許君玉, 許新

(1.中國(guó)石油化工股份有限公司石油勘探開(kāi)發(fā)研究院, 北京 100083; 2.北京市海淀區(qū)職業(yè)介紹服務(wù)中心, 北京 100195)

0 引 言

紅河油田位于鄂爾多斯盆地天環(huán)坳陷南段,其東部臨伊陜斜坡,西部接西緣沖斷帶,南部為渭北隆起。由于多期地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng),區(qū)內(nèi)形成了多條斷裂和裂縫。裂縫是控制低滲透油氣藏開(kāi)發(fā)產(chǎn)能的關(guān)鍵性因素[1],裂縫的存在不僅改善了地層對(duì)流體的儲(chǔ)集性能,而且作為滲流通道大大提高了低孔隙度低滲透率儲(chǔ)集層的生產(chǎn)能力[2]。因此,對(duì)紅河油田低孔隙度低滲透率儲(chǔ)集層裂縫的研究意義重大。

1 裂縫特征

通過(guò)裂縫觀察和對(duì)研究區(qū)21口取心井182條裂縫統(tǒng)計(jì),裂縫巖性以砂巖為主,其含量大于90%;裂縫產(chǎn)狀主要為高角度裂縫和垂直裂縫,占80%以上;裂縫開(kāi)度范圍0.1～0.3 mm;裂縫充填情況為未充填60%,其余為半充填和全充填各占一半,充填物主要是方解石和碳質(zhì)泥屑。裂縫平均密度為0.25條/m,發(fā)育井段的垂直裂縫達(dá)到3～6條/m,水平裂縫密度相對(duì)較低,約為3條/m。

2 裂縫在測(cè)井曲線上的響應(yīng)特征

裂縫在測(cè)井曲線上有2種響應(yīng)特征。①低電阻率特征,即雙感應(yīng)、八側(cè)向和陣列感應(yīng)測(cè)井曲線均顯示低電阻率值,八側(cè)向與雙感應(yīng)電阻率值正異常;雙井徑微擴(kuò)徑,聲波、中子值增大,密度值減小。②高電阻率特征,即雙感應(yīng)正異常顯示高電阻率值,八側(cè)向電阻率值在層的上部與雙感應(yīng)電阻率值正差異,在層的下部與雙感應(yīng)電阻率值負(fù)差異;聲波、密度值減小,中子值增大。

3 裂縫識(shí)別方法

裂縫與基質(zhì)的地質(zhì)和地球物理特征差異性,地層中裂縫的存在會(huì)引起不同的測(cè)井響應(yīng),根據(jù)測(cè)井響應(yīng)的不同變化,就可以識(shí)別和研究裂縫[3-18]。研究人員利用測(cè)井資料對(duì)裂縫進(jìn)行了識(shí)別[19-21],但效果欠佳。在對(duì)紅河油田裂縫識(shí)別的過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)不同井的裂縫在測(cè)井曲線上的響應(yīng)特征不同,因此利用測(cè)井曲線的響應(yīng)特征識(shí)別裂縫比較困難。在對(duì)裂縫研究的基礎(chǔ)上,利用常規(guī)測(cè)井曲線作為輸入曲線的變尺度分形方法對(duì)紅河油田裂縫進(jìn)行了識(shí)別,與成像測(cè)井資料對(duì)比,效果較好。

3.1 變尺度裂縫識(shí)別方法

對(duì)裂縫識(shí)別的探索發(fā)現(xiàn),在利用測(cè)井資料對(duì)裂縫進(jìn)行識(shí)別的方法中,分形幾何學(xué)的應(yīng)用在研究?jī)?chǔ)層的孔隙結(jié)構(gòu)、儲(chǔ)層的非均質(zhì)性以及裂縫預(yù)測(cè)等方面取得了豐富的成果[22-23]。R/S分形(變尺度分形)技術(shù)是應(yīng)用廣泛且成熟的分形統(tǒng)計(jì)方法之一[24-26],方法中R為極差,它是最大累積離差與最小累積離差之差,代表了時(shí)間序列的復(fù)雜程度;S是標(biāo)準(zhǔn)差,它是變差的平方根,代表了時(shí)間序列的平均趨勢(shì),R/S之比代表無(wú)因次的時(shí)間序列的相對(duì)波動(dòng)程度。對(duì)于一條對(duì)稱(chēng)的測(cè)井曲線z(i)(i=1,2,…,n),R和S的定義為

(1)

(2)

式中,n為逐點(diǎn)分析層段測(cè)井采樣點(diǎn)數(shù);u為由端點(diǎn)開(kāi)始在0～n之間依次增加的采樣點(diǎn)數(shù);i和j為表示采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)的變量。

