劉雙蓮

(中國石化石油工程技術(shù)研究院,北京 102206)

0 引言

有關(guān)裂縫的識別方法已有許多,通常采用巖心標(biāo)定成像測井及成像測井標(biāo)定常規(guī)測井的方法來識別裂縫。但當(dāng)裂縫中存在流體時,流體對裂縫的測井響應(yīng)特征有何影響,卻少見相關(guān)的研究報道。而火山巖裂縫具有產(chǎn)狀各異、分布不均等特點,對測井響應(yīng)特征的識別具有多干擾性,且含氣與裂縫因素疊加以后,儲層的含氣測井響應(yīng)與裂縫測井響應(yīng)難以區(qū)分[1],這個難題長期困擾測井專業(yè)。

野外露頭、巖心觀察以及成像測井均顯示,松南火山巖中的構(gòu)造裂縫較發(fā)育,裂縫具有延伸遠(yuǎn)、切割較深、具明顯的延伸方向及多組系特點。在近火山口相的火山角礫巖和角礫熔巖中裂縫呈多方向性,在其他相帶的火山巖主要發(fā)育近EW向和近NS向2組裂縫,NS向裂縫延伸較長,EW向裂縫則較短。從成像測井資料分析,松南火山巖發(fā)育多種類型的裂縫,有高導(dǎo)縫與高阻縫。根據(jù)裂縫的產(chǎn)狀,將高導(dǎo)縫(可能的開啟縫)又分為高角度縫(裂縫傾角大于75°)和中低角度縫(裂縫傾角小于75°)。

當(dāng)流體與裂縫共存時,測井信號的相互疊加或消弱,影響裂縫的識別,這是當(dāng)前需要攻克的難題。該文從常規(guī)測井原理出發(fā),分類研究含氣與不同裂縫類型(高角度裂縫和中低角度裂縫)條件下的雙側(cè)向電阻率、補償密度、補償中子、聲波時差及自然伽馬能譜等測井曲線的響應(yīng)特征,發(fā)現(xiàn)雙側(cè)向電阻率測井、聲波時差及補償密度對高、低角度縫比較敏感,且高、低角度縫的雙側(cè)向電阻率、聲波時差及補償密度響應(yīng)差異明顯；根據(jù)響應(yīng)差異,形成了對不同裂縫類型含氣與不含氣2種情況下的測井曲線組合識別法,實現(xiàn)了裂縫與含氣信號的識別。

1 裂縫的常規(guī)測井響應(yīng)特征

常規(guī)測井曲線記錄了地層的各種信息,包括流體、孔隙結(jié)構(gòu)及巖性等信息。結(jié)合巖心與成像分析,利用測井原理[2-5],分析各測井曲線對裂縫的響應(yīng),以確定識別裂縫的敏感測井曲線。

1.1 裂縫在雙側(cè)向測井曲線上的響應(yīng)特征

雙側(cè)向電阻率測井是利用電流聚焦方式對與電極系距離不同的地層進行測量的方法[6-8]。其中,深側(cè)向電阻率徑向探測深度最大,測量的基本是地層的“真實”電阻率；淺側(cè)向電阻率徑向探測深度淺,測量的是侵入帶的電阻率。裂縫產(chǎn)狀與雙側(cè)向電阻率曲線差異形態(tài)的對應(yīng)關(guān)系如圖1所示。

圖1 裂縫產(chǎn)狀與雙側(cè)向電阻率曲線差異形態(tài)的對應(yīng)關(guān)系圖Fig.1 Corresponding relationship between fracture occurrence and curves differential form of dual lateral resistivity

圖1表明,當(dāng)裂縫角度高于75°時,雙側(cè)向電阻率為“正差異”,即淺側(cè)向電阻率值大于深側(cè)向電阻率值；當(dāng)裂縫角度低于75°時,雙側(cè)向電阻率為“負(fù)差異”,即深側(cè)向電阻率值大于淺側(cè)向電阻率值；當(dāng)無裂縫時,深、淺雙側(cè)向曲線基本重合。

