基于多信息的鄂爾多斯盆地A區(qū)天然裂縫綜合判識(shí)研究

趙軍龍，朱廣社，馬永寧，吳新偉，陳守民，李甘

（1.西安石油大學(xué)油氣資源學(xué)院，陜西西安710065；2.長慶油田分公司第三采油廠，寧夏銀川750006）

基于多信息的鄂爾多斯盆地A區(qū)天然裂縫綜合判識(shí)研究

趙軍龍1，朱廣社2，馬永寧2，吳新偉2，陳守民2，李甘1

（1.西安石油大學(xué)油氣資源學(xué)院，陜西西安710065；2.長慶油田分公司第三采油廠，寧夏銀川750006）

研究從鄂爾多斯盆地A區(qū)天然裂縫判識(shí)需要出發(fā)，基于收集到的巖心、測井、地質(zhì)等多種資料信息，開展了天然裂縫判識(shí)技術(shù)研究和優(yōu)選。運(yùn)用靜態(tài)、動(dòng)態(tài)資料揭示了工區(qū)天然裂縫的分布規(guī)律和影響因素。天然裂縫識(shí)別的主要方法包括巖心裂縫識(shí)別法、成像測井識(shí)別法、儲(chǔ)層滲透率非均質(zhì)分析法、常規(guī)測井參數(shù)法、常規(guī)測井曲線重構(gòu)法、動(dòng)態(tài)資料分析法及現(xiàn)代數(shù)學(xué)等方法。A區(qū)天然裂縫平面上主要位于河道微相中靠近邊部區(qū)域、砂體厚度較小的區(qū)域、儲(chǔ)層微構(gòu)造起伏較大區(qū)域。動(dòng)態(tài)資料驗(yàn)證表明，針對(duì)A區(qū)所建立的天然裂縫判識(shí)技術(shù)合理，對(duì)天然裂縫的平面和縱向分布規(guī)律預(yù)測取得了較好的效果，其研究成果為下一步的裂縫開發(fā)治理政策研究提供了堅(jiān)實(shí)的資料基礎(chǔ)。

測井解釋；天然裂縫；綜合判識(shí)；分布規(guī)律；動(dòng)態(tài)識(shí)別；鄂爾多斯盆地

0 引 言

碎屑巖天然裂縫的分布受成巖過程、區(qū)域地層應(yīng)力分布等因素的影響［1－2］。天然裂縫識(shí)別大多基于對(duì)巖心裂縫的認(rèn)識(shí)。將地質(zhì)、測井及動(dòng)態(tài)資料相結(jié)合，開展天然裂縫的綜合判識(shí)。碎屑巖天然裂縫研究應(yīng)針對(duì)工區(qū)實(shí)際，建立天然裂縫概念模型，從取心井資料出發(fā)，將靜態(tài)信息與動(dòng)靜態(tài)信息相結(jié)合，采用分形分維、灰色關(guān)聯(lián)分析等現(xiàn)代數(shù)學(xué)手段，以多學(xué)科交叉為特色開展天然裂縫識(shí)別與預(yù)測［3］。

鄂爾多斯盆地西北部A區(qū)位于陜西省吳旗縣境內(nèi)［4］。作為該區(qū)主要含油層系的長6油層組可劃分為長61、62和63等3個(gè)小層。長61儲(chǔ)層屬于典型的特低滲透率儲(chǔ)層，滲透率平均為0.39×10－3μm2。該區(qū)從開發(fā)至今，表現(xiàn)出水力方向性明顯、個(gè)別井水淹嚴(yán)重、單井產(chǎn)量遞減很快等現(xiàn)象，天然裂縫和人工裂縫對(duì)油田生產(chǎn)帶來了一些負(fù)面影響。為此，開展了基于多信息的天然裂縫綜合判識(shí)研究，以建立適合該區(qū)的天然裂縫綜合判識(shí)技術(shù)，揭示該區(qū)目的層的天然裂縫分布特征和影響因素。

1 天然裂縫判識(shí)技術(shù)及優(yōu)選

1.1 天然裂縫識(shí)別技術(shù)

