裂縫性儲層關鍵參數測井計算方法

張建欣，蔣裕強，李 景，胡丹丹，魏 濤，趙 雋，王 巍，李淑琴，宋海巍，羅曉芳

（1.西南石油大學 地球科學與技術學院，四川 成都610500；2.中國石油玉門油田分公司 勘探開發(fā)研究院，甘肅 酒泉735000；3.中國石油玉門油田分公司 青西采油廠，甘肅 玉門735019）

0 引 言

裂縫性儲層作為油氣儲集的重要場所，一直是地質研究的重點，在測井曲線上有一定的反映［1］。前人通過測井曲線對裂縫的識別及關鍵參數的計算已有較多研究，例如：杜貴超等提出了常規(guī)測井曲線識別碳酸鹽巖低角度裂縫的方法［2］；姜紹芹利用深、淺雙側向曲線對裂縫進行了定量評價［3］；王瑞雪等、張群會等、黃鳳祥等、劉文斌等基于成像測井資料和常規(guī)測井資料對研究區(qū)巖性及沉積相進行解釋［4-9］；龍一慧等應用BP神經網絡方法對碳酸鹽儲層常規(guī)測井參數進行處理［10］；張德梅、徐延勇等采用自然伽馬、中子、密度法優(yōu)化組合求取泥質體積含量［11-12］；以上各種研究方法基本上都綜合考慮了多參數解釋，突出了裂縫性儲層的特點。

青西油田位于酒泉盆地青西凹陷窟窿山構造帶，整體為背斜，面積約121 km2，主力產油層為下白堊統(tǒng)下溝組（K1g），在20世紀末開始規(guī)模開發(fā)，由于儲量動用難度大，截止目前仍有較大的儲量未動用，后續(xù)的滾動開發(fā)仍然具有一定潛力。研究區(qū)下溝組發(fā)育扇三角洲-湖泊相沉積體系，儲集層巖性主要有碳酸鹽巖和碎屑巖，2類儲層均見到工業(yè)油流，儲層孔隙度分布在1%～10%之間，主要集中在3%～5%，細砂巖孔隙度略大，介于2%～6%之間；滲透率分布在1～5×10-3μm2，平均4.4×10-3μm2，屬特低孔-特低滲儲層，裂縫的發(fā)育改善了儲層的儲集及滲濾能力［13-16］，使儲層具有良好的儲集性能。青西油田下溝組油藏為典型的裂縫性油藏，局部構造、斷裂密集帶控制油氣分布；儲層物性與巖相、巖性類型及巖性組合有關，控制油氣富集；裂縫發(fā)育程度控制油藏的滲流能力，決定單井的產能。

筆者在前人研究的基礎上，制定了巖心、錄井、常規(guī)測井、成像測井及試油結果等多因素的綜合分析方法，這種方法在青西油田的應用效果明顯。主要通過常規(guī)測井曲線（聲波時差、自然伽瑪、電阻率等）擬合計算得到巖性綜合系數，利用陣列聲波測井能量衰減幅度、井徑曲線、巖性綜合系數等參數擬合可得到裂縫綜合系數，以上2個關鍵系數，結合常規(guī)測井曲線及基質參數，可直觀識別出儲層類型，明確了青不同類型儲層的測井曲線特征，為同類型油田測井解釋提供了新的思路。

1 巖性解釋

巖性解釋中泥質體積含量計算是基礎，生產實踐中計算最常用的是自然伽馬法、電阻率法和聲波法［17-18］，但對于含白云巖裂縫儲層而言，單一曲線對巖性的反映并不敏感，因此，采取自然伽馬GR，聲波時差AC，深側向電阻率RD3個曲線組合方法進行巖性解釋。

對3個曲線進行歸一化為

式中GDmax，GRmin為自然伽瑪最大值和最小值，API；ACmax，ACmin為聲波時差最大值和最小值，μs/m；RDmax，RDmin為深側向電阻率最大值和最小值，Ω·m.

結合研究區(qū)的錄井、成像等資料進行擬合，將巖性綜合系數NC設計為

擬合NC與巖心實驗中的泥質體積含量、白云巖體積含量關系如圖1和圖2所示。

圖1 泥質體積含量V SH與巖性綜合系數N C關系Fig.1 Relationship between V SH and N C

圖2 白云巖體積含量V CO3與巖性綜合系數N C關系Fig.2 Relationship between V CO3 and N C

由此，得到巖性計算公式為

式中NC為巖性綜合系數；VCO3為白云巖體積含量，%；VSH為泥質體積含量，%.

