

(中國(guó)石油化工股份有限公司石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，北京100083)

0 引言

裂縫在致密砂巖儲(chǔ)層中廣泛分布，是決定致密砂巖成藏與甜點(diǎn)分布關(guān)鍵因素[1-3]，而裂縫的強(qiáng)烈非均質(zhì)性與復(fù)雜性導(dǎo)致其分布不確定性，一直是地質(zhì)研究的難題[3]。由于地震平面覆蓋率高，采用地震相干、各向異性等屬性預(yù)測(cè)裂縫分布是目前普遍研究與采用的技術(shù)[4]，但受地表干擾、巖性物性相變及地層的各向異性等多種因素影響，裂縫預(yù)測(cè)結(jié)果常常不盡人意。測(cè)井具有高分辨率的顯著優(yōu)勢(shì)，是識(shí)別裂縫的有效方法[5]，遠(yuǎn)探測(cè)聲波技術(shù)[6]利用裂縫與地層的波阻抗差異將地球物理測(cè)井識(shí)別井周裂縫的范圍從成像測(cè)井的幾厘米提升到幾十米的范圍，但該方法需要采用全波測(cè)井資料，且目前最遠(yuǎn)也僅能探測(cè)到井周50 m以內(nèi)的裂縫，應(yīng)用條件與識(shí)別范圍有限。傳統(tǒng)測(cè)井常規(guī)方法評(píng)價(jià)單井裂縫僅為“一孔之見(jiàn)”，難以在平面上給出裂縫的分布，前期研究常采用井點(diǎn)裂縫密度平面插值，結(jié)合地層構(gòu)造曲率等預(yù)測(cè)裂縫發(fā)育區(qū)，這種方法簡(jiǎn)化了地下地質(zhì)情況，未體現(xiàn)裂縫展布[8]，預(yù)測(cè)的裂縫發(fā)育區(qū)域與實(shí)際情況常常相差較大。掌握裂縫的分布規(guī)律，評(píng)價(jià)裂縫縱橫向上的分布，對(duì)于致密砂巖油氣藏的成藏研究、尋找儲(chǔ)層甜點(diǎn)以及有效開(kāi)發(fā)都具有積極意義，因此，有必要探索裂縫帶識(shí)別方法，對(duì)裂縫發(fā)育帶開(kāi)展深入評(píng)價(jià)。

另一方面，Nelson等[8-9]提出區(qū)域裂縫，認(rèn)為區(qū)域裂縫是在應(yīng)力場(chǎng)作用下形成的分布廣泛、幾何形態(tài)穩(wěn)定、不受局部構(gòu)造控制的裂縫系統(tǒng)。在克拉通盆地中，受剪切擠壓作用影響，區(qū)域裂縫發(fā)育具有分布規(guī)則、規(guī)模大、間距寬、發(fā)育范圍廣、產(chǎn)狀相對(duì)較穩(wěn)定及延伸較遠(yuǎn)的特點(diǎn)。因此，對(duì)于這些大規(guī)模發(fā)育的區(qū)域裂縫，采用合適的方法能夠從測(cè)井上進(jìn)行識(shí)別追蹤。

鄂爾多斯盆地屬于典型的克拉通盆地，曾聯(lián)波[10]根據(jù)靖安地區(qū)的古地磁定向巖心及露頭區(qū)研究，認(rèn)為靖安地區(qū)廣泛發(fā)育東西向和南北向2組呈棋盤(pán)格式分布的區(qū)域裂縫，裂縫發(fā)育規(guī)模大，對(duì)壓裂改造與注入水水淹影響明顯；曾聯(lián)波[11]在對(duì)盆地南部的固城川地區(qū)研究中認(rèn)為, 該區(qū)區(qū)域裂縫以與地層走向和傾向斜交分布的北西向和北東向2組斜向正交裂縫為主，對(duì)于滲透率能夠提高1～2個(gè)數(shù)量級(jí)。邵曉州[12]綜合野外露頭、巖心和成像測(cè)井等資料，認(rèn)為鹽池地區(qū)裂縫較發(fā)育，多為垂直、高角度構(gòu)造成因縫，裂縫走向主要為NE-SW向和近EW向2組，其他方向裂縫發(fā)育程度相對(duì)較弱。趙希[13]統(tǒng)計(jì)鄂爾多斯盆地伊陜斜坡中部樊學(xué)油區(qū)長(zhǎng)8裂縫認(rèn)為，長(zhǎng)8油層組砂巖主要發(fā)育垂直和高角度構(gòu)造縫，裂縫展布的優(yōu)勢(shì)方位為NE-SW向和NW-SE向。王宏申[14]統(tǒng)計(jì)紅河油田長(zhǎng)8注水情況表明，注水開(kāi)發(fā)后對(duì)應(yīng)的油井易水竄，水線推進(jìn)速度快，平均速度達(dá)到144 m/d，呈裂縫直通型水竄特征。然而區(qū)域裂縫在盆地內(nèi)究竟如何分布，其內(nèi)部特征如何，對(duì)油氣聚集控制作用怎樣，目前少有人開(kāi)展研究。

