齊寶權, 羅利, 張樹東, 羅寧, 任興國, 劉航

(1.中國石油集團測井有限公司西南分公司, 重慶 400021;2.中國石油集團川慶鉆探工程公司地質勘探開發(fā)研究院, 四川 成都 610051)

0　引　言

阿姆河右岸上侏羅統(tǒng)卡洛夫-牛津階是一套緩斜坡參預-淺水臺地礁灘碳酸鹽巖沉積組合[1-5],沉積環(huán)境為較深水碳酸鹽巖緩斜坡-淺水臺地生物礁、灘相的沉積組合,卡洛夫-牛津階以厚層狀海相灰?guī)r為主,夾薄層泥巖。儲層主要分布在礁上層(XVhp)、生物礁層(XVa1)、致密層(XVz)和礁下層(XVa2)4個巖性段內。每個小層均發(fā)育裂縫,裂縫發(fā)育程度上部層位(XVhp)好于下部其他層位,阿姆河右岸的東部區(qū)塊優(yōu)于中部區(qū)塊。裂縫表現出多期次,并與構造演化及斷裂活動密切相關[6-8],其中構造裂縫是主要的裂縫,對東部區(qū)塊油氣產量具有重要控制作用。

本文根據多口井的巖心和鑄體薄片觀察,形成綜合成因、期次、充填性、與溶蝕的關系等測井分類方法,建立裂縫類型測井識別方法。用電成像測井對各種裂縫進行分類識別,用常規(guī)測井資料對不同產狀裂縫進行判別,用聲波與中子交會方法對有效裂縫進行識別。利用電成像測井解釋的裂縫張開度、陣列聲波提取的斯通利波能量差和遠探測聲波處理的反射系數以及深淺雙側向差異等參數,建立有效裂縫評價的4個標準,形成裂縫有效性評價方法。

1　裂縫的地質特征和分類

1.1　巖心裂縫的特征

根據巖心和鑄體薄片觀察描述,該區(qū)可識別出宏觀裂縫與微細裂縫2種類型[9]。宏觀裂縫包括成巖裂縫和構造裂縫2種類型,成巖裂縫包括成巖壓裂縫和縫合線,縫的寬度多數在0.1～5 mm之間,部分或大部分裂縫被充填;構造裂縫包括水平、斜交和垂直裂縫,縫寬在0.1～10 mm之間,部分半充填縫可以達到厘米級。裂縫充填情況有全充填、半充填和未充填,充填物的成分主要是方解石,成巖裂縫的充填物還包括泥質和有機質等。根據徐文禮等[9]的研究,該區(qū)裂縫形成主要有3個期次,即燕山晚期、喜山早期和喜山中期,其中喜山早期和中期形成的構造裂縫具有通源性,巖心觀察該類構造裂縫表現出充填與溶蝕作用及原狀多種狀態(tài),而更早期裂縫多為全充填和半充填。

1.2　裂縫的測井分類

在地質研究的基礎上,考慮測井識別的可能性,綜合裂縫的成因、期次、充填性、與溶蝕的關系等,將該區(qū)裂縫分為2類:微細裂縫和宏觀裂縫。將宏觀裂縫進一步分為4小類:全充填裂縫、半充填裂縫、溶蝕擴大縫和晚期構造縫。

(1) 全充填裂縫。裂縫基本為方解石全充填,無滲濾性,對儲層無貢獻。該裂縫組系眾多,成因復雜,多為最早期構造縫、斷層牽引縫及少量壓溶充填縫,屬無效縫。

(2) 半充填裂縫。以高角度和近直立縫為主,該組裂縫在巖心上表現張開度較大,達厘米級,充填程度較高,部分井段全充填,部分半充填。半充填裂縫中部發(fā)育有石英、白云石、方解石粗大晶體,縫壁膠結較好,縫內部具有一定的連通性。據成像測井資料解釋,該類裂縫有經重泥漿壓裂而縫寬擴大表現。解釋為早期形成大縫,后經充填或半充填形成,屬有效縫。

