火山巖儲層測井裂縫參數(shù)估算與評價方法

摘 要

摘要：巖心觀測和分析表明松遼盆地徐深氣田火山巖儲層為裂縫-孔隙型儲層，為了合理評價裂縫在連通孔隙、改善儲層滲流能力的作用，以及對產(chǎn)能的影響，分析了裂縫的測井響應(yīng)機理及特
摘要：巖心觀測和分析表明松遼盆地徐深氣田火山巖儲層為裂縫-孔隙型儲層，為了合理評價裂縫在連通孔隙、改善儲層滲流能力的作用，以及對產(chǎn)能的影響，分析了裂縫的測井響應(yīng)機理及特征。根據(jù)常規(guī)測井資料和巖-電實驗結(jié)果，采用地層因素比值法與FMI成像測井有機結(jié)合的方法進(jìn)行裂縫識別與評價；利用雙側(cè)向測井、巖心觀測資料、壓敏實驗分析資料估算裂縫開度、裂縫孔隙度及裂縫滲透率；利用FMI與核磁測井T2分布資料，綜合判斷裂縫的有效性。應(yīng)用所編制的裂縫識別與裂縫參數(shù)估算程序，對研究區(qū)若干井進(jìn)行了解釋，與巖心、試氣、FMI資料對比，其解釋結(jié)果合理，說明該方法適用性較好，對產(chǎn)能預(yù)測、合理開發(fā)方案的制訂具有指導(dǎo)意義。
關(guān)鍵詞：火山巖；測井；裂縫(巖石)；孔隙度；滲透率；評價；松遼盆地；徐深氣田
0 引言
    徐深氣田火山巖儲層為裂縫-孔隙型儲層[1]。目前，碳酸鹽裂縫性儲層測井評價技術(shù)較為成熟，歐陽健等已經(jīng)建立了基于巖心觀測資料的裂縫測井評價模型[2]，而火成巖裂縫儲層的測井評價工作還處于探索階段。筆者在研究裂縫的測井響應(yīng)機理及特征的基礎(chǔ)上，根據(jù)常規(guī)測井資料和巖-電實驗結(jié)果，采用地層因素比值法與FMI成像測井有機結(jié)合，進(jìn)行裂縫識別與評價，利用雙側(cè)向測井、巖心觀測資料、壓敏實驗分析資料估算裂縫開度、裂縫孔隙度及裂縫滲透率，建立了一套適用于火山巖裂縫性儲層的測井解釋方法。
1 火山巖裂縫性儲層特征
    徐深氣田火山巖儲層野外露頭觀測發(fā)現(xiàn)，構(gòu)造裂縫和原生收縮縫普遍發(fā)育[2～3]。根據(jù)巖心的宏觀和微觀統(tǒng)計，該區(qū)裂縫以高角度斜交裂縫和垂直裂縫為主，所占比例分別為35%和45%；低角度裂縫和水平裂縫發(fā)育程度較低，只占16%和4%。巖心觀測表明，在2804條裂縫市有62.8%是開啟的，裂縫張開度平均值0.1mm。利用全直徑巖心分析數(shù)據(jù)，建立巖心滲透率和巖心孔隙度交會圖(圖1)，圖版中明顯低孔、高滲的點代表裂縫發(fā)育，為裂縫發(fā)育區(qū)。巖心觀測和分析表明：徐深氣田火山巖儲層為裂縫-孔隙型儲層。
 
2 裂縫識別與評價
2.1 常規(guī)測井識別與評價裂縫
    在裂縫發(fā)育層段，因鉆井液侵入，電阻率值明顯降低，表現(xiàn)為高值電阻率背景上相對低的電阻率；密度測井為極板推靠式儀器，當(dāng)極板接觸到天然裂縫時會對密度測井產(chǎn)生較大影響，密度測井的校正曲線可快速直觀識別裂縫，泥餅使補償值增加，指示裂縫存在；補償中子測井探測深度較大，在非均質(zhì)的裂縫性火山巖層段上，補償中子顯示為相對高的孔隙度值，且裂縫越發(fā)育，中子孔隙度就越大；聲波對裂縫的反映與裂縫產(chǎn)狀及形態(tài)有關(guān)，遇水平縫或網(wǎng)狀縫，聲波值變大，若裂縫開度較大，將出現(xiàn)“周波跳躍”現(xiàn)象。
常規(guī)測井識別裂縫的方法較多，如電阻率差比法、三孔隙度比值法等。在定性分析的基礎(chǔ)上，筆者采用地層因素比值法[4]識別裂縫。根據(jù)電阻率測井，地層因素定義為：FR=R0/Rw。根據(jù)孔隙度，地層因素定義為：
 
