顺北地区断控缝洞体测井响应特征和类型识别方法

张卫峰,张晓明,王晓畅,张国灿,肖红琳,李清松

(1.中国石化西北油田分公司勘探开发研究院,新疆乌鲁木齐830011;2.中国石化石油勘探开发研究院,北京100083)

顺北地区断控缝洞体油气藏蕴含丰富的油气资源,顺北油气田已落实4个亿吨级油气区,有15口千吨井。同为断控缝洞体油气藏的富满油田年产原油超150×104t[1],以断控缝洞体作为储层的油气藏是碳酸盐岩孔隙型与岩溶缝洞型油气藏之外的一种新的油气藏类型[2-3]。传统的“生、储、盖、圈、运、保”六大油气成藏要素,在顺北地区特定的地质背景下,除了“生”这一要素与沉积相带有关而不受断裂带控制外,发育在相对稳定构造带内部的中小尺度走滑断裂带几乎控制了其它5方面的油气成藏要素[4]。断裂带既是油气疏导通道,又是成藏有利空间,断裂带外围致密碳酸盐岩作为侧向封挡,上覆巨厚泥岩作为区域封盖层,油气沿走滑断裂垂向运移聚集形成油气藏[5-6]。断裂带是三维空间体[7-8],内部结构复杂[9],发育典型的“核-带”结构,由断层核、过渡带、裂缝带和致密围岩带组成[10-11],顺北地区在侧钻断层时普遍发生不同程度的放空、漏失现象[12],断层之间的围岩致密,鲜有放空、漏失现象,表明断裂带内部物性快速变化,开展断裂带内部结构的研究对油气勘探开发具有重要的意义[13]。测井资料具有高分辨率的特点[14-15],在断裂内部结构分析中能够起到较为重要的作用。近些年来测井研究人员在应用测井资料进行断控缝洞体解释方面取得了一些进展。邹榕等[16]利用常规和成像测井资料,对断裂结构进行了定性分析。黄诚等[17]研究了断控缝洞系统中孔隙类型的测井响应特征。陈伟等[18]利用指示曲线计算法和交会图法对断裂带进行了定量分析。岳文正等[19]通过优化偏移算法改善井周反射界面成像效果并评价井周小尺度地质构造、识别储层和监测裂缝发育情况。岩心和电成像测井能够清晰直观地反映断控缝洞体类型[9,16],但两者资料相对较少,而且对于物性好的断控缝洞体,很难取到岩心,而电成像测井较为昂贵,一般只在重点井进行测量,因利用岩心和电成像测井资料进行断控缝洞体类型识别的应用范围小。为了能够在研究区广泛开展断控缝洞体类型识别,需要依靠应用更为广泛的常规测井方法。顺北研究区常规测井资料情况复杂,大量斜井和水平井的常规测井曲线不全,加之地层高温高压和井况复杂等条件导致测井曲线质量欠佳,无法应用多种测井资料和同一种方法对研究区所有井进行断控缝洞体类型识别。本文在前人研究的基础上,依据断裂带内部结构确定断控缝洞体的类型,总结研究区测井系列,分析不同类型断控缝洞体的常规测井响应曲线,结合各种常规测井曲线,建立了一种利用常规测井曲线逐级识别断控缝洞体类型的方法。

1 断控缝洞体类型及其测井响应特征

顺北地区断控缝洞体中能够储存油气的内部结构主要为断层核、过渡带和裂缝带,断层内部充填主要包括空腔、充填破碎的角砾和充填泥质3种情况[20-21]。因此,确定断控缝洞体类型为未充填断裂洞穴型、角砾充填断裂洞穴型、泥质充填断裂洞穴型和裂缝型。

