川西須家河組致密碎屑巖裂縫分布規律與影響因素分析

徐炳高,李陽兵,葛 祥,吳見萌

(中國石化集團石油工程西南有限公司測井分公司,四川成都610100)

川西須家河組致密碎屑巖裂縫分布規律與影響因素分析

徐炳高,李陽兵,葛 祥,吳見萌

(中國石化集團石油工程西南有限公司測井分公司,四川成都610100)

川西須家河組成藏對裂縫有強烈的依賴,裂縫的識別與評價是儲層評價的基礎和評價的難點。利用成像測井提取信息計算了裂縫密度、裂縫長度、裂縫的平均水動力寬度、裂縫視孔隙度等參數;建立了綜合評價指標——裂縫強度;開展了裂縫展布規律研究,縱向上裂縫主要分布于須家河組二段,須四段發育程度較差;橫向上,裂縫強度高值區主要分布于構造軸部,方向以近東西向為主。通過裂縫影響因素分析,認為剛性強度大、交錯層理不發育的塊狀砂巖易于形成高角度裂縫;構造軸部、南北向斷裂密集分布區以及斷裂形變明顯變化區域為有利的裂縫發育區。根據這些特點,提出了裂縫預測基本思路和方法。

測井解釋;裂縫強度;裂縫分布;裂縫預測;須家河組;川西

0 引 言

川西須家河組儲層非常致密,成藏對裂縫有強烈的依賴。統計表明,裂縫發育狀況與與儲層含氣性之間的關系非常明顯,高產氣井幾乎無一例外其裂縫發育程度高,而裂縫不發育的井段很難獲得天然氣產能,儲層產氣潛力與裂縫發育程度具有正相關性,裂縫越發育,儲層含氣潛力越大。儲層評價的關鍵在于裂縫的識別與評價,而識別裂縫最有效的手段是微電阻率掃描成像測井。本文在對成像測井資料系統處理基礎上,對裂縫進行了手工拾取,計算了裂縫密度、裂縫長度、裂縫的平均水動力寬度、裂縫視孔隙度等指標,在此基礎上建立了綜合的裂縫評價指標——裂縫強度,對其縱橫向變化規律以及影響因素進行分析。

1 裂縫綜合評價指標建立

在成像測井資料處理基礎上對裂縫進行了識別和手工拾取,計算了裂縫密度ρv、裂縫長度Lv、裂縫平均水動力寬度 Avh、裂縫視孔隙度 φva等4個裂縫參數。4個參數從不同角度反映了裂縫的相對發育程度。為了利用統一的裂縫評價參數研究須家河組不同砂體裂縫發育情況橫向變化規律,建立了裂縫發育程度綜合評價指標,即裂縫強度指標(L FQD)

式中,ZBi為4個裂縫指標之一,這里主要用了2個指標,分別為裂縫密度ρv和裂縫視孔隙度φva;Ni為不同裂縫指標調節系數,這個系數從2個方面對裂縫參數進行調節,其一為裂縫參數量綱調節,4個裂縫參數量綱不一樣,其數值相差非常大,通過調節系數,使不同裂縫參數數值接近;其二為不同測井儀器類型的調節,不同測井儀器處理圖像裂縫參數有不同程度差異,其中裂縫密度值是一致的,而其他3個裂縫參數有很大差異,通過系數的調節,使不同測井儀器所測的成像圖像裂縫參數具有一致性和可比性;H為裂縫發育段地層厚度,m。

實際操作中,以裂縫密度作為基本單位,對不同儀器的裂縫視孔隙度φva進行了系數調節,其中FM I調節系數為9 000～11 000,FM S調節系數14 000～18 000,EM I及RXM I調節系數為4 000～6 000。

