渤海油田潜山储层岩石力学参数研究——以蓬莱油田和锦州南油田为例

许赛男，崔云江，杨洪伟，别旭伟，王培春

（中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津塘沽 300452）

渤海油田潜山储层岩石力学参数研究
——以蓬莱油田和锦州南油田为例

许赛男，崔云江，杨洪伟，别旭伟，王培春

（中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津塘沽 300452）

岩石力学参数表征岩石力学性质，在裂缝性潜山储层中表现为不同于砂泥岩储层的特征。有效裂缝的发育程度对纵波、横波测井值有一定的影响，由此计算得到的岩石力学参数也有相应的变化。研究发现，岩石力学参数在潜山储层不同岩性、不同储层类型中有不同的响应特征；在裂缝发育段岩石力学参数表现为“高泊松比、高体积压缩系数、低杨氏模量、低剪切模量”的特征。

岩石力学参数；裂缝；潜山储层；渤海油田

近几年，随着渤海油田勘探开发的不断深入，花岗岩、变质花岗岩等难以评价的潜山储层所占比例越来越大，此类储层一般具有岩性复杂、孔隙结构复杂、非均质性强[1,2]等特点，目前常用的常规测井和成像测井评价技术，在裂缝储层有效性识别方面面临较大挑战。而岩石力学参数在裂缝段和致密段均有不同的测井响应特征[3]。因此，本文试图从研究岩石力学参数入手，寻求潜山裂缝识别和测井评价的方法，为今后类似油田的潜山储层测井评价奠定基础。

1 岩石力学参数的定义和计算

阵列声波测井进行处理可同时得到纵波、横波时差，结合密度测井曲线，可计算得到杨氏模量、剪切模量、体积模量、泊松比、体积压缩系数（体积模量的倒数）等岩石力学参数。杨氏模量、剪切模量、体积模量分别表征着在不同方向上所加应力作用下，所加压力与发生的应变的比值。可想而知，在潜山储层中，裂缝发育程度不同，发生同等大小的应变，所需的应力不同，计算的岩石力学参数数值存在差异。

2 潜山储层岩石弹性力学参数研究

渤海油田潜山储层岩性复杂、孔隙结构复杂、非均质性强，因此，岩石力学参数的研究主要从以下三方面进行研究：

2.1不同岩性岩石力学参数差异

蓬莱油田和锦州南油田是渤海油田两个储量最大的潜山油田，分别发育花岗岩和变质花岗岩储层。通过铸体薄片和全岩分析，蓬莱油田和锦州南油田共存在以下六种岩性：辉绿岩、二长花岗岩、闪斜煌斑岩、花岗闪长岩、二长片麻岩和斜长片麻岩。

根据岩石力学参数在不同岩性中响应特征不同，分别作了不同岩性的体积压缩系数与杨氏模量交会图（图1）以及泊松比与杨氏模量交会图（图2）。从图1、图2可以看出，锦州南油田变质花岗岩和蓬莱油田花岗岩岩石力学参数存在差异。但具体到油田内部，锦州南油田二长片麻岩和斜长片麻岩岩石力学参数差异不明显，蓬莱油田二长花岗岩和花岗闪长岩、闪斜煌斑岩在泊松比和杨氏模量交会图上有明显差异，其他岩性岩石力学参数差异并不明显。

图1 不同岩性体积压缩系数与杨氏模量交会图

2.2裂缝发育段岩石力学参数特征

图2 不同岩性泊松比与杨氏模量交会图

从图3可以看出，相对致密层来说，钻井取心照片显示的裂缝发育段，纵波时差（DTC）增大不明显，横波时差（DTS）明显增大，计算得到的岩石力学参数表现为“两高两低”的特征：高泊松比（POIS）、高体积压缩系数（CMPR）、低杨氏模量（YMOD）、低剪切模量（SMOD）。并且裂缝越发育，“两高两低”的特征越明显。因为裂缝发育段与致密段相比，发生同等大小的应变，需要的应力更小，裂缝越发育，需要的应力越小，根据岩石力学参数的计算公式可知，杨氏模量和剪切模量越小。依据此特征可以识别裂缝发育段以及裂缝相对发育程度。

图3 裂缝发育段岩石力学参数响应特征

2.3不同储层类型岩石力学参数差异

对蓬莱油田和锦州南油田考虑裂缝在储层中的储集、渗流作用，按储层的储集空间类型，将潜山储层主要分为孔隙型、裂缝—孔隙型、孔隙—裂缝型和裂缝型四类。

这四类储层特点各不相同，测井响应特征也存在明显差异。孔隙型储层的储集空间类型主要为粒间孔、溶蚀孔，在成像测井图上表现为暗色的斑点，裂缝不发育（图4a）；裂缝—孔隙型储层以粒间孔、溶蚀孔为主要储集空间，裂缝主要起渗流通道的作用（图4b）；孔隙—裂缝型储层以裂缝、溶蚀孔作为主要储集空间，沿裂缝走向发育溶蚀孔洞（图4c）；裂缝型储层主要发育在致密层，基质孔隙不发育，储集空间基本为裂缝（图4d）。

