叙利亚A油田J组灰岩油藏裂缝识别及有效性评价

2014-11-22夏冬冬解丽慧中石化石油勘探开发研究院北京100083

石油天然气学报 2014年10期

夏冬冬，解丽慧（中石化石油勘探开发研究院，北京 100083）

司马立强（西南石油大学资源与环境学院，四川成都 610500）

张庆红（中石化石油勘探开发研究院，北京 100083）

叙利亚A油田位于西阿拉伯盆地Sinjar油气区内，是一个受构造控制的裂缝性灰岩油藏。主要目的层J组基质高孔（＞20%）、低渗（＜1mD）、低阻（＜5Ω·m），孔隙结构复杂，非均质性强。裂缝是储层主要的储集空间之一，是决定储层渗流能力、控制储层发育及品质的关键因素［1～3］。在储集物性较好的储层中若有效裂缝发育，将有可能获得高产油气。因此，对A油田J组的裂缝评价研究是储层评价的重要方面。笔者利用岩心、常规测井和FMI（地层微电阻率扫描成像）测井资料相结合进行储层裂缝的定性识别，并结合研究区的实际生产资料，对裂缝有效性进行评价，取得了良好的应用效果。

1 裂缝识别方法

1.1 岩心识别裂缝

岩心是获取地下裂缝分布最直接有效的资料，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。通过对A油田11口井575.7m的岩心进行观察，每口井均有裂缝发育，以高角度或垂直裂缝为主，占全部裂缝条数的60%以上；部分层段发育低角度缝和网状缝，有的裂缝被石膏或者方解石充填，认为是无效裂缝。裂缝发育强度从浅层到深层逐渐变大，浅层主要发育小尺度裂缝，深层主要发育大尺度裂缝。扫描电镜和铸体薄片资料（图1、2）显示，J组岩心微裂缝发育，微裂缝以及沿裂缝分布溶蚀孔洞对油气存储及渗流起到关键作用。

图1 扫描电镜显示微裂缝

图2 铸体薄片显示微裂缝

1.2 常规测井识别裂缝

通过岩心和FMI测井刻度后，选择对裂缝响应敏感的测井曲线进行裂缝识别。对比发现，双侧向电阻率曲线和三孔隙度曲线对裂缝有一定的响应，并运用时频分析方法对储层裂缝进行识别。但是常规测井响应受储层岩性、流体、钻井条件等多方面因素影响，很难将裂缝响应识别出来［4］，因此常规测井常常需要结合FMI测井进行裂缝综合解释。

1.2.1 曲线特征识别法

在碳酸盐岩地层中，双侧向电阻率的大小及幅度差异，除了受岩石骨架电性特征和储层流体性质的影响外，较大程度受到裂缝发育程度的控制。双侧向电阻率水槽模型试验结果（图3）表明，高角度（大于75°）裂缝，双侧向电阻率呈 “正差异”特征；低角度（一般60°以下）裂缝，双侧向电阻率呈 “负差异”特征［5］。岩心和成像资料表明，J组裂缝以大于75°的高角度裂缝为主，裂缝发育层段双侧向电阻率大幅度降低，且深、浅侧向电阻率呈明显的正差异特征，与双侧向电阻率水槽模型试验结果一致。

高角度裂缝在直井中的测井响应特征不明显，难以识别。当储层中发育低角度裂缝或者网状裂缝时，声波的首波传过裂缝使其幅度衰减，造成首波没有被记录而后续波反被记录下来的情况，表现为声波时差增大，出现周波跳跃现象。此外，补偿中子也会小幅度变大。由于密度测井为贴井壁测量，当极板接触到裂缝时，由于泥浆侵入会引起密度减小。

A－1井1029～1048m井段，双侧向电阻率（ρlls、ρlld）在相对高阻背景下降，仅有1.2～2.2Ω·m，且呈明显的正差异特征；声波时差（Δt）、中子孔隙度（n）增大，补偿密度（ρc）降低，常规测井综合判断为裂缝发育层；从FMI图上见黑色的正弦条带，表明高角度裂缝发育（见图4）。常规测井曲线特征方法识别裂缝结果与FMI测井识别结果一致。

图3 双侧向电阻率水槽模型试验结果

图4 A－1井裂缝识别

1.2.2 时频分析法

时频分析可以将电阻率曲线变换到时间－频率域进行解释，在时间－频率域内突出了裂缝发育段的电阻率值的变化。将电阻率信息映射在其时频面频谱能量特征上，求取电阻率曲线间微差形态波形信号的频谱能量特征，即可提取出裂缝发育信息。