圖1 HH1057-3井2 229～2 248 m井段不同測(cè)井曲線變尺度分形圖

根據(jù)以上方法建立不同測(cè)井曲線的R(n)/S(n)與n的對(duì)應(yīng)關(guān)系,與成像測(cè)井資料對(duì)比,可找出識(shí)別孔洞、裂縫最敏感的測(cè)井曲線。

圖2 HH1057-3井裂縫在成像測(cè)井和R(n)/S(n)曲線上的響應(yīng)特征

3.2 不同測(cè)井曲線對(duì)裂縫響應(yīng)的敏感程度

用變尺度分形方法對(duì)紅河油田研究區(qū)進(jìn)行了裂縫識(shí)別。通過(guò)對(duì)不同測(cè)井曲線作變尺度R(n)/S(n)分形圖與成像測(cè)井資料對(duì)比,發(fā)現(xiàn)不同測(cè)井曲線對(duì)裂縫識(shí)別的敏感程度不同。圖1是對(duì)HH1057-3井在2 229～2 248 m井段用不同測(cè)井曲線的作的R(n)/S(n)的變尺度分形圖。為避免巖性影響,在選取識(shí)別的裂縫井段時(shí)參照自然伽馬、自然電位和井徑測(cè)井曲線,選取巖性變化不大的井段作為裂縫識(shí)別井段。

從圖1所作的各條測(cè)井曲線的變尺度分形圖上看出,圖1(a)、圖1(b)和圖1(c)的自然電位、自然伽馬和井徑這3條巖性測(cè)井曲線的變尺度分形圖形態(tài)各不相同,只有自然電位曲線的變尺度分形圖上2 241.125～2 243.25 m的井段為平直段,所以圖1(b)和圖1(c)的自然伽馬和井徑曲線對(duì)裂縫識(shí)別是不敏感的。圖1(d)至圖1(i)為電阻率曲線中感應(yīng)、深感應(yīng)、八側(cè)向、淺側(cè)向、深側(cè)向和陣列感應(yīng)測(cè)井曲線的變尺度分形圖,這6條測(cè)井曲線的變尺度分形圖形態(tài)相似,只在淺側(cè)向曲線的變尺度分形圖上2 246.25～2 246.75 m井段有一平直段,其余5條電阻率測(cè)井曲線變尺度分形圖上均無(wú)平直井段,說(shuō)明電阻率測(cè)井曲線中除淺側(cè)向曲線外的其余曲線對(duì)裂縫識(shí)別不敏感。圖1(j)、圖1(k)和圖1(l)的聲波、中子孔隙度和密度3條孔隙度曲線的變尺度分形圖中,前二者曲線形態(tài)相似,聲波時(shí)差曲線的變尺度分形圖上的平直段深度為2 236.125～2 240.25 m;中子孔隙度曲線的變尺度分形圖上的平直段有2段,上段為2 230.25～2 230.625 m,下段為2 234.375～2 240.25 m;密度測(cè)井曲線變尺度分形圖上沒(méi)有平直段,說(shuō)明密度測(cè)井曲線對(duì)裂縫識(shí)別不敏感。

圖2左側(cè)為HH1057-3井成像測(cè)井圖識(shí)別的裂縫井段,識(shí)別出4段裂縫井段,第1段為2 230.30～2 230.80 m,第2段為2 233.38～2 236.20 m,第3段為2 237.00～2 239.10 m,第4段為2 239.80～2 242.12 m。圖3右側(cè)為自然電位、淺側(cè)向、聲波和中子孔隙度4條測(cè)井曲線所識(shí)別的裂縫井段與其左側(cè)的成像測(cè)井圖上識(shí)別的裂縫井段的對(duì)比。圖2右側(cè)自然電位曲線變尺度分形圖上的直線段深度為2 241.125～2 243.25 m,頂部深度比成像測(cè)井圖上的裂縫井段第4段底部深度淺0.995 m,與成像測(cè)井圖上的裂縫井段重復(fù)率為12.86%,所以認(rèn)為自然電位曲線變尺度分形法對(duì)裂縫識(shí)別不敏感。淺側(cè)向曲線變尺度分形圖上的直線段深度為2 246.25～2 246.75 m,在成像測(cè)井圖上識(shí)別的所有裂縫井段的下方,與成像測(cè)井圖上識(shí)別的裂縫井段沒(méi)有重復(fù),所以淺側(cè)向曲線的變尺度分形法對(duì)裂縫識(shí)別不敏感。聲波測(cè)井曲線變尺度分形圖上的直線段深度2 236.125～2 240.25 m,其頂部深度比成像測(cè)井圖上裂縫井段的第2段(2 233.38～2 236.20 m)底部深度淺0.075 m,底部深度比成像測(cè)井圖上裂縫井段的第3段(2 237.00～2 239.10 m)底部深1.15 m,聲波測(cè)井曲線變尺度分形法識(shí)別的裂縫井段與成像測(cè)井圖上的裂縫井段重復(fù)率為43.5%。中子孔隙度測(cè)井曲線變尺度分形法識(shí)別出2段裂縫,上段(2 230.25～2 230.625 m)頂部深度比成像測(cè)井圖上的裂縫井段第1段(2 230.30～2 230.80 m)頂部深度淺0.05 m,底部深度比成像測(cè)井圖上裂縫井段第1段的底部深度淺0.175 m;下段(2 234.375～2 240.25 m)頂部深度比成像測(cè)井圖上的裂縫井段第2段(2 233.38～2 236.20 m)頂部深度深0.995 m,底部深度比成像測(cè)井圖上的裂縫井段第4段(2 239.80～2 242.12 m)底部深度淺1.87 m。中子

