王永東 ，雷俊杰 ，樊萬(wàn)紅 ，林利飛 ，胡國(guó)祥 ，譙勇

（1.延長(zhǎng)油田股份有限公司，陜西 延安 716000；2.北京旭日昌盛科技有限公司，北京 102200）

0 引言

一般將儲(chǔ)集巖空氣滲透率小于50×10-3μm2的油氣儲(chǔ)層稱(chēng)為低滲透油氣儲(chǔ)層［1］。低滲透油氣藏的資源量占中國(guó)油氣總資源量的65%，低滲儲(chǔ)層在大慶、勝利、吉林、遼河等油區(qū)均存在，可采資源量巨大［2］。天然裂縫是低滲透儲(chǔ)層的“甜點(diǎn)”之一，因此，對(duì)低滲透儲(chǔ)層裂縫的準(zhǔn)確識(shí)別具有重要的實(shí)際意義。

低滲透儲(chǔ)層的特點(diǎn)一般為砂體薄、巖性密、孔隙度和滲透率低且天然能量不充足［3-4］。延長(zhǎng)組是鄂爾多斯盆地南部重要的含油層系，是典型的低滲透儲(chǔ)層［3-5］，儲(chǔ)層巖性主要為灰色、淺灰綠色長(zhǎng)石砂巖，部分巖屑長(zhǎng)石砂巖，粒度以細(xì)砂為主，其次為粉砂和中砂。儲(chǔ)層在成巖過(guò)程中經(jīng)歷了不同程度的壓實(shí)作用、膠結(jié)作用、交代作用，填隙物質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為13.11%，膠結(jié)物占填隙物總量的64.2%，雜基以云母和泥質(zhì)為主，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.8%，膠結(jié)物主要為石英、長(zhǎng)石和方解石，少量白云石、黃鐵礦。分選好，磨圓度以次棱角狀—次圓狀為主，呈顆粒支撐，顆粒間以線接觸為主，膠結(jié)類(lèi)型以孔隙式和加大孔隙式為主。延長(zhǎng)組孔隙度和滲透率值變化大，非均質(zhì)性強(qiáng)，孔隙度為0.016%～20.350%，平均9.800%；滲透率為 0.001×10-3～10.950×10-3μm2，平均為0.650×10-3μm2。天然裂縫的存在成為了低滲透儲(chǔ)層的“甜點(diǎn)”，構(gòu)造應(yīng)力下派生的天然裂縫系統(tǒng)一般能成為低滲透儲(chǔ)層的儲(chǔ)集空間，控制油氣的富集，并且在油氣運(yùn)移的過(guò)程中起到通道的作用［6］。

天然裂縫一般受到構(gòu)造特征、沉積環(huán)境特征和巖石性質(zhì)等多因素共同的影響，在空間范圍內(nèi)的分布規(guī)律性差。當(dāng)前對(duì)裂縫描述和預(yù)測(cè)的方法主要有：巖心、露頭觀察法［7］；顯微鏡觀察與分析法；數(shù)學(xué)分析法（分析裂縫間距指數(shù)、裂縫密度等）；地球化學(xué)分析法（主要借助包裹體研究的相關(guān)技術(shù)手段）［8］；地球物理測(cè)井技術(shù)［9］；三維地震勘探數(shù)據(jù)分析（縱橫波檢測(cè)、地震相干體與分析等）［10］；構(gòu)造應(yīng)力分析法［11］；基于地質(zhì)觀測(cè)，地震及測(cè)井裂縫解釋識(shí)別的裂縫隨機(jī)建模。天然裂縫的識(shí)別評(píng)價(jià)可以針對(duì)具體的研究目標(biāo)，根據(jù)數(shù)據(jù)資料的不同，合理選用并組合上述裂縫識(shí)別描述方法，最大限度地應(yīng)用現(xiàn)有資料，對(duì)裂縫作出綜合識(shí)別評(píng)價(jià)。

由于三維地震數(shù)據(jù)的缺失，鄂爾多斯盆地南部延長(zhǎng)組天然裂縫的發(fā)育特征研究較少。本文以鄂爾多斯盆地南部延長(zhǎng)組地層為例，根據(jù)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)資料，通過(guò)地質(zhì)、測(cè)井及三維裂縫隨機(jī)建模等裂縫識(shí)別評(píng)價(jià)技術(shù)，對(duì)研究區(qū)的天然裂縫發(fā)育特征進(jìn)行研究。

