基于岩心物性资料和成像资料的储层裂缝评价方法

2017-04-06徐平章成广

长江大学学报(自科版) 2017年3期

关键词：岩心测井渗透率

徐平，章成广

(油气资源与勘探技术教育部重点实验室(长江大学)，湖北武汉 430100)

朱雷

(中石油塔里木油田分公司勘探开发研究院，新疆库尔勒 841000)

基于岩心物性资料和成像资料的储层裂缝评价方法

徐平，章成广

(油气资源与勘探技术教育部重点实验室(长江大学)，湖北武汉 430100)

朱雷

(中石油塔里木油田分公司勘探开发研究院，新疆库尔勒 841000)

塔里木盆地库车坳陷克深地区超深层储层埋藏深，地层条件复杂，网状缝-垂向缝发育，为裂缝-溶蚀孔型储层。在裂缝型储层中，裂缝不仅是油气的储存空间，更是油气的渗流通道，因此裂缝识别对储层评价至关重要。从裂缝形成机理出发，结合高压岩心试验，研究了一套针对克深地区致密砂岩储层裂缝识别的方法，即利用岩心试验方法得到视裂缝孔隙度和视裂缝渗透率，并与常规孔隙度和渗透率进行拟合，得到视裂缝孔隙度和视裂缝渗透率的计算公式。计算结果与成像测井资料识别结果符合率为75%，说明该方法在评价致密砂岩裂缝型储层中具有一定的适用性。

裂缝识别；视裂缝孔隙度；视裂缝渗透率；致密砂岩

克深地区位于塔里木盆地库车坳陷，储层埋藏深，地层条件复杂，由于受强烈构造挤压作用的影响，该地区网状缝-垂向缝发育。根据大量的试验分析表明，克深地区的成岩叠加效应为强构造挤压效应-强溶蚀-中等埋藏压实-中等胶结效应，主要发育裂缝-溶蚀孔型储层。而在裂缝型储层中，裂缝不仅是主要的油气储集空间，更是连通基质孔隙的主要渗流通道，控制着储层的产能[1]。大多数低孔、低渗储层能够开发，很大程度上是因为裂缝系统的存在[2]。因此裂缝识别是储集层油气产能评价的基础。

目前裂缝识别主要有3种方法：①岩心的观察与描述[3]，该方法直观、可靠，但受取心技术和成本的限制；②利用常规测井资料识别裂缝[4]，该方法受干扰因素较多，纵向分辨率有限，针对性差；③利用地层倾角测井、声波成像及微电阻率成像测井等测井新技术识别裂缝[5]。结合上述方法的优缺点，张娟等[6]从岩心裂缝研究入手，系统分析了储层中裂缝的常规测井曲线响应特征，应用逐步判别分析法对裂缝进行识别。靳秀菊等[7]在岩心观察、成像测井识别裂缝的基础上，利用深侧向电阻率与自然伽马、孔隙度的交会图版法识别致密岩性段裂缝，采用电阻率滤波差值法识别孔隙发育段裂缝。高霞等[8]提出计算机层析成像技术、ANN技术和灰色综合评判法识别裂缝，计算机层析技术限于岩心的室内评价，ANN技术即神经网络，先利用关键井、关键层数据对神经网络进行训练，再用训练好的网络对未知层段进行处理。

为了更好地评价裂缝，该次研究将裂缝发育程度分为Ⅰ级、Ⅱ级、 Ⅲ级，其中Ⅰ级为裂缝发育，Ⅱ级为裂缝较发育，Ⅲ级为裂缝不发育。结合克深地区的储层特点，研究了一套针对该地区储层的裂缝识别方法，即采用裂缝发育等级图版、裂缝孔隙度、裂缝渗透率评价储层裂缝发育程度；将裂缝参数与成像测井资料对比，得到判别裂缝发育程度的等级评价表，从而对没有成像资料的井进行裂缝发育等级评价。

