碳酸盐岩储层低角度裂缝常规测井曲线识别方法与应用

杜贵超，胡双全，仓 辉



碳酸盐岩储层低角度裂缝常规测井曲线识别方法与应用

杜贵超，胡双全，仓 辉

(陕西延长石油集团有限责任公司研究院，陕西 西安 710075)

在文献资料及钻井资料研究基础上，开展低渗透碳酸盐岩储层裂缝常规测井曲线识别及预测研究，旨在探讨利用常规测井曲线识别方法进行碳酸盐岩裂缝型储层研究的方法的可行性及适用性。本次研究总结了不同常规测井曲线对碳酸盐岩低角度裂缝的响应特征，并以单井为例，详细刻画了取心段裂缝发育及与常规测井曲线的响应关系，在此基础上对全井段裂缝发育层进行识别及裂缝发育规模进行了预测。最终通过该方法在Y3井致密碳酸盐岩地层中识别出三个低角度裂缝发育层段。研究结果表明，常规测井曲线是识别碳酸盐岩低角度裂缝的有效手段之一，在基质孔隙欠发育碳酸盐岩裂缝型储层中，低角度及水平裂缝发育与常规测井曲线有较好的响应关系，主要表现为在低角度及水平裂缝发育层段，双侧向曲线为高阻背景下的负异常且呈负差异特征，体积密度测井呈低值，中子及声波时差相应增大，井径曲线平直或小幅增大等现象。

低角度裂缝；水平裂缝；常规测井；裂缝识别；碳酸盐岩储层

(InstituteofShanxiYanchangPetroleum(Group)Corporation,Xi’anShanxi710075,China)

1 引 言

裂缝型储层作为重要的储层类型之一，是国内外油气勘探开发重要目标。截至目前，国内裂缝型油气藏已探明地质储量超过40亿吨，超过已探明油气资源总量的三分之一。据预测，约60%的待发现油气资源量分布与裂缝型储层有关[1,2]。因此，裂缝性储层研究已成为油气储层研究的热点之一[3,4]。目前裂缝研究主要集中在裂缝识别、形成机理研究及裂缝预测等方面。识别方法主要有岩心裂缝半定量描述、常规测井识别、成像测井识别、地震资料裂缝识别及预测等[5-8]。单一的常规测井资料进行裂缝识别存在一定局限性，但多种测井曲线的综合分析识别裂缝是行之有效的[9]，且常规测井成本较低，导致该方法目前已成为裂缝储层评价的常规手段，并在碳酸盐岩、低渗透砂岩、火山岩储层、泥页岩等裂缝型储层中得到了广泛应用[10-15]。低角度裂缝目前研究尚浅，其成因机制亦相对复杂，多与逆冲推覆构造有关[16]。通常具有带状分布、平面延伸广、联通性好及水平渗透率高等特征，但低角度裂缝系统为主的油气藏较为少见，目前国内仅见吐哈盆地马喀油田、酒泉盆地青西凹陷及川西坳陷等地有相关文献报道[17,18]。

Y区块二叠系属典型致密碳酸盐岩储层，岩性为泥晶灰岩及泥晶生屑灰岩为主，基质特性差，孔隙度约为1%，平均渗透率为1.3 md。储层天然裂缝在局部层段较为发育，裂缝的存在极大地改善了储层物性，显示该区块具有较大的勘探潜力。本文在钻井取心段裂缝发育特征描述基础上，分析裂缝发育特征与测井曲线的响应关系，进而对该井裂缝发育特征进行预测。因此开展低角度裂缝常规测井识别方法研究对该类型油气藏勘探开发地质综合研究有重要意义。

2 裂缝常规测井响应特征

2.1 双侧向测井

双侧向电阻率方法来研究裂缝是目前常规测井中应用最多的方法，深浅电极探测的径向深度不同，分别反映原状地层和侵入带地层的电阻率[19,20]。裂缝在双侧向电阻率曲线上为高低间互、起伏不平的多尖峰状低值或较低值显示，裂缝愈发育，电阻率值就愈低。低角度及水平裂缝的发育能加强侧向测井的聚焦作用，降低电阻率，而水平裂缝对浅侧向的聚焦作用比深侧向弱，导致深侧向测井值小于浅侧向测井值[21]。双侧向电阻率曲线的差异形态亦能较好地反映裂缝产状，当裂缝为低角度或水平缝(裂缝倾角<75°)时，表现为“负差异”，即深侧向电阻率值小于浅侧向电阻率值。低阻异常特征明显，曲线呈刺刀状突变，具有10～2 000 Ω·m负差异[10]。裂缝张开度越大时，低角度裂缝的深浅侧向电阻率均下降，幅度差增大。低角度裂缝线密度越大，识别有效性越好。对于高角度裂缝(>75°)，双侧向测井表现为高电阻率背景下呈现出中、低电阻率异常，曲线变化平缓，表现为“正差异”，数值约数百欧姆·米。裂缝倾角为90°时表现为最大正差异，倾角为45°时为最大负差异[22]。并且随裂缝倾角增大，深浅电阻率之间差异也越大，识别高角度缝时效果较好。