1 延長(zhǎng)組野外地質(zhì)露頭的裂縫特征調(diào)查

通過(guò)觀察與測(cè)量鄂爾多斯盆地南部富縣—黃陵地區(qū)野外出露的延長(zhǎng)組低滲透地層中的裂縫，共獲得了261條有效裂縫數(shù)據(jù)。分析裂縫數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：工區(qū)主要發(fā)育以高角度為主的近直立裂縫，裂縫傾角一般大于60°；裂縫間距指數(shù)（FSI）為 1.252［12］，裂縫間距率（FSR）平均為1.06；發(fā)育構(gòu)造裂縫，見(jiàn)少量非構(gòu)造裂縫；三疊系地層中發(fā)育了多期次不同產(chǎn)狀的裂縫系統(tǒng)，即近E—W向、近S—N向、NWW—SEE向及NE—SW向。

2 低滲透儲(chǔ)層中天然裂縫綜合識(shí)別方法

由于本工區(qū)內(nèi)的地表被黃土覆蓋，嚴(yán)重影響了地震數(shù)據(jù)采集質(zhì)量，本次研究區(qū)內(nèi)無(wú)三維地震數(shù)據(jù)，且采用的測(cè)井系列為常規(guī)測(cè)井，因此，如何使用常規(guī)測(cè)井資料識(shí)別裂縫對(duì)后續(xù)的勘探開(kāi)發(fā)具有重要意義。為了識(shí)別本工區(qū)的天然裂縫，本次研究確定了以下研究流程：

1）選取關(guān)鍵井進(jìn)行成像測(cè)井。對(duì)關(guān)鍵井的要求是鉆遇延長(zhǎng)組研究地層且有鉆井取心資料。

2）根據(jù)成像測(cè)井資料，對(duì)研究層段內(nèi)的裂縫進(jìn)行識(shí)別并計(jì)算出裂縫的產(chǎn)狀特征，且與野外地質(zhì)露頭的裂縫調(diào)查分析結(jié)果對(duì)比。

3）將成像測(cè)井識(shí)別的裂縫與各類(lèi)常規(guī)測(cè)井響應(yīng)進(jìn)行對(duì)比，確定常規(guī)測(cè)井系列中對(duì)裂縫響應(yīng)敏感的測(cè)井類(lèi)型，建立常規(guī)測(cè)井裂縫識(shí)別模型。

4）對(duì)研究工區(qū)內(nèi)的單井測(cè)井資料進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后，使用常規(guī)測(cè)井裂縫識(shí)別模型對(duì)研究工區(qū)內(nèi)的單井進(jìn)行裂縫識(shí)別。

5）使用巖心描述資料對(duì)單井識(shí)別裂縫進(jìn)行進(jìn)一步標(biāo)定，以確保常規(guī)測(cè)井裂縫識(shí)別模型的準(zhǔn)確性。

2.1 成像測(cè)井裂縫識(shí)別

天然裂縫在成像測(cè)井中的分布通常是不規(guī)律的，在砂泥巖序列中，裂縫條紋通常是切割地層層理的明暗條紋。其中：亮色條紋代表高電阻特征，多為高阻礦物（石英、長(zhǎng)石、方解石等）填充縫；暗色條紋為低阻特征，多為開(kāi)啟縫或由黏土礦物填充的閉合裂縫［13-16］。

由成像測(cè)井解釋成果可知，延長(zhǎng)組地層為比較平緩的單斜構(gòu)造，地層傾角普遍小于10°，延長(zhǎng)組地層中的天然裂縫普遍為高角度裂縫，裂縫面與地層存在明顯的切割關(guān)系。圖1和圖2分別為裂縫走向和傾角統(tǒng)計(jì)。由圖1，2可知，延長(zhǎng)組的裂縫走向?yàn)榻鼥|西向，裂縫為高角度裂縫，其中90%以上的裂縫傾角大于60°，與野外露頭觀測(cè)的天然裂縫統(tǒng)計(jì)規(guī)律有很好的一致性，說(shuō)明了成像測(cè)井解釋結(jié)果的可靠性。

圖1 成像測(cè)井裂縫走向統(tǒng)計(jì)

圖2 成像測(cè)井裂縫傾角統(tǒng)計(jì)