孔隙度測(cè)井曲線變尺度分形法識(shí)別的裂縫井段與成像測(cè)井圖上的裂縫井段重復(fù)率為85.0%。所以,變尺度分形法識(shí)別裂縫中,中子孔隙度測(cè)井曲線是識(shí)別裂縫最敏感的曲線。

4 實(shí)際應(yīng)用

用變尺度分形方法與常規(guī)測(cè)井曲線對(duì)裂縫的響應(yīng)特征相結(jié)合對(duì)紅河油田研究區(qū)內(nèi)31口井進(jìn)行了裂縫識(shí)別,裂縫識(shí)別率為80%以上。表1為有裂縫的巖心和成像測(cè)井裂縫井段與變尺度分形方法識(shí)別的裂縫井段頂、底深度對(duì)比。

表1 紅河油田取心井和成像測(cè)井裂縫井段與變尺度分形法識(shí)別裂縫井段對(duì)比表

表1(續(xù))

井名取心或成像測(cè)井井段/m變尺度分形法裂縫識(shí)別井段/m識(shí)別裂縫距離取心或成像裂縫頂部深度/m識(shí)別裂縫距離取心或成像裂縫底部深度/m裂縫獲取方式HH262128.20～2128.802128.625～2129.250.4250.45成像HH1057-32191.80～2193.202191.625～2192.375-0.175-0.825成像HH1057-32193.20～2194.802193.875～2194.8750.6750.075成像HH1057-32279.60～2282.002278.875～2280.875-0.725-1.125成像HH1057-32297.70～2298.602298.75～2299.1251.050.525成像

用變尺度分形方法對(duì)紅河油田研究區(qū)內(nèi)試油資料中獲得工業(yè)油流的井日產(chǎn)液量對(duì)比驗(yàn)證,按已有試油資料中日產(chǎn)液量由大到小排序,將識(shí)別的裂縫井列表于表2。由表2可知,日產(chǎn)液量大的井多數(shù)存在裂縫,說(shuō)明了裂縫的存在對(duì)儲(chǔ)層產(chǎn)量起著關(guān)鍵作用;另一方面,在識(shí)別的14口高產(chǎn)井中有11口井識(shí)別出了裂縫,說(shuō)明了變尺度分形方法對(duì)裂縫識(shí)別的有效性。

表2 紅河油田儲(chǔ)層產(chǎn)液量與變尺度分形法識(shí)別裂縫

5 結(jié) 論

(1) 紅河油田發(fā)育高角度裂縫和垂直裂縫。不同測(cè)井曲線對(duì)裂縫的測(cè)井響應(yīng)特征不同,用常規(guī)測(cè)井曲線很難識(shí)別裂縫的存在。

(2) 裂縫在變尺度分形曲線上的響應(yīng)特征表現(xiàn)為曲線偏離原來(lái)的變化趨勢(shì),成為近似一直線段。變尺度分形法裂縫識(shí)別中,不同測(cè)井曲線對(duì)裂縫響應(yīng)的敏感程度不同,中子孔隙度測(cè)井曲線是識(shí)別裂縫最敏感的測(cè)井曲線,這種方法裂縫識(shí)別率較高。

(3) 變尺度分形方法識(shí)別裂縫操作簡(jiǎn)單、成本費(fèi)用低,是識(shí)別裂縫較經(jīng)濟(jì)的方法。

(4) 利用變尺度分形方法識(shí)別的裂縫與巖心或成像測(cè)井識(shí)別的裂縫頂、底深度有一定的誤差。因此,綜合利用各種方法識(shí)別裂縫,才能最大限度地提高裂縫識(shí)別率。

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