許君玉, 許新

(1.中國石油化工股份有限公司石油勘探開發(fā)研究院, 北京 100083; 2.北京市海淀區(qū)職業(yè)介紹服務中心, 北京 100195)

0 引 言

紅河油田位于鄂爾多斯盆地天環(huán)坳陷南段,其東部臨伊陜斜坡,西部接西緣沖斷帶,南部為渭北隆起。由于多期地質(zhì)構(gòu)造運動,區(qū)內(nèi)形成了多條斷裂和裂縫。裂縫是控制低滲透油氣藏開發(fā)產(chǎn)能的關(guān)鍵性因素[1],裂縫的存在不僅改善了地層對流體的儲集性能,而且作為滲流通道大大提高了低孔隙度低滲透率儲集層的生產(chǎn)能力[2]。因此,對紅河油田低孔隙度低滲透率儲集層裂縫的研究意義重大。

1 裂縫特征

通過裂縫觀察和對研究區(qū)21口取心井182條裂縫統(tǒng)計,裂縫巖性以砂巖為主,其含量大于90%;裂縫產(chǎn)狀主要為高角度裂縫和垂直裂縫,占80%以上;裂縫開度范圍0.1～0.3 mm;裂縫充填情況為未充填60%,其余為半充填和全充填各占一半,充填物主要是方解石和碳質(zhì)泥屑。裂縫平均密度為0.25條/m,發(fā)育井段的垂直裂縫達到3～6條/m,水平裂縫密度相對較低,約為3條/m。

2 裂縫在測井曲線上的響應特征

裂縫在測井曲線上有2種響應特征。①低電阻率特征,即雙感應、八側(cè)向和陣列感應測井曲線均顯示低電阻率值,八側(cè)向與雙感應電阻率值正異常;雙井徑微擴徑,聲波、中子值增大,密度值減小。②高電阻率特征,即雙感應正異常顯示高電阻率值,八側(cè)向電阻率值在層的上部與雙感應電阻率值正差異,在層的下部與雙感應電阻率值負差異;聲波、密度值減小,中子值增大。

3 裂縫識別方法

裂縫與基質(zhì)的地質(zhì)和地球物理特征差異性,地層中裂縫的存在會引起不同的測井響應,根據(jù)測井響應的不同變化,就可以識別和研究裂縫[3-18]。研究人員利用測井資料對裂縫進行了識別[19-21],但效果欠佳。在對紅河油田裂縫識別的過程中,發(fā)現(xiàn)不同井的裂縫在測井曲線上的響應特征不同,因此利用測井曲線的響應特征識別裂縫比較困難。在對裂縫研究的基礎上,利用常規(guī)測井曲線作為輸入曲線的變尺度分形方法對紅河油田裂縫進行了識別,與成像測井資料對比,效果較好。

3.1 變尺度裂縫識別方法

對裂縫識別的探索發(fā)現(xiàn),在利用測井資料對裂縫進行識別的方法中,分形幾何學的應用在研究儲層的孔隙結(jié)構(gòu)、儲層的非均質(zhì)性以及裂縫預測等方面取得了豐富的成果[22-23]。R/S分形(變尺度分形)技術(shù)是應用廣泛且成熟的分形統(tǒng)計方法之一[24-26],方法中R為極差,它是最大累積離差與最小累積離差之差,代表了時間序列的復雜程度;S是標準差,它是變差的平方根,代表了時間序列的平均趨勢,R/S之比代表無因次的時間序列的相對波動程度。對于一條對稱的測井曲線z(i)(i=1,2,…,n),R和S的定義為

(1)

(2)

式中,n為逐點分析層段測井采樣點數(shù);u為由端點開始在0～n之間依次增加的采樣點數(shù);i和j為表示采樣點個數(shù)的變量。

圖1 HH1057-3井2 229～2 248 m井段不同測井曲線變尺度分形圖

根據(jù)以上方法建立不同測井曲線的R(n)/S(n)與n的對應關(guān)系,與成像測井資料對比,可找出識別孔洞、裂縫最敏感的測井曲線。

圖2 HH1057-3井裂縫在成像測井和R(n)/S(n)曲線上的響應特征

3.2 不同測井曲線對裂縫響應的敏感程度

用變尺度分形方法對紅河油田研究區(qū)進行了裂縫識別。通過對不同測井曲線作變尺度R(n)/S(n)分形圖與成像測井資料對比,發(fā)現(xiàn)不同測井曲線對裂縫識別的敏感程度不同。圖1是對HH1057-3井在2 229～2 248 m井段用不同測井曲線的作的R(n)/S(n)的變尺度分形圖。為避免巖性影響,在選取識別的裂縫井段時參照自然伽馬、自然電位和井徑測井曲線,選取巖性變化不大的井段作為裂縫識別井段。

從圖1所作的各條測井曲線的變尺度分形圖上看出,圖1(a)、圖1(b)和圖1(c)的自然電位、自然伽馬和井徑這3條巖性測井曲線的變尺度分形圖形態(tài)各不相同,只有自然電位曲線的變尺度分形圖上2 241.125～2 243.25 m的井段為平直段,所以圖1(b)和圖1(c)的自然伽馬和井徑曲線對裂縫識別是不敏感的。圖1(d)至圖1(i)為電阻率曲線中感應、深感應、八側(cè)向、淺側(cè)向、深側(cè)向和陣列感應測井曲線的變尺度分形圖,這6條測井曲線的變尺度分形圖形態(tài)相似,只在淺側(cè)向曲線的變尺度分形圖上2 246.25～2 246.75 m井段有一平直段,其余5條電阻率測井曲線變尺度分形圖上均無平直井段,說明電阻率測井曲線中除淺側(cè)向曲線外的其余曲線對裂縫識別不敏感。圖1(j)、圖1(k)和圖1(l)的聲波、中子孔隙度和密度3條孔隙度曲線的變尺度分形圖中,前二者曲線形態(tài)相似,聲波時差曲線的變尺度分形圖上的平直段深度為2 236.125～2 240.25 m;中子孔隙度曲線的變尺度分形圖上的平直段有2段,上段為2 230.25～2 230.625 m,下段為2 234.375～2 240.25 m;密度測井曲線變尺度分形圖上沒有平直段,說明密度測井曲線對裂縫識別不敏感。

