基于FMI測井的火成巖裂縫相發育模式
——以準噶爾盆地中拐凸起石炭系火成巖為例

2018-12-27 05:51:34張嘯陳國軍肖華高明潘拓

新疆地質 2018年4期

張嘯，陳國軍，肖華，高明，潘拓

（1.中國石油新疆油田分公司，新疆烏魯木齊 836413；2.中國石油測井有限公司，陜西西安 710077）

火成巖儲層作為一類油氣資源潛力巨大的非常規儲集層，日益引起國內外學者廣泛關注[1-4]。火成巖巖性致密，強度及脆性程度較大，受巖性、層厚、構造應力等多方面因素影響，不同程度產生裂縫[5-7]。原生孔隙差的火成巖儲集層，產油能力主要取決于儲層中裂縫發育程度[8]。裂縫使火成巖儲集層中無效孔隙得以連通，發育成有效的儲集空間[9]。裂縫的成因機理、分類方法、裂縫的識別與定量表征等是火成巖儲層勘探開發的關鍵[10-11]。目前，火成巖儲層裂縫研究主要是對裂縫成因機理與裂縫對儲層影響的研究，未建立一種有效表征火成巖裂縫發育的裂縫相模式，缺乏從空間配置上研究不同埋深條件下裂縫的發育規律及不同裂縫發育模式對火成巖儲層改造作用的相關研究。本文基于FMI測井資料結合常規測井資料、錄井和巖心資料，對中拐凸起石炭系火成巖裂縫發育模式進行系統研究，最終構建了中拐凸起火成巖裂縫相發育模式。

1 區域地質概況

中拐凸起位于準噶爾盆地西北緣克烏斷裂帶和紅車斷裂帶轉換部位[12],是在石炭紀至二疊紀擠壓應力場作用下形成的寬緩鼻狀古隆起。研究區三面臨凹[13]，為油氣運聚有力區域。隨著JL10井在石炭系火成巖獲得高產油氣流，中拐凸起石炭系成為準噶爾盆地的重點勘探領域。已有鉆探成果顯示，研究區石炭系火成巖巖性復雜，不僅發育火成巖，同時還發育有沉積巖。儲層以低孔、低滲儲層為主，儲層物性變化范圍大，孔隙度2%～12%，最大孔隙度為16.4%，最小孔隙度為1.3%，平均4.65%。巖心分析滲透率普遍分布在0.1×10-3μm2以下（數據來源：統計本區35口井，235塊巖樣分析化驗數據，新疆油田公司實驗檢測研究院）。由此認為，本區儲層為低孔特低滲儲層。裂縫為本區油氣滲流提供有利“通道”。

2 裂縫發育特征的FMI測井響應

2.1 受巖性影響的裂縫發育特征

受火成巖巖性和非均質性影響，常規測井無法準確識別火成巖巖性及定性表征火成巖裂縫發育情況，微電阻率掃描成像（FMI）測井主要是通過圖像特征和集合形態變化，反映電阻率物理參數差異，揭示地層不同巖性和沉積構造的差異，具很高的分辨率（約5 mm），可清楚反映地層巖性、結構、構造及井壁結構變化[14]。本文利用FMI測井技術，結合常規測井、錄井和巖心資料，對中拐凸起石炭系火成巖不同巖性的裂縫發育模式進行研究。

中拐凸起火成巖巖石類型包括凝灰巖、安山巖、火山角礫巖、英安巖等。結合FMI測井資料，發現對裂縫發育起控制作用的巖石類型的FMI測井響應特征為：①凝灰巖。FMI靜態圖像表現為暗黃色到黃色，動態圖像上呈層狀（圖1-a），或暗色點狀半點狀及線狀（圖1-b），滲透性差；②安山巖。FMI靜態圖像上顯示為黃色到亮黃色，動態圖像為塊狀構造（圖1-c），有效裂縫較發育；③火山角礫巖。FMI靜態圖像為黃色到亮黃色，動態圖像表現為亮色斑狀模式（圖1-d），部分層段發發育暗色針孔狀溶蝕孔（圖1-e）；④英安巖。FMI靜態圖像上顯示為黃色到亮黃色，動態圖像表現為塊狀構造（圖1-f），大部分層段裂縫較發育或發育暗色溶蝕孔。對本區主要發育的4種火成巖裂縫統計發現，安山巖、英安巖裂縫最發育，次為火山角礫巖裂縫，凝灰巖裂縫發育較少；安山巖平均裂縫發育為1.2條/m，英安巖平均裂縫發育為1.4條/m，火山角礫巖平均裂縫發育為0.8條/m，凝灰巖平均裂縫發育為0.2條/m。