(3) 溶蝕擴大縫。通過成像測井解釋的沿裂縫面溶蝕擴大的一種裂縫類型,其特點是溶蝕作用沿裂縫面兩側進行,形成孔洞非常發(fā)育的溶蝕帶。與順層巖溶形成的平行于層面分布的溶蝕孔洞不同,該溶蝕孔洞是平行于裂縫面分布。該裂縫也是早期裂縫,發(fā)生在大規(guī)模巖溶之前或與巖溶時期相匹配,裂縫提供了巖溶通道,屬于有效縫。

(4) 晚期構造縫。裂縫未溶蝕、未充填,以高角度縫為主,也發(fā)育斜交縫和少量水平縫,與溶蝕孔洞搭配形成好的儲層,能大幅度提高油氣產量。解釋為晚期裂縫,發(fā)生在大規(guī)模巖溶之后或與油氣充注相同期,屬于有效縫。

(5) 微細裂縫。裂縫的尺度較小,分布不規(guī)則,以成巖縫為主,在局部井和層分布,發(fā)育程度較中部區(qū)塊差,溶蝕作用形成的裂縫屬有效縫,而壓溶作用形成的經有機質和泥質等充填的裂縫有效性差。

2　裂縫的測井識別

2.1　井壁裂縫的測井識別

2.1.1成像測井識別

(1) 溶蝕擴大縫的測井識別。沿裂縫面暗色條帶的寬度遠遠高于正常裂縫的寬度;沿裂縫面非均勻溶蝕特征,表現為裂縫帶的寬窄變化不均和顏色深淺變化大;溶蝕帶沿裂縫面分布或平行于裂縫面,與層理面斜交非平行關系[見圖1(a)]。

(2) 晚期構造縫的測井識別。裂縫的寬度通常較小,呈細條狀特征,溶蝕擴大特征不明顯;裂縫的間距小,組系特征清晰,且以高角度縫或斜交縫為主;裂縫是“切割”溶蝕孔洞,與溶蝕孔洞無成因聯(lián)系;大部分裂縫形態(tài)完整[見圖1(b)]。

(3) 半充填裂縫的測井識別。表現為非連續(xù)狀延伸的圖像特征,因充填程度不同表現為縫寬變化較大,其非連續(xù)性和縫寬度變化較大區(qū)別于晚期構造縫;由于裂縫壁的高阻物質填充,裂縫面有亮色邊緣現象,區(qū)別于溶蝕裂縫;該裂縫能完整切割井壁及裂縫走向與就地應力方向不同而區(qū)別于壓裂縫和應力釋放縫[見圖1(c)]。

(4) 全充填裂縫的測井識別。多數裂縫以方解石充填為主,充填物與圍巖基本無電性差異,不易識別。當兩者之間有電性差異時,成像圖上表現為亮色的條帶狀特征[見圖1(d)]。

(5) 微細裂縫的測井識別。高分辨率成像測井能較好識別各種微細裂縫,通過微細裂縫尺度較小,產狀和規(guī)律性不強,溶蝕形成的寬窄不均勻性特征等予以識別[見圖1(e)]。

圖1　各類裂縫在成像測井圖上的特征

2.1.2常規(guī)測井識別

裂縫的寬度、發(fā)育度和產狀對常規(guī)測井都有較大的影響。當儲層發(fā)育裂縫時,一般自然伽馬較低;電阻率會大幅度降低,深淺雙側向曲線因降低幅度不同而表現出差異的特征;中子、聲波、密度三孔隙度曲線也會因受裂縫的影響其孔隙度表現為不同程度的增大。由于該區(qū)裂縫以高角度和斜交縫為主,而且大多數縫以單組系為主,網狀縫次之,低角度和水平縫較少,因此,裂縫的產狀和發(fā)育程度對測井有明顯的影響。常規(guī)測井對裂縫產狀也是最為敏感和差異較大的,表1總結了不同裂縫產狀條件下的測井響應特征。