1 裂缝参数求取

图1 岩石应力应变关系图

图2 克深地区A井区φr与p关系图

图3 克深地区A井区φf与φ、K关系图

岩石受上覆压力及饱和流体孔隙压力作用，引起孔隙度的变化。当上覆压力增加时，岩石会产生形变。如图1所示，在低压ab段为弹性阶段，岩石发生弹性形变，其应变可以恢复；当压力继续增加进入高压bc段时，岩石由弹性阶段进入塑性阶段，产生不可逆的塑性变形。对于坚硬的岩石，ab段很短，岩石表现出脆性破坏，即当上覆压力超出屈服应力时，岩石产生破裂[9]。

通过高压三轴岩心试验模拟出地层岩石受上覆压力时孔隙度和渗透率的变化，并记录孔隙度、渗透率与纯上覆岩层压力的关系。假设标准大气压下的孔隙度为φ0，不同压力下的孔隙度为φ，则孔隙度相对变化率为φr=(φ0-φ)/φ0；同理可求出渗透率相对变化率Kr。由φr与压力p的关系可估算裂缝孔隙度。如图2所示，在低压ab段时，φr大，岩石承受的p也不断增加；而在bc段p较高时，φr很小。考虑到曲线最后部分代表的是与视裂缝孔隙度有关的相对孔隙度的变化区域，外推直线到压力为0，得到φr,并与φ0相乘，即为视裂缝孔隙度(图3)。同理可求出视裂缝渗透率(图4、5)。

根据克深地区A井区覆压孔渗测量试验结果，得到视裂缝孔隙度与常规孔隙度、渗透率的拟合关系：

φf=0.1404φ+0.031

R2=0.6956

(1)

φf=0.1996lnK+1.0869

R2=0.7339

(2)

同理可以得到视裂缝渗透率与常规孔隙度、渗透率的拟合关系：

Kf=0.9667K-0.0038R2=0.9921

(3)

Kf=0.0009e1.2511φR2=0.694

(4)

式中：φ为常规孔隙度，%；K为常规渗透率，mD；φf为视裂缝孔隙度，%；Kf为视裂缝渗透率，mD。

2 裂缝发育等级评价

在有成像测井资料的井中，以成像测井资料提取的裂缝参数为主，评价裂缝发育程度。张晓峰等[10]研究出裂缝的发育程度可以由裂缝密度描述：裂缝密度大于4条/m的层段，裂缝发育等级为Ⅰ级；裂缝密度在1～4条/m之间的层段，裂缝发育等级为Ⅱ级；裂缝密度小于1条/m的层段，裂缝发育等级为Ⅲ级。同时建立裂缝参数与常规测井之间的相互关系，并且根据得到的关系式，求取该地区其他井的裂缝参数，从而对裂缝的发育程度进行评价。

图4 克深地区A井区Kr与p关系图

图5 克深地区A井区Kf与φ、K关系图

裂缝发育等级ϕf/%Kf/mD裂缝发育(Ⅰ级)>0.2>0.072裂缝较发育(Ⅱ级)0～0.20.028～0.072裂缝不发育(Ⅲ级)0<0.028

笔者总结了克深地区有成像测井资料的井，将φf、Kf与裂缝发育等级进行对比：当φf大于0.2%、Kf大于0.072mD时，致密砂岩裂缝型储层对应的裂缝发育等级为Ⅰ级，即裂缝发育；当φf在0%～0.2%、Kf在0.028～0.072mD时，对应的裂缝发育等级为Ⅱ级，即裂缝较发育；当φf为0%、Kf小于0.028mD时，对应的裂缝发育等级为Ⅲ级，即裂缝不发育(表1)。

3 实际应用

图6为克深地区A1井裂缝发育等级评价成果图。在6782～6783m段，φf为0%，裂缝密度小于4条/m；6784～6785m井段，φf为0.2%，Kf为0.0772mD，裂缝密度7.896条/m；6789～6791m井段，φf为0%，裂缝密度为0条/m；6803～6806m井段，φf小于0.2%，Kf为0.069mD，裂缝密度为3.89条/m；6799～6801m井段，φf小于0.1%，Kf小于0.028mD，裂缝密度为0条/m；6804～6805m井段，φf小于0.1%，Kf为0.07mD，裂缝密度为3.89条/m。根据表1，评价出各井段的裂缝发育结果，并与成像测井识别结果对比，符合率为75%。说明该方法在判别裂缝发育程度上准确度较高，能够用于评价裂缝发育程度。