王 喻，張 沖，謝潤成，周 文

(1.中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司晉城分公司，山西晉城 048000；2.成都理工大學(xué)能源學(xué)院；3.“油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程”國家重點實驗室·成都理工大學(xué))

元壩致密砂巖須二儲層裂縫特征及識別研究

王 喻1，張 沖2，謝潤成2，周 文3

(1.中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司晉城分公司，山西晉城 048000；2.成都理工大學(xué)能源學(xué)院；3.“油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程”國家重點實驗室·成都理工大學(xué))

元壩地區(qū)須二氣藏屬于典型的致密砂巖儲層，孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜、儲層物性差、非均質(zhì)性強，通過對巖心資料統(tǒng)計研究表明，元壩地區(qū)須二段儲層裂縫以低角度縫與水平縫為主；根據(jù)裂縫的成像測井與常規(guī)測井資料對儲層進(jìn)行了識別，判別模型法與R/S分形法相結(jié)合對裂縫識別效果較好，可以為進(jìn)一步的勘探開發(fā)提供依據(jù)。

元壩地區(qū)；須二段；裂縫特征；裂縫識別

與常規(guī)砂巖儲層相比，致密砂巖儲層成分更加復(fù)雜，開采難度較大，天然裂縫在儲層流體的溝通與儲集方面都有較大貢獻(xiàn)。在致密砂巖氣藏的勘探開發(fā)過程中，裂縫發(fā)揮著重要作用[1-2]，因此對裂縫的評價工作顯得尤為重要。在川西地區(qū)，新851、新856、新3等裂縫發(fā)育井都先后在須二段獲得高產(chǎn)，對比川西與川東北的儲層特征可以看出，兩個地區(qū)須二段的電性特征都基本一致，兩者的層位深度相近，單井的阻抗值差別不大，并且都屬于致密儲層，因此裂縫也是川東北須二氣藏獲得高產(chǎn)的關(guān)鍵。目前元壩陸相地層的開發(fā)處于初始階段，探討裂縫對油氣的運移及成藏規(guī)律的控制作用，可以為后續(xù)生產(chǎn)工作提供科學(xué)依據(jù)，從而有效對須二致密氣藏進(jìn)行開發(fā)[3]。

1 元壩須二段天然裂縫特征

1.1 產(chǎn)狀分布特征

在元壩須二段一共有9口取心井，對取心井的巖心進(jìn)行統(tǒng)計可知，巖心上可見四種產(chǎn)狀的裂縫，包括水平縫、低角度縫、高角度縫以及垂直裂縫。對巖心產(chǎn)狀進(jìn)行統(tǒng)計后發(fā)現(xiàn)，須二段裂縫的傾角普遍較小，觀察到的102條裂縫大部分傾角小于30°，其中小于10°的裂縫概率接近40%。將產(chǎn)狀進(jìn)行劃分，發(fā)現(xiàn)垂直縫(大于85°)約占7.8%，高角度裂縫(大于45°小于85°)約占11.8%，低角度縫(大于5°小于45°)約占31.4%，水平縫(小于5°)約占49%。研究區(qū)須二儲層巖心裂縫主要為水平縫和低角度縫。

1.2 不同巖性的裂縫特征

對須二裂縫所在巖心巖性進(jìn)行統(tǒng)計可知(圖1)，在粗砂巖中共發(fā)育6條裂縫(約占5.8%)，在中砂巖中共發(fā)育30條裂縫(約占29%)，在細(xì)砂巖中發(fā)育50條裂縫(約占49%)，在粉砂巖中發(fā)育4條裂縫(約占3.9%)，在泥巖中發(fā)育12條裂縫(約占11.7%)，須二段裂縫主要發(fā)育在細(xì)砂巖中。從各巖性的裂縫產(chǎn)狀統(tǒng)計結(jié)果來看，垂直縫與高角度縫基本在較大粒度巖性中發(fā)育，而水平縫在各個粒度巖性中所占比例都相對較大。

圖1 不同巖性裂縫的產(chǎn)狀分布

1.3 裂縫的縫面及充填特征

通過巖心觀察，須二段巖心垂直縫縫面一般比較平直，在少量水平及斜交裂縫縫面中可以見到擦痕面構(gòu)造，擦痕的方向主要為順縫面方向。充填物有碳質(zhì)、方解石和泥質(zhì)等，其中主要以方解石和碳質(zhì)充填物為主。對全區(qū)須二段裂縫充填情況進(jìn)行統(tǒng)計表明，半充填裂縫與未充填裂縫共占總裂縫數(shù)的68.8%，說明研究區(qū)須二段整體裂縫有效性較好。

