劉志遠(yuǎn)

(中國石油化工股份有限公司石油勘探開發(fā)研究院，北京100083)

0 引言

裂縫在致密砂巖儲層中廣泛分布，是決定致密砂巖成藏與甜點分布關(guān)鍵因素[1-3]，而裂縫的強烈非均質(zhì)性與復(fù)雜性導(dǎo)致其分布不確定性，一直是地質(zhì)研究的難題[3]。由于地震平面覆蓋率高，采用地震相干、各向異性等屬性預(yù)測裂縫分布是目前普遍研究與采用的技術(shù)[4]，但受地表干擾、巖性物性相變及地層的各向異性等多種因素影響，裂縫預(yù)測結(jié)果常常不盡人意。測井具有高分辨率的顯著優(yōu)勢，是識別裂縫的有效方法[5]，遠(yuǎn)探測聲波技術(shù)[6]利用裂縫與地層的波阻抗差異將地球物理測井識別井周裂縫的范圍從成像測井的幾厘米提升到幾十米的范圍，但該方法需要采用全波測井資料，且目前最遠(yuǎn)也僅能探測到井周50 m以內(nèi)的裂縫，應(yīng)用條件與識別范圍有限。傳統(tǒng)測井常規(guī)方法評價單井裂縫僅為“一孔之見”，難以在平面上給出裂縫的分布，前期研究常采用井點裂縫密度平面插值，結(jié)合地層構(gòu)造曲率等預(yù)測裂縫發(fā)育區(qū)，這種方法簡化了地下地質(zhì)情況，未體現(xiàn)裂縫展布[8]，預(yù)測的裂縫發(fā)育區(qū)域與實際情況常常相差較大。掌握裂縫的分布規(guī)律，評價裂縫縱橫向上的分布，對于致密砂巖油氣藏的成藏研究、尋找儲層甜點以及有效開發(fā)都具有積極意義，因此，有必要探索裂縫帶識別方法，對裂縫發(fā)育帶開展深入評價。

另一方面，Nelson等[8-9]提出區(qū)域裂縫，認(rèn)為區(qū)域裂縫是在應(yīng)力場作用下形成的分布廣泛、幾何形態(tài)穩(wěn)定、不受局部構(gòu)造控制的裂縫系統(tǒng)。在克拉通盆地中，受剪切擠壓作用影響，區(qū)域裂縫發(fā)育具有分布規(guī)則、規(guī)模大、間距寬、發(fā)育范圍廣、產(chǎn)狀相對較穩(wěn)定及延伸較遠(yuǎn)的特點。因此，對于這些大規(guī)模發(fā)育的區(qū)域裂縫，采用合適的方法能夠從測井上進(jìn)行識別追蹤。

鄂爾多斯盆地屬于典型的克拉通盆地，曾聯(lián)波[10]根據(jù)靖安地區(qū)的古地磁定向巖心及露頭區(qū)研究，認(rèn)為靖安地區(qū)廣泛發(fā)育東西向和南北向2組呈棋盤格式分布的區(qū)域裂縫，裂縫發(fā)育規(guī)模大，對壓裂改造與注入水水淹影響明顯；曾聯(lián)波[11]在對盆地南部的固城川地區(qū)研究中認(rèn)為, 該區(qū)區(qū)域裂縫以與地層走向和傾向斜交分布的北西向和北東向2組斜向正交裂縫為主，對于滲透率能夠提高1～2個數(shù)量級。邵曉州[12]綜合野外露頭、巖心和成像測井等資料，認(rèn)為鹽池地區(qū)裂縫較發(fā)育，多為垂直、高角度構(gòu)造成因縫，裂縫走向主要為NE-SW向和近EW向2組，其他方向裂縫發(fā)育程度相對較弱。趙希[13]統(tǒng)計鄂爾多斯盆地伊陜斜坡中部樊學(xué)油區(qū)長8裂縫認(rèn)為，長8油層組砂巖主要發(fā)育垂直和高角度構(gòu)造縫，裂縫展布的優(yōu)勢方位為NE-SW向和NW-SE向。王宏申[14]統(tǒng)計紅河油田長8注水情況表明，注水開發(fā)后對應(yīng)的油井易水竄，水線推進(jìn)速度快，平均速度達(dá)到144 m/d，呈裂縫直通型水竄特征。然而區(qū)域裂縫在盆地內(nèi)究竟如何分布，其內(nèi)部特征如何，對油氣聚集控制作用怎樣，目前少有人開展研究。

