安棚深层系井剖面裂缝特征及识别

周永强，刘峥君，黎 明，韩丰华，廖 晶，闫永芳

(中国石化河南油田分公司勘探开发研究院，河南郑州 450046)

安棚深层系井剖面裂缝特征及识别

周永强，刘峥君，黎 明，韩丰华，廖 晶，闫永芳

(中国石化河南油田分公司勘探开发研究院，河南郑州 450046)

对于油气田开发，地层中裂缝是油气渗流通道和储集空间，系统研究地层中天然裂缝的分布及特征规律能帮助更好地开发油气。根据岩心、测井等资料对安棚油田深层系裂缝的产状及组系、充填及有效性、发育密度等特征进行分析；并对天然裂缝的测井响应特征进行研究，对裂缝参数进行解释，建立裂缝判别模型，进而对井剖面天然裂缝进行识别与评价。

安棚油田；深层系；天然裂缝；判别模式

安棚油田深层系是典型的低孔特低渗油气藏[1-2]，本次研究主要对安棚深层系井剖面裂缝进行研究。裂缝是低渗透储层油气的有效储集空间和流体流动的主要通道，它影响着地层流体的渗流，研究裂缝发育特征对油井产能、开发方案部署有着重要的作用[3-5]。因此，开展井剖面裂缝特征及识别研究，可以更好地认识安棚油田裂缝的分布规律，对指导安棚深层系油藏的开发方案调整、提高低渗透油气藏的勘探和开发水平具有十分重要的理论和实际意义[6-9]。

1 井剖面天然裂缝基本特征

1.1 产状及组系

通过观察该区域20口井上累计长度1 261.8 m的岩心，共统计出发育裂缝566条。其中低角度斜交裂缝(除去诱导水平裂缝)仅发育2条，裂缝倾角主要为75°～85°，占裂缝总条数的82.87%，平均裂缝倾角为81.56°(图1)。根据不同岩性中天然裂缝的统计来看，在砂岩中裂缝倾角主要分布于75°～85°，占裂缝总数82.87%。泥岩中裂缝倾角主要分布于75°～85°，占其裂缝总数90.54%。砂砾岩中裂缝倾角主要分布于70°～80°，占其裂缝总数的62.96%(图2)。

裂缝的组系依据3口井的定向取心资料和2口井的成像测井资料进行确定。安棚深层系共存在4个裂缝组系，其中以近EW组系裂缝最发育，其次是NE-SW、NW-SE组系，SN组系裂缝相对不发育。平面上，裂缝组系的发育相对稳定，以近EW向稳定发育，不受鼻状构造形态和部位的控制，其次在构造西面NE组系相对较发育。

图1 20口取心井裂缝倾角柱状图

图2 20口取心井不同岩性裂缝倾角柱状图

1.2 充填及有效性

岩心、薄片上所观察裂缝的有效性高，充填程度低，充填裂缝一般以方解石充填为主，多以半充填和方解石充填后后期溶蚀为主，全充填少见；裂缝溶蚀情况普遍，且经常沟通裂缝附近的基质孔隙造成较强的溶蚀作用；另外薄片下所见到呈网状、平行组系发育有效微裂缝构成了有效裂缝网络，有效性高。

本次研究分砂岩泥岩两个岩性对20口取心井的裂缝充填情况进行了统计，其中砂岩内无充填裂缝占72%，充填裂缝占28%；而泥岩内无充填裂缝占55%，充填裂缝占45%；砂岩和泥岩中充填裂缝多数未完全充填，从统计情况来看砂岩中裂缝有效程度高于泥岩。

1.3 发育密度

从岩心、成像测井观察统计裂缝发育密度来看，安棚油田深层系裂缝发育程度在平面上和纵向上具有一定的非均质性。在平面上各单井岩心统计平均裂缝线密度为0.22～2.1条/m，其中B252、B255、B212、A3006取心统计平均裂缝线密度超过1条/m，而A3002、A2034、A84、A2031井平均裂缝线密度小于0.5条/m(图3)；纵向上也如此，如B252井Ⅶ1、Ⅶ2油层取心裂缝线密度为1.63条/m，而Ⅶ9～Ⅶ12油层裂缝线密度高达2.2条/m。

图3 不同井取心段统计平均裂缝线密度分布

2 井剖面天然裂缝的测井响应特征

通过对比取心井段裂缝发育段与非裂缝发育段的测井曲线典型特征，可以定性判断有效裂缝具有声波时差增大、密度减小、电阻率减小、电阻率幅度差增大等电性特征。

为了获取裂缝的测井响应特征，研究中分别选取了砂岩和泥岩两种岩性内典型样本各41个、65个；其中砂岩内有效裂缝段样本22个，非裂缝段样本19个，泥岩内有效裂缝段样本34个，非裂缝段样板31个。基于上述样本对应各样本点的电性特征进行交会分析，通过分析，砂岩内有效裂缝在电阻率-深浅电阻率差、声波-密度交汇图版上能较好的进行区分(图4、图5)，而在其它测井系列中难以进行区分；而泥岩内有效裂缝能在电阻率-深浅电阻率差、中子-密度、声波-密度交汇图版上能较好的进行区分(图6、图7)，而在其它测井系列中难以进行区分。

3 井剖面天然裂缝判别标准建立

图4 砂岩内有效裂缝与非有效裂缝电阻率-深浅电阻率差交会特征

图5 砂岩内有效裂缝与非有效裂缝声波-密度交会特征

图6 泥岩内有效裂缝与非有效裂缝中子-密度交会特征

3.1 裂缝参数解释

裂缝孔隙度计算模型主要根据裂缝发育段与双侧向电阻率电性变化的规律来建立。此方法对裂缝孔隙度的解释需要满足以下条件：①基块没有受到泥浆侵入裂缝影响；②深浅双侧向测得的两条电阻率曲线存在幅度差。A.M.Sibbit和Q.Faivre(1984年)提出油气层中裂缝孔隙度计算公式和水层中裂缝孔隙度计算公式[10]。