該文以鄂爾多斯盆地南部鎮(zhèn)原—涇川地區(qū)為例，針對(duì)區(qū)域內(nèi)部署有大量平行水平井的特點(diǎn)，在單井裂縫測(cè)井識(shí)別基礎(chǔ)上，依據(jù)裂縫走向優(yōu)勢(shì)方向，開(kāi)展裂縫井間對(duì)比，識(shí)別區(qū)域裂縫帶，分析區(qū)域裂縫帶內(nèi)部情況以及對(duì)油氣產(chǎn)能的影響，該成果對(duì)克拉通盆地區(qū)域裂縫帶分布規(guī)律認(rèn)識(shí)、油氣藏發(fā)育特征研究、甜點(diǎn)儲(chǔ)層識(shí)別以及深化勘探開(kāi)發(fā)具有一定指導(dǎo)意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

鄂爾多斯盆地位于中國(guó)中西部地區(qū)，為間歇性克拉通型盆地[15]，鎮(zhèn)原—涇川地區(qū)位于盆地西南部，屬于鄂爾多斯盆地西緣天環(huán)向斜的南段，如圖1所示，區(qū)塊地層?xùn)|高西低，向西平緩傾斜，傾角不足1°，局部發(fā)育小幅度低洼地帶，構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單[16]。

圖1 鎮(zhèn)原—涇川區(qū)塊工區(qū)位置與地層剖面簡(jiǎn)圖Fig.1 Working area location and stratigraphic profile of Zhenyuan-Jingchuan Area

砂體中裂縫發(fā)育，對(duì)鄂爾多斯盆地南部鎮(zhèn)涇地區(qū)HH26，ZJ25和HH1057-3等7口井長(zhǎng)8致密砂巖巖心形貌如圖2所示，其電成像裂縫特征統(tǒng)計(jì)如圖3所示。可以看出，裂縫主要為高角度裂縫,傾角70.0°～90.0°，平均78.6°，傾向向北，走向主要為北東東—南西西方向，縫間多為半填充至全填充，充填物主要為方解石，多為它形，少數(shù)呈自形、半自形，裂縫開(kāi)度為0.02～0.40 mm，平均0.12 mm，從裂縫發(fā)育形式來(lái)看，裂縫空間發(fā)育不均一，局部集中，呈束狀特征。巖心裂縫油氣顯示活躍，常見(jiàn)縫面原油浸染，縫間油氣溢出。

圖2 鄂爾多斯盆地南鄂鎮(zhèn)原—涇川地區(qū)長(zhǎng)致密砂巖巖心Fig.2 Chang tight sandstone core in Zhenyuan-Jingchuan Area, southern Ordos Basin

圖3 鄂爾多斯盆地南部鎮(zhèn)涇地區(qū)長(zhǎng)致密砂巖巖心電成像裂縫產(chǎn)狀統(tǒng)計(jì)Fig.3 Fracture occurrence statistics of electrical imaging in Chang tight sandstone core in Zhen-Jing Area, southern Ordos Basin

