库车前陆盆地低孔裂缝性砂岩产能预测模型

杨锋，朱春启，王新海,3，屈海州，张福祥，牛新年

（1.油气资源与勘探技术教育部重点实验室（长江大学）；2.中国石油长城钻探工程有限公司；3.中国石油大学（北京）；4.西南石油大学；5.中国石油塔里木油田公司）

0 引言

库车坳陷位于塔里木盆地北缘，北部与天山相邻，南面紧靠塔北隆起，整体呈北东东向展布，面积2.85×104km2，区域构造上属天山褶皱带南麓前陆前渊坳陷[1-4]。库车坳陷大北—克深地区主要含油层系为白垩系巴什基奇克组，岩性为致密砂岩，孔隙度为6%～8%。录井和测井资料显示该地区裂缝十分发育[5-6]，大北地区取心井裂缝倾角为70°～90°，宽0.1～5.0 mm，部分井段岩心极为破碎，大北202井日产高达110×104m3，大北—克深地区平均日产40×104m3左右。致密储集层产能的高低与裂缝的发育程度密切相关，如何定量描述裂缝与产能的关系，目前国内外尚无好的解决办法。笔者根据裂缝定量描述资料，建立基于裂缝产能系数预测气井产能的模型，研究了裂缝均匀分布和非均匀分布对产能的影响，为库车地区低孔裂缝性砂岩的产能预测提供了一种新的思路。

1 成像测井裂缝参数定量统计

裂缝参数包括裂缝类型、产状、长度、张开度、总缝条数、有效缝条数、缝密度、原始面缝率、有效面缝率、充填率等。库车地区巴什基奇克组裂缝类型以构造缝为主，少量溶蚀缝。裂缝产状包括裂缝的倾向、倾角。裂缝长度是岩心或者成像测井图像中所能观察到的裂缝延伸长度。裂缝张开度（宽度）是两个壁面之间的垂直距离。缝密度是裂缝条数与统计长度的比值。原始面缝率是岩心中裂缝分布面积占所统计的岩心表面积的百分数。有效面缝率是指裂缝中未被充填部分的面积占所统计的岩心表面积的百分数。充填率为裂缝中被充填部分的面积占所统计的岩心表面积的百分数。

在统计岩心内的裂缝参数时，裂缝类型、产状、长度、条数等肉眼均可见。裂缝张开度采用刻度放大镜等工具读取。面缝率则主要由网格法定量统计。网格法即用带有刻度的透明方格纸包覆于岩心的表面，然后读取裂缝在纵向、横向上所占的线段长度（见图1中红线），一般在纵向、横向上每间隔1 cm读取数值，再用纵横向的和除以整个网格总线条的长度，以定量表征裂缝的原始或有效面缝率。

图1 网格法裂缝统计示意图

由于岩心只能代表很小深度范围内裂缝的发育情况，要掌握全井段的裂缝特征，就要依靠地层微电阻率扫描成像测井资料。成像测井主要应用于岩性和沉积构造识别、裂缝描述以及储集层评价等领域[7-11]。在裂缝精细描述中，成像测井通过测量地层的微电阻率，将采集的数据进行一系列的校正、处理后，生成颜色深浅不一的直观图像。图像宽度代表的实际长度为井壁的周长，图像特征包含岩性、沉积构造、孔洞缝等地质信息。因此，在成像测井图上，可以采用网格法对未取心井段进行裂缝参数统计，但受成像测井资料本身分辨率等因素的影响，需要利用岩心上裂缝参数统计结果对其进行校正。具体做法是在取心的深度范围内，将成像测井统计结果与岩心的定量统计结果进行对比，可以得出参数的一个经验差值∆X，然后用这一数值校正该井未取心段的裂缝参数：

式中 ∆X——单井某参数的经验差值；Xq——取心深度内岩心上的参数统计值；XFq——取心深度内成像测井上的参数统计值；Xw——未取心段的参数统计值；XFw——未取心段成像测井上的参数统计值。

在进行裂缝的识别、参数统计时，一般采用成像测井资料的动态图像。裂缝的倾角、倾向、视长度等参数在成像测井上可以准确识别，不需要校正，而裂缝条数、张开度、面缝率则需要利用岩心统计结果进行校正。此方法对单井目的层全部深度范围内的裂缝参数统计效果较好。

对大北—克深地区具有岩心描述和成像测井资料的单井进行裂缝参数定量统计，结果表明，巴什基奇克组的裂缝视长度多大于 50 mm，岩心裂缝密度为1.0～1.5条/m，各单井岩心上裂缝面缝率差异较大，为0.005～0.050。

以大北202井白垩系的第2筒（5 717.22～5 720.52 m）、第3筒（5 788.00～5 790.85 m）岩心为例加以说明。岩心上识别的裂缝总条数略大于成像测井上统计的结果，成像测井上统计的裂缝张开度和面缝率（下文中如不特别说明，面缝率均指有效面缝率）大于岩心的统计结果（见表1）。裂缝张开度、密度、面缝率的经验差值分别为−1.2 mm、0.2条/m、−0.9%。油田现场岩心裂缝描述资料相对成像测井资料要少得多，可利用大北 202井成像测井资料统计裂缝参数，然后利用经验差值对各参数进行校正，即可较准确地求得大北202井成像测井井段的各项裂缝参数值。

