元坝致密砂岩须二储层裂缝特征及识别研究

王 喻，张 冲，谢润成，周 文

(1.中联煤层气有限责任公司晋城分公司，山西晋城 048000；2.成都理工大学能源学院；3.“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室·成都理工大学)

元坝致密砂岩须二储层裂缝特征及识别研究

王 喻1，张 冲2，谢润成2，周 文3

(1.中联煤层气有限责任公司晋城分公司，山西晋城 048000；2.成都理工大学能源学院；3.“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室·成都理工大学)

元坝地区须二气藏属于典型的致密砂岩储层，孔隙结构复杂、储层物性差、非均质性强，通过对岩心资料统计研究表明，元坝地区须二段储层裂缝以低角度缝与水平缝为主；根据裂缝的成像测井与常规测井资料对储层进行了识别，判别模型法与R/S分形法相结合对裂缝识别效果较好，可以为进一步的勘探开发提供依据。

元坝地区；须二段；裂缝特征；裂缝识别

与常规砂岩储层相比，致密砂岩储层成分更加复杂，开采难度较大，天然裂缝在储层流体的沟通与储集方面都有较大贡献。在致密砂岩气藏的勘探开发过程中，裂缝发挥着重要作用[1-2]，因此对裂缝的评价工作显得尤为重要。在川西地区，新851、新856、新3等裂缝发育井都先后在须二段获得高产，对比川西与川东北的储层特征可以看出，两个地区须二段的电性特征都基本一致，两者的层位深度相近，单井的阻抗值差别不大，并且都属于致密储层，因此裂缝也是川东北须二气藏获得高产的关键。目前元坝陆相地层的开发处于初始阶段，探讨裂缝对油气的运移及成藏规律的控制作用，可以为后续生产工作提供科学依据，从而有效对须二致密气藏进行开发[3]。

1 元坝须二段天然裂缝特征

1.1 产状分布特征

在元坝须二段一共有9口取心井，对取心井的岩心进行统计可知，岩心上可见四种产状的裂缝，包括水平缝、低角度缝、高角度缝以及垂直裂缝。对岩心产状进行统计后发现，须二段裂缝的倾角普遍较小，观察到的102条裂缝大部分倾角小于30°，其中小于10°的裂缝概率接近40%。将产状进行划分，发现垂直缝(大于85°)约占7.8%，高角度裂缝(大于45°小于85°)约占11.8%，低角度缝(大于5°小于45°)约占31.4%，水平缝(小于5°)约占49%。研究区须二储层岩心裂缝主要为水平缝和低角度缝。

1.2 不同岩性的裂缝特征

对须二裂缝所在岩心岩性进行统计可知(图1)，在粗砂岩中共发育6条裂缝(约占5.8%)，在中砂岩中共发育30条裂缝(约占29%)，在细砂岩中发育50条裂缝(约占49%)，在粉砂岩中发育4条裂缝(约占3.9%)，在泥岩中发育12条裂缝(约占11.7%)，须二段裂缝主要发育在细砂岩中。从各岩性的裂缝产状统计结果来看，垂直缝与高角度缝基本在较大粒度岩性中发育，而水平缝在各个粒度岩性中所占比例都相对较大。

图1 不同岩性裂缝的产状分布

1.3 裂缝的缝面及充填特征

通过岩心观察，须二段岩心垂直缝缝面一般比较平直，在少量水平及斜交裂缝缝面中可以见到擦痕面构造，擦痕的方向主要为顺缝面方向。充填物有碳质、方解石和泥质等，其中主要以方解石和碳质充填物为主。对全区须二段裂缝充填情况进行统计表明，半充填裂缝与未充填裂缝共占总裂缝数的68.8%，说明研究区须二段整体裂缝有效性较好。

2 储层裂缝识别

目前主要利用成像测井与常规测井资料对储层裂缝进行识别，由于元坝须二段的成像测井资料较少，成像裂缝的研究仅可为后面的研究工作提供参考，主要采用常规测井资料对元坝须二裂缝进行识别。

2.1 成像测井

元坝须二段成像测井资料识别出的裂缝主要可以分为未充填、半充填与全充填裂缝。未充填裂缝影像为深色完整正弦波形，影像可切穿整个井筒，亦可不切穿整个井筒。半充填裂缝影像特征基本与连续高导缝类似，但深色影像具有模糊、不规则且不连续的特征，深色影像整体连续度要高于亮色影像。充填裂缝成像图形一般为完整的正弦波形，影像为连续亮色[4-5]。

成像测井识别裂缝统计结果显示识别出的裂缝以低角度缝为主，其中10°～30°的裂缝数量接近50%，这与岩心裂缝观察统计的结果吻合(图2)。通过对裂缝走向统计制成的玫瑰花图可以看出，裂缝主要有北西-南东向，北西西-南东东两个优势走向。

