储层天然裂缝表征方法研究现状及展望

张小龙

摘 要：在世界油气资源的产量和储量中，裂缝性油气藏具有举足轻重的地位。天然裂缝不仅在提供储层储集空间和改善渗透性等都具有重要作用，还对石油工程方案优化设计、储层压裂具有重要影响。开展储层裂缝定量表征是石油地质长期的难点和热点，本文调研了近年来主要的识别技术，就目前存在的问题提出今后的发展趋势。

关键词：裂缝识别;裂缝表征;定量化;发展趋势

1 储层裂缝国外研究现状

经过多年的发展，裂缝的研究已从定性向定量化方向发展。1968年，国外学者G.H.Murry首次开展裂缝的定量研究，其通过几何方法推导出曲率值和裂缝的孔隙度间的计算公式，将其应用于裂缝物性参数计算中，掀起了裂缝定量研究的序幕。随后在1971年，他又通过研究构造主曲率与裂缝发育的关系，分析了曲率与裂缝发育程度的关系。在上世纪的80年代初，美国学者范.高尔夫-拉特通过总结前人成果，结合自身实践，撰写了第一本关于裂缝性油藏工程的专著，该专著被学者们广泛接受并使用，也基本形成了裂缝性储层研究的理论以及方法。

分形几何学对裂缝研究有较好的效果，该方法在上世纪70年代被引入，并逐步形成了分形方法计算裂缝参数。国外学者如P.L.Gong Dilland、Barton C.C.、Thomas and Blin-lacroix、Velde B. and Duboes J、Main T H irata等把分形几何学方法用于岩石裂缝研究，并在断层、裂缝的基本参数的定量描述与分布规律上取得了较大进展。1995年，Barton C.C.通过总结前人成果结合自身研究认为，当裂缝分维D大于1.34后，裂缝就可以构成互相渗流的裂缝网络，直到现在，该认识仍被广泛使用并取得了不错的效果。

在物探研究方面，地震相干技术的引入被认为具有跨时代意义，首次提出利用地震相干技术描述裂缝的是Farmer和Bahorich（1995年），他们通过计算相邻地震道的相似性的程度来检测目标地质体的连续性，从而定性表征裂缝的发育程度。此后，1998年Ashbridge J、Marfurt、Neves F A等人通过分析地震属性，提出了第二代相干技术，其方法是將多道相似计算引入到地震同相轴的相似性计算中，从而分析地质体的连续性。随后1999年Marfurt、Gersztenkorn将数学中的矩阵特征计算结果引入到相干计算中，发展成为目前广泛使用的第三代相干技术。

随着多波地震技术的发展，国内外学者对地震波处理开展了一系列复杂的研究工作，其中运用最多的是三维三分量（3D3C）技术。在2000年、2005年SEG与EAGE联合分别召开了二届地震多波技术研讨会，成为了地震多波勘探发展的重要里程碑。

地球物理测井识别及描述裂缝方面，主要经历了以下三个阶段：在1982年以前，Nelson、Glenn等人通过各种测井曲线裂缝响应特征对裂缝进行识别，但主要是定性识别;1982-1992年，Khatchikian等人利用测井资料处理后计算火成岩的各种骨架参数;1992年后，随着成像测井技术的发展，B.Belgasem等人利用声电成像、核磁测井等定量评价裂缝参数。

2 储层裂缝国内研究现状

2.1 定性分析方法

定性分析是最早的裂缝描述方法，石油地质工作者从构造特征、生产动态以及生产经验总结着手，裂缝构造资料对裂缝进行描述和预测。在地质录井过程中根据钻井现象，可以定性预测储层裂缝的发育情况以及裂缝段埋深。此外利用地面露头情况、岩芯以及镜下薄片分析等手段对裂缝进行观察、描述及统计。

2.2 根据构造应力的分析开展裂缝描述和预测研究

构造应力的变化是裂缝形成的根本原因，构造应力场的强弱直接影响着裂缝的发育程度，国内学者利用构造应力场反演裂缝形成过程，预测裂缝发育程度取得了较好的效果，但对于构造应力大小的求解方式、构造应力与裂缝的匹配关系问题上，以及相关技术方法的适用性方面，还存在较大分歧或问题。

