唐 敬，張尚鋒，戴勝群，白 偉長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢

2中石化中原油田分公司天然氣產(chǎn)銷(xiāo)廠(chǎng)，河南 濮陽(yáng)

低孔低滲儲(chǔ)層裂縫常規(guī)測(cè)井識(shí)別技術(shù)
——以川東北地區(qū)須家河組為例

唐 敬1，張尚鋒1，戴勝群1，白 偉2
1長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢

2中石化中原油田分公司天然氣產(chǎn)銷(xiāo)廠(chǎng)，河南 濮陽(yáng)

低孔、低滲儲(chǔ)層物性差，大多依靠?jī)?chǔ)層中存在的裂縫來(lái)改善儲(chǔ)集能力和滲流能力。目前低孔、低滲儲(chǔ)層中常用的裂縫識(shí)別方法有取心特征描述和成像測(cè)井識(shí)別，受取心和成像測(cè)井資料采集限制。川東北地區(qū)須家河組(T3x)裂縫主要以構(gòu)造縫和層面縫為主，傾角為斜交-低角度，方向以北東向?yàn)橹?。通過(guò)巖心觀(guān)察和常規(guī)測(cè)井曲線(xiàn)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，致密地層中的裂縫會(huì)在伽馬測(cè)井、聲波測(cè)井和電阻率測(cè)井上造成異常響應(yīng)。針對(duì)上述異常響應(yīng)，利用成像測(cè)井刻度常規(guī)測(cè)井的方法，建立了研究區(qū)裂縫的常規(guī)測(cè)井響應(yīng)模型。通過(guò)該模型，識(shí)別并明確了T3x裂縫主要發(fā)育在斷層附近，且上盤(pán)密度大于下盤(pán)密度。

低孔、低滲儲(chǔ)層，裂縫，常規(guī)測(cè)井，須家河組，川東北地區(qū)

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1. 引言

隨著中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)的不斷深入，近幾年的主要勘探開(kāi)發(fā)對(duì)象逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閹r性地層、前陸沖斷帶等，其共同的特點(diǎn)是儲(chǔ)層具有低孔、低滲特征。低孔、低滲儲(chǔ)層是指碎屑巖中孔隙度小于15%、滲透率小于 50 mD的儲(chǔ)層。川東北地區(qū)須家河組(T3x)儲(chǔ)層發(fā)育致密，孔隙度在 0.13%～7.8%之間，滲透率在0.02187～15.8517 mD之間，屬于低孔、低滲儲(chǔ)層，裂縫是該地區(qū)重要的儲(chǔ)集空間和滲流通道，故明確裂縫發(fā)育規(guī)律非常重要[1]。

2. 裂縫發(fā)育特征

2.1. 巖心裂縫發(fā)育特征

T3x裂縫包含未填充裂縫、半充填裂縫和完全充填裂縫共3類(lèi)。陸相裂縫充填情況比較嚴(yán)重，根據(jù)取心資料分析，210條裂縫均不同程度地受到充填，其中須三段(T3x3)、須五段(T3x5)裂縫完全充填，須二段(T3x2)、須四段(T3x4)及須六段(T3x6)裂縫受充填影響也相當(dāng)嚴(yán)重。內(nèi)部填充物主要為方解石、白云石和碳質(zhì)(圖1)。

川東北地區(qū)T3x發(fā)育的裂縫，按照標(biāo)準(zhǔn)(0.1 mm ≤ 裂縫寬度 ≤ 1 mm、1 mm ≤ 裂縫寬度 ≤ 3 mm、裂縫寬度 ≥ 3 mm)劃分為小縫、中縫和大縫。從研究區(qū)裂縫寬度分布圖(圖2)上看，整體以小縫為主，其中T3x3與T3x5僅發(fā)育小縫，T3x2、T3x4與T3x6小縫、中縫、大縫均有發(fā)育。

Figure 1. The fracture filling compound in the study area圖1. 研究區(qū)裂縫填充物

Figure 2. The width of continental fissure development in Northeastern Sichuan Basin圖2. 川東北地區(qū)陸相裂縫發(fā)育寬度

根據(jù)巖心觀(guān)察分析，川東北地區(qū) T3x的裂縫類(lèi)型主要有構(gòu)造縫、收縮縫、層面縫和縫合線(xiàn)，其中層面縫最為發(fā)育，其次為構(gòu)造縫(圖3)，說(shuō)明研究區(qū)裂縫受構(gòu)造作用和沉積作用影響較多[2]。

