張福明,陳義國,邵才瑞,李世川

(1.中國石油大學(xué)地球資源與信息學(xué)院,山東青島266555;

2.塔里木油田公司勘探開發(fā)研究院天然氣所,新疆庫爾勒841000)

基于雙側(cè)向測井的裂縫開度估算模型比較及改進(jìn)

張福明1,陳義國1,邵才瑞1,李世川2

(1.中國石油大學(xué)地球資源與信息學(xué)院,山東青島266555;

2.塔里木油田公司勘探開發(fā)研究院天然氣所,新疆庫爾勒841000)

常用的基于雙側(cè)向測井的裂縫開度模型大多是針對基質(zhì)物性較差的裂縫性碳酸鹽巖地層提出。而裂縫性砂巖地層雙側(cè)向測井電流傳播路徑與裂縫性碳酸鹽巖地層存在差別。結(jié)合實際資料處理,對常用的Sibbit和羅貞耀裂縫開度模型在砂巖地層中的應(yīng)用效果進(jìn)行了考察與分析,并對模型進(jìn)行了改進(jìn)。從原理上對裂縫性砂巖地層電流傳播路徑進(jìn)行了分析,由基質(zhì)孔隙與裂縫孔隙并聯(lián)導(dǎo)電模型入手,提出了更適用于砂巖地層的雙孔隙裂縫開度模型。改進(jìn)后的雙孔隙裂縫開度模型適用性更強,提高了雙側(cè)向測井資料計算砂巖地層裂縫開度的準(zhǔn)確性。

雙側(cè)向測井;砂巖地層;裂縫開度;基質(zhì)孔隙;裂縫孔隙;模型

0 引 言

雙側(cè)向電阻率常用來進(jìn)行裂縫定量評價。深淺側(cè)向電阻率之間的差異除與裂縫產(chǎn)狀及發(fā)育程度有關(guān)外,還受孔隙流體性質(zhì)、泥漿及基巖電導(dǎo)率特性等因素影響[1]。目前基于雙側(cè)向資料的裂縫開度模型主要是Sibbit開度模型[2-3]和羅貞耀建立的任意視傾角裂縫開度模型[4],2種模型均是基于基質(zhì)物性較差的裂縫性碳酸鹽巖地層提出。隨著勘探力度的增大,我國裂縫性砂巖儲層數(shù)量不斷增加,因此,對于砂巖地層裂縫開度研究十分必要。李軍等[5]針對庫車地區(qū)裂縫性砂巖地層,引入虛擬寬度的概念,以減小基質(zhì)孔隙泥漿濾液侵入對雙側(cè)向差異的影響,并擬合出庫車地區(qū)裂縫開度估算經(jīng)驗公式,但沒給出虛擬寬度計算式的推導(dǎo)過程[5],致使擬合開度計算式的適用性受到地區(qū)限制。

本文比較了常用開度模型在裂縫性砂巖地層中的應(yīng)用效果。在對裂縫性砂巖地層與裂縫性碳酸鹽巖地層的導(dǎo)電路徑差別分析基礎(chǔ)上,對模型進(jìn)行了改進(jìn),推導(dǎo)出更適合于裂縫性砂巖地層的裂縫開度估算模型。

1 常用開度模型原理及適用性分析

1.1 Sibbit裂縫開度模型

1985年,Sibbit等[2-3]基于致密碳酸鹽巖地層,根據(jù)有限元素網(wǎng)絡(luò)法,建立了垂直裂縫和水平裂縫開度估算模型。判斷垂直裂縫和水平裂縫的依據(jù)是雙側(cè)向測井響應(yīng)的正負(fù)差異,正差異(Rd>Rs)為垂直裂縫(視傾角大于75°),負(fù)差異(Rd

(1)Sibbit垂直裂縫開度模型。假定雙側(cè)向探測范圍內(nèi),裂縫在徑向和縱向上不變,開度為w,如圖1所示,則

式中,Clld、Clls、Cm分別為深、淺側(cè)向及泥漿濾液電導(dǎo)率,S/m。

d1、d2、rw分別為淺、深側(cè)向探測深度和井眼半徑,m。CSU雙側(cè)向儀器 d1=0.75 m,d2=1.6 m; ECLIPS5700雙側(cè)向測井儀器 d1=0.457 m,d2= 1.397 m,a與雙側(cè)向測井儀器參數(shù)及井眼半徑有關(guān)

