塔河油田储层裂缝测井识别和有效性评价

张凤生，司马立强，赵冉，杨洪鹏

（1.西南石油大学资源与环境学院，四川成都610500；2.中国石化西北油田分公司勘探开发研究院，新疆乌鲁木齐830011）

塔河油田储层裂缝测井识别和有效性评价

张凤生1，司马立强1，赵冉2，杨洪鹏1

（1.西南石油大学资源与环境学院，四川成都610500；2.中国石化西北油田分公司勘探开发研究院，新疆乌鲁木齐830011）

综合利用岩心、常规测井、电成像测井和偶极横波成像测井资料研究裂缝有效性。针对塔河油田奥陶系裂缝性储层，结合不同探测深度的微电阻率成像FMI和方位电阻率成像ARI测井资料研究裂缝的径向延伸深度，分析储层裂缝的有效性；利用微电阻率成像FMI和偶极横波测井DSI提供的斯通利波信息分析裂缝的渗滤性，在裂缝发育段计算裂缝参数，定量评价储层裂缝的有效性。经油田现场测试，4种方法结合可以较为准确地评价储层裂缝的有效性。

测井评价；碳酸盐岩；储层裂缝；测井识别；有效性；塔河油田

0 引 言

塔河油田奥陶系储层岩性以致密灰岩为主，基质孔隙度低，渗透性差，但裂缝发育。裂缝使得这种致密的碳酸盐岩储层中也能获得工业性油气流［1］。因此，裂缝是决定储层渗流能力、影响储层好坏的关键因素，裂缝有效性评价对于塔河油田的储量评价和产能建设都尤为重要。本文的裂缝有效性研究主要包括有效裂缝的定性识别和裂缝有效性的定量评价2个方面，综合利用岩心、常规测井和FMI、ARI以及DSI等特殊测井识别有效裂缝，利用双侧向数值模拟得到的裂缝参数公式计算了裂缝参数，结合工区的实际生产资料，对裂缝有效性进行了定量评价，得到的结果与实际生产情况一致，评价效果较好。

1 储层裂缝测井识别

1.1 岩心裂缝观察与分析

研究储层裂缝的最直观最有效的方法是岩心观察和描述，岩心数据直接反映了取心层位上裂缝发育的基本参数，是验证其他间接测量方法和裂缝预测方法的直接证据。通过岩心观察可以非常直观地确定裂缝的类型、大小、产状和密度等。统计了塔河油田12区一间房组13口井岩心163.96m，共发育裂缝3 357条，对储层贡献较大是未充填或半充填的有效缝，其中一间房组发育有效裂缝406条；鹰山组12口井的岩心长度为179.03m，共发育裂缝1 233条，其中有效缝591条。分析表明，塔河油田12区一间房组、鹰山组裂缝非常发育，其裂缝类型以中－小构造缝为主，裂缝在后期改造过程中大部分被泥质、方解石或有机质充填，多数为无效的充填缝。通过岩心观察统计得出，裂缝是塔河油田最主要的储集空间之一，一间房组和鹰山组裂缝普遍发育，鹰山组比一间房组的有效裂缝更发育。

通过研究岩心CT扫描和扫描电镜图片，从微观的角度研究储层岩石内部的储集空间结构和微裂缝发育情况。CT扫描利用X射线把岩心的三维实体投影到二位平面图像上，能直观获得岩心裂缝的宽度、方位、体积等几何特征参数和裂缝在立体空间内的展布；扫描电镜具有景深大、立体感强、分辨率高的特点，能观察到岩心立体空间结构；扫描电镜微观分析可以非常直观、有效地对微裂缝进行观察分析。通过岩心储集空间微观分析，微裂缝在塔河油田奥陶系储层中非常发育，且开启性、连通性较好，对油气运移、聚集起着关键作用［2］。

1.2 测井识别裂缝

1.2.1 常规测井识别裂缝

在塔河油田，通过选择对裂缝响应较为敏感的测井曲线，利用成像测井和岩心标定后识别裂缝，其中双侧向电阻率及差异法、三孔隙度曲线特征法和自然伽马能谱法3种方法在塔河油田应用效果较好［3］。

