孟俊, 駱楊

(1.中國石化華北分公司, 河南 鄭州 450006; 2.中國地質(zhì)大學(xué)構(gòu)造與油氣資源教育部重點實驗室, 湖北 武漢 430074)

0 引 言

裂縫表征是油氣田勘探開發(fā)的一項基本內(nèi)容[1],其研究具有較大困難[2]。裂縫的測井識別是裂縫表征的重要基礎(chǔ),而垂直裂縫的測井識別則是其中一個難點[3]。

裂縫測井識別主要有特殊測井和常規(guī)測井2條途徑。特殊測井方法是通過發(fā)展對裂縫響應(yīng)比較敏感的測井技術(shù)直接顯示裂縫位置、特征等,如微電阻率掃描等成像測井[4]。這些方法可以準確識別垂直裂縫等各類裂縫,但昂貴的成本使其難以廣泛應(yīng)用,大部分老井也缺乏類似資料[5]。大量研究表明,各種常規(guī)測井對垂直裂縫的響應(yīng)相對較弱,容易發(fā)生漏劃[3]。因此,提高常規(guī)測井識別垂直裂縫的技術(shù)水平成為一個重要問題,這在以垂直裂縫為主的裂縫性儲層研究中尤為關(guān)鍵。

鄂爾多斯盆地涇河油田長8段發(fā)育致密砂巖油藏,已有研究表明,大量發(fā)育的構(gòu)造成因的垂直裂縫對該油藏的滲透性及產(chǎn)能有重要影響。因此,垂直裂縫的準確識別對該油藏的儲層表征及進一步的油藏評價都具有重要影響。本文針對該油藏的地質(zhì)特點,基于常規(guī)測井資料,采用小波變換技術(shù),探討該油藏的垂直裂縫識別方法,為儲層裂縫的進一步表征奠定基礎(chǔ),也可為其他地區(qū)垂直裂縫的識別提供借鑒。

1 地質(zhì)概況

鄂爾多斯盆地涇河油田在甘肅省和陜西省交界地區(qū),位于伊陜斜坡、渭北隆起和天環(huán)向斜交接部位,目前正處于開發(fā)評價-開發(fā)初期階段,其中,延長組長8段是該區(qū)塊的重點開發(fā)層系。

長8段沉積相為辮狀三角洲沉積相的三角洲前緣亞相,巖性主要為細粒長石巖屑砂巖和巖屑長石砂巖?；|(zhì)孔隙度平均5.26%,滲透率平均0.173×10-3μm2,為特低孔隙度-超低滲透率儲層。但在印支期、燕山期和喜山期等3期構(gòu)造運動的作用下,經(jīng)過構(gòu)造擠壓、沉降和抬升等復(fù)雜的構(gòu)造演化,該層段大量發(fā)育斷層及構(gòu)造裂縫,形成了與裂縫分布有關(guān)的孔隙-裂縫型儲層,根據(jù)體積法和Parsons公式計算[3],裂縫滲透率可達2.994×10-3μm2。因此,孔隙-裂縫型儲層被認為是長8段獲得油井高產(chǎn)的主要優(yōu)質(zhì)儲層類型之一。

2 裂縫特征

對彬長地區(qū)長8段47口井的巖心進行觀察及裂縫描述,裂縫以構(gòu)造剪切縫為主,根據(jù)王允誠等[6]對裂縫的分類方法,可分為垂直縫(傾角75°～90°)、高角度斜交縫(75°～45°)、低角度斜交縫(45°～15°)和水平縫(0°～15°)等4種類型,其中水平縫為偶爾發(fā)育的水平微裂縫帶。

2.1 垂直裂縫發(fā)育特征

(1) 長8段最為發(fā)育的裂縫類型是垂直裂縫,在巖心觀察到的裂縫中其比例可達76%,其次為高角度斜交縫,比例為18%。

(2) 垂直裂縫的縫寬相對較大,約1～2 mm,且隨著裂縫傾角的減小,裂縫寬度也有減小的趨勢。

(3) 垂直裂縫中僅有12%被完全充填,充填物以方解石膠結(jié)物為主,其余均為未充填(約82%)或半充填(約6%)。

垂直裂縫較高的發(fā)育比例和較大的開啟縫寬,使其在儲層滲流中具有比其他類型裂縫更為突出的作用。

根據(jù)巖心觀察結(jié)果統(tǒng)計,長8段可見垂直裂縫65條,平均線密度0.1 條/m,但垂直裂縫在不同巖性中的發(fā)育程度相差較大(見表1)。以線密度和裂縫長/巖層厚度比2項參數(shù)表示垂直裂縫的發(fā)育程度,隨著泥質(zhì)含量增加,垂直裂縫發(fā)育程度減小,而各項特征參數(shù)均在細砂巖中表現(xiàn)出較大優(yōu)勢,特別是從裂縫數(shù)量和裂縫總長度2個方面分析,長8段垂直裂縫主要集中于細砂巖層段。