A－9H井采用时频分析法进行裂缝识别，处理结果图（图5）中，当时频分析曲线的颜色由深蓝色逐渐变为红色（彩图显示颜色）时，表示该层段的裂缝发育；对比FMI测井的裂缝密度显示，时频分析识别裂缝的效果较好。

图5 A－9H井裂缝时频分析

1.3 FMI测井识别裂缝

FMI测井以数据量大、分辨率高、所携带的地质信息多、成像直观等突出特点，在裂缝评价研究方面具有很大优势。A油田测量了大量的FMI测井，对判断裂缝产状、充填程度和真假裂缝识别起到重要作用。

用FMI测井资料定性评价储层裂缝，首先必须鉴别真假裂缝。一些地质事件如层界面、泥质条带，还有钻井过程中产生的诱导缝等，在成像图中与天然裂缝有许多相似的特征，容易发生误判错判［6，7］。需要仔细观察真假裂缝在FMI图上的差别，将天然有效裂缝从各种与裂缝特征相似的层界面、泥质条带、诱导缝以及闭合无效缝中鉴别出来。通过对A油田部分井段成像资料进行分析，发现在J组存在以下几种类型的真假裂缝（图6）。

1）泥质条带在成像图上表现为厚层、孤立的黑色正弦条带，与上下地层倾角一致，颜色对比明显。泥质条带结合自然伽马曲线容易识别。

2）层界面层理面在成像图上表现为一组相互平行、明亮相间的条带，宽度窄而均匀。而天然裂缝一般既不平行又不规则。

3）诱导缝诱导裂缝是地层应力作用下产生的裂缝，对称分布，排列整齐，缝面形状较规则且缝宽变化很小。

4）闭合无效缝闭合缝是裂缝被方解石、石膏等高阻固体介质充填，或者在成岩过程中受地层压力挤迫而闭合。闭合缝在成像图上表现为亮色的正弦条带，为无效裂缝，对储层储渗性能无贡献。

图6 A油田FMI测井资料识别裂缝

5）天然有效缝天然裂缝为多期构造运动形成，分布极不规则。利用FMI测井与岩心对比，在J组识别出3类天然有效裂缝，即高角度缝、低角度缝和网状缝。3类裂缝在FMI图上均表现为暗色的正弦形态条带，角度越高，正弦幅度越大；角度越小，幅度越低。网状缝成像图上可以看到不同角度的暗色正弦条带交织在一起。

2 裂缝有效性评价

2.1 裂缝性质与裂缝有效性的关系

1）裂缝产状试油和生产资料表明，高角度裂缝、网状缝发育的井试油产量较高，由于J组埋藏深、地层压力大，低角度裂缝多为半闭合状态，对改善储层渗流能力有限，油气产量低。因此，在A油田地层高角度裂缝、网状裂缝有效性好，而低角度裂缝有效性相对较差。

2）裂缝充填程度裂缝充填包括高阻充填和低阻充填，高阻充填一般为方解石和石膏，低阻充填一般为泥质充填。高阻充填在成像图上表现为亮色的正弦条纹，双侧向电阻率曲线无明显响应。低阻充填表现为暗色的正弦条纹，qKTh较高。整体而言，裂缝随充填程度的增加而有效性变差，没有油气产出。

3）裂缝密度和张开度通过研究区成像裂缝资料统计，J组上部平均裂缝密度约为0.4条／m，裂缝开度普遍在1mm以下；下部裂缝密度约为0.8条／m，裂缝开度在1～3mm之间；表明下部地层的裂缝更为发育，具有密度大、开度大的特点，更有利于油气的产出。

2.2 裂缝有效性定量计算

2.2.1 裂缝孔隙度计算

哥伦比亚大学的P.A.Pezard和R.N.Anderson于1990年分析了裂缝内充满泥浆条件下的双侧向电阻率响应特征，并推导出裂缝孔隙度计算公式［8］。该次研究在FMI测井校正结果的基础上，对P.A.Pezard公式进行了修正，得到适合于A油田的裂缝孔隙度计算公式：

式中：ρt为地层真电阻率，Ω·m；ρxo为冲洗带地层电阻率，Ω·m；c为裂缝孔隙度，%；σd为深侧向电导率，S／m；σs为浅侧向电导率，S／m；σmf为泥浆电导率，S／m；fc为裂缝孔隙度计算公式的校正系数，经FMI测井刻度后，取值在0.001～0.05之间。