表1　各種裂縫產狀的常規(guī)測井識別模式

注:φAC為聲波孔隙度,%;φCNL為中子孔隙度,%。

2.1.3中子與聲波交會法識別裂縫

圖2　XX-1井中子與聲波交會法識別裂縫

地層若為均質的孔隙型儲層,中子孔隙度與聲波孔隙度應該基本相等,呈線性關系。在非均質的孔洞型儲層,一般中子孔隙度會大于聲波孔隙度,二者也有線性關系。當地層發(fā)育裂縫引起聲波跳波時,聲波時差增大的幅度大于中子孔隙度增大的幅度,呈現出聲波孔隙度大于中子孔隙度且呈非線性關系。如XX-1井在裂縫發(fā)育段和無裂縫的井段的中子—聲波關系交會(見圖2)。由圖2可清晰看出在無縫段(3 430～3 470 m)中子與聲波呈線性關系,而裂縫發(fā)育段(3 303～3 318 m)因聲波時差增大則中子與聲波跳出這個關系,表現為非線性關系。

2.2　井旁裂縫的測井識別

成像測井較好地解釋了井壁1 in*非法定計量單位,1 in=2.54 cm,下同探測范圍內的裂縫發(fā)育情況,遠離井壁的裂縫可以借助遠探測聲波測量技術。XMAC-F1交叉偶極聲波測量儀(或其他遠探測儀器)能夠發(fā)現離井筒15 m范圍內的反射體,包括孔洞和裂縫[11-12]。遠探測聲波成像測井的原理與二維地震方法相似,利用接收器接收從井筒外地層中被地質界面(反射體)反射回的反射波,經過特殊處理并成像,從而獲得井旁反射體的發(fā)育分布狀況[12-16]。這些反射體可能是裂縫、孔洞或地層巖性界面[17]。

由于遠探測聲波測量的是地層中存在的聲阻抗界面,同時反射波信號屬于弱信號,容易受井眼環(huán)境、地層噪聲的干擾,一直是測井處理與解釋的難點。目前,國內外還沒有統(tǒng)一的遠探測聲波測井解釋標準。本文在數值模擬建立的各種類型反射體的經驗解釋模板和標準實驗井標定的基礎上,結合常規(guī)測井、地質錄井、電成像測井、地震等資料從反射體深度、大小、形狀等方面綜合進行反射體的識別以及反射體類型的解釋,再通過反射參數的計算最終得出井旁裂縫的發(fā)育程度,給出儲層劃分及試油方案的建議。

圖3是XX-21井XMAC-F1測量資料處理成果,在3 800～3 850 m井段有較為清晰的井旁裂縫反射成像指示。

圖3　XX-21井旁裂縫和電成像識別圖*非法定計量單位,1 mD=9.87×10-4 μm2,下同

3　裂縫有效性測井評價

裂縫的有效性取決于裂縫的張開度、發(fā)育程度、徑向延伸度和滲濾性。通過成像測井解釋井壁裂縫張開度和發(fā)育度,利用遠探測解釋裂縫的徑向發(fā)育度,利用陣列聲波解釋裂縫的滲濾性。

