大牛地马五段储层裂缝特征及测井识别方法

2019-09-16李雪晴

石油化工应用 2019年8期

李雪晴

（中国石化华北油气分公司勘探开发研究院，河南郑州 450006）

鄂尔多斯盆地奥陶系以碳酸盐岩为主，在盆地中部已发现靖边喀斯特风化壳大气田，地质储量近5 000×108m3，展示了奥陶系碳酸盐岩具有巨大潜力[1]。大牛地气田构造上位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡东北部，与靖边气田有相似的成藏条件，已有的勘探成果也表明奥陶系风化壳具有良好的天然气潜力。前人对大牛地气田下古生界奥陶系储层已经进行了较多的研究工作[2-11]，但对研究区马五段储层裂缝特征及裂缝的识别方法等还缺乏具体的描述。本次研究通过对裂缝的产状分布、岩性分布、充填特征等储层裂缝特征进行了详细研究，并详细描述了裂缝的识别方法，为下一步的研究提供有利依据。

1 储层裂缝特征

通过对研究区马五段21 口取心井进行岩心裂缝观察，研究区目的层共识别观察和描述出了712 条裂缝。参照周文教授提出的标准（见表1），裂缝以垂直裂缝和高角度斜交裂缝为主（见图1）；裂缝在马五5 段地层中最为发育，主要发育于黑灰岩（约占裂缝总数的47.5 %），其次为白云岩（约占裂缝总数的26.1 %），非马五5 灰岩类（约占裂缝总数的18.9 %），泥岩中裂缝约占裂缝总数的7.6 %，泥岩段中发育的裂缝多是低角度缝，该类裂缝中有部分是沿泥碳质纹层的破裂缝，缝面可见不同程度的擦痕，其他岩性中的裂缝多为高角度缝和垂直缝（见图2）。

图1 岩心裂缝产状分布

通过对取心井的观察以及微观薄片观察研究区岩心裂缝以充填裂缝为主，其中以方解石充填为主（约占69.6 %），其次为方解石半充填（约占5.4 %）、泥炭质充填（约占10.1 %）以及白云石充填（约合计占0.6 %）；未充填裂缝（约占14.3 %）。四种产状的裂缝也均是以充填裂缝为主，表明该地区大部分岩心裂缝充填特征明显，有效性差。

岩心垂直裂缝的长度主要集中在1 cm～20 cm，最长可达1 m 多；岩心裂缝宽度主要集中在0.1 mm～1 mm，最宽可达5 mm 以上。岩心裂缝在灰岩和马五5 黑色灰岩中裂缝线密度较大，裂缝较为发育。观察到的总裂缝条数为712 条，其中有效裂缝为201 条。分层统计裂缝有效裂缝线密度，表明马五1～马五3 岩心有效裂缝线密度较高，马五4，马五5 岩心有效裂缝线密度相对较低。分岩性统计裂缝有效线密度，表明：在白云岩和黑灰岩中，岩心有效裂缝线密度较高。

2 裂缝测井识别方法研究

2.1 常规测井裂缝识别方法

2.1.1 交会图分析法通过岩心刻度常规测井资料，主要提取了裂缝样本及非裂缝样本，其中岩心上观察到的裂缝，按充填性质分类主要为：未充填缝、半充填缝和全充填缝。依据所提取的各样本测井特征参数，首先采用交会图的方法对样本测井参数特征进行分析。研究区共选取了57 个样本，其中未充填裂缝样本22个，半充填裂缝样本6 个，全充填裂缝样本11 个，非裂缝样本18 个。

声波时差与伽马及中子孔隙度交会图（见图3、图4），研究区单井声波时差对于未充填和半充填有效裂缝的识别效果较好，分界点大致在170 μs/m 可以将有效裂缝区分开来。有效裂缝的声波时差平均值为175.082 μs/m。但交会图中自然伽马和中子孔隙度几乎没有区分效果，样本散乱无章。但对于未充填裂缝中子孔隙度相对偏高，平均为14.937 %。

密度测井值对于样本的区分效果不明显，这主要是由于本研究区地层风化剥蚀严重，岩性复杂，泥质含量较高等诸多因素，因此无法单独利用密度对样本进行区分。深浅侧向或深中感应测井响应参数值无法直接较好的将有效裂缝区分开来。电阻率差的区分效果也与以上电阻率测井系列一致，不能直接进行区分。

表1 裂缝产状对裂缝类型划分结果表（据周文）

图2 不同岩性的裂缝产状分布图

图3 GR 与AC 交会图

图4 AC 与CNL 交会图

图5 声波时差与侵入带电阻率交会图

图6 密度与侵入带电阻率交会图

从与侵入带电阻率的交会图（见图5，图6）可以看出，该测井系列（微球型聚焦测井及八侧向测井）对于本研究区有效裂缝的区分效果较好，侵入带电阻率呈现低值的特点。侵入带电阻率对有效裂缝（半充填和未充填裂缝）区分的临界值大致在100 Ω·m 以下，平均为55.59 Ω·m。因此结合声波测井系列，参考其他测井参数对于有效裂缝的识别具有一定的有效性。密度与深浅侧向（或深中感应）测井参数值的交会图对于区分有效裂缝具有一定的综合区分效果，图中有效裂缝基本聚集在电阻率偏低而密度值偏低的左下区域。

