等效裂缝密度在锦州南变质岩潜山裂缝定量表征中的应用

2014-12-28张占女陈建波吕坐彬杨洪伟潘玲黎程奇

重庆科技学院学报（自然科学版） 2014年1期

张占女陈建波吕坐彬杨洪伟潘玲黎程奇

(中海石油(中国)有限公司天津分公司，天津 300452)

在裂缝性油藏中，地下流体主要是在裂缝及其交织成的裂缝网络中进行。裂缝研究在该类油藏开发生产中有着举足轻重的作用［1-5］。目前裂缝识别、描述的方法有很多，但由于资料的限制，大多方法较为单一，且各种资料间通常还存在一定的矛盾，难以对裂缝特征进行客观的表征。尤其是岩心分析与成像测井对裂缝发育密度描述的差异，必须首先找出产生差异的原因，然后进行合理的校正，才能比较客观地定量化表征裂缝发育程度，有效指导油田的开发与生产。

1 油田概况

锦州南油田位于渤海辽东湾海域(图1)，构造上处于辽西低凸起中北段，西部边界为辽西1号断层，东南呈缓坡向凹陷过渡。东西两侧分别为辽中凹陷中洼和辽西凹陷中洼。太古宇变质岩潜山油藏主要位于构造的东高带，上面披覆古近系沙三段泥岩，属储集层具有似层状特点的地貌潜山，构造带顶部风化严重，裂缝及溶蚀孔洞发育。潜山基岩岩性为一套太古宇混合岩化的花岗片麻岩，按照长石矿物的种类及其相对含量可将其再细分为斜长片麻岩和二长片麻岩。花岗片麻岩中石英、斜长石含量占40% ～70%，暗色矿物含量低于30%。前二者均属脆性粒状矿物，在构造应力下易产生裂缝，而暗色矿物为相对韧性矿物，不易产生裂缝。总体而言，花岗片麻岩有利于形成裂缝储层。受区域构造作用为主，同时受变质作用、物理风化作用、化学淋滤及矿物充填作用等多种因素的交替影响，研究区不同区域的变质岩储层特征差异明显，油藏非均质性严重。

图1 锦州南油田区域构造位置图

目前，锦州南潜山油藏已钻井21口，其中探井7 口(JZ25-1S-1、2、5、7、8 井分布于东高带，JZ25-1S-3、4D井分布于西高带)，开发井14口。

2 岩心裂缝发育密度描述

裂缝发育密度定量预测是裂缝性储层研究的核心，裂缝发育密度是描述裂缝发育程度的参数，一般由相对比值给定，常用的有线密度、面密度和体密度，其定义如下:

(1)线密度:垂直于裂缝方向的单位长度内裂缝条数，也称裂缝密度或裂缝频度。

(2)面密度:裂缝累计长度与基质总面积的比值。

(3)体密度:裂缝总表面积与基质总体积的比值。

在统计岩心及野外露头的裂缝发育程度、成像测井裂缝解释时，一般采用裂缝线密度来描述宏观裂缝的发育程度;在岩心薄片观察时通常采用裂缝面密度或体密度来描述在薄片下才能观察到的微裂缝的发育程度。

锦州南太古宇潜山的JZ25-1S-2井和JZ25-1S-5井进行了钻井取心［6］，由于太古宇潜山基岩破碎严重，钻井取心收获率低，取心较为系统的JZ25-1S-2井收获率仅为23%，所以宏观裂缝特征代表的是储集层质量相对较差的层段。根据岩心观察和描述，本区太古宇变质岩储集层宏观裂缝具有以下特征:(1)宏观裂缝发育非均质性较强，裂缝线密度为4～160条/m，以50～150条/m为主;(2)裂缝平均间距一般为0.9～2.8 cm;裂缝倾角为15°～80°，其中以 45°～60°高角度斜交缝为主;(3)发育2组以上裂缝，储集层段裂缝总体呈网状分布，镜下观察裂缝多呈树枝状或网状，扩溶现象比较普遍，将周边溶蚀孔隙连通起来，形成有效渗流通道。

3 成像测井裂缝发育密度评价

3.1 等效裂缝密度概念的提出

根据成像测井识别的裂缝，对单井裂缝密度进行统计分析，各井之间以及同一口井不同深度裂缝密度有较大不同。总体来看，锦州南太古宇潜山有效裂缝密度以0.5～3.5条/m为主，远远小于岩心分析获得的裂缝密度。综合分析认为，成像测井计算的裂缝密度明显偏小。

统计过程中发现各单井的裂缝密度在纵向上变化较大，往往出现几个高峰值，如JZ25-1S-1井，在1 865—1 886 m段平均裂缝密度仅为1条/m，但有4个明显的峰值区裂缝密度较大，1 800—1 805 m段裂缝密度平均值为4.6条/m;1 808—1 812 m段裂缝密度平均值为4.2条/m;1 820—1 831 m段裂缝密度平均值为3.9条/m;1 840—1 850 m段裂缝密度平均值为3.6条/m。因此裂缝密度统计对于确定重点开发层段至关重要。