（1）巖心裂縫識(shí)別方法。巖心裂縫的仔細(xì)觀察描述是整個(gè)裂縫研究的基礎(chǔ)，它最能直觀地反映地下裂縫的真實(shí)狀態(tài)。依據(jù)裂縫開啟程度及對(duì)滲流的貢獻(xiàn)，特別是裂縫在地下油藏開發(fā)過程中所起的作用，可將天然裂縫劃分為開啟縫、半開啟縫和閉合（潛在）縫［1－3，5］。巖心照片與成像測井資料相結(jié)合可以較好地區(qū)分天然裂縫和人工裂縫，確定微觀裂縫類型。

（2）成像測井識(shí)別方法。測井資料是除巖心以外反映地下地層（油層）結(jié)構(gòu)最全面、最直接且又是每口井都必有的資料。成像測井技術(shù)依據(jù)所測物理量的不同可以分為電、聲、核、力等4種，目前多用于裂縫識(shí)別及儲(chǔ)層可動(dòng)流體評(píng)價(jià)的成像測井有地層微電阻率掃描成像測井、方位電阻率成像測井、超聲波成像測井、偶極子橫波成像測井和核磁共振成像測井。

（3）常規(guī)測井曲線識(shí)別方法。天然裂縫的存在通常會(huì)引起常規(guī)測井一定的異常響應(yīng)（見表1）［5］。基于常規(guī)測井裂縫響應(yīng)機(jī)理，可以利用常規(guī)測井曲線開展天然裂縫的分析研究。

表1 與裂縫相關(guān)的多種測井信息直觀綜合分析表［5］

運(yùn)用常規(guī)測井曲線開展裂縫定性識(shí)別的方法主要有曲線變化率法、孔隙結(jié)構(gòu)指數(shù)法、骨架指數(shù)法、地層因素比值法、三孔隙度比值法、孔隙度組合法、飽和度比值法、等效彈性模量差比法、綜合概率指數(shù)法、測井曲線R／S變尺度分析法等［3，5－10］。各方法的實(shí)質(zhì)都是圍繞裂縫的電性（泛指一切測井響應(yīng)）特征識(shí)別裂縫的存在［3］。

（4）動(dòng)態(tài)方法識(shí)別裂縫。鉆井液的漏失、機(jī)械鉆速的加快等動(dòng)態(tài)信息都可能和天然裂縫等有關(guān)［1］。據(jù)此，結(jié)合井壁崩落、固井質(zhì)量、鉆井曲線分析等可以間接或定性判斷裂縫的存在。當(dāng)示蹤劑通過裂縫時(shí)所得的裂縫系統(tǒng)滲透率要比通過計(jì)算得到的大很多，所以通過井間示蹤技術(shù)可預(yù)測裂縫的存在；試井分析是值得大力提倡的裂縫評(píng)價(jià)技術(shù)，試井分析尤其是壓力不穩(wěn)定試井所提供的有關(guān)裂縫方向、滲透率等參數(shù)，能代表研究油藏的大范圍內(nèi)參數(shù)的變化，可用于產(chǎn)量預(yù)測和數(shù)值模擬［11］。

1.2 天然裂縫識(shí)別預(yù)測方法技術(shù)優(yōu)選

（1）天然裂縫識(shí)別的基本思路。統(tǒng)計(jì)表明，在研究區(qū)收集到巖心資料的10口探井中有3口井有裂縫顯示指示。在對(duì)A510井、A512井、A527井巖心樣品進(jìn)行孔隙度和滲透率研究時(shí)，發(fā)現(xiàn)緊鄰裂縫樣品的巖心孔隙度和滲透率呈增大趨勢。研究區(qū)在A527井中開展了聲電組合成像測井。聲電交互測井解釋結(jié)果表明，該區(qū)長6儲(chǔ)層天然裂縫發(fā)育特征較為顯著，天然裂縫主要為傾角71°～86°的高角度縫，裂縫走向近北東－南西向。巖心資料和常規(guī)測井曲線對(duì)比分析表明，該區(qū)對(duì)天然裂縫指示較為明顯的曲線主要有自然伽馬、井徑、聲波時(shí)差、密度、八側(cè)向電阻率等，但需要提高識(shí)別的精度和效率。