2.2 構造對裂縫發育的控制作用

構造對本區裂縫的發育程度具重要控制作用。構造裂縫主要包括斷層型裂縫及褶皺型裂縫兩大類。由于不同構造部位應力分布不同，使得裂縫發育程度差別很大。一般認為構造形變越大裂縫發育程度越高。如構造曲率大的部位是裂縫發育的最佳部位，次為斷鼻、褶皺和斷塊軸交點部位[15]。

斷層為裂縫發育的又一重要控制因素，斷層控制局部構造應力，影響火成巖裂縫的分布，不同構造位置構造應力分布不同。靠近斷層裂縫非常發育，距離斷層較遠的井，裂縫發育較少。如位于JL10井南斷裂附近的3口井，平均裂縫密度為1.6條/m，遠離斷裂的4口井裂縫密度均在0.5條/m，前者明顯好于后者。從鉆井所處位置裂縫發育程度與斷層關系反應出二者具正相關性（圖2）

研究發現，由于地層局部構造應力分布不同，受到主控斷層發育控制，從而影響裂縫的發育程度。由此可見，構造位置對火成巖裂縫發育起一定控制作用。

2.3 FMI裂縫相類型

通過分析中拐凸起35口井的FMI測井資料，運用FMI裂縫相的概念，建立表征本研究區裂縫發育模式的4種FMI裂縫相（圖3）。

圖1 研究區主要巖性的FMI測井響應特征Fig.1 FMI log response character of the main lithology in study area

圖2 裂縫發育與構造位置關系分布特征Fig.2 Distribution characteristics between the relationship of fracture development and structural location

2.3.1無效裂縫相

主要是火成巖在裂縫形成初期被方解石、石英等礦物充填，以高電阻率異常出現，在FMI上的圖像為亮白色正弦波條紋，連續性不明顯（圖3-a），這種裂縫滲透性差，不連通，儲集性能差。

2.3.2有效裂縫相

一般與層面不平行、不規則，由于泥漿的侵入，以高電導異常出現，在FMI上的圖像特征為暗色的正弦線或不規則網狀結構，連續性較好，這種裂縫滲透性好。按其發育特征不同，又可將其分為斜交有效縫（圖3-b）、高角度有效縫（圖3-c）、低角度有效縫和網狀有效縫縫（圖3-d）。

圖3 典型FMI裂縫相類型Fig.3 The type of typical FMI fracture facies

2.3.3直劈擴大縫相

在FMI動態圖像上可見，寬度較大的深棕色至黑色垂直的高導縫（3-e），此類裂縫縱向延伸范圍較大。研究發現此類FMI裂縫相多與斷層相伴生，在構造應力大的區域此類裂縫相最發育。

2.3.4溶蝕孔隙相

溶蝕孔特點是形狀不規則，部分繼承了被溶蝕顆粒的本來形狀但邊緣圓滑，為高電導異常體，在FMI上的圖像為分散的不規則的暗色斑點（3-f）。當裂縫與溶蝕孔隙混合發育時，使得儲集空間相互溝通，易形成優質儲集層。

3 裂縫相配置關系

3.1 裂縫發育的垂向分帶性

中拐凸起石炭系火成巖裂縫發育有明顯分帶性，整體上分為上部表生裂縫發育帶和下部深埋裂縫發育帶，與之對應的FMI裂縫相模式也不相同。

3.1.1表生裂縫帶

主要包括風化殼及以下200 m范圍。受構造作用和風化淋濾影響，火成巖裂縫發育受溶蝕作用增強，形成良好的孔隙性與滲透性，成為本區火成巖優勢儲集層。與表生裂縫帶對應的FMI裂縫相為有效裂縫相、溶蝕孔隙相與直劈擴大縫相。

