基于雙側向測井的裂縫開度估算模型比較及改進

張福明,陳義國,邵才瑞,李世川

(1.中國石油大學地球資源與信息學院,山東青島266555;

2.塔里木油田公司勘探開發研究院天然氣所,新疆庫爾勒841000)

基于雙側向測井的裂縫開度估算模型比較及改進

張福明1,陳義國1,邵才瑞1,李世川2

(1.中國石油大學地球資源與信息學院,山東青島266555;

2.塔里木油田公司勘探開發研究院天然氣所,新疆庫爾勒841000)

常用的基于雙側向測井的裂縫開度模型大多是針對基質物性較差的裂縫性碳酸鹽巖地層提出。而裂縫性砂巖地層雙側向測井電流傳播路徑與裂縫性碳酸鹽巖地層存在差別。結合實際資料處理,對常用的Sibbit和羅貞耀裂縫開度模型在砂巖地層中的應用效果進行了考察與分析,并對模型進行了改進。從原理上對裂縫性砂巖地層電流傳播路徑進行了分析,由基質孔隙與裂縫孔隙并聯導電模型入手,提出了更適用于砂巖地層的雙孔隙裂縫開度模型。改進后的雙孔隙裂縫開度模型適用性更強,提高了雙側向測井資料計算砂巖地層裂縫開度的準確性。

雙側向測井;砂巖地層;裂縫開度;基質孔隙;裂縫孔隙;模型

0 引 言

雙側向電阻率常用來進行裂縫定量評價。深淺側向電阻率之間的差異除與裂縫產狀及發育程度有關外,還受孔隙流體性質、泥漿及基巖電導率特性等因素影響[1]。目前基于雙側向資料的裂縫開度模型主要是Sibbit開度模型[2-3]和羅貞耀建立的任意視傾角裂縫開度模型[4],2種模型均是基于基質物性較差的裂縫性碳酸鹽巖地層提出。隨著勘探力度的增大,我國裂縫性砂巖儲層數量不斷增加,因此,對于砂巖地層裂縫開度研究十分必要。李軍等[5]針對庫車地區裂縫性砂巖地層,引入虛擬寬度的概念,以減小基質孔隙泥漿濾液侵入對雙側向差異的影響,并擬合出庫車地區裂縫開度估算經驗公式,但沒給出虛擬寬度計算式的推導過程[5],致使擬合開度計算式的適用性受到地區限制。

本文比較了常用開度模型在裂縫性砂巖地層中的應用效果。在對裂縫性砂巖地層與裂縫性碳酸鹽巖地層的導電路徑差別分析基礎上,對模型進行了改進,推導出更適合于裂縫性砂巖地層的裂縫開度估算模型。

1 常用開度模型原理及適用性分析

1.1 Sibbit裂縫開度模型

1985年,Sibbit等[2-3]基于致密碳酸鹽巖地層,根據有限元素網絡法,建立了垂直裂縫和水平裂縫開度估算模型。判斷垂直裂縫和水平裂縫的依據是雙側向測井響應的正負差異,正差異(Rd>Rs)為垂直裂縫(視傾角大于75°),負差異(Rd

(1)Sibbit垂直裂縫開度模型。假定雙側向探測范圍內,裂縫在徑向和縱向上不變,開度為w,如圖1所示,則

式中,Clld、Clls、Cm分別為深、淺側向及泥漿濾液電導率,S/m。

d1、d2、rw分別為淺、深側向探測深度和井眼半徑,m。CSU雙側向儀器 d1=0.75 m,d2=1.6 m; ECLIPS5700雙側向測井儀器 d1=0.457 m,d2= 1.397 m,a與雙側向測井儀器參數及井眼半徑有關