針對(duì)研究區(qū)取心井有限、成像測井成果少、常規(guī)測井曲線豐富等情況，開展了干擾試井和壓力恢復(fù)測試等工作，確定了天然裂縫識(shí)別基本思路。通過對(duì)巖心仔細(xì)分析和對(duì)巖心裂縫的特征準(zhǔn)確把握、標(biāo)定成像測井、刻度常規(guī)測井，尋找裂縫在常規(guī)測井曲線上的響應(yīng)特征，提取裂縫常規(guī)測井響應(yīng)信息，建立解釋模型。在對(duì)現(xiàn)有的裂縫識(shí)別方法開展上述比較分析的基礎(chǔ)上，優(yōu)選若干較為有效的裂縫指示曲線或重構(gòu)參數(shù)，借助R／S變尺度分析技術(shù)法、灰色關(guān)聯(lián)分析法開展了對(duì)A區(qū)天然裂縫的識(shí)別與分析。

（2）儲(chǔ)層滲透率及非均質(zhì)特征分析對(duì)該區(qū)天然裂縫預(yù)測。砂巖中發(fā)育天然裂縫也會(huì)導(dǎo)致該砂層儲(chǔ)層非均質(zhì)性加強(qiáng)。因此，開展小層滲透率突進(jìn)系數(shù)和級(jí)差系數(shù)綜合分析，有助于對(duì)A區(qū)天然裂縫分布特征的預(yù)測研究，建立起滲透率級(jí)差系數(shù)、突變系數(shù)、分維數(shù)與裂縫特征關(guān)系。

A377－16井有豐富的動(dòng)態(tài)資料，可以驗(yàn)證裂縫的有效性。從圖1可以看出，A377－16井長小層裂縫較為發(fā)育，其對(duì)應(yīng)的分維數(shù)為1.02，而級(jí)差系數(shù)達(dá)到3.00，突變系數(shù)達(dá)到2.27。該井的測壓資料說明了該井裂縫存在的真實(shí)性（見圖1）。這也說明，利用滲透率的非均質(zhì)特征可以預(yù)測裂縫的平面分布特征。

（3）常規(guī)測井曲線R／S變尺度分析技術(shù)法對(duì)該區(qū)天然裂縫的識(shí)別。R／S分析（變尺度分析）的分形維數(shù)可以體現(xiàn)低滲透砂巖垂向非均質(zhì)性，進(jìn)而揭示儲(chǔ)層裂縫發(fā)育的程度［3，6］。統(tǒng)計(jì)分析表明，該區(qū)儲(chǔ)層裂縫相對(duì)發(fā)育時(shí)，在對(duì)孔隙、孔洞和裂縫比較敏感的聲波時(shí)差R／S分析曲線上就會(huì)引起分形維數(shù)增大。

儲(chǔ)層頂?shù)撞磕鄮r的存在對(duì)于砂巖儲(chǔ)層的變尺度分析可能產(chǎn)生影響，砂巖上部及中部的泥巖對(duì)變尺度分析的影響應(yīng)盡量去除，以避免其對(duì)裂縫的識(shí)別干擾。因此，在用聲波測井曲線開展變尺度分析時(shí)，應(yīng)先開展巖性劃分和隔夾層識(shí)別，用去夾層后的砂巖聲波測井響應(yīng)開展變尺度分析效果更好。A527井分析表明，聲波時(shí)差曲線的R／S變尺度分析可以較好地指示裂縫的發(fā)育情況（見圖2）。這里對(duì)收集到的354口井開展了R／S變尺度分析，對(duì)每口井分別計(jì)算和統(tǒng)計(jì)了其分維數(shù)。

