關(guān)鍵詞：油基泥漿；致密砂巖；電成像測井；裂縫面法向應(yīng)力；有效性評價

引言

庫車地區(qū)發(fā)育典型的裂縫性致密砂巖儲層，巖性致密，基質(zhì)孔滲極低，一般難以形成有效儲層，由于致密砂巖密度大，脆性大，在強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動作用下裂縫普遍發(fā)育[1]，裂縫的發(fā)育有效地改善了儲層品質(zhì)，故裂縫有效性是評價儲層有效性的關(guān)鍵[2]。庫車山前構(gòu)造目的層上部蓋層為巨厚鹽膏層，高壓鹽水層發(fā)育，為保證安全，大部分井采用油基泥漿鉆井[3]。油基泥漿導(dǎo)電性能差，適用于油基泥漿井眼的微電阻率成像測井儀，如早期油基泥漿電成像測井儀（EarthImager，EI），測量過程中采用交變電流能夠?qū)⒁蛴突酀{和泥餅形成的電容擊穿，在極板與地層之間形成導(dǎo)電回路，從而得到井壁電成像數(shù)據(jù)[3]，它能清楚地識別地層層理，但識別裂縫還存在很大問題。此外，在鉆井過程中，油基泥漿侵入地層，不僅影響了儲層電阻率，侵入特性的不同也改變了深淺電阻率的關(guān)系，且成像圖形上易形成地質(zhì)假象，給裂縫的識別和評價帶來很大難度[4]。在這樣的條件下，裂縫的有效性評價尤為復(fù)雜。鄧曉航等[1]利用成像測井資料與常規(guī)測井曲線識別井下裂縫和判斷其有效性。虞兵等[2]利用成像測井資料建立了多角度、多參數(shù)的裂縫有效性評級標(biāo)準(zhǔn)，在基質(zhì)與裂縫分級評價的基礎(chǔ)上形成了一套儲層有效性評價標(biāo)準(zhǔn)。管英柱等[5]在巖芯刻度的基礎(chǔ)上，綜合利用成像與雙側(cè)向測井資料，采用圖像數(shù)值模擬計算技術(shù)獲得裂縫寬度與裂縫孔隙度參數(shù)，進(jìn)而估算裂縫滲透率，預(yù)測產(chǎn)能。司馬立強(qiáng)等[6]綜合分析化驗資料、常規(guī)測井與特殊測井資料，獲得了儲層孔喉結(jié)構(gòu)、儲集性、滲濾性和裂縫發(fā)育程度等4項指標(biāo)，對儲層有效性進(jìn)行綜合評價，確定了合川氣田氣井的產(chǎn)能級別。上述方法均是在成像資料較易識別裂縫的基礎(chǔ)上開展，但不適合油基泥漿條件下的裂縫有效性評價。甘泉等[4]結(jié)合聲與電成像測井資料綜合得出油基泥漿條件下裂縫識別的方法。趙元良等[7]也介紹了應(yīng)用新一代油基鉆井液電成像測井在低孔砂巖儲集層區(qū)分張開縫和閉合縫的方法。但均缺乏對裂縫有效性的綜合評價。

聲波幅度衰減與裂縫發(fā)育程度密切相關(guān)且受泥漿電阻率影響較小，因此，引入了超聲成像儀（UltrasonicXplorer，UXPL），它采用旋轉(zhuǎn)式超聲換能器，對井眼四周進(jìn)行掃描，巖石聲阻抗的變化會引起回波幅度的變化，井眼的變化會引起回波傳播時間的變化，通過接收返回信號，得到井眼圖形。將測量的反射波幅度和傳播時間按井眼360?方位顯示成圖像，就可得到井壁高分辨率成像圖[4]。UXPL對不同張開度的裂縫均有較為清晰的識別，本文利用微電阻率成像儀EI與超聲成像測井儀UXPL結(jié)合，電成像識別層理、聲成像識別裂縫，兩者組合進(jìn)行庫車地區(qū)油基泥漿下裂縫精細(xì)識別；新型的非傳導(dǎo)泥漿地質(zhì)成像儀（Nonconductive-mudGeologicalImager，NGI）與傳統(tǒng)適用于油基泥漿的成像儀不同，采用了創(chuàng)新探頭通過測量8個極板192個微電機(jī)的交流電，增加了豎直與橫向特征的敏感度，大大提高了圖像分辨率和覆蓋率，能夠單獨(dú)進(jìn)行裂縫的精細(xì)識別，本文總結(jié)了NGI識別不同種類裂縫的方法，同時系統(tǒng)分析裂縫面法向應(yīng)力、裂縫走向與最大主應(yīng)力夾角與產(chǎn)能的關(guān)系，從而建立庫車地區(qū)評價油基泥漿裂縫有效性的定量標(biāo)準(zhǔn)，形成了油基泥漿體系下裂縫精細(xì)識別與有效性評價方法。

