大牛地馬五段儲層裂縫特征及測井識別方法

李雪晴

（中國石化華北油氣分公司勘探開發研究院，河南鄭州 450006）

鄂爾多斯盆地奧陶系以碳酸鹽巖為主，在盆地中部已發現靖邊喀斯特風化殼大氣田，地質儲量近5 000×108m3，展示了奧陶系碳酸鹽巖具有巨大潛力[1]。大牛地氣田構造上位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡東北部，與靖邊氣田有相似的成藏條件，已有的勘探成果也表明奧陶系風化殼具有良好的天然氣潛力。前人對大牛地氣田下古生界奧陶系儲層已經進行了較多的研究工作[2-11]，但對研究區馬五段儲層裂縫特征及裂縫的識別方法等還缺乏具體的描述。本次研究通過對裂縫的產狀分布、巖性分布、充填特征等儲層裂縫特征進行了詳細研究，并詳細描述了裂縫的識別方法，為下一步的研究提供有利依據。

1 儲層裂縫特征

通過對研究區馬五段21 口取心井進行巖心裂縫觀察，研究區目的層共識別觀察和描述出了712 條裂縫。參照周文教授提出的標準（見表1），裂縫以垂直裂縫和高角度斜交裂縫為主（見圖1）；裂縫在馬五5 段地層中最為發育，主要發育于黑灰巖（約占裂縫總數的47.5 %），其次為白云巖（約占裂縫總數的26.1 %），非馬五5 灰巖類（約占裂縫總數的18.9 %），泥巖中裂縫約占裂縫總數的7.6 %，泥巖段中發育的裂縫多是低角度縫，該類裂縫中有部分是沿泥碳質紋層的破裂縫，縫面可見不同程度的擦痕，其他巖性中的裂縫多為高角度縫和垂直縫（見圖2）。

圖1 巖心裂縫產狀分布

通過對取心井的觀察以及微觀薄片觀察研究區巖心裂縫以充填裂縫為主，其中以方解石充填為主（約占69.6 %），其次為方解石半充填（約占5.4 %）、泥炭質充填（約占10.1 %）以及白云石充填（約合計占0.6 %）；未充填裂縫（約占14.3 %）。四種產狀的裂縫也均是以充填裂縫為主，表明該地區大部分巖心裂縫充填特征明顯，有效性差。

巖心垂直裂縫的長度主要集中在1 cm～20 cm，最長可達1 m 多；巖心裂縫寬度主要集中在0.1 mm～1 mm，最寬可達5 mm 以上。巖心裂縫在灰巖和馬五5 黑色灰巖中裂縫線密度較大，裂縫較為發育。觀察到的總裂縫條數為712 條，其中有效裂縫為201 條。分層統計裂縫有效裂縫線密度，表明馬五1～馬五3 巖心有效裂縫線密度較高，馬五4，馬五5 巖心有效裂縫線密度相對較低。分巖性統計裂縫有效線密度，表明：在白云巖和黑灰巖中，巖心有效裂縫線密度較高。

2 裂縫測井識別方法研究

2.1 常規測井裂縫識別方法

2.1.1 交會圖分析法 通過巖心刻度常規測井資料，主要提取了裂縫樣本及非裂縫樣本，其中巖心上觀察到的裂縫，按充填性質分類主要為：未充填縫、半充填縫和全充填縫。依據所提取的各樣本測井特征參數，首先采用交會圖的方法對樣本測井參數特征進行分析。研究區共選取了57 個樣本，其中未充填裂縫樣本22個，半充填裂縫樣本6 個，全充填裂縫樣本11 個，非裂縫樣本18 個。

聲波時差與伽馬及中子孔隙度交會圖（見圖3、圖4），研究區單井聲波時差對于未充填和半充填有效裂縫的識別效果較好，分界點大致在170 μs/m 可以將有效裂縫區分開來。有效裂縫的聲波時差平均值為175.082 μs/m。但交會圖中自然伽馬和中子孔隙度幾乎沒有區分效果，樣本散亂無章。但對于未充填裂縫中子孔隙度相對偏高，平均為14.937 %。