對(duì)工區(qū)附近的崇信汭水河、旬邑山水河等露頭統(tǒng)計(jì)表明(如圖4所示)，裂縫產(chǎn)狀與鉆井巖心較一致，為北東東—南西西、北西—南東走向的高角度裂縫，裂縫能夠貫穿露頭砂體，甚至部分裂縫能夠穿透多套砂泥巖層段，高度達(dá)到10 m。充填情況來(lái)看，接近60%未充填，23%為半充填，充填物主要是方解石，少數(shù)為瀝青或泥質(zhì)，測(cè)量填充裂縫內(nèi)的次生方解石厚度，反映裂縫開(kāi)度主要集中在約0.05～0.20 mm。

圖4 崇信汭水河三疊系延長(zhǎng)組長(zhǎng)砂體裂縫露頭剖面與裂縫產(chǎn)狀統(tǒng)計(jì)Fig.4 Fracture outcrop profile and fracture occurrence statistics of Chang of Triassic Yanchang Formation in Ruishui river

對(duì)比鎮(zhèn)涇地區(qū)以及鄰近的涇河、姬塬、華慶、新安邊、西峰-合水等工區(qū)延長(zhǎng)組裂縫特征[18-20]，認(rèn)為鎮(zhèn)涇地區(qū)以及鄰區(qū)裂縫產(chǎn)狀基本一致，走向主要為北東東—南西西向,也與薛宏運(yùn)[21]、ZHAO W T[22]等根據(jù)地震節(jié)面解與應(yīng)力模擬等確定的現(xiàn)今主壓應(yīng)力方向一致。這些證據(jù)表明了整個(gè)鄂爾多斯盆地南部裂縫產(chǎn)狀的穩(wěn)定性，符合克拉通型區(qū)域裂縫特征。

Ying Liu （2016）［25］指出在受產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移過(guò)程中污染影響的農(nóng)戶也不總是獲得與工業(yè)化相關(guān)的非農(nóng)就業(yè)收益。 Guo Wen-bo （2011）［26］實(shí)證研究表明產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)對(duì)經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)是不充分的。Wang Z Z （2017）［27］認(rèn)為盡管產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移能加快鄉(xiāng)村振興的進(jìn)程，但對(duì)鄉(xiāng)村居民收入沒(méi)有積極作用。

2 裂縫識(shí)別

為了研究區(qū)域裂縫帶展布情況，首先需要對(duì)裂縫進(jìn)行識(shí)別。研究中采用巖心刻度電成像及電成像刻度常規(guī)測(cè)井的方法，通過(guò)提取常規(guī)測(cè)井多種裂縫敏感因子，加權(quán)建立裂縫敏感指數(shù)曲線，多因素約束進(jìn)行裂縫識(shí)別。

圖5 HH26井電成像與巖心裂縫對(duì)比Fig.5 Electrical imaging and core fracture comparison of well HH26

進(jìn)一步采用電成像對(duì)裂縫常規(guī)測(cè)井響應(yīng)進(jìn)行刻度。由于鎮(zhèn)涇地區(qū)裂縫主要為高角度縫，走向穩(wěn)定在北東東—南西西向，而該區(qū)水平井方位主要為北北西—南南東向，兩者基本垂直，對(duì)應(yīng)在電成像上，響應(yīng)為暗色束狀發(fā)育的低幅或者水平曲線，如圖6中的動(dòng)態(tài)電成像道(第6道)中黑色細(xì)線所示，對(duì)應(yīng)常規(guī)測(cè)井，表現(xiàn)為雙感應(yīng)電阻率明顯降低，聲波時(shí)差增大，并具有齒化特征。

圖6 HH92P21井長(zhǎng)8水平段電成像和常規(guī)測(cè)井裂縫特征與評(píng)價(jià)效果對(duì)比Fig.6 Comparison of fracture characteristics and evaluation effect between electrical imaging and conventional logging in Chang8 horizontal section of well HH92P21

為了實(shí)現(xiàn)常規(guī)測(cè)井識(shí)別裂縫，該研究依據(jù)裂縫響應(yīng)特征，提取多個(gè)裂縫敏感因子，采用裂縫敏感因子加權(quán)計(jì)算裂縫指數(shù)，然后采用電成像刻度確定閾值，閾值約束進(jìn)行裂縫識(shí)別。

