济阳坳陷太古界变质岩储层裂缝识别与定量解释

王永刚

（中国石化胜利油田地质科学研究院，山东 东营 257015）

0 引 言

裂缝性储层测井评价主要包括储层裂缝识别和裂缝参数定量解释2部分内容。研究储层裂缝识别主要有直接地质描述法、常规测井法、成像测井分析法和偶极子声波测井解释等方法[1]。针对太古界变质岩油藏岩性多样、储层介质类型复杂、有效储集层识别难和储层参数难以确定的特点，通过对测井、岩心、试油等资料的分析，开展了变质岩储层特征的综合研究，在认清裂缝测井响应特征的基础上，形成了1套针对变质岩储层测井综合评价方法，在胜利油区变质岩储层评价中得到广泛应用，取得了较好的效果。

1 太古界变质岩储层特征

太古界变质岩储层岩性复杂，以多种片麻岩为主，其次为闪长角闪岩、角闪岩，局部为黑云母石英片岩等。经过漫长的地质历史时期的变质作用、风化作用和中生代、新生代以来的强烈断裂变动及地下水溶蚀，局部区带产生大量的裂缝及溶蚀孔隙，形成良好的储集空间，这些储集空间是油气的有利聚集带。

东营凹陷王庄地区太古界储集空间为次生的孔、洞、缝，主要受溶蚀作用控制，类型主要有裂缝、溶孔、晶簇孔、溶蚀裂缝、小型溶洞及少量次生方解石间的晶间孔隙。依据3口井全直径岩心分析，孔隙度最大2.9%，最小0.6%，平均1.8%；测井解释孔隙度2.2%～7.2%，平均孔隙度4.2%，渗透率（0.14～19.71）×10－3μm2，平均渗透率值为4.17×10－3μm2。

2 储层识别方法及储层参数确定

2.1 常规测井资料裂缝储层识别方法研究

通过对裂缝在常规测井曲线和成像测井曲线上的特征研究，利用电阻率差比法、3种孔隙度比值法、综合概率法可以实现对裂缝的识别[2－5]。

（1）电阻率差比法。令

式中，RLLd、RLLs分别为深、浅侧向电阻率，Ω·m。

当地层为裂缝性油气层时，RLLd＞RLLs，X1＞0；当地层为致密性地层时，RLLd≈RLLs，X1≈0。该方法适用条件是泥浆滤液沿裂缝侵入的深度在双侧向的探测范围内。

（2）3种孔隙度比值法。由三孔隙度测井的测量原理知，中子测井和密度测井反映了地层总孔隙度的大小，声波速度测井主要反映原生粒间孔隙和水平裂缝。在裂缝性地层中，通过求得总孔隙度φt（中子孔隙度φN、密度孔隙度φD）声波孔隙度φs可构造比值X2。当X2值越大，说明缝洞孔隙越发育，即裂缝、溶孔越发育。

式中，φt为由中子孔隙度和密度孔隙度计算的总孔隙度；φs为由声波计算的孔隙度。

（3）综合概率法。由于裂缝所受影响因素的复杂性，使得单纯用1种方法或1种参数识别裂缝存在相当的不确定性，裂缝识别综合概率法就是将电阻率测井系列和孔隙度测井系列对裂缝的反应相结合，尽量避免这些缺陷，能够更准确地识别裂缝储层。其具体形式为

将埕北地区缝洞储层分为3类（见表1）。

表1 太古界变质岩储层分类表

2.2 特殊测井资料裂缝储层识别方法研究

2.2.1 利用电成像测井资料识别缝洞[6]

电成像测井对于复杂岩性储层，特别是缝洞孔隙（裂缝、孔洞）发育储层研究具有其独特的优势，主要在于其连续性、方位性、直观性和高分辨率。在裂缝发育处，由于泥浆的侵入导致电阻率降低，在电成像资料处理成果图上表现为深色（黑色）的正弦曲线或杂乱曲线，该区有效裂缝按其表现形态可分为网状裂缝、高角度裂缝和直立裂缝（见图1）。虽然层理面、岩性界面、断层面、不整合面、钻井诱导缝、井壁划痕等与天然裂缝在电成像测井图像上具有相似的响应特征，但是电成像测井在地层时代、岩性序列、基本储层特征确定的前提下，以岩心为第1参照标准进行岩心刻度解释，选择岩心和电成像测井兼有且反映良好的典型裂缝层段，利用岩心裂缝特征刻度电成像测井，建立电成像测井裂缝识别模式，从众多地质现象中区分有效裂缝。

