凡睿

(中國石油化工股份有限公司勘探分公司, 四川 成都 610041)

0 引 言

川東北YB氣田大安寨段儲層巖性以灰?guī)r為主,儲層段基質(zhì)孔隙度一般在1%～5%,滲透率在0.001～1 mD*,為典型的特低孔隙度、特低滲透率儲層。裂縫儲層的主要滲濾通道是形成有效儲層與油氣高產(chǎn)的關(guān)鍵因素[1]。本文基于大量巖心分析與常規(guī)測井信息,并結(jié)合成像測井與陣列聲波測井資料開展儲層裂縫識別與有效性評價研究。針對電阻率成像測井資料、陣列聲波測井資料較少,裂縫識別與有效性存在困難的特點,提出了電阻率成像測井刻度常規(guī)測井、再以常規(guī)測井為主評價裂縫的思路,并基于常規(guī)測井建立了裂縫發(fā)育評價指標(biāo)的多參數(shù)定量評價模型與裂縫發(fā)育程度分類(Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類)標(biāo)準(zhǔn)。

1 儲層裂縫識別

1.1 巖心資料識別裂縫

巖心是識別裂縫寬度、產(chǎn)狀、填充與分布情況最直接、最可靠的資料[2]。對YB氣田YB102、YB122、YL4、YL17井31.49 m年巖心裂縫描述信息統(tǒng)計分析表明,裂縫以微裂縫與小裂縫為主;傾角較低,偶見高角度裂縫與斜交縫;裂縫充填物以泥質(zhì)充填為主,偶見方解石充填(見表1)。

1.2 常規(guī)測井識別裂縫

地層裂縫發(fā)育時,常規(guī)測井曲線對裂縫具有一定的指示作用。裂縫中由于密度較小的泥漿侵入,以及泥漿對聲波能量的吸收,三孔隙度測井曲線中密度測井值會變小,聲波時差值增大,中子值增大,因此,根據(jù)這些差異可以識別裂縫。裂縫發(fā)育時,除井徑曲線與三孔隙度測井曲線對裂縫具有響應(yīng)外,雙側(cè)向測井曲線對裂縫也有響應(yīng)。20世紀(jì)80年代,趙良孝等[3]利用水槽實驗,明確了裂縫產(chǎn)狀與雙側(cè)向測井響應(yīng)之間的關(guān)系,認(rèn)為低角度裂縫呈負(fù)差異,傾斜裂縫差異較小,高角度裂縫呈正差異。Sibbit[4]、Philippe P[5]、李善軍[6]、鄧少貴[7]等利用有限元方法進(jìn)一步證實了該認(rèn)識的正確性?；谇叭藢嶒炁c數(shù)值模擬結(jié)果,對裂縫產(chǎn)狀與雙側(cè)向測井響應(yīng)之間的關(guān)系分析發(fā)現(xiàn):①裂縫發(fā)育時深淺雙側(cè)向電阻率值均降低,但低角度裂縫在高電阻率背景下降低的幅度值更大;②低角度裂縫時,深淺雙側(cè)向表現(xiàn)為負(fù)差異特征,高角度裂縫時,深淺雙側(cè)向電阻率曲線呈現(xiàn)小幅度的正差異特征。上述分析表明,綜合常規(guī)井徑曲線、三孔隙度曲線與雙側(cè)向曲線變化特征,可以有效識別裂縫。

表1 大安寨段巖心裂縫類型及充填物統(tǒng)計

1.3 成像測井識別裂縫

成像測井在裂縫識別和評價方面具有較大優(yōu)勢[8]。利用成像測井可以準(zhǔn)確識別天然裂縫與誘導(dǎo)縫以及裂縫的充填物。天然裂縫在電阻率成像圖上呈深色正弦波條帶,部分裂縫面有明顯的溶蝕侵入特征,裂縫軌跡不規(guī)則,且縫寬有較大變化;研究區(qū)天然裂縫常見低角度縫與斜交縫。誘導(dǎo)縫屬于鉆井過程中應(yīng)力作用產(chǎn)生的裂縫,成像圖常表現(xiàn)為一組接近平行的高角度裂縫;裂縫排列整齊,規(guī)律性強,裂縫面比較規(guī)則,無明顯的溶蝕侵入特征;裂縫被電阻率較高的礦物充填(如方解石)時,電阻率成像圖表現(xiàn)為亮色的正弦條帶。

2 裂縫有效性評價

交叉偶極子陣列聲波測井可以得到地層縱波、橫波、斯通利波的時差與能量信息,可以用來定性評價裂縫的有效性。斯通利波在井壁中的傳播類似活塞運動[9],使得斯通利波能量對張開縫(有效裂縫)敏感。當(dāng)遇到有效裂縫時,裂縫中的流體被來回推動,消耗能量,使斯通利波速度發(fā)生衰減。同時,裂縫處流體會產(chǎn)生聲阻抗界面,使斯通利波發(fā)生反射,能量衰減,產(chǎn)生干涉條紋。因此,可通過斯通利波能量衰減和聲波變密度出現(xiàn)干涉條紋評價裂縫有效性。

圖1為大安寨段YL17井3 855.6～3 858 m井段儲層,常規(guī)測井與電阻率成像測井顯示天然裂縫發(fā)育,且以低角度裂縫為主。陣列聲波測井曲線顯示,斯通利波與橫波能量衰減明顯,聲波變密度圖像上出現(xiàn)了明顯的“V”字形干涉條紋。

