阿姆河右岸东部地区裂缝测井解释方法

2018-07-10齐宝权罗利张树东罗宁任兴国刘航

测井技术 2018年3期

齐宝权, 罗利, 张树东, 罗宁, 任兴国, 刘航

(1.中国石油集团测井有限公司西南分公司, 重庆 400021;2.中国石油集团川庆钻探工程公司地质勘探开发研究院, 四川成都 610051)

0　引　言

阿姆河右岸上侏罗统卡洛夫-牛津阶是一套缓斜坡参预-浅水台地礁滩碳酸盐岩沉积组合[1-5],沉积环境为较深水碳酸盐岩缓斜坡-浅水台地生物礁、滩相的沉积组合,卡洛夫-牛津阶以厚层状海相灰岩为主,夹薄层泥岩。储层主要分布在礁上层(XVhp)、生物礁层(XVa1)、致密层(XVz)和礁下层(XVa2)4个岩性段内。每个小层均发育裂缝,裂缝发育程度上部层位(XVhp)好于下部其他层位,阿姆河右岸的东部区块优于中部区块。裂缝表现出多期次,并与构造演化及断裂活动密切相关[6-8],其中构造裂缝是主要的裂缝,对东部区块油气产量具有重要控制作用。

本文根据多口井的岩心和铸体薄片观察,形成综合成因、期次、充填性、与溶蚀的关系等测井分类方法,建立裂缝类型测井识别方法。用电成像测井对各种裂缝进行分类识别,用常规测井资料对不同产状裂缝进行判别,用声波与中子交会方法对有效裂缝进行识别。利用电成像测井解释的裂缝张开度、阵列声波提取的斯通利波能量差和远探测声波处理的反射系数以及深浅双侧向差异等参数,建立有效裂缝评价的4个标准,形成裂缝有效性评价方法。

1　裂缝的地质特征和分类

1.1　岩心裂缝的特征

根据岩心和铸体薄片观察描述,该区可识别出宏观裂缝与微细裂缝2种类型[9]。宏观裂缝包括成岩裂缝和构造裂缝2种类型,成岩裂缝包括成岩压裂缝和缝合线,缝的宽度多数在0.1～5 mm之间,部分或大部分裂缝被充填;构造裂缝包括水平、斜交和垂直裂缝,缝宽在0.1～10 mm之间,部分半充填缝可以达到厘米级。裂缝充填情况有全充填、半充填和未充填,充填物的成分主要是方解石,成岩裂缝的充填物还包括泥质和有机质等。根据徐文礼等[9]的研究,该区裂缝形成主要有3个期次,即燕山晚期、喜山早期和喜山中期,其中喜山早期和中期形成的构造裂缝具有通源性,岩心观察该类构造裂缝表现出充填与溶蚀作用及原状多种状态,而更早期裂缝多为全充填和半充填。

1.2　裂缝的测井分类

在地质研究的基础上,考虑测井识别的可能性,综合裂缝的成因、期次、充填性、与溶蚀的关系等,将该区裂缝分为2类:微细裂缝和宏观裂缝。将宏观裂缝进一步分为4小类:全充填裂缝、半充填裂缝、溶蚀扩大缝和晚期构造缝。

(1) 全充填裂缝。裂缝基本为方解石全充填,无渗滤性,对储层无贡献。该裂缝组系众多,成因复杂,多为最早期构造缝、断层牵引缝及少量压溶充填缝,属无效缝。

(2) 半充填裂缝。以高角度和近直立缝为主,该组裂缝在岩心上表现张开度较大,达厘米级,充填程度较高,部分井段全充填,部分半充填。半充填裂缝中部发育有石英、白云石、方解石粗大晶体,缝壁胶结较好,缝内部具有一定的连通性。据成像测井资料解释,该类裂缝有经重泥浆压裂而缝宽扩大表现。解释为早期形成大缝,后经充填或半充填形成,属有效缝。

(3) 溶蚀扩大缝。通过成像测井解释的沿裂缝面溶蚀扩大的一种裂缝类型,其特点是溶蚀作用沿裂缝面两侧进行,形成孔洞非常发育的溶蚀带。与顺层岩溶形成的平行于层面分布的溶蚀孔洞不同,该溶蚀孔洞是平行于裂缝面分布。该裂缝也是早期裂缝,发生在大规模岩溶之前或与岩溶时期相匹配,裂缝提供了岩溶通道,属于有效缝。