图1 电成像测井直观显示缝洞

2.2.2 利用偶极子声波测井资料识别缝洞

偶极子声波测井能够测量井周地层横波的各向异性，可以得到地层各向异性的大小和方向[7]。其中快横波的方向为裂缝的走向，各向异性的大小代表裂缝发育的程度。对于电成像测井上显示的无效裂缝，在各向异性图上没有显示，但是有效裂缝在各向异性图上具有明显的特征。图2中3558～3562 m井段FMI成像图显示裂缝发育，且有溶孔沿裂缝发育；偶极子声波测井显示地层流体移动指数较大，表明这段地层渗透性好，对应地层孔隙度也高，地层有效裂缝发育。因此，利用电成像测井结合偶极子声波测井识别有效裂缝的准确率明显提高。

图2 地层各向异性显示裂缝发育

2.3 有效孔隙度解释方法研究

裂缝性储层有效孔隙度包括基质孔隙度和缝洞孔隙度，其中缝洞孔隙由裂缝和溶蚀孔洞组成。当没有电成像测井资料时，有效孔隙度利用中子、密度确定，基质孔隙度利用声波时差测井资料计算获得；当有电成像测井资料时，利用电成像测井处理成果求取孔隙度。

2.3.1 利用常规测井资料确定有效孔隙度、基质孔隙度和缝洞孔隙度

一般情况下，中子测井、密度测井求取的孔隙度反映地层总有效孔隙度（φe）的大小，包括基质孔隙度（φb）和缝洞孔隙度（φf）；声波时差孔隙度只能反映粒间孔隙度和水平裂缝孔隙度，除高角度裂缝外，基本反应基质有效孔隙度的变化[8]。因此，中子孔隙度密度孔隙度减去声波孔隙度可作为缝洞孔隙度值（参考斯伦贝谢测井公司1998年提供的常用矿物测井解释参数总结该研究区太古界主要组成矿物骨架值）φN，D

式中，φD，c为由密度测井计算的孔隙度；φN，c为由中子测井计算的孔隙度。

式中，Δt、Δtma、Δtsh分别是声波时差、骨架声波时差、泥质声波时差值；Vsh为泥质含量，一般用自然伽马相对值。则缝洞孔隙度为

式中，φf、φN，D、φs分别是缝洞孔隙度、中子密度孔隙度、声波孔隙度值。

2.3.2 利用成像测井资料确定缝洞孔隙度

该区为双孔隙介质储层，其中发育不同比例的原生孔隙及缝洞孔隙。孔隙频谱分析软件可将电成像图像转变成孔隙度图像并进行自动分析，通过对1.2in窗长图像上孔隙的统计分析，便可确定基质孔隙度与缝洞孔隙度的分界点，从而确定原生孔隙度与缝洞孔隙度的比率，原生孔隙度加缝洞孔隙度等于总孔隙度[见图3（a）]。

图3 FMI孔隙频谱分析图

若处理出的频率分布图只有1个峰，说明仅发育原生孔隙，峰值带的宽窄反映非均质性的强弱，峰值带宽说明非均质性强；若处理出的频率分布图出现2个峰，则说明原生孔隙、缝洞孔隙均有发育[见图3（b）]。在孔隙频谱分析中，孔隙度值的分布即不同大小孔径的孔隙可分为不同的百分比（20%、40%、60%、80%），将孔隙度频率值转变为图像同样可方便地看出孔隙大小的分布，频率越高，密度越大，对孔隙度的贡献越大[见图3（c）中第3道]。孔隙频谱分析主要用于分析孔隙的分布，然后根据孔隙分布特征计算出缝洞孔隙度的大小[见图3（c）中第4道]。

2.4 含油饱和度解释方法研究

双孔隙介质的储层含油饱和度主要由基质孔隙含油饱和度和缝洞孔隙含油饱和度组成。该区目前没有密闭取心分析含油饱和度资料，因此，研究采用压汞资料确定的基质含油饱和度，采用类比法确定缝洞孔隙度和含油饱和度[9]。

2.4.1 基质含油饱和度的确定

研究选用5口井30块样品的汞饱和度（当累积渗透能力达到99.9%时，所对应的孔喉半径即最小流动孔喉半径，查出对应的累积进汞量为原始含油饱和度值）与孔隙度（φb）建立了储层的基质含油饱和度计算模型（假定解释对象孔隙中只有束缚水），有

式中，相关系数R＝0.89；资料点数N＝30。

2.4.2 缝洞孔隙含油饱和度的确定

根据国内外文献资料介绍[10－11]，缝洞系统束缚水饱和度一般不超过5%。华北油田研究院从裂缝型物理模型试验得出均质细裂缝（平均缝宽0.16mm）含油饱和度为80%；垂直与水平方向有粗缝发育的不均匀裂缝模型（平均细缝宽0.16mm、粗缝宽1.07mm，粗缝体积占总裂缝孔隙体积的80%以上），其含油饱和度为95.7%；在计算缝洞系统储量时含油饱和度一般取90%～95%。综合以上研究结果以及电成像测井解释埕北太古界储层缝洞发育情况，缝洞系统含油饱和度综合选取90%。