1油基泥漿電成像測井裂縫識別方法

微電阻率成像測井儀要求周圍介質(zhì)有一定的電導(dǎo)率，以使電流能流入和流出成像傳感器。由于典型水基泥漿電導(dǎo)率平均為油基泥漿的100萬倍，因此，在油基泥漿（非導(dǎo)電）井眼環(huán)境下，不能用常規(guī)微電阻率成像儀測量[825]。針對庫車地區(qū)現(xiàn)有的資料，經(jīng)過對比研究各大油氣公司油基泥漿電成像測井資料，介紹在該地區(qū)油基泥漿下應(yīng)用效果最好的兩種裂縫精細(xì)識別的方法。

1.1EI與UXPL測井結(jié)合精細(xì)識別裂縫

High-DefinitionFMI與EI分別是斯倫貝謝和貝克休斯公司早期的油基泥漿電成像測井儀，覆蓋率最大分別能達(dá)到80%、63%，分辨率也優(yōu)于同期的其他儀器，因此，被廣泛應(yīng)用于庫北的油基泥漿井眼電成像資料采集。油基泥漿條件下電成像識別層理較為清楚，但裂縫識別率較低。如圖1，HZ212井采用油基泥漿鉆井，采集的FMI數(shù)據(jù)識別裂縫53條，后來用水基泥漿替換油基泥漿后又采集了FMI電成像資料，該資料識別裂縫206條，可以看出，油基泥漿電成像裂縫識別率較水基泥漿電成像裂縫識別率低。

同時，由于無論是充填非導(dǎo)電性油基泥漿的張開裂縫，還是充填不導(dǎo)電礦物的閉合縫，它們的電阻率都高，油基泥漿電成像圖像都顯示為亮色，難以區(qū)分，因此，引入了聲成像測井UXPL?；诼?、電成像不同的測量原理，利用電成像對地層層理、構(gòu)造識別清楚，聲成像UXPL主要反映聲波在地層中反射情況，對不同張開度的裂縫、井眼崩落、誘導(dǎo)縫等均有較為清晰的識別，但無法識別層理的特點(diǎn)，兩者結(jié)合進(jìn)行油基泥漿電成像資料的評價。

如圖2中HB4井6997.0～7000.0m段，左邊EI圖像可看到明顯的層理，右邊UXPL圖像識別裂縫能力強(qiáng)。圖3中HS03井6991.0～6993.5m段，裂縫張開度較大，EI電成像與UXPL聲成像都可以明顯地識別裂縫；6994.0～6995.0m段張開度比較小的微裂縫，在電成像上沒有明顯特征，僅在聲成像上可以識別。

通過觀察16口油基泥漿取芯井歸位后的巖芯照片，分析總結(jié)了不同類型裂縫在電成像和聲成像圖像上的響應(yīng)特征，建立了油基泥漿下典型地質(zhì)特征的成像識別圖版，如圖4所示。

由圖4可以看出，層理在電成像測井圖像上表現(xiàn)為平行地層層面亮色正弦線，在聲成像上沒有明顯響應(yīng)；斜交張開縫在電成像測井圖像上表現(xiàn)為連續(xù)亮色正弦線（易被亮色背景掩蓋），形狀取決于裂縫產(chǎn)狀，在聲成像上為深色正弦線；井壁上的張開直劈縫在電成像測井圖像上為連續(xù)或間斷的豎直亮色條帶（易被亮色背景掩蓋），在聲成像測井圖像上為豎直深色條帶。