    根據(jù)地層因素與孔隙度交會圖(圖2)，研究區(qū)a平均取值為1.033，仇平均取值為1.92。；T(℃)=27.27-0.0327×海拔深度。
 
    24℃時的地層水電阻率約為0.9Ω·m，根據(jù)Bateman R.M和Konen C.E的鉆井液侵入校正方法，對于鉆井液低侵地層有：RLLD＞RLLS，Rt=1.7×RLLD-0.7×RLLS。對于鉆井液高侵地層有：RLLD＜RLLS，Rt=2.4×RLLD-1.4×RLLS。
    當(dāng)裂縫存在時，孔隙度增大，孔隙結(jié)構(gòu)指數(shù)(m)減小，F(xiàn)P減小，而FRP增大。
2.2 FMI識別與評價裂縫
    FMI圖像上既有真實的地質(zhì)信息，也有鉆井施工在井壁上誘導(dǎo)產(chǎn)生的痕跡，還有測井產(chǎn)生的異常信息。FMI識別裂縫的關(guān)鍵是要鑒別各種地質(zhì)信息的圖像特征。
    真、假裂縫的識別：層界面、縫合線、斷層面、泥質(zhì)條帶與裂縫相似，但又有各自不同的特征。
    天然縫與人工誘導(dǎo)縫的識別：受溶蝕與沉淀作用的影響，天然裂縫分布很不規(guī)則，縫寬變化大、裂縫面不規(guī)則。誘導(dǎo)縫排列整齊、規(guī)律性強、裂縫面較規(guī)則、縫寬變化小、徑向延伸短，深電阻率下降不明顯。誘導(dǎo)縫不連通，對產(chǎn)能沒有貢獻(xiàn)，是一種無效縫。
    高導(dǎo)縫與高阻縫：在FMI圖像上高導(dǎo)縫表現(xiàn)為深色的正弦曲線，是由鉆井液侵入所致。根據(jù)傾角大小及形態(tài)特征，高導(dǎo)縫又可劃分為垂直縫、高角度裂縫、低角度裂縫；高阻縫表現(xiàn)為亮色正弦曲線，系原始裂縫被后期次生作用的高阻礦物充填所致。
    利用GeoFrame軟件的BorScale模塊對FMI成果數(shù)據(jù)進(jìn)行刻度，再利用BroView模塊進(jìn)行地層特征拾取，計算裂縫寬(開)度、裂縫密度、裂縫長度、裂縫孔隙度等裂縫參數(shù)。
2.3 FMI與核磁測井T2分布判斷裂縫有效性
    FMI很容易識別高阻縫，但當(dāng)裂縫被低阻礦物或泥質(zhì)充填時，就很難確定裂縫是否有效。核磁測井能夠反映儲層當(dāng)中的可動流體與束縛流體，如果裂縫、孔洞被泥質(zhì)充填，那么核磁的T2分布上將表現(xiàn)出束縛流體，沒有可動流體，由此判斷裂縫是否被低阻礦物或泥質(zhì)所充填，從而確定出有效裂縫。
2.4 裂縫開度、裂縫孔隙度及裂縫滲透率估算
    筆者借鑒1992～1996年期間開展的雙側(cè)向測井物理模擬、數(shù)值計算及正演、反演算法[5～6]，結(jié)合火山巖儲層的地質(zhì)特征，建立了適用于火山巖儲層的裂縫參數(shù)計算模型。
   裂縫傾角指數(shù)：
    RSK=(RLLD-RLLS)/(RLLD×RLLS)1/2
    RSK＞0.1，為高角度裂縫(大于70°)；RSK在0～0.1，為傾斜裂縫(40°～70°)；RSK＜0，為低角度裂縫(0°～40°)。
   裂縫孔隙度：
    φfLLD=(A1CLLS+A2CLLD+A3)Rmf
    低角度裂縫：A1=-0.992417，A2=1.97247，A3=0.000318291。
   傾斜裂縫：A1=-17.6332，A2=20.36451，A3=0.00093177。
   高角度裂縫：A1=8.52253，A2=-8.242788，A3=0.00071236。
    計算的裂縫孔隙度與真實值相比較：在0.01%～1%范圍內(nèi)精度較高，小于0.01%的計算的比已知的偏高。采用巖心刻度測井的方法，則實際裂縫孔隙度為：
φf=4.71φfLLD1.57
裂縫張開度為：
 