如图4所示，储层类型不同，岩石力学参数的高低不同。将四种储层类型岩石力学参数投到总孔隙度和杨氏模量相对值（图5）以及裂缝孔隙度和杨氏模量相对值的交会图（图6）上，可以进行更直观的比较。杨氏模量相对值△YMOD=（YMOD计算值－YMODmax）/（YMODmin－YMODmax），是杨氏模量归一化之后的数值，无量纲。对每口井而言，YMODmax、YMODmin是固定不变的，当裂缝越发育，YMOD计算值越小，杨氏模量相对值△YMOD则越大。

图4 不同储层类型测井响应特征及岩石力学参数差异

图5 总孔隙度和杨氏模量相对值的关系图

图6 裂缝孔隙度和杨氏模量相对值的关系图

从图5、图6可以看出，杨氏模量相对值随着总孔隙度的增大或裂缝孔隙度的增大而增大。对于总孔隙度接近的孔隙型和裂缝—孔隙型储层来说（图5），裂缝—孔隙型储层具有更高的杨氏模量相对值，虽然总孔隙度接近，但裂缝—孔隙型储层裂缝比较发育，裂缝的发育对提高储层渗透率、改善储层品质起到很好的作用。也就是说在总孔隙度相同的情况下，裂缝越发育，杨氏模量相对值越大。

3 应用效果分析

图7是锦州南油田潜山储层利用岩石力学参数识别裂缝综合成果图，从图中可以看出岩石力学参数呈现“两高两低”特征，即高泊松比（POIS）、高体积压缩系数（CMPR）、低杨氏模量（YMOD）、低剪切模量（SMOD）的井段为裂缝发育段。与成像测井显示该井段裂缝发育一致，并且与生产测井井下分层产量（QZI）对应关系很好，杨氏模量越小，对应的井下分层产量（QZI）越高。此外，杨氏模量越小，对应的总孔隙度（POR）或裂缝孔隙度（PORF）也越大。这也说明岩石力学参数能很好表征裂缝的有效性，对潜山储层测井评价具有很好的应用价值。

图7 锦州南油田4D井利用岩石力学参数识别裂缝发育段实例

4 结论及认识

通过对渤海油田潜山储层岩石力学参数的研究，认为岩石力学参数在不同岩性、不同储层类型存在差异，在裂缝发育段表现为“两高两低”的特征。本文对渤海油田潜山储层岩石力学参数特征的研究成果对其他类似油田潜山储层裂缝的识别及裂缝储层测井评价具有重要的指导作用。

[1] 周心怀, 项华, 于水, 等. 渤海锦州南变质岩潜山油藏储集层特征与发育控制因素[J]. 石油勘探与开发, 2005, 32(6): 17-20.

[2] 张建民, 赵春明, 马奎前, 等. 渤海海域湖相碳酸盐岩储层研究方法——以XX油田深层生屑云岩为例[J]. 海洋石油, 2010, 30(4): 32-38.

[3] 陈冬, 陈力群, 魏修成, 等. 火成岩裂缝性储层测井评价——以准噶尔盆地石炭系火成岩油藏为例[J]. 石油与天然气地质, 2011, 32(1): 83-89.

Study on Rock Mechanical Parameters of Buried Hill Reservoirs in Bohai Oilfield——Examples of Penglai and South Jinzhou Oilfields

XU Sainan, CUI Yunjiang, YANG Hongwei, BIE Xuwei, WANG Peichun
（Tianjin Branch of CNOOC Ltd.,Tanggu Tianjin300452,China）

Rock properties can be characterized by rock mechanical parameters. The reservoir properties of fractured buried hill reservoirs are quite different from those of sand shale reservoirs. The magnitude of effective fracture will influence the logging values of P-waves and S-waves, the rock mechanical parameters calculated from the logging values will be different accordingly. Researches have indicated that the rock mechanical parameters have different response characteristics in different lithologies or reservoir types of buried hill reservoir. The rock mechanical parameters are characterized by high Poisson’s Ratio, high bulk compressibility, low Young’s modulus, and low shear modulus in fracture developed reservoirs.

rock mechanical parameters; fracture; buried hill reservoir; Bohai Oilfield

P631.8+1

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2014.04.080

1008-2336（2014）04-0080-04

2013-12-23；改回日期：2014-02-08

许赛男，女，1982年生，2008年毕业于长江大学地球物理与石油资源学院，获硕士学位，从事测井资料解释工作。E-mail：xusn@cnooc.com.cn。