王 喻，張 沖，謝潤(rùn)成，周 文

(1.中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司晉城分公司，山西晉城 048000；2.成都理工大學(xué)能源學(xué)院；3.“油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程”國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·成都理工大學(xué))

元壩致密砂巖須二儲(chǔ)層裂縫特征及識(shí)別研究

王 喻1，張 沖2，謝潤(rùn)成2，周 文3

(1.中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司晉城分公司，山西晉城 048000；2.成都理工大學(xué)能源學(xué)院；3.“油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程”國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·成都理工大學(xué))

元壩地區(qū)須二氣藏屬于典型的致密砂巖儲(chǔ)層，孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜、儲(chǔ)層物性差、非均質(zhì)性強(qiáng)，通過對(duì)巖心資料統(tǒng)計(jì)研究表明，元壩地區(qū)須二段儲(chǔ)層裂縫以低角度縫與水平縫為主；根據(jù)裂縫的成像測(cè)井與常規(guī)測(cè)井資料對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行了識(shí)別，判別模型法與R/S分形法相結(jié)合對(duì)裂縫識(shí)別效果較好，可以為進(jìn)一步的勘探開發(fā)提供依據(jù)。

元壩地區(qū)；須二段；裂縫特征；裂縫識(shí)別

與常規(guī)砂巖儲(chǔ)層相比，致密砂巖儲(chǔ)層成分更加復(fù)雜，開采難度較大，天然裂縫在儲(chǔ)層流體的溝通與儲(chǔ)集方面都有較大貢獻(xiàn)。在致密砂巖氣藏的勘探開發(fā)過程中，裂縫發(fā)揮著重要作用[1-2]，因此對(duì)裂縫的評(píng)價(jià)工作顯得尤為重要。在川西地區(qū)，新851、新856、新3等裂縫發(fā)育井都先后在須二段獲得高產(chǎn)，對(duì)比川西與川東北的儲(chǔ)層特征可以看出，兩個(gè)地區(qū)須二段的電性特征都基本一致，兩者的層位深度相近，單井的阻抗值差別不大，并且都屬于致密儲(chǔ)層，因此裂縫也是川東北須二氣藏獲得高產(chǎn)的關(guān)鍵。目前元壩陸相地層的開發(fā)處于初始階段，探討裂縫對(duì)油氣的運(yùn)移及成藏規(guī)律的控制作用，可以為后續(xù)生產(chǎn)工作提供科學(xué)依據(jù)，從而有效對(duì)須二致密氣藏進(jìn)行開發(fā)[3]。

1 元壩須二段天然裂縫特征

1.1 產(chǎn)狀分布特征

在元壩須二段一共有9口取心井，對(duì)取心井的巖心進(jìn)行統(tǒng)計(jì)可知，巖心上可見四種產(chǎn)狀的裂縫，包括水平縫、低角度縫、高角度縫以及垂直裂縫。對(duì)巖心產(chǎn)狀進(jìn)行統(tǒng)計(jì)后發(fā)現(xiàn)，須二段裂縫的傾角普遍較小，觀察到的102條裂縫大部分傾角小于30°，其中小于10°的裂縫概率接近40%。將產(chǎn)狀進(jìn)行劃分，發(fā)現(xiàn)垂直縫(大于85°)約占7.8%，高角度裂縫(大于45°小于85°)約占11.8%，低角度縫(大于5°小于45°)約占31.4%，水平縫(小于5°)約占49%。研究區(qū)須二儲(chǔ)層巖心裂縫主要為水平縫和低角度縫。

1.2 不同巖性的裂縫特征

對(duì)須二裂縫所在巖心巖性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)可知(圖1)，在粗砂巖中共發(fā)育6條裂縫(約占5.8%)，在中砂巖中共發(fā)育30條裂縫(約占29%)，在細(xì)砂巖中發(fā)育50條裂縫(約占49%)，在粉砂巖中發(fā)育4條裂縫(約占3.9%)，在泥巖中發(fā)育12條裂縫(約占11.7%)，須二段裂縫主要發(fā)育在細(xì)砂巖中。從各巖性的裂縫產(chǎn)狀統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看，垂直縫與高角度縫基本在較大粒度巖性中發(fā)育，而水平縫在各個(gè)粒度巖性中所占比例都相對(duì)較大。

圖1 不同巖性裂縫的產(chǎn)狀分布

1.3 裂縫的縫面及充填特征

通過巖心觀察，須二段巖心垂直縫縫面一般比較平直，在少量水平及斜交裂縫縫面中可以見到擦痕面構(gòu)造，擦痕的方向主要為順縫面方向。充填物有碳質(zhì)、方解石和泥質(zhì)等，其中主要以方解石和碳質(zhì)充填物為主。對(duì)全區(qū)須二段裂縫充填情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)表明，半充填裂縫與未充填裂縫共占總裂縫數(shù)的68.8%，說明研究區(qū)須二段整體裂縫有效性較好。