2.2. 成像裂縫發(fā)育特征

電成像圖上裂縫信息可以分為兩類(lèi)，一類(lèi)是天然裂縫，另一類(lèi)是偽裂縫。天然裂縫可以是張開(kāi)、半充填和閉合3種狀態(tài)，偽裂縫是指鉆井過(guò)程中形成的誘導(dǎo)縫。

1) 張開(kāi)縫：是由于鉆井液的侵入，使得裂縫中充填了泥漿和泥漿濾液，表現(xiàn)為低電阻率特征，其軌跡在EMI (微電阻率掃描成像)圖像上表現(xiàn)為一條類(lèi)似于正弦曲線(xiàn)的、暗色的圖像特征(圖4中的橢圓圈)。

2) 半充填縫：張開(kāi)部分受泥漿和泥漿濾液的侵入，表現(xiàn)為低電阻率特征，沒(méi)有張開(kāi)的部分表現(xiàn)為高電阻率特征，其軌跡在EMI圖像上仍然是一條類(lèi)似于正弦曲線(xiàn)的、明暗相間的圖像特征。

Figure 3. The type distribution of continental fissure in Northeastern Sichuan Basin圖3. 川東北地區(qū)陸相裂縫類(lèi)型分布

Figure 4. The open fracture at 3107.73 m in Well PL1圖4. PL1井3107.73 m張開(kāi)縫

3) 閉合縫：分為兩種情況：① 如果裂縫被低電阻率的物質(zhì)(例如黏土)充填，其特征類(lèi)似于張開(kāi)縫，要充分參考自然伽馬測(cè)井曲線(xiàn)特征，判斷其張開(kāi)與否；② 如果裂縫被高電阻率的物質(zhì)充填，其電阻率特征可能與巖石基質(zhì)電阻率接近，EMI圖像上反映不出來(lái)，也可能比巖石基質(zhì)的電阻率更高，此時(shí)裂縫軌跡的EMI圖像顏色更淺(圖5中的橢圓圈)。

從EMI測(cè)井裂縫識(shí)別結(jié)果看，川東北地區(qū)T3x裂縫傾角主要分布在20～50?之間，與巖心分析裂縫角度多為低角度或斜交縫相一致；裂縫在主要目的層段T3x2、T3x4和T3x6的走向和傾向沒(méi)有太大變化，走向以北西西-南東東向?yàn)橹?，傾向以北北東–南南西向?yàn)橹鳎轿唤侵饕植荚?0～50?、200～260?、340～360?之間(圖6)。

Figure 5. The Filling fracture at 3218.6 m in Well PL1圖5. PL1井3218.6 m閉合縫

Figure 6. The T3x fracture dip (a) and azimuth (b) in the study area圖6. 研究區(qū)T3x裂縫傾角(a)及裂縫方位角(b)統(tǒng)計(jì)

3. 裂縫常規(guī)測(cè)井響應(yīng)特征

特殊測(cè)井對(duì)于裂縫的識(shí)別雖然更加直觀(guān)，但是由于造價(jià)高昂，不能普遍應(yīng)用，一般更傾向于利用常規(guī)測(cè)井資料對(duì)裂縫進(jìn)行預(yù)測(cè)、識(shí)別。主要應(yīng)用裂縫的非均質(zhì)性在測(cè)井曲線(xiàn)上造成的電阻率異常、伽馬異常、聲波時(shí)差異常、密度異常、中子異常以及井徑異常等來(lái)實(shí)現(xiàn)[3]：

1) 微球形聚焦電阻率明顯降低，雙側(cè)向測(cè)井表現(xiàn)為高阻背景下的相對(duì)低電阻率，裂縫的不均一性使電阻率曲線(xiàn)呈高低見(jiàn)互、起伏不平的多尖峰狀；

2) 自然伽馬主要表現(xiàn)為低值，無(wú)鈾伽馬有放射性增高的特點(diǎn)；

3) 鉆遇高角度裂縫時(shí)聲波時(shí)差增大，密度測(cè)井趨于低值，中子測(cè)井趨于高值；

4) 井徑曲線(xiàn)主要表現(xiàn)為輕微增大。

當(dāng)異常響應(yīng)比較微小時(shí)，可以通過(guò)曲線(xiàn)變換、小波分析、對(duì)曲線(xiàn)分形分維來(lái)放大該種差異。