2 儲層裂縫識別

目前主要利用成像測井與常規(guī)測井資料對儲層裂縫進(jìn)行識別，由于元壩須二段的成像測井資料較少，成像裂縫的研究僅可為后面的研究工作提供參考，主要采用常規(guī)測井資料對元壩須二裂縫進(jìn)行識別。

2.1 成像測井

元壩須二段成像測井資料識別出的裂縫主要可以分為未充填、半充填與全充填裂縫。未充填裂縫影像為深色完整正弦波形，影像可切穿整個井筒，亦可不切穿整個井筒。半充填裂縫影像特征基本與連續(xù)高導(dǎo)縫類似，但深色影像具有模糊、不規(guī)則且不連續(xù)的特征，深色影像整體連續(xù)度要高于亮色影像。充填裂縫成像圖形一般為完整的正弦波形，影像為連續(xù)亮色[4-5]。

成像測井識別裂縫統(tǒng)計結(jié)果顯示識別出的裂縫以低角度縫為主，其中10°～30°的裂縫數(shù)量接近50%，這與巖心裂縫觀察統(tǒng)計的結(jié)果吻合(圖2)。通過對裂縫走向統(tǒng)計制成的玫瑰花圖可以看出，裂縫主要有北西-南東向，北西西-南東東兩個優(yōu)勢走向。

圖2 成像測井裂縫傾角分布統(tǒng)計

2.2 判別模型識別裂縫

在不同巖性中的裂縫對常規(guī)測井響應(yīng)會有差異，所以在裂縫識別時需要將泥巖和砂巖裂縫分開識別。一般情況下，裂縫樣本類型可以分為未充填裂縫、半充填裂縫、充填裂縫和非裂縫，由于充填裂縫有效性極低，基本屬于無效裂縫，對地下天然氣的滲濾也沒有任何幫助，所以在判別識別過程中把全充填裂縫與非裂縫歸為一類，半充填裂縫與未充填裂縫作為有效裂縫歸為一類。本次研究從元壩須二段共選取砂巖、泥巖樣本45個，其中砂巖有效裂縫樣本18個、非裂縫樣本樣品11個，泥巖有效裂縫樣品6 個，非裂縫樣品10個。對元壩須二段裂縫有較強響應(yīng)特征的測井參數(shù)有AC、DEN、RD和RS，采用多元統(tǒng)計方法，通過SPASS軟件進(jìn)行逐步判別后，建立裂縫數(shù)量判別模型，判別函數(shù)如下：

(1)砂巖判別方程：

Y1=1.112AC+502.044DEN+0.058RD+0.025RS-690.121

Y2=1.046AC+524.537DEN+0.044RD+0.046RS-746.533

(2)泥巖判別方程：

Y1=5.407AC+796.837DEN+3.349RD-3.349RS-1276.818

Y2=4.841AC+779.485DEN+3.292RD-3.333RS-1192.37

式中：Y1——有效裂縫判別函數(shù)；Y2——無效裂縫或非裂縫判別函數(shù)；AC——聲波時差測井，μs/ft；DEN——密度測井，g/cm3；RD——深側(cè)向測井電阻率，Ω·m；RS——淺側(cè)向測井電阻率，Ω·m。

使用上述砂巖與泥巖的裂縫判別公式對元壩須二段儲層的單井裂縫進(jìn)行識別，并將識別結(jié)果與巖心分析結(jié)果進(jìn)行比較，結(jié)果表明，判別結(jié)果與巖心觀察結(jié)果對應(yīng)性較好，可以用于元壩地區(qū)須二段巖心裂縫的識別。

2.3 R/S分形法識別裂縫

R/S分形法中的R代表極差，表示最大累積離差和最小累積離差的差值；S代表標(biāo)準(zhǔn)差，是變差的平方根。將R/S分形方法應(yīng)用儲層非均質(zhì)性研究評價中時，R/S的比值就代表了儲層參數(shù)隨深度變化的劇烈程度。R/S分形法可應(yīng)用于單井層段裂縫發(fā)育程度的評價。

