濟陽坳陷太古界變質巖儲層裂縫識別與定量解釋

王永剛

（中國石化勝利油田地質科學研究院，山東 東營 257015）

0 引 言

裂縫性儲層測井評價主要包括儲層裂縫識別和裂縫參數定量解釋2部分內容。研究儲層裂縫識別主要有直接地質描述法、常規測井法、成像測井分析法和偶極子聲波測井解釋等方法[1]。針對太古界變質巖油藏巖性多樣、儲層介質類型復雜、有效儲集層識別難和儲層參數難以確定的特點，通過對測井、巖心、試油等資料的分析，開展了變質巖儲層特征的綜合研究，在認清裂縫測井響應特征的基礎上，形成了1套針對變質巖儲層測井綜合評價方法，在勝利油區變質巖儲層評價中得到廣泛應用，取得了較好的效果。

1 太古界變質巖儲層特征

太古界變質巖儲層巖性復雜，以多種片麻巖為主，其次為閃長角閃巖、角閃巖，局部為黑云母石英片巖等。經過漫長的地質歷史時期的變質作用、風化作用和中生代、新生代以來的強烈斷裂變動及地下水溶蝕，局部區帶產生大量的裂縫及溶蝕孔隙，形成良好的儲集空間，這些儲集空間是油氣的有利聚集帶。

東營凹陷王莊地區太古界儲集空間為次生的孔、洞、縫，主要受溶蝕作用控制，類型主要有裂縫、溶孔、晶簇孔、溶蝕裂縫、小型溶洞及少量次生方解石間的晶間孔隙。依據3口井全直徑巖心分析，孔隙度最大2.9%，最小0.6%，平均1.8%；測井解釋孔隙度2.2%～7.2%，平均孔隙度4.2%，滲透率（0.14～19.71）×10－3μm2，平均滲透率值為4.17×10－3μm2。

2 儲層識別方法及儲層參數確定

2.1 常規測井資料裂縫儲層識別方法研究

通過對裂縫在常規測井曲線和成像測井曲線上的特征研究，利用電阻率差比法、3種孔隙度比值法、綜合概率法可以實現對裂縫的識別[2－5]。

（1）電阻率差比法。令

式中，RLLd、RLLs分別為深、淺側向電阻率，Ω·m。

當地層為裂縫性油氣層時，RLLd＞RLLs，X1＞0；當地層為致密性地層時，RLLd≈RLLs，X1≈0。該方法適用條件是泥漿濾液沿裂縫侵入的深度在雙側向的探測范圍內。

（2）3種孔隙度比值法。由三孔隙度測井的測量原理知，中子測井和密度測井反映了地層總孔隙度的大小，聲波速度測井主要反映原生粒間孔隙和水平裂縫。在裂縫性地層中，通過求得總孔隙度φt（中子孔隙度φN、密度孔隙度φD）聲波孔隙度φs可構造比值X2。當X2值越大，說明縫洞孔隙越發育，即裂縫、溶孔越發育。

式中，φt為由中子孔隙度和密度孔隙度計算的總孔隙度；φs為由聲波計算的孔隙度。

（3）綜合概率法。由于裂縫所受影響因素的復雜性，使得單純用1種方法或1種參數識別裂縫存在相當的不確定性，裂縫識別綜合概率法就是將電阻率測井系列和孔隙度測井系列對裂縫的反應相結合，盡量避免這些缺陷，能夠更準確地識別裂縫儲層。其具體形式為

將埕北地區縫洞儲層分為3類（見表1）。

表1 太古界變質巖儲層分類表

2.2 特殊測井資料裂縫儲層識別方法研究

2.2.1 利用電成像測井資料識別縫洞[6]

電成像測井對于復雜巖性儲層，特別是縫洞孔隙（裂縫、孔洞）發育儲層研究具有其獨特的優勢，主要在于其連續性、方位性、直觀性和高分辨率。在裂縫發育處，由于泥漿的侵入導致電阻率降低，在電成像資料處理成果圖上表現為深色（黑色）的正弦曲線或雜亂曲線，該區有效裂縫按其表現形態可分為網狀裂縫、高角度裂縫和直立裂縫（見圖1）。雖然層理面、巖性界面、斷層面、不整合面、鉆井誘導縫、井壁劃痕等與天然裂縫在電成像測井圖像上具有相似的響應特征，但是電成像測井在地層時代、巖性序列、基本儲層特征確定的前提下，以巖心為第1參照標準進行巖心刻度解釋，選擇巖心和電成像測井兼有且反映良好的典型裂縫層段，利用巖心裂縫特征刻度電成像測井，建立電成像測井裂縫識別模式，從眾多地質現象中區分有效裂縫。

