基于双侧向测井的裂缝开度估算模型比较及改进

张福明,陈义国,邵才瑞,李世川

(1.中国石油大学地球资源与信息学院,山东青岛266555;

2.塔里木油田公司勘探开发研究院天然气所,新疆库尔勒841000)

基于双侧向测井的裂缝开度估算模型比较及改进

张福明1,陈义国1,邵才瑞1,李世川2

(1.中国石油大学地球资源与信息学院,山东青岛266555;

2.塔里木油田公司勘探开发研究院天然气所,新疆库尔勒841000)

常用的基于双侧向测井的裂缝开度模型大多是针对基质物性较差的裂缝性碳酸盐岩地层提出。而裂缝性砂岩地层双侧向测井电流传播路径与裂缝性碳酸盐岩地层存在差别。结合实际资料处理,对常用的Sibbit和罗贞耀裂缝开度模型在砂岩地层中的应用效果进行了考察与分析,并对模型进行了改进。从原理上对裂缝性砂岩地层电流传播路径进行了分析,由基质孔隙与裂缝孔隙并联导电模型入手,提出了更适用于砂岩地层的双孔隙裂缝开度模型。改进后的双孔隙裂缝开度模型适用性更强,提高了双侧向测井资料计算砂岩地层裂缝开度的准确性。

双侧向测井;砂岩地层;裂缝开度;基质孔隙;裂缝孔隙;模型

0 引 言

双侧向电阻率常用来进行裂缝定量评价。深浅侧向电阻率之间的差异除与裂缝产状及发育程度有关外,还受孔隙流体性质、泥浆及基岩电导率特性等因素影响[1]。目前基于双侧向资料的裂缝开度模型主要是Sibbit开度模型[2-3]和罗贞耀建立的任意视倾角裂缝开度模型[4],2种模型均是基于基质物性较差的裂缝性碳酸盐岩地层提出。随着勘探力度的增大,我国裂缝性砂岩储层数量不断增加,因此,对于砂岩地层裂缝开度研究十分必要。李军等[5]针对库车地区裂缝性砂岩地层,引入虚拟宽度的概念,以减小基质孔隙泥浆滤液侵入对双侧向差异的影响,并拟合出库车地区裂缝开度估算经验公式,但没给出虚拟宽度计算式的推导过程[5],致使拟合开度计算式的适用性受到地区限制。

本文比较了常用开度模型在裂缝性砂岩地层中的应用效果。在对裂缝性砂岩地层与裂缝性碳酸盐岩地层的导电路径差别分析基础上,对模型进行了改进,推导出更适合于裂缝性砂岩地层的裂缝开度估算模型。

1 常用开度模型原理及适用性分析

1.1 Sibbit裂缝开度模型

1985年,Sibbit等[2-3]基于致密碳酸盐岩地层,根据有限元素网络法,建立了垂直裂缝和水平裂缝开度估算模型。判断垂直裂缝和水平裂缝的依据是双侧向测井响应的正负差异,正差异(Rd>Rs)为垂直裂缝(视倾角大于75°),负差异(Rd

(1)Sibbit垂直裂缝开度模型。假定双侧向探测范围内,裂缝在径向和纵向上不变,开度为w,如图1所示,则

式中,Clld、Clls、Cm分别为深、浅侧向及泥浆滤液电导率,S/m。

d1、d2、rw分别为浅、深侧向探测深度和井眼半径,m。CSU双侧向仪器 d1=0.75 m,d2=1.6 m; ECLIPS5700双侧向测井仪器 d1=0.457 m,d2= 1.397 m,a与双侧向测井仪器参数及井眼半径有关

图1 垂直裂缝模型

(2)Sibbit水平裂缝开度模型。假定双侧向探测范围内,裂缝在径向和纵向上不变,开度为w,如图2所示,则

图2 水平裂缝模型

1.2 罗贞耀裂缝开度模型

1990年,罗贞耀[4]基于致密碳酸盐岩地层,由裂缝与井筒接触关系入手,分析了低角度裂缝、倾斜裂缝和高角度裂缝的深浅侧向电导率差值,建立了计算任意视倾角裂缝开度模型。假定裂缝中充满泥浆,裂缝面视倾角为α,模型如下。

