鄒 榕,徐中祥,張曉明,藺學(xué)旻,馬雪健
(1.中國石化西北油田分公司勘探開發(fā)研究院,新疆烏魯木齊830000;2.中國石化碳酸鹽巖縫洞型油藏提高采收率重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,新疆烏魯木齊830011)
近年來,隨著塔里木盆地油氣勘探在順北地區(qū)特深碳酸鹽巖領(lǐng)域獲得重大油氣突破,揭示了順北地區(qū)及鄰區(qū)發(fā)育的克拉通內(nèi)中小滑移距走滑斷裂體系對奧陶系碳酸鹽巖具有明顯的“控儲、控藏、控富”作用。隨著油氣勘探的不斷深入,人們對斷層在油氣運(yùn)聚成藏和保存中所起作用的認(rèn)識也不斷加深,即斷層控藏主要體現(xiàn)在其對油氣具有輸導(dǎo)和封堵雙重作用。因此,國內(nèi)外學(xué)者就斷層對油氣輸導(dǎo)、封堵機(jī)理和影響因素進(jìn)行了大量研究,但從測井角度分析斷裂內(nèi)部結(jié)構(gòu)方面尚未見系統(tǒng)闡述。地震資料的分辨率有限,很難對斷裂內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行精細(xì)刻畫,而測井資料具有高分辨率的特點(diǎn),在斷裂內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析中能夠起到較為重要的作用。本文從測井角度出發(fā),結(jié)合地質(zhì)剖面,對斷裂進(jìn)行了定性的內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析,總結(jié)了斷裂內(nèi)部各結(jié)構(gòu)單元的測井響應(yīng)特征,為斷裂內(nèi)部結(jié)構(gòu)的刻畫與建模提供初步認(rèn)識。
斷裂不是一個簡單的二維面,而是一個具有復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)的三維地質(zhì)體,根據(jù)物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)特征、裂縫發(fā)育程度等因素可將其內(nèi)部劃分出斷層核、破碎帶、裂縫帶、分散裂縫等具有不同物性特征的結(jié)構(gòu)單元類型。各結(jié)構(gòu)單元物性的差異是斷裂在油氣運(yùn)聚成藏過程中具有輸導(dǎo)、封堵雙重性的物質(zhì)基礎(chǔ)和最根本的原因,斷裂內(nèi)部結(jié)構(gòu)的時空演化影響其內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)育特征,即影響了結(jié)構(gòu)單元的物性特征,從而決定了其在油氣運(yùn)聚過程中所起到的作用[1-5]。
斷裂主要由四種類型的斷裂結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成:①斷層核,一般充填物以斷層泥為主,比較致密,成像上可能表現(xiàn)為黑色寬條帶的特征,常規(guī)上表現(xiàn)為電阻率孔隙度尖峰狀特征;②破碎帶,一般充填物以角礫為主,角礫和角礫之間有一些空間,可能形成斷裂空腔,成像上表現(xiàn)為亮色斑塊狀特征,斷層核破碎帶在測井曲線上表現(xiàn)為類似洞穴的特征;③裂縫帶,距斷裂中心比較近,裂縫密度高,孔滲性好,成像上表現(xiàn)為裂縫密集發(fā)育的特征,常規(guī)上表現(xiàn)為電阻率雙軌低值特征;④分散裂縫,距斷裂中心比較遠(yuǎn),裂縫密度低,孔滲性差,成像上表現(xiàn)為比較分散的裂縫特征,常規(guī)上表現(xiàn)為電阻率梳狀低值特征(圖1)。
圖1 斷裂內(nèi)部結(jié)構(gòu)Fig.1 Internal structure of fractures
斷層核是由軟弱巖性的斷層泥、碎裂化的細(xì)小顆粒構(gòu)成,主要分布于斷層面附近。在斷層活動過程中,斷層核部發(fā)生強(qiáng)烈的擠壓、攆摩,碎裂化的細(xì)小顆粒和軟弱巖性緊密排列,形成致密隔層[6-7]。