2 儲(chǔ)層裂縫識(shí)別

目前主要利用成像測(cè)井與常規(guī)測(cè)井資料對(duì)儲(chǔ)層裂縫進(jìn)行識(shí)別，由于元壩須二段的成像測(cè)井資料較少，成像裂縫的研究?jī)H可為后面的研究工作提供參考，主要采用常規(guī)測(cè)井資料對(duì)元壩須二裂縫進(jìn)行識(shí)別。

2.1 成像測(cè)井

元壩須二段成像測(cè)井資料識(shí)別出的裂縫主要可以分為未充填、半充填與全充填裂縫。未充填裂縫影像為深色完整正弦波形，影像可切穿整個(gè)井筒，亦可不切穿整個(gè)井筒。半充填裂縫影像特征基本與連續(xù)高導(dǎo)縫類似，但深色影像具有模糊、不規(guī)則且不連續(xù)的特征，深色影像整體連續(xù)度要高于亮色影像。充填裂縫成像圖形一般為完整的正弦波形，影像為連續(xù)亮色[4-5]。

成像測(cè)井識(shí)別裂縫統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示識(shí)別出的裂縫以低角度縫為主，其中10°～30°的裂縫數(shù)量接近50%，這與巖心裂縫觀察統(tǒng)計(jì)的結(jié)果吻合(圖2)。通過對(duì)裂縫走向統(tǒng)計(jì)制成的玫瑰花圖可以看出，裂縫主要有北西-南東向，北西西-南東東兩個(gè)優(yōu)勢(shì)走向。

圖2 成像測(cè)井裂縫傾角分布統(tǒng)計(jì)

2.2 判別模型識(shí)別裂縫

在不同巖性中的裂縫對(duì)常規(guī)測(cè)井響應(yīng)會(huì)有差異，所以在裂縫識(shí)別時(shí)需要將泥巖和砂巖裂縫分開識(shí)別。一般情況下，裂縫樣本類型可以分為未充填裂縫、半充填裂縫、充填裂縫和非裂縫，由于充填裂縫有效性極低，基本屬于無效裂縫，對(duì)地下天然氣的滲濾也沒有任何幫助，所以在判別識(shí)別過程中把全充填裂縫與非裂縫歸為一類，半充填裂縫與未充填裂縫作為有效裂縫歸為一類。本次研究從元壩須二段共選取砂巖、泥巖樣本45個(gè)，其中砂巖有效裂縫樣本18個(gè)、非裂縫樣本樣品11個(gè)，泥巖有效裂縫樣品6 個(gè)，非裂縫樣品10個(gè)。對(duì)元壩須二段裂縫有較強(qiáng)響應(yīng)特征的測(cè)井參數(shù)有AC、DEN、RD和RS，采用多元統(tǒng)計(jì)方法，通過SPASS軟件進(jìn)行逐步判別后，建立裂縫數(shù)量判別模型，判別函數(shù)如下：

(1)砂巖判別方程：

Y1=1.112AC+502.044DEN+0.058RD+0.025RS-690.121

Y2=1.046AC+524.537DEN+0.044RD+0.046RS-746.533

(2)泥巖判別方程：

Y1=5.407AC+796.837DEN+3.349RD-3.349RS-1276.818

Y2=4.841AC+779.485DEN+3.292RD-3.333RS-1192.37

式中：Y1——有效裂縫判別函數(shù)；Y2——無效裂縫或非裂縫判別函數(shù)；AC——聲波時(shí)差測(cè)井，μs/ft；DEN——密度測(cè)井，g/cm3；RD——深側(cè)向測(cè)井電阻率，Ω·m；RS——淺側(cè)向測(cè)井電阻率，Ω·m。

使用上述砂巖與泥巖的裂縫判別公式對(duì)元壩須二段儲(chǔ)層的單井裂縫進(jìn)行識(shí)別，并將識(shí)別結(jié)果與巖心分析結(jié)果進(jìn)行比較，結(jié)果表明，判別結(jié)果與巖心觀察結(jié)果對(duì)應(yīng)性較好，可以用于元壩地區(qū)須二段巖心裂縫的識(shí)別。

2.3 R/S分形法識(shí)別裂縫

R/S分形法中的R代表極差，表示最大累積離差和最小累積離差的差值；S代表標(biāo)準(zhǔn)差，是變差的平方根。將R/S分形方法應(yīng)用儲(chǔ)層非均質(zhì)性研究評(píng)價(jià)中時(shí)，R/S的比值就代表了儲(chǔ)層參數(shù)隨深度變化的劇烈程度。R/S分形法可應(yīng)用于單井層段裂縫發(fā)育程度的評(píng)價(jià)。

