基于实验、测井数据的低渗油藏缝网压裂储层评价

2021-08-23邱守美郭布民袁文奎张万春许田鹏张云龙

石油化工应用 2021年7期

关键词：脆性主应力曲率

邱守美，郭布民，袁文奎，张万春，许田鹏，张康，张云龙

（中海油田服务股份有限公司，天津 300459）

1 储层脆性指数分析

脆性矿物（硅质+钙质）含量越高，越容易形成缝网。一般储层脆性指数大于50%，储层才具有复杂缝扩展的岩石力学条件。

根据理论基础可以将已有脆性指数分为四类：

（1）基于矿物成分法，即通过岩石中脆性矿物的含量来定量表征岩石的脆性强弱；

（2）基于岩石力学强度参数计算法，即将脆性视为单轴抗压强度、裂纹萌生应力和/或抗张强度的函数；

（3）基于岩石变形特征法，即通过开展室内实验，采用单轴或三轴压缩过程中岩石的变形参数来表征岩石的脆性强弱；

（4）基于能量演化理论法，即通过岩石破坏过程中的能量转化形式来定量表征岩石的脆性。

测井解释最常获得储层矿物成分、弹性模量和泊松比，依据矿物成分脆性评价和弹性参数脆性评价方法，建立综合考虑不同测井数据的脆性权重预测公式。其中矿物成分脆性指数B1的计算公式如式（1）所示，弹性参数脆性指数B2的计算公式如式（2）所示。

式（1）中：Wqtz－石英含量，Wcarb－碳酸盐含量，Wtotal－矿物总含量；式（2）中：Es－静态弹性模量，vs－静态泊松比。脆性评价权重预测公式如式（3）所示。

由此，根据不同区块对脆性权重取值，可基于实验数据得到的矿物成分和基于测井数据计算出的储层脆性指数。EL-1D 井脆性指数计算结果（见表1），从计算结果可见，储层脆性指数均大于50%，较利于复杂缝网的形成[1]。

表1 EL-1D 井脆性指数计算结果

2 储层天然裂缝发育及走向分析

储层天然裂缝是否发育，是形成缝网的先决条件，储层天然裂缝越发育，越容易形成复杂裂缝。天然裂缝发育情况主要借助室内实验、FMI 成像测井、岩心观察分析、地震数据分析等方式实现。本文主要基于地震数据分析方法实现论述，利用曲率属性预测某一地区裂缝的发育特征。曲率属性研究提供了深入观测目标层面的手段，然而求取曲率值是一种计算二阶导数的数学方法，对地震数据中的任何噪声都很敏感。因此，在曲率属性计算之前，对地震数据进行去噪处理，可大大降低了地震噪声对曲率属性的干扰。

以二连盆地一口低渗油井EL-1D 井为例，对地震数据进行处理、模拟分析，从预测结果可见，曲率异常在EL-1D 井周围有明显的集中分布，平行或近平行于断层走向展布，整体上曲率异常带发育程度较高，表明本井工区裂缝发育程度高，对缝网压裂有利。

3 两向水平主应力差及天然裂缝与最大水平主应力夹角分析

储层两向水平主应力差越小，最大水平主应力方向与结构弱面（如天然裂缝）走向夹角越小，越容易形成缝网。

储层的两向水平主应力大小，可以通过室内岩石Kaiser 声发射实验及测井数据计算来获得，本文主要针对声发射室内实验来分析。Kaiser 效应的力学本质是岩石受原地应力作用所形成的特定的微裂纹在达到原应力的载荷作用下，重新活动和延续的客观反映。声发射Kaiser 效应实验表明，声发射活动的频率或振幅与应力有一定的关系。在单调增加应力作用下，当应力达到过去已经施加过的最大应力时，声发射明显增加。声发射效应实验可以测量野外曾经承受过的最大压应力。该实验一般要在压机上进行，测定单向应力。在轴加载过程中声发射频率突然增大点（起飞点）对应着的轴向应力是沿该岩样钻取方向曾经受过的最大压应力的方向。

将声发射实验所测得的凯塞尔点应力（三个水平方向和一个垂直方向）代入地应力解释公式，可得到三个主地应力的大小。垂向应力、水平最大、水平最小应力计算公式见式（4）～（6）。

式中：σV－上覆地层应力；σh，σH－水平最大、最小主地应力；Pp－地层孔隙压力；α－有效应力系数；σ⊥－围压下垂直方向岩心凯塞尔点应力；σ0°、σ90°－0°，90°两个水平方向岩心围压下的凯塞尔点应力；Pc－高压井筒内岩心所承受的围压；K－围压修正系数。

同时，根据目前国内外广泛应用的裂缝扩展准则War Pinski 和Teufel 提出的线性准则，见式（7）。以EL-1D 井为例，根据线性准则，绘制工区天然裂缝破坏边界与逼近角关系图（见图1），已知天然裂缝走向为北偏东60°及最大水平主应力方向（北偏东10°），即可确定天然裂缝与最大水平主应力差夹角为40°，当天然裂缝与最大水平主应力夹角为40°时，从图1 可见，工区天然裂缝破坏边界为8 MPa，而根据Kaiser 效应室内结果借助三向应力计算公式计算的目标储层两向水平主应力差为6 MPa，小于8 MPa，即具备复杂缝形成的有利条件。