中原油田致密砂岩裂缝性储层测井评价方法

赵俊峰，陈汉林，李凤琴，王轩然

中原油田致密砂岩裂缝性储层测井评价方法

赵俊峰，陈汉林，李凤琴，王轩然

（中国石化集团中原石油勘探局测井公司，河南濮阳457001）

摘要：为有效识别和评价以“双孔介质”为特征的三叠系致密砂岩裂缝性储层，利用“双标定”技术，在地质条件及测试资料的约束下，通过“四性”关系研究，总结出三叠系裂缝性砂岩储层的测井响应特征，形成了一套划分裂缝性储层的有效方法，建立了裂缝性储层参数的定量评价模型，分区块建立了油水识别标准。据已测试的21口井看，该评价方法的测井解释符合率达87.5%，提高了测井对三叠系储层的识别能力，解决了裂缝性储层的定量评价问题。

关键词：三叠系；裂缝性砂岩；测井响应；储层划分；流体性质；油水识别

东濮凹陷三叠系裂缝性砂岩储层具有致密、两种孔隙体系（裂缝—孔隙）、碳酸盐岩含量高、局部砾石发育的特征，测井解释存在以下主要难题：①储层测井响应特征既不同于粒间孔隙的砂岩储层、又区别于双孔介质的碳酸盐岩储层，储层识别与有效划分困难；②由于“油赋存于裂缝、基质不含油”，使三叠系的储量计算困难；③因骨架的测井信号远大于流体，储层流体性质判别困难。④不同区块间储层的岩—电关系存在差异，同一油水判别标准下的测井解释符合率较低。对于该类储层的测井评价，首先应开展其测井响应特征研究，提出划分储层的有效方法，建立储层关键参数的定量评价模型，着重于储层流体性质识别的方法研究，同时致力于油水识别标准的重新界定。

1　储层测井响应特征

由于裂缝性储层的测井响应机理不同于孔隙型储层的测井响应机理，尤其是两者的导电机理差异较大；再者三叠系储层岩性多为粉砂岩且局部砾石发育，岩性较古近系致密，电阻率数值多在3.0～30.0 Ω·m，其测井响应特征已明显不同于古近系孔隙型储层。过去，由于认识的局限性（三叠系的地层划分、储层类型等当时尚无确定）与资料的有限性（仅有常规测井资料），测井解释人员基本沿用了古近系的储层测井响应特征对三叠系储层进行识别与划分，致使一部分油层在一开始就被误判为不产液的干层。

通过测井响应机理研究，结合试油测试资料及区域地质特征，强化常规测井和EMI-NMR测井资料的综合应用，总结出三叠系裂缝性砂岩储层的测井响应特征（图1）。与裂缝不发育的储层相比，裂缝发育的储层有以下测井响应特征[1]：（1）电阻率值明显高于围岩，高产储层电阻率数值整体相对较低；（2）自然电位有明显负异常；（3）尽管相对致密，但三孔隙度明显高于围岩；（4）EMI指示裂缝发育，且裂缝多为高角度缝；（5）核磁共振上，油层差谱有信号、移谱移动慢，水层差谱无信号、移谱移动快。

图1　三叠系裂缝性储层测井响应特征（卫77-3井）

2　裂缝的识别与评价

利用电成像测井资料可定量评价裂缝产状、裂缝条数、裂缝密度、裂缝宽度、裂缝走向、裂缝的有效性（裂缝的充填性）等裂缝参数[2-4]。对于裂缝性油藏的勘探开发来说，对这些参数的准确评价至关重要[5]。

2.1裂缝产状

25口井电成像测井资料的统计分析表明：东濮凹陷三叠系普遍发育倾角为50～90 °的高角度裂缝；从裂缝倾向上看，该地区均发育一组倾向为285～360 °的裂缝，局部还发育一组倾向在115～210 °的裂缝。图2显示卫77-3井三叠系明显发育两组产状不同的裂缝，卫77-4井三叠系主要发育一组裂缝。