對于一維過程，R/S計算式為：

式中：n——逐點分析層段測井的采樣點數(shù)；u——由端點開始在0～n范圍內(nèi)依次增加的樣點數(shù)；i，j——樣點個數(shù)的變量；R(n)——過程序列全層段極差；S(n)——過程序列全層段標(biāo)準(zhǔn)差。

本次研究主要是選擇了受裂縫影響較為明顯的聲波時差(AC)和密度(DEN)兩個測井參數(shù)進(jìn)行裂縫識別。元陸8井在4 077.28～4 081.58 m處的巖心觀察表明，淺灰色砂巖中至少發(fā)育有5條半充填的低角度縫，無論是聲波時差還是密度測井值的分形曲線上都出現(xiàn)了曲線下凹、斜率減小即裂縫出現(xiàn)的響應(yīng)特征。

采用R/S分形法對研究區(qū)內(nèi)各單井的須二段儲層都進(jìn)行了分段計算，分形識別結(jié)果綜合剖面如圖3所示，可以看出R/S基本上可以將巖心上觀察到的裂縫識別出來，對元壩須二段的裂縫識別具有相當(dāng)?shù)膮⒖純r值。

2.4 裂縫識別應(yīng)用效果

圖3 元壩204井R/S分形識別剖面

模型識別裂縫方法可以大致上對儲層裂縫進(jìn)行識別。R/S分形識別是分小層逐步識別，工作量比較大，但精度較高，因此可以在模型識別結(jié)果基礎(chǔ)上利用R/S分形法對裂縫位置的確定進(jìn)行判斷，二者應(yīng)結(jié)合使用。

利用上述裂縫識別方法對研究區(qū)內(nèi)所有探井進(jìn)行識別，計算出各單井的裂縫發(fā)育指數(shù)，將目前現(xiàn)有的單井測試結(jié)果與單井裂縫識別結(jié)果進(jìn)行交會，得到圖4，可以看出，大部分測試井的測試產(chǎn)量與常規(guī)測井裂縫發(fā)育指數(shù)之間有較好的正相關(guān)關(guān)系。另外由于受斷層影響，部分井測試產(chǎn)量較高。

3 結(jié)論

(1)根據(jù)研究區(qū)巖心觀察結(jié)果，元壩須二段裂縫主要以低角度縫與水平縫為主，其中細(xì)砂巖中裂縫最為發(fā)育，裂縫大多為未充填裂縫構(gòu)造裂縫，有效性較高，在少量水平及斜交裂縫縫面中可以見到擦痕面構(gòu)造，擦痕的方向主要為順縫面方向。

(2)根據(jù)成像測井的圖形特征，將本研究區(qū)裂縫分為未充填、半充填和充填縫三類，識別出的裂縫主要為低角度縫，與巖心觀察結(jié)果一致；統(tǒng)計出的裂縫兩個主要優(yōu)勢走向為北西-南東向，北西西-南東東向。

圖4 須二段常規(guī)裂縫發(fā)育指數(shù)與測試產(chǎn)量關(guān)系

(3)利用常規(guī)測井識別裂縫要綜合模型判別法與R/S分形法，先利用模型識別法大體確定出儲層裂縫位置，然后利用R/S分形法分小層識別，提高裂縫識別精度。

[1] 周文. 裂縫性油氣儲集層評價方法[M].四川成都:四川科學(xué)技術(shù)出版社, 1998：115-132.

[2] 張永成. 合川-安岳地區(qū)須二氣藏儲層評價[D].四川成都：成都理工大學(xué), 2009.

[3] 賈文玉, 田素月, 孫耀庭, 等. 成像測井技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：石油工業(yè)出版社, 2000：78-96.

[4] 鄧虎成. 斷層共生裂縫系統(tǒng)的發(fā)育規(guī)律及分布評價[D].四川成都：成都理工大學(xué), 2009.

[5] 胡宗全. R/S 分析在儲層垂向非均質(zhì)性和裂縫評價中的應(yīng)用[J].石油實驗地質(zhì), 2000, 22(4): 110-113.

編輯：李金華

1673-8217(2015)03-0129-04

2014-12-16

王喻，碩士，1988年生，2014年畢業(yè)于成都理工大學(xué)油氣田開發(fā)工程專業(yè)，現(xiàn)從事煤層氣研究。

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