4. 裂縫常規(guī)測(cè)井識(shí)別

4.1. 常規(guī)測(cè)井裂縫識(shí)別圖版

進(jìn)行巖心歸位后，在取心樣品中選取389個(gè)樣品點(diǎn)進(jìn)行測(cè)井響應(yīng)值交會(huì)分析。通過(guò)進(jìn)行不同測(cè)井系列的兩兩交會(huì)分析，總結(jié)裂縫對(duì)于不同測(cè)井系列產(chǎn)生的影響。結(jié)果表明，川東北地區(qū)T3x裂縫在自然伽馬、聲波時(shí)差和電阻率測(cè)井上的異常響應(yīng)較為明顯[4] (圖7)。

Figure 7. The T3x natural gamma resistivity cross plot (a) and acoustic transit time compensated neutron porosity cross plot (b) in the study area圖7. 研究區(qū)T3x自然伽馬–電阻率交會(huì)圖(a)及聲波時(shí)差–補(bǔ)償中子孔隙度交會(huì)圖(b)

研究區(qū)裂縫均有深、淺雙側(cè)向電阻率在高阻背景下明顯降低的現(xiàn)象，而自然伽馬對(duì)裂縫不敏感，但能將引起深、淺雙側(cè)向電阻率降低的泥質(zhì)條帶識(shí)別出來(lái)，因此可以利用深側(cè)向電阻率–自然伽馬交會(huì)在致密巖層段識(shí)別裂縫(圖8)。圖9是利用深側(cè)向電阻率–自然伽馬交會(huì)識(shí)別裂縫的結(jié)果。

4.2. 重構(gòu)電阻率曲線(xiàn)異常識(shí)別法

儲(chǔ)層精細(xì)描述和評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)主要是儲(chǔ)層的四性關(guān)系，即巖性、物性、電性和含油氣性。而常規(guī)測(cè)井曲線(xiàn)中常將曲線(xiàn)分為3類(lèi)：泥質(zhì)指示線(xiàn)、電性指示線(xiàn)、孔隙度指示線(xiàn)，上述曲線(xiàn)根據(jù)不同的巖性、物性表現(xiàn)出規(guī)律的變化趨勢(shì)。以相同或近似的巖性序列為基礎(chǔ)，對(duì)儲(chǔ)層物性進(jìn)行大致的劃分能夠?qū)尉w作出巖性、物性評(píng)價(jià)。根據(jù)評(píng)價(jià)的不同，針對(duì)地層進(jìn)行巖石物理模型的建立，參數(shù)可以根據(jù)單井間電性與其他各特性關(guān)系間最為明顯的進(jìn)行確定，以求模型精度達(dá)到最高；用不同的模型來(lái)模擬不同地層的電性特征，最終達(dá)到整井反演電阻率的目的。

Figure 8. The deep lateral resistivity and gamma logging crossplot chart in Well PL1圖8. PL1井深側(cè)向電阻率–自然伽馬交會(huì)圖版

Figure 9. The recognition results of deep lateral resistivity and gamma logging crossplot chart圖9. 深側(cè)向電阻率–自然伽馬交會(huì)圖裂縫識(shí)別成果圖

基于常規(guī)測(cè)井曲線(xiàn)間的響應(yīng)關(guān)系，通過(guò)多元線(xiàn)性回歸法建立校正模型。利用常規(guī)測(cè)井曲線(xiàn)，針對(duì)相同巖性序列具有固有響應(yīng)的特征，通過(guò)尋找致密層段的巖性序列，利用自然伽馬、密度、聲波時(shí)差、補(bǔ)償中子孔隙度等建立回歸方程，用于擬合地層真電阻率曲線(xiàn)：

式中：ρt為擬合的地層真電阻率，Ω?m；a、b、c、d、e為擬合系數(shù)。

圖10為重構(gòu)電阻率裂縫識(shí)別結(jié)果與成像測(cè)井顯示的裂縫結(jié)果對(duì)比圖，可以看出，相較于深側(cè)向電阻率–自然伽馬交會(huì)裂縫識(shí)別結(jié)果，重構(gòu)電阻率裂縫識(shí)別結(jié)果與EMI成像測(cè)井裂縫識(shí)別結(jié)果符合率更高，達(dá)到80%以上。

Figure 10. The comparison between the results of resistivity reconstruction and the results of imaging logging in Well PL1圖10. PL1井重構(gòu)電阻率裂縫識(shí)別結(jié)果與成像測(cè)井結(jié)果對(duì)比