由此可見,垂直裂縫的大量發(fā)育和在細砂巖中的集中分布,使得該類裂縫在研究區(qū)的砂巖儲層評價中不可忽視。

表1 不同巖性垂直裂縫發(fā)育情況統(tǒng)計

2.2 垂直裂縫含油性

巖心觀察可見(見圖1),垂直裂縫中約71.9%具有油氣顯示,其中多為油斑級別。裂縫發(fā)育具有的較高含油飽和度特征使鉆井液侵入導(dǎo)致的測井響應(yīng)具有更大的異常,特別是與流體電阻率相關(guān)的異常。

圖1 垂直裂縫段巖心含油性統(tǒng)計

3 測井響應(yīng)特征

測井響應(yīng)特征分析是裂縫測井識別的基礎(chǔ),為識別裂縫提供判別依據(jù)[5]?？v向分辨率較高、探測深度較淺的常規(guī)測井方法,如深淺側(cè)向電阻率、聲波時差、密度、中子測井等,是地層中微觀孔隙結(jié)構(gòu)、流體性質(zhì)、裂縫、巖性等多種信息形成的不同頻率響應(yīng)的信號之和[7]。裂縫(特別是開啟裂縫)是地層中的非連續(xù)地質(zhì)體,會造成測井響應(yīng)呈現(xiàn)局部異常,而裂縫與基質(zhì)滲透率的巨大差異引起的鉆井液侵入異常也會加強這種局部特征。這種局部異常也會表現(xiàn)在測井曲線上,從而在一定程度上被用來指示裂縫[1]。

3.1 方法選擇

基于常規(guī)測井的裂縫響應(yīng)特征分析,通常是通過分析常規(guī)測井曲線或基于常規(guī)測井的指示曲線實現(xiàn)[3,5]。這在識別具有較小傾角或密集發(fā)育的裂縫(如斜交縫、網(wǎng)狀縫)時有比較高的準確性。但是,垂直裂縫在常規(guī)測井曲線上的異常反應(yīng)通常相對較弱[3]。統(tǒng)計涇河油田長8段的垂直裂縫測井響應(yīng)特征也發(fā)現(xiàn),研究區(qū)垂直裂縫段對應(yīng)的大多常規(guī)測井曲線響應(yīng)不明顯:聲波時差變化不明顯,密度和中子測井在部分裂縫段略有響應(yīng),相比之下,深、淺電阻率離差異常與垂直裂縫發(fā)育段具有較好的對應(yīng)性。

對此,需采取一定的處理方法強化垂直裂縫造成的響應(yīng)特征。其中,通過一定的數(shù)學(xué)方法對數(shù)據(jù)進行分解是強化裂縫響應(yīng)特征并進行裂縫識別的一個重要方向[8],小波變換則是其中一種被廣泛應(yīng)用的方法。Sahimi和Hashemi[9]研究認為孔隙度曲線經(jīng)過小波變換后的高頻部分可反映裂縫的存在。隨后,國內(nèi)外眾多學(xué)者采用小波變換方法對聲波時差等基本數(shù)據(jù)或含水飽和度等解釋數(shù)據(jù)進行多尺度分解,識別單井裂縫,并取得較好效果[7-8,10-15]。已有眾多學(xué)者利用小波變換方法,通過多尺度濾波、分解等步驟處理聲波時差、電阻率、含水飽和度等測井數(shù)據(jù)或參數(shù),重構(gòu)多尺度信息,突出裂縫的響應(yīng)特征,進而準確識別[7,12,14]。因此,本文將小波變換技術(shù)用于識別研究區(qū)的垂直裂縫,通過強化裂縫響應(yīng)異常,總結(jié)垂直裂縫的響應(yīng)特征,以確定裂縫識別的判別方法和依據(jù)。

3.2 響應(yīng)特征

為了突出研究區(qū)垂直裂縫造成的測井響應(yīng)異常,本文構(gòu)造了孔隙度差值φD和電阻率離差RD曲線,其中φD為聲波孔隙度和總孔隙度[5]的差值,RD為深、淺側(cè)向電阻率差值。采用小波變換方法,選用dmey小波基對2條重構(gòu)曲線進行一級分解,提取高頻部分的小波分解系數(shù)并絕對值化,得到最終的裂縫識別信息曲線Dφ和DR,最后讀取垂直裂縫段的Dφ和DR絕對值和相應(yīng)的泥質(zhì)含量(Vsh),繪制交會圖(見圖2)。