圖2左側(cè)為HH1057-3井成像測井圖識別的裂縫井段,識別出4段裂縫井段,第1段為2 230.30～2 230.80 m,第2段為2 233.38～2 236.20 m,第3段為2 237.00～2 239.10 m,第4段為2 239.80～2 242.12 m。圖3右側(cè)為自然電位、淺側(cè)向、聲波和中子孔隙度4條測井曲線所識別的裂縫井段與其左側(cè)的成像測井圖上識別的裂縫井段的對比。圖2右側(cè)自然電位曲線變尺度分形圖上的直線段深度為2 241.125～2 243.25 m,頂部深度比成像測井圖上的裂縫井段第4段底部深度淺0.995 m,與成像測井圖上的裂縫井段重復率為12.86%,所以認為自然電位曲線變尺度分形法對裂縫識別不敏感。淺側(cè)向曲線變尺度分形圖上的直線段深度為2 246.25～2 246.75 m,在成像測井圖上識別的所有裂縫井段的下方,與成像測井圖上識別的裂縫井段沒有重復,所以淺側(cè)向曲線的變尺度分形法對裂縫識別不敏感。聲波測井曲線變尺度分形圖上的直線段深度2 236.125～2 240.25 m,其頂部深度比成像測井圖上裂縫井段的第2段(2 233.38～2 236.20 m)底部深度淺0.075 m,底部深度比成像測井圖上裂縫井段的第3段(2 237.00～2 239.10 m)底部深1.15 m,聲波測井曲線變尺度分形法識別的裂縫井段與成像測井圖上的裂縫井段重復率為43.5%。中子孔隙度測井曲線變尺度分形法識別出2段裂縫,上段(2 230.25～2 230.625 m)頂部深度比成像測井圖上的裂縫井段第1段(2 230.30～2 230.80 m)頂部深度淺0.05 m,底部深度比成像測井圖上裂縫井段第1段的底部深度淺0.175 m;下段(2 234.375～2 240.25 m)頂部深度比成像測井圖上的裂縫井段第2段(2 233.38～2 236.20 m)頂部深度深0.995 m,底部深度比成像測井圖上的裂縫井段第4段(2 239.80～2 242.12 m)底部深度淺1.87 m。中子

孔隙度測井曲線變尺度分形法識別的裂縫井段與成像測井圖上的裂縫井段重復率為85.0%。所以,變尺度分形法識別裂縫中,中子孔隙度測井曲線是識別裂縫最敏感的曲線。

4 實際應用

用變尺度分形方法與常規(guī)測井曲線對裂縫的響應特征相結(jié)合對紅河油田研究區(qū)內(nèi)31口井進行了裂縫識別,裂縫識別率為80%以上。表1為有裂縫的巖心和成像測井裂縫井段與變尺度分形方法識別的裂縫井段頂、底深度對比。

表1 紅河油田取心井和成像測井裂縫井段與變尺度分形法識別裂縫井段對比表

表1(續(xù))

井名取心或成像測井井段/m變尺度分形法裂縫識別井段/m識別裂縫距離取心或成像裂縫頂部深度/m識別裂縫距離取心或成像裂縫底部深度/m裂縫獲取方式HH262128.20～2128.802128.625～2129.250.4250.45成像HH1057-32191.80～2193.202191.625～2192.375-0.175-0.825成像HH1057-32193.20～2194.802193.875～2194.8750.6750.075成像HH1057-32279.60～2282.002278.875～2280.875-0.725-1.125成像HH1057-32297.70～2298.602298.75～2299.1251.050.525成像

用變尺度分形方法對紅河油田研究區(qū)內(nèi)試油資料中獲得工業(yè)油流的井日產(chǎn)液量對比驗證,按已有試油資料中日產(chǎn)液量由大到小排序,將識別的裂縫井列表于表2。由表2可知,日產(chǎn)液量大的井多數(shù)存在裂縫,說明了裂縫的存在對儲層產(chǎn)量起著關(guān)鍵作用;另一方面,在識別的14口高產(chǎn)井中有11口井識別出了裂縫,說明了變尺度分形方法對裂縫識別的有效性。

表2 紅河油田儲層產(chǎn)液量與變尺度分形法識別裂縫

5 結(jié) 論

(1) 紅河油田發(fā)育高角度裂縫和垂直裂縫。不同測井曲線對裂縫的測井響應特征不同,用常規(guī)測井曲線很難識別裂縫的存在。

(2) 裂縫在變尺度分形曲線上的響應特征表現(xiàn)為曲線偏離原來的變化趨勢,成為近似一直線段。變尺度分形法裂縫識別中,不同測井曲線對裂縫響應的敏感程度不同,中子孔隙度測井曲線是識別裂縫最敏感的測井曲線,這種方法裂縫識別率較高。

(3) 變尺度分形方法識別裂縫操作簡單、成本費用低,是識別裂縫較經(jīng)濟的方法。

(4) 利用變尺度分形方法識別的裂縫與巖心或成像測井識別的裂縫頂、底深度有一定的誤差。因此,綜合利用各種方法識別裂縫,才能最大限度地提高裂縫識別率。

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