摘要：裂縫性油氣藏研究中，裂縫識(shí)別一直是測(cè)井解釋的一個(gè)難點(diǎn)，常規(guī)測(cè)井方法識(shí)別裂縫的精度不能滿足油氣勘探開發(fā)的需求。而巖石力學(xué)參數(shù)揭示了地質(zhì)歷史時(shí)期裂縫成因類型、空間分布和形成的力學(xué)機(jī)理，從一定程度上反映了裂縫的發(fā)育程度。在對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地40塊巖樣進(jìn)行巖石力學(xué)參數(shù)室內(nèi)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，利用彈性模量、體積模量、剪切模量等巖石力學(xué)參數(shù)來構(gòu)建能夠較好反映裂縫發(fā)育程度的巖石完整性系數(shù)、裂縫發(fā)育程度指標(biāo)、巖石穩(wěn)定系數(shù)3個(gè)計(jì)算模型，并將模型程序化，利用此3個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)來對(duì)火山巖的裂縫發(fā)育程度進(jìn)行逐點(diǎn)自動(dòng)處理識(shí)別。識(shí)別結(jié)果與巖心描述、成像測(cè)井對(duì)比表明，該方法能夠較準(zhǔn)確地對(duì)火山巖的裂縫進(jìn)行識(shí)別且精度較高、實(shí)用性強(qiáng)，能滿足火山巖地層裂縫測(cè)井識(shí)別精度的要求。

關(guān)鍵詞：巖石力學(xué)；參數(shù)；火山巖；裂縫；發(fā)育程度；測(cè)井解釋；評(píng)價(jià)指標(biāo)

    隨著裂縫性油氣藏逐漸成為勘探的熱點(diǎn)，各種識(shí)別裂縫的測(cè)井方法也應(yīng)運(yùn)而生^[1～3]。準(zhǔn)噶爾盆地火成巖經(jīng)歷了多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的改造，形成多組多類型的裂縫。構(gòu)造應(yīng)力可以有張應(yīng)力、壓應(yīng)力、剪應(yīng)力和復(fù)合應(yīng)力，形成的構(gòu)造也有張性、壓性、剪性和復(fù)合裂縫。筆者利用準(zhǔn)噶爾盆地西北緣火山巖巖心，采用三軸壓縮巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)研究其抗壓性和抗拉性等，對(duì)裂縫發(fā)育程度進(jìn)行半定量評(píng)價(jià)。

    對(duì)新疆準(zhǔn)噶爾盆地X1井等9口井40塊巖樣(其中：安山-玄武巖15塊、火山角礫巖8塊、凝灰?guī)r7塊、砂礫巖10塊)進(jìn)行巖石力學(xué)參數(shù)測(cè)量實(shí)驗(yàn)。在上述巖石中，用于常溫常壓的樣品為20塊、用于高溫高壓地層條件下的樣品為20塊，測(cè)量參數(shù)為抗壓強(qiáng)度、抗張強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、彈性模量、體積模量、剪切模量、泊松比。部分試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

    表1所示的是巖石的靜力學(xué)參數(shù)，利用縱橫波、密度測(cè)井計(jì)算得到的巖石的動(dòng)力學(xué)參數(shù)。評(píng)價(jià)裂縫發(fā)育程度的指標(biāo)所用的是靜力學(xué)參數(shù)，而為了逐點(diǎn)評(píng)價(jià)裂縫發(fā)育程度，必須將測(cè)井計(jì)算的動(dòng)力學(xué)參數(shù)轉(zhuǎn)換為靜力學(xué)參數(shù)。實(shí)驗(yàn)研究表明，對(duì)于一塊完整的巖石來說，其動(dòng)、靜力學(xué)參數(shù)十分接近，基本可以相互轉(zhuǎn)換^[4]。

 

式中：v_m為巖體的縱波聲速，即測(cè)井得到的縱波聲速。v_R為巖石縱波聲速，即巖石骨架的理論縱波聲速。

    比值K_V反映了巖體的完整性，即巖體越完整，v_ma越大，也越接近v_R，則K_V就越大。

直接利用計(jì)算的巖石破裂系數(shù)作為裂縫發(fā)育程度指標(biāo)，即

 

式中：E為巖體的動(dòng)彈性模量，由測(cè)井資料直接求得；E_ma為巖石骨架的動(dòng)彈性模量，由理論值求得。

    由于E與巖體的破裂程度相關(guān)，巖體越破裂，E越小，而E_ma對(duì)同一種巖石來說是一個(gè)常數(shù)，故R_F越大。因此，用R_F消除了巖石本身性質(zhì)對(duì)E的影響，而突出了巖體的破碎程度。

    如果有密度測(cè)井，且質(zhì)量較好時(shí)，最好用巖體破裂系數(shù)來描述裂縫發(fā)育程度，但如果沒有密度資料或質(zhì)量太差，則可用完整系數(shù)或縱橫波速度比。在使用縱橫波速度比時(shí)，需注意巖性差異引起的系統(tǒng)誤差，如石灰?guī)r為1.9，白云巖為1.8，砂巖為1.7，本次研究確定的火山巖為1.82。因此必須已知巖性時(shí)，才能用來描述裂縫發(fā)育程度。

