孫福亭 王 龍 汪洪強(qiáng) 郭麗娜

(中國海洋石油國際有限公司， 北京 100028)

碳酸鹽巖的儲集空間類型復(fù)雜多樣，大致可分為孔隙、溶洞和裂縫3種類型。其中，裂縫是碳酸鹽巖儲層中常見的儲集空間類型，可以為地下流體提供高質(zhì)量的滲流通道，對提高碳酸鹽巖儲層滲透性、連通性具有重要影響。常用的裂縫評價(jià)方法包括基于巖心、露頭、薄片的裂縫觀察描述[1-2]，基于成像測井和常規(guī)測井的裂縫評價(jià)[3-5]，基于地震資料的裂縫識別與預(yù)測[6-7]。利用正交偶極聲波測井儀器測量的地層橫波信息，開展地層各向異性評價(jià)和遠(yuǎn)探測成像分析，是近年來聲波測井技術(shù)的重要進(jìn)展之一；在此基礎(chǔ)上進(jìn)行儲層裂縫評價(jià)，也取得了較好的效果[8-10]。

伊拉克A油田的主力產(chǎn)層為古近系漸新統(tǒng) — 新近系中新統(tǒng)的Asmari組碳酸鹽巖油藏，局部發(fā)育裂縫，導(dǎo)致油井產(chǎn)能差異大，見水規(guī)律復(fù)雜。由于巖心、成像測井資料等稀缺，地震資料品質(zhì)欠佳，這里的油藏裂縫研究一直難以深入開展。區(qū)內(nèi)多數(shù)生產(chǎn)井有正交偶極聲波測井資料，于是應(yīng)用正交偶極聲波測井資料，進(jìn)行了基于地層各向異性的裂縫評價(jià)及偶極聲波遠(yuǎn)探測成像裂縫研究。偶極聲波裂縫評價(jià)結(jié)果揭示的裂縫發(fā)育段往往對應(yīng)油井的高產(chǎn)出段，取得了良好的應(yīng)用效果。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

A油田位于伊拉克東南部，毗鄰伊朗，在構(gòu)造上處于扎格羅斯山前坳陷南部邊緣的低角度褶皺帶上。受扎格羅斯造山運(yùn)動產(chǎn)生的北東 — 南西向水平擠壓應(yīng)力影響[11-12]，A油田整體表現(xiàn)為北西 — 南東向的長軸背斜。油田的主力產(chǎn)層為Asmari組A、B段。其中，A段主要為白云巖，在研究區(qū)內(nèi)平均沉積厚度約70 m，可進(jìn)一步細(xì)分為3個(gè)油組；B段主要為灰?guī)r，局部夾雜少量砂巖，在區(qū)內(nèi)平均沉積厚度約120 m，可細(xì)分為4個(gè)油組(見圖1)。

圖1 A油田Asmari組地層綜合柱狀圖

區(qū)域沉積研究表明，Asmari組B段沉積時(shí)受板塊運(yùn)動影響，阿拉伯板塊幾乎全部隆升為陸，新特提斯洋快速關(guān)閉，在扎格羅斯山前形成一個(gè)狹長的海槽，研究區(qū)即處于海槽西南側(cè)陸棚，主要沉積含有孔蟲灰?guī)r，局部有少量陸源碎屑注入。到A段沉積時(shí)，陸源碎屑注入減弱，扎格羅斯前淵海槽大面積沉積淺海碳酸鹽巖。受海槽進(jìn)一步封閉及干熱古氣候影響，海水鹽度快速上升，從而使灰?guī)r沉積物普遍發(fā)生了滲透回流白云石化作用，形成了一套區(qū)域穩(wěn)定分布的白云巖儲層。

2 不同方法的裂縫評價(jià)結(jié)果

2.1 基于巖心、薄片、成像測井資料的評價(jià)

根據(jù)A油田有限的巖心照片、薄片、成像測井資料，對A油田Asmair組A、B段碳酸鹽巖油藏中的天然裂縫進(jìn)行觀察描述，進(jìn)而總結(jié)其裂縫特征如圖2所示。

圖2 Asmari組碳酸鹽巖構(gòu)造裂縫特征

Asmari組A、B段碳酸鹽巖中的裂縫，主要為構(gòu)造成因的高角度裂縫，傾角分布多在70°～90°，縫面相對平直，縫間多未充填或半充填，縫間可見明顯的油氣顯示，充填物多為方解石、白云石或石膏膠結(jié)物。據(jù)巖心觀察，裂縫長度一般為20～60 cm；成像測井觀察到的裂縫，最長可達(dá)3 m。裂縫在垂向上斷續(xù)發(fā)育，僅局部區(qū)域發(fā)育強(qiáng)度較大。