深側(cè)向和淺側(cè)向電阻率指示裂縫發(fā)育的敏感性不同,是由其測井原理決定的[9-10]。因為巖石的導(dǎo)電性由裂縫與基質(zhì)孔隙等導(dǎo)電物質(zhì)并聯(lián)而成,當(dāng)裂縫中侵入泥漿時,泥漿電阻率值一般比基巖的背景電阻率值低,所以在裂縫發(fā)育段,深淺側(cè)向電阻率值將低于圍巖。當(dāng)存在高角度裂縫時,靠近井壁的裂縫形成了淺側(cè)向的電流通路,因此淺側(cè)向電阻率低于深側(cè)向電阻率,即雙側(cè)向電阻率為“正差異”；當(dāng)存在低角度裂縫時,裂縫對電流的聚焦作用加強,根據(jù)側(cè)向測井原理,深側(cè)向的探測深度遠(yuǎn),受泥漿侵入的影響較淺側(cè)向更大,導(dǎo)致深側(cè)向電阻率比淺側(cè)向電阻率低,呈現(xiàn)為 “負(fù)差異”現(xiàn)象。

1.2 裂縫在聲波測井曲線上的響應(yīng)特征

根據(jù)聲波測井原理[3],在裂縫發(fā)育部位,對于高角度裂縫,聲波按最短時間傳播聲程的原則將繞過裂縫或溶洞,因此,它對單個高角度裂縫的反應(yīng)不靈敏。

圖2是S1井5 705.5～5 708.5 m段有一組高角度縫發(fā)育特征,聲波時差值沒有明顯的變化(圖2a中紅色標(biāo)注位置是圖2b的深度范圍。成像圖中顏色的深淺代表電阻率高低,暗色代表電阻率低,亮色代表電阻率高。正弦曲線表示為高角度縫,縫中暗色表示被泥漿充填)。聲波在斜交縫、水平縫或網(wǎng)狀縫中傳播時,其能量耗損較大,聲波時差會變大或呈現(xiàn)周波跳躍現(xiàn)象[11],曲線顯示為小的鋸齒狀。

圖2 S1井高角度縫測井響應(yīng)特征Fig.2 Response characteristics of high angle fracture logging in well S1

圖3是S2井5 519.0～5 520.0 m低角度縫發(fā)育段測井響應(yīng)特征(圖3a中藍色標(biāo)注位置是圖3b的深度范圍。圖3b成像圖中顏色的深淺代表電阻率高低,暗色代表電阻率低,亮色代表電阻率高。正弦曲線表示為低角度縫,縫中暗色表示被泥漿充填)。成像測井圖表現(xiàn)為規(guī)則單一暗色條帶模式,聲波時差值明顯增高。

1.3 裂縫在放射性測井曲線上的響應(yīng)特征

通常裂縫中的流體密度小于儲層骨架密度,所以在裂縫外,補償密度值與中子伽馬值低,補償中子值高,自然伽馬曲線幅度變化不大。另外,地下水中鈾等放射元素在裂縫處易析出沉淀,自然伽馬能譜測井中的鈾和釷含量值在裂縫處較高[12-15]。

由以上分析可知,當(dāng)裂縫存在時,對電阻率、聲波時差、補償密度與補償中子的響應(yīng)較敏感,且高角度縫與低角度縫的測井響應(yīng)特征受測井原理影響而存在不同。圖2表明,當(dāng)存在高角度裂縫時,深淺電阻率值有明顯降低,且正差異明顯；井徑無變化,密度值降低且齒化,中子值沒有明顯的變化；自然伽馬沒有增大的現(xiàn)象,表現(xiàn)平直。圖3表明,當(dāng)存在低角度裂縫時,深淺電阻率值有明顯降低,且有些微負(fù)差異；井徑無變化,補償密度值與補償中子值均略有降低。當(dāng)流體存在于裂縫中時,流體性質(zhì)將干擾裂縫的測井響應(yīng)特征,流體的測井響應(yīng)與裂縫的測井響應(yīng)疊加或消弱,更增加了利用常規(guī)測井響應(yīng)特征識別裂縫與流體的難度?，F(xiàn)以裂縫中氣體發(fā)育為例,分析氣層裂縫發(fā)育時的測井識別方法。

