井斜角对裂缝特征参数统计的影响及其意义

赵中平

西北大学大陆动力学国家重点实验室/地质学系，西安 710069

0 引言

裂缝性油气藏开发的关键之一是要尽可能多地钻遇裂缝。国内外学者研究表明，不同的井轨迹钻遇裂缝的概率是不同的。Aguilera［1］在对某天然裂缝性储集层的3口井的研究中发现：1号井（直井）是一口油气发现井，其幸运地钻遇了高角度裂缝；随后完钻的2号井也是直井但未钻遇任何裂缝，进行压裂增产措施后产能很低而被废弃了；3号井是一口定向井，井轨迹垂直于裂缝走向、钻遇了多条垂直裂缝而成为生产井。另外，Nelson［2］针对典型非对称碳酸盐岩褶皱发育的不同组系裂缝总结了相关的定向井井轨迹的优化方案，指出所有的定向井均应垂直或近似垂直于裂缝走向，以便钻遇裂缝的概率最大。由此可见，直井钻遇高角度裂缝的概率是最低的，而井轨迹垂直于裂缝走向的定向井能够大大提高裂缝钻遇概率。

在定向井井轨迹方位一定的情况下，井斜角也会对裂缝钻遇率有着重要的影响，从而容易误导人们对储层裂缝的倾角、密度等特征参数的统计，影响对裂缝发育程度的客观认识。笔者以某裂缝性碳酸盐岩油藏100余口井（其中90%以上是定向井，均大致垂直于裂缝走向）的全井眼地层微电阻率成像测井（fullbore formation micro image，FMI）资料为例，详细分析钻井井斜角对裂缝倾角、裂缝密度参数统计的影响，并讨论其意义。

1 井斜角对裂缝倾角统计的影响

某油田古近系目的层岩性为坳陷期沉积的厚达500m以上的泥灰岩和粒泥灰岩，在后期区域挤压作用下，受基底走滑断裂控制形成裂缝性储层。该套地层岩性致密，基质几乎不含油，已发现的油藏为裂缝性油藏，目前主要利用斜井和水平井进行开发。从下往上划分为 A、B、C、D、E、F、G、H 共8个小层（图1）。众多的FMI资料揭示该套地层主要发育两组裂缝，其中：占绝对主导的近南北向裂缝（平均走向方位为NE15°）各层均有发育；而近东西走向的裂缝（平均走向方位NE105°）主要在F层发育，其次为G层，其他层则相对不发育（图1）。

1.1 未考虑井轨迹影响的裂缝倾角统计

未考虑井轨迹影响的裂缝倾角统计结果见图1，结果表明，近南北走向和近东西走向的两组裂缝的倾角分布特征完全不同。近南北向裂缝倾角总体以高角度裂缝发育为特征，纵向上从下往上平均裂缝倾角总体逐渐减小，至G和H层裂缝倾角减至最小；底部的A、B层平均裂缝倾角也相对较小，C层平均裂缝倾角最大，达80.4°；G、H层平均裂缝倾角最小、不足55.0°，是高角度裂缝不发育造成的。而近东西走向的裂缝从E至H层平均裂缝倾角分布无明显变化，均为58.0°±1.0°，总体以中低角度斜交裂缝发育为主，高角度裂缝相对不发育。

如前所述，该油藏主要利用定向井进行开发，并实施了部分直井。由于目的层厚达数百米，因此部分定向井在上部目的层的井轨迹也是近似垂直的。对各层具有FMI测井资料的钻井按照井斜角0°～10°、10°～30°、30°～50°、50°～70°、70°～80°和80°～90°的区间进行比例分布的统计（图2）表明：钻揭目的层中部的C-F层的井主要为大斜度井；钻揭底部的A-B层和上部G-H层的井主要为直井和小斜度井。

各层统计的平均井斜角与近南北走向裂缝的平均裂缝倾角的变化趋势一致（图3a）。在C层钻井平均井斜角最大，对应统计的近南北走向裂缝倾角的平均值也最大；A-B层和G-H层的平均井斜角较小，对应统计的近南北走向裂缝倾角的平均值也较小。

上述统计的各层裂缝平均倾角及其纵向的变化趋势是反映了储层真实的裂缝发育特征呢，还是由于井轨迹影响造成的统计假象？下面考虑井轨迹的影响、按照不同井斜角范围统计裂缝倾角，分析井斜角对裂缝倾角统计的影响。

图1 各层两组裂缝的倾角分布特征Fig.1 Characteristics of fracture orientation and dip histogram in individual layers

1.2 考虑井轨迹影响的裂缝倾角统计

分别统计各层小斜度井（包括直井，井斜角范围0°～20°）和大斜度井（井斜角范围20°～90°）钻遇的近南北向裂缝和近东西向裂缝的平均倾角，可以看出小斜度井钻遇的裂缝平均倾角明显低于大斜度井钻遇的裂缝平均倾角（表1、2）。其中：D-F层大斜度井钻遇的近南北向裂缝平均倾角均高出小斜度井钻遇的裂缝平均倾角15°以上，E -F层大斜度井钻遇的近东西向裂缝平均倾角均高出小斜度井钻遇的裂缝平均倾角10°以上。与前述所有钻井统计的各层裂缝平均倾角（图1）比较，小斜度井钻遇的裂缝平均倾角偏低，大斜度井钻遇的裂缝平均倾角明显偏高。

这一统计结果表明，小斜度井钻遇高角度裂缝的几率确实减小了，导致统计的裂缝平均倾角的减小，不能反映实际的裂缝倾角和裂缝发育程度。

2 井斜角对裂缝密度统计的影响

裂缝密度是描述裂缝发育程度的重要指标，通常指沿直线测量线单位长度内观测到的裂缝数（线性裂缝密度，简称线密度），或单位面积内的裂缝累计长度（面积裂缝密度）［3］，或单位体积内的裂缝条数、长度、裂缝面积（均为体密度），裂缝强度即指单位体积内的裂缝面积等。该油藏众多的FMI成像测井资料为裂缝密度分析提供了良好的资料基础。