斷層核在測井資料上表現(xiàn)為類似巨縫的特征,伽馬無變化或略微增大,電阻率指狀尖峰低值特征,三孔隙度一般明顯增大,井徑無變化,鉆時小幅降低,成像上為黑色寬條帶,漏失量一般較小,漏失井段較短,個別井有放空現(xiàn)象。
通過對A、B 和C 三口井的成像資料進(jìn)行分析,這三口井都打到了黑色寬條帶,可能是斷層核,兩邊發(fā)育一些裂縫。A 井洞頂傾角70°,B 井洞頂傾角27.3°,C 井洞頂傾角70.5°。A 井放空0.63 m,但是在成像上斷裂只有0.2 m 寬,推斷是因?yàn)閿嗔褍A角為70°,井眼斜著穿過斷裂造成(圖2)。
破碎帶多為由斷層角礫巖、碎裂巖等構(gòu)成的斷層巖混雜帶,一般來說,越靠近斷層的中心,巖石的碎裂作用越嚴(yán)重,巖石顆粒粒度越細(xì)。如果破碎帶內(nèi)僅發(fā)育單一的斷層角礫巖,由于其棱角狀的存在形式,可使得破碎帶殘留大量孔隙、裂縫以及斷裂空腔等優(yōu)勢空間,滲透性很好,可能形成網(wǎng)狀的運(yùn)移通道,也能形成裂縫-洞穴型儲層[8-11]。
圖2 斷層核測井特征Fig.2 Log characteristics of fault core
破碎帶在測井資料上表現(xiàn)為類似洞穴的特征,伽馬無變化或略微增大,部分井洞穴上部有一段伽馬低值,電阻率大幅降低,且一般呈明顯正差異,中間都有致密隔層,電阻率曲線呈現(xiàn)“兩低一高”或者“三低兩高”的特征,三孔隙度明顯增大,反應(yīng)不一致,大多明顯擴(kuò)徑,鉆時大幅降低,成像上靜態(tài)圖為暗黑色條帶,動態(tài)圖上可見亮色斑塊狀特征,可能為角礫,漏失量一般較大,漏失井段較長,部分井有放空現(xiàn)象。
通過研究D和E兩口井的成像資料,初步分析了這兩口井鉆遇斷裂的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征:D 井7 786 m 以上為圍巖,7 786 ~7 788 m為裂縫帶,7 788 ~7 795 m為破碎帶(洞頂傾角18°),7 795 ~7 797 m為裂縫帶,7 797 m 以下為圍巖,破碎帶井徑擴(kuò)徑嚴(yán)重,孔隙度較大,斷層核井徑擴(kuò)徑小,孔隙度較小,可能是由于破碎帶比斷層核疏松造成的;E 井6 353 m 以上為圍巖,基本沒有裂縫帶,6 353 m以下為破碎帶(洞頂傾角70°),破碎帶的下部沒有測到,無法確定破碎帶的下邊界,E 井鉆遇了一個9.07 m 的放空,但是成像上還測到了井壁的信息,井徑也沒有出現(xiàn)限幅的情況,說明這個儲層是一個寬度很窄的儲層,根據(jù)成像井徑臂的伸展寬度計(jì)算,該儲層的寬度不會超過0.6 m,大概是一個高9.07 m寬0.6 m的一個空間,這個空間可能是發(fā)育在破碎帶內(nèi)的一個斷裂空腔。這兩口井鉆遇斷裂的裂縫帶都較窄,破碎帶以角礫充填為主,中間有致密隔層(圖3)。
裂縫帶通常表現(xiàn)為多方位、多種性質(zhì)的裂縫交錯分布,形成縱橫交錯的裂縫網(wǎng)絡(luò),其滲透性主要受裂縫發(fā)育密度、裂縫的連通程度、后期成巖環(huán)境、地下流體成分、循環(huán)暢通程度和熱演化程度等影響因素控制。斷裂發(fā)育過程中至裂縫被膠結(jié)充填之前,裂縫帶的裂縫大多是處于開啟狀態(tài)的,具有比破碎帶更高的孔滲性,是斷裂儲層發(fā)育的主要部位,也是油氣運(yùn)移的優(yōu)勢通道區(qū)域[12-14]。
裂縫帶在測井資料上表現(xiàn)為裂縫密集發(fā)育的特征,伽馬曲線無變化,電阻率大多呈雙軌低值,電阻率曲線呈現(xiàn)“兩低一高”或“兩高一低”的特征,個別井呈鋸齒狀低值,三孔隙度無變化或略微增大,井徑與鉆時都無變化,成像上以高角度縫為主,部分裂縫不完整或有充填,部分井中間發(fā)育網(wǎng)狀縫,呈現(xiàn)“共軛縫”特征,漏失量一般較小,漏失井段較短,沒有放空現(xiàn)象。