(1)低角度缝开度模型。低角度缝与深浅侧向电流的径向流动是一致的,泥浆较无缝时侵入深,深浅侧向探测深度趋于一致,且幅度差较小[1],裂缝开度为

(2)倾斜裂缝、高角度裂缝开度模型。倾斜裂缝及高角度裂缝开度为

2 裂缝开度模型的比较与改进

上述2种模型均是基于基质物性较差的裂缝性碳酸盐岩地层提出,将双侧向测井电流传播路径看成是裂缝孔隙与基岩并联[2-4]。从原理上分析,Sibbit开度模型考虑因素相对较少,且不适用于计算倾斜裂缝开度;罗贞耀开度模型考虑因素相对较多,并可计算任意视倾角裂缝开度,结果应相对准确[4]。结合实际资料处理,对基质物性较发育的 KL地区某井采用上述2种模型计算裂缝开度。由于基质孔隙泥浆侵入的影响,计算开度与成像解释开度相差较大,经成像解释裂缝开度标定后,2种模型开度曲线基本重合,但与成像裂缝开度对比相关性较差,应用效果均一般。

对于基质物性较差的裂缝性砂岩地层,双侧向测井电流传播路径仍可看成是裂缝孔隙与基岩并联;而对于基质物性较好的裂缝性砂岩地层,基质孔隙泥浆侵入对双侧向差异影响较大,双侧向测井电流传播路径可看成是基质孔隙与裂缝孔隙并联。上述常用裂缝开度模型在计算过程中,将深、浅侧向电阻率差异完全归结为裂缝所引起,因此计算结果误差较大。基于这一思路对上述模型进行改进。改进后的双孔隙裂缝开度模型如下。

2.1 双孔隙高角度裂缝开度模型

判断裂缝高低角度的依据是双侧向电阻率的正负差异,正差异(Rlld>Rlls)为高角度(近垂直)裂缝,负差异(Rlld

双侧向测井范围内的电阻率响应为

式中,Rlld、Rlls为深、浅侧向电阻率;Rmd、Rms为深、浅侧向探测范围内基质孔隙中混合液电阻率;Rzd、Rzs为深、浅侧向探测范围内裂缝中混合液电阻率;φma为基质孔隙度;Swma为基质孔隙中混合液饱和度; Swfrd、Swfrs为深、浅侧向探测范围内裂缝中混合液饱和度;m为基质孔隙度指数,一般取2左右[5](本文取2);n为基质饱和度指数;mfr为裂缝孔隙度指数,一般取1[6];nfr为裂缝饱和度指数。

理想情况下,裂缝全部为泥浆滤液充填(Ssfrd= Swfrs=1),此时 Rzd=Rzs=R[3]mf;基质孔隙全部为混合液充填(Swma=1),则有

得出高角度裂缝开度为

2.2 双孔隙低角度裂缝开度模型

得出低角度裂缝开度为

式中,Cmd为深侧向探测范围内基质孔隙中混合液电导率,S/m。

该模型需确定的参数包括泥浆滤液电导率、双侧向仪器参数及基质孔隙度。与Sibbit模型所需参数比较,不需确定较难确定的基岩电导率,需确定基质孔隙度φma。而φma的计算方法较多,可根据地区经验公式计算或采用分层精细建模的方法求取[8]。与罗振耀模型所需参数比较,不需要确定裂缝视倾角,而在无取心及成像资料的井中,裂缝视倾角也是难以准确确定的。同时,准确求得 Rms、Rmd是该模型计算的关键。可由基质物性、孔隙流体及岩性成分相似且裂缝不发育的邻近井段,利用深、浅双侧向电阻率,根据阿尔奇公式求得[5]。更准确、快速求取Rms及 Rmd的方法还有待进一步探索研究。综上所述,该模型较Sbbit模型所需参数虽然较多,但可通过简单运算得到;较罗贞耀模型所需参数,不需确定裂缝视倾角。

3 实例分析

KL地区裂缝性砂岩储层基质物性发育。成像测井资料解释该地区某井3 847～3 867 m裂缝较发育。应用双侧向测井资料,采用上述3种模型对裂缝开度进行了估算。表1为3种模型开度与成像解释裂缝开度对比误差分析表,从表1中对比来看,改进后的双孔隙模型开度误差最小,精度有较明显提高。

图3为双侧向测井计算裂缝开度与成像裂缝开度曲线对比图。Sibbit模型开度与罗贞耀模型开度曲线基本重合,与成像裂缝开度对比相关性较差;双孔隙模型开度与成像测井裂缝开度对比精度及相关性均高于其他2种模型。图4为双侧向测井计算开度与成像测井解释开度交会图。从图4可以看到,改进的双孔隙模型结果与成像测井解释结果的交会点基本集中分布在45°线附近,而Sibbit模型与罗贞耀模型计算开度差别较小,与成像测井解释开度的交会点虽然也分布在45°线附近,但明显比较分散,精度偏低。