(4) 晚期构造缝。裂缝未溶蚀、未充填,以高角度缝为主,也发育斜交缝和少量水平缝,与溶蚀孔洞搭配形成好的储层,能大幅度提高油气产量。解释为晚期裂缝,发生在大规模岩溶之后或与油气充注相同期,属于有效缝。

(5) 微细裂缝。裂缝的尺度较小,分布不规则,以成岩缝为主,在局部井和层分布,发育程度较中部区块差,溶蚀作用形成的裂缝属有效缝,而压溶作用形成的经有机质和泥质等充填的裂缝有效性差。

2　裂缝的测井识别

2.1　井壁裂缝的测井识别

2.1.1成像测井识别

(1) 溶蚀扩大缝的测井识别。沿裂缝面暗色条带的宽度远远高于正常裂缝的宽度;沿裂缝面非均匀溶蚀特征,表现为裂缝带的宽窄变化不均和颜色深浅变化大;溶蚀带沿裂缝面分布或平行于裂缝面,与层理面斜交非平行关系[见图1(a)]。

(2) 晚期构造缝的测井识别。裂缝的宽度通常较小,呈细条状特征,溶蚀扩大特征不明显;裂缝的间距小,组系特征清晰,且以高角度缝或斜交缝为主;裂缝是“切割”溶蚀孔洞,与溶蚀孔洞无成因联系;大部分裂缝形态完整[见图1(b)]。

(3) 半充填裂缝的测井识别。表现为非连续状延伸的图像特征,因充填程度不同表现为缝宽变化较大,其非连续性和缝宽度变化较大区别于晚期构造缝;由于裂缝壁的高阻物质填充,裂缝面有亮色边缘现象,区别于溶蚀裂缝;该裂缝能完整切割井壁及裂缝走向与就地应力方向不同而区别于压裂缝和应力释放缝[见图1(c)]。

(4) 全充填裂缝的测井识别。多数裂缝以方解石充填为主,充填物与围岩基本无电性差异,不易识别。当两者之间有电性差异时,成像图上表现为亮色的条带状特征[见图1(d)]。

(5) 微细裂缝的测井识别。高分辨率成像测井能较好识别各种微细裂缝,通过微细裂缝尺度较小,产状和规律性不强,溶蚀形成的宽窄不均匀性特征等予以识别[见图1(e)]。

图1　各类裂缝在成像测井图上的特征

2.1.2常规测井识别

裂缝的宽度、发育度和产状对常规测井都有较大的影响。当储层发育裂缝时,一般自然伽马较低;电阻率会大幅度降低,深浅双侧向曲线因降低幅度不同而表现出差异的特征;中子、声波、密度三孔隙度曲线也会因受裂缝的影响其孔隙度表现为不同程度的增大。由于该区裂缝以高角度和斜交缝为主,而且大多数缝以单组系为主,网状缝次之,低角度和水平缝较少,因此,裂缝的产状和发育程度对测井有明显的影响。常规测井对裂缝产状也是最为敏感和差异较大的,表1总结了不同裂缝产状条件下的测井响应特征。

表1　各种裂缝产状的常规测井识别模式

注:φAC为声波孔隙度,%;φCNL为中子孔隙度,%。

2.1.3中子与声波交会法识别裂缝

图2　XX-1井中子与声波交会法识别裂缝

地层若为均质的孔隙型储层,中子孔隙度与声波孔隙度应该基本相等,呈线性关系。在非均质的孔洞型储层,一般中子孔隙度会大于声波孔隙度,二者也有线性关系。当地层发育裂缝引起声波跳波时,声波时差增大的幅度大于中子孔隙度增大的幅度,呈现出声波孔隙度大于中子孔隙度且呈非线性关系。如XX-1井在裂缝发育段和无裂缝的井段的中子—声波关系交会(见图2)。由图2可清晰看出在无缝段(3 430～3 470 m)中子与声波呈线性关系,而裂缝发育段(3 303～3 318 m)因声波时差增大则中子与声波跳出这个关系,表现为非线性关系。