圖1 電成像測井直觀顯示縫洞

2.2.2 利用偶極子聲波測井資料識別縫洞

偶極子聲波測井能夠測量井周地層橫波的各向異性，可以得到地層各向異性的大小和方向[7]。其中快橫波的方向為裂縫的走向，各向異性的大小代表裂縫發育的程度。對于電成像測井上顯示的無效裂縫，在各向異性圖上沒有顯示，但是有效裂縫在各向異性圖上具有明顯的特征。圖2中3558～3562 m井段FMI成像圖顯示裂縫發育，且有溶孔沿裂縫發育；偶極子聲波測井顯示地層流體移動指數較大，表明這段地層滲透性好，對應地層孔隙度也高，地層有效裂縫發育。因此，利用電成像測井結合偶極子聲波測井識別有效裂縫的準確率明顯提高。

圖2 地層各向異性顯示裂縫發育

2.3 有效孔隙度解釋方法研究

裂縫性儲層有效孔隙度包括基質孔隙度和縫洞孔隙度，其中縫洞孔隙由裂縫和溶蝕孔洞組成。當沒有電成像測井資料時，有效孔隙度利用中子、密度確定，基質孔隙度利用聲波時差測井資料計算獲得；當有電成像測井資料時，利用電成像測井處理成果求取孔隙度。

2.3.1 利用常規測井資料確定有效孔隙度、基質孔隙度和縫洞孔隙度

一般情況下，中子測井、密度測井求取的孔隙度反映地層總有效孔隙度（φe）的大小，包括基質孔隙度（φb）和縫洞孔隙度（φf）；聲波時差孔隙度只能反映粒間孔隙度和水平裂縫孔隙度，除高角度裂縫外，基本反應基質有效孔隙度的變化[8]。因此，中子孔隙度密度孔隙度減去聲波孔隙度可作為縫洞孔隙度值（參考斯倫貝謝測井公司1998年提供的常用礦物測井解釋參數總結該研究區太古界主要組成礦物骨架值）φN，D

式中，φD，c為由密度測井計算的孔隙度；φN，c為由中子測井計算的孔隙度。

式中，Δt、Δtma、Δtsh分別是聲波時差、骨架聲波時差、泥質聲波時差值；Vsh為泥質含量，一般用自然伽馬相對值。則縫洞孔隙度為

式中，φf、φN，D、φs分別是縫洞孔隙度、中子密度孔隙度、聲波孔隙度值。

2.3.2 利用成像測井資料確定縫洞孔隙度

該區為雙孔隙介質儲層，其中發育不同比例的原生孔隙及縫洞孔隙。孔隙頻譜分析軟件可將電成像圖像轉變成孔隙度圖像并進行自動分析，通過對1.2in窗長圖像上孔隙的統計分析，便可確定基質孔隙度與縫洞孔隙度的分界點，從而確定原生孔隙度與縫洞孔隙度的比率，原生孔隙度加縫洞孔隙度等于總孔隙度[見圖3（a）]。

圖3 FMI孔隙頻譜分析圖

若處理出的頻率分布圖只有1個峰，說明僅發育原生孔隙，峰值帶的寬窄反映非均質性的強弱，峰值帶寬說明非均質性強；若處理出的頻率分布圖出現2個峰，則說明原生孔隙、縫洞孔隙均有發育[見圖3（b）]。在孔隙頻譜分析中，孔隙度值的分布即不同大小孔徑的孔隙可分為不同的百分比（20%、40%、60%、80%），將孔隙度頻率值轉變為圖像同樣可方便地看出孔隙大小的分布，頻率越高，密度越大，對孔隙度的貢獻越大[見圖3（c）中第3道]。孔隙頻譜分析主要用于分析孔隙的分布，然后根據孔隙分布特征計算出縫洞孔隙度的大小[見圖3（c）中第4道]。