根據青西油田的儲層巖心和錄井資料對巖性的劃分，設計巖性判別標準見表1.

2 裂縫解釋

裂縫性油藏的有利儲層中裂縫發(fā)育是關鍵，裂縫開度、密度、傾角、滲透率、孔隙度等參數計算至關重要，其分析手段主要來源于成像測井和常規(guī)測井［19-21］，成像測井解釋裂縫基本為定性描述，常規(guī)測井主要依賴深淺側向曲線計算裂縫參數，解釋結果不夠系統(tǒng)，由此，設計多個曲線的多因素綜合方法以全面評價裂縫屬性。

表1 青西油田巖性劃分標準Table 1 Lithologic classification in Qingxi Oilfield

2.1 裂縫發(fā)育程度定量評價

裂縫發(fā)育程度在3個方面有較強敏感性：①成像測井能量衰減越大、高角度縫越發(fā)育，則說明儲層裂縫越發(fā)育；②井徑曲線擴徑有較強響應；③與白云巖體積含量正相關的巖性綜合系數NC越大，儲層越有條件發(fā)育裂縫。

成像測井裂縫評價因素考慮2個指標：由能量特征定性描述轉變?yōu)槎棵枋觯姳?；由裂縫類型定性描述轉變?yōu)槎棵枋觯姳?.

表2 能量特征定量描述Table 2 Quantitative description of energy characteristics

表3 裂縫類型定量描述Table 3 Quantitative description of crack types

井徑曲線裂縫評價應用0-1標度，即擴徑表明裂縫發(fā)育，值設為1，否則設為0.用公式表示為

結合常規(guī)測井曲線巖性綜合系數NC，由加權平均得到裂縫綜合系數F.

式中F為裂縫綜合系數，小數；FEN，FKI，FCAL分別為裂縫能量系數、裂縫類型系數、井徑系數，小數；ω1，ω2，ω3，ω4分別是對應各系數的權重，小數。

結合該油田40口井的測井數據、試油及生產動態(tài)數據，對裂縫綜合系數進行分類，描述裂縫發(fā)育情況，見表4.

表4 裂縫發(fā)育分類標準Table 4 Classification of crack distributions

2.2 裂縫類型判斷

利用測井曲線計算裂縫傾角的常用方法［22-25］是通過深淺側向電阻率計算出系數Y，從系數Y可以定性地判斷傾角的范圍，見表5.

式中Y為裂縫函數；RD為深側向電阻率，Ω·m；RS為淺側向電阻率，Ω·m.

表5 裂縫傾角定性描述Table 5 Quantitative description of crack angulars

為了定量計算傾角，由成像測井裂縫傾角描述與裂縫綜合系數進行計算回歸，得到計算裂縫傾角QJ（單位是°）表達式

2.3 裂縫開度和密度計算

由深淺側向電阻率可以計算裂縫開度，但對于裂縫不發(fā)育儲層（F＜0.4）其計算方法有所不同，以裂縫綜合系數為判別依據，對常用的裂縫開度計算經驗公式進行修正后，得到適合青西油田的裂縫開度表達式

將裂縫密度與白云巖含量、裂縫綜合系數、巖性綜合系數、裂縫開度、裂縫孔隙度等參數擬合，發(fā)現裂縫密度與白云巖含量、裂縫開度的相關性較高，得到裂縫密度計算公式

式中KD為裂縫開度，μm；DEN為裂縫密度，1/m.

2.4 裂縫滲透率和孔隙度計算

根據裂縫孔隙度解釋的經驗公式，結合巖心資料，對經驗公式進行修正后，得到以下裂縫孔隙度和裂縫滲透率計算公式，由計算公式認為裂縫較發(fā)育和裂縫發(fā)育2類的計算方法一致

式中 φf為裂縫孔隙度，%；Kf為裂縫滲透率，×10-3μm2.

3 基質解釋

裂縫性油藏的基質系統(tǒng)具有較大程度的儲集能力，并通過較低的滲流通道向裂縫中補充油源，因此，對其孔隙度和滲透率的定量計算也很重要。

3.1 基質孔隙度的計算

計算孔隙度應用聲波時差模型（威利公式）為

式中 φm為基質孔隙度；Δtma為骨架聲波時差，μs/m；Δtfl為流體聲波時差，μs/m；Δt為實際聲波時差，μs/m.

Δtma受巖性的影響很大，不同巖石的聲波時差差別較大，結合油田巖心類型及測井曲線，擬合儲層骨架聲波時差分別是：泥質白云巖Δtma=140 μs/m；白云質泥巖和白云質砂巖Δtma=160μs/m；儲層流體聲波時差Δtfl=620μs/m.