該研究首先提取了電阻率降低因子、聲波時(shí)差增大因子和雙感應(yīng)差異因子3種裂縫敏感因子以放大常規(guī)測(cè)井裂縫響應(yīng)，提取感應(yīng)電阻率維度與聲波時(shí)差維度2種因子反映裂縫引起的齒化現(xiàn)象作為約束閾值，見(jiàn)表1。

表1 鎮(zhèn)涇地區(qū)延長(zhǎng)組裂縫敏感因子與約束閾值算法Table 1 Fracture sensitivity factor and constraint threshold algorithm of Yanchang group in Zhen-Jing Area

式中：ILDevp為電阻率最大值包絡(luò)線，Ω·m；ILD為深感應(yīng)電阻率，Ω·m；ACevp為聲波時(shí)差最小值包絡(luò)線，μs/ft；AC為聲波時(shí)差，μs/ft；R為段內(nèi)雙感應(yīng)最小二次函數(shù)相似系數(shù)；ILDi+1和ILDi為段內(nèi)相鄰樣點(diǎn)深感應(yīng)電阻率，Ω·m；ACi+1和ACi為段內(nèi)相鄰樣點(diǎn)聲波時(shí)差，μs/ft；m為段內(nèi)樣點(diǎn)數(shù)量。

電阻率降低因子，反映了裂縫造成電阻率降低，通過(guò)深感應(yīng)電阻率與其最大值包絡(luò)線的比值計(jì)算獲得。電阻率最大值包絡(luò)線取法是通過(guò)相鄰深感應(yīng)樣點(diǎn)對(duì)比，選取中間樣點(diǎn)數(shù)值最大的樣品為種子點(diǎn)，多個(gè)種子點(diǎn)線性插值計(jì)算得到。同時(shí)，由于電阻率最大值包絡(luò)線的分段性，該因子也實(shí)現(xiàn)了對(duì)裂縫響應(yīng)的自動(dòng)分段。

聲波時(shí)差增大因子，反映裂縫引起的聲波時(shí)差增大現(xiàn)象，通過(guò)聲波時(shí)差與其最小值包絡(luò)線的比值進(jìn)行計(jì)算，最小值包絡(luò)線算法與電阻率最大值包絡(luò)線提取方法類似。

深感應(yīng)電阻率維度與聲波時(shí)差維度，以電阻率降低因子的自動(dòng)分段為單元，通過(guò)計(jì)算段內(nèi)單位厚度曲線長(zhǎng)度進(jìn)行求取。

綜合考慮上述裂縫敏感因子的敏感性，通過(guò)分別賦予不同的權(quán)系數(shù)，加權(quán)計(jì)算裂縫指數(shù)FRACT_FF，見(jiàn)表2，算法如下：

表2 各裂縫敏感因子權(quán)系數(shù)與FRACT_FF閾值

式中：FRACT_FF為裂縫指數(shù)，i為裂縫敏感因子類號(hào)，Ai為裂縫敏感因子權(quán)重，Xi為裂縫敏感因子，Ximax為各類裂縫敏感因子中的最大值。

進(jìn)一步通過(guò)裂縫指數(shù)與電成像測(cè)井裂縫對(duì)比，確定了電阻率與聲波時(shí)差曲線維度閾值分別為0.03與0.50，裂縫指數(shù)閾值為0.10，從而形成了多種閾值約束的裂縫指數(shù)常規(guī)測(cè)井裂縫識(shí)別算法。圖6中也顯示了采用該方法計(jì)算的HH92P21水平井的常規(guī)測(cè)井裂縫敏感因子以及裂縫識(shí)別情況，可以看出該方法識(shí)別裂縫與電成像裂縫有較好對(duì)應(yīng)關(guān)系。

3 裂縫發(fā)育帶識(shí)別與特征分析

為了進(jìn)一步對(duì)區(qū)域裂縫帶進(jìn)行識(shí)別和特征分析，考慮到工區(qū)內(nèi)裂縫走向穩(wěn)定，在測(cè)井裂縫識(shí)別基礎(chǔ)上，將水平井軌跡與識(shí)別的裂縫投影在平面圖中，沿著裂縫走向在一個(gè)狹窄線性條帶進(jìn)行井間對(duì)比，當(dāng)該條帶內(nèi)相鄰3口及以上的水平井裂縫均密集發(fā)育，則認(rèn)為該條帶為區(qū)域裂縫發(fā)育帶， 從而確定裂縫發(fā)育帶所在區(qū)域及其長(zhǎng)度；進(jìn)一步通過(guò)對(duì)裂縫帶內(nèi)對(duì)應(yīng)不同位置單點(diǎn)裂縫段寬度、裂縫密度、流體產(chǎn)出情況等參數(shù)進(jìn)行描述，實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域裂縫特征評(píng)價(jià)。

