FMI成像测井在碳酸盐岩裂缝和断层研究中的应用

2014-04-27马中远

石油地质与工程 2014年3期

黄苇，马中远，张黎

（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）

众多学者利用FMI成像测井资料进行了大量的地质研究工作，FMI成像测井主要是通过图像特征和几何形态的变化来反映电阻率物理参数的差异，从而揭示地层的不同岩性和沉积构造的差异［1－2］。FMI成像测井是进行地质研究的重要测井手段，它可以对沉积、构造现象解释提供重要的信息，前人在取心资料不足的情况下，利用FMI成像测井在垂向上具有连续性和直观性的优势，对碎屑岩和碳酸盐岩地层中的裂缝、断层、沉积现象进行了十分有效的应用，解决了大量地质问题［3－5］。本文试图利用成像测井资料，解剖塔中和巴麦地区的2口鹰山组碳酸盐岩地层中探井裂缝和断层的成像测井特征，探讨应用FMI成像测井资料进行断裂、裂缝分析的方法技术。

1 成像测井的裂缝解释

1.1 裂缝类型

裂缝是在应力作用下，岩石发生破裂且破裂面两侧未发生明显位移的产物。裂缝可分为天然裂缝和诱导缝两大类，其中天然裂缝又可分为构造裂缝和非构造裂缝［6－8］。在碳酸盐岩地层中，天然裂缝和诱导缝均较为常见，从FMI图像特征观察表明，裂缝可大致分为高角度裂缝、中低角度裂缝、共轭裂缝、网状裂缝、钻井诱导缝和缝合线。

碳酸盐岩地层中的高角度裂缝（图1a）、中低角度裂缝（图1b）、共轭裂缝（图1c）和网状裂缝（图1d）均为以构造作用为主而形成的天然裂缝，它是由于在区域构造应力场中，岩石受不同方向、不同角度和不同强度的构造挤压、拉伸或剪切走滑等应力的相互作用下，进而发生破裂变形，形成了角度高低不等、裂缝与裂缝之间不同接触类型的复杂裂缝网络系统。对于碳酸盐岩致密储层而言，基质孔隙一般不发育，岩溶缝洞是其重要的储集空间［9］，因此，构造裂缝的发育程度直接关系到碳酸盐岩储层质量的好与坏，它对碳酸盐岩储层的形成和改造具有重要作用。

钻井诱导缝属于钻井过程中所产生的人工缝，是由钻具震动、应力释放和钻井液压裂等因素诱导形成的，图像上往往表现为两组羽状排列或两条近于直立的暗色线条（图1e），诱导缝主要是由于工程因素造成的，对储层原始储集性能没有贡献。

缝合线是非构造因素形成的裂缝，它是因岩石体积形变、自身重力、成岩作用等与构造应力无直接关系的因素而诱发的构造类型［10］。缝合线在FMI成像测井图像特征一般表现为缝面不平直，呈齿状，多数产状与地层产状近于一致的基本特征（图1f），缝合线一般缝间多为残留粘土充填，沿部分缝面有时可见油气浸染和荧光显示，可反映缝合线缝在特定时期可以作为油气运移的通道。

图1 碳酸盐岩中不同类型裂缝FMI图像特征

1.2 裂缝充填特征

碳酸盐岩裂缝中充填物主要为方解石、泥质和有机质。对于裂缝充填方解石而言，FMI成像测井图像往往表现为高阻缝（图1g）的特征，高阻缝图像上常为晕圈状的亮黄－白色正弦曲线，反映裂缝被方解石等高阻矿物充填，此类裂缝由于已被充填，不能作为储集空间，属于无效缝。若裂缝中充填泥质、有机质或未充填，FMI成像测井表现为高导缝的特征，高导缝图像上往往表现为褐黑色正弦曲线，一般连续性较好，裂缝边缘不平直，有时沿裂缝边缘见有溶蚀扩大和掉块现象，图1h中的图像上的褐黑色或黑色曲线表明此类裂缝未被方解石等高阻矿物充填，可能为低阻泥质或有机质充填，或未被充填，若能结合岩心上裂缝充填特征，则可准确确定裂缝的充填情况。

1.3 裂缝产状

FMI成像测井能够较为精确的拾取裂缝的产状，通过走向、倾向和倾角等3个参数来表征不同类型的裂缝参数。以X2井为例，统计表明，该井裂缝倾向总体有两组方向，分别为北西西和南南东（图2a）；裂缝走向总体为北东－南西（图2b）；裂缝倾角的分布范围较大，20°－50°稍占优势（图2c），表明裂缝以中、低角度为主。从裂缝走向来看，北东－南西的走向与井旁大断层走向近于一致，表明裂缝和断层具有成因上的联系，为与之同期构造运动形成的产物。

图2 X2井碳酸盐岩裂缝参数统计

2 成像测井的断层解释

FMI成像测井的构造分析是基于对层面的识别和计算而进行的。一般情况下，较为可靠的、能反映地层产状的界面是不同岩性分界面（层面）和代表低能环境的水平层理面，在层面精细识别的基础上，利用成像测井资料能够较好的揭示探井的井旁构造特征。

地层重复出现是判断断层存在的重要标志。以X1井为例，在深度段 A（5 295～5 360 m）和深度段B（5 385～5 502 m）均出现了含灰质云岩、云质灰岩、泥晶灰岩这套地层，电阻率曲线的响应特征最为明显，总体由齿状向上变为箱状，地层出现明显的重复特征，说明X1井钻遇断层，断层性质为逆断层。断裂带常由断层核和破碎带两部分组成，断裂带内部因断层面两侧围岩发生变形，使得裂缝较为发育［17］，在X1井的两个深度段A与B之间，电阻率有所偏小，判断为断层破碎带，断点位置位于5 360～5 385 m之间（成像测井不能确定断点位置及断层产状），从X1井的岩心特征来看，在断层破碎带5 360～5 385 m内取心上可见裂缝十分发育，在岩心剖面上可见擦痕特征，均反映了断层破碎带的特征。

在地层岩性相对均一、纵向变化不明显的情况下，结合构造地震解释，可大致确定断层的存在。以X2井为例，该井层面拾取和产状统计结果表明，地层倾向在纵向上变化明显，具体变化特征为（图3）：在地层中、上部井段6 255～6 398 m，地层倾向为南西向，地层倾角为8°～16°；在地层中、下部井段6 398～6 424 m，地层界面不清，裂缝较为发育（图4）；在地层下部井段6 424～6 461 m，地层倾向与上部相反，倾向为北东向，地层倾角往下有所增大，一般为8°～26°。从纵向上的地层产状变化特征进行井旁构造分析后认为该井钻遇断层，由于断层的作用，导致上下盘地层产状不同，推测断层破碎带发育深度段为6 398～6 424 m。总体来看，X2井先钻遇断层的上升盘，紧接着钻遇断层破碎带，该带内地应力集中，裂缝发育，地层界面不清，为空白带；最后在6 424 m以下，本井钻遇了断层的下盘。由于整个FMI成像测井解释井段岩性基本相同，因断层两盘的图像特征相似，不能完全判定断层的存在，但是结合X2井区鹰山组顶面的构造图来看（图5），在X2井旁就存在一条北东－南西走向的断层，再结合上述分析后认为，该井钻遇了与该条断层相伴生的小断层。