在A油田的巖心上還常見層理縫和壓溶縫等成巖裂縫，主要為水平和低角度縫。層理縫是在壓實(shí)壓溶過程中沿巖石層理薄弱面形成的裂縫(見圖3a)，縫寬較小，縫間多呈半充填狀態(tài)，充填物主要為方解石、白云石或石膏膠結(jié)物。壓溶縫又稱縫合線(見圖3b、d)，是在壓實(shí)作用下巖石中的不穩(wěn)定組分局部溶解而成，縫面多表現(xiàn)為不規(guī)則鋸齒狀，一般延伸距離較短，常孤立分布，縫間多被溶解作用產(chǎn)物或有機(jī)質(zhì)和泥質(zhì)充填，滲透性較差。

巖心和薄片下也可見溶蝕縫(見圖3c、e)，主要為高角度構(gòu)造縫的擴(kuò)溶縫，本質(zhì)上也是構(gòu)造成因的高角度縫，只不過后期經(jīng)歷了不同程度的溶蝕改造。

圖3 Asmari組碳酸鹽巖成巖裂縫特征

2.2 基于偶極橫波各向異性的評價(jià)

利用正交偶極聲波測井儀可以測量地層橫波。當(dāng)?shù)貙又写嬖诟飨虍愋詴r(shí)，橫波在傳播時(shí)會發(fā)生分離，產(chǎn)生快慢兩個(gè)橫波，快橫波沿地層各向異性最大的方位傳播，慢橫波與之正交。根據(jù)橫波的這一特性，可以利用正交偶極聲波測井資料分析地層各向異性[13-14]，從而對地層裂縫系統(tǒng)進(jìn)行評估。井周與井平行或斜交的裂縫，會引起井周圍橫波的環(huán)向各向異性。在與裂縫走向平行的方向上偏振的橫波傳播速度快，而在垂直裂縫表面方向上偏振的橫波傳播速度慢，于是導(dǎo)致橫波在兩個(gè)偏振方向上的各向異性。已有研究證實(shí)，由裂縫系統(tǒng)產(chǎn)生的各向異性正比于裂縫密度或裂縫發(fā)育強(qiáng)度，因此可以借助裂縫引起的橫波各向異性開展裂縫發(fā)育強(qiáng)度的定量評估[13]。

研究區(qū)Asmari組A、B段碳酸鹽巖主要發(fā)育構(gòu)造成因的高角度裂縫，這些裂縫與直井呈平行或小角度斜交狀態(tài)，走向相對集中，主要為北北西 — 南南東向，基本與區(qū)內(nèi)主要斷層走向一致。地下的裂縫系統(tǒng)走向相對單一，縫面多與井軌跡平行或小角度相交，這種裂縫特征有利于利用偶極橫波信息開展由裂縫引起的地層各向異性評價(jià)。

應(yīng)用正交偶極聲波測井資料，對Asmari組A、B段碳酸鹽巖油藏開展地層各向異性分析。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合孔裂隙介質(zhì)彈性波動理論，通過定向裂縫巖石物理模型的理論推導(dǎo)，建立反演地層裂縫密度計(jì)算方法，完成了對研究區(qū)具有正交偶極聲波測井資料的所有直井的裂縫密度定量評價(jià)。偶極橫波各向異性評價(jià)結(jié)果顯示，A油田Asmari組A段白云巖地層的各向異性相對較強(qiáng)，解釋裂縫密度相對較大，平均約0.034 m3m3；B段灰?guī)r地層的各向異性相對較弱，解釋裂縫密度相對較小，平均約0.024 m3m3。該解釋結(jié)果與巖心裂縫觀察的裂縫發(fā)育強(qiáng)度認(rèn)識吻合，也與不同巖性地層構(gòu)造裂縫發(fā)育強(qiáng)度的固有地質(zhì)認(rèn)識吻合。A段巖性主要為白云巖，較B段灰?guī)r，其脆性更強(qiáng)，因此在相同的應(yīng)力作用下更容易發(fā)生破裂，產(chǎn)生構(gòu)造裂縫。A19井和A33井是A油田同時(shí)擁有電成像測井和正交偶極聲波測井資料的2口井，對比分析發(fā)現(xiàn)，基于偶極聲波的裂縫密度解釋結(jié)果與電成像測井裂縫密度解釋結(jié)果有較好的匹配性(見圖4)。這驗(yàn)證了基于偶極橫波各向異性裂縫密度解釋結(jié)果的可靠性。

圖4 裂縫密度解釋結(jié)果對比

2.3 基于偶極橫波遠(yuǎn)探測成像的評價(jià)