圖1 垂直裂縫模型

(2)Sibbit水平裂縫開度模型。假定雙側(cè)向探測范圍內(nèi),裂縫在徑向和縱向上不變,開度為w,如圖2所示,則

圖2 水平裂縫模型

1.2 羅貞耀裂縫開度模型

1990年,羅貞耀[4]基于致密碳酸鹽巖地層,由裂縫與井筒接觸關(guān)系入手,分析了低角度裂縫、傾斜裂縫和高角度裂縫的深淺側(cè)向電導(dǎo)率差值,建立了計算任意視傾角裂縫開度模型。假定裂縫中充滿泥漿,裂縫面視傾角為α,模型如下。

(1)低角度縫開度模型。低角度縫與深淺側(cè)向電流的徑向流動是一致的,泥漿較無縫時侵入深,深淺側(cè)向探測深度趨于一致,且幅度差較小[1],裂縫開度為

(2)傾斜裂縫、高角度裂縫開度模型。傾斜裂縫及高角度裂縫開度為

2 裂縫開度模型的比較與改進(jìn)

上述2種模型均是基于基質(zhì)物性較差的裂縫性碳酸鹽巖地層提出,將雙側(cè)向測井電流傳播路徑看成是裂縫孔隙與基巖并聯(lián)[2-4]。從原理上分析,Sibbit開度模型考慮因素相對較少,且不適用于計算傾斜裂縫開度;羅貞耀開度模型考慮因素相對較多,并可計算任意視傾角裂縫開度,結(jié)果應(yīng)相對準(zhǔn)確[4]。結(jié)合實際資料處理,對基質(zhì)物性較發(fā)育的 KL地區(qū)某井采用上述2種模型計算裂縫開度。由于基質(zhì)孔隙泥漿侵入的影響,計算開度與成像解釋開度相差較大,經(jīng)成像解釋裂縫開度標(biāo)定后,2種模型開度曲線基本重合,但與成像裂縫開度對比相關(guān)性較差,應(yīng)用效果均一般。

對于基質(zhì)物性較差的裂縫性砂巖地層,雙側(cè)向測井電流傳播路徑仍可看成是裂縫孔隙與基巖并聯(lián);而對于基質(zhì)物性較好的裂縫性砂巖地層,基質(zhì)孔隙泥漿侵入對雙側(cè)向差異影響較大,雙側(cè)向測井電流傳播路徑可看成是基質(zhì)孔隙與裂縫孔隙并聯(lián)。上述常用裂縫開度模型在計算過程中,將深、淺側(cè)向電阻率差異完全歸結(jié)為裂縫所引起,因此計算結(jié)果誤差較大?；谶@一思路對上述模型進(jìn)行改進(jìn)。改進(jìn)后的雙孔隙裂縫開度模型如下。

2.1 雙孔隙高角度裂縫開度模型

判斷裂縫高低角度的依據(jù)是雙側(cè)向電阻率的正負(fù)差異,正差異(Rlld>Rlls)為高角度(近垂直)裂縫,負(fù)差異(Rlld

雙側(cè)向測井范圍內(nèi)的電阻率響應(yīng)為

式中,Rlld、Rlls為深、淺側(cè)向電阻率;Rmd、Rms為深、淺側(cè)向探測范圍內(nèi)基質(zhì)孔隙中混合液電阻率;Rzd、Rzs為深、淺側(cè)向探測范圍內(nèi)裂縫中混合液電阻率;φma為基質(zhì)孔隙度;Swma為基質(zhì)孔隙中混合液飽和度; Swfrd、Swfrs為深、淺側(cè)向探測范圍內(nèi)裂縫中混合液飽和度;m為基質(zhì)孔隙度指數(shù),一般取2左右[5](本文取2);n為基質(zhì)飽和度指數(shù);mfr為裂縫孔隙度指數(shù),一般取1[6];nfr為裂縫飽和度指數(shù)。

理想情況下,裂縫全部為泥漿濾液充填(Ssfrd= Swfrs=1),此時 Rzd=Rzs=R[3]mf;基質(zhì)孔隙全部為混合液充填(Swma=1),則有

得出高角度裂縫開度為

2.2 雙孔隙低角度裂縫開度模型

得出低角度裂縫開度為

式中,Cmd為深側(cè)向探測范圍內(nèi)基質(zhì)孔隙中混合液電導(dǎo)率,S/m。

該模型需確定的參數(shù)包括泥漿濾液電導(dǎo)率、雙側(cè)向儀器參數(shù)及基質(zhì)孔隙度。與Sibbit模型所需參數(shù)比較,不需確定較難確定的基巖電導(dǎo)率,需確定基質(zhì)孔隙度φma。而φma的計算方法較多,可根據(jù)地區(qū)經(jīng)驗公式計算或采用分層精細(xì)建模的方法求取[8]。與羅振耀模型所需參數(shù)比較,不需要確定裂縫視傾角,而在無取心及成像資料的井中,裂縫視傾角也是難以準(zhǔn)確確定的。同時,準(zhǔn)確求得 Rms、Rmd是該模型計算的關(guān)鍵。可由基質(zhì)物性、孔隙流體及巖性成分相似且裂縫不發(fā)育的鄰近井段,利用深、淺雙側(cè)向電阻率,根據(jù)阿爾奇公式求得[5]。更準(zhǔn)確、快速求取Rms及 Rmd的方法還有待進(jìn)一步探索研究。綜上所述,該模型較Sbbit模型所需參數(shù)雖然較多,但可通過簡單運算得到;較羅貞耀模型所需參數(shù),不需確定裂縫視傾角。

