川西须家河组致密碎屑岩裂缝分布规律与影响因素分析

徐炳高,李阳兵,葛 祥,吴见萌

(中国石化集团石油工程西南有限公司测井分公司,四川成都610100)

川西须家河组致密碎屑岩裂缝分布规律与影响因素分析

徐炳高,李阳兵,葛 祥,吴见萌

(中国石化集团石油工程西南有限公司测井分公司,四川成都610100)

川西须家河组成藏对裂缝有强烈的依赖,裂缝的识别与评价是储层评价的基础和评价的难点。利用成像测井提取信息计算了裂缝密度、裂缝长度、裂缝的平均水动力宽度、裂缝视孔隙度等参数;建立了综合评价指标——裂缝强度;开展了裂缝展布规律研究,纵向上裂缝主要分布于须家河组二段,须四段发育程度较差;横向上,裂缝强度高值区主要分布于构造轴部,方向以近东西向为主。通过裂缝影响因素分析,认为刚性强度大、交错层理不发育的块状砂岩易于形成高角度裂缝;构造轴部、南北向断裂密集分布区以及断裂形变明显变化区域为有利的裂缝发育区。根据这些特点,提出了裂缝预测基本思路和方法。

测井解释;裂缝强度;裂缝分布;裂缝预测;须家河组;川西

0 引 言

川西须家河组储层非常致密,成藏对裂缝有强烈的依赖。统计表明,裂缝发育状况与与储层含气性之间的关系非常明显,高产气井几乎无一例外其裂缝发育程度高,而裂缝不发育的井段很难获得天然气产能,储层产气潜力与裂缝发育程度具有正相关性,裂缝越发育,储层含气潜力越大。储层评价的关键在于裂缝的识别与评价,而识别裂缝最有效的手段是微电阻率扫描成像测井。本文在对成像测井资料系统处理基础上,对裂缝进行了手工拾取,计算了裂缝密度、裂缝长度、裂缝的平均水动力宽度、裂缝视孔隙度等指标,在此基础上建立了综合的裂缝评价指标——裂缝强度,对其纵横向变化规律以及影响因素进行分析。

1 裂缝综合评价指标建立

在成像测井资料处理基础上对裂缝进行了识别和手工拾取,计算了裂缝密度ρv、裂缝长度Lv、裂缝平均水动力宽度 Avh、裂缝视孔隙度 φva等4个裂缝参数。4个参数从不同角度反映了裂缝的相对发育程度。为了利用统一的裂缝评价参数研究须家河组不同砂体裂缝发育情况横向变化规律,建立了裂缝发育程度综合评价指标,即裂缝强度指标(L FQD)

式中,ZBi为4个裂缝指标之一,这里主要用了2个指标,分别为裂缝密度ρv和裂缝视孔隙度φva;Ni为不同裂缝指标调节系数,这个系数从2个方面对裂缝参数进行调节,其一为裂缝参数量纲调节,4个裂缝参数量纲不一样,其数值相差非常大,通过调节系数,使不同裂缝参数数值接近;其二为不同测井仪器类型的调节,不同测井仪器处理图像裂缝参数有不同程度差异,其中裂缝密度值是一致的,而其他3个裂缝参数有很大差异,通过系数的调节,使不同测井仪器所测的成像图像裂缝参数具有一致性和可比性;H为裂缝发育段地层厚度,m。

实际操作中,以裂缝密度作为基本单位,对不同仪器的裂缝视孔隙度φva进行了系数调节,其中FM I调节系数为9 000～11 000,FM S调节系数14 000～18 000,EM I及RXM I调节系数为4 000～6 000。

利用式(1)分别计算了不同砂体须家河组的裂缝强度,作为评价裂缝发育程度的综合性评价指标。

图1为川西W-56井须二段Tx42储层成像测井处理成果图,显示出网状裂缝发育,裂缝宽度、裂缝视孔隙度等参数值反映了该井纵向上裂缝发育程度差异,但是这些参数无法反映出各井间裂缝发育程度的差异,尤其不同测井仪器测井计算出的裂缝参数不具有可比性。为此,计算了各井裂缝发育程度综合评价参数——裂缝强度。表1为川西部分钻井须二段Tx42储层裂缝强度,显示出5口井中W-56井和X-10井裂缝强度较高,测试获得高产,其他3口裂缝强度较低的井未获得工业产能。这一方面反映出储层产气潜力与裂缝发育程度密切相关;另一方面说明裂缝强度指标作为综合性裂缝评价指标,能够很好表征出井间裂缝发育程度差异。