1.1 未充填断裂洞穴型缝洞体的测井响应特征

未充填断裂洞穴型缝洞体指断裂结构中未被泥质、角砾等固体物质充填的断裂洞穴,具有极好的物性,在录井上有明显的放空漏失现象,在电成像上呈现为黑色团块。由于未被固体物质充填,因此自然伽马测井值和无铀伽马测井值均为低值。由于物性极好,因此井径明显扩径,声波时差和中子测井值明显增大,密度和深浅侧向电阻率测井值明显降低。如图1 中所示的W1井,该井6352～6360m井段在钻井过程中发生放空并产生井漏,漏失总量为108m3。电成像上为黑色团块,孔隙度谱表现为谱峰偏右的大孔隙特征,判定为未充填断裂洞穴型缝洞体。该井段地层常规测井响应为井径明显扩径,最大可达到14in(1in≈0.0254m);自然伽马低值,数值小于20API;声波时差明显增大,数值大于60μs/ft(1ft≈0.3048m),最大达到120μs/ft;密度明显减小,最小可达1.75g/cm3;深浅侧向电阻率明显降低,深侧向电阻率小于95Ω·m,最小可达4Ω·m,浅侧向电阻率普遍小于2Ω·m,最小可达0.6Ω·m。

图1 W1井未充填断裂洞穴型缝洞体测井响应

1.2 角砾充填断裂洞穴型缝洞体的测井响应特征

角砾充填断裂洞穴型缝洞体多为断裂结构中的破碎带,破碎形成的角砾堆积于此,角砾间的空隙是有利储集空间,具有放空、漏失等现象。由于充填的角砾颗粒大小范围较大,因此自然伽马和无铀伽马测井值为低-中值。由于物性中等,因此井径有扩径现象,扩径程度不同,声波时差和中子测井值增大,密度和深浅侧向电阻率降低。如图2中所示的W2井,其7846～7848m井段地层电成像的静态图表现为暗黑色条带,动态图上可见亮色斑块状特征,孔隙度谱表现为宽谱特征,大孔隙和小孔隙共存,判定为角砾充填断裂洞穴型缝洞体。该井段地层常规测井响应为井径微扩径;自然伽马低值,数值小于22API;无铀伽马低值,数值小于12API;声波时差增大,数值大于60μs/ft,最大可达88μs/ft;中子高值,数值大于7%,最大可达24%;密度减小,数值小于2.62g/cm3,最小可达2.35g/cm3;深、浅侧向电阻率降低,深侧向电阻率小于420Ω·m,最小可达150Ω·m,浅侧向电阻率小于20Ω·m,最小可达13Ω·m。

图2 W2井角砾充填断裂洞穴型缝洞体测井响应

1.3 泥质充填断裂洞穴型缝洞体的测井值响应特征

泥质充填断裂洞穴型缝洞体多为断裂结构中的沉积泥岩的断裂洞穴,其常规测井响应与泥岩地层常规测井响应近似,表现为井径明显扩径,自然伽马和无铀伽马高值,声波时差和中子增大,密度和深浅侧向电阻率降低。如图3中所示的W3井,其7261.5～7265.0m井段地层录井显示为泥质充填,判定为泥质充填断裂洞穴型缝洞体。该井段地层常规测井响应为井径明显扩径,最大可达13.5in;自然伽马高值,数值大于43API,最大可达87API;无铀伽马高值,数值大于27API,最高可达55API;声波时差增大,数值大于57μs/ft,最大可达112μs/ft;中子高值,数值大于30%,最大可达48%;深浅侧向电阻率降低,深侧向电阻率小于210Ω·m,最小可达69Ω·m,浅侧向电阻率小于15Ω·m,最小可达4.5Ω·m。

图3 W3井泥质充填断裂洞穴型缝洞体测井响应

1.4 裂缝型缝洞体的测井值响应特征

裂缝型缝洞体是断裂结构中断层外部受构造作用引起的裂缝,裂缝较为发育时会出现漏失现象。其常规测井响应特征与碳酸盐岩裂缝储层常规测井响应特征一致,表现为井径正常或略微扩径,自然伽马和无铀伽马测井值低值,声波时差测井值低值或略微增大,中子测井值低值,密度高值,深浅侧向电阻率测井值中值。如图4所示的W4井,其7343～7350m井段地层在电成像上显示发育裂缝,孔隙度谱表现为谱峰偏左的小孔隙特征,判定为裂缝型缝洞体。该井段地层常规测井响应为井径略微扩径;自然伽马低值,数值小于19API;无铀伽马低值,数值小于7API;声波时差低值,数值小于55μs/ft;中子低值,数值小于2%;密度高值,数值大于2.66g/cm3;深、浅侧向电阻率中值,深侧向电阻率小于663Ω·m,浅侧向电阻率小于383Ω·m。