2.2 声波测井

声波时差曲线对高角度及垂直裂缝反映不敏感，但声波时差小幅增大或曲线的小幅度摆动可以作为低角度及水平裂缝的识别标志[19]。低角度或水平裂缝发育时，声波通过裂缝进行传播，进而到达接收器，此时声波能量衰减严重，导致首波不被记录，而后到达的波反而被记录下来，表现为声波时差增大[20]。当较大规模的水平缝和低角度缝发育时，声波传播路径与其正交，时差曲线独特的周波跳跃特征，曲线呈小锯齿状。当水平缝宽较大，声波明显增大，时差曲线可能因发生周波跳跃而显示出高时差值[10,20]。同时，值得指出的是，利用声波时差曲线识别裂缝时，需要结合岩心及其他曲线资料，进行综合判别。实践证明，其在低角度缝或网状缝时识别的可靠性好，识别效果与成像测井极为接近[9,14]。

2.3 密度测井

密度测井是利用岩层对γ射线的吸收特性，研究钻井剖面上岩层密度变化，进而反映岩层地质特点的测井方法[21,23,24]。密度测井是对岩石体积密度的测量，主要反映地层的总孔隙度。一定规模的裂缝发育往往导致地层体积密度降低，因此，密度测井值的大幅度降低往往指示可能存在裂缝[25-27]。但应注意的是，泥浆的侵入、地层岩性变化及孔隙大小、地层含气、薄层泥岩互层、井眼不规则等均可造成密度测井值减小。因此，在实际解释的过程中，要利用几种测井曲线、岩心资料等进行综合判断。

2.4 补偿中子测井

补偿中子测井是通过测量碳酸盐岩地层的含氢指数来反映地层的总孔隙度。当碳酸盐岩基质孔隙低，裂缝发育使地层总孔隙度增加，泥浆侵入裂缝发育带后，提高了地层整体含氢量，使得裂缝发育段测得的中子孔隙度呈高值而直接反映裂缝的发育[28,29]。应注意的是，补偿中子孔隙度与孔隙流体性质有关，裂缝中充填的天然气会导致中子孔隙度降低，因此，中子孔隙度在含气裂缝带往往比其他孔隙度测井值低，此可作为含气裂缝带的指示标志[4,10,11]。同时，由于中子、密度、声波探测岩石的体积不同，以及受裂缝孔隙度非均质分布的影响，三条曲线的综合分析可作为识别裂缝的方法。在裂缝层，体积密度测井值呈低值，中子、声波时差增大。

2.5 井径测井

井径曲线亦是识别裂缝的方法之一，当钻遇一定规模的裂缝发育带时，裂缝岩石的边缘被削落，井壁发生坍塌进而导致扩径现象[30]。但应指出的是，井径曲线出现扩径现象可由多种原因造成，如当钻遇蚀变严重的火山喷出岩时，也会造成井眼坍塌，因此，在综合判别时要加以区分。

3 实例分析

3.1 岩心裂缝发育与测井响应特征

Y3井为一口预探井，在二叠系碳酸盐岩目的层共取心16.48 m，该取心段岩性稳定，主要为泥晶灰岩及泥晶生屑灰岩。岩心物性测试显示，碳酸盐岩样品基质物性较差，孔隙度小于3 %。岩心观察及裂缝统计结果表明，该取心段共发育裂缝455条，其中垂直缝及高角度缝160条，均被早期方解石胶结物及泥质全充填。有效裂缝以低角度缝及水平缝为主，呈半充填及未充填特征，裂缝密度15.3条/m。有效裂缝以小缝为主，占有效裂缝的68 %，次为微缝及中缝，分别占20 %及12 %(表1)。

3.2 岩心裂缝与测井响应

从测井曲线特征来看，该取心段井径曲线平直，裂缝发育深度段呈小幅扩径现象。声波时差曲线在3 209.5～3 212.5 m及3 218.4～3 225.9 m深度段见两组声波时差曲线小幅变化带。时差曲线呈尖刺状摆动，初步认为有可能是出现了低角度缝或水平缝，造成声波能量的衰减。在这两个深度段相应的密度测井对应小幅降低，亦呈尖刺状小幅摆动，但其变化差与声波曲线的变化不完全一致。补偿中子曲线在相应深度段亦呈小幅增大，其变化趋势与密度曲线大致相同。双侧向曲线在该深度段亦表现出小幅的负异常。综合这几种测井信息，判断这两处深度段发育低角度缝及水平缝。同时，从测井曲线特征及岩心有效裂缝识别及统计结果来看，在碳酸盐岩储层基质孔隙不发育、低渗透率条件下，两者有较好的响应关系(图1)。因此，可利用常规测井曲线对Y3井低角度裂缝及水平裂缝发育层段进行识别及预测。

表1 研究区Y3井取心段裂缝发育特征统计

3.3 单井裂缝常规测井识别及预测

在钻井岩心裂缝发育特征与常规测井曲线响应特征分析、及目的层岩性录井资料分析基础上，对该井碳酸盐岩地层裂缝发育层段进行了系统识别及预测，结果表明，该井在3 915～3 919 m、3 787.4～3 795.5 m及 3 541.5～3 545.8 m三个深度段发育低角度缝及水平缝为主的裂缝系统(图2)。