3.2 基質滲透率的計算

基于巖心資料和測井解釋資料，利用“巖心刻度測井法”，回歸出基質滲透率的計算模型，如圖3所示。

圖3 基質孔隙度φm和滲透率K m關系Fig.3 Relationship betweenφmand K m

得到基質滲透率Km的計算公式為

4 含水飽和度的計算

含水飽和度用來區(qū)分油水層，并提供計算儲量的重要依據，不同區(qū)塊含水飽和度計算有一定差別。

首先，根據不同區(qū)塊深側向電阻率和最大含水飽和度關系曲線回歸公式，以便計算單井的最大含水飽和度，如圖4所示。

圖4 最大含水飽和度S wmax和深側向電阻率R D關系Fig.4 Relationship between S wmaxand R D

則單井的最大含水飽和度公式為

然后根據最大含水飽和度和雙側向電阻率曲線計算單井的含水飽和度

式中Sw為含水飽和度；Swmax，Swmin分別最大含水飽和度和最小含水飽和度，小數；Cw為含水飽和度系數，其值計算公式為

5 測井曲線特征

對青西油田的裂縫綜合系數F和巖性綜合系數NC進行計算，繪制交會圖如圖5所示。

圖5 裂縫綜合系數F和巖性綜合系數N C交會Fig.5 Crossplot between F and N c

儲層分為干層、差油層和油層，其解釋結果主要依據試油和成像結果，并借鑒了常規(guī)測井曲線所反映出的儲層特征。從圖上看出，有利儲層受巖性和裂縫約束較明顯，并且裂縫約束要大于巖性約束。對于油層，裂縫綜合系數F大于0.48，巖性綜合系數NC大于0.34，對于差油層，裂縫綜合系數F大于0.36，巖性綜合系數NC大于0.24，巖性綜合系數下限并不高，說明在不同類巖石中都可能有油，但裂縫發(fā)育要求較高，亦即，即使在白云質泥巖中若裂縫發(fā)育，則仍然可能存在油層，這與油田儲層特征一致，由此，也證實了裂縫綜合系數F和巖性綜合系數NC具有典型代表價值，依據這2個值進行的測井解釋可靠準確。

經各參數解釋方法計算和分析，總結出各類儲層的測井曲線特征如下

1）油層測井曲線特征。如圖6所示，油層測井曲線中，雙側向電阻率顯示高電阻背景下的低阻值，聲波時差出現明顯的“指形”或“箱形”凸起，伽馬曲線顯示低值；解釋參數道中，裂縫孔隙度、裂縫滲透率及裂縫密度明顯增大，裂縫綜合評價為發(fā)育或者較發(fā)育，巖性為白云質泥巖或泥質白云巖。

2）差油層測井曲線特征。如圖6所示，差油層測井曲線中，雙側向電阻率依然為高電阻背景下的低阻值，聲波時差出現鋸齒狀凸起，伽馬曲線顯示低值；解釋參數道中，裂縫參數也明顯增大，裂縫綜合評價為較發(fā)育，成像顯示低角度縫或者層間縫，巖性為白云質泥巖。

3）干層測井曲線特征。如圖6所示，干層測井曲線中，電阻率高值亦或低值，聲波時差亦有鋸齒臺階狀，伽馬曲線出現明顯的高幅“指形”凸起；解釋參數道中，裂縫參數增大，裂縫綜合評價為不發(fā)育或者一般，基質孔隙度和滲透率解釋增幅較小。

4）水層測井曲線特征。如圖6所示，水層測井曲線中，電阻率高阻低值，RD小于Rs，伽馬曲線有高幅凸起；解釋參數道中，裂縫參數增大，含水飽和度高值。

圖6 各類儲層測井解釋綜合圖Fig.6 Characteristics of log interpretation curve for various kinds of layers

6 結 論

1）提出的巖性綜合系數和裂縫綜合系數的計算方法，在裂縫性儲層評價方面的應用效果較好，可直觀識別出油層和差油層。結合常規(guī)測井（聲波時差、自然伽瑪、電阻率）及基質孔隙度、滲透率參數等，又可識別出干層和水層。

2）裂縫綜合系數大于0.48，巖性綜合系數大于0.34；差油層：裂縫綜合系數大于0.36，巖性綜合系數大于0.24；干層：裂縫不發(fā)育或一般，基質孔隙度和滲透率均較低，伽馬曲線出現明顯高幅“指形”凸起；水層主要體現在深側向電阻率小于淺側向。