2.2.2 裂缝张开度计算

斯伦贝谢公司的A.M.Sibbit和O.Faiver于1985年采用有限元素法推导了3种角度的裂缝张开度的计算公式［9］，他们研究发现，在裂缝发育段导致双侧向电阻率出现幅度差的主要原因是导电流体侵入裂缝。而影响双侧向电阻率大小的因素有4个：基岩电阻率（ρb）、侵入裂缝流体电阻率（ρmf）、裂缝张开度（bfo）和裂缝侵入深度。同样在FMI测井刻度基础上，笔者对A.M.Sibbit公式进行了修正：

式中：bfo为裂缝张开度，μm；σb为基岩电导率，S／m；fc1和fc2均为裂缝张开度计算公式的校正系数，经FMI测井刻度后，取值在0.001～0.05之间。

对于网状裂缝，可分别求出低角度裂缝和高角度裂缝的bfo，两者相加即可。

2.3 裂缝层有效性分级评价

J组裂缝性碳酸盐岩储层非均质性极强，测井评价裂缝的难度很大。为了更好地评价裂缝的发育程度，指导测井准确划分储层类型和级别，采用了裂缝权衡分数评价方法，并结合测井计算得到的c、bfo，确定了A油田有效裂缝层分级评价标准。

2.3.1 研究方法

1）评价参数的选取根据研究区裂缝识别的研究成果，选用对裂缝敏感的9项测井参数：常规测井参数6项，包括双井径差值、岩性曲线、Δt、n、ρc、深浅侧向电阻率之差（比）；FMI测井参数2项，包括裂缝面密度和校正裂缝线密度；最后一项参数为裂缝发育层厚。

2）评价参数均一化参数均一化即以单项参数值减去同类参数的极小值，再除以同类参数的极大值和极小值差值，使得每项评价分数均在0～1之间；

3）权系数的确定考虑到各项参数对裂缝的敏感程度有差异，该次研究以成像资料为参考，泥浆漏失和动态资料为标定，通过地质统计学分析，得到各项参数的最佳权系数：校正裂缝线密度权系数为0.272，裂缝面密度权系数为0.244，双井径差值权系数为0.074，岩性曲线权系数为0.087，声波时差权系数为0.076，补偿中子权系数为0.078，补偿密度权系数为0.089，深浅侧向电阻率差（比）权系数为0.026（0.025），裂缝发育层厚权系数为0.069。

4）裂缝权衡评价分数的确定将标准化后的9个参数，分别乘以该类参数的权系数，得到单项权衡评价分数，再将单项权衡分数相加，即为裂缝的权衡评价分数F。其计算公式为：

式中：F为裂缝权衡评价分数；xi为标准化后表征裂缝性质的参数；ai为权系数。

2.3.2 裂缝级别划分

表1 A油田J组有效裂缝层分级评价标准

3 实例分析

在叙利亚A油田裂缝性灰岩油藏测井综合解释中，利用上述裂缝识别和有效性评价方法，取得了较好的效果。

A油田A－10井960～962.4m和967～969.5m井段ρlls、ρlld降低，且有明显的正差异，Δt和n增大，ρc降低，三者变化一致性好，Ipe略有减小；FMI图上显示有高角度裂缝密集发育，且张开度大，未见充填，属于裂缝有效性好的层段，2个层段在钻井过程中，泥浆漏失量分别为211.5桶／h和119桶／h（图7）。利用裂缝有效性定量计算方法得到2个井段的F均大于0.5，c在0.42%～0.61%之间，bfo在85～184μm之间。在958～972m层段进行试油，日产油达到290.4桶，综合评价为Ⅰ类裂缝发育层。

图7 A－10井Ⅰ类有效裂缝储层测井综合评价

A－15井858～866.2m和869.2～871.3m井段常规测井响应特征与 A－10井960～962.4m、967～969.5m井段相似，均显示有裂缝发育，但FMI图上浅层的裂缝条数明显少于深层的2个层段，且角度变小，颜色相对明亮，表明浅层bfo小，局部被充填，属于裂缝有效性中等的层段（图8）。其泥浆漏失量远小于深层，仅为48.3桶／h。计算的c在0.42%～0.61%之间，bfo在85～184μm之间，F在0.28～0.4之间。在855～875m层段进行试油，日产油达到102.8桶，综合评价为Ⅱ类裂缝层。

A－20井820～829m井段ρlls、ρlld有一定的降低，但无明显的正差异，FMI图上该段裂缝发育少，且多为充填缝。计算的c小于0.1%，bfo小于20μm，F为0.12，综合评价为Ⅲ类裂缝层。该井初产油仅11.5桶／d，且递减速度快，很短时间内关井。