5. 結(jié)論

1) 川東北地區(qū)T3x的裂縫類(lèi)型主要為構(gòu)造縫、收縮縫、層面縫和縫合線(xiàn)，T3x3與T3x5裂縫完全充填，T3x2、T3x4及 T3x6裂縫受充填影響也相當(dāng)嚴(yán)重。內(nèi)部填充物主要為方解石、白云石和碳質(zhì)，裂縫在主要目的層段T3x2、T3x4和T3x6走向和傾向沒(méi)有太大的變化，走向以北西西–南東東向?yàn)橹鳎瑑A向以北北東–南南西向?yàn)橹鳌?/p>

2) 通過(guò)對(duì)不同測(cè)井系列進(jìn)行交會(huì)分析認(rèn)為，川東北地區(qū)T3x裂縫在自然伽馬、聲波時(shí)差和電阻率測(cè)井上的異常響應(yīng)較為明顯。因此，可以通過(guò)建立自然伽馬、聲波時(shí)差和電阻率兩兩交會(huì)圖版，拾取異常點(diǎn)識(shí)別裂縫。

3) 基于常規(guī)測(cè)井曲線(xiàn)間的響應(yīng)關(guān)系，通過(guò)多元線(xiàn)性回歸法建立校正模型。通過(guò)重構(gòu)電阻率曲線(xiàn)的方法，擴(kuò)大了裂縫識(shí)別檢測(cè)異常的多面性，提高了裂縫識(shí)別精度。

References)

[1] 王志萍, 秦啟榮, 王保全, 等. 川西 DY構(gòu)造須家河組致密砂巖儲(chǔ)層裂縫分布控制因素[J]. 斷塊油氣田, 2011, 18(1): 22-25.

[2] 王必峰. 儲(chǔ)集層構(gòu)造裂縫描述與定量預(yù)測(cè)[D]: [博士學(xué)位論文]. 青島: 中國(guó)石油大學(xué)(華東), 2007.

[3] 周文, 戴建文. 四川盆地西部凹陷須家河組儲(chǔ)層裂縫特征及分布評(píng)價(jià)[J]. 石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì), 2008, 30(1): 20-35.

[4] 范存輝, 秦啟榮, 趙玲, 等. 大邑地區(qū)須家河組儲(chǔ)層裂縫特征及主控因素[J]. 西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2011, 34(1): 57-59.

[編輯] 龔丹

Received: Sep. 30th, 2016; accepted: Dec. 21st, 2016; published: Feb. 15th, 2017

Application of Conventional Logging Identifying Technique for Identifying Fractures in Low Porosity and Low Permeability Reservoirs——A Case Study of Xujiahe Formation in Northeastern Sichuan Basin

Jing Tang1, Shangfeng Zhang1, Shengqun Dai1, Wei Bai2
1School of Geoscience, Yangtze University, Wuhan Hubei
2Gas Production and Marketing Plant, Zhongyuan Oilfield Company, SINOPEC, Puyang Henan

The reservoir with low porosity and low permeability had poor physical property and it mostly depended on the fractures to improve its reservoir capacity and flowing ability. Now the coring characteristic description methods and the imaging logging identifying methods were commonly used in fracture identification for the reservoirs with low porosity and low permeability, which were limited by data collection of coring and imaging logging. By taking Xujiahe Formation (T3x) in Northeastern Sichuan Basin as an example, its main fractures were structural fractures and interface fractures with an inclination of skew angle-low angle, whose direction was mainly northeast. By observation of cores and correlation of conventional logs, it is found out that fractures in tight strata would cause abnormal response in gamma ray logging, sonic logging and resistivity logging, which can be used to build a conventional logging response model for fractures by using imaging calibration conventional logging methods. By identification, fractures in T3x are mainly developed near the faults, where the density of hanging wall is larger than that of footwall.

Low Porosity and Low Permeability Reservoir, Fracture, Conventional Logging, Xujiahe Formation, Northeastern Sichuan Basin

唐敬(1991-)，男，碩士生，主要從事沉積與儲(chǔ)層地質(zhì)學(xué)方面的研究與學(xué)習(xí)。

2016年9月30日；錄用日期：2016年12月21日；發(fā)布日期：2017年2月15日

文章引用: 唐敬, 張尚鋒, 戴勝群, 白偉. 低孔低滲儲(chǔ)層裂縫常規(guī)測(cè)井識(shí)別技術(shù)[J]. 石油天然氣學(xué)報(bào), 2017, 39(1): 30-37. https://doi.org/10.12677/jogt.2017.391005

中原油田“十二五”油穩(wěn)氣升專(zhuān)項(xiàng)研究項(xiàng)目(2013YWQS03)。