通過研究D、F、G 三口井的成像資料,初步分析了裂縫帶的成像特征:D 井7 944 m 以上為圍巖,7 944 ~7 969 m為北東向高角度裂縫,7 969 ~7 974 m為網(wǎng)狀裂縫(電阻率低值尖峰、漏失位置),7 974 ~7 980 m 為低角度北西向裂縫,7 980 ~799 4 m 為誘導(dǎo)裂縫,7 994 m 以下為圍巖;F 井7 720 m 以上為圍巖,7 720 ~7 727 m為誘導(dǎo)裂縫,7 727 ~7 732 m為北東向高角度裂縫,7 732 ~7 735 m 為網(wǎng)狀裂縫(電阻率低值尖峰、漏失位置),7 735 ~7 745 m為北東向高角度裂縫,7 745 m 以下為圍巖;G 井6 254 m 以上為圍巖,6 254 ~6 260 m 為北西向高角度裂縫,6 260 ~6 263 m 為網(wǎng)狀裂縫(電阻率低值尖峰、漏失位置),6 263 ~6 268 m 為北東向高角度裂縫,6 268 m 以下為圍巖。裂縫帶的漏失點(diǎn)大多都位于裂縫帶中間電阻率最低的位置,成像上表現(xiàn)為共軛縫的特征(圖4)。
分散裂縫表現(xiàn)為隨著遠(yuǎn)離斷層中心,裂縫發(fā)育密度降低,孔滲性也隨著變差,直至區(qū)域原巖水平[15]。分散裂縫的測井特征表現(xiàn)為伽馬、井徑、鉆時曲線都無變化,電阻率呈梳狀低值,三孔隙度曲線無變化或略微增大,成像上以高角度縫為主,產(chǎn)狀較單一,裂縫較分散,一般無漏失(圖5)。
圖3 破碎帶測井特征Fig.3 Logging characteristics of fractured zone
圖4 裂縫帶測井特征Fig.4 Log characteristics of fracture zone
C 井是部署在托甫臺兩條次級斷裂交匯處的一口開發(fā)井,井眼與一條斷裂近似平行,底部鉆穿另一條斷裂,完鉆井深7 569 m,水平位移1 121.72 m。在7 109 ~7 111m 鉆遇溢流漏失,漏失19.1 m3,測井曲線特征表現(xiàn)為伽馬增大,電阻率指狀尖峰低值,三孔隙度明顯增大,井徑擴(kuò)徑嚴(yán)重,鉆時小幅降低,成像上為黑色寬條帶、巨縫特征,分析認(rèn)為這可能是第一條斷裂的斷層核,兩邊的曲線基本對稱,成像上裂縫較發(fā)育,可能是斷裂兩邊的裂縫帶。該井近似平行地穿過第一條斷裂,所以在測井資料上裂縫帶很寬,真實(shí)的裂縫帶寬度應(yīng)該比此寬度小很多。
圖5 分散裂縫測井特征Fig.5 Log characteristics of dispersed fractures
該井在下部可能還鉆遇了第二條斷裂,電阻率表現(xiàn)為中間高兩邊低的特征,中間有一段高阻段,兩邊相對低值并且基本對稱,中間高電阻率井段較致密,沒有鉆遇放空漏失,可能是由于斷層核破碎帶被全充填。7 505 ~7 532 m、7 536 ~756 0 m 電阻率相對較低,成像上裂縫發(fā)育,可能是裂縫帶;7 532 ~7 534 m成像上表現(xiàn)為黑色寬條帶特征,可能是斷層核;7 534 ~7 536 m成像上表現(xiàn)為亮色斑塊狀特征,可能是破碎帶。結(jié)合斷裂圖分析,該井可能鉆穿了兩條斷裂,且兩條斷裂結(jié)構(gòu)相對比較完整,第一條斷裂與井眼近似平行,夾角較小,第二條斷裂與井眼夾角較大,整個井段基本上都在兩條斷裂中穿行[16-19](圖6、圖7)。
1)結(jié)合地質(zhì)剖面與測井資料,可將斷裂內(nèi)部劃分出斷層核、破碎帶、裂縫帶、分散裂縫四種內(nèi)部結(jié)構(gòu)單元類型,其測井特征存在很大差異。
2)斷層核與破碎帶可能同時發(fā)育,在測井資料上表現(xiàn)為類似洞穴的特征,也可能只發(fā)育斷層核不發(fā)育破碎帶,在測井資料上表現(xiàn)為類似巨縫的特征。
3)裂縫帶與分散裂縫在測井資料上都表現(xiàn)為裂縫的特征,區(qū)別在于裂縫帶的裂縫發(fā)育較密集,裂縫縱橫交錯形成裂縫網(wǎng)絡(luò),孔滲性好,而分散裂縫的裂縫發(fā)育較分散,產(chǎn)狀單一,裂縫寬度細(xì),孔滲性差。
4)在斷裂測井特征總結(jié)的基礎(chǔ)上,可以對主干斷裂、次級斷裂上部署的井,進(jìn)行斷裂識別與評價,分析主干斷裂與次級斷裂的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征,為斷裂內(nèi)部結(jié)構(gòu)的刻畫與建模提供基礎(chǔ)。
圖6 C井穿斷裂測井特征Fig.6 Borehole fault logging characteristics of well C
圖7 C井穿斷裂成像特征Fig.7 Imaging characteristics of well-C perforation