表1 大北202井岩心与成像测井裂缝参数统计对比表

2 面缝率与裂缝密度的关系

由大北—克深地区11口井测试井段裂缝精细描述结果（见表2）可知，裂缝密度为0.15～2.70条/m；面缝率为 0.4%～6.0%；米采气指数为 0～1 081.47 m3/（d•MPa•m）。对裂缝密度（n）与面缝率（ρ）关系进行回归分析发现，二者具较好的相关性（见图2），回归公式为：

表2 大北—克深地区巴什基奇克组测试段裂缝参数及产能特征统计表

图2 裂缝密度与面缝率回归分析图

若已知裂缝密度，可由回归公式计算面缝率。

3 裂缝产能系数与米采气指数的关系

根据裂缝精细描述结果，裂缝特征参数主要有倾角、倾向、延伸长度、密度及面缝率等，通过对裂缝特征参数的筛选及与现场试气结果进行相关性分析研究，发现裂缝密度、面缝率与产能密切相关[12-13]，面缝率与产能的相关性最好，面缝率越大，产能越高，因此选择面缝率为变量构造裂缝产能系数（fq），并且保证裂缝产能系数为0～1（0表示裂缝不发育，1为裂缝非常发育）。筛选大北—克深地区7口井进行回归分析（见表3），将米采气指数进行归一化处理（各井米采气指数除以米采气指数最大值），使处理后的米采气指数为0～1：产能最高的井为1，最低的井为0。将其与面缝率进行回归分析，裂缝产能系数公式为：

表3 大北—克深地区巴什基奇克组裂缝特征参数及米采气指数回归分析表

米采气指数（Jsg）与裂缝的发育程度密切相关。将米采气指数与裂缝产能系数进行回归分析（见图3），建立裂缝产能系数与米采气指数关系：

若已知裂缝产能系数，便可利用此系数预测米采气指数，进而预测测试井产能。

大北A井位于新疆阿克苏地区拜城县城西约26.5 km、大宛齐油田北约9.7 km处，是库车坳陷克拉苏构造带西段大北1气田大北201断背斜东翼上的1口评价井。该井于2010年5月6日开钻，2011年8月2日完钻，完钻井深6 170 m。试油测试井段为5 937～6 058 m，测试厚度 121 m，有效厚度 84.5 m，平均孔隙度8.9%，测试层位为白垩系，岩性为砂岩。成像测井显示裂缝密度1.2条/m，面缝率2.1%，在10 MPa压差下利用上述方法预测产量为69.16×104m3/d，实际试油结果为72.02×104m3/d，说明产能预测结果与实际试油结果相符。

图3 裂缝产能系数与米采气指数回归分析图

4 裂缝均匀分布与非均匀分布模型

在裂缝精细定量描述方法中，对某一井段的裂缝密度、面缝率给出的都是井段的平均值，而忽略了各部分裂缝发育程度的非均质性。裂缝均匀分布与非均匀分布对产能的影响目前没有理论研究结果可以借鉴。基于上述讨论，建立裂缝均匀分布与非均匀分布的理论模型，并分析其对产能的影响。假设测试地层有效厚度为300 m，每100 m为1个单元（见图4）。模型a表示3个单元的裂缝密度全部为1条/m；模型b表示从上到下3个单元的裂缝密度分别为1.5，0.5，1条/m；模型c表示3个单元的裂缝密度分别为2，0，1条/m；模型d表示3个单元的裂缝密度分别为3，0，0条/m；4个模型中裂缝的总条数相同。

图4 裂缝均匀分布与非均匀分布模型

已知裂缝密度，可根据（3）—（5）式分别求出各单元面缝率、裂缝产能系数以及产能，然后对各单元产能求和即可得到总产能。假设压差为10 MPa，模型d裂缝分布最不均匀，产能最大，达447×104m3/d；模型a裂缝均匀分布，产能最小，为156×104m3/d（见图 5）。

图5 裂缝均匀分布与非均匀分布产能对比

5 结论及建议

对于未取心井段，可利用成像测井资料统计裂缝参数，经校正后，可较准确定量描述裂缝延伸长度、倾角、张开度、面缝率及密度等参数。大北—克深地区气井测试段裂缝密度、面缝率与产能有较好的相关性，据此得出裂缝产能系数计算公式，根据裂缝产能系数与米产气指数的回归公式即可预测气井产能，实例分析验证了方法的有效性。

建立裂缝均匀分布与非均匀分布的理论模型，基于裂缝产能系数进行产能分析，结果表明：裂缝性砂岩地层中，裂缝总条数一定时，裂缝集中分布于某一段时产能更大。

裂缝精细定量描述方法中，裂缝密度的平均化处理直接影响产能预测精度，在现场实际应用时，建议对测试井段进行分段，考虑每一小段的裂缝密度，再利用裂缝产能系数模型预测产能，可减小误差。

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