总体而言，从以上交会图系列可以得出：声波时差和侵入带电阻率对于有效裂缝的区分效果是比较显著的，而通过电阻率与密度的综合分析效果也能对本研究区有效裂缝的识别起到比较积极的作用。综合以上交会图的认知结果，对有效裂缝识别有利的测井参数值进行综合分析，认为本研究区有效裂缝的测井响应特征（见表2）。

2.1.2 判别分析法判别分析是数学地质中广泛应用的一种多元统计方法，主要判别未知样品应该划归哪一个已知总体。判别分析一般分为两组和多组判别，两组的判别分析在Fisher 准则下进行求解，但实际应用中多组判别的情况比较常见。多组判别分析基于Bayers 准则。

2.1.2.1 裂缝充填类型判别根据岩心刻度常规测井，选取了57 个裂缝与非裂缝样本，按充填类型进行判别识别，其中：1-未充填裂缝，2-半充填裂缝，3-全充填裂缝，4-非裂缝。采用逐步判别的思想，通过不断剔除与引入变量，考虑到工程应用实际，最后优选出建立判别方程的测井参数有：DEN 和侵入带电阻率Rxo 共2 个参数。上述判别分析计算过程主要是基于油田地质数据处理软件进行的逐步判别处理的。通过上述判别原理及判别过程，对57 个样本进行逐步判别，共判错样本22 个，判对样本35 个，回判率为61.4 %，回判率很低，说明本研究区利用逐步判别方法不能准确判定裂缝充填类型，但可做一定的研究参考。以上判别结果主要与裂缝充填物性质，裂缝产状，岩性，地层风化程度等的影响有关。

表2 有效裂缝的测井响应特征

2.1.2.2 有效裂缝判别由于利用裂缝的充填性质识别裂缝的效果较差，所以对有效裂缝的识别尤为重要，因此将原始样本重新分类，即把未充填裂缝和半充填裂缝视为有效裂缝，全充填裂缝以及非裂缝视为一类（分别用数值1，2 对应标识裂缝类型），同理采用逐步判别的思想，通过不断剔除与引入变量，最后优选出建立判别方程的测井参数有：AC（声波时差）和|RT-RS|（深、浅侧向或深、中感应电阻率差的绝对值），DEN 以及侵入带电阻率Rxo 共4 个参数。从判别结果可以看出，57 个样本共判对55 个，判错2 个，回判率为96.5 %，比之前的四种类型判别效果提高了很多。样本在进行判别过程中，测井响应参数均作了归一化。

通过以上判别结果可建立白云岩储层有效裂缝和无效裂缝（包括非裂缝）的判别方程，针对研究区灰岩及马五5 黑色灰岩储层，利用同样原理，共判错1 个样本，回判率为93.3 %，可建立相应的灰岩（特别是马五5 黑色灰岩）储层有效裂缝与无效裂缝判别方程。

在实际应用中必须考虑待判样品归入第几类的概率，这一概率就是判别概率，即样品检验概率。对本研究区57 个样本进行判别概率计算，判别概率在75 %～100 %时，效果最好。因此在进行单井裂缝逐步判别识别的时候，应对各判别方程计算结果进行判别概率分析，达到该值的确定为裂缝发育段。

2.2 地层倾角测井裂缝识别

地层倾角测井资料能够精确反映井壁地层电导率（电阻率），因此，对于井壁如果有裂缝发育的地层，其电导率曲线将会发生异常（高导异常、低导异常）。

根据岩心观察结果，与大92 井6 臂地层倾角测井资料进行对应，可以看出，岩心上观察到的未充填缝在地层倾角测井电导率图上显示为高电导率异常，这是由于井内钻井液侵入未充填裂缝，其电导率呈现高值，故在地层倾角测井电导率曲线上显示为高值异常。

而岩心上观察到的充填缝在地层倾角测井电导率图上则显示为低电导率异常，这是由于井内钻井液无法侵入充填裂缝，其电导率呈现低值，故在地层倾角测井电导率曲线上显示为低值异常。

由于地层倾角测井极板灵敏度非常高，因此对于充填裂缝、未充填裂缝的电导率异常一般是可以探测到的，未充填缝为高电导率异常，充填缝为低电导率异常。

2.3 测井裂缝综合识别标准

由于测井资料并非裂缝的单一响应，而是井下测井环境、岩性、物性、含油气性及裂缝等信息的综合反映，因此各种参数方法对裂缝识别效果不一样，单靠某一参数或某一方法可能还不能完全识别确定出裂缝发育层段，因此，有必要在前述研究结果基础上，提出一个裂缝综合识别标准。

根据裂缝参数测井解释结果及对裂缝样本的认识（结合岩心及各种测井资料），进一步统计分析了有效裂缝样本和无效裂缝样本计算的裂缝孔隙度值和裂缝宽度值分布，以期可以找到有效裂缝的裂缝孔隙度值和宽度值的下限，有效裂缝的测井解释裂缝孔隙度大于0.5 %、测井解释裂缝宽度大于0.02 mm，而无效裂缝的测井解释孔隙度基本上小于0.5 %、测井解释裂缝宽度小于0.02 mm。由此，将裂缝孔隙度0.5 %和裂缝宽度0.02 mm 作为判识有效裂缝的下限。

结合岩心资料、成像测井资料、地层倾角测井、常规测井、裂缝宽度及孔隙度解释结果和裂缝逐步判别结果，提出裂缝识别预测标准（见表3）。