利用式(1)分別計算了不同砂體須家河組的裂縫強度,作為評價裂縫發育程度的綜合性評價指標。

圖1為川西W-56井須二段Tx42儲層成像測井處理成果圖,顯示出網狀裂縫發育,裂縫寬度、裂縫視孔隙度等參數值反映了該井縱向上裂縫發育程度差異,但是這些參數無法反映出各井間裂縫發育程度的差異,尤其不同測井儀器測井計算出的裂縫參數不具有可比性。為此,計算了各井裂縫發育程度綜合評價參數——裂縫強度。表1為川西部分鉆井須二段Tx42儲層裂縫強度,顯示出5口井中W-56井和X-10井裂縫強度較高,測試獲得高產,其他3口裂縫強度較低的井未獲得工業產能。這一方面反映出儲層產氣潛力與裂縫發育程度密切相關;另一方面說明裂縫強度指標作為綜合性裂縫評價指標,能夠很好表征出井間裂縫發育程度差異。

2 裂縫展布規律研究

2.1 裂縫縱向展布規律分析

圖1 W-56井砂體成像測井成果圖

分別研究了須二段與須四段裂縫發育程度差異,以及段內裂縫發育程度縱向變化規律。首先研究須二段與須四段裂縫發育程度差異,分別統計了須二段與須四段單位厚度裂縫裂縫強度參數,計算方法為裂縫強度除以地層厚度。圖2中可以發現,除了須家河組裂縫不發育川豐×井及新11井,須四段與須二段裂縫強度參數比較接近外,其他各井須二段遠遠大于須四段,平均值須二段的單位厚度裂縫強度參數明顯大于須四段,反映出須二段裂縫發育程度遠大于須四段。須四段發育少量高角度裂縫,主要分布于其底部的致密礫巖中。

表1 部分鉆井須二段儲層裂縫強度與產能

表1 部分鉆井須二段儲層裂縫強度與產能

井號 成像儀器 裂縫強度/無量綱天然氣產能/(×104 m3·d-1) W-61 FMS 3.168 產微氣X-10 RXM I 15.248 10.3 W-65 FMS 1.176 0 W-56 FM I 28.613 58.47 W-50 EM I 1.72 0

圖2 須四段與須二段單位厚度裂縫強度對比圖

須二段劃分為了上、中、下3個亞段,其裂縫發育程度有差異,中亞段裂縫發育程度明顯優于上亞段和下亞段,中亞段也是須家河組的主產氣段。

2.2 裂縫橫向展布規律分析

須家河組裂縫主要分布于須二段,僅對須二段裂縫橫向展布規律進行研究。

裂縫方向分布。對各井裂縫發育方向進行了統計分析,圖3為裂縫方向與裂縫強度分布圖。圖3顯示出裂縫有北東向、北東東向、東西向、北西向等多個發育方向,但裂縫強度較大的優勢方向以北東東-東西向為主。

裂縫強度分布。在裂縫強度參數計算與統計基礎上,分別研究須二段、須二上、中、下亞段裂縫強度分布。裂縫強度高值區主要位于新場構造主體部位一帶,向西、北、東一帶裂縫強度迅速降低。

圖2中裂縫強度高值區與目前天然氣高產區幾乎一致,表明須二段的產氣狀況與裂縫發育程度密切相關,裂縫發育帶控制了天然氣高產區的分布。對高產區預測的關鍵在于對裂縫分布規律預測,而對裂縫預測的基礎是搞清楚裂縫發育的影響因素。

圖3 須家河組二段裂縫方向與強度分布

3 裂縫影響因素分析與裂縫預測方法

3.1 裂縫強度與巖石剛性程度關系

川西須家河組高角度裂縫主要發育于須二段,相對而言,須四段高角度裂縫發育程度較差,這種裂縫發育程度的差異,分析是由于巖石的剛性程度差異造成的。

高角度裂縫的發育程度與巖石的剛性程度有關,而剛性程度與巖石致密程度有關,越致密的儲層其剛性程度越強。當地層受到構造應力作用時,不同剛性程度的地層響應方式是不一樣的,對于剛性程度低的軟地層,可以通過自身的塑性形變釋放應力,而剛性地層只能通過地層破裂才能使應力達到平衡。對于須二段,儲層非常致密,孔滲條件極差,巖石剛性程度高,水平擠壓力作用下,容易形成高角度裂縫;須四段砂巖地層普遍孔隙度較高,致密程度遠低于須二段,剛性程度較低,不容易形成規模的高角度裂縫,而須四底部的礫巖層非常致密,剛性強,在構造應力作用下容易形成高角度裂縫,須四段的高角度裂縫主要發育于底部礫巖中。