3.1　裂縫有效性的張開度評價標準

3.1.1通過裂縫的充填、溶蝕情況定性評價裂縫有效性

上述5類裂縫中,全充填裂縫是無效縫,其余4種裂縫屬有效縫,而溶蝕擴大縫有效性最好,晚期構造縫次之,半充填縫較差。

溶蝕擴大縫的高滲透性主要原因是該類裂縫為大尺度裂縫,裂縫的間距較大,裂縫提供了地下水巖溶的通道,地下水主要沿著裂縫系統(tǒng)流動而對裂縫附近地層溶蝕形成較發(fā)育的溶蝕孔洞,這種溶蝕可能有多期次。經深度溶蝕后的裂縫與裂縫周邊的溶蝕孔洞形成統(tǒng)一的儲滲體,裂縫與孔洞的天然搭配增強了孔洞與裂縫的配伍性與連通性,是高品質儲層。單一一條該類裂縫即可解釋為有效儲層,即使發(fā)育在自然伽馬較高、孔隙度低的層位也是有效儲層。例如J21在下部XVI層內3 251 m發(fā)育1條溶蝕擴大縫,其自然伽馬20 API,中子孔隙度6%, 聲波時差增至62%,電阻率降至30 Ω·m,屬于含泥質低能相帶,測井解釋為有效儲層,該段測試獲氣。

晚期構造裂縫是裂縫后期疊加在溶蝕孔洞之上,測井解釋該類裂縫的發(fā)育密度較高,能極大改善儲層的滲濾性。但是,與溶蝕擴大縫不同,該裂縫發(fā)育于致密層難以形成好儲層。

半充填縫是裂縫的充填作用大于溶蝕作用,有效性差主要是因為裂縫壁的充填物成為滲流的障壁,同時該類裂縫發(fā)育層位的溶蝕孔洞也不發(fā)育,與溶蝕孔洞的搭配性差,其作用在于連通縱向上的多套儲層。

根據阿姆河右岸東部地區(qū)裂縫的充填和溶蝕情況,建立了未充填、半充填和全充填裂縫的有效性評價表(見表2)。

表2　充填情況與溶蝕程度對裂縫有效性的評價標準

3.1.2裂縫寬度定量評價標準

通過對東部15口裂縫性儲層電成像計算的裂縫張開度與試油測試產量統(tǒng)計對比結果表明,除少數井在XVhp層由于微細裂縫發(fā)育程度較高獲得工業(yè)產能外,其余14口井當裂縫張開度小于10 μm時,均為低產層,因此將下限截止標準定為10 μm。

3.2　裂縫有效性的徑向延伸度評價標準

根據裂縫對深淺雙側向差異影響的實驗模型[17],結合不同井裂縫的巖心觀察和裂縫測井解釋的成果,同時參考了裂縫對儲層產能的影響情況,對不同試油層裂縫的徑向延伸情況進行分析,確定裂縫徑向延伸度評價標準(見表3)。表3中裂縫徑向延伸度超過深側向的探測深度2 m定義為深,介于深淺探測之間(0.5～2 m)定義為中,小于淺側向的探測深度(0.5 m)定義為淺,小于0.1 m定義為極淺。

表3　裂縫徑向延伸度有效性評價標準

3.3　裂縫有效性的斯通利波評價標準

低頻斯通利波受巖性影響小,具有較大的探測深度,與儲層的滲濾性具有直接關系,斯通利波能量差異能較好反映儲層滲透性,可在對不同儀器的系統(tǒng)校正基礎上建立評價標準。

經對東部地區(qū)低孔裂縫型儲層的斯通利波能量衰減情況與儲層產能的關系分析,獲得了該區(qū)的利用斯通利波能量衰減程度評價裂縫有效性的標準。當斯通利波能量衰減量低于10%時,裂縫的有效性差;在10%～20%時,裂縫的有效性中等;大于20%時,裂縫的有效性好。

3.4　裂縫有效性的遠探聲波反射波能量評價標準

3.4.1反射能量提取技術

遠探測聲波測井發(fā)射探頭發(fā)出的彈性波可認為由點聲源發(fā)出,在地層中傳播后反射回來。如遇裂縫、溶洞等聲阻抗差異大的地層,則反射回井中的能量更高。根據這一理論,可通過式(1)計算反射波能量[18]

j=1,2,…,NZ;k=1,2,…,NZ

(1)

式中,Aref為反射波能量;x(j)為第j個采樣點的反射波能量;NZ為采樣數。

為便于研究,需要將探頭發(fā)射能量標準化,再求出反射能量與發(fā)出能量的比值,便可得到標準化后的反射能量值,可對同一口井的不同深度以及在不同井的反射能量進行對比研究。

