塔河油田儲層裂縫測井識別和有效性評價

張鳳生，司馬立強，趙冉，楊洪鵬

（1.西南石油大學資源與環境學院，四川成都610500；2.中國石化西北油田分公司勘探開發研究院，新疆烏魯木齊830011）

塔河油田儲層裂縫測井識別和有效性評價

張鳳生1，司馬立強1，趙冉2，楊洪鵬1

（1.西南石油大學資源與環境學院，四川成都610500；2.中國石化西北油田分公司勘探開發研究院，新疆烏魯木齊830011）

綜合利用巖心、常規測井、電成像測井和偶極橫波成像測井資料研究裂縫有效性。針對塔河油田奧陶系裂縫性儲層，結合不同探測深度的微電阻率成像FMI和方位電阻率成像ARI測井資料研究裂縫的徑向延伸深度，分析儲層裂縫的有效性；利用微電阻率成像FMI和偶極橫波測井DSI提供的斯通利波信息分析裂縫的滲濾性，在裂縫發育段計算裂縫參數，定量評價儲層裂縫的有效性。經油田現場測試，4種方法結合可以較為準確地評價儲層裂縫的有效性。

測井評價；碳酸鹽巖；儲層裂縫；測井識別；有效性；塔河油田

0 引 言

塔河油田奧陶系儲層巖性以致密灰巖為主，基質孔隙度低，滲透性差，但裂縫發育。裂縫使得這種致密的碳酸鹽巖儲層中也能獲得工業性油氣流［1］。因此，裂縫是決定儲層滲流能力、影響儲層好壞的關鍵因素，裂縫有效性評價對于塔河油田的儲量評價和產能建設都尤為重要。本文的裂縫有效性研究主要包括有效裂縫的定性識別和裂縫有效性的定量評價2個方面，綜合利用巖心、常規測井和FMI、ARI以及DSI等特殊測井識別有效裂縫，利用雙側向數值模擬得到的裂縫參數公式計算了裂縫參數，結合工區的實際生產資料，對裂縫有效性進行了定量評價，得到的結果與實際生產情況一致，評價效果較好。

1 儲層裂縫測井識別

1.1 巖心裂縫觀察與分析

研究儲層裂縫的最直觀最有效的方法是巖心觀察和描述，巖心數據直接反映了取心層位上裂縫發育的基本參數，是驗證其他間接測量方法和裂縫預測方法的直接證據。通過巖心觀察可以非常直觀地確定裂縫的類型、大小、產狀和密度等。統計了塔河油田12區一間房組13口井巖心163.96m，共發育裂縫3 357條，對儲層貢獻較大是未充填或半充填的有效縫，其中一間房組發育有效裂縫406條；鷹山組12口井的巖心長度為179.03m，共發育裂縫1 233條，其中有效縫591條。分析表明，塔河油田12區一間房組、鷹山組裂縫非常發育，其裂縫類型以中－小構造縫為主，裂縫在后期改造過程中大部分被泥質、方解石或有機質充填，多數為無效的充填縫。通過巖心觀察統計得出，裂縫是塔河油田最主要的儲集空間之一，一間房組和鷹山組裂縫普遍發育，鷹山組比一間房組的有效裂縫更發育。

通過研究巖心CT掃描和掃描電鏡圖片，從微觀的角度研究儲層巖石內部的儲集空間結構和微裂縫發育情況。CT掃描利用X射線把巖心的三維實體投影到二位平面圖像上，能直觀獲得巖心裂縫的寬度、方位、體積等幾何特征參數和裂縫在立體空間內的展布；掃描電鏡具有景深大、立體感強、分辨率高的特點，能觀察到巖心立體空間結構；掃描電鏡微觀分析可以非常直觀、有效地對微裂縫進行觀察分析。通過巖心儲集空間微觀分析，微裂縫在塔河油田奧陶系儲層中非常發育，且開啟性、連通性較好，對油氣運移、聚集起著關鍵作用［2］。

1.2 測井識別裂縫

1.2.1 常規測井識別裂縫

在塔河油田，通過選擇對裂縫響應較為敏感的測井曲線，利用成像測井和巖心標定后識別裂縫，其中雙側向電阻率及差異法、三孔隙度曲線特征法和自然伽馬能譜法3種方法在塔河油田應用效果較好［3］。