2 裂缝展布规律研究

2.1 裂缝纵向展布规律分析

图1 W-56井砂体成像测井成果图

分别研究了须二段与须四段裂缝发育程度差异,以及段内裂缝发育程度纵向变化规律。首先研究须二段与须四段裂缝发育程度差异,分别统计了须二段与须四段单位厚度裂缝裂缝强度参数,计算方法为裂缝强度除以地层厚度。图2中可以发现,除了须家河组裂缝不发育川丰×井及新11井,须四段与须二段裂缝强度参数比较接近外,其他各井须二段远远大于须四段,平均值须二段的单位厚度裂缝强度参数明显大于须四段,反映出须二段裂缝发育程度远大于须四段。须四段发育少量高角度裂缝,主要分布于其底部的致密砾岩中。

表1 部分钻井须二段储层裂缝强度与产能

表1 部分钻井须二段储层裂缝强度与产能

井号 成像仪器 裂缝强度/无量纲天然气产能/(×104 m3·d-1) W-61 FMS 3.168 产微气X-10 RXM I 15.248 10.3 W-65 FMS 1.176 0 W-56 FM I 28.613 58.47 W-50 EM I 1.72 0

图2 须四段与须二段单位厚度裂缝强度对比图

须二段划分为了上、中、下3个亚段,其裂缝发育程度有差异,中亚段裂缝发育程度明显优于上亚段和下亚段,中亚段也是须家河组的主产气段。

2.2 裂缝横向展布规律分析

须家河组裂缝主要分布于须二段,仅对须二段裂缝横向展布规律进行研究。

裂缝方向分布。对各井裂缝发育方向进行了统计分析,图3为裂缝方向与裂缝强度分布图。图3显示出裂缝有北东向、北东东向、东西向、北西向等多个发育方向,但裂缝强度较大的优势方向以北东东-东西向为主。

裂缝强度分布。在裂缝强度参数计算与统计基础上,分别研究须二段、须二上、中、下亚段裂缝强度分布。裂缝强度高值区主要位于新场构造主体部位一带,向西、北、东一带裂缝强度迅速降低。

图2中裂缝强度高值区与目前天然气高产区几乎一致,表明须二段的产气状况与裂缝发育程度密切相关,裂缝发育带控制了天然气高产区的分布。对高产区预测的关键在于对裂缝分布规律预测,而对裂缝预测的基础是搞清楚裂缝发育的影响因素。

图3 须家河组二段裂缝方向与强度分布

3 裂缝影响因素分析与裂缝预测方法

3.1 裂缝强度与岩石刚性程度关系

川西须家河组高角度裂缝主要发育于须二段,相对而言,须四段高角度裂缝发育程度较差,这种裂缝发育程度的差异,分析是由于岩石的刚性程度差异造成的。

高角度裂缝的发育程度与岩石的刚性程度有关,而刚性程度与岩石致密程度有关,越致密的储层其刚性程度越强。当地层受到构造应力作用时,不同刚性程度的地层响应方式是不一样的,对于刚性程度低的软地层,可以通过自身的塑性形变释放应力,而刚性地层只能通过地层破裂才能使应力达到平衡。对于须二段,储层非常致密,孔渗条件极差,岩石刚性程度高,水平挤压力作用下,容易形成高角度裂缝;须四段砂岩地层普遍孔隙度较高,致密程度远低于须二段,刚性程度较低,不容易形成规模的高角度裂缝,而须四底部的砾岩层非常致密,刚性强,在构造应力作用下容易形成高角度裂缝,须四段的高角度裂缝主要发育于底部砾岩中。