（1）双侧向电阻率及差异法。在致密碳酸盐岩地层中，双侧向电阻率值的大小及差异除了受岩石电阻率特性和地层流体性质影响外，还要受裂缝的控制。裂缝的产状与深、浅双侧向的差异有直接关系，即低角度裂缝，双侧向呈负差异（RLLd＜RLLs）。这是由于深侧向的径向探测深度大，受泥浆侵入影响大，而泥浆电阻率远远小于碳酸盐岩基岩的背景电阻率值，因而深侧向电阻率值小于浅侧向电阻率值；随着裂缝倾角的增加，深、浅侧向电阻率响应值都增加，但深侧向的增加速度大于浅侧向的增加速度。在裂缝倾角达到临界角（定义深浅侧向曲线相交时的角度为临界角）后，裂缝的双侧向测井响应为正差异（RLLd＞RLLs），这是由于此时靠近井壁的裂缝近直立，为浅侧向的电流提供了良好的通路，使得泥浆对浅侧向的影响大于深侧向，从而浅侧向的视电阻率小于深侧向的视电阻率［4］。

（2）三孔隙度曲线特征法。当地层中存在低角度裂缝或网状裂缝时，声波的首波必须通过裂缝传播。裂缝较发育时，声波穿过裂缝会使其幅度受到很大的衰减，造成首波不被记录，而其后到达的波反而被记录下来，表现为声波时差增大，即周波跳跃。因此，可利用声波时差的增大定性识别低角度缝或网状缝发育井段；密度测井为贴井壁测量，当极板接触到天然裂缝时由于泥浆的侵入会对密度测井产生一定的影响，引起密度测井值减小；通常，中子测井值对单一的高角度缝无明显反映，在低角度缝与水平缝处增大［5］。

（3）自然伽马能谱分析法。铀易溶解于水，一般以离子形态存在于地下水中。在地下水运动过程中，通过裂缝时，裂缝壁就会吸附这些铀元素，使得地层铀含量增加。对正常的沉积环境而言，铀元素含量低于或接近泥质体积（钍＋钾）的数值；当有裂缝存在时，铀含量可能比泥质体积值大，通过高铀异常可识别裂缝。

塔河油田×16井6 348～6 357m和6 362～6 369m段双侧向电阻率25～100Ω·m，在高电阻率背景下有所降低且双侧向呈明显的正差异特征；声波增大、中子增大、密度降低，三孔隙度一致增大；高自然伽马值、低无铀自然伽马值、高伽马段显示高铀特征，常规测井综合识别储层裂缝发育段。该层段在FMI图像上显示黑色正弦条带，指示高角度裂缝发育，综合判别为Ⅱ类裂缝型储层（见图1）。

裂缝的存在会使常规测井的响应特征发生变化。但由于常规测井受诸多因素的影响，且裂缝的非均质性强、裂缝分布情况复杂，所以解释是多解性的、不确定的。鉴于常规测井的多解性和裂缝的复杂性，大多数情况下是常规测井与成像测井结合综合识别裂缝。

图1 塔河油田×16井常规测井识别裂缝

1.2.2 成像测井识别裂缝

利用成像测井可以准确识别储层裂缝，确定裂缝的密度、产状以及充填情况等。塔河油田常见有层界面、诱导裂缝、薄层状灰岩和闭合缝等4种地质体，与天然有效裂缝有许多相似的特征。但是由于裂缝径向延伸浅、或裂缝被充填、裂缝开启程度低等原因，不能起到储集或渗滤的作用，属于无效裂缝（见图2）。利用成像测井识别裂缝，首先必须鉴别与天然裂缝特征相似但对储层贡献不大的假裂缝或诱导裂缝。假裂缝与天然有效缝两者在微电阻率测井图像上仍有一些不同特征［6］。本文通过塔河油田真假裂缝在微电阻率测井图像的特征，总结了塔河地区真假裂缝的识别方法。

（1）层界面。层界面与水平裂缝在FMI图像上特征相似，但层界面一般在图像上连续、完整，不能在图像上中断，总是相互平行或上下相切，但不能交叉，且相邻2个层界面的电相相同或相似（如非均匀介质）。