3.2 裂縫強度與沉積構造關系

沉積構造包括交錯層理、層界面、沖刷面等,這些界面本身屬于應力薄弱面,受引力作用容易沿界面裂開。根據成像測井資料,對10余口井須二段的裂縫的裂縫進行了逐條鑒別與統計,結果表明,有近70%的裂縫都是沿交錯層理裂開而形成的層間縫(見圖4);有少量層界面裂縫以及沿沖刷面形成的裂縫,非沉積構造成因裂縫約占24%。可見沿交錯層理裂開的層間縫已經占了裂縫的絕大多數;此外,取心觀察表明,有很大一部分裂縫是沿著交錯層理面裂開而形成的層間縫,與成像測井統計結果基本一致。但是這類裂縫非常平緩,層間有泥質物充填,有效性非常差,對儲層滲透性的貢獻很低,基本屬于無效裂縫,計算的裂縫強度值很低。而僅占所有裂縫23.74%的非沉積構造裂縫,多為高角度裂縫,有效性好,計算的裂縫強度值較高,這類裂縫促成了鉆井的天然氣高產。

分析認為,當受到構造應力作用時,交錯層理砂巖與塊狀砂巖的形變響應是不一樣。對于交錯層理砂巖,可以通過自身層理的薄弱面釋放部分應力或者沿層理裂開形成低角度裂縫,因而交錯層理的存在抑制了高角度裂縫的產生。對于塊狀砂巖,要釋放應力只能通過形成裂縫的方式,水平壓應力的作用容易形成高角度裂縫。

統計結果也表明,交錯層理砂巖厚度與裂縫強度之間存在負相關關系(見圖5),隨著交錯層理砂巖厚度的增大,裂縫強度有降低趨勢。交錯層理砂巖分布區不利于形成高角度裂縫,交錯層理砂巖厚度減薄區裂縫強度較大,因此,可以通過對交錯層理砂巖厚度分布規律對高裂縫強度區進行預測,從而間接預測有利的油氣分布區。交錯層理砂巖厚度減薄區基本代表了裂縫強度高值區,因而,交錯層理砂巖的厚度分布可以作為儲層有利區預測的輔助指標。圖6為須二段砂體交錯層理砂巖厚度等值線圖,交錯層理砂巖厚度的較薄區(厚度小于10 m區域)與裂縫強度高值區基本一致,該區也是目前該砂體天然氣高產分布區。

圖4 沉積構造裂縫與非沉積構造裂縫分布

圖5 砂體交錯層理砂巖厚度與裂縫強度關系圖

圖6 砂體交錯層理砂巖厚度等值線圖

3.3 裂縫強度與構造及斷裂關系

圖7展示了中亞段裂縫分布與構造、斷裂關系,結合其他層位裂縫分布特征,總結出以下規律。

(1)多數裂縫走向與相鄰斷裂方向近于垂直,分析裂縫的形成與斷裂活動有關,受到構造應力影響,在形成壓性斷裂的同時,派生出了與之垂直的裂縫。區類發育斷裂方向以南北向為主,因而形成的裂縫走向主要呈近東西向。

(2)新場背斜構造軸部裂縫發育程度明顯強于翼部,發育于構造軸部的X-3井、W-56井等裂縫強度較大,而翼部鉆井井裂縫強度明顯降低。

(3)位于斷裂形變明顯變化地帶的裂縫比較發育。斷裂形變變化主要包括斷層斷距的變化、斷裂方向變化、斷裂消失端等等。分析認為,斷裂形成的過程是釋放擠壓應力,使地層應力重新恢復平衡的過程,但不均衡的斷裂形變釋放的應力也是不均衡的,沒有得到斷層充分釋放的應力必須通過裂縫的產生來釋放,因而斷裂形變明顯變化地帶為裂縫發育地帶。從新場地區裂縫強度與斷裂關系看,在斷層消失端尤其斷距較大的斷層消失端附近裂縫比較發育;而斷裂形變變化不大的斷層旁,裂縫發育程度較差。