（4）裂縫指示參數(shù)重構(gòu)技術(shù)用于該區(qū)天然裂縫識(shí)別。為了提高常規(guī)測井信息識(shí)別裂縫效果，這里重構(gòu)裂縫指示參數(shù)Fracx［3］。

圖1 A377－16井滲透率非均質(zhì)特征、分維數(shù)與裂縫發(fā)育關(guān)系

圖2 A527井長裂縫的R／S分析曲線特征

式中，F(xiàn)racx為重構(gòu)的裂縫指示參數(shù)，無量綱；XRLL，8為八側(cè)向電阻率測井曲線變化率，無量綱；XGR為自然伽馬測井曲線變化率，無量綱；XAC為聲波時(shí)差測井曲線變化率，無量綱；XCNL為補(bǔ)償中子測井曲線變化率，無量綱。

Fracx參數(shù)是多種測井曲線變化率的組合，引起測井曲線變化的主要因素有巖性變化和裂縫存在。在使用該重構(gòu)參數(shù)時(shí)候，應(yīng)首先剔除巖性變化的影響，重構(gòu)的Fracx參數(shù)就可以直觀準(zhǔn)確地指示裂縫的存在。

對(duì)354口開發(fā)井用該方法進(jìn)行了裂縫識(shí)別。如A385－19井動(dòng)態(tài)資料顯示該井應(yīng)該有裂縫存在，用Fracx參數(shù)進(jìn)行了裂縫識(shí)別，取得了明顯的效果。

要發(fā)揮好常規(guī)測井曲線參數(shù)法［12］在識(shí)別裂縫中的效用，應(yīng)注意一些技術(shù)關(guān)鍵，①參數(shù)法的方法使用條件是選擇基礎(chǔ)，工區(qū)裂縫測井響應(yīng)特征分析是建立參數(shù)法的關(guān)鍵；②無論采用哪種參數(shù)法，都應(yīng)先運(yùn)用常規(guī)測井曲線確定儲(chǔ)層砂巖；③在參數(shù)法識(shí)別砂巖裂縫過程中應(yīng)盡量將致密夾層和泥質(zhì)夾層的影響去除，以免作出錯(cuò)誤的判識(shí)。

（5）灰色關(guān)聯(lián)分析技術(shù)法用于天然裂縫識(shí)別。裂縫存在所引起的常規(guī)測井響應(yīng)特征常常與泥質(zhì)含量的增加、巖性變化以及淡水泥漿高侵難于區(qū)分。盡管可以引入豐富的參數(shù)和重建派生曲線，在某種程度上可以間接證明裂縫的存在，但單憑1條或者幾條曲線難以準(zhǔn)確完成裂縫的識(shí)別任務(wù)。將灰色關(guān)聯(lián)法［13－14］引入常規(guī)測井裂縫識(shí)別中具有新意。

灰色系統(tǒng)測井裂縫識(shí)別的主要工作是在充分分析區(qū)內(nèi)已有取心井的巖心、測井、油氣測試和錄井資料基礎(chǔ)上，基于取心井裂縫測井響應(yīng)的分析，建立起裂縫與測井參數(shù)（或重構(gòu)參數(shù)）等指標(biāo)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，進(jìn)而利用測井信息、運(yùn)用灰色系統(tǒng)裂縫評(píng)價(jià)技術(shù)進(jìn)行裂縫判識(shí)。灰色關(guān)聯(lián)技術(shù)用于裂縫識(shí)別的技術(shù)關(guān)鍵是把多種測井信息、重構(gòu)信息及AC曲線的R／S變尺度分析信息相結(jié)合，以動(dòng)態(tài)資料為約束，開展裂縫的單井裂縫綜合判識(shí)。天然裂縫灰色關(guān)聯(lián)評(píng)價(jià)技術(shù)識(shí)別流程路線圖見圖3。