圖1 垂直裂縫模型

(2)Sibbit水平裂縫開度模型。假定雙側向探測范圍內,裂縫在徑向和縱向上不變,開度為w,如圖2所示,則

圖2 水平裂縫模型

1.2 羅貞耀裂縫開度模型

1990年,羅貞耀[4]基于致密碳酸鹽巖地層,由裂縫與井筒接觸關系入手,分析了低角度裂縫、傾斜裂縫和高角度裂縫的深淺側向電導率差值,建立了計算任意視傾角裂縫開度模型。假定裂縫中充滿泥漿,裂縫面視傾角為α,模型如下。

(1)低角度縫開度模型。低角度縫與深淺側向電流的徑向流動是一致的,泥漿較無縫時侵入深,深淺側向探測深度趨于一致,且幅度差較小[1],裂縫開度為

(2)傾斜裂縫、高角度裂縫開度模型。傾斜裂縫及高角度裂縫開度為

2 裂縫開度模型的比較與改進

上述2種模型均是基于基質物性較差的裂縫性碳酸鹽巖地層提出,將雙側向測井電流傳播路徑看成是裂縫孔隙與基巖并聯[2-4]。從原理上分析,Sibbit開度模型考慮因素相對較少,且不適用于計算傾斜裂縫開度;羅貞耀開度模型考慮因素相對較多,并可計算任意視傾角裂縫開度,結果應相對準確[4]。結合實際資料處理,對基質物性較發育的 KL地區某井采用上述2種模型計算裂縫開度。由于基質孔隙泥漿侵入的影響,計算開度與成像解釋開度相差較大,經成像解釋裂縫開度標定后,2種模型開度曲線基本重合,但與成像裂縫開度對比相關性較差,應用效果均一般。

對于基質物性較差的裂縫性砂巖地層,雙側向測井電流傳播路徑仍可看成是裂縫孔隙與基巖并聯;而對于基質物性較好的裂縫性砂巖地層,基質孔隙泥漿侵入對雙側向差異影響較大,雙側向測井電流傳播路徑可看成是基質孔隙與裂縫孔隙并聯。上述常用裂縫開度模型在計算過程中,將深、淺側向電阻率差異完全歸結為裂縫所引起,因此計算結果誤差較大。基于這一思路對上述模型進行改進。改進后的雙孔隙裂縫開度模型如下。

2.1 雙孔隙高角度裂縫開度模型

判斷裂縫高低角度的依據是雙側向電阻率的正負差異,正差異(Rlld>Rlls)為高角度(近垂直)裂縫,負差異(Rlld

雙側向測井范圍內的電阻率響應為

式中,Rlld、Rlls為深、淺側向電阻率;Rmd、Rms為深、淺側向探測范圍內基質孔隙中混合液電阻率;Rzd、Rzs為深、淺側向探測范圍內裂縫中混合液電阻率;φma為基質孔隙度;Swma為基質孔隙中混合液飽和度; Swfrd、Swfrs為深、淺側向探測范圍內裂縫中混合液飽和度;m為基質孔隙度指數,一般取2左右[5](本文取2);n為基質飽和度指數;mfr為裂縫孔隙度指數,一般取1[6];nfr為裂縫飽和度指數。

理想情況下,裂縫全部為泥漿濾液充填(Ssfrd= Swfrs=1),此時 Rzd=Rzs=R[3]mf;基質孔隙全部為混合液充填(Swma=1),則有

得出高角度裂縫開度為

2.2 雙孔隙低角度裂縫開度模型

得出低角度裂縫開度為

式中,Cmd為深側向探測范圍內基質孔隙中混合液電導率,S/m。

該模型需確定的參數包括泥漿濾液電導率、雙側向儀器參數及基質孔隙度。與Sibbit模型所需參數比較,不需確定較難確定的基巖電導率,需確定基質孔隙度φma。而φma的計算方法較多,可根據地區經驗公式計算或采用分層精細建模的方法求取[8]。與羅振耀模型所需參數比較,不需要確定裂縫視傾角,而在無取心及成像資料的井中,裂縫視傾角也是難以準確確定的。同時,準確求得 Rms、Rmd是該模型計算的關鍵。可由基質物性、孔隙流體及巖性成分相似且裂縫不發育的鄰近井段,利用深、淺雙側向電阻率,根據阿爾奇公式求得[5]。更準確、快速求取Rms及 Rmd的方法還有待進一步探索研究。綜上所述,該模型較Sbbit模型所需參數雖然較多,但可通過簡單運算得到;較羅貞耀模型所需參數,不需確定裂縫視傾角。