圖3 S2井段低角度縫測井響應(yīng)特征Fig.3 Response characteristics of low angle fracture logging in well S2

2 氣層與裂縫組合的常規(guī)測井響應(yīng)特征

由前面分析可知,開啟裂縫又分為高角度縫與低角度縫,因此該文考慮2種裂縫模式下氣層與裂縫的識別方法。

2.1 氣層裂縫發(fā)育段識別特征

2.1.1 氣層與高角度裂縫發(fā)育段的識別特征

圖4是YS1井氣層高角度縫測井分析圖(井壁成像測井圖中顏色的深淺代表電阻率高低,暗色代表電阻率低,亮色代表電阻率高)。從FMI上可以看出,裂縫在3 564.0～3 580.0 m處比較發(fā)育,該段為氣層,裂縫類型以高角度(近乎垂直的)的誘導(dǎo)縫為主,共發(fā)育4條高角度的高導(dǎo)縫(3 565.0 m,3 572.5 m,3 575.0 m和3 576.0 m)、1條低角度的高導(dǎo)縫(3563.0 m)及應(yīng)力釋放(成巖收縮)的微裂縫。

對應(yīng)4條高角度裂縫深度處,從常規(guī)測井曲線可見,由于受含氣性疊加影響,雙側(cè)向電阻率曲線值表現(xiàn)出略有降低,曲線呈“雙軌”現(xiàn)象。深側(cè)向電阻率測井值大于淺側(cè)向測井值,表現(xiàn)為“正差異”特征。該現(xiàn)象表明,雙側(cè)向電阻率的響應(yīng)特征既受到裂縫類型的影響,也受到儲層空間內(nèi)氣體的影響。當(dāng)裂縫或其他儲集空間里有殘余氣存在并達到一定規(guī)模時,由于深淺側(cè)向電阻率的探測深度不同,會出現(xiàn)深側(cè)向電阻率大于淺側(cè)向電阻率的情況。與上下裂縫不發(fā)育的層段相比,補償密度測井曲線值略有降低,補償中子與聲波時差測井曲線值均略有增大,測井曲線的特征表明高角度裂縫存在。

該案例表明,當(dāng)裂縫中充滿氣體時,氣體的響應(yīng)特征與裂縫的響應(yīng)特征有相互累加與消減的作用,該作用的強弱與哪方面占優(yōu)勢有很大的關(guān)系。當(dāng)裂縫特征明顯大過氣體的測井響應(yīng)特征時,氣體的響應(yīng)特征顯現(xiàn)則相對較弱,反之亦然。該案例中氣體的響應(yīng)特征消弱了裂縫對雙側(cè)向電阻率的影響,但補償密度、補償中子與聲波時差的曲線特征佐證了高角度裂縫的存在。

2.1.2 氣層與低角度裂縫發(fā)育段的識別特征

圖5是YS1井氣層中低角度縫測井分析圖(井壁成像測井圖中顏色的深淺代表電阻率高低,暗色代表電阻率低,亮色代表電阻率高)。從FMI上可以看出,裂縫在3 586～3 592 m處比較發(fā)育,該段為氣層。其中,裂縫類型以中低角度的高導(dǎo)縫為主,偶有1條高角度的高導(dǎo)縫。在常規(guī)測井曲線的相應(yīng)深度段上,補償密度測井曲線值明顯降低,補償中子和聲波時差值明顯升高,這與該段發(fā)育低角度縫有直接關(guān)系。