圖3 灰色關(guān)聯(lián)技術(shù)用于裂縫識(shí)別的技術(shù)路線

2 研究區(qū)天然裂縫分布特征預(yù)測與動(dòng)態(tài)驗(yàn)證

2.1 研究區(qū)天然裂縫分布特征

（1）長6儲(chǔ)層聲波時(shí)差分維數(shù)特征。統(tǒng)計(jì)分析表明，該區(qū)生產(chǎn)和動(dòng)態(tài)資料中分維數(shù)大于1.0的區(qū)域天然裂縫較為發(fā)育，分維數(shù)大于1.1的天然裂縫發(fā)育。3個(gè)小層的裂縫發(fā)育具有一定的繼承性。說明裂縫的縱向延范圍幾乎覆蓋3個(gè)目的層。為了研究需要，這里將A區(qū)裂縫發(fā)育程度分為Ⅰ、Ⅱ型裂縫范圍2個(gè)級(jí)別（見表2）。

表2 A區(qū)長6儲(chǔ)層天然裂縫發(fā)育分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

（2）天然裂縫分布規(guī)律預(yù)測。根據(jù)測井曲線重構(gòu)參數(shù)法、R／S變尺度分析法、滲透率級(jí)差分析法、灰色關(guān)聯(lián)評(píng)價(jià)后，編繪了A區(qū)裂縫分布規(guī)律圖。該圖較好地反映了研究區(qū)目的層的裂縫平面分布特征。與生產(chǎn)動(dòng)態(tài)等資料一致性好（見圖4）。A區(qū)天然裂縫縱向切割范圍見表3。

表3 A區(qū)天然裂縫縱向切割范圍

A區(qū)目的層天然裂縫分布與砂體頂部構(gòu)造有一定的關(guān)系，工區(qū)天然裂縫主要分布在砂體微構(gòu)造起伏較大區(qū)域，這是因?yàn)閮?chǔ)層構(gòu)造部位不同，遭受的應(yīng)變強(qiáng)度不同，裂縫的密集程度不同；研究區(qū)目的層天然裂縫分布與砂體厚度變薄關(guān)系密切，A區(qū)天然裂縫主要分布在砂體厚度較小的區(qū)域，這是因?yàn)楸訋r石比厚層巖石更容易產(chǎn)生密集間距的裂縫；該區(qū)目的層天然裂縫主要分布在河道微相中靠近邊部的區(qū)域，這是因?yàn)樵诔练e微相發(fā)生變化的區(qū)域，亦即砂體厚度變化的區(qū)域，容易因?yàn)閼?yīng)力作用而產(chǎn)生裂縫。

圖4 A區(qū)長6儲(chǔ)層天然裂縫平面特征

2.2 研究區(qū)天然裂縫分布的動(dòng)態(tài)驗(yàn)證

A區(qū)近年來陸續(xù)開展了干擾試井（壓力恢復(fù)測試）、示蹤劑測試、生產(chǎn)測井等工作。這些動(dòng)態(tài)資料可以用來解釋和驗(yàn)證上述裂縫分布預(yù)測結(jié)果。

（1）測壓資料解釋裂縫。該區(qū)收集到的測壓資料解釋結(jié)果表明，測壓解釋出裂縫的井點(diǎn)一般都有天然裂縫發(fā)育，或者靠近天然裂縫發(fā)育井點(diǎn)或區(qū)帶。利用測壓資料驗(yàn)證天然裂縫分布規(guī)律效果分析表明，預(yù)測結(jié)果好的占44.4%，較好的占44.4%，效果不好的占11.2%。

（2）干擾試井資料解釋裂縫。A151－1井、A151－2井、A151－3井和A151－4井近年來含水率逐步上升，為了了解含水率上升的原因，進(jìn)一步判斷該井與周圍井的連通情況及裂縫發(fā)育方向，對(duì)該井組進(jìn)行干擾試井測試。激動(dòng)井為A151－2井。從干擾試井4口井觀察井響應(yīng)壓力曲線圖可以看出，A151－3井響應(yīng)信號(hào)明顯，從變化看為“三升三降”的干擾信號(hào)，符合激動(dòng)井A151－2井的激動(dòng)周期“三升三降”的激動(dòng)信號(hào)，信息滯后30～100 h。說明A151－2井與A151－3井溝通。研究表明，該區(qū)天然裂縫預(yù)測的方向性和裂縫發(fā)育范圍與動(dòng)態(tài)資料較為一致。