图7 泥岩内有效裂缝与非有效裂缝声波-密度差交会特征

(1)

(2)

根据油气层的情况，认为Sxofr=1，Swfr=0，将式(1)、式(2)合并得到式(3)。

考虑泥浆侵入：

考虑深侵入Rt替换RLLD：

(3)

根据水层的情况，认为Sxofr=0，Swfr=1，将式(1)、式(2)合并得到式(4)。

考虑泥浆侵入：

考虑深侵入Rt替换RLLD：

(4)

式中：Rt=2.589×RLLD-1.589×RLLS，地层真实电阻率，Ω·m；φb——基岩孔隙度，%；Swb——基岩含水饱和度，%；Rw——地层水电阻率，Ω·m；Swfr——裂缝含水饱和度，%；Sxofr——井壁附近裂缝含水饱和度，%；φfr——裂缝孔隙度，%；mfr——裂缝含水饱和度指数；mb——基岩孔隙度指数；nb——基岩含水饱和度隙度指数；mfr——裂缝孔隙度指数。

裂缝渗透率按照A.M.Sibbit和Q.Faivre1984年提出的式(5)进行计算获得。

Kf=5.55×10-12×b2×φ

(5)

式中：Kf——裂缝渗透率，10-3μm2；φ——基岩孔隙度，%；b——裂缝张开度，cm；CLLd、CLLS、Cm——分别为地层深侧向、浅侧向电导率和泥浆电导率，S/m；RLLd、RLLS、Rm——分别为地层深侧向、浅侧向电阻率和泥浆电阻率，Ω·m；α——裂缝面与近于垂直井轴面的交角即裂缝面视倾角，(°)；r——井筒半径，cm；Dd、Ds——分别为地层深侧向电极探测深度、浅侧向电极探测深度，cm；H——侧向测井聚焦电流层厚度，cm。

基于上述裂缝参数解释模型，对研究区部分钻井井剖面裂缝参数进行了解释(表1)。

表1 基于常规测井解释部分井裂缝参数情况

3.2 测井判别模型建立

1921年Pearson首先提出判别分析这种方法。1936年，Fisher根据不同类别所特有的特征变量来建立待判别样品归类的数学模型。其基本原理是从总体中选出需要的判别样本，建立特定的判别规则来将这些需要判别的样本进行归类。判别分析法的最重要一部分是确定判别函数，而这时我们需要使用一些准则来约束判别函数的系数，如费歇尔(Fisher)准则、贝叶斯(Bayes)准则、最小二乘准则、库巴克准则、不确定性准则，其中较常用的是前两种[10]。由于费歇尔(Fisher)判别析方法不考虑总体中各自出现的概率，虽然使计算过程简单，但是理论解释不够合理；而贝叶斯(Bayes)判别能根据条件概率的大小很好的对需要判别样本做出归类，所以本次研究我们选用贝叶斯判别方法来完成裂缝判别模型建立。

设原始数据xij(i=1，2，…，n；j=1，2，…，m)，得到极差变换公式：

(6)

式中：xj(max)——n个样品中第j个变量的最大值；xj(min)——n个样品中第j个变量的最小值。经极差变化后，各测井参数分布在0～1之间。

本次对安棚油田深层系的研究，将裂缝分为两大类，第一类为有效缝(未充填裂缝和半充填裂缝)，第二类为非裂缝。按照砂岩、泥岩两个样本空间来进行判别模型的建立。判别典型样本选择以测井响应特征分析砂岩41个样本和泥岩65个样本构成的两个样本空间；经过逐步判别分析获得两个样本空间的有效裂缝判别函数如下。

(1)砂岩判别模型

Y1=2.148AC+847.286DEN-0.02Rt+

(7)

Y2=1.984AC+877.404DEN-0.014Rt+

(8)

(2)泥岩判别模型

Y1=1.602AC+322.096DEN-0.035Rt+

(9)

Y2=1.526AC+330.945DEN-0.044Rt+

(10)

式中：Y1——有效裂缝段判别函数；Y2——非有效裂缝段判别函数；AC——声波时差测井；DEN——密度测井；Rt——地层电阻率，Ω·m；Rxo——侵入带电阻率，Ω·m。

上述判别模型中，砂岩有效裂缝判别模拟回判率可以达到97%，泥岩有效裂缝判别模型回判率可以达到86.5%；回判率表明了模型预测可靠程度，因此该判别模型对井剖面裂缝的解释具有较好的可靠性。

3.3 井剖面天然裂缝的识别与评价

根据岩心、成像测井与常规测井裂缝参数解释和判别函数模型的计算结果来建立砂岩、泥岩两类常规测井裂缝识别标准(表2)。并基于该标准对研究区钻井剖面进行了解释，其解释结果与实际情况具有很好的吻合性。

表2 常规测井裂缝识别标准

4 结论

安棚油田深层系裂缝主要以垂直缝和高角度斜交缝为主，其次为低角度斜交缝。裂缝分布广泛，裂缝组系的发育相对稳定，以近EW向稳定发育。裂缝有效性较好，且裂缝发育具有非均质性。通过对井剖面裂缝测井响应特征的分析，建立裂缝判别模型，对井剖面天然裂缝进行了识别，其识别结果和实际情况吻合性较好。

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编辑：吴官生

1673-8217(2015)04-0097-04

2015-01-20

周永强，工程师，1983年生，2005年毕业于西安石油大学石油工程专业，现主要从事低渗透油气藏开发及管理工作。

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