将上述得到的缝洞孔隙含油饱和度和基质饱和度进行孔隙度加权，即可得到该区油层总的含油饱和度。

图4 埕北S02井变质岩储层测井综合解释成果图

根据以上研究成果对研究区内多井进行测井评价。图4为S02井变质岩储层测井综合解释成果，其太古界4159～4196m井段83号层测井响应特征为自然电位无异常，自然伽马为高值，井径曲线显示井眼垮塌严重，指示可能裂缝发育，微电极曲线受井眼和盐水泥浆影响，几乎为0，中子、声波测井曲线反映储层物性较好，密度测井曲线受井眼影响部分井段失真，环境校正后交会计算孔隙度约8%，核磁共振测井资料由于受井眼影响和泥浆侵入影响，显示总孔隙度达20%，表现为毛细管束缚流体特征，可信度降低。该层深、浅侧向测井侵入特征为低侵，深侧向电阻率数值为12～60Ω·m。该层井眼垮塌、电阻率低应该是岩石破碎、泥浆侵入的表现。岩屑录井资料描述该段为肉红色、灰绿色片麻岩和灰绿色荧光片麻岩，根据储层分类标准（见表1）综合解释为I类层。82号层与83号层特征相似，但孔隙度较小，小于5%，电阻率较高，约50Ω·m左右，储层物性稍差于83号层，根据储层分类标准（见表1）综合解释为Ⅱ类层。反观84号层，井径曲线显示井眼无垮塌、双侧向测井曲线显示泥浆侵入浅，指示裂缝不发育，核磁共振测井资料显示孔隙度≤2%，三孔隙度曲线接近骨架值，根据储层分类标准（见表1）综合解释为Ⅲ类层。对83、84号2个层合试油，10mm油嘴自喷，日产油131t，日产气1.482×104m3，不含水，试油结论油层。

3 结 论

（1）通过裂缝在常规测井曲线和成像测井曲线特征研究，形成了基于电阻率差比法和三孔隙度比值法的裂缝识别综合概率法，建立了利用常规测井资料划分缝洞孔隙储层发育程度的标准。

（2）采用电成像裂缝识别技术和孔隙度频谱分析技术，结合偶极子声波测井资料分析地层各向异性的方法，可判断裂缝特征、定量计算裂缝参数及缝洞孔隙度。

（3）采用压汞资料，建立了基质孔隙含油饱和度的确定方法；采用经验法确定了缝洞孔隙的含油饱和度。

（4）研究成果在胜利油区桩海地区、东营凹陷王庄地区太古界变质岩油藏储量评估中，完成了研究区内多井测井评价，取得了较好的效果。

[1]李丕龙，张善文，王永诗，等.多样性潜山成因、成藏与勘探[M].北京：石油工业出版社，2003：44-51.

[2]李善军，肖永文，汪涵明，等.裂缝的双侧向测井响应的数学模型及裂缝孔隙度的定量解释[J].地球物理学报，1996，39（6）：845-852.

[3]卢颖忠.用常规测井资料识别裂缝发育程度的方法[J].测井技术，2000，24（6）：428-432.

[4]黄宏才，罗厚义，汤永梅，等.测井资料确定变质岩地层岩性的探索性应用[J].测井技术，2001，25 （3）：204-208.

[5]邓攀.火山岩储层构造裂缝的测井识别及解释[J].石油学报，2002，3（6）：32-36.

[6]王晓杰，彭仕宓，马建英，等.太古界变质岩潜山测井综合评价技术研究[J].石油天然气学报，2008，30（6）：91-93

[7]蔡希源.现代测井技术应用典型实例[M].北京：中国石化出版社，2009：54-67.

[8]王端平，张敬轩.胜利油区埕北30潜山储集性裂缝预测方法[J].石油实验地质，2000，22（3）：250-255.

[9]梁积伟，李宗杰，刘昊伟，等.塔里木盆地塔河油田S108井区奥陶系一间房组裂缝性储层研究[J].石油实验地质，2010，32（5）：447-452.

[10]付崇清.辽河油田变质岩潜山测井综合评价[J].大庆石油地质与开发，2007，26（5）：138-142

[11]朱留方，吴海燕，翟勇.太古界变质岩储集层测井资料综合评价[J].天然气工业，2005，25（11）：39-42.