（2）诱导缝。诱导裂缝是地层应力作用下即时产生的裂缝，故排列整齐，规律性强；诱导裂缝的缝面形状较规则且缝宽变化很小；诱导裂缝径向延伸都不大，故深侧向测井电阻率值下降不很明显。

图2 塔河油田成像测井资料识别真假裂缝

（3）薄层状灰岩。岩石颗粒呈层状排列，层距很小，层面一般平行整套地层的层理，仅少数呈交叉排列。在原始状态下，层间缝隙极其微小，地层流体难于渗滤。薄层状构造通常在微电阻率成像测井图像上表现为平行于地层层面的、比较规则的深色高电导异常。

（4）闭合缝。闭合缝是裂缝被充填或胶结或成岩过程中受地层压力增大，使裂缝闭合。闭合缝也是裂缝，只是由于裂缝张开度太小，对储层储渗性能贡献很小。闭合缝在FMI图像上表现为亮色的正弦条带。

（5）天然裂缝。天然裂缝常为多期构造运动形成，分布极不规则，又遭地下水的溶蚀与沉淀作用的改造，故裂缝面不太规则，且缝宽有较大的变化，表现在电成像图像上裂缝可以切割任何介质（或电相，包括层界面），且裂缝相互可以平行或相交；裂缝由于总是与构造运动和溶蚀相伴生，因而电导异常，一般既不平行，又不规则。

2 储层裂缝有效性测井评价

2.1 基于双侧向测井信息评价裂缝的有效性

经分析，裂缝的产状与深、浅双侧向的差异有着直接关系。即低角度裂缝，深侧向的径向探测深度大，受泥浆侵入影响大，泥浆电阻率远远小于碳酸盐岩基岩的背景电阻率值，因而深侧向电阻率值小于浅侧向电阻率值，双侧向呈负差异（RLLd＜RLLs）；高角度缝，由于此时靠近井壁的裂缝近直立，为浅侧向的电流提供了良好的通路，使得泥浆对浅侧向的影响大于深侧向，从而浅侧向的视电阻率小于深侧向的视电阻率，双侧向测井呈正差异（RLLd＞RLLs）。而且裂缝越发育，即裂缝张开程度、裂缝密度、裂缝径向延伸深度越大，双侧向测井电阻率相对基质岩石电阻率下降幅度越大一些，双侧向的差异幅度也越大［7］。因此，在前面识别出裂缝的基础上，通过分析双侧向电阻率值和差异程度可以判定裂缝的有效性，利用深浅侧向电阻率的比值可以定性判定裂缝的有效性，当（RLLd／RLLs）＝1或接近1时，双侧向电阻率无差异或差异小，裂缝有效性不好；当（RLLd／RLLs）＜1时，其值越小指示低角度裂缝越有效；当（RLLd／RLLs）＞1时，其值越大指示高角度裂缝越有效。即在裂缝发育段电阻率降低的越多，双侧向差异幅度越大，指示裂缝有效性越好。

2.2 ARI和FMI结合评价裂缝的有效性

应用FMI和ARI相结合评价裂缝的有效性，就是基于2种测井方法有不同的径向探测深度和纵向分辨率，裂缝的径向延伸状况和张开程度对其有效性评价至关重要。通常，FMI的径向探测深度只有10～20cm，比ARI测井的2～2.5m小得多，FMI纵向分辨率可以达到5mm，ARI的纵向分辨率约为20cm。FMI和ARI相结合，从裂缝在井壁上的形态特征评价裂缝的张开程度和径向延伸程度，可以准确评价裂缝的有效性。FMI可看到井壁上的全部裂缝，包括有效的和无效的；ARI只能看到径向延伸在2m以上且张开度相对大的裂缝，两者结合可以判断出裂缝径向延伸情况。从FMI图上确定是否为天然裂缝，再从ARI图看这些裂缝是否存在，不存在的为无效裂缝，存在为有效裂缝。