(4)南北向斷層密集發育帶附近裂縫發育,東西向斷層附近裂縫發育程度相對較差。

3.4 裂縫發育帶預測方法

(1)基于巖石力學特征的裂縫預測。該區深井均開展了偶極聲波測井,有條件開展巖石力學特征研究。剛性強的巖石有利于裂縫形成,巖石彈性力學參數可定量描述其剛性程度,有條件通過巖石彈性特征與裂縫發育程度關系研究對裂縫發育帶進行預測。

圖7 須家河組須二中亞段裂縫發育特征

(2)基于沉積相、沉積環境裂縫預測。塊狀砂巖有利于高角度裂縫的形成,交錯層理砂巖對高角度交錯層理的形成有抑制作用。可以通過對塊狀砂巖預測的方式間接預測高角度裂縫分布;塊狀砂巖發育與沉積環境有關,通過研究塊狀砂巖與沉積微相關系,預測其分布規律,架起沉積微相與裂縫分布間橋梁,開展裂縫分布研究。

(3)通過對背斜構造與斷裂分布研究預測裂縫分布。裂縫易于發育于構造軸部、南北向斷裂密集發育帶附近、斷裂形變明顯變化帶,根據構造、斷裂分布規律開展裂縫分布預測,確定有利的裂縫發育區。

4 結 論

(1)在基于成像測井裂縫拾取、裂縫參數計算基礎上,建立了裂縫綜合評價指標——裂縫強度。

(2)以裂縫強度參數指標為基礎,開展其縱橫向變化規律研究,縱向上須二段裂縫發育程度明顯優于須四段,須二段內部以中亞段最為發育,橫向上裂縫方向以近東西向為主,裂縫強度參數在新場構造軸部一帶值較高。

(3)通過裂縫影響因素研究,發現裂縫的發育程度與巖石剛性程度、沉積構造、區域構造及斷裂分布有關,認為剛性強度大、交錯層理不發育的塊狀砂巖易于形成高角度裂縫;構造軸部、南北向斷裂密集分布區以及斷裂形變明顯變化區域為有利的裂縫發育區。為裂縫發育區的預測奠定了基礎,提出了下階段裂縫預測基本思路和方法。

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Analysis of Distributing Law and Influencing Factors of Compact Clastic Rock Fracture in Xujiahe Formation in West Sichuan Region

XU Binggao,L I Yangbing,GE Xiang,WU Jianmeng
(Well Logging Branch of Southwest Petroleum Engineering L TD.CO.,SINOPEC,Chengdu,Sichuan 610100,China)

Hydrocarbon accumulation strongly depends on the degree of fracture developments in Xujiahe fo rmation of Western Sichuan region,fracture recognition and evaluation are not only a basic wo rk in reservoir evaluation,but also a difficult point of reservoir evaluation.In view of this,based on the log data p rocessing and micro-resistivity images,calculated are f racture density,fracture length and f racture hydrodynamic w idth,and fracture apparent porosity,and then the index of fracture strength is built.Based on the index of fracture strength and through the research on fracture distributing law,we think that the fractures are distributed in the second member of Xujiahe fo rmation in vertical,and the degree of f racture developments in the fourth member of Xujiahe formation are weaker.Horizontally,the high value area of degree of the fracture developments is distributed in the axis of the structure,the direction is maily EW.Through the research on affecting factors of fractures,the comp rehensive evaluation show that massive sandstone of high stiffness index and undeveloped cross bedding fo rm high angle f racture easily.The axis of the structure,the dense SN braakage belt and the deformation belt of the fracturesare the favorable area for fracture development zones.According to the characteristics,thoughts and methods of fracture p rediction are p roposed.

log interp retation,fracture strength,f racture distributing,fracture p rediction,Xujiahe formation,Western Sichuan

1004-1338(2010)05-0437-05

P631.84

A

徐炳高,男,1964年生,高級工程師,從事測井解釋方法技術研究。

2010-01-18 本文編輯 李總南)