（1）雙側向電阻率及差異法。在致密碳酸鹽巖地層中，雙側向電阻率值的大小及差異除了受巖石電阻率特性和地層流體性質影響外，還要受裂縫的控制。裂縫的產狀與深、淺雙側向的差異有直接關系，即低角度裂縫，雙側向呈負差異（RLLd＜RLLs）。這是由于深側向的徑向探測深度大，受泥漿侵入影響大，而泥漿電阻率遠遠小于碳酸鹽巖基巖的背景電阻率值，因而深側向電阻率值小于淺側向電阻率值；隨著裂縫傾角的增加，深、淺側向電阻率響應值都增加，但深側向的增加速度大于淺側向的增加速度。在裂縫傾角達到臨界角（定義深淺側向曲線相交時的角度為臨界角）后，裂縫的雙側向測井響應為正差異（RLLd＞RLLs），這是由于此時靠近井壁的裂縫近直立，為淺側向的電流提供了良好的通路，使得泥漿對淺側向的影響大于深側向，從而淺側向的視電阻率小于深側向的視電阻率［4］。

（2）三孔隙度曲線特征法。當地層中存在低角度裂縫或網狀裂縫時，聲波的首波必須通過裂縫傳播。裂縫較發育時，聲波穿過裂縫會使其幅度受到很大的衰減，造成首波不被記錄，而其后到達的波反而被記錄下來，表現為聲波時差增大，即周波跳躍。因此，可利用聲波時差的增大定性識別低角度縫或網狀縫發育井段；密度測井為貼井壁測量，當極板接觸到天然裂縫時由于泥漿的侵入會對密度測井產生一定的影響，引起密度測井值減小；通常，中子測井值對單一的高角度縫無明顯反映，在低角度縫與水平縫處增大［5］。

（3）自然伽馬能譜分析法。鈾易溶解于水，一般以離子形態存在于地下水中。在地下水運動過程中，通過裂縫時，裂縫壁就會吸附這些鈾元素，使得地層鈾含量增加。對正常的沉積環境而言，鈾元素含量低于或接近泥質體積（釷＋鉀）的數值；當有裂縫存在時，鈾含量可能比泥質體積值大，通過高鈾異常可識別裂縫。

塔河油田×16井6 348～6 357m和6 362～6 369m段雙側向電阻率25～100Ω·m，在高電阻率背景下有所降低且雙側向呈明顯的正差異特征；聲波增大、中子增大、密度降低，三孔隙度一致增大；高自然伽馬值、低無鈾自然伽馬值、高伽馬段顯示高鈾特征，常規測井綜合識別儲層裂縫發育段。該層段在FMI圖像上顯示黑色正弦條帶，指示高角度裂縫發育，綜合判別為Ⅱ類裂縫型儲層（見圖1）。

裂縫的存在會使常規測井的響應特征發生變化。但由于常規測井受諸多因素的影響，且裂縫的非均質性強、裂縫分布情況復雜，所以解釋是多解性的、不確定的。鑒于常規測井的多解性和裂縫的復雜性，大多數情況下是常規測井與成像測井結合綜合識別裂縫。

圖1 塔河油田×16井常規測井識別裂縫

1.2.2 成像測井識別裂縫

利用成像測井可以準確識別儲層裂縫，確定裂縫的密度、產狀以及充填情況等。塔河油田常見有層界面、誘導裂縫、薄層狀灰巖和閉合縫等4種地質體，與天然有效裂縫有許多相似的特征。但是由于裂縫徑向延伸淺、或裂縫被充填、裂縫開啟程度低等原因，不能起到儲集或滲濾的作用，屬于無效裂縫（見圖2）。利用成像測井識別裂縫，首先必須鑒別與天然裂縫特征相似但對儲層貢獻不大的假裂縫或誘導裂縫。假裂縫與天然有效縫兩者在微電阻率測井圖像上仍有一些不同特征［6］。本文通過塔河油田真假裂縫在微電阻率測井圖像的特征，總結了塔河地區真假裂縫的識別方法。

（1）層界面。層界面與水平裂縫在FMI圖像上特征相似，但層界面一般在圖像上連續、完整，不能在圖像上中斷，總是相互平行或上下相切，但不能交叉，且相鄰2個層界面的電相相同或相似（如非均勻介質）。