3.2 裂缝强度与沉积构造关系

沉积构造包括交错层理、层界面、冲刷面等,这些界面本身属于应力薄弱面,受引力作用容易沿界面裂开。根据成像测井资料,对10余口井须二段的裂缝的裂缝进行了逐条鉴别与统计,结果表明,有近70%的裂缝都是沿交错层理裂开而形成的层间缝(见图4);有少量层界面裂缝以及沿冲刷面形成的裂缝,非沉积构造成因裂缝约占24%。可见沿交错层理裂开的层间缝已经占了裂缝的绝大多数;此外,取心观察表明,有很大一部分裂缝是沿着交错层理面裂开而形成的层间缝,与成像测井统计结果基本一致。但是这类裂缝非常平缓,层间有泥质物充填,有效性非常差,对储层渗透性的贡献很低,基本属于无效裂缝,计算的裂缝强度值很低。而仅占所有裂缝23.74%的非沉积构造裂缝,多为高角度裂缝,有效性好,计算的裂缝强度值较高,这类裂缝促成了钻井的天然气高产。

分析认为,当受到构造应力作用时,交错层理砂岩与块状砂岩的形变响应是不一样。对于交错层理砂岩,可以通过自身层理的薄弱面释放部分应力或者沿层理裂开形成低角度裂缝,因而交错层理的存在抑制了高角度裂缝的产生。对于块状砂岩,要释放应力只能通过形成裂缝的方式,水平压应力的作用容易形成高角度裂缝。

统计结果也表明,交错层理砂岩厚度与裂缝强度之间存在负相关关系(见图5),随着交错层理砂岩厚度的增大,裂缝强度有降低趋势。交错层理砂岩分布区不利于形成高角度裂缝,交错层理砂岩厚度减薄区裂缝强度较大,因此,可以通过对交错层理砂岩厚度分布规律对高裂缝强度区进行预测,从而间接预测有利的油气分布区。交错层理砂岩厚度减薄区基本代表了裂缝强度高值区,因而,交错层理砂岩的厚度分布可以作为储层有利区预测的辅助指标。图6为须二段砂体交错层理砂岩厚度等值线图,交错层理砂岩厚度的较薄区(厚度小于10 m区域)与裂缝强度高值区基本一致,该区也是目前该砂体天然气高产分布区。

图4 沉积构造裂缝与非沉积构造裂缝分布

图5 砂体交错层理砂岩厚度与裂缝强度关系图

图6 砂体交错层理砂岩厚度等值线图

3.3 裂缝强度与构造及断裂关系

图7展示了中亚段裂缝分布与构造、断裂关系,结合其他层位裂缝分布特征,总结出以下规律。

(1)多数裂缝走向与相邻断裂方向近于垂直,分析裂缝的形成与断裂活动有关,受到构造应力影响,在形成压性断裂的同时,派生出了与之垂直的裂缝。区类发育断裂方向以南北向为主,因而形成的裂缝走向主要呈近东西向。

(2)新场背斜构造轴部裂缝发育程度明显强于翼部,发育于构造轴部的X-3井、W-56井等裂缝强度较大,而翼部钻井井裂缝强度明显降低。

(3)位于断裂形变明显变化地带的裂缝比较发育。断裂形变变化主要包括断层断距的变化、断裂方向变化、断裂消失端等等。分析认为,断裂形成的过程是释放挤压应力,使地层应力重新恢复平衡的过程,但不均衡的断裂形变释放的应力也是不均衡的,没有得到断层充分释放的应力必须通过裂缝的产生来释放,因而断裂形变明显变化地带为裂缝发育地带。从新场地区裂缝强度与断裂关系看,在断层消失端尤其断距较大的断层消失端附近裂缝比较发育;而断裂形变变化不大的断层旁,裂缝发育程度较差。

(4)南北向断层密集发育带附近裂缝发育,东西向断层附近裂缝发育程度相对较差。

3.4 裂缝发育带预测方法

(1)基于岩石力学特征的裂缝预测。该区深井均开展了偶极声波测井,有条件开展岩石力学特征研究。刚性强的岩石有利于裂缝形成,岩石弹性力学参数可定量描述其刚性程度,有条件通过岩石弹性特征与裂缝发育程度关系研究对裂缝发育带进行预测。