（3）注水剖面測井。研究區(qū)開展了一定數(shù)量的生產(chǎn)測井。對(duì)生產(chǎn)測井的注水剖面測井成果分析認(rèn)為，在2個(gè)層合注時(shí)，如果2個(gè)層中某個(gè)層吸水能力明顯強(qiáng)，該層可能存在裂縫通道，但該裂縫是否是天然裂縫有待于進(jìn)一步分析。上述預(yù)測天然裂縫分布與吸水特征有一定的相關(guān)性。

3 結(jié)論和認(rèn)識(shí)

（1）天然裂縫識(shí)別的主要方法包括巖心裂縫識(shí)別法、儲(chǔ)層滲透率非均質(zhì)特征分析法、成像測井識(shí)別法、常規(guī)測井識(shí)別法及常規(guī)測井參數(shù)法、動(dòng)態(tài)資料分析法及R／S分形分維分析法。

（2）天然裂縫判識(shí)的技術(shù)關(guān)鍵是正確認(rèn)識(shí)天然裂縫常規(guī)及成像測井響應(yīng)機(jī)理，并對(duì)可能的干擾因素及時(shí)剔除。基于動(dòng)態(tài)資料，運(yùn)用儲(chǔ)層滲透率非均質(zhì)特征分析法、常規(guī)測井曲線重構(gòu)參數(shù)法、R／S變尺度分析法和灰色關(guān)聯(lián)分析法開展綜合判識(shí)可以取得較好的效果。

（3）研究區(qū)的天然裂縫對(duì)儲(chǔ)層滲透率非均質(zhì)性影響顯著，該區(qū)天然裂縫平面上主要位于河道微相中靠近邊部區(qū)域、砂體厚度較小的區(qū)域、儲(chǔ)層微構(gòu)造起伏較大區(qū)域，天然裂縫平面及縱向分析主要受到沉積微相、儲(chǔ)層微構(gòu)造及砂體厚度變化的影響。

（4）壓力測試工作、干擾試井工作和注水剖面測井取得的動(dòng)態(tài)資料可以較好地驗(yàn)證以常規(guī)測井資料為基礎(chǔ)的天然裂縫預(yù)測結(jié)果。

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On Synthetically Identifying Nature Fractures of A Block in Ordos Basin Based on Multi－data

ZHAO Junlong1，ZHU Guangshe2，MA Yongning2，WU Xinwei2，CHEN Shoumin2，LI Gan1（1.School of Petroleum Resources，Xi’an Shiyou University，Xi’an，Shaanxi 710065，China；2.No.3 Production Plant，Changqing Oilfield Company，Yinchuan，Ningxia 750006，China）

For need of finely identifying nature fractures of block A in Ordos basin，the optimal evaluation techniques have been developed on the basis of collected multi－data such as cores and logs.And the distribution law and effect factors about nature fractures in block A have been studied with static and dynamic data.The research indicates that the methods to identify nature fractures mainly include core fracture identification，imaging logging identification，nonhomogeneity analysis of reservoir permeability，conventional logging parameters，reconfiguration of conventional logging curves，dynamic document analysis and modern mathematics.Moreover，the nature fractures in block A are in the board of river course and the minimal sand thickness zones and the maximal tectonics fluctuating zones.The above techniques are reasonabl and reliabl to identify the fractures.And the effect of pre－determination about the fracture planes and vertical distribution is ideal.Our research provides important data for further fractures identifications.Key words：log interpretation，nature fracture，synthetically identification，distributing law，dy

P631.81

A

1004－1338（2011）06－0544－06

namic identification，Ordos basin

項(xiàng)目來源：陜西省教育廳科研計(jì)劃項(xiàng)目資助（項(xiàng)目編號(hào)：11JK0781）

趙軍龍，男，1970年生，博士，教授，從事礦產(chǎn)與能源地球物理研究。

2011－07－11 本文編輯 李總南）