2.2　井旁裂缝的测井识别

成像测井较好地解释了井壁1 in*非法定计量单位,1 in=2.54 cm,下同探测范围内的裂缝发育情况,远离井壁的裂缝可以借助远探测声波测量技术。XMAC-F1交叉偶极声波测量仪(或其他远探测仪器)能够发现离井筒15 m范围内的反射体,包括孔洞和裂缝[11-12]。远探测声波成像测井的原理与二维地震方法相似,利用接收器接收从井筒外地层中被地质界面(反射体)反射回的反射波,经过特殊处理并成像,从而获得井旁反射体的发育分布状况[12-16]。这些反射体可能是裂缝、孔洞或地层岩性界面[17]。

由于远探测声波测量的是地层中存在的声阻抗界面,同时反射波信号属于弱信号,容易受井眼环境、地层噪声的干扰,一直是测井处理与解释的难点。目前,国内外还没有统一的远探测声波测井解释标准。本文在数值模拟建立的各种类型反射体的经验解释模板和标准实验井标定的基础上,结合常规测井、地质录井、电成像测井、地震等资料从反射体深度、大小、形状等方面综合进行反射体的识别以及反射体类型的解释,再通过反射参数的计算最终得出井旁裂缝的发育程度,给出储层划分及试油方案的建议。

图3是XX-21井XMAC-F1测量资料处理成果,在3 800～3 850 m井段有较为清晰的井旁裂缝反射成像指示。

图3　XX-21井旁裂缝和电成像识别图*非法定计量单位,1 mD=9.87×10-4 μm2,下同

3　裂缝有效性测井评价

裂缝的有效性取决于裂缝的张开度、发育程度、径向延伸度和渗滤性。通过成像测井解释井壁裂缝张开度和发育度,利用远探测解释裂缝的径向发育度,利用阵列声波解释裂缝的渗滤性。

3.1　裂缝有效性的张开度评价标准

3.1.1通过裂缝的充填、溶蚀情况定性评价裂缝有效性

上述5类裂缝中,全充填裂缝是无效缝,其余4种裂缝属有效缝,而溶蚀扩大缝有效性最好,晚期构造缝次之,半充填缝较差。

溶蚀扩大缝的高渗透性主要原因是该类裂缝为大尺度裂缝,裂缝的间距较大,裂缝提供了地下水岩溶的通道,地下水主要沿着裂缝系统流动而对裂缝附近地层溶蚀形成较发育的溶蚀孔洞,这种溶蚀可能有多期次。经深度溶蚀后的裂缝与裂缝周边的溶蚀孔洞形成统一的储渗体,裂缝与孔洞的天然搭配增强了孔洞与裂缝的配伍性与连通性,是高品质储层。单一一条该类裂缝即可解释为有效储层,即使发育在自然伽马较高、孔隙度低的层位也是有效储层。例如J21在下部XVI层内3 251 m发育1条溶蚀扩大缝,其自然伽马20 API,中子孔隙度6%, 声波时差增至62%,电阻率降至30 Ω·m,属于含泥质低能相带,测井解释为有效储层,该段测试获气。

晚期构造裂缝是裂缝后期叠加在溶蚀孔洞之上,测井解释该类裂缝的发育密度较高,能极大改善储层的渗滤性。但是,与溶蚀扩大缝不同,该裂缝发育于致密层难以形成好储层。

半充填缝是裂缝的充填作用大于溶蚀作用,有效性差主要是因为裂缝壁的充填物成为渗流的障壁,同时该类裂缝发育层位的溶蚀孔洞也不发育,与溶蚀孔洞的搭配性差,其作用在于连通纵向上的多套储层。

根据阿姆河右岸东部地区裂缝的充填和溶蚀情况,建立了未充填、半充填和全充填裂缝的有效性评价表(见表2)。

表2　充填情况与溶蚀程度对裂缝有效性的评价标准

3.1.2裂缝宽度定量评价标准

通过对东部15口裂缝性储层电成像计算的裂缝张开度与试油测试产量统计对比结果表明,除少数井在XVhp层由于微细裂缝发育程度较高获得工业产能外,其余14口井当裂缝张开度小于10 μm时,均为低产层,因此将下限截止标准定为10 μm。

3.2　裂缝有效性的径向延伸度评价标准

根据裂缝对深浅双侧向差异影响的实验模型[17],结合不同井裂缝的岩心观察和裂缝测井解释的成果,同时参考了裂缝对储层产能的影响情况,对不同试油层裂缝的径向延伸情况进行分析,确定裂缝径向延伸度评价标准(见表3)。表3中裂缝径向延伸度超过深侧向的探测深度2 m定义为深,介于深浅探测之间(0.5～2 m)定义为中,小于浅侧向的探测深度(0.5 m)定义为浅,小于0.1 m定义为极浅。