該文以鄂爾多斯盆地南部鎮(zhèn)原—涇川地區(qū)為例，針對區(qū)域內(nèi)部署有大量平行水平井的特點，在單井裂縫測井識別基礎(chǔ)上，依據(jù)裂縫走向優(yōu)勢方向，開展裂縫井間對比，識別區(qū)域裂縫帶，分析區(qū)域裂縫帶內(nèi)部情況以及對油氣產(chǎn)能的影響，該成果對克拉通盆地區(qū)域裂縫帶分布規(guī)律認(rèn)識、油氣藏發(fā)育特征研究、甜點儲層識別以及深化勘探開發(fā)具有一定指導(dǎo)意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

鄂爾多斯盆地位于中國中西部地區(qū)，為間歇性克拉通型盆地[15]，鎮(zhèn)原—涇川地區(qū)位于盆地西南部，屬于鄂爾多斯盆地西緣天環(huán)向斜的南段，如圖1所示，區(qū)塊地層?xùn)|高西低，向西平緩傾斜，傾角不足1°，局部發(fā)育小幅度低洼地帶，構(gòu)造相對簡單[16]。

圖1 鎮(zhèn)原—涇川區(qū)塊工區(qū)位置與地層剖面簡圖Fig.1 Working area location and stratigraphic profile of Zhenyuan-Jingchuan Area

砂體中裂縫發(fā)育，對鄂爾多斯盆地南部鎮(zhèn)涇地區(qū)HH26，ZJ25和HH1057-3等7口井長8致密砂巖巖心形貌如圖2所示，其電成像裂縫特征統(tǒng)計如圖3所示?？梢钥闯?，裂縫主要為高角度裂縫,傾角70.0°～90.0°，平均78.6°，傾向向北，走向主要為北東東—南西西方向，縫間多為半填充至全填充，充填物主要為方解石，多為它形，少數(shù)呈自形、半自形，裂縫開度為0.02～0.40 mm，平均0.12 mm，從裂縫發(fā)育形式來看，裂縫空間發(fā)育不均一，局部集中，呈束狀特征。巖心裂縫油氣顯示活躍，常見縫面原油浸染，縫間油氣溢出。

圖2 鄂爾多斯盆地南鄂鎮(zhèn)原—涇川地區(qū)長致密砂巖巖心Fig.2 Chang tight sandstone core in Zhenyuan-Jingchuan Area, southern Ordos Basin

圖3 鄂爾多斯盆地南部鎮(zhèn)涇地區(qū)長致密砂巖巖心電成像裂縫產(chǎn)狀統(tǒng)計Fig.3 Fracture occurrence statistics of electrical imaging in Chang tight sandstone core in Zhen-Jing Area, southern Ordos Basin

對工區(qū)附近的崇信汭水河、旬邑山水河等露頭統(tǒng)計表明(如圖4所示)，裂縫產(chǎn)狀與鉆井巖心較一致，為北東東—南西西、北西—南東走向的高角度裂縫，裂縫能夠貫穿露頭砂體，甚至部分裂縫能夠穿透多套砂泥巖層段，高度達(dá)到10 m。充填情況來看，接近60%未充填，23%為半充填，充填物主要是方解石，少數(shù)為瀝青或泥質(zhì)，測量填充裂縫內(nèi)的次生方解石厚度，反映裂縫開度主要集中在約0.05～0.20 mm。

圖4 崇信汭水河三疊系延長組長砂體裂縫露頭剖面與裂縫產(chǎn)狀統(tǒng)計Fig.4 Fracture outcrop profile and fracture occurrence statistics of Chang of Triassic Yanchang Formation in Ruishui river

對比鎮(zhèn)涇地區(qū)以及鄰近的涇河、姬塬、華慶、新安邊、西峰-合水等工區(qū)延長組裂縫特征[18-20]，認(rèn)為鎮(zhèn)涇地區(qū)以及鄰區(qū)裂縫產(chǎn)狀基本一致，走向主要為北東東—南西西向,也與薛宏運[21]、ZHAO W T[22]等根據(jù)地震節(jié)面解與應(yīng)力模擬等確定的現(xiàn)今主壓應(yīng)力方向一致。這些證據(jù)表明了整個鄂爾多斯盆地南部裂縫產(chǎn)狀的穩(wěn)定性，符合克拉通型區(qū)域裂縫特征。

Ying Liu （2016）［25］指出在受產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移過程中污染影響的農(nóng)戶也不總是獲得與工業(yè)化相關(guān)的非農(nóng)就業(yè)收益。 Guo Wen-bo （2011）［26］實證研究表明產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)對經(jīng)濟的增長是不充分的。Wang Z Z （2017）［27］認(rèn)為盡管產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移能加快鄉(xiāng)村振興的進(jìn)程，但對鄉(xiāng)村居民收入沒有積極作用。