圖1 YL17井陣列聲波與成像測井組合圖

3 多參數(shù)綜合定量評價裂縫

電阻率成像、陣列聲波對裂縫識別與評價效果較好,但受成本較高的制約,特殊測井資料較少,無法滿足現(xiàn)場裂縫識別與有效性評價的需要。因此,提出利用成像測井刻度常規(guī)測井的思路,建立裂縫指標(biāo)的分類標(biāo)準(zhǔn)與定量評價方法。前文研究表明,大安寨段井徑曲線、雙側(cè)向測井曲線、三孔隙度測井曲線和成像測井對裂縫的響應(yīng)較為明顯,因此選擇或構(gòu)建以這些曲線為基礎(chǔ)的參數(shù)評價裂縫。

利用5口YB122、YL4、YL5、YL17、XL101井常規(guī)測井資料與電阻率成像測井資料齊全的井作為關(guān)鍵井,構(gòu)建裂縫的評價指標(biāo)。

(1) 選取有效指示裂縫發(fā)育特征的參數(shù)。根據(jù)電阻率成像測井、常規(guī)測井與裂縫發(fā)育特征的關(guān)系,選取對裂縫響應(yīng)較敏感的7項常規(guī)測井參數(shù):ABS(CALC-CAL)、φA、φN、φD、ABS(Rt-Rxo)/Rt、ABS(Rt/Rxo-1)、10ABS(ln Rt-ln Rxo);2項成像測井參數(shù)φf與裂縫發(fā)育厚度H。其中,ABS(CALC-CAL)為井徑擴(kuò)徑值;φA為聲波孔隙度值;φN為中子孔隙度值;φD為密度孔隙度值;ABS(Rt-Rxo)/Rt、ABS(Rt/Rxo-1)、10ABS(ln Rt-ln Rxo)這3個組合參數(shù)反映深淺雙側(cè)向電阻率值曲線變化特征;φf為裂縫孔隙度。

(2) 均一化參數(shù)。為了使各指標(biāo)無量綱化,需要對參數(shù)進(jìn)行處理,采用極差法,使每項評價參數(shù)映射到[0～1]之間。均一化公式為

x′=(x-xmin)/(xmax-xmin)

(1)

(3) 確定多元線性回歸方程。每一項反映裂縫特征的參數(shù)對裂縫的敏感程度不同,以歸一化后的成像測井裂縫孔隙度φf作為評價指標(biāo)y,與其他參數(shù)作多元線性回歸可得擬合方程

y=0.69φA+0.22φN-0.704φD-0.729·
ABS(CALC-CAL)-0.178H-2.559·

ABS(Rt-Rxo)/Rt+0.641ABS(Rt/Rxo-1)-3.5410ABS(ln Rt-ln Rxo)

(2)

(4) 裂縫評價分類。由多元回歸方程得到評價指標(biāo)y。根據(jù)y的差別,確定裂縫發(fā)育程度,將裂縫分為Ⅰ類、Ⅱ類和Ⅲ類,其中Ⅰ類裂縫有效性最好,Ⅱ類和Ⅲ類裂縫有效性次之。其中,Ⅰ類裂縫評價指標(biāo)大于0.4;Ⅱ類裂縫評價指標(biāo)在0.15～0.4之間;Ⅲ類裂縫評價指標(biāo)小于0.1。

利用YB5、YB101、YL31井這3口井的試氣資料對常規(guī)測井參數(shù)計算得到的裂縫評價指標(biāo)y進(jìn)行驗證。YB101井4 207.875～4 209.375 m井段、4 210～4 212 m井段用多元線性回歸計算得到儲層裂縫評價指標(biāo)y平均值分別為0.876和0.441,為Ⅰ類裂縫發(fā)育段,試氣結(jié)果為日產(chǎn)氣13.973萬 m3,證實裂縫有效性好(見圖2)。YB5井3 883～3 897 m井段、3 897.75～3 898.75 m井段計算得到儲層裂縫指標(biāo)參數(shù)平均值分別為0.327和0.354,為Ⅱ類裂縫發(fā)育段,試氣結(jié)果為日產(chǎn)氣4.227萬 m3,裂縫有效性較好(見圖3)。YL31井4 261.875～4 264 m井段、4 265.125～4 267 m井段計算得到儲層裂縫指標(biāo)參數(shù)平均值為0.015和0.114,為Ⅲ類裂縫發(fā)育段,試氣顯示這2層日產(chǎn)氣0.22萬 m3,裂縫有效性較差(見圖4)。3口井裂縫分類指標(biāo)所對應(yīng)的裂縫有效性與試氣產(chǎn)能大小一致性較好,證實裂縫計算結(jié)果與裂縫指標(biāo)分類標(biāo)準(zhǔn)的建立合理可靠。

圖2 YB101井儲層裂縫級別劃分

圖3 YB5井儲層裂縫級別劃分

圖4 YL31井儲層裂縫級別劃分

4 結(jié) 論

(1) 常規(guī)測井結(jié)合電成像測井資料可以有效識別儲層;裂縫在常規(guī)測井曲線的表現(xiàn)特征:井徑擴(kuò)徑、密度值降低、聲波值增大、中子值增大、深淺雙側(cè)向電阻率值降低、深淺雙側(cè)向測井曲線具有一定幅度差。未被填充的天然裂縫在電阻率成像測井圖表現(xiàn)為深色正弦波條帶。

(2) 陣列聲波測井可評價裂縫的有效性。有效裂縫斯通利波能量衰減較快,聲波變密度圖像具有“V”字形干涉條紋。

(3) 利用電阻率成像測井標(biāo)定常規(guī)測井,可有效解決因電阻率成像測井與陣列聲波測井資料較少,裂縫識別與有效性評價困難的問題。根據(jù)裂縫評價指標(biāo)計算方法與分類標(biāo)準(zhǔn)可有效評價YB氣田裂縫發(fā)育特征。

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