圖7 HH37P15—HH37P12區(qū)域裂縫帶內(nèi)水平井裂縫識(shí)別與對(duì)比Fig.7 Fracture identification and comparison of horizontal wells inregional fracture zone between wells HH37P15-HH37P12

圖8 橫向?qū)Ρ却_定HH37P15—HH37P12區(qū)域裂縫發(fā)育帶Fig.8 Compare and determine regional fracture zone between well HH37P15-HH37P12

圖9 鎮(zhèn)涇工區(qū)HH37P14與HH37P12井長(zhǎng)水平段生產(chǎn)曲線Fig.9 Production curve of wells HH37P14 and HH37P12 of in Zhen-Jing Area

圖10 HH37井區(qū)長(zhǎng)小層測(cè)井識(shí)別區(qū)域裂縫帶發(fā)育情況Fig.10 Development of regional fracture zone identified by logging of in block well HH37

為了更加直觀地顯示區(qū)域裂縫帶分布及其多油氣運(yùn)移富集的影響，結(jié)合單井裂縫識(shí)別與裂縫橫向分布情況，制作了鎮(zhèn)涇地區(qū)長(zhǎng)8油層組油藏模式圖，如圖11所示。顯示區(qū)域裂縫帶雖然寬度狹小，但規(guī)模大,產(chǎn)狀穩(wěn)定,延伸較遠(yuǎn)，縱向穿深長(zhǎng)，內(nèi)部裂縫密集發(fā)育，能夠有效溝通上下烴源巖與儲(chǔ)集層，既是油氣聚集的重要場(chǎng)所，又是油氣由烴源巖進(jìn)入儲(chǔ)集體的運(yùn)移通道，在裂縫帶周圍有利的孔隙儲(chǔ)層中形成富油條帶，裂縫帶本身在很大程度上也改善了致密砂巖儲(chǔ)層的儲(chǔ)集和滲流性質(zhì)，能夠有效改善研究區(qū)低孔低滲儲(chǔ)集層的物性，提高儲(chǔ)層的連通能力。

圖11 HH37井區(qū)長(zhǎng)小層油藏模式圖Fig.11 Reservoir model diagram of in block well HH37

4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

1)高角度裂縫在水平井測(cè)井響應(yīng)表現(xiàn)為電阻率降低，雙感應(yīng)差異增大，聲波時(shí)差增大等特征，采用裂縫敏感因子加權(quán)計(jì)算的裂縫指示曲線可有效識(shí)別。

2)對(duì)于區(qū)域裂縫發(fā)育且部署有密集平行水平井的井區(qū)，按裂縫走向優(yōu)勢(shì)方向，在一個(gè)狹窄條帶內(nèi)，采用裂縫橫向?qū)Ρ瓤捎行ёR(shí)別區(qū)域裂縫。

3)鄂爾多斯盆地南部區(qū)域裂縫規(guī)模大,產(chǎn)狀相對(duì)較穩(wěn)定,延伸較遠(yuǎn)，這些裂縫帶相距1～2 km，長(zhǎng)度0.6～3.0 km，寬度只有約20～50 m，能夠穿透烴源巖與數(shù)段砂泥巖互層。

4)區(qū)域裂縫可有效溝通上下烴源巖與儲(chǔ)集層，既是油氣聚集的重要場(chǎng)所，又是油氣由源巖進(jìn)入儲(chǔ)集體的有利通道，對(duì)油氣產(chǎn)出起到了明顯的作用，油氣也在區(qū)域裂縫帶周圍砂體中進(jìn)行運(yùn)移充注，形成富油區(qū)帶，投產(chǎn)可獲得一定的產(chǎn)能。