按偶極橫波遠(yuǎn)探測聲波成像方法[15]，采用偶極子聲源在井筒內(nèi)向井周地層發(fā)射橫波，在井中接收由井周地質(zhì)體反射回來的橫波，通過偏移成像可以獲知井周地質(zhì)構(gòu)造的延伸范圍和發(fā)育情況。與單極縱波法相比，偶極子聲源使用的頻率約為2～5 kHz，頻率較低，因此偶極橫波法具有更深的探測距離，可達(dá)20～30 m[16]。此外，偶極子聲源的指向具有方向性，可以確定反射體的位置和方位。

利用偶極橫波遠(yuǎn)探測方法，對A油田Asmari組A、B段碳酸鹽巖開展裂縫的定性識別評價(jià)。評價(jià)結(jié)果顯示，A段白云巖整體有裂縫，尺度小，但發(fā)育強(qiáng)度大；B段灰?guī)r裂縫發(fā)育強(qiáng)度相對較低，但部分井的井周可見規(guī)模相對較大的大尺度裂縫。這種特征與對該區(qū)域裂縫已有的地質(zhì)認(rèn)識吻合。A33井位于A油田南區(qū)背斜構(gòu)造軸部，基于地層偶極橫波各向異性的裂縫密度定量評價(jià)結(jié)果顯示，A段地層各向異性強(qiáng)，裂縫密度高，而B段裂縫密度相對較低。聲波遠(yuǎn)探測結(jié)果同樣揭示其A段內(nèi)部構(gòu)造體發(fā)育，但裂縫規(guī)模相對較小，難以量化識別，而B段裂縫發(fā)育強(qiáng)度相對低，但可見一條過井大裂縫(見圖5)。

圖5 A油田A33井裂縫綜合評價(jià)圖

3 裂縫評價(jià)結(jié)果的應(yīng)用

裂縫是碳酸鹽巖油藏中重要的滲流通道，對油井產(chǎn)能及含水率上升規(guī)律有重要影響。例如A33井，其開采層位是Asmari組A段白云巖，主要為低孔儲層，而該井投產(chǎn)后產(chǎn)量卻高達(dá)460 m3d。生產(chǎn)測井解釋結(jié)果揭示，A3油組頂部油層為該井主要產(chǎn)油層，占該井總油量的83.9%；而基于地層各向異性的偶極橫波裂縫密度定量解釋結(jié)果顯示，該段裂縫發(fā)育(見圖5)，改善了局部儲層的滲流能力，這是油井高產(chǎn)的關(guān)鍵因素。

A油田有多口單采A段的高部位油井，在射孔距離動態(tài)油水界面尚有30～50 m時(shí)，油井投產(chǎn)后卻快速高含水。根據(jù)基于偶極橫波遠(yuǎn)探測成像的評價(jià)結(jié)果，這些井的生產(chǎn)段至含水層，往往在井上或井周發(fā)育相對大尺度裂縫。裂縫溝通邊底水導(dǎo)致水突破，這可能是生產(chǎn)井快速高含水的原因。

借助偶極聲波測井資料研究評價(jià)單井儲層裂縫，可以了解井周的裂縫發(fā)育強(qiáng)度、方位和規(guī)模，進(jìn)而指導(dǎo)生產(chǎn)井射孔和生產(chǎn)制度調(diào)整。同時(shí)，井上定量的裂縫密度解釋結(jié)果也可以應(yīng)用于裂縫建模，為DFN建模提供可靠的模擬基礎(chǔ)。

4 結(jié) 語

(1) 利用正交偶極聲波測井儀測量的地層橫波信息，對伊拉克A油田Asmari組A、B段碳酸鹽巖開展基于橫波各向異性評價(jià)和遠(yuǎn)探測成像的裂縫評價(jià)。評價(jià)結(jié)果與電成像測井裂縫密度解釋結(jié)果匹配性較好，揭示的裂縫發(fā)育段往往對應(yīng)油井的高產(chǎn)出段，在研究區(qū)取得了不錯(cuò)的應(yīng)用效果。

(2) 應(yīng)用偶極橫波評價(jià)裂縫，適用條件是地層各向異性主要是裂縫引起的環(huán)向各向異性，即裂縫與井軸平行或小角度斜交；對于直井來說，即適用于高角度裂縫評估。研究區(qū)所有的正交偶極聲波測井全部為直井，油藏裂縫主要為高角度構(gòu)造裂縫，正符合這一特征。

(3) 偶極橫波遠(yuǎn)探測方法還處于發(fā)展階段，測井儀器和處理技術(shù)有待發(fā)展完善，目前可以應(yīng)用該技術(shù)開展井周裂縫的定性評價(jià)。相較其他的裂縫測井評價(jià)技術(shù)，偶極聲波遠(yuǎn)探測技術(shù)具有其獨(dú)特的優(yōu)勢，即探測距離更遠(yuǎn)，可以探測到井周幾十米的范圍。