    巖心實際裂縫開度(經(jīng)壓敏校正)與電測值關(guān)系(圖3)表明：A=3.5×104，比理論值高，說明工區(qū)低角度縫很少。當(dāng)出現(xiàn)低角度縫且Cs＜Cd時，公式中的(Cs-Cd)換成(Cd-Cb)，其中，Cb為基巖塊電導(dǎo)率，從與解釋層鄰近的非裂縫性地層讀取，裂縫愈發(fā)育，側(cè)向測井比基質(zhì)電阻率降得愈低。
 
    裂縫滲透率主要受裂縫孔隙度和裂縫寬度的影響。若只考慮裂縫本身對流體流動的傳導(dǎo)性，而不考慮圍巖的情況，這種滲透率稱為裂縫的固有滲透率。裂縫固有滲透率受裂縫面與流體流動方向、裂縫發(fā)育體系的影響，一般表達(dá)式為：
   
    若把裂縫與周圍巖塊統(tǒng)一起來作為一個流體動力學(xué)單元來考慮時，裂縫滲透率表示為：
    Kf=Kifφf
    結(jié)合裂縫產(chǎn)狀變化，裂縫模型簡化為板狀裂縫模型，上述公式簡化為：
    Kf=8.5×10-4d2φf
3 應(yīng)用效果分析
    利用上述方法編制常規(guī)測井資料識別裂縫發(fā)育程度評價程序和裂縫參數(shù)計算程序，并對研究區(qū)若干井進(jìn)行了計算，圖4是其中一口井的處理解釋結(jié)果：195Ⅰ層TCP+MFE-Ⅰ測試，日產(chǎn)氣105876m3，該層地層因數(shù)比值為15.6，裂縫角度指示參數(shù)為1.9，顯示該層高角度裂縫較發(fā)育，裂縫張開度1150.5μm，裂縫孔隙度0.11%，裂縫滲透率310.9×10-3μm2，F(xiàn)MI圖像顯示195Ⅰ層垂直縫和高角度縫發(fā)育，核磁測井T2分布譜顯示為30ms以上的大孔隙，表明本層裂縫提供了極好的流體滲流通道，使得儲層在自然測試時能達(dá)到高產(chǎn)。下部195Ⅴ、195Ⅵ兩層地層因數(shù)比值29.9，裂縫角度指示參數(shù)0.5，顯示該段地層發(fā)育40°～70°的傾斜裂縫，測井計算的裂縫張開度為9.8μm，裂縫孔隙度0.02%，裂縫滲透率0.002×10-3μm2，表明該段地層裂縫雖然發(fā)育，但為無效縫或裂縫的徑向延伸較淺，沒有起到溝通流體滲流通道的作用，對產(chǎn)能沒有貢獻(xiàn)。FMI圖像顯示195Ⅴ、195Ⅵ兩層存在誘導(dǎo)縫特征，徑向延伸短，裂縫開度小，是無效縫。核磁測井T2分布譜顯示小于30ms的束縛水孔隙，地層裂縫被低阻泥質(zhì)充填。該段地層經(jīng)TCP+MFE-Ⅰ測試，日產(chǎn)氣106m3。
4 結(jié)論
    充分利用巖-電實驗資料，采用地層因數(shù)比值法，結(jié)合FMI圖像，能比較準(zhǔn)確地識別裂縫；利用雙側(cè)向電阻率、壓敏實驗、巖心觀測建立了估算裂縫角度、裂縫張開度、裂縫孔隙度、裂縫滲透率的測井解釋模型；FMI與核磁測井T2分布資料的結(jié)合，能很好地判斷裂縫的有效性。
符號說明
    Rw為地層水電阻率；Rt為經(jīng)侵入校正的地層真電阻率；m為孔隙結(jié)構(gòu)指數(shù)；a為系數(shù)；φ為孔隙度；RLLD為深側(cè)向電阻率；RLLS為淺側(cè)向電阻率；RLLD為深側(cè)向電阻率；d為裂縫張開度，μm；Cd、Cs、Cm分別為深側(cè)向、淺側(cè)向和鉆井液的電導(dǎo)率；A為計算系數(shù)，由實驗數(shù)據(jù)確定；Kif為裂縫的固有滲透率，10-3μm2；di為裂縫寬度，μm；α、β分別為裂縫組與流體流動方向的夾角；nα、nβ分別為與流體流動方向夾角為α、β的兩組裂縫的條數(shù)。
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(本文作者：王春燕 高濤 中國石油大慶油田有限責(zé)任公司勘探開發(fā)研究院)