图4 W4井裂缝型缝洞体测井响应

2 断控缝洞体类型常规测井识别方法

2.1 单井测井系列测井曲线分析

研究区由于受到井型、地层高温高压和井况的影响,单井不同测井曲线情况复杂。井型影响主要为大量斜井和水平井只进行标准测井(自然伽马测井、声波测井和双侧向测井)或标准测井加能谱测井;地层高温高压和井况影响主要为部分测井曲线测量质量不佳,无法利用。基于研究区66口井测井资料统计结果,将测井资料分为6种情况:含全部测井曲线资料、无密度测井曲线资料、无密度和无能谱测井曲线资料、无密度和无中子测井曲线资料、无密度和无中子以及无能谱、无中子和无能谱测井曲线资料(表1)。由表1可知自然伽马、声波时差、深侧向和浅侧向测井应用最广泛,其次为自然伽马能谱测井,再次为中子测井,密度测井数量最少(24口井)。为保证所有井均能进行断控缝洞体类型识别,所建立的识别方法要在保证精度的前提下,充分考虑单井各种测井曲线。

表1 研究区单井常规测井系列情况统计

2.2 不同类型断控缝洞体常规测井响应对比

在单独分析了每种类型断控缝洞体的常规测井响应后,基于12口井的测井资料对比分析不同类型断控缝洞体之间常规测井响应特征和分布规律(表2),结果如下。

表2 不同类型断控缝洞体常规测井响应特征和分布范围对比

1) 泥质充填断裂洞穴型缝洞体的无铀伽马测井值最大,其最低值高于其它缝洞型类型的最高值。角砾充填断裂洞穴型缝洞体与裂缝型缝洞体的无铀伽马分布范围部分重叠。

2) 未充填断裂洞穴型缝洞体的浅侧向电阻率测井值最小,其最高值低于其它缝洞体类型的最低值。其它3种类型的浅侧向电阻率分布范围部分重叠。

3) 4种断控缝洞体类型的自然伽马、声波时差、中子、密度和深侧向值分布范围部分重叠。

2.3 逐级缝洞体识别方法建立

基于上述对研究区各种测井曲线和不同类型断控缝洞体的常规测井响应的测井值分析,将常规测井响应两两组合进行交会分析,挑选出对断控缝洞体类型识别敏感且能满足研究区所有测井曲线条件的交会分析(图5),建立一种应用常规测井资料逐级识别断控缝洞体类型的方法。

图5 顺北地区断控缝洞体类型测井识别交会分析a 浅侧向电阻率-自然伽马; b 浅侧向电阻率-无铀伽马; c 深侧向电阻率-自然伽马; d 浅侧向电阻率-中子; e 声波时差-自然伽马

1) 首先识别未充填断裂洞穴型缝洞体。基于未充填断裂洞穴型缝洞体浅侧向电阻率测井值最低、自然伽马相对较低的特征和研究区每口井均具有自然伽马和浅侧向测井资料的情况,应用自然伽马和浅侧向电阻率测井值进行交会分析,识别出未充填断裂洞穴型缝洞体(图5a)。

2) 其次识别泥质充填洞穴型缝洞体。如果有自然伽马能谱测井资料,那么基于泥质充填断裂洞穴型缝洞体无铀伽马值最高、浅侧向电阻率相对较低的特征和研究区每口井均有浅侧向测井资料的情况,应用无铀伽马和浅侧向电阻率测井值进行交会分析(图5b)识别出泥质充填洞穴型缝洞体。如果没有自然伽马能谱测井资料,那么基于泥质充填断裂洞穴型缝洞体自然伽马值相对较高、深侧向电阻率相对较低的特征和研究区每口井均有自然伽马和深侧向测井资料的情况,应用自然伽马和深侧向电阻率测井值进行交会分析(图5c)识别出泥质充填断裂洞穴型缝洞体。