裂缝密度是描述裂缝储层有效性的关键参数。然而，因裂缝过于发育形成的破碎带在成像测井资料上显示为连续的低阻带，无法准确得到真实的裂缝密度。相反，在相对致密层段上形成的裂缝却清晰可见(图2)。这样往往会造成破碎带计算的裂缝密度反而低于相对致密段，给研究人员造成困扰。为此，特别提出了“等效裂缝密度”的概念，即:以JZ25-1S-1井为关键井，用潜山致密段的成像测井裂缝密度与常规测井电阻率或孔隙度建立关系，再根据潜山其他井段(包括评价井和开发井)的电阻率或孔隙度值推算出相应的等效裂缝密度，用来进行裂缝储层有效性评价及井点裂缝发育程度定量描述(图3)。

图2 A31井测井图

图3 JZ25-1S-1井等效裂缝密度计算结果

3.2 等效裂缝密度的计算方法

由于锦州南太古宇变质岩潜山储层裂缝主要为构造缝，裂缝发育带既是高渗带也是高孔带，储层的特征是高孔、高渗、相对低电阻;非储层(致密段)的特征是低孔、低渗、相对高电阻。而裂缝性变质岩潜山储层渗透率又很难准确求取，只能通过油藏的动态特征反映储层渗透率的相对高低。裂缝发育密度与裂缝储层的总孔隙度成正相关关系，裂缝发育密度越大，储层总孔隙度也越大，反之亦然;裂缝发育密度与裂缝储层的电阻率成负相关关系，裂缝发育密度越大，储层电阻率越低，反之亦然。在裂缝密度计算的过程中，将致密段计算的裂缝密度与致密段总孔隙度或电阻率建立关系，并将该关系推广到全井段，计算方法如下:

基于孔隙度计算的等效裂缝密度:

式中:FVDCtight—致密段裂缝密度，条/m;Portight—致密段测井解释孔隙度，%;Por— 测井解释孔隙度，%。

基于电阻率计算的等效裂缝密度:

式中:Rttight— 致密段电阻率，Ω·m;Rt— 深电阻率测井值，Ω·m。

两种方法计算的结果相近，而且在A31井致密段处与成像解释裂缝密度基本吻合。该等效裂缝密度计算方法成功地应用于锦州南油田的开发随钻过程中，并取得了非常好的应用效果。

4 裂缝三维分布定量表征

锦州南油田太古宇变质岩裂缝储层岩性复杂，受构造应力作用，断裂发育，不同岩相裂缝发育程度不同，储层在纵向和横向上具有非均质强的特点［7-8］。在对该太古界潜山油藏构造、岩性、裂缝等精细描述的基础上，利用裂缝储层定量表征软件建立了油藏的等效裂缝密度三维模型、裂缝空间展布三维模型，从而实现了对该变质岩潜山裂缝性储层裂缝的三维定量化表征。

4.1 等效裂缝密度三维定量表征

变质岩储层具有极强的非均质性，成藏条件复杂，储层裂缝预测难度大。裂缝既是主要储集空间，又是油气的主要渗滤通道，充分了解和认识裂缝成因、研究裂缝发育和分布规律对于合理高效开发油田至关重要。综合运用地震、钻井、测井和测试动态等资料，利用裂缝建模软件，建立了表征裂缝储层发育程度的裂缝等效密度三维定量地质模型(图4)。

图4 锦州南潜山裂缝等效密度三维定量地质模型

4.2 裂缝空间展布三维定量表征

裂缝空间展布通过离散裂缝网络的形式进行定量描述，离散裂缝网络的定量描述是在裂缝密度定量表征的基础上，采用等效裂缝密度三维定量化表征的结果和地应力场模拟得到的裂缝方位的分布趋势作约束，对裂缝片的方位、几何形态、分布进行三维定量化描述。图5为锦州南潜山等效裂缝密度数据体约束下生成的裂缝网络三维分布模型。

图5 锦州南潜山裂缝网络三维分布模型

5 裂缝三维分布定量表征成果的应用

锦州南潜山基于等效裂缝密度的储层裂缝定量化表征成果已成功地应用于钻前及随钻方案优化中，取得了较好的效果，从而验证了等效裂缝密度计算方法的可靠性。钻前根据新的地质认识对该潜山油藏地质模型进行了重建，将开发方案优化为以水平井为主的开发方案。从2009年12月完钻第一口开发井，截止到2013年6月，潜山共完钻开发井14口，其中采油井9口，注水井5口。从实钻情况来看，不管是地质静态上还是生产动态上，都取得了比较理想的开发效果。开发井储层钻遇率达到57.5%～91.0%，平均为81.9%;油井单井初期产能平均超过500 m3/d，2口油井初期产能超过1 000 m3/d，一口油井初期产能日产超过万桶，成为渤海油田历史上首口万桶井。潜山油藏目前累产油217.68×104m3，含水率17.5%，动用地质储量采油速度2.0%，动用地质储量采出程度8.8%，开发效果优于其他类似油田。