2.3 DSI和FMI结合评价裂缝的有效性

裂缝的渗滤性能综合反映了裂缝的张开度、径向延伸程度和彼此的连通情况，因此，渗滤性是评价裂缝有效性最好的指标。而斯通利波作为一种管波可以用来评价地层的渗透性，斯通利波在井筒中沿井壁径向膨胀和收缩，如存在有效裂缝与井壁连通，则将使钻井液（或泥浆滤液）沿着裂缝流进和流出，使斯通利波幅度降低；反之在无效裂缝处，则不会发生能量的衰减。DSI偶极横波测井可以提供斯通利波以及纵横波等丰富信息，斯通利波具有较大的径向探测深度，它的反射性衰减主要发生在渗透性好的层段，因此，斯通利波能量衰减以及纵、横波全波列变密度图像的干涉条纹特征也可以定性判断裂缝储层的渗透性［8］。

2.4 裂缝有效性定量评价

2.4.1 裂缝张开度计算

A.M.Sibbit与O.Faiver［9］采用有限元素法推导了裂缝张开度的计算模型，他认为影响侧向测井电阻率的因素有4个，分别是基岩电阻率Rb、侵入裂缝的流体电阻率Rm、裂缝张开度ε、裂缝侵入深度。在裂缝发育段双侧向测井出现差异的原因是导电流体侵入裂缝所致。

（1）垂直裂缝

（2）水平裂缝。Sibbit的研究表明水平裂缝的深侧向电导率与基岩电导率之差与Rm、ε有关系，得出水平裂缝张开度的计算公式

式中，ε为裂缝张开度，μm；Cs、Cd、Cm分别为浅侧向、深侧向、泥浆电导率，S／m；Cb为基岩块电导率，Cb值可从与解释层邻近的致密地层读取，也可在求出解释层的孔隙度后，由Cb＝（φmS）／Rw近似计算。式（2）的适用条件：①裂缝中的流体是导电流体且无限侵入；②ε是侧向测井探测范围内张开度的总和；③双侧向测井的差异是由于导电流体侵入裂缝所引起的。

对于网状裂缝，可分别求出低角度裂缝和高角度裂缝的张开度，然后相加即可。

2.4.2 裂缝孔隙度计算

通过对各种测井信息分析发现，电阻率测井对裂缝响应最敏感，因此，实际应用时，通常利用双侧向测井曲线计算裂缝孔隙度。计算公式为：

式中，φf为裂缝孔隙度，%；mf为裂缝的孔隙度指数；Kr为裂缝畸变系数；Cs、Cd、Cm、Cw分别为浅侧向、深侧向、泥浆和地层水的电导率，S／m。

2.4.3 裂缝有效性定量评价标准

根据近几年塔河油田测井评价裂缝的经验和裂缝参数定量计算方法，结合塔河油田试油和生产动态资料，确立了奥陶系灰岩评价裂缝的有效性定量评价标准（见表1），对建立的标准进行试油测试，得到的结果比较符合实际情况。

表1 塔河油田中下奥陶系裂缝有效性定量评价标准

3 应用实例分析

在塔河油田碳酸盐岩储层测井评价研究项目中，应用上述方法，先综合识别储层裂缝，确定裂缝发育段，再对天然裂缝进行了有效性评价，取得较好的效果。

塔河油田×8井5 423.5～5 448m段自然伽马低值、孔隙度增大，声波小幅增大、密度降低、中子基本无变化，双侧向电阻率大幅降低，且有明显正差异，FMI图上显示有高角度裂缝发育，综合判别得出此层段为天然裂缝发育段。由前文分析知，双侧向的电阻率值与差异的幅度可以用来分析裂缝的有效性，通过深浅侧向电阻率的比值可以定性判定裂缝的有效性。当（RLLd／RLLs）＝1或接近1时，双侧向电阻率无差异或差异小，裂缝有效性不好；当（RLLd／RLLs）＜1时，其值越小指示低角度裂缝越有效；当（RLLd／RLLs）＞1时，其值越大指示高角度裂缝越有效；该裂缝发育段（RLLd／RLLs）在1.2～1.9间，裂缝有较大幅度正差异，指示此层段的裂缝有效性较好；由双侧向计算的裂缝孔隙度在0.03%～0.313%之间，裂缝孔隙度平均值0.18%，裂缝张开度在9.4～121.58μm之间，裂缝张开度平均为71.7μm，属于裂缝有效性较好的层段；在ARI图像上也显示双侧向差异大的部位有效裂缝发育，综合判别为Ⅱ类裂缝型储层。通过对该有效裂缝发育段进行联层酸压射孔作业，阶段初期产油297m3／d，不产水（见图4）。