    用長(zhǎng)源距聲波測(cè)井、密度測(cè)井可計(jì)算E：

    E=2G(1+μ)    (3)

剪切模量是施加的應(yīng)力與切向應(yīng)變之比：

 

式中：α為單位換算因子，為1.34×10⁴；ρ_b為地層密度，g/cm³；△t_s為橫波時(shí)差，μs/ft。

根據(jù)巖石彈性力學(xué)理論，利用縱橫波測(cè)井資料由式(4)可以求得連續(xù)的動(dòng)態(tài)泊松比值(μ)：

 

式中：△t_c、△t_s分別為地層的縱、橫波時(shí)差，μs/ft。

2.3 巖石穩(wěn)定系數(shù)(R_g)

式中：體積模量；剪切模量。

    巖石力學(xué)參數(shù)反映了巖石力學(xué)性質(zhì)，由于巖石并非真正鋼體，因而研究其彈性力學(xué)性質(zhì)是分析裂縫發(fā)育的主要方法之一。在理論上分析存在裂縫的巖石力學(xué)參數(shù)變化特征是：裂縫發(fā)育將使橫波時(shí)差有所增加，而巖石密度將不同程度降低，因而引起楊氏模量降低，同時(shí)也使巖石剪切模量降低。裂縫與伴生的孔洞增加，將使巖石體積壓縮系數(shù)增加，而造成體積模量減小。裂縫發(fā)育使巖石初始剪切模量減小，同時(shí)也使巖石穩(wěn)定系數(shù)降低。由于裂縫發(fā)育造成楊氏模量降低，而巖石類型確定，巖石基塊的巖石模量是固定的，因而裂縫發(fā)育將造成儲(chǔ)集巖的裂縫發(fā)育程度指標(biāo)增加。

    將上述評(píng)價(jià)裂縫發(fā)育程度指標(biāo)的計(jì)算模型和參考文獻(xiàn)[1]所述巖石力學(xué)動(dòng)靜態(tài)轉(zhuǎn)換關(guān)系式編制成Fortran語言，掛接在Forward測(cè)井解釋平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)單井逐點(diǎn)可視化處理。對(duì)工區(qū)內(nèi)10多口具有成像測(cè)井資料和巖心描述的井進(jìn)行了裂縫發(fā)育程度指標(biāo)處理，圖1為白005井裂縫發(fā)育程度評(píng)價(jià)綜合成果圖。由圖1不難發(fā)現(xiàn)，630～652m井段，完整性系數(shù)值較低、裂縫發(fā)育程度指標(biāo)值較高、巖石穩(wěn)定系數(shù)值偏低，從所對(duì)應(yīng)的成像測(cè)井圖上可以看出，該段斜交縫和網(wǎng)狀縫較為發(fā)育，巖心描述為半充填的低角度和網(wǎng)狀縫。從工區(qū)內(nèi)其他井的處理情況來看，處理結(jié)果與成像測(cè)井和巖心描述對(duì)應(yīng)性都較好。因此，筆者所述方法對(duì)研究工區(qū)火山巖裂縫發(fā)育程度評(píng)價(jià)較為有效。

    1) 基于巖石力學(xué)參數(shù)的評(píng)價(jià)方法綜合各種測(cè)井信息對(duì)裂縫發(fā)育程度進(jìn)行判別，克服了利用少數(shù)測(cè)井信息識(shí)別裂縫準(zhǔn)確率較低的缺點(diǎn)。

    2) 實(shí)際應(yīng)用表明，該方法識(shí)別結(jié)果與巖心描述和成像測(cè)井有很好的一致性，是一種行之有效的判別裂縫存在的定量識(shí)別方法。

    3) 該方法為利用常規(guī)測(cè)井曲線進(jìn)行裂縫識(shí)別開辟了一條新途徑，尤其為我國老油氣田僅有常規(guī)測(cè)井資料時(shí)的裂縫識(shí)別提供了一種新方法。

[1] 劉之的.石炭系儲(chǔ)層流體性質(zhì)識(shí)別方法研究[R].克拉瑪依：中國石油新疆油田公司，2008.

[2] 劉之的.九區(qū)南石炭系儲(chǔ)層測(cè)井評(píng)價(jià)方法[R].克拉瑪依：中國石油新疆油田重油開發(fā)公司，2006.

[3] 趙良孝.碳酸鹽巖儲(chǔ)層測(cè)井評(píng)價(jià)技術(shù)[M].北京：石油工業(yè)出版社，1994.

[4] 劉之的.碳酸鹽巖地層井壁穩(wěn)定性測(cè)井評(píng)價(jià)方法研究[D].成都：西南石油學(xué)院，2004.

 

(本文作者：劉之的¹ 湯小燕¹ 于紅果² 張伯新² 1.西安科技大學(xué)地質(zhì)與環(huán)境學(xué)院；2.中國石油天然氣集團(tuán)公司西部鉆探工程有限測(cè)井公司)