3) 再次识别角砾充填断裂洞穴型缝洞体。如果有中子测井资料,那么基于角砾充填断裂洞穴型缝洞体与裂缝型缝洞体相比中子相对较高、浅侧向电阻率相对较低的特征和研究区每口井均有浅侧向测井资料的情况,应用中子和浅侧向电阻率测井值进行交会分析(图5d)识别出角砾充填断裂洞穴型缝洞体。如果没有中子测井资料,那么基于角砾充填断裂洞穴型缝洞体与裂缝型缝洞体相比声波时差相对较高、自然伽马相对较低的特征和研究区每口井均有自然伽马和声波时差测井资料的情况,应用自然伽马和声波时差测井值进行交会分析(图5e)识别出角砾充填断裂洞穴型缝洞体。

4) 最后,应用深侧向电阻率与基岩电阻率进行对比识别出裂缝型缝洞体。

总结以上认识,形成4套断控缝洞体类型逐级识别流程,见图6。流程图的公式中,GR为自然伽马;KTH为无铀伽马;AC为声波时差;CNL为中子;RD为深侧向电阻率;RS为浅侧向电阻率;RB为基岩电阻率。研究区所有井均能利用本方法识别出断控缝洞体的类型。

图6 顺北地区逐级识别断控缝洞体类型流程

3 实例及应用效果分析

将本文方法应用于实际井资料的处理解释,以W5井的7717.5～7743.5m井段地层为例(图7),该井测井曲线中为无密度测井曲线,识别流程选择图6中第一套流程,具体识别过程为:

1) 首先,应用自然伽马和浅侧向电阻率测井值交会分析结果(依据图5a)确定该井段地层不是未充填断裂洞穴型缝洞体。

2) 其次,应用无铀伽马和浅侧向电阻率测井值交会分析结果(依据图5b)确定该井段地层不是泥质充填断裂洞穴型缝洞体。

3) 再次,应用中子和浅侧向电阻率测井值交会分析结果(依据图5d)确定该井段地层不是角砾充填断裂洞穴型缝洞体。

4) 最后,对比深侧向电阻率与基岩电阻率10000Ω·m测井曲线确定该井段地层为裂缝型缝洞体,该结论与电成像解释结论一致。

应用本方法得到的解释结果与电成像、岩心等识别结果对比发现:共有13口井的15层指示断控缝洞体的类型结果一致(表3)。

表3 断控缝洞体常规测井识别结果与电成像、岩心结果对比

图8为W19和W20井的测井解释结果,两口井的测井曲线中均为无密度和无中子测井曲线,应用图6 中的第二套流程进行类型识别。两口井钻遇同一断裂带的不同位置,类型识别结果表明缝洞体发育程度明显不同,说明断裂带内部存在很大差异。W19井钻遇一处直径为0.7m的角砾充填断裂洞穴,W20井钻遇两处角砾充填断裂洞穴和裂缝的组合体,一处直径为5m,一处直径为10m。两口井的漏失规模也相差很大,W19井在角砾充填断裂洞穴处漏失39m3,W20井的两处断控缝洞体均产生漏失,漏失量分别为232m3和326m3。

图7 W5井测井曲线断控缝洞体识别成果

图8 W19和W20井测井解释结果

4 结论

1) 基于对断裂内部结构的认识,将断控缝洞体类型分为未充填断裂洞穴型、角砾充填断裂洞穴型、泥质充填断裂洞穴型和裂缝型。

2) 研究区单井测井资料不尽相同,包括各种测井曲线全、无密度测井曲线、无密度和无能谱测井曲线、无密度和无中子测井曲线、无密度和无中子以及无能谱和无中子和无能谱测井曲线共6种情况,在建立储层类型识别方法时,充分考虑测井资料的情况,满足所有井的类型识别需求。

3) 通过对比分析不同类型断控缝洞体的自然伽马、无铀伽马、声波时差、中子、密度、深浅侧向电阻率测井响应特征,结合研究区的实际测井资料的情况,优选对断控缝洞体类型识别敏感的5种测井值交会分析模型,形成4套识别流程,建立了适合于顺北地区断控缝洞体类型常规测井资料逐级识别方法。

4) 其它地区具有类似的识别类型多、测井响应部分重叠、测井资料部分不全的情况,可以借鉴本文中先区分测井资料,再逐级多流程识别的思路,既能减小不同类型之间常规测井响应重叠的影响,又能满足不同测井系列对于类型识别的需求。