图2 各层不同井斜倾角范围的井所占比率Fig.2 Proportion of wells with different inclination range in individual layers

与裂缝倾角统计一样，首先未考虑井轨迹影响，利用所有钻井的FMI资料统计各层近南北向裂缝密度，结果表明纵向上各层最大裂缝强度平均值、平均裂缝强度和线密度的变化趋势与平均井斜角一致（图3）。在C、D层钻井平均井斜角最大，对应的近南北走向裂缝的裂缝最大强度平均值、平均裂缝强度和线密度均最大；A-B层和G-H层的平均井斜角较小，对应的近南北走向裂缝的裂缝最大强度平均值、平均裂缝强度和线密度也较小。

其次考虑井轨迹影响，利用具有FMI资料的大斜度井统计裂缝密度信息，并与小斜度井资料统计结果对比，可分析井斜角对裂缝密度统计的影响。按照0.5m采样间隔和1.0m的采样窗口生成近南北走向裂缝的裂缝强度曲线，并统计各层段所有单井最大裂缝强度的平均值、平均裂缝强度以及线密度（表3）。结果表明，总体上根据大斜度井钻遇的裂缝统计的裂缝密度明显高于小斜度井的统计结果。其中A、B和H层大斜度井较少，结果可能不具统计意义。

表1 根据不同斜度钻井统计的各层近南北走向裂缝倾角Table 1 Average dip of near NS trending fractures derived from wells with different inclination range in individual layers

表2 根据不同斜度钻井统计的各层近东西走向裂缝倾角Table 2 Average dip of near EW trending fractures derived from wells with different inclination range in individual layers

3 讨论

实例统计结果表明，当应用钻井资料评价裂缝性储层时应相当谨慎，否则由于未钻遇裂缝很容易漏掉许多有潜力的好的储集层，正如Aguilera［1］研究中的某裂缝性储层，如果先钻2号井，则可能漏掉了这个有潜力的油气储集层。在本文某裂缝性碳酸盐岩储层中，C-F层是产层（A、B层为水层）且C层产能最高，H和G层几无产能或产能很低，各层产能差异与未考虑井轨迹影响以及按大斜度井的统计结果反映的纵向上裂缝发育程度差异均一致。然而，考虑到井斜角对裂缝钻遇率的影响，有必要重新认真审视H和G层的潜力。该油藏主要利用定向井开发，由于目的层厚达数百米，因此部分定向井在上部目的层的井轨迹也是近似垂直的。钻揭上部G-H层的井主要为直井和小斜度井，井斜角大于20°的钻井比率小（图2）；其总体钻遇高角度裂缝的几率必然很小。目前H层井斜角大于20°的钻井仅5口，统计意义较差；对G层井斜角大于20°的12口钻井按井斜角20°～40°和40°以上进一步分组统计裂缝密度（表4），结果表明井斜角40°以上井钻遇的裂缝密度更大。因此，G-H层实际裂缝发育程度可能远高于统计结果，今后应部署水平井等大斜度井进一步评价其潜力。

图3 井斜角与近南北向裂缝统计的裂缝倾角、强度和线密度的关系Fig.3 Relationship between the wellbore inclination angle and the average fracture dip and fractured intensity

表3 各层近南北走向裂缝按不同斜度钻井分组统计的裂缝强度和线密度Table 3 Density of near NS trending fractures derived from wells with different inclination range in individual layers

表4 G层近南北走向裂缝按大斜度钻井分组统计的裂缝强度和线密度Table 4 Density of near NS trending fractures derived from wells with different inclination range in Layer G

同时，上述统计表明对于类似裂缝性储层，只有利用井轨迹垂直于裂缝走向和主要裂缝面的钻井钻遇的裂缝来分析统计才能较准确地统计裂缝倾角并更客观地评价储层裂缝发育程度。另外，虽然由于地下实际裂缝资料的不完全性［4－8］而应综合利用各种裂缝资料开展相关研究，但该实例统计结果也启示人们需重新审视不加选择地利用所有测井资料获得的裂缝信息在地震资料预测裂缝密度［9－14］或多学科综合预测裂缝密度［15－19］中应用的合理性。

4 结论

1）井斜角对裂缝倾角和裂缝密度的统计有重要影响。对高角度裂缝而言，直井和小斜度井钻遇高角度裂缝的几率明显低于大斜度井或水平井。因此利用直井和小斜度井统计的裂缝倾角和密度较实际值偏小，利用大斜度井和水平井统计的裂缝倾角和裂缝密度更能较真实地反映地下储层裂缝的倾角和裂缝发育程度。

2）为较准确地统计高角度裂缝性储层的裂缝倾角并更客观地评价裂缝密度，应尽量利用井轨迹垂直于裂缝走向和主要裂缝面的水平井钻遇的裂缝来分析统计。对于同类高角度裂缝性油藏的勘探评价和开发，应尽量采用大斜度井和水平井并确保井轨迹垂直于主要裂缝面。

3）对于本文某裂缝性碳酸盐岩油藏实例中的G-H层，考虑到井斜角对裂缝密度统计的影响，有必要重新认真审视其潜力，应部署水平井等大斜度井进一步评价其潜力。

4）应用钻、测井资料评价裂缝发育程度和勘探开发潜力时，尤其当初期钻井未钻遇良好的裂缝性储层时，应充分考虑井轨迹对裂缝钻遇率的影响，以免漏掉有潜力的良好储集层。

（References）：

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