2.2裂缝发育程度

裂缝发育程度的评价是通过对裂缝长度、裂缝条数、裂缝密度、裂缝宽度、裂缝视孔隙度等裂缝参数的综合评价来完成的。

图2　三叠系裂缝产状统计分析

通过对21口井电成像裂缝发育程度的统计并将之与测试资料对比，结果发现：储层含油性及储层产量与裂缝的发育程度呈正相关性；砂岩裂缝发育、泥岩裂缝不发育；三叠系上、中、下地层的裂缝发育程度不同，中上部裂缝较发育、下部裂缝不发育。

图3 给出了明471 井测井综合评价图，其中左边组图为常规测井解释成果图，右边组图为EMI 解释成果图，从中可看出2 088.0 ～ 2 095.0 m井段裂缝较发育，裂缝长度平均为2.1 m、裂缝密度平均为3.2 条/m、裂缝视孔隙度平均为0.01%、水动力宽度平均为0.05 mm/m，综合评价该井段上部为差油层、下部为油层。2007 年5 月12 日～ 2007年5 月17 日对2 076.8 ～ 2 103.3 m 井段射孔投产，日产原油3.3 t、水6.1 m3；2007 年5 月26 日～ 2007年5 月30 日对其压裂投产，日产原油21.8 t、水3.5

图3　明471井测井综合评价图

2.3裂缝走向

裂缝走向即裂缝延伸方向。裂缝走向与裂缝倾向垂直，据此可确定裂缝走向，进而预测有利的勘探方向。一般而言，井位应沿着裂缝的走向部署。据裂缝产状统计分析（图2）可确定：卫77-3井的两组裂缝走向分别为25～120 °、15～90 °，卫77-4井的裂缝走向主要为15～90 °，少量为25～120 °。统计结果表明：含油储层一般都发育一组走向为25～120 °的裂缝，同时，沿着这个方向部署的卫77-7、卫77-8井均已获得工业油流。

2.4裂缝的有效性

裂缝的有效性是指裂缝的开启性。裂缝只有在开启状态下才是有效的，该类裂缝称之为自然裂缝或有效裂缝；但裂缝如被特殊物质充填，液体无法在其中流通、则视为无效裂缝。据裂缝的充填程度，无效裂缝又可分为半充填与全充填；据裂缝充填的物质成份可分为高导缝与低导缝。

三叠系裂缝的充填物多为泥质与方解石，两者在EMI 成像图上有不同的显示，泥质充填裂缝显示为暗色正弦曲线（图4）、方解石充填裂缝显示为亮正弦曲线（图5）。

图4　高导缝（卫77-3）

图5　高阻缝（卫77-3）

3　储层关键参数定量评价

3.1孔隙度评价模型

裂缝性砂岩储层孔隙度φ由粒间孔隙φb（也称基质孔隙）与次生孔隙φf（也称裂缝孔隙）两种孔隙体系组成，取心资料表明：三叠系中“油赋于裂缝，基质不含油”，因此，对于三叠系裂缝性储层来说，求准裂缝孔隙度显得尤为重要。

3.1.1评价模型

（1）地层孔隙度φ：中子、密度测井反映地层的总孔隙度，利用中子—密度交会可求取地层的总孔隙度φ[6]。

（2）基质孔隙度φb：声波纵波时差（慢度）主要是反映基质孔隙和水平裂缝，而三叠系发育的裂缝多为高角度缝，因而由声波时差计算的孔隙度可作为基质孔隙度：

（3）裂缝孔隙度φf：地层孔隙度减去基质孔隙度便为裂缝孔隙度，即：

3.1.2精度分析

（1）定性检验：电成像对裂缝发育程度的评价是最为可靠的测井方法，而裂缝孔隙度与裂缝发育程度紧密相关，因此利用电成像可定性检查所建模型的可靠性。经对15口井的对比发现：所求裂缝孔隙度与EMI电成像指示的裂缝发育程度呈明显正相关，即裂缝愈发育，裂缝孔隙度愈大。图6为卫75-12井裂缝孔隙度与EMI电成像裂缝发育程度对比图。