1)3 915～3 919 m井段岩性主要为泥晶灰岩及泥晶生屑灰岩，泥晶结构为主，基质孔隙不发育。测井曲线特征表明，该深度段井径曲线平直，无扩径或缩径现象。声波时差在该深度附近时差值明显升高，曲线呈尖刺状摆动，与之相对应，密度测井曲线表现为相似趋势的小幅降低，亦呈尖刺状摆动。补偿中子曲线在相应深度段亦呈小幅增大，其变化趋势与密度曲线大致相同。双侧向曲线负异常且呈负差异特征。综合此几种测井曲线特征，判断该深度段为裂缝发育层段，主要发育低角度及水平裂缝。

图1 Y3井取心段裂缝发育常规测井响应特征Fig.1 Well logging response of fractured interval in drilling core

图2 Y3井低角度及水平裂缝发育段测井曲线特征Fig.2 Logging curve characteristics of fractured interval in well Y3

2)3 787.4～3 795.5 m井段岩性以泥晶灰岩为主，泥晶结构为主，基质孔隙不发育。测井曲线特征表明，该深度段井径曲线平直，无扩径或缩径现象。声波时差呈高值异常，曲线呈尖刺状摆动。与此相对应，密度曲线在该深度段内呈现相似的幅值降低特征。补偿中子曲线在相应深度段亦呈小幅升高，其变化趋势与密度曲线大致相同。双侧向曲线负异常且呈负差异特征。综合此几种测井曲线特征，判断该深度段为裂缝发育层段，主要发育低角度及水平裂缝。

3)3 541.5～3 545.8 m井段岩性以泥晶灰岩及泥晶生屑灰岩为主，基质孔隙不发育。其测井曲线特征与前两个层段类似，声波时差在该深度附近时差值明显升高，曲线呈尖刺状突变，与此相对应，密度曲线在该深度段呈现相应趋势的幅值降低特征。补偿中子曲线在相应深度段亦呈小幅升高，其变化趋势与密度曲线大致相同。双侧向曲线负异常且呈负差异特征。综合此几种测井曲线特征，判断该深度段为裂缝发育层段，裂缝以低角度及水平裂缝为主。

4 结 论

通过钻井取心资料及常规测井资料进行对比，裂缝型碳酸盐岩储层低角度及水平裂缝发育时，常规测井曲线主要有以下响应特征：

1)双侧向曲线表现为在碳酸盐岩高阻背景下的低值，呈一定幅度的负差异特征；

2) 声波时差曲线对低角度及水平裂缝反应敏感，可作为该类型裂缝较好的识别标志；

3) 密度测井值的大幅降低以及补偿中子增大表明裂缝可能发育，但是否为低角度裂缝，需要结合其他曲线综合判别；

4) 井径曲线对低角度及水平裂缝反应不敏感，但当裂缝发育密度较大时，会发生扩径现象。

值得指出的是，碳酸盐岩裂缝型储层往往具有裂缝类型丰富、非均质性强等特征，在进行常规测井识别时需在钻进取心资料、岩性录井资料分析基础上，综合多种常规曲线进行综合判识，以达到准确识别及预测的目的。

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The Identification Method of Low Angle Fracture by Analysis of Conventional Logging Data and Its Application in Carbonate Reservoirs

Du Guichao,Hu Shuangquan,Cang Hui

Based on literature investigation and analysis of drilling data, the work systematically studied the identification method of low angle fracture by analysis of conventional logging data and its application in carbonate reservoirs, aiming at discussing its feasibility in study of fractured carbonate reservoirs. This study summarized the responsive characteristics of conventional logging data with low angle fractures in carbonate reservoirs, detailedly analyzing the responsive characteristics of logging data in well Y3 with its fractures in coring section. Also, we identified the fracture developing zone in well Y3 and predicted the scale of fractures in this well. Finally, three fracture developing zones were identified in tight carbonate strata by this method. The results show that analysis of conventional logging data is an effective way in carbonate fracture identification. The development of low angle and horizontal fractures has a good responding relationship with the feature of well-logging data in the fracturing zone, showing that dual lateral resistivity logging curve is characterized by negative anomaly under the background of high resistivity and negative difference characteristics, low value of density logging data, correspondingly increasing value of compensated neutron logging and acoustic logging curve, fluctuation within a narrow range or straightness of caliper logging curve.

low angle fracture; horizontal fracture; conventional logging; fracture identification; carbonate reservoirs

1672—7940(2016)05—0590—05

10.3969/j.issn.1672-7940.2016.05.006

延长石油集团有限责任公司科技计划项目(编号：ycsy2014ky-A-10)

杜贵超(1983-)，男，工程师，博士，主要从事石油地质综合研究。E-mail:duguichao@sina.com

胡双全(1967-)，男，高级工程师，主要从事油气地质综合研究。E-mail:hsq6629@163.com

P631.8

A

2016-05-20