1.2NGI識別裂縫

斯倫貝謝新一代油基泥漿電成像測井儀器NGI通過紐扣電極發(fā)射高低兩種頻率的交流電流，其中，高頻信號更有利于穿過油基鉆井液到達(dá)地層，獲得地層信號，提高信噪比，最大覆蓋率可達(dá)90%。NGI的紐扣電極實際測量的為井周阻抗信息，經(jīng)過反演處理后，可將阻抗信息反演為地層電阻率信息，得到高分辨率地層電阻率動、靜態(tài)圖像以及電極與井壁地層間隙圖像[7]。充填油基泥漿的張開縫與充填方解石等礦物的閉合縫在NGI動靜態(tài)圖上均為高阻亮色正弦線，但在井壁地層間隙圖上，前者由于電極和井壁之間的間隙增大顯示暗色特征，但后者由于間隙小呈亮色正弦線或者無顯示；而由于半張開縫開度小，所測的信號主要來自于泥餅信息，泥餅較油基泥漿電阻率低，因而，在動靜態(tài)圖上為暗色正弦線，其間隙圖上則為不連續(xù)暗色圖像或無顯示。如圖5所示，HII03井NGI電成像與巖芯對比圖上，張開縫1在動、靜態(tài)圖上為亮點(diǎn)正弦線，在間隙圖像上為暗色正弦線，閉合縫2在動、靜態(tài)圖上上，均為亮點(diǎn)正弦線，而在間隙圖像上無顯示。

2裂縫有效性評價

2.1裂縫面法向應(yīng)力評價有效性

油基泥漿體系下，電成像資料僅可以定性地識別裂縫，但還無法進(jìn)行裂縫參數(shù)的準(zhǔn)確計算，因此，本文引入裂縫法向應(yīng)力（圖6中 n）來實現(xiàn)油基泥漿電成像中裂縫的半定量解釋。

其原理是采用一維巖石力學(xué)建模計算三軸主應(yīng)力數(shù)據(jù) H、 h和 v，并通過方向余弦計算法向應(yīng)力 n，其中用到的 與 則是通過成像資料中裂縫刻畫所得。如圖7，HS03井6845.0～6872.0m段試油段裂縫法向有效應(yīng)力基本小于30MPa，測試產(chǎn)氣189000m3/d，HZ15井6710.0～6748.0m段裂縫法向有效應(yīng)力在60MPa左右，測試后為干層。兩口井基質(zhì)孔相當(dāng)，說明裂縫法向應(yīng)力越小則產(chǎn)能越好。

利用裂縫面法向有效應(yīng)力與米采氣指數(shù)關(guān)系建立圖版來評價裂縫的有效性。通過30口井油基泥漿井?dāng)?shù)據(jù)的統(tǒng)計，當(dāng)裂縫法向應(yīng)力超過60MPa，米產(chǎn)氣指數(shù)幾乎為零，表示無產(chǎn)能；當(dāng)裂縫法向應(yīng)力小于38MPa時，米產(chǎn)氣指數(shù)基本大于300m3/（MPa·m·d），表示產(chǎn)能較高。因此，通過圖8所示圖版可以半定量地評價油基泥漿成像測井裂縫的有效性。

2.2最大主應(yīng)力與裂縫走向夾角評價裂縫有效性

2.2.1最大主應(yīng)力方向確定

最大主應(yīng)力方向與裂縫走向的夾角大小也可以定性評價裂縫的有效性，直井中最大主應(yīng)力方向可由井眼崩落、橢圓井眼、誘導(dǎo)縫及快橫波方位各向異性確定，其原理均是由于井眼水平方向受力不均導(dǎo)致的井眼變形，長軸方向是最小主應(yīng)力方向，也是井眼崩落方向；其垂直方向即為最大主應(yīng)力方向，正是由于最大主應(yīng)力的擠壓，使得該方向成為了橢圓井眼的短軸方向。井筒中無論是應(yīng)力釋放縫還是壓裂縫均發(fā)育在最大主應(yīng)力方向上。庫車地區(qū)油基泥漿井眼井壁垮塌較多，圖像上呈兩條亮色的相互平行的對稱豎形線狀模式；壓裂縫較少，誘導(dǎo)縫以應(yīng)力釋放縫居多，圖像上呈雁列式線狀分布，如圖9所示。值得注意的是，在電成像圖上表征誘導(dǎo)縫時有兩種方法：正弦線和對稱單豎線，如圖10所示。當(dāng)用正弦線刻畫誘導(dǎo)縫時，它的走向代表的是最大主應(yīng)力方向，當(dāng)用雙豎線刻畫誘導(dǎo)縫時，它的傾向鏡像方向代表最大主應(yīng)力方向。