3.1.2深埋裂縫帶

受上覆地層壓力影響，火成巖成巖初期受到構造應力的影響裂縫十分發育，后期多為方解石等充填形成無效裂縫。深埋裂縫帶同時受地下流體溶蝕作用多發育有效縫。與深埋裂縫帶對應的FMI裂縫相為無效裂縫相或有效裂縫相。

以本區JL11井為例探討裂縫發育控制因素、裂縫發育位置與FMI裂縫相3者間的關系（圖4）:①發育有兩套凝灰巖隔層，深度分別為在3 117～3 180 m與3 199～3 205 m，有效裂縫較少發育，主要發育有直劈擴大縫；②在表生裂縫帶深度3 181～3 199 m段巖性分為安山巖，該井段裂縫十分發育，發育有有效裂縫相、溶蝕孔隙相及直劈擴大縫相。直劈擴大縫相延伸至上部凝灰巖，使該井段溶蝕作用增強儲層物性變好；③本井毗鄰JL11井北斷層，受構造應力作用裂縫在3 180～3 199 m、3 206～3 243 m、3 279～3 307 m、3 313～3 357 m井段裂縫極發育，利用統計學方法統計該井平均裂縫密度為1.2條/m；④從對比其與表生裂縫帶儲層物性發現，表生裂縫帶由于受溶蝕改造儲層物性好于深埋裂縫帶的安山巖儲層物性。實驗室分析數據表明，表生裂縫帶平均孔隙度為8.65%，平均滲透率為3.75×10-3μm2。深埋裂縫帶平均孔隙度為5.43%，平均滲透率為0.1×10-3μm2（數據來源：JL11井23塊巖樣分析化驗數據，新疆油田公司實驗檢測研究院）。

綜上所述，巖性與斷層控制裂縫發育強度，靠近斷層裂縫明顯發育，且裂縫發育程度在垂向上有明顯分帶性,上部為表生裂縫帶,下部為深埋裂縫帶。裂縫發育模式的不同對儲層改造作用不盡相同。

3.2 裂縫相發育模式

對中拐凸起裂縫發育的控制因素進行深入研究，明確巖性及構造對裂縫發育的影響，在此基礎上，提出中拐地區裂縫發育模式。

圖4 研究區JL-11井裂縫發育規律與FMI裂縫相關系Fig.4 The relationship of fracture development law and Well JL-11 FMI fracture facies in the study area

研究表明，裂縫發育具垂向分帶性，包括上部表生裂縫帶和下部深埋裂縫帶；FMI裂縫相組合存在差異性；受風化淋濾影響，表生裂縫帶發育有有效裂縫相、直劈擴大縫相、溶蝕孔隙相。其中直劈擴大縫相為表生裂縫帶特有的FMI裂縫相，可作為表生裂縫帶的特征相。深埋裂縫帶主要發育有效裂縫相，無效裂縫相，相比之下，表生裂縫帶裂縫更發育，儲集層儲集性能更好。

斷層的發育有利于裂縫發育。構造應力一方面制造了原始斷層且伴生裂縫，裂縫連通了原有的無效孔隙，從而改善儲層物性；另一方面，產生的裂縫，再次受到地下流體的溶蝕，這種溶蝕對儲集層儲集性能起到明顯的改善作用。巖石脆性程度是控制裂縫發育的另一個重要因素。對中拐凸起FMI測井資料統計得出，安山巖與英安巖為火山熔巖脆性指數高，裂縫最發育；凝灰巖、層狀凝灰巖與火山角礫巖脆性指數較低裂縫發育較少。

4 應用效果

圖5 中拐凸起石炭系火成巖表生帶（左）、深埋帶（右）裂縫預測平面圖Fig.5 The fracture prediction plan of epigenetic zone(left)and Embedded zone(right)in Carboniferous volcanic rock of Zhongguai uplift

利用FMI測井資料，構建中拐凸起火成巖裂縫相發育模式。石炭系上部為表生裂縫帶，下部為深埋裂縫帶。結合地震曲率預測中拐凸起石炭系裂縫發育特征發現（圖5-a），石炭系距頂200 m深度范圍，高曲率，裂縫非常發育。石炭系下部裂縫基本不發育（圖5-b），呈零星狀分布，說明裂縫在成巖后期被方解石充填程度高。筆者據FMI測井資料構建中拐凸起石炭系裂縫相發育模式，與地震資料預測的裂縫發育程度基本吻合。