钻遇断层阵列侧向测井响应特性正演研究

2019-04-22杜双军

油气藏评价与开发 2019年2期

杨勇，李亨，杨多，杜双军，彭杰，陈坤

（1.长江大学油气资源与勘探技术教育部重点实验室，湖北武汉430100；2.长江大学地球物理与石油资源学院，湖北武汉430100）

随着石油勘探开发及解释技术的进步，国内油气田公司对于钻遇小型断层的解释提出了更高的要求[1-4]。

目前，阵列侧向测井仪器的正演研究已做的较成熟，在阵列侧向测井仪器的数值模拟研究，如刘振华等关于阵列侧向测井的计算及其特征[5]；仵杰等阵列侧向测井的正演响应分析[6]。对阵列侧向测井仪器在不同储层条件下的研究，如邓少贵等的阵列侧向测井仪器在裂缝性储层中的响应特征[7]；邓少贵等的阵列侧向测井仪器在倾斜井非均匀地层的响应特征[8]；冯玲伟等的阵列侧向测井仪器在薄互层和倾斜地层的响应计算分析[9]。对钻遇断层的研究，目前公开发表的文献较少，有仵杰对钻遇断层水平井的阵列感应测井响应特性进行了正演模拟研究[10]。钻遇断层的阵列侧向测井仪器研究暂时还没有公开发表的文献，因此，进行钻遇断层的阵列侧向测井仪器响应模拟分析，研究小型断层的阵列侧向测井响应规律和特征，对于小型断块油气藏的评价有一定的指导意义。

通过有限元正演，研究阵列侧向测井仪器的响应特征。实现了直井情况下钻遇断层地层模型中阵列侧向测井响应的三维数值模拟，在此基础分析了钻遇断层地质模型中的断层倾角、断距、围岩等影响因素的测井响应变化规律，并对直井情况下钻遇断层阵列侧向测井响应特征进行了总结。

1 仪器工作原理及地层建模

1.1 仪器工作原理

所用阵列侧向测井仪器的仪器结构原理图如图1所示。A0为主电流发射电极，且置于仪器的中间。在A0的两侧对称分布着A（iA'i）（i=1，2，3，4，5，6），M（iMi）（'i=1，2，3，4，5，6），其中A（iA）i（i='1，2，3，4，5，6）为六对屏蔽电极，M（iMi）（i=1，'2，3，4，5，6）为六对监督电极，相邻电极之间由绝缘体隔开。阵列侧向仪器工作时，每对电极除监督电极外均发出一道电流，且互不干扰，形成六种R0到R5逐渐加深的探测模式，其中R0主要反映的是井眼及泥浆的电阻率，R1到R5主要反映地层电阻率[11-14]。主要研究的是这种阵列侧向测井仪器R1到R5五种探测模式的测井响应变化规律。

图1 阵列侧向测井仪器结构Fig.1 Structure of array lateral logging equipment

1.2 地层模型

模型中将地层简化为三层均匀介质地层，分别是上围岩、储集层及下围岩；并设有井眼、破碎带及阵列侧向仪器；储集层即为断层，分为断层上盘、破碎带及断层下盘三部分；阵列侧向测井仪器位于井眼中部，且井眼垂直穿过上下围岩及断层，具体的井眼分布如表1所示[15-17]。实际中断层破碎带是由断面填充物和派生裂缝组成，断面复杂，结构多样[18-19]，所以对断层破碎带进行了简化处理，设置为均匀介质。具体地层模型如图2所示。

图2 断层模型与网格剖分Fig.2 Fault model and mesh division

数值模型分别对不同的断层倾角、断距、围岩响应特征等影响因素进行了阵列侧向测井响应特征的研究。阵列侧向测井仪器于井眼内居中测量，无泥浆侵入、井眼等的影响。

2 断层倾角影响

地层模型中各初始参数如下：上围岩与下围岩电阻率相同且为0.2 Ω·m，井眼电阻率为1 Ω·m，断层电阻率为20 Ω·m，断层破碎带电阻率为17 Ω·m，储集层上下盘断距为2 m的逆断层，断层倾角为45 °。分别对断层倾角为30 °、45 °、60 °、80 °阵列侧向测井仪器的测井响应特征进行了分析，响应特征如图3所示，其中横坐标x为不同的钻遇位置（m），纵坐标Ra为不同的视电阻率（Ω·m），图为同一倾角下不同探测模式的响应曲线。

表1 钻遇断层不同井眼位置介绍Table1 Different hole locations in drilling of fault

图3 断层倾角响应曲线Fig.3 Response curve of dip angle of fault

由数据分析可知：1）通过图3c可知在断层倾角不断增大时，断层上下盘的电阻率响应曲线也渐渐趋于平缓，且视电阻率曲线反映出的破碎带宽度不断减小。因为断层倾角越大，破碎带长度就越小，破碎带对储集层的影响就越小，这时越能反映出断层上下盘的视电阻率；2）在钻遇到破碎带位置时，断层倾角越小的断层测得的电阻率越大。且在此，30°倾角不符合该规律，出现这种情况是因为30°倾角的破碎带会比45°、60°及80°倾角的破碎带要长，导致测量得出的电阻率滞后；3）在同一断层倾角下，不同探测模式的视电阻率响应曲线也有差别，从浅探测模式到深探测模式视电阻率也在不断减小。