2 裂縫識別

為了研究區(qū)域裂縫帶展布情況，首先需要對裂縫進(jìn)行識別。研究中采用巖心刻度電成像及電成像刻度常規(guī)測井的方法，通過提取常規(guī)測井多種裂縫敏感因子，加權(quán)建立裂縫敏感指數(shù)曲線，多因素約束進(jìn)行裂縫識別。

圖5 HH26井電成像與巖心裂縫對比Fig.5 Electrical imaging and core fracture comparison of well HH26

進(jìn)一步采用電成像對裂縫常規(guī)測井響應(yīng)進(jìn)行刻度。由于鎮(zhèn)涇地區(qū)裂縫主要為高角度縫，走向穩(wěn)定在北東東—南西西向，而該區(qū)水平井方位主要為北北西—南南東向，兩者基本垂直，對應(yīng)在電成像上，響應(yīng)為暗色束狀發(fā)育的低幅或者水平曲線，如圖6中的動態(tài)電成像道(第6道)中黑色細(xì)線所示，對應(yīng)常規(guī)測井，表現(xiàn)為雙感應(yīng)電阻率明顯降低，聲波時差增大，并具有齒化特征。

圖6 HH92P21井長8水平段電成像和常規(guī)測井裂縫特征與評價效果對比Fig.6 Comparison of fracture characteristics and evaluation effect between electrical imaging and conventional logging in Chang8 horizontal section of well HH92P21

為了實現(xiàn)常規(guī)測井識別裂縫，該研究依據(jù)裂縫響應(yīng)特征，提取多個裂縫敏感因子，采用裂縫敏感因子加權(quán)計算裂縫指數(shù)，然后采用電成像刻度確定閾值，閾值約束進(jìn)行裂縫識別。

該研究首先提取了電阻率降低因子、聲波時差增大因子和雙感應(yīng)差異因子3種裂縫敏感因子以放大常規(guī)測井裂縫響應(yīng)，提取感應(yīng)電阻率維度與聲波時差維度2種因子反映裂縫引起的齒化現(xiàn)象作為約束閾值，見表1。

表1 鎮(zhèn)涇地區(qū)延長組裂縫敏感因子與約束閾值算法Table 1 Fracture sensitivity factor and constraint threshold algorithm of Yanchang group in Zhen-Jing Area

式中：ILDevp為電阻率最大值包絡(luò)線，Ω·m；ILD為深感應(yīng)電阻率，Ω·m；ACevp為聲波時差最小值包絡(luò)線，μs/ft；AC為聲波時差，μs/ft；R為段內(nèi)雙感應(yīng)最小二次函數(shù)相似系數(shù)；ILDi+1和ILDi為段內(nèi)相鄰樣點深感應(yīng)電阻率，Ω·m；ACi+1和ACi為段內(nèi)相鄰樣點聲波時差，μs/ft；m為段內(nèi)樣點數(shù)量。

電阻率降低因子，反映了裂縫造成電阻率降低，通過深感應(yīng)電阻率與其最大值包絡(luò)線的比值計算獲得。電阻率最大值包絡(luò)線取法是通過相鄰深感應(yīng)樣點對比，選取中間樣點數(shù)值最大的樣品為種子點，多個種子點線性插值計算得到。同時，由于電阻率最大值包絡(luò)線的分段性，該因子也實現(xiàn)了對裂縫響應(yīng)的自動分段。

聲波時差增大因子，反映裂縫引起的聲波時差增大現(xiàn)象，通過聲波時差與其最小值包絡(luò)線的比值進(jìn)行計算，最小值包絡(luò)線算法與電阻率最大值包絡(luò)線提取方法類似。

深感應(yīng)電阻率維度與聲波時差維度，以電阻率降低因子的自動分段為單元，通過計算段內(nèi)單位厚度曲線長度進(jìn)行求取。

綜合考慮上述裂縫敏感因子的敏感性，通過分別賦予不同的權(quán)系數(shù)，加權(quán)計算裂縫指數(shù)FRACT_FF，見表2，算法如下：

表2 各裂縫敏感因子權(quán)系數(shù)與FRACT_FF閾值

式中：FRACT_FF為裂縫指數(shù)，i為裂縫敏感因子類號，Ai為裂縫敏感因子權(quán)重，Xi為裂縫敏感因子，Ximax為各類裂縫敏感因子中的最大值。