（2）誘導縫。誘導裂縫是地層應力作用下即時產生的裂縫，故排列整齊，規律性強；誘導裂縫的縫面形狀較規則且縫寬變化很小；誘導裂縫徑向延伸都不大，故深側向測井電阻率值下降不很明顯。

圖2 塔河油田成像測井資料識別真假裂縫

（3）薄層狀灰巖。巖石顆粒呈層狀排列，層距很小，層面一般平行整套地層的層理，僅少數呈交叉排列。在原始狀態下，層間縫隙極其微小，地層流體難于滲濾。薄層狀構造通常在微電阻率成像測井圖像上表現為平行于地層層面的、比較規則的深色高電導異常。

（4）閉合縫。閉合縫是裂縫被充填或膠結或成巖過程中受地層壓力增大，使裂縫閉合。閉合縫也是裂縫，只是由于裂縫張開度太小，對儲層儲滲性能貢獻很小。閉合縫在FMI圖像上表現為亮色的正弦條帶。

（5）天然裂縫。天然裂縫常為多期構造運動形成，分布極不規則，又遭地下水的溶蝕與沉淀作用的改造，故裂縫面不太規則，且縫寬有較大的變化，表現在電成像圖像上裂縫可以切割任何介質（或電相，包括層界面），且裂縫相互可以平行或相交；裂縫由于總是與構造運動和溶蝕相伴生，因而電導異常，一般既不平行，又不規則。

2 儲層裂縫有效性測井評價

2.1 基于雙側向測井信息評價裂縫的有效性

經分析，裂縫的產狀與深、淺雙側向的差異有著直接關系。即低角度裂縫，深側向的徑向探測深度大，受泥漿侵入影響大，泥漿電阻率遠遠小于碳酸鹽巖基巖的背景電阻率值，因而深側向電阻率值小于淺側向電阻率值，雙側向呈負差異（RLLd＜RLLs）；高角度縫，由于此時靠近井壁的裂縫近直立，為淺側向的電流提供了良好的通路，使得泥漿對淺側向的影響大于深側向，從而淺側向的視電阻率小于深側向的視電阻率，雙側向測井呈正差異（RLLd＞RLLs）。而且裂縫越發育，即裂縫張開程度、裂縫密度、裂縫徑向延伸深度越大，雙側向測井電阻率相對基質巖石電阻率下降幅度越大一些，雙側向的差異幅度也越大［7］。因此，在前面識別出裂縫的基礎上，通過分析雙側向電阻率值和差異程度可以判定裂縫的有效性，利用深淺側向電阻率的比值可以定性判定裂縫的有效性，當（RLLd／RLLs）＝1或接近1時，雙側向電阻率無差異或差異小，裂縫有效性不好；當（RLLd／RLLs）＜1時，其值越小指示低角度裂縫越有效；當（RLLd／RLLs）＞1時，其值越大指示高角度裂縫越有效。即在裂縫發育段電阻率降低的越多，雙側向差異幅度越大，指示裂縫有效性越好。

2.2 ARI和FMI結合評價裂縫的有效性

應用FMI和ARI相結合評價裂縫的有效性，就是基于2種測井方法有不同的徑向探測深度和縱向分辨率，裂縫的徑向延伸狀況和張開程度對其有效性評價至關重要。通常，FMI的徑向探測深度只有10～20cm，比ARI測井的2～2.5m小得多，FMI縱向分辨率可以達到5mm，ARI的縱向分辨率約為20cm。FMI和ARI相結合，從裂縫在井壁上的形態特征評價裂縫的張開程度和徑向延伸程度，可以準確評價裂縫的有效性。FMI可看到井壁上的全部裂縫，包括有效的和無效的；ARI只能看到徑向延伸在2m以上且張開度相對大的裂縫，兩者結合可以判斷出裂縫徑向延伸情況。從FMI圖上確定是否為天然裂縫，再從ARI圖看這些裂縫是否存在，不存在的為無效裂縫，存在為有效裂縫。