3 實例分析

KL地區裂縫性砂巖儲層基質物性發育。成像測井資料解釋該地區某井3 847～3 867 m裂縫較發育。應用雙側向測井資料,采用上述3種模型對裂縫開度進行了估算。表1為3種模型開度與成像解釋裂縫開度對比誤差分析表,從表1中對比來看,改進后的雙孔隙模型開度誤差最小,精度有較明顯提高。

圖3為雙側向測井計算裂縫開度與成像裂縫開度曲線對比圖。Sibbit模型開度與羅貞耀模型開度曲線基本重合,與成像裂縫開度對比相關性較差;雙孔隙模型開度與成像測井裂縫開度對比精度及相關性均高于其他2種模型。圖4為雙側向測井計算開度與成像測井解釋開度交會圖。從圖4可以看到,改進的雙孔隙模型結果與成像測井解釋結果的交會點基本集中分布在45°線附近,而Sibbit模型與羅貞耀模型計算開度差別較小,與成像測井解釋開度的交會點雖然也分布在45°線附近,但明顯比較分散,精度偏低。

通過以上對比分析可以看出,本文提出的雙孔隙改進模型在裂縫性砂巖地層中的應用效果好于常用的Sibbit模型及羅貞耀模型,提高了計算的準確性。

表1 雙側向模型計算開度與成像解釋裂縫開度對比誤差分析表

圖3 K L地區某井(3 847～3 867 m)裂縫開度多模型計算結果對比圖

圖4 成像測井解釋裂縫開度與雙側向測井模型計算裂縫開度交會圖

4 結 論

根據常用裂縫開度模型在KL地區及其它地區應用效果[4,9-11]的對比分析認為,對于裂縫性碳酸鹽巖地層和基質物性較差的裂縫性砂巖地層,在已知裂縫視傾角分布規律情況下,采用羅貞耀模型估算裂縫開度精度較高;在未知裂縫視傾角分布規律情況下,采用Sibbit模型估算裂縫開度效果較好;而對于基質物性較好裂縫性砂巖地層,常用裂縫開度模型適用性較差、計算誤差較大。本文提出的雙孔隙裂縫開度模型適用性更強,提高了雙側向測井資料計算砂巖地層裂縫開度的準確性,為砂巖地層裂縫開度計算提供了新的方法及思路。

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Comparison and Improvement of Facture Opening Estimation Model Based on Dual-laterolog

ZHANG Fuming1,CHEN Yiguo1,SHAO Cairui1,LI Shichuan2
(1.School of Geo-resources and Information,China University of Petroleum,Qingdao,Shandong 266555,China; 2.Research Institute of Petroleum Exploration and Development,Tarim Oilfield Company,Kuerle,Xinjiang 841000,China)

The conventional estimation model of the fracture opening based on the dual laterolog is provided for the poor matrix physical property carbonate formation.However,the dual-laterolog current path of fracture sandstone formation is different from fracture carbonate formation. Combining with the actual log data,and analyzed is the application effect of Sibbit and LUO Zhenyao fracture opening estimation model in sandstone formation,and improved is the model.In principle,analyzed is the current communication path in fracture sandstone formation.According to conductance model of the parallel matrix porosity and fracture porosity,proposed is a more suitable dual-porosity fracture opening model for sandstone formation.The improved dual-porosity fracture opening model has greater applications,so,improving the fracture calculation accuracy in sandstone formation with laterolog data.

dual-laterolog,sandstone formation,fracture opening,matrix porosity,fracture porosity,estimation model

P631.84

A

2010-04-06 本文編輯 余 迎)

1004-1338(2010)04-0339-04

張福明,男,1968年生,副教授,從事測井解釋教學與科研工作。