進(jìn)一步通過裂縫指數(shù)與電成像測井裂縫對比，確定了電阻率與聲波時差曲線維度閾值分別為0.03與0.50，裂縫指數(shù)閾值為0.10，從而形成了多種閾值約束的裂縫指數(shù)常規(guī)測井裂縫識別算法。圖6中也顯示了采用該方法計算的HH92P21水平井的常規(guī)測井裂縫敏感因子以及裂縫識別情況，可以看出該方法識別裂縫與電成像裂縫有較好對應(yīng)關(guān)系。

3 裂縫發(fā)育帶識別與特征分析

為了進(jìn)一步對區(qū)域裂縫帶進(jìn)行識別和特征分析，考慮到工區(qū)內(nèi)裂縫走向穩(wěn)定，在測井裂縫識別基礎(chǔ)上，將水平井軌跡與識別的裂縫投影在平面圖中，沿著裂縫走向在一個狹窄線性條帶進(jìn)行井間對比，當(dāng)該條帶內(nèi)相鄰3口及以上的水平井裂縫均密集發(fā)育，則認(rèn)為該條帶為區(qū)域裂縫發(fā)育帶， 從而確定裂縫發(fā)育帶所在區(qū)域及其長度；進(jìn)一步通過對裂縫帶內(nèi)對應(yīng)不同位置單點裂縫段寬度、裂縫密度、流體產(chǎn)出情況等參數(shù)進(jìn)行描述，實現(xiàn)對區(qū)域裂縫特征評價。

圖7 HH37P15—HH37P12區(qū)域裂縫帶內(nèi)水平井裂縫識別與對比Fig.7 Fracture identification and comparison of horizontal wells inregional fracture zone between wells HH37P15-HH37P12

圖8 橫向?qū)Ρ却_定HH37P15—HH37P12區(qū)域裂縫發(fā)育帶Fig.8 Compare and determine regional fracture zone between well HH37P15-HH37P12

圖9 鎮(zhèn)涇工區(qū)HH37P14與HH37P12井長水平段生產(chǎn)曲線Fig.9 Production curve of wells HH37P14 and HH37P12 of in Zhen-Jing Area

圖10 HH37井區(qū)長小層測井識別區(qū)域裂縫帶發(fā)育情況Fig.10 Development of regional fracture zone identified by logging of in block well HH37

為了更加直觀地顯示區(qū)域裂縫帶分布及其多油氣運移富集的影響，結(jié)合單井裂縫識別與裂縫橫向分布情況，制作了鎮(zhèn)涇地區(qū)長8油層組油藏模式圖，如圖11所示。顯示區(qū)域裂縫帶雖然寬度狹小，但規(guī)模大,產(chǎn)狀穩(wěn)定,延伸較遠(yuǎn)，縱向穿深長，內(nèi)部裂縫密集發(fā)育，能夠有效溝通上下烴源巖與儲集層，既是油氣聚集的重要場所，又是油氣由烴源巖進(jìn)入儲集體的運移通道，在裂縫帶周圍有利的孔隙儲層中形成富油條帶，裂縫帶本身在很大程度上也改善了致密砂巖儲層的儲集和滲流性質(zhì)，能夠有效改善研究區(qū)低孔低滲儲集層的物性，提高儲層的連通能力。

圖11 HH37井區(qū)長小層油藏模式圖Fig.11 Reservoir model diagram of in block well HH37

4 結(jié)論與認(rèn)識

1)高角度裂縫在水平井測井響應(yīng)表現(xiàn)為電阻率降低，雙感應(yīng)差異增大，聲波時差增大等特征，采用裂縫敏感因子加權(quán)計算的裂縫指示曲線可有效識別。

2)對于區(qū)域裂縫發(fā)育且部署有密集平行水平井的井區(qū)，按裂縫走向優(yōu)勢方向，在一個狹窄條帶內(nèi)，采用裂縫橫向?qū)Ρ瓤捎行ёR別區(qū)域裂縫。

3)鄂爾多斯盆地南部區(qū)域裂縫規(guī)模大,產(chǎn)狀相對較穩(wěn)定,延伸較遠(yuǎn)，這些裂縫帶相距1～2 km，長度0.6～3.0 km，寬度只有約20～50 m，能夠穿透烴源巖與數(shù)段砂泥巖互層。

4)區(qū)域裂縫可有效溝通上下烴源巖與儲集層，既是油氣聚集的重要場所，又是油氣由源巖進(jìn)入儲集體的有利通道，對油氣產(chǎn)出起到了明顯的作用，油氣也在區(qū)域裂縫帶周圍砂體中進(jìn)行運移充注，形成富油區(qū)帶，投產(chǎn)可獲得一定的產(chǎn)能。