圖2 垂直裂縫段Dφ和DR響應(yīng)特征

由圖2可見,細砂巖層段中,隨著泥質(zhì)含量減少,垂直裂縫引起的孔隙度異常減弱,而電阻率異常增加。這種變化可能與裂縫的低孔隙度、高滲透率特性有關(guān),而裂縫含油則會強化這種響應(yīng)特征。因此,采用孔隙度異常和巖性(泥質(zhì)含量)進行輔助,深、淺電阻率離差異常可用于識別研究區(qū)細砂巖中的垂直裂縫段。

4 測井識別方法

(1) 重構(gòu)曲線。按照前文所述構(gòu)造孔隙度離差曲線φD和電阻率離差曲線RD。

(2) 小波分解。采用一維離散小波變換方法,選用dmey小波基對φD和RD曲線進行一級分解,獲取高頻部分信息。

(3) 濾波去噪。選用db4小波基在2級分解層次上,采取sqtwolog軟閥值方法對上一步得到的高頻信息進行濾波處理,得到曲線Dφ和DR。

(4) 裂縫識別。以DR曲線為主,并以泥質(zhì)含量Vsh和Dφ曲線輔助,根據(jù)前述垂直裂縫段響應(yīng)特征識別細砂巖中發(fā)育的垂直裂縫段。

與傳統(tǒng)先濾波后進行小波分解的順序不同,本文考慮到垂直裂縫造成的異常響應(yīng)相對較弱,而預(yù)處理形式的濾波去噪會進一步減弱這種裂縫響應(yīng)特征,增加垂直裂縫的識別難度。因此,本文將濾波去噪順序置于小波分解之后,以后處理形式消除測井信號中隨機信息的干擾,從而減小對裂縫響應(yīng)異常的壓制。事實證明,這種方法可有效保留垂直裂縫造成的測井異常響應(yīng),同時壓制隨機干擾,以便于垂直裂縫段的識別。

圖3為涇河12井垂直裂縫段識別結(jié)果。根據(jù)上述識別方法,在巖性識別的細砂巖層段內(nèi),以DR曲線為主進行識別,Vsh值越小,則要求DR曲線越大,且Dφ曲線值越小,反之亦然。在圖3所示井段,A井1 362.3～1 366.1 m井段的Vsh值較小,其對應(yīng)的DR值變化較大且Dφ值變化較小,具有垂直裂縫發(fā)育的響應(yīng)特征,而巖心觀察和成像測井資料也證實該段發(fā)育垂直裂縫。相比之下,B井段Vsh值較大,其對應(yīng)的DR值部分層段變化較大,但對應(yīng)的Dφ值則比較平緩;C段與A段的Vsh和DR值起伏程度相近,但其對應(yīng)的Dφ值變化?？梢?B段和C段響應(yīng)特征與前述的垂直裂縫響應(yīng)特征均不同,成像測井資料也證實,這2個井段不發(fā)育垂直裂縫。

上述分析可見,將傳統(tǒng)的孔隙度和電阻率異常識別方法與小波變換相結(jié)合,以電阻率響應(yīng)特征異常為主,可較好地識別涇河油田長8段的垂直裂縫發(fā)育段。

需要說明的是,常規(guī)測井識別裂縫的能力受裂縫特征、流體性質(zhì)及測井質(zhì)量等多因素控制。對于給定的測井數(shù)據(jù),小波變換增強其裂縫識別能力,是通過突出裂縫響應(yīng)特征,而不是提高測井曲線分辨率,因此對裂縫分辨能力的提高有限。盡管如此,這種處理對測井響應(yīng)相對微弱的垂直裂縫的識別仍有比較明顯的作用。

圖3 涇河12井長8段垂直裂縫段測井識別

5 結(jié) 論

(1) 孔隙裂縫型儲層是涇河油田長8段獲得油井高產(chǎn)的主要優(yōu)質(zhì)儲層類型之一,垂直裂縫是主要的裂縫類型,主要發(fā)育在細砂巖中且具有較好的含油性。

(2) 相對于常規(guī)測井曲線對垂直裂縫識別的困難,小波變換方法可以放大垂直裂縫造成的電阻率異常特征,減弱巖性變化和隨機干擾等因素形成的異常變化。這使得對井下垂直裂縫段的識別,更加直觀、準確。

(3) 對于涇河油田長8段垂直裂縫發(fā)育層段,將傳統(tǒng)的孔隙度和電阻率異常識別方法與小波變換相結(jié)合,以電阻率響應(yīng)特征異常為主,考慮泥質(zhì)含量變化對孔隙度和電阻率異常的影響,可實現(xiàn)常規(guī)測井的有效識別。

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