2.3 DSI和FMI結合評價裂縫的有效性

裂縫的滲濾性能綜合反映了裂縫的張開度、徑向延伸程度和彼此的連通情況，因此，滲濾性是評價裂縫有效性最好的指標。而斯通利波作為一種管波可以用來評價地層的滲透性，斯通利波在井筒中沿井壁徑向膨脹和收縮，如存在有效裂縫與井壁連通，則將使鉆井液（或泥漿濾液）沿著裂縫流進和流出，使斯通利波幅度降低；反之在無效裂縫處，則不會發生能量的衰減。DSI偶極橫波測井可以提供斯通利波以及縱橫波等豐富信息，斯通利波具有較大的徑向探測深度，它的反射性衰減主要發生在滲透性好的層段，因此，斯通利波能量衰減以及縱、橫波全波列變密度圖像的干涉條紋特征也可以定性判斷裂縫儲層的滲透性［8］。

2.4 裂縫有效性定量評價

2.4.1 裂縫張開度計算

A.M.Sibbit與O.Faiver［9］采用有限元素法推導了裂縫張開度的計算模型，他認為影響側向測井電阻率的因素有4個，分別是基巖電阻率Rb、侵入裂縫的流體電阻率Rm、裂縫張開度ε、裂縫侵入深度。在裂縫發育段雙側向測井出現差異的原因是導電流體侵入裂縫所致。

（1）垂直裂縫

（2）水平裂縫。Sibbit的研究表明水平裂縫的深側向電導率與基巖電導率之差與Rm、ε有關系，得出水平裂縫張開度的計算公式

式中，ε為裂縫張開度，μm；Cs、Cd、Cm分別為淺側向、深側向、泥漿電導率，S／m；Cb為基巖塊電導率，Cb值可從與解釋層鄰近的致密地層讀取，也可在求出解釋層的孔隙度后，由Cb＝（φmS）／Rw近似計算。式（2）的適用條件：①裂縫中的流體是導電流體且無限侵入；②ε是側向測井探測范圍內張開度的總和；③雙側向測井的差異是由于導電流體侵入裂縫所引起的。

對于網狀裂縫，可分別求出低角度裂縫和高角度裂縫的張開度，然后相加即可。

2.4.2 裂縫孔隙度計算

通過對各種測井信息分析發現，電阻率測井對裂縫響應最敏感，因此，實際應用時，通常利用雙側向測井曲線計算裂縫孔隙度。計算公式為：

式中，φf為裂縫孔隙度，%；mf為裂縫的孔隙度指數；Kr為裂縫畸變系數；Cs、Cd、Cm、Cw分別為淺側向、深側向、泥漿和地層水的電導率，S／m。

2.4.3 裂縫有效性定量評價標準

根據近幾年塔河油田測井評價裂縫的經驗和裂縫參數定量計算方法，結合塔河油田試油和生產動態資料，確立了奧陶系灰巖評價裂縫的有效性定量評價標準（見表1），對建立的標準進行試油測試，得到的結果比較符合實際情況。

表1 塔河油田中下奧陶系裂縫有效性定量評價標準

3 應用實例分析

在塔河油田碳酸鹽巖儲層測井評價研究項目中，應用上述方法，先綜合識別儲層裂縫，確定裂縫發育段，再對天然裂縫進行了有效性評價，取得較好的效果。

塔河油田×8井5 423.5～5 448m段自然伽馬低值、孔隙度增大，聲波小幅增大、密度降低、中子基本無變化，雙側向電阻率大幅降低，且有明顯正差異，FMI圖上顯示有高角度裂縫發育，綜合判別得出此層段為天然裂縫發育段。由前文分析知，雙側向的電阻率值與差異的幅度可以用來分析裂縫的有效性，通過深淺側向電阻率的比值可以定性判定裂縫的有效性。當（RLLd／RLLs）＝1或接近1時，雙側向電阻率無差異或差異小，裂縫有效性不好；當（RLLd／RLLs）＜1時，其值越小指示低角度裂縫越有效；當（RLLd／RLLs）＞1時，其值越大指示高角度裂縫越有效；該裂縫發育段（RLLd／RLLs）在1.2～1.9間，裂縫有較大幅度正差異，指示此層段的裂縫有效性較好；由雙側向計算的裂縫孔隙度在0.03%～0.313%之間，裂縫孔隙度平均值0.18%，裂縫張開度在9.4～121.58μm之間，裂縫張開度平均為71.7μm，屬于裂縫有效性較好的層段；在ARI圖像上也顯示雙側向差異大的部位有效裂縫發育，綜合判別為Ⅱ類裂縫型儲層。通過對該有效裂縫發育段進行聯層酸壓射孔作業，階段初期產油297m3／d，不產水（見圖4）。