3 断层断距影响

模型参数设置：断层倾角，围岩电阻率等均与初始模型一致，对不同断层断距下断层断距对阵列侧向测井仪器的影响进行了分析；五种断距不同的情况分别进行了分析研究（图4），分别是正断层断距为4 m、正断层断距为2 m、正断层断距为1 m、逆断层断距为1 m、逆断层断距为2 m。图4为同一探测模式下不同断距及同一断距不同探测模式的响应曲线，部分数值响应特征如图4所示，其中横坐标x为不同的钻遇位置（m），纵坐标Ra为不同的视电阻率（Ω·m）。

通过数据分析可知：1）在围岩电阻率小于目的层电阻率时，各个断距测得的断层上盘视电阻率由浅探测模式到深探测模式不断减小的；而探测模式为R1时不满足这个规律；在探测模式为R1的图中测得的视电阻率规律符合其他探测模式测得的视电阻率规律。出现这种现象是因为R1探测模式较浅导致的；2）在相同探测模式及相同钻遇位置下，断层上盘测得的视电阻率会随着断距的增大而减小；出现这种规律是因为仪器在井中的测量半径是固定的，随着断距的增大，破碎带长度也在增大，模型中破碎带设置电阻率为17 Ω·m，且随着探测模式距离的增加，断距越大，测得的视电阻率受到破碎带及围岩电阻率影响越大；3）如图4d所示，当断距增大到4 m时，测得的断层上盘的视电阻率趋近于围岩电阻率。这是因为仪器在井眼中的位置是固定的，而随着断距增大，仪器没有随着断距增大改变位置。

4 围岩的影响

图4 断层断距响应曲线Fig.4 Response curve of fault interval

模型断距为逆断层断距为2 m，断层倾角为45°，将围岩分为上围岩与下围岩并针对三种情况进行了分析。

4.1 上围岩的影响

模型地层参数：下围岩电阻率参数固定，上围岩与下围岩电阻率之比分别为1、10、50、200、500，分析了这五种上围岩与下围岩电阻率之比的响应曲线；图5为同一探测模式下不同上围岩电阻率的响应曲线，部分数据响应特征如图5所示，其中横坐标x为不同的钻遇位置（m），纵坐标Ra为不同的视电阻率（Ω·m）。

通过分析可知：1）在相同的探测模式下，断层上盘测的电阻率不会随着上围岩电导率的变化而变化，而是很稳定。出现这种规律是因为断层为逆断层，上盘相对于下盘上升，测井仪器更多的是受到断层上盘电阻率的影响，而断层上盘在这里是一个定值，所以测得的电阻率变化不明显；2）从浅探测模式到深探测模式，由图5可知断层上盘之间的测得的视电阻率在增大。在仪器探测模式增大时，得到的视电阻率受围岩的影响增大，所以深探测模式中，断层下盘之间的电阻率比浅探测模式变化大；3）在上围岩设置的电导率不变的情况下，断层下盘之间测得的电阻率会随着探测模式的加深而不断变大。可以观察到在上围岩电阻率与下围岩电阻率之比为500时，不同探测模式测得的下盘电阻率变化不大，而上围岩电阻率与下围岩电阻率之比为1时，不同探测模式测得的电阻率会随着浅探测模式到深探测模式不断减小。

4.2 下围岩的影响

模型地层参数：上围岩电阻率参数固定，下围岩与上围岩电阻率之比分别为1、10、50、200、500，分析了这五种下围岩与上围岩电阻率之比的响应曲线；图6为同一探测模式下不同下围岩电阻率的响应曲线，部分数据响应特征如图6所示，其中横坐标x为不同的钻遇位置（m），纵坐标Ra为不同的视电阻率（Ω·m）。

由图6可知：在相同探测模式下，阵列侧向仪器测得的视电阻率会随着下围岩电阻率的增大而增大。因为随着下围岩电阻率的增大，下围岩电阻率对于断层的影响也会变大，造成测得的电阻率也在不断增大；在下围岩视电阻率不变的情况下，随着浅探测模式到深探测模式，断层下盘不同下围岩测得的视电阻率之间的差不断增大。这是因为随着浅探测模式到深探测模式，仪器的探测半径在加大，这时下围岩的电阻率也在增大，所以造成测得的电阻率不断增大。

图5 断层上围岩响应曲线Fig.5 Response curve of upper surrounding rock of fault

4.3 上下围岩电阻率相同时的影响

模型地层参数：上围岩电阻率与下围岩电阻率设置的相同，分别是0.2 Ω·m、2 Ω·m、10 Ω·m、40 Ω·m、100 Ω·m，分别分析对比了这五种围岩电阻率响应曲线；图7为同一围岩影响因素下不同探测模式的响应曲线，部分数据响应特征如图7所示，其中横坐标x为不同的钻遇位置（m），纵坐标Ra为不同的视电阻率（Ω·m）。

通过数据分析可知：1）在探测模式相同及钻遇到断层下盘时，仪器测得的视电阻率会随着围岩电阻率的增加而减小；2）在围岩电阻率在10～40 Ω·m之间时，测得的R1到R5之间电阻率之差不超过1 Ω。