表3　裂缝径向延伸度有效性评价标准

3.3　裂缝有效性的斯通利波评价标准

低频斯通利波受岩性影响小,具有较大的探测深度,与储层的渗滤性具有直接关系,斯通利波能量差异能较好反映储层渗透性,可在对不同仪器的系统校正基础上建立评价标准。

经对东部地区低孔裂缝型储层的斯通利波能量衰减情况与储层产能的关系分析,获得了该区的利用斯通利波能量衰减程度评价裂缝有效性的标准。当斯通利波能量衰减量低于10%时,裂缝的有效性差;在10%～20%时,裂缝的有效性中等;大于20%时,裂缝的有效性好。

3.4　裂缝有效性的远探声波反射波能量评价标准

3.4.1反射能量提取技术

远探测声波测井发射探头发出的弹性波可认为由点声源发出,在地层中传播后反射回来。如遇裂缝、溶洞等声阻抗差异大的地层,则反射回井中的能量更高。根据这一理论,可通过式(1)计算反射波能量[18]

j=1,2,…,NZ;k=1,2,…,NZ

(1)

式中,Aref为反射波能量;x(j)为第j个采样点的反射波能量;NZ为采样数。

为便于研究,需要将探头发射能量标准化,再求出反射能量与发出能量的比值,便可得到标准化后的反射能量值,可对同一口井的不同深度以及在不同井的反射能量进行对比研究。

声波能量反射系数值越大,说明井旁裂缝越发育、径向连通性越好、渗滤性越好。通过对东部12口DSI资料进行处理,利用声波能量反射系数值与测试产量进行比较,当声波能量反射系数平均值小于5%时,测试产能为低产,因此,将下限截止标准定为5%。

4　应用实例

图4　J-21裂缝参数测井综合处理解释成果图

图5　A-21井裂缝参数测井综合处理成果图

J构造J-21井3 177～3 252 m井段(XVa1-XVI层)测试产气118×104m3/d,产油28.98 m3/d,为低能相带裂缝发育获高产的实例(见图4)。该储层的特点是储层段自然伽马较高15～20 API(见图4第1道自然伽马曲线),总体为不易岩溶的低能相带,储层为多个薄层组成。其中,在3 213、3 216、3 225、3 251 m发育溶蚀扩大缝,裂缝倾角60°～80°(见图4第4道DIP矢量点),倾向一致,为南西方向,解释为单组系裂缝,缝的宽度(见图4第4道FVAH曲线)8～18 μm,经充分溶蚀的孔隙度(见图4第3道孔隙度曲线)达到10%～16%,斯通利波变密度图上干涉现象明显(见图4第5道变密度图),斯通利波能量衰减(见图4第7道ESTO曲线)15%～28%,远探测声波解释反射波能量(见图4第7道声波能量反射系数曲线)较强,达到20%～45%,深浅双侧向比值大于2,该组裂缝对储层段的产量具有主要的贡献。该试油层段中其他储层段发育的溶蚀孔洞与微细裂缝和宏观构造缝都有不同程度的关联,发育于低自然伽马段的溶蚀孔洞,呈顺层分布,或顺北西南东方向的裂缝系统分布,裂缝都发生了不同程度的溶蚀,与孔洞搭配好,也是储层高产的重要贡献者。

图5为A构造的A-21井孔隙、裂缝参数成果图。图5中3 579～3 646 m段解释为裂缝孔隙型储层,该试油段以发育溶蚀孔洞为主,由于主要储层段(3 607～3 615 m)自然伽马较低(小于10 API),溶蚀作用充分,纵向上孔洞连片性好,孔隙度4%～10%,有利于形成好的储层。由于该井裂缝不发育,裂缝张开度在1 μm左右;斯通利波能量衰减仅3%～7%,小于10%,指示储层高孔隙度但渗透性差;远探测声波反射系数3%～5%,指示井旁裂缝发育度差。综合解释为储层有效性差,最终的试油结果显示A-21井产气仅5.9×104m3/d。

以上2个例子说明在阿姆河右岸东部区块裂缝类型和发育程度对改善储层渗滤性具有重要价值。