图2 成像测井裂缝倾角分布统计

2.2 判别模型识别裂缝

在不同岩性中的裂缝对常规测井响应会有差异，所以在裂缝识别时需要将泥岩和砂岩裂缝分开识别。一般情况下，裂缝样本类型可以分为未充填裂缝、半充填裂缝、充填裂缝和非裂缝，由于充填裂缝有效性极低，基本属于无效裂缝，对地下天然气的渗滤也没有任何帮助，所以在判别识别过程中把全充填裂缝与非裂缝归为一类，半充填裂缝与未充填裂缝作为有效裂缝归为一类。本次研究从元坝须二段共选取砂岩、泥岩样本45个，其中砂岩有效裂缝样本18个、非裂缝样本样品11个，泥岩有效裂缝样品6 个，非裂缝样品10个。对元坝须二段裂缝有较强响应特征的测井参数有AC、DEN、RD和RS，采用多元统计方法，通过SPASS软件进行逐步判别后，建立裂缝数量判别模型，判别函数如下：

(1)砂岩判别方程：

Y1=1.112AC+502.044DEN+0.058RD+0.025RS-690.121

Y2=1.046AC+524.537DEN+0.044RD+0.046RS-746.533

(2)泥岩判别方程：

Y1=5.407AC+796.837DEN+3.349RD-3.349RS-1276.818

Y2=4.841AC+779.485DEN+3.292RD-3.333RS-1192.37

式中：Y1——有效裂缝判别函数；Y2——无效裂缝或非裂缝判别函数；AC——声波时差测井，μs/ft；DEN——密度测井，g/cm3；RD——深侧向测井电阻率，Ω·m；RS——浅侧向测井电阻率，Ω·m。

使用上述砂岩与泥岩的裂缝判别公式对元坝须二段储层的单井裂缝进行识别，并将识别结果与岩心分析结果进行比较，结果表明，判别结果与岩心观察结果对应性较好，可以用于元坝地区须二段岩心裂缝的识别。

2.3 R/S分形法识别裂缝

R/S分形法中的R代表极差，表示最大累积离差和最小累积离差的差值；S代表标准差，是变差的平方根。将R/S分形方法应用储层非均质性研究评价中时，R/S的比值就代表了储层参数随深度变化的剧烈程度。R/S分形法可应用于单井层段裂缝发育程度的评价。

对于一维过程，R/S计算式为：

式中：n——逐点分析层段测井的采样点数；u——由端点开始在0～n范围内依次增加的样点数；i，j——样点个数的变量；R(n)——过程序列全层段极差；S(n)——过程序列全层段标准差。

本次研究主要是选择了受裂缝影响较为明显的声波时差(AC)和密度(DEN)两个测井参数进行裂缝识别。元陆8井在4 077.28～4 081.58 m处的岩心观察表明，浅灰色砂岩中至少发育有5条半充填的低角度缝，无论是声波时差还是密度测井值的分形曲线上都出现了曲线下凹、斜率减小即裂缝出现的响应特征。

采用R/S分形法对研究区内各单井的须二段储层都进行了分段计算，分形识别结果综合剖面如图3所示，可以看出R/S基本上可以将岩心上观察到的裂缝识别出来，对元坝须二段的裂缝识别具有相当的参考价值。

2.4 裂缝识别应用效果

图3 元坝204井R/S分形识别剖面

模型识别裂缝方法可以大致上对储层裂缝进行识别。R/S分形识别是分小层逐步识别，工作量比较大，但精度较高，因此可以在模型识别结果基础上利用R/S分形法对裂缝位置的确定进行判断，二者应结合使用。

利用上述裂缝识别方法对研究区内所有探井进行识别，计算出各单井的裂缝发育指数，将目前现有的单井测试结果与单井裂缝识别结果进行交会，得到图4，可以看出，大部分测试井的测试产量与常规测井裂缝发育指数之间有较好的正相关关系。另外由于受断层影响，部分井测试产量较高。

3 结论

(1)根据研究区岩心观察结果，元坝须二段裂缝主要以低角度缝与水平缝为主，其中细砂岩中裂缝最为发育，裂缝大多为未充填裂缝构造裂缝，有效性较高，在少量水平及斜交裂缝缝面中可以见到擦痕面构造，擦痕的方向主要为顺缝面方向。

(2)根据成像测井的图形特征，将本研究区裂缝分为未充填、半充填和充填缝三类，识别出的裂缝主要为低角度缝，与岩心观察结果一致；统计出的裂缝两个主要优势走向为北西-南东向，北西西-南东东向。

图4 须二段常规裂缝发育指数与测试产量关系

(3)利用常规测井识别裂缝要综合模型判别法与R/S分形法，先利用模型识别法大体确定出储层裂缝位置，然后利用R/S分形法分小层识别，提高裂缝识别精度。

[1] 周文. 裂缝性油气储集层评价方法[M].四川成都:四川科学技术出版社, 1998：115-132.

[2] 张永成. 合川-安岳地区须二气藏储层评价[D].四川成都：成都理工大学, 2009.

[3] 贾文玉, 田素月, 孙耀庭, 等. 成像测井技术及应用[M].北京：石油工业出版社, 2000：78-96.

[4] 邓虎成. 断层共生裂缝系统的发育规律及分布评价[D].四川成都：成都理工大学, 2009.

[5] 胡宗全. R/S 分析在储层垂向非均质性和裂缝评价中的应用[J].石油实验地质, 2000, 22(4): 110-113.

编辑：李金华

1673-8217(2015)03-0129-04

2014-12-16

王喻，硕士，1988年生，2014年毕业于成都理工大学油气田开发工程专业，现从事煤层气研究。

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