2.2.2裂縫有效性評價

通常直觀地認(rèn)為，當(dāng)最大主應(yīng)力方向與裂縫走向（成像拾取蝌蚪尾的垂直方向）一致或角度很小時，地應(yīng)力對裂縫的擠壓作用小，使得裂縫張開度較大，裂縫有效性較強(qiáng)；當(dāng)最大主應(yīng)力方向與裂縫走向角度較大或垂直時，裂縫可能被地應(yīng)力壓住，使得裂縫張開度小，甚至閉合，此時裂縫有效性差，如表1中3口井最大主應(yīng)力方向與裂縫走向基本一致，米采氣指數(shù)均大于600m3/（MPa·m·d），表2中3口井最大主應(yīng)力方向與裂縫走向有一定夾角或幾乎垂直，米采氣指數(shù)小于30m3/（MPa·m·d）。

統(tǒng)計15口油基泥漿井試油段最大主應(yīng)力方向與裂縫走向夾角，并建立該夾角與產(chǎn)能關(guān)系。如圖11所示，當(dāng)裂縫走向與最大主應(yīng)力夾角小于34?，產(chǎn)能較高，米采氣指數(shù)幾乎都大于300m3/（MPa·m·d），裂縫有效性較好；當(dāng)裂縫走向與最大主應(yīng)力夾角大于60?，產(chǎn)能幾乎為零，裂縫有效性差。

3應(yīng)用效果分析

基于上述分析，計算了HS05井裂縫法向應(yīng)力，統(tǒng)計了裂縫走向與最大主應(yīng)力方向夾角。如圖12與表3所示，該井裂縫法向應(yīng)力基本小于34MPa（圖中第七道藍(lán)色線），裂縫走向與最大主應(yīng)力方向夾角也基本小于20?，且裂縫發(fā)育段斯通利波有衰減，各向異性較強(qiáng)，判斷該段為裂縫有效性較好的井段，酸化后日產(chǎn)氣698136m3，獲得高產(chǎn)工業(yè)油氣流?？梢姡芽p走向與最大主應(yīng)力方向夾角及裂縫面法向應(yīng)力和產(chǎn)能是成反比的，兩者越小產(chǎn)能越高，說明該儲層裂縫的有效性越好。

4結(jié)論

1）介紹了不同油基泥漿電成像定性識別裂縫的方法，早期采用EI與UXPL結(jié)合，基于電成像對層理的識別，聲成像主要反映聲波在地層中反射情況，對不同張開度的裂縫均有較為清晰的識別，兩者組合可在油基泥漿體系下進(jìn)行精細(xì)的裂縫識別。同時，總結(jié)了新型的油基泥漿電成像測井儀NGI在庫車地區(qū)識別不同種類裂縫的方法。

2）總結(jié)了庫車地區(qū)油基泥漿井眼中垮塌與誘導(dǎo)縫類型，并指出誘導(dǎo)縫不同的刻畫方式下最大主應(yīng)力方向確定方式，當(dāng)使用雙豎線表征誘導(dǎo)縫，傾向鏡像方向為最大主應(yīng)力方向，當(dāng)使用正弦線表征誘導(dǎo)縫，其走向代表最大主應(yīng)力方向。

3）系統(tǒng)分析裂縫面法向應(yīng)力、裂縫走向與最大主應(yīng)力夾角與產(chǎn)能的關(guān)系，從而確定庫車地區(qū)在油基泥漿井眼中評價裂縫有效性的標(biāo)準(zhǔn)，形成了油基泥漿體系下半定量裂縫有效性評價方法。