對(duì)于一維過程，R/S計(jì)算式為：

式中：n——逐點(diǎn)分析層段測(cè)井的采樣點(diǎn)數(shù)；u——由端點(diǎn)開始在0～n范圍內(nèi)依次增加的樣點(diǎn)數(shù)；i，j——樣點(diǎn)個(gè)數(shù)的變量；R(n)——過程序列全層段極差；S(n)——過程序列全層段標(biāo)準(zhǔn)差。

本次研究主要是選擇了受裂縫影響較為明顯的聲波時(shí)差(AC)和密度(DEN)兩個(gè)測(cè)井參數(shù)進(jìn)行裂縫識(shí)別。元陸8井在4 077.28～4 081.58 m處的巖心觀察表明，淺灰色砂巖中至少發(fā)育有5條半充填的低角度縫，無論是聲波時(shí)差還是密度測(cè)井值的分形曲線上都出現(xiàn)了曲線下凹、斜率減小即裂縫出現(xiàn)的響應(yīng)特征。

采用R/S分形法對(duì)研究區(qū)內(nèi)各單井的須二段儲(chǔ)層都進(jìn)行了分段計(jì)算，分形識(shí)別結(jié)果綜合剖面如圖3所示，可以看出R/S基本上可以將巖心上觀察到的裂縫識(shí)別出來，對(duì)元壩須二段的裂縫識(shí)別具有相當(dāng)?shù)膮⒖純r(jià)值。

2.4 裂縫識(shí)別應(yīng)用效果

圖3 元壩204井R/S分形識(shí)別剖面

模型識(shí)別裂縫方法可以大致上對(duì)儲(chǔ)層裂縫進(jìn)行識(shí)別。R/S分形識(shí)別是分小層逐步識(shí)別，工作量比較大，但精度較高，因此可以在模型識(shí)別結(jié)果基礎(chǔ)上利用R/S分形法對(duì)裂縫位置的確定進(jìn)行判斷，二者應(yīng)結(jié)合使用。

利用上述裂縫識(shí)別方法對(duì)研究區(qū)內(nèi)所有探井進(jìn)行識(shí)別，計(jì)算出各單井的裂縫發(fā)育指數(shù)，將目前現(xiàn)有的單井測(cè)試結(jié)果與單井裂縫識(shí)別結(jié)果進(jìn)行交會(huì)，得到圖4，可以看出，大部分測(cè)試井的測(cè)試產(chǎn)量與常規(guī)測(cè)井裂縫發(fā)育指數(shù)之間有較好的正相關(guān)關(guān)系。另外由于受斷層影響，部分井測(cè)試產(chǎn)量較高。

3 結(jié)論

(1)根據(jù)研究區(qū)巖心觀察結(jié)果，元壩須二段裂縫主要以低角度縫與水平縫為主，其中細(xì)砂巖中裂縫最為發(fā)育，裂縫大多為未充填裂縫構(gòu)造裂縫，有效性較高，在少量水平及斜交裂縫縫面中可以見到擦痕面構(gòu)造，擦痕的方向主要為順縫面方向。

(2)根據(jù)成像測(cè)井的圖形特征，將本研究區(qū)裂縫分為未充填、半充填和充填縫三類，識(shí)別出的裂縫主要為低角度縫，與巖心觀察結(jié)果一致；統(tǒng)計(jì)出的裂縫兩個(gè)主要優(yōu)勢(shì)走向?yàn)楸蔽?南東向，北西西-南東東向。

圖4 須二段常規(guī)裂縫發(fā)育指數(shù)與測(cè)試產(chǎn)量關(guān)系

(3)利用常規(guī)測(cè)井識(shí)別裂縫要綜合模型判別法與R/S分形法，先利用模型識(shí)別法大體確定出儲(chǔ)層裂縫位置，然后利用R/S分形法分小層識(shí)別，提高裂縫識(shí)別精度。

[1] 周文. 裂縫性油氣儲(chǔ)集層評(píng)價(jià)方法[M].四川成都:四川科學(xué)技術(shù)出版社, 1998：115-132.

[2] 張永成. 合川-安岳地區(qū)須二氣藏儲(chǔ)層評(píng)價(jià)[D].四川成都：成都理工大學(xué), 2009.

[3] 賈文玉, 田素月, 孫耀庭, 等. 成像測(cè)井技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：石油工業(yè)出版社, 2000：78-96.

[4] 鄧虎成. 斷層共生裂縫系統(tǒng)的發(fā)育規(guī)律及分布評(píng)價(jià)[D].四川成都：成都理工大學(xué), 2009.

[5] 胡宗全. R/S 分析在儲(chǔ)層垂向非均質(zhì)性和裂縫評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì), 2000, 22(4): 110-113.

編輯：李金華

1673-8217(2015)03-0129-04

2014-12-16

王喻，碩士，1988年生，2014年畢業(yè)于成都理工大學(xué)油氣田開發(fā)工程專業(yè)，現(xiàn)從事煤層氣研究。

TE122

A