图4 ×8井测井综合评价裂缝有效性

塔河油田×8井5 483～5 485.5m段为一段无效天然裂缝，FMI解释为天然裂缝，ARI无明显反应，5 486.5～5 488m和5 489～5 491m段2个段为有效天然裂缝发育段，FMI和ARI都有明显的裂缝响应［见图5（a）］。×6井6 435～6 445m、6 456～6 470m、6 480～6 498m等3处裂缝发育段为有效天然裂缝，FMI图像上显示多条裂缝发育，DSI成像图上显示斯通利波有能量衰减，斯通利波的变密度显示图像上出现了明显的干涉条纹，指示有效裂缝发育［见图5（b）］。对×6井奥陶系储层分析，在有效裂缝发育段解释了3个油层，对有效裂缝发育段进行了联层射孔作业，该段初期产油33.8m3／d，不产水，均符合测井解释结论，证明FMI结合ARI与DSI能够较好地对储层裂缝进行有效性评价。

图5 FMI与ARI和DSI相结合评价裂缝有效性

4 结 论

（1）岩心、测井结合是识别与评价储层裂缝有效方法。在塔河油田，双侧向电阻率及差异法、三孔隙度曲线特征法和自然伽马能谱分析法3种识别裂缝的方法具有良好的应用效果；成像测井在识别真假裂缝方面具有显著效果。

（2）在裂缝识别的基础上，通过分析双侧向电阻率值和差异程度可以大致判定裂缝的有效性；利用不同探测深度的微电阻率成像FMI和方位电阻率成像ARI测井结合，可以研究裂缝的径向延伸深度，分析储层裂缝的有效性；利用微电阻率成像FMI和偶极横波测井DSI提供的斯通利波信息可以分析裂缝的渗滤性，在裂缝发育段计算裂缝参数，并进一步定量评价储层裂缝的有效性。经塔河油田现场测试，4种方法结合可以较为准确地评价储层裂缝的有效性。

［1］ 陈冬，魏修成.塔河地区碳酸盐岩裂缝型储层的测井评价技术［J］.石油物探，2010，49（2）：147－152.

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［5］ 赵良孝，补勇.碳酸盐岩储层测井评价技术［M］.北京：石油工业出版社，1994：20－23.

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Log Identification and Effectiveness Evaluation on Reservoir Fractures in Tahe Oilfield

ZHANG Fengsheng1，SIMA Liqiang1，ZHAO Ran2，YANG Hongpeng1
（1.Department of Resource and Environment，Southwest Petroleum University，Chengdu，Sichuan 610500，China；2.Research Institute of Exploration and Development，Northwest Oilfield Company，Wulumuqi，Xinjiang 830011，China）

Fractured reservoir is one of the most general reservoirs in Tarim.Fractures have strong heterogeneity.How to use the logging information to identify fractures is always a problem in evaluation of the fracture effectiveness.In this paper，we study the fracture effectiveness with the data of core，well logging，FMI and DSI.As for fractured reservoirs in the Ordovician formation，Tarim basin，a combination of FMI data and ARI data with different investigation depths may be used to study radial extended depths of the fractures，and analyse the fracture effectiveness in the reservoirs.The Stoneley wave information provided by FMI and DSI data may be used to analyse percolation property of the fractures，and based on determination of the developed fractures，the fracture parameters such as fracture openings and fracture porosities are calculated so as to quantitatively evaluate the fracture effectiveness.Practical in－situ log applications prove the above methods are very accurate in evaluating the fracture effectiveness.

log evaluation，carbonate rock，reservoir fracture，log identification，effectiveness，Tahe oilfield

P631.84；TE122.2

A

2011－11－22 本文编辑 李总南）

1004－1338（2012）03－0261－06

中国石化“十一五”国家重大科技专项碳酸盐岩缝洞型储层测井识别与评价技术应用研究项目（编号：2008ZX05049－02－004HZ）；西南石油大学研究生创新基金资助（编号：GIFSB1105）

张凤生，1983年生，从事油气田测井解释、测井地质应用研究。