圖4 ×8井測井綜合評價裂縫有效性

塔河油田×8井5 483～5 485.5m段為一段無效天然裂縫，FMI解釋為天然裂縫，ARI無明顯反應，5 486.5～5 488m和5 489～5 491m段2個段為有效天然裂縫發育段，FMI和ARI都有明顯的裂縫響應［見圖5（a）］。×6井6 435～6 445m、6 456～6 470m、6 480～6 498m等3處裂縫發育段為有效天然裂縫，FMI圖像上顯示多條裂縫發育，DSI成像圖上顯示斯通利波有能量衰減，斯通利波的變密度顯示圖像上出現了明顯的干涉條紋，指示有效裂縫發育［見圖5（b）］。對×6井奧陶系儲層分析，在有效裂縫發育段解釋了3個油層，對有效裂縫發育段進行了聯層射孔作業，該段初期產油33.8m3／d，不產水，均符合測井解釋結論，證明FMI結合ARI與DSI能夠較好地對儲層裂縫進行有效性評價。

圖5 FMI與ARI和DSI相結合評價裂縫有效性

4 結 論

（1）巖心、測井結合是識別與評價儲層裂縫有效方法。在塔河油田，雙側向電阻率及差異法、三孔隙度曲線特征法和自然伽馬能譜分析法3種識別裂縫的方法具有良好的應用效果；成像測井在識別真假裂縫方面具有顯著效果。

（2）在裂縫識別的基礎上，通過分析雙側向電阻率值和差異程度可以大致判定裂縫的有效性；利用不同探測深度的微電阻率成像FMI和方位電阻率成像ARI測井結合，可以研究裂縫的徑向延伸深度，分析儲層裂縫的有效性；利用微電阻率成像FMI和偶極橫波測井DSI提供的斯通利波信息可以分析裂縫的滲濾性，在裂縫發育段計算裂縫參數，并進一步定量評價儲層裂縫的有效性。經塔河油田現場測試，4種方法結合可以較為準確地評價儲層裂縫的有效性。

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Log Identification and Effectiveness Evaluation on Reservoir Fractures in Tahe Oilfield

ZHANG Fengsheng1，SIMA Liqiang1，ZHAO Ran2，YANG Hongpeng1
（1.Department of Resource and Environment，Southwest Petroleum University，Chengdu，Sichuan 610500，China；2.Research Institute of Exploration and Development，Northwest Oilfield Company，Wulumuqi，Xinjiang 830011，China）

Fractured reservoir is one of the most general reservoirs in Tarim.Fractures have strong heterogeneity.How to use the logging information to identify fractures is always a problem in evaluation of the fracture effectiveness.In this paper，we study the fracture effectiveness with the data of core，well logging，FMI and DSI.As for fractured reservoirs in the Ordovician formation，Tarim basin，a combination of FMI data and ARI data with different investigation depths may be used to study radial extended depths of the fractures，and analyse the fracture effectiveness in the reservoirs.The Stoneley wave information provided by FMI and DSI data may be used to analyse percolation property of the fractures，and based on determination of the developed fractures，the fracture parameters such as fracture openings and fracture porosities are calculated so as to quantitatively evaluate the fracture effectiveness.Practical in－situ log applications prove the above methods are very accurate in evaluating the fracture effectiveness.

log evaluation，carbonate rock，reservoir fracture，log identification，effectiveness，Tahe oilfield

P631.84；TE122.2

A

2011－11－22 本文編輯 李總南）

1004－1338（2012）03－0261－06

中國石化“十一五”國家重大科技專項碳酸鹽巖縫洞型儲層測井識別與評價技術應用研究項目（編號：2008ZX05049－02－004HZ）；西南石油大學研究生創新基金資助（編號：GIFSB1105）

張鳳生，1983年生，從事油氣田測井解釋、測井地質應用研究。