图6　裂缝孔隙度与电成像裂缝发育程度对比图

（2）定量检验：由于裂缝孔隙度不易确定，而基质孔隙度通过实验容易确定，因此可用岩心分析基质孔隙度作为参照物，将测井确定的基质孔隙度与之进行误差分析，进而从分析结果看确定模型的可靠程度。图7为卫77-4井测井孔隙度与岩心孔隙度对比图（2 740～2 750 m），岩心分析基质孔隙度为3.07%，测井基质孔隙度平均为3.32%，相对误差为8.14%，说明所选孔隙度模型可行。

3.2渗透率评价模型

由于储集空间包括粒间孔隙和次生孔隙两部分。因此，岩石渗透率K应包括基质渗透率Kb和裂缝渗透率Kf两部分，即有：

式中：K、Kf、Kb—分别为岩石渗透率、裂缝渗透率、基质孔隙渗透率，10-3μm2。

（1）裂缝渗透率：裂缝渗透率Kf等于裂缝孔隙度φf与固有渗透率Kif的乘积；而固有渗透率只与裂缝宽度有关，利用双侧向测井可确定裂缝宽度ε，从而可确定固有渗透率Kif，进而可计算裂缝渗透率Kf。

式中：Rlld— 深侧向电阻率，Ω·m；

Rlls— 浅侧向电阻率，Ω·m；Rm— 泥浆滤液电阻率，Ω·m。

图7　卫77-4井测井孔隙度与岩心分析孔隙度对比图

（2）基质渗透率：到目前为止，没有一种常规测井能直接确定储层的基质渗透率，基质渗透率一般采用间接方法求取。研究发现基质渗透率与基质孔隙度呈明显的指数关系，即：

式中：C1、C2为与岩性相关的地区经验系数。

3.3饱和度评价模型

通过做各类储层的孔隙度—电阻率关系图（图8）发现：孔隙度—电阻率整体呈双曲线关系，这与式8的变形方程极为类似，且有油水渐变趋势，这表明阿尔奇公式在确定裂缝性砂岩储层的含油饱和度方面是可行的，只不过此时的岩电参数不再是狭义的基质岩石岩电参数，而是包含裂缝与基质孔隙系统的综合反映。

图8　各类储层的孔隙度与电阻率关系图

研究仍采用阿尔奇公式求取地层的含油饱和度[6]：

式中：So— 含油饱和度，%；

Rt、Rw— 分别为地层电阻率、地层水电阻率，Ω·m；

a — 与岩石有关的比例系数；

b — 与岩性有关的常数；

m、n — 分别为地层胶结指数、饱和度指数；

φ — 地层孔隙度，%。

4　裂缝性储层划分方法

4.1储层划分标准

通过测井响应特征及“四性关系”研究，在对岩心分析及测试（投产）资料综合分析的基础上，形成了一套有效的“三步骤”裂缝性储层划分方法：

（1）利用自然伽马并参考自然电位识别岩性，判断砂体是否发育。

（2）根据裂缝性储层的五个测井响应特征判断储层裂缝是否发育。

（3）利用裂缝性储层定量评价模型所确定的基质孔隙度、裂缝孔隙度和含油饱和度大小，依据三叠系测井油水层识别标准（表1、表2），对裂缝发育储层进一步划分出有效储层。

三叠系油水层判别标准是根据卫77-3、卫77-4、卫75-12等关键井的岩心分析资料、常规测井资料并主要参照了电成像、核磁共振测井资料，由测试（投产）资料标定最终形成（表1）。针对明471块地层水复杂多变的情况，提出ΔRT-ΔSP方法来识别流体性质，并建立了相应的判别标准（表2）。