2.2 建立常規(guī)測(cè)井裂縫識(shí)別模型

常規(guī)測(cè)井對(duì)裂縫響應(yīng)的機(jī)理是：裂縫（尤其是張開(kāi)縫）在鉆井過(guò)程中，由于鉆井液侵入而與圍巖產(chǎn)生的差異，其在測(cè)井曲線上的反映。常規(guī)測(cè)井對(duì)裂縫的響應(yīng)取決于鉆井液性能、裂縫的開(kāi)啟度（非填充縫、局部充填、半充填和全充填）、裂縫的產(chǎn)狀、測(cè)井儀器縱向分辨率、測(cè)井儀器的測(cè)量響應(yīng)特征等。通過(guò)成像測(cè)井解釋與常規(guī)測(cè)井響應(yīng)的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)以下規(guī)律：

1）在裂縫發(fā)育帶，自然電位在長(zhǎng)7段底部的裂縫發(fā)育段見(jiàn)負(fù)異常，自然伽馬曲線主要反映了巖性變化，對(duì)裂縫響應(yīng)不明顯。2）雙感應(yīng)和八側(cè)向曲線在個(gè)別裂縫發(fā)育段出現(xiàn)低值，但該低值主要反映了地層流體的變化，對(duì)裂縫沒(méi)有明顯的差異和電阻率變化。3）井徑曲線在個(gè)別井段出現(xiàn)擴(kuò)徑。4）聲波時(shí)差在部分裂縫發(fā)育井段出現(xiàn)高值。5）微電位和微梯度曲線在裂縫發(fā)育段可見(jiàn)明顯的低電阻率跳尖，且微電位和微梯度的電阻率差異明顯減小，對(duì)裂縫發(fā)育段響應(yīng)明顯。

由成像測(cè)井和常規(guī)測(cè)井的對(duì)比及常規(guī)測(cè)井的裂縫響應(yīng)特征可以看出，雖然自然電位、自然伽馬、雙感應(yīng)和八側(cè)向、聲波時(shí)差和井徑測(cè)井都會(huì)對(duì)裂縫發(fā)育帶產(chǎn)生一定的響應(yīng)特征，但由于儀器的測(cè)量原理和縱向分辨率的限制，很難區(qū)分出測(cè)井響應(yīng)的變化是由于巖性變化或地層流體變化產(chǎn)生，還是由于裂縫造成，從而使得有效識(shí)別單一裂縫變得十分困難。相對(duì)于其他測(cè)井方法，微電極測(cè)井由于有相對(duì)較高的縱向分辨率及其與成像測(cè)井相似的測(cè)量原理，成為識(shí)別單一裂縫的有效方法。

微電極測(cè)井提取地層中的裂縫特征是基于以下基本原理：1）鉆井鉆遇的高角度構(gòu)造縫，由于地層傾角和井斜的影響，在大概率上會(huì)切割井壁。2）對(duì)于水基鉆井液，由于裂縫的滲透性，鉆井液濾液的侵入，在微電極測(cè)井上會(huì)產(chǎn)生明顯的低電阻跳尖。3）微電位和微梯度測(cè)井由于探測(cè)深度的不同，在滲透性地層中會(huì)存在差異，且差異的大小取決于地層的滲透性和鉆井液性質(zhì)。對(duì)于非滲透性或低滲透性地層，微電極和微電位的差異常表現(xiàn)為幅度變化很小的正差異。當(dāng)?shù)貙又写嬖诹芽p時(shí)，由于裂縫的滲透性，微電位和微梯度將同時(shí)受到鉆井液濾液的影響，因而在曲線上表現(xiàn)出很小的差異。4）由于微梯度測(cè)井的縱向分辨率為3.75 cm，高于微電位測(cè)井，因而微梯度電阻率對(duì)裂縫的響應(yīng)相對(duì)較好。5）對(duì)微梯度測(cè)井曲線進(jìn)行二次求導(dǎo)，裂縫形成的微梯度測(cè)井低電阻異常響應(yīng)會(huì)出現(xiàn)在二次求導(dǎo)的正向拐點(diǎn)最大值處。