聲波能量反射系數值越大,說明井旁裂縫越發(fā)育、徑向連通性越好、滲濾性越好。通過對東部12口DSI資料進行處理,利用聲波能量反射系數值與測試產量進行比較,當聲波能量反射系數平均值小于5%時,測試產能為低產,因此,將下限截止標準定為5%。

4　應用實例

圖4　J-21裂縫參數測井綜合處理解釋成果圖

圖5　A-21井裂縫參數測井綜合處理成果圖

J構造J-21井3 177～3 252 m井段(XVa1-XVI層)測試產氣118×104m3/d,產油28.98 m3/d,為低能相帶裂縫發(fā)育獲高產的實例(見圖4)。該儲層的特點是儲層段自然伽馬較高15～20 API(見圖4第1道自然伽馬曲線),總體為不易巖溶的低能相帶,儲層為多個薄層組成。其中,在3 213、3 216、3 225、3 251 m發(fā)育溶蝕擴大縫,裂縫傾角60°～80°(見圖4第4道DIP矢量點),傾向一致,為南西方向,解釋為單組系裂縫,縫的寬度(見圖4第4道FVAH曲線)8～18 μm,經充分溶蝕的孔隙度(見圖4第3道孔隙度曲線)達到10%～16%,斯通利波變密度圖上干涉現象明顯(見圖4第5道變密度圖),斯通利波能量衰減(見圖4第7道ESTO曲線)15%～28%,遠探測聲波解釋反射波能量(見圖4第7道聲波能量反射系數曲線)較強,達到20%～45%,深淺雙側向比值大于2,該組裂縫對儲層段的產量具有主要的貢獻。該試油層段中其他儲層段發(fā)育的溶蝕孔洞與微細裂縫和宏觀構造縫都有不同程度的關聯(lián),發(fā)育于低自然伽馬段的溶蝕孔洞,呈順層分布,或順北西南東方向的裂縫系統(tǒng)分布,裂縫都發(fā)生了不同程度的溶蝕,與孔洞搭配好,也是儲層高產的重要貢獻者。

圖5為A構造的A-21井孔隙、裂縫參數成果圖。圖5中3 579～3 646 m段解釋為裂縫孔隙型儲層,該試油段以發(fā)育溶蝕孔洞為主,由于主要儲層段(3 607～3 615 m)自然伽馬較低(小于10 API),溶蝕作用充分,縱向上孔洞連片性好,孔隙度4%～10%,有利于形成好的儲層。由于該井裂縫不發(fā)育,裂縫張開度在1 μm左右;斯通利波能量衰減僅3%～7%,小于10%,指示儲層高孔隙度但滲透性差;遠探測聲波反射系數3%～5%,指示井旁裂縫發(fā)育度差。綜合解釋為儲層有效性差,最終的試油結果顯示A-21井產氣僅5.9×104m3/d。

以上2個例子說明在阿姆河右岸東部區(qū)塊裂縫類型和發(fā)育程度對改善儲層滲濾性具有重要價值。

5　結　論

(1) 阿姆河東部區(qū)塊裂縫類型主要有溶蝕擴大縫、晚期構造縫、半充填縫、全充填縫和微細縫,其中溶蝕擴大縫和晚期構造縫是最重要的有效裂縫,對儲層產量具有控制作用。

(2) 裂縫的有效性評價包括裂縫的張開度、徑向延伸度、裂縫的充填程度和發(fā)育度,成像測井、斯通利波能量衰減、遠探測反射系數和深淺雙側向差異能較好用于評價裂縫的有效性。

(3) 初步建立了裂縫有效性評價標準,對該區(qū)裂縫性儲層的解釋評價具有參考價值。

(4) 進一步關注和研究溶蝕擴大縫的發(fā)育分布規(guī)律,對于尋找高產井和水平井的部署有重要意義。