通过以上对比分析可以看出,本文提出的双孔隙改进模型在裂缝性砂岩地层中的应用效果好于常用的Sibbit模型及罗贞耀模型,提高了计算的准确性。

表1 双侧向模型计算开度与成像解释裂缝开度对比误差分析表

图3 K L地区某井(3 847～3 867 m)裂缝开度多模型计算结果对比图

图4 成像测井解释裂缝开度与双侧向测井模型计算裂缝开度交会图

4 结 论

根据常用裂缝开度模型在KL地区及其它地区应用效果[4,9-11]的对比分析认为,对于裂缝性碳酸盐岩地层和基质物性较差的裂缝性砂岩地层,在已知裂缝视倾角分布规律情况下,采用罗贞耀模型估算裂缝开度精度较高;在未知裂缝视倾角分布规律情况下,采用Sibbit模型估算裂缝开度效果较好;而对于基质物性较好裂缝性砂岩地层,常用裂缝开度模型适用性较差、计算误差较大。本文提出的双孔隙裂缝开度模型适用性更强,提高了双侧向测井资料计算砂岩地层裂缝开度的准确性,为砂岩地层裂缝开度计算提供了新的方法及思路。

[1] 汪涵明,张庚骥,李善军,等.单一倾斜裂缝的双侧向测井响应 [J].中国石油大学学报:自然科学版,1995,19 (6):21-24.

[2] Sibbit AM,Faivre Q.The dual Laterolog Response in Fractured Rocks[C]∥SPWLA 26th Annual Logging Symposium,Dallas,Texas,1985:17-20.

[3] 黄烈林,高纯福,张超谟,等.双侧向测井确定裂缝等效宽度——兼论Sibbit公式中的一个错误[J].江汉石油学院学报,2002,24(4):42-44.

[4] 罗贞耀.用侧向资料计算裂缝张开度的初步研究 [J].地球物理测井,1990,14(2):83-92.

[5] 李 军,张超谟,肖成文,等.库车地区砂岩裂缝测井定量评价方法及应用 [J].天然气工业,2008,28(10):25 -27.

[6] 匡立春.裂缝孔隙度指数 mf的选择探讨 [J].地球物理测井,1990,14(4):234-236.

[7] 李善军,汪涵明,肖成文,等.碳酸盐岩地层中裂缝孔隙度的定量解释 [J].测井技术,1997,21(3):205-214.

[8] 罗水亮,林承焰,袁学强,等.滨南油田砂砾岩储层测井精细解释模型及其应用 [J].物探化探计算技术, 2009,31(2):130-134.

[9] 刘兴刚,张 旭.测井裂缝参数估算方法研究 [J].天然气工业,2003,23(4):31-34.

[10]先 伟,吴伟航,李小刚,等.双侧向测井裂缝参数解释在伊朗Aran油田的应用 [J].岩性油气藏,2008,20 (3):89-94.

[11]金 燕,张 旭.测井裂缝参数估算与储层裂缝评价方法研究 [J].天然气工业,2002,22(增刊):64-67.

Comparison and Improvement of Facture Opening Estimation Model Based on Dual-laterolog

ZHANG Fuming1,CHEN Yiguo1,SHAO Cairui1,LI Shichuan2
(1.School of Geo-resources and Information,China University of Petroleum,Qingdao,Shandong 266555,China; 2.Research Institute of Petroleum Exploration and Development,Tarim Oilfield Company,Kuerle,Xinjiang 841000,China)

The conventional estimation model of the fracture opening based on the dual laterolog is provided for the poor matrix physical property carbonate formation.However,the dual-laterolog current path of fracture sandstone formation is different from fracture carbonate formation. Combining with the actual log data,and analyzed is the application effect of Sibbit and LUO Zhenyao fracture opening estimation model in sandstone formation,and improved is the model.In principle,analyzed is the current communication path in fracture sandstone formation.According to conductance model of the parallel matrix porosity and fracture porosity,proposed is a more suitable dual-porosity fracture opening model for sandstone formation.The improved dual-porosity fracture opening model has greater applications,so,improving the fracture calculation accuracy in sandstone formation with laterolog data.

dual-laterolog,sandstone formation,fracture opening,matrix porosity,fracture porosity,estimation model

P631.84

A

2010-04-06 本文编辑 余 迎)

1004-1338(2010)04-0339-04

张福明,男,1968年生,副教授,从事测井解释教学与科研工作。