根據(jù)成像測(cè)井及巖心描述，利用微電極測(cè)井提取地層中的裂縫特征的步驟為：1）計(jì)算微電位和微梯度電阻率差異。對(duì)于延長(zhǎng)油田使用的水基鉆井液性能，微電位和微電極將會(huì)顯示正差異特征。2）對(duì)微梯度測(cè)井曲線進(jìn)行二次求導(dǎo)，得到測(cè)井曲線的拐點(diǎn)特征。3）在成像測(cè)井無(wú)裂縫顯示的井段，分別提取微電極/微梯度測(cè)井的電阻率差異和微電極測(cè)井的電阻率背景值，確定裂縫識(shí)別的閾值。4）根據(jù)以上確定的裂縫識(shí)別閾值，結(jié)合微梯度測(cè)井的拐點(diǎn)特征，綜合識(shí)別裂縫。

地層中無(wú)裂縫井段的測(cè)井曲線特征，微電極測(cè)井背景值及井眼狀況見(jiàn)圖3。由圖3可見(jiàn)，延長(zhǎng)組地層展現(xiàn)出砂泥巖互層序列，地層產(chǎn)狀平穩(wěn)，可見(jiàn)水平層理和交錯(cuò)層理，無(wú)裂縫特征。當(dāng)?shù)貙又袩o(wú)裂縫時(shí)，微梯度拐點(diǎn)分析曲線無(wú)明顯正負(fù)異常，微電位/微梯度差異統(tǒng)計(jì)直方圖顯示差異值為2～4 Ω·m，同時(shí)微梯度統(tǒng)計(jì)直方圖顯示電阻率為9～20 Ω·m。由此可以確定，無(wú)裂縫地層的微電極測(cè)井背景值為微電位/微梯度差異大于2 Ω·m，微梯度電阻率大于 9 Ω·m。

根據(jù)確定的無(wú)裂縫地層微電極測(cè)井背景值，結(jié)合微梯度測(cè)井的拐點(diǎn)分析，可識(shí)別出地層中的裂縫特征。延長(zhǎng)組地層中微電極測(cè)井裂縫識(shí)別結(jié)果與成像測(cè)井裂縫解釋見(jiàn)圖4。由圖4可見(jiàn)，當(dāng)微電極測(cè)井儀器經(jīng)過(guò)單條裂縫時(shí)，微電極測(cè)井曲線呈現(xiàn)如下裂縫特征：1）微電極測(cè)井曲線可見(jiàn)明顯的低電阻率跳尖，微梯度電阻率統(tǒng)計(jì)直方圖顯示，裂縫的微電極電阻率分布在1.0～9.0 Ω·m；2）微電位/微梯度電阻率差值明顯降低，裂縫的微電位/微梯度電阻率差值在 0.1～2.0 Ω·m；3） 微梯度拐點(diǎn)分析曲線可見(jiàn)明顯的正異常指示。

成像測(cè)井確定的裂縫深度是計(jì)算的裂縫面與井眼平面交會(huì)處的深度。由于微電極測(cè)井儀器限制，裂縫識(shí)別的深度是微電極儀器經(jīng)過(guò)裂縫時(shí)產(chǎn)生裂縫響應(yīng)最大值的深度，與成像測(cè)井識(shí)別的裂縫深度相比，兩者之間可能有一定的深度差異，這取決于微電極測(cè)井儀器與裂縫接觸時(shí)的實(shí)際位置。

過(guò)井眼裂縫高度見(jiàn)圖5。當(dāng)井徑為23 cm，裂縫傾角為80°時(shí)，過(guò)井眼的裂縫高度為130.44 cm。因此，在同等條件下，微電極測(cè)井識(shí)別的裂縫深度與同等條件下成像測(cè)井識(shí)別的裂縫深度會(huì)存在最大±65.22 cm的差異。

根據(jù)建立的微電極測(cè)井裂縫識(shí)別模型，對(duì)研究工區(qū)內(nèi)的單井測(cè)井資料進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后，使用微電極測(cè)井裂縫識(shí)別模型對(duì)研究工區(qū)內(nèi)的單井做裂縫識(shí)別，并用巖心描述資料對(duì)單井識(shí)別裂縫進(jìn)行進(jìn)一步標(biāo)定，以確保常規(guī)測(cè)井裂縫識(shí)別模型的準(zhǔn)確性，為隨后的三維裂縫建模提供可靠的輸入。

圖3 延長(zhǎng)組無(wú)裂縫地層微電極測(cè)井響應(yīng)