表1　三叠系裂缝性储层测井综合解释标准（卫77块）

4.2应用实例

图9给出了利用以上方法对卫77-3井三叠系进行测井综合评价的结果，左为常规测井综合评价图、右为电成像测井评价图。79、80、81、82号层的测井解释孔隙度分别为5.6%、6.6%、2.5%、5.0%，电阻率数值分别为8.4、6.1、6.7、7.4 Ω·m；自然电位在80号层处有明显负异常，其它三层的自然电位无负异常或负异常不明显；电成像指示80号层裂缝发育好、79号层裂缝发育一般、81与82号层无裂缝发育。根据以上结果，测井综合评价79、80、81、82号层分别为低产油层、油层、干层、干层。

2007年3月8日～2007年3月14日对三叠系3 001.0～3 019.1 m井段（78～82号层）进行常规地层测试，开井后原油自喷，日产油27.28 t、不含水，测试结果为油层，测井解释结论与测试结果吻合。

表2　三叠系裂缝性储层测井综合解释标准（明471块）

图9　卫77-3井三叠系测井综合评价图（2 982.0～3 020.0 m）

5　结论

（1）由于能有效识别裂缝，电成像测井资料已成为东濮凹陷三叠系储层评价的关键环节。

（2）利用常规测井量化孔、渗参数是可行的，但饱和度参数尚无法准确量化。

（3）利用“双标定”，在地质条件及测试资料约束下，总结出的裂缝性砂岩储层五个测井响应特征及提出的“三步骤”裂缝性储层划分方法在东濮凹陷三叠系有很好的应用效果。

参考文献：

[1] 赵俊峰，纪友亮，陈汉林，等. 电成像测井在东濮凹陷裂缝性砂岩储层评价中的应用[J]. 石油与天然气地质，2008，29(3):383-390.

[2] 吴海燕，朱留方. 成像、核磁共振测井在埕北裂缝性储层评价中的应用[J]. 石油与天然气地质，2002，23(1):45-48.

[3] Luthi S M，Souhaite P. Francture aperatures from electrical borehole scans[J]. Geophysics，1990，55(3):821-833.

[4] 张莉，岳乐平. 鄯善油田地应力、裂缝系统与油田开发[J]. 石油与天然气地质，1999，20(4):330-332.

[5] 黄继新，彭仕宓，王小军，等. 成像测井资料在裂缝和地应力研究中的应用[J]. 石油学报，2006，27(6):65-69.

[6] 孙建孟，王永刚. 地球物理资料综合应用[M]. 山东东营:石油大学出版社，2001:173-177.

中图分类号：P631.8+1

文献标识码：A

DOI:10.3969/j.issn.1008-2336.2012.03.086

收稿日期：2012-02-09；改回日期：2012-03-12

第一作者简介：赵俊峰，男，1973年生，高级工程师，博士，2004年获中国石油大学（北京）测井硕士学位、2009年获同济大学地质博士学位，从事测井资料审核、新技术研究及科研管理工作。E-mail：zhao.tongji@163.com。

文章编号：1008-2336（2012）03-0086-06

The Well-logging Evaluation Method of Tightly Fractured Sandstone Reservoir in Zhongyuan Oilf i eld

ZHAO Junfeng, CHEN Hanlin, LI Fengqin, WANG Xuanran
（Well Logging Company of Zhongyuan Oil fi eld of SINOPEC, Puyang Henan 457001, China）

Abstract:In order to effectively identify and evaluate tight-sandstone Triassic fracture reservoirs with characteristics of double porosity, the double calibration technology has been used. Under the constraints of geologic conditions and testing data, through study on lithologic, electronic, physical properties and HC existence in fractured reservoirs, the well logging response of fractured sandstone in Triassic has been summarized, and the effective method to identify fractured reservoir has been formed. In addition, the quantitative evaluation models on parameters of fractured reservoir have been constructed, and the oil and water identif i cation standards for different blocks have been established. According to the testing results of twenty-one wells, the coincidence rate of this method with log interpretation results is up to 87.5%. With this method, the identif i cation capability on fractured reservoir with welllogging data has been improved, and the quantitative evaluation on fractured reservoirs can be conducted

Key words:Triassic; fractured sandstone; log response; reservoir classif i cation; fl uid property; identif i cation of oil and water