密度測井值對于樣本的區分效果不明顯，這主要是由于本研究區地層風化剝蝕嚴重，巖性復雜，泥質含量較高等諸多因素，因此無法單獨利用密度對樣本進行區分。深淺側向或深中感應測井響應參數值無法直接較好的將有效裂縫區分開來。電阻率差的區分效果也與以上電阻率測井系列一致，不能直接進行區分。

表1 裂縫產狀對裂縫類型劃分結果表（據周文）

圖2 不同巖性的裂縫產狀分布圖

圖3 GR 與AC 交會圖

圖4 AC 與CNL 交會圖

圖5 聲波時差與侵入帶電阻率交會圖

圖6 密度與侵入帶電阻率交會圖

從與侵入帶電阻率的交會圖（見圖5，圖6）可以看出，該測井系列（微球型聚焦測井及八側向測井）對于本研究區有效裂縫的區分效果較好，侵入帶電阻率呈現低值的特點。侵入帶電阻率對有效裂縫（半充填和未充填裂縫）區分的臨界值大致在100 Ω·m 以下，平均為55.59 Ω·m。因此結合聲波測井系列，參考其他測井參數對于有效裂縫的識別具有一定的有效性。密度與深淺側向（或深中感應）測井參數值的交會圖對于區分有效裂縫具有一定的綜合區分效果，圖中有效裂縫基本聚集在電阻率偏低而密度值偏低的左下區域。

總體而言，從以上交會圖系列可以得出：聲波時差和侵入帶電阻率對于有效裂縫的區分效果是比較顯著的，而通過電阻率與密度的綜合分析效果也能對本研究區有效裂縫的識別起到比較積極的作用。綜合以上交會圖的認知結果，對有效裂縫識別有利的測井參數值進行綜合分析，認為本研究區有效裂縫的測井響應特征（見表2）。

2.1.2 判別分析法 判別分析是數學地質中廣泛應用的一種多元統計方法，主要判別未知樣品應該劃歸哪一個已知總體。判別分析一般分為兩組和多組判別，兩組的判別分析在Fisher 準則下進行求解，但實際應用中多組判別的情況比較常見。多組判別分析基于Bayers 準則。

2.1.2.1 裂縫充填類型判別 根據巖心刻度常規測井，選取了57 個裂縫與非裂縫樣本，按充填類型進行判別識別，其中：1-未充填裂縫，2-半充填裂縫，3-全充填裂縫，4-非裂縫。采用逐步判別的思想，通過不斷剔除與引入變量，考慮到工程應用實際，最后優選出建立判別方程的測井參數有：DEN 和侵入帶電阻率Rxo 共2 個參數。上述判別分析計算過程主要是基于油田地質數據處理軟件進行的逐步判別處理的。通過上述判別原理及判別過程，對57 個樣本進行逐步判別，共判錯樣本22 個，判對樣本35 個，回判率為61.4 %，回判率很低，說明本研究區利用逐步判別方法不能準確判定裂縫充填類型，但可做一定的研究參考。以上判別結果主要與裂縫充填物性質，裂縫產狀，巖性，地層風化程度等的影響有關。

表2 有效裂縫的測井響應特征

2.1.2.2 有效裂縫判別 由于利用裂縫的充填性質識別裂縫的效果較差，所以對有效裂縫的識別尤為重要，因此將原始樣本重新分類，即把未充填裂縫和半充填裂縫視為有效裂縫，全充填裂縫以及非裂縫視為一類（分別用數值1，2 對應標識裂縫類型），同理采用逐步判別的思想，通過不斷剔除與引入變量，最后優選出建立判別方程的測井參數有：AC（聲波時差）和|RT-RS|（深、淺側向或深、中感應電阻率差的絕對值），DEN 以及侵入帶電阻率Rxo 共4 個參數。從判別結果可以看出，57 個樣本共判對55 個，判錯2 個，回判率為96.5 %，比之前的四種類型判別效果提高了很多。樣本在進行判別過程中，測井響應參數均作了歸一化。