圖4 延長(zhǎng)組地層微電極裂縫識(shí)別與成像測(cè)井對(duì)比

圖5 裂縫過(guò)井眼高度

圖6為常規(guī)測(cè)井裂縫識(shí)別與巖心描述的對(duì)比，可見(jiàn)裂縫識(shí)別結(jié)果與實(shí)際巖心情況一致。

3 三維裂縫模型的建立

綜合野外地質(zhì)露頭勘測(cè)、巖心描述、成像測(cè)井及常規(guī)測(cè)井資料，成功識(shí)別了研究區(qū)內(nèi)的裂縫在區(qū)域及單井上的分布及發(fā)育特征，為最終建立油藏開(kāi)發(fā)可用的三維裂縫模型奠定了基礎(chǔ)。要建立三維裂縫模型，需獲取單井裂縫密度。由于本研究區(qū)內(nèi)缺乏地震數(shù)據(jù)，無(wú)法獲得評(píng)價(jià)井間裂縫發(fā)育程度的實(shí)測(cè)資料，因此，使用隨機(jī)模擬的序貫高斯算法對(duì)井間裂縫密度進(jìn)行插值，同時(shí)在建模過(guò)程中結(jié)合了儲(chǔ)層的構(gòu)造及巖相特征。

圖6 常規(guī)測(cè)井裂縫識(shí)別與巖心描述的對(duì)比

序貫高斯法能提供多個(gè)等概率結(jié)果以供優(yōu)選，由于隨機(jī)建模在插值過(guò)程中隨機(jī)性比較大，需利用所有可供參考的數(shù)據(jù)對(duì)插值結(jié)果進(jìn)行約束。根據(jù)野外觀測(cè)結(jié)果，泥巖對(duì)砂巖中裂縫的發(fā)育具有較大的限制作用，裂縫發(fā)育于砂巖而止于泥巖，由此可見(jiàn)巖性對(duì)裂縫發(fā)育具有很強(qiáng)的約束作用。野外地質(zhì)勘測(cè)及多井巖相對(duì)比可見(jiàn)巖性在空間上具有較好的連續(xù)性，因此，通過(guò)井點(diǎn)外推到井間的巖性數(shù)據(jù)是較為可靠的。

綜上所述，本次裂縫密度建模過(guò)程中采用巖相模型進(jìn)行相控，同時(shí)利用泥質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)輔助插值，最終生成了可靠的裂縫密度模型。

通過(guò)三維裂縫模型，可以直觀展現(xiàn)天然裂縫的空間分布規(guī)律（見(jiàn)圖7）。由圖7可見(jiàn)，天然裂縫在平面上呈塊狀富集，主要集中分布在研究工區(qū)的北部、西南部和東部附近。

圖7 研究工區(qū)天然裂縫空間

4 結(jié)論

1）選取關(guān)鍵井進(jìn)行成像測(cè)井，對(duì)研究層段內(nèi)的裂縫進(jìn)行識(shí)別并計(jì)算出裂縫的產(chǎn)狀特征，且與野外地質(zhì)露頭的裂縫調(diào)查分析結(jié)果對(duì)比發(fā)現(xiàn)，成像測(cè)井預(yù)測(cè)的裂縫統(tǒng)計(jì)特征與野外露頭調(diào)查一致，說(shuō)明了成像測(cè)井識(shí)別裂縫的可靠性。

2）在裂縫發(fā)育帶，聲波時(shí)差、井徑和自然電位測(cè)井對(duì)裂縫均有反映，由于測(cè)井儀器的分辨率限制，對(duì)單一裂縫的識(shí)別存在很大的局限性。相比與其他常規(guī)測(cè)井，微電極測(cè)井對(duì)于裂縫有很好的測(cè)井響應(yīng)，且與成像測(cè)井的裂縫響應(yīng)有較好的一致性。針對(duì)研究工區(qū)使用的測(cè)井系列，建立了以微電極測(cè)井響應(yīng)為主的裂縫識(shí)別模型，該模型的裂縫識(shí)別成果與巖心的裂縫描述具有很好的一致性。

3）由于缺失三維地震數(shù)據(jù)，通過(guò)隨機(jī)模擬的序貫高斯算法對(duì)井間裂縫密度進(jìn)行插值，建立了完整的三維裂縫模型。

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