图7 须家河组须二中亚段裂缝发育特征

(2)基于沉积相、沉积环境裂缝预测。块状砂岩有利于高角度裂缝的形成,交错层理砂岩对高角度交错层理的形成有抑制作用。可以通过对块状砂岩预测的方式间接预测高角度裂缝分布;块状砂岩发育与沉积环境有关,通过研究块状砂岩与沉积微相关系,预测其分布规律,架起沉积微相与裂缝分布间桥梁,开展裂缝分布研究。

(3)通过对背斜构造与断裂分布研究预测裂缝分布。裂缝易于发育于构造轴部、南北向断裂密集发育带附近、断裂形变明显变化带,根据构造、断裂分布规律开展裂缝分布预测,确定有利的裂缝发育区。

4 结 论

(1)在基于成像测井裂缝拾取、裂缝参数计算基础上,建立了裂缝综合评价指标——裂缝强度。

(2)以裂缝强度参数指标为基础,开展其纵横向变化规律研究,纵向上须二段裂缝发育程度明显优于须四段,须二段内部以中亚段最为发育,横向上裂缝方向以近东西向为主,裂缝强度参数在新场构造轴部一带值较高。

(3)通过裂缝影响因素研究,发现裂缝的发育程度与岩石刚性程度、沉积构造、区域构造及断裂分布有关,认为刚性强度大、交错层理不发育的块状砂岩易于形成高角度裂缝;构造轴部、南北向断裂密集分布区以及断裂形变明显变化区域为有利的裂缝发育区。为裂缝发育区的预测奠定了基础,提出了下阶段裂缝预测基本思路和方法。

[1] 张 筠,徐炳高.成像测井在川西碎屑岩解释中的应用[J].测井技术,2005(2):129-132.

[2] 张贵生.川西坳陷须家河组致密砂岩储层裂缝特征[J].天然气工业,2005,25(7):11-13.

[3] 陈必孝,徐炳高.超致密砂岩储层裂缝与含气性识别[J].测井技术,2003(2):136-139.

[4] 于红枫,王英民,周 文.川西坳陷松华镇-白马庙地区须二段储层裂缝特征及控制因素[J].中国石油大学学报:自然科学版,2006(3).

[5] 徐言岗,徐宏节,虞显和.川西坳陷中深层裂缝的识别与预测[J].天然气工业 ,2004(3).

Analysis of Distributing Law and Influencing Factors of Compact Clastic Rock Fracture in Xujiahe Formation in West Sichuan Region

XU Binggao,L I Yangbing,GE Xiang,WU Jianmeng
(Well Logging Branch of Southwest Petroleum Engineering L TD.CO.,SINOPEC,Chengdu,Sichuan 610100,China)

Hydrocarbon accumulation strongly depends on the degree of fracture developments in Xujiahe fo rmation of Western Sichuan region,fracture recognition and evaluation are not only a basic wo rk in reservoir evaluation,but also a difficult point of reservoir evaluation.In view of this,based on the log data p rocessing and micro-resistivity images,calculated are f racture density,fracture length and f racture hydrodynamic w idth,and fracture apparent porosity,and then the index of fracture strength is built.Based on the index of fracture strength and through the research on fracture distributing law,we think that the fractures are distributed in the second member of Xujiahe fo rmation in vertical,and the degree of f racture developments in the fourth member of Xujiahe formation are weaker.Horizontally,the high value area of degree of the fracture developments is distributed in the axis of the structure,the direction is maily EW.Through the research on affecting factors of fractures,the comp rehensive evaluation show that massive sandstone of high stiffness index and undeveloped cross bedding fo rm high angle f racture easily.The axis of the structure,the dense SN braakage belt and the deformation belt of the fracturesare the favorable area for fracture development zones.According to the characteristics,thoughts and methods of fracture p rediction are p roposed.

log interp retation,fracture strength,f racture distributing,fracture p rediction,Xujiahe formation,Western Sichuan

1004-1338(2010)05-0437-05

P631.84

A

徐炳高,男,1964年生,高级工程师,从事测井解释方法技术研究。

2010-01-18 本文编辑 李总南)