2.4 含油飽和度解釋方法研究

雙孔隙介質的儲層含油飽和度主要由基質孔隙含油飽和度和縫洞孔隙含油飽和度組成。該區目前沒有密閉取心分析含油飽和度資料，因此，研究采用壓汞資料確定的基質含油飽和度，采用類比法確定縫洞孔隙度和含油飽和度[9]。

2.4.1 基質含油飽和度的確定

研究選用5口井30塊樣品的汞飽和度（當累積滲透能力達到99.9%時，所對應的孔喉半徑即最小流動孔喉半徑，查出對應的累積進汞量為原始含油飽和度值）與孔隙度（φb）建立了儲層的基質含油飽和度計算模型（假定解釋對象孔隙中只有束縛水），有

式中，相關系數R＝0.89；資料點數N＝30。

2.4.2 縫洞孔隙含油飽和度的確定

根據國內外文獻資料介紹[10－11]，縫洞系統束縛水飽和度一般不超過5%。華北油田研究院從裂縫型物理模型試驗得出均質細裂縫（平均縫寬0.16mm）含油飽和度為80%；垂直與水平方向有粗縫發育的不均勻裂縫模型（平均細縫寬0.16mm、粗縫寬1.07mm，粗縫體積占總裂縫孔隙體積的80%以上），其含油飽和度為95.7%；在計算縫洞系統儲量時含油飽和度一般取90%～95%。綜合以上研究結果以及電成像測井解釋埕北太古界儲層縫洞發育情況，縫洞系統含油飽和度綜合選取90%。

將上述得到的縫洞孔隙含油飽和度和基質飽和度進行孔隙度加權，即可得到該區油層總的含油飽和度。

圖4 埕北S02井變質巖儲層測井綜合解釋成果圖

根據以上研究成果對研究區內多井進行測井評價。圖4為S02井變質巖儲層測井綜合解釋成果，其太古界4159～4196m井段83號層測井響應特征為自然電位無異常，自然伽馬為高值，井徑曲線顯示井眼垮塌嚴重，指示可能裂縫發育，微電極曲線受井眼和鹽水泥漿影響，幾乎為0，中子、聲波測井曲線反映儲層物性較好，密度測井曲線受井眼影響部分井段失真，環境校正后交會計算孔隙度約8%，核磁共振測井資料由于受井眼影響和泥漿侵入影響，顯示總孔隙度達20%，表現為毛細管束縛流體特征，可信度降低。該層深、淺側向測井侵入特征為低侵，深側向電阻率數值為12～60Ω·m。該層井眼垮塌、電阻率低應該是巖石破碎、泥漿侵入的表現。巖屑錄井資料描述該段為肉紅色、灰綠色片麻巖和灰綠色熒光片麻巖，根據儲層分類標準（見表1）綜合解釋為I類層。82號層與83號層特征相似，但孔隙度較小，小于5%，電阻率較高，約50Ω·m左右，儲層物性稍差于83號層，根據儲層分類標準（見表1）綜合解釋為Ⅱ類層。反觀84號層，井徑曲線顯示井眼無垮塌、雙側向測井曲線顯示泥漿侵入淺，指示裂縫不發育，核磁共振測井資料顯示孔隙度≤2%，三孔隙度曲線接近骨架值，根據儲層分類標準（見表1）綜合解釋為Ⅲ類層。對83、84號2個層合試油，10mm油嘴自噴，日產油131t，日產氣1.482×104m3，不含水，試油結論油層。

3 結 論

（1）通過裂縫在常規測井曲線和成像測井曲線特征研究，形成了基于電阻率差比法和三孔隙度比值法的裂縫識別綜合概率法，建立了利用常規測井資料劃分縫洞孔隙儲層發育程度的標準。

（2）采用電成像裂縫識別技術和孔隙度頻譜分析技術，結合偶極子聲波測井資料分析地層各向異性的方法，可判斷裂縫特征、定量計算裂縫參數及縫洞孔隙度。

（3）采用壓汞資料，建立了基質孔隙含油飽和度的確定方法；采用經驗法確定了縫洞孔隙的含油飽和度。

（4）研究成果在勝利油區樁海地區、東營凹陷王莊地區太古界變質巖油藏儲量評估中，完成了研究區內多井測井評價，取得了較好的效果。

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