通過以上判別結果可建立白云巖儲層有效裂縫和無效裂縫（包括非裂縫）的判別方程，針對研究區灰巖及馬五5 黑色灰巖儲層，利用同樣原理，共判錯1 個樣本，回判率為93.3 %，可建立相應的灰巖（特別是馬五5 黑色灰巖）儲層有效裂縫與無效裂縫判別方程。

在實際應用中必須考慮待判樣品歸入第幾類的概率，這一概率就是判別概率，即樣品檢驗概率。對本研究區57 個樣本進行判別概率計算，判別概率在75 %～100 %時，效果最好。因此在進行單井裂縫逐步判別識別的時候，應對各判別方程計算結果進行判別概率分析，達到該值的確定為裂縫發育段。

2.2 地層傾角測井裂縫識別

地層傾角測井資料能夠精確反映井壁地層電導率（電阻率），因此，對于井壁如果有裂縫發育的地層，其電導率曲線將會發生異常（高導異常、低導異常）。

根據巖心觀察結果，與大92 井6 臂地層傾角測井資料進行對應，可以看出，巖心上觀察到的未充填縫在地層傾角測井電導率圖上顯示為高電導率異常，這是由于井內鉆井液侵入未充填裂縫，其電導率呈現高值，故在地層傾角測井電導率曲線上顯示為高值異常。

而巖心上觀察到的充填縫在地層傾角測井電導率圖上則顯示為低電導率異常，這是由于井內鉆井液無法侵入充填裂縫，其電導率呈現低值，故在地層傾角測井電導率曲線上顯示為低值異常。

由于地層傾角測井極板靈敏度非常高，因此對于充填裂縫、未充填裂縫的電導率異常一般是可以探測到的，未充填縫為高電導率異常，充填縫為低電導率異常。

2.3 測井裂縫綜合識別標準

由于測井資料并非裂縫的單一響應，而是井下測井環境、巖性、物性、含油氣性及裂縫等信息的綜合反映，因此各種參數方法對裂縫識別效果不一樣，單靠某一參數或某一方法可能還不能完全識別確定出裂縫發育層段，因此，有必要在前述研究結果基礎上，提出一個裂縫綜合識別標準。

根據裂縫參數測井解釋結果及對裂縫樣本的認識（結合巖心及各種測井資料），進一步統計分析了有效裂縫樣本和無效裂縫樣本計算的裂縫孔隙度值和裂縫寬度值分布，以期可以找到有效裂縫的裂縫孔隙度值和寬度值的下限，有效裂縫的測井解釋裂縫孔隙度大于0.5 %、測井解釋裂縫寬度大于0.02 mm，而無效裂縫的測井解釋孔隙度基本上小于0.5 %、測井解釋裂縫寬度小于0.02 mm。由此，將裂縫孔隙度0.5 %和裂縫寬度0.02 mm 作為判識有效裂縫的下限。

結合巖心資料、成像測井資料、地層傾角測井、常規測井、裂縫寬度及孔隙度解釋結果和裂縫逐步判別結果，提出裂縫識別預測標準（見表3）。

3 結論

（1）奧陶系風化殼儲層裂縫以微小裂縫為主，且垂直裂縫和高角度裂縫為主，層位上馬五5 段地層裂縫最為發育，裂縫主要發育于黑灰巖中，次為白云巖。裂縫的發育以充填縫為主，充填物以方解石為主；有效縫約占30 %。

表3 儲層裂縫綜合識別標準

（2）裂縫發育不均衡性大，馬五5 黑色灰巖中裂縫線密度較大，裂縫較為發育，在白云巖和黑灰巖中，巖心有效裂縫線密度較高。

（3）有效裂縫常規測井響應表現為高聲波、低微球、低深淺側向，而無效裂縫則相反；逐步判別是識別本區有效裂縫的可靠方法，基于多種參數，建立起本區有效裂縫綜合識別標準。