3 實例分析

KL地區(qū)裂縫性砂巖儲層基質(zhì)物性發(fā)育。成像測井資料解釋該地區(qū)某井3 847～3 867 m裂縫較發(fā)育。應(yīng)用雙側(cè)向測井資料,采用上述3種模型對裂縫開度進(jìn)行了估算。表1為3種模型開度與成像解釋裂縫開度對比誤差分析表,從表1中對比來看,改進(jìn)后的雙孔隙模型開度誤差最小,精度有較明顯提高。

圖3為雙側(cè)向測井計算裂縫開度與成像裂縫開度曲線對比圖。Sibbit模型開度與羅貞耀模型開度曲線基本重合,與成像裂縫開度對比相關(guān)性較差;雙孔隙模型開度與成像測井裂縫開度對比精度及相關(guān)性均高于其他2種模型。圖4為雙側(cè)向測井計算開度與成像測井解釋開度交會圖。從圖4可以看到,改進(jìn)的雙孔隙模型結(jié)果與成像測井解釋結(jié)果的交會點基本集中分布在45°線附近,而Sibbit模型與羅貞耀模型計算開度差別較小,與成像測井解釋開度的交會點雖然也分布在45°線附近,但明顯比較分散,精度偏低。

通過以上對比分析可以看出,本文提出的雙孔隙改進(jìn)模型在裂縫性砂巖地層中的應(yīng)用效果好于常用的Sibbit模型及羅貞耀模型,提高了計算的準(zhǔn)確性。

表1 雙側(cè)向模型計算開度與成像解釋裂縫開度對比誤差分析表

圖3 K L地區(qū)某井(3 847～3 867 m)裂縫開度多模型計算結(jié)果對比圖

圖4 成像測井解釋裂縫開度與雙側(cè)向測井模型計算裂縫開度交會圖

4 結(jié) 論

根據(jù)常用裂縫開度模型在KL地區(qū)及其它地區(qū)應(yīng)用效果[4,9-11]的對比分析認(rèn)為,對于裂縫性碳酸鹽巖地層和基質(zhì)物性較差的裂縫性砂巖地層,在已知裂縫視傾角分布規(guī)律情況下,采用羅貞耀模型估算裂縫開度精度較高;在未知裂縫視傾角分布規(guī)律情況下,采用Sibbit模型估算裂縫開度效果較好;而對于基質(zhì)物性較好裂縫性砂巖地層,常用裂縫開度模型適用性較差、計算誤差較大。本文提出的雙孔隙裂縫開度模型適用性更強,提高了雙側(cè)向測井資料計算砂巖地層裂縫開度的準(zhǔn)確性,為砂巖地層裂縫開度計算提供了新的方法及思路。

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Comparison and Improvement of Facture Opening Estimation Model Based on Dual-laterolog

ZHANG Fuming1,CHEN Yiguo1,SHAO Cairui1,LI Shichuan2
(1.School of Geo-resources and Information,China University of Petroleum,Qingdao,Shandong 266555,China; 2.Research Institute of Petroleum Exploration and Development,Tarim Oilfield Company,Kuerle,Xinjiang 841000,China)

The conventional estimation model of the fracture opening based on the dual laterolog is provided for the poor matrix physical property carbonate formation.However,the dual-laterolog current path of fracture sandstone formation is different from fracture carbonate formation. Combining with the actual log data,and analyzed is the application effect of Sibbit and LUO Zhenyao fracture opening estimation model in sandstone formation,and improved is the model.In principle,analyzed is the current communication path in fracture sandstone formation.According to conductance model of the parallel matrix porosity and fracture porosity,proposed is a more suitable dual-porosity fracture opening model for sandstone formation.The improved dual-porosity fracture opening model has greater applications,so,improving the fracture calculation accuracy in sandstone formation with laterolog data.

dual-laterolog,sandstone formation,fracture opening,matrix porosity,fracture porosity,estimation model

P631.84

A

2010-04-06 本文編輯 余 迎)

1004-1338(2010)04-0339-04

張福明,男,1968年生,副教授,從事測井解釋教學(xué)與科研工作。