2.3 物探方法

地震预测裂缝方法有多种，基于叠后地震信息，包括三维相干体、突变或分形分维、倾角扫描技术、三维方差体、谱分解和多尺度边缘检测等;利用三维宽方位地震资料开展地震属性的各向异性分析和裂缝预测;利用纵波方位各向异性，包括纵波振幅、速度、传播时间、AVO的方位各向异性研究等;利用多波地震，有多波多分量裂缝检测和横波勘探等。目前，国内应用最为广泛的主要有：基于纵波各向异性的裂缝预测;三维相干体（ESP）预测裂缝;基于测井约束的波阻反演;基于地震多属性参数。

2.4 利用测井手段识别裂缝

主要利用井眼周围的裂缝对测井仪器的异常响应（如井径、电阻率、声波等）来间接探测裂缝（除井下声波电视外）。探测裂缝的测井方法有多种：

2.4.1 电阻率曲线

裂缝往往会造成微球与深、浅侧向电阻率出现明显差异，一般出现正幅度差，且裂缝愈发育，差异程度愈大。

2.4.2 声波全波列测井

当声波穿过裂缝时，由于能量转换，声波能量幅度要减小，对于不同类型的波和不同的裂缝倾角，减小的程度是不同的。低角度缝对纵波影响较小，横波幅度衰减大;高角度缝则使纵波衰减大，横波衰减小。

2.4.3 成像测井（FMI）

成像测井信息丰富，图像显示直观，是最有力的裂缝识别手段。当裂缝被流体充填时，电阻率一般表现为相对低阻。电成像测井通过对所测量的井壁附近地层电导率曲线进行特殊图像处理来直观、清晰地显示裂缝发育的条数和裂缝的倾角。

2.4.4 偶极横波成像测井

利用偶极横波的测井信息进行裂缝分析，主要是通过低频斯通利波的反射来判断裂缝的存在，该反射主要由介质声阻抗差异引起。斯通利波在传播过程中与裂缝中的流体发生能量交换，产生幅度衰减。

2.4.5 利用非线性理论方法检测和识别地下裂缝

主要应用分形、神经网络和灰色理论等技术方法进行检测和识别，但尚不成熟。目前，非线性理论方法常和测井技术、物探技术联合用于预测储层岩体裂缝。

3 裂缝表征研究展望

①多手段、多参数及多尺度开展裂缝定量化、精细化识别和表征。当前，进行裂缝表征和识别的方法主要有传统地质法、测井、录井、钻井以及生产动态分析等方法。地质学方法逐渐朝更精细、更立体和更微观的方向发展。常规测井通过对微弱信号放大以实现裂缝识别，也将逐渐往立体化和定量化发展，避免仅“一孔之见”，而要实现“一孔远见”。钻录井方法在裂缝表征占有重要的地位，但定量化程度还不够。利用生产资料进行裂缝定量识别是今后的研究方向;

②长期以来，我们对于裂缝定量的表征参数以裂缝的长度、宽度、密度、产状、组系、孔隙度和渗透率等;裂缝的充填程度以充填物、充填程度、有效性、连通性以及封闭性等参数为主。随着裂缝研究的深入及后期油气藏开发的需求，裂缝面粗糙度仍应作为裂缝关键参数进行描述，并应当引起大家的重视;

③裂缝的控制因素及预测研究。裂缝的影响因素较多，一般包括构造作用、沉积作用及成岩作用等，细分开来主要包括岩性、岩层厚度、构造部位（褶皱及断裂）、构造应力、成岩相等。但不同的储层裂缝，其主控因素不同，因此对裂缝的主控因素研究，应该从裂缝的成因机制着手进行分类评价。与之对应，目前裂缝预测方法主要包括应力场数值模拟、地震法、断裂分形法、岩层曲率法以及综合预测等方法，目前的预测精度仍不能满足勘探开发的要求，特别是对于开发后期裂缝的评价，仍存在非常大的困难。因此，未来裂缝预测应该往多参数、多尺度、多方法的定量预测方法发展。

参考文献：

[1]刘敬寿，丁文龙，肖子亢，等.储层裂缝综合表征与预测研究进展[J].地球物理学进展，2019，34（6）：2283-2300.