圖5 YS1井氣層中低角度縫測井分析圖Fig.5 Log analysis of low angle fracture in gas reservoir of well YS1

該氣層與其上下氣層的雙側(cè)向電阻率比較發(fā)現(xiàn),其雙側(cè)向電阻率曲線值明顯降低,且表現(xiàn)為“正差異”特征,三孔隙度曲線的增加幅度明顯增大,也是該深度段中低角度縫發(fā)育的一個佐證。

該案例表明,當(dāng)裂縫中充滿氣體時,氣體對補償密度與聲波時差的測井響應(yīng)特征與裂縫的響應(yīng)特征有相互累加的作用,而對中子與電阻率有消減的作用?？傮w而言,該案例中氣體的響應(yīng)特征消弱了裂縫對雙側(cè)向電阻率的影響,但密度與聲波的特征佐證了低角度裂縫的存在。

2.2 非氣層裂縫發(fā)育段的識別特征

2.2.1 非氣層高角度裂縫發(fā)育段的識別特征

圖6是YS101井非氣層高角度縫測井分析圖(井壁成像測井圖中顏色的深淺代表電阻率高低,暗色代表電阻率低,亮色代表電阻率高)。從FMI上可看出,在3 637～3 645 m處的裂縫主要發(fā)育高角度的高導(dǎo)縫和誘導(dǎo)縫,有少量低角度的高導(dǎo)縫和應(yīng)力釋放(成巖收縮)的微裂縫。在常規(guī)測井曲線的相應(yīng)深度段上,雙側(cè)向電阻率測井值明顯降低,并具有明顯的“正差異”現(xiàn)象。補償密度測井曲線值略有降低,補償中子測井曲線值略有升高,聲波時差曲線基本上無變化。由于該深度段是致密層,雙側(cè)向電阻率曲線的正差異及電阻率值的降低是高角度縫所致。

圖6 YS101井非氣層高角度縫測井分析圖Fig.6 Log analysis of high angle fracture in non gas reservoir of well YS101

2.2.2 非氣層低角度裂縫發(fā)育段的識別特征

圖7是YS101井非氣層中低角度縫測井分析圖(井壁成像測井圖中顏色的深淺代表電阻率高低,暗色代表電阻率低,亮色代表電阻率高)。從FMI上可看出,在3 815～3 825 m處發(fā)育以中低角度高導(dǎo)縫為主的裂縫。在相應(yīng)深度的常規(guī)測井曲線上,雙側(cè)向電阻率曲線無差異且曲線測值增加。從FMI成像可以看出,該段巖性致密,是導(dǎo)致電阻率測值增加的主要因素。

圖7 YS101井非氣層中低角度縫測井分析圖Fig.7 Log analysis of medium and low angle fractures in non gas reservoir of well YS101

3 結(jié)論

利用常規(guī)測井各曲線響應(yīng)特征,可有效地識別裂縫類型。

1)當(dāng)裂縫角度高于75°時,雙側(cè)向電阻率曲線為“正差異”,反之為“負(fù)差異”。聲波時差曲線對高角度裂縫不敏感；對低角度裂縫,聲波時差曲線值會變大或發(fā)生跳躍現(xiàn)象。在裂縫發(fā)育層段,補償密度值通常低于骨架密度,補償中子顯示為高值。

2)當(dāng)裂縫中存在氣體,常規(guī)測井中的雙側(cè)向電阻率曲線“正差異”明顯,深淺側(cè)向曲線間如同“雙軌”,補償密度值變低,補償中子與聲波時差值變大。

3)當(dāng)裂縫中不含氣體且為低角度裂縫時,雙側(cè)向電阻率曲線在低角度裂縫處基本重合,補償密度、補償中子與聲波時差無明顯異常顯示；裂縫為高角度縫時,雙側(cè)向電阻率曲線正差異明顯,在裂縫邊界處具收斂性,補償密度曲線呈齒化狀,曲線值略有降低,補償中子與聲波時差曲線無明顯異常顯示。