周 陽(yáng) 秦 軍 華美瑞 周曉舟 徐 辰 李思遠(yuǎn) 巴忠臣

（ 1中國(guó)石油新疆油田公司勘探開(kāi)發(fā)研究院；2北京斯堪帕維科技有限公司 ）

對(duì)儲(chǔ)層裂縫的準(zhǔn)確識(shí)別和預(yù)測(cè)是高效開(kāi)發(fā)裂縫性油氣藏的關(guān)鍵。目前，對(duì)儲(chǔ)層裂縫識(shí)別及預(yù)測(cè)多采用常規(guī)測(cè)井及成像測(cè)井技術(shù)[1-9]，結(jié)合巖心露頭和井?dāng)?shù)據(jù)，然后利用疊后地震數(shù)據(jù)提取各類屬性進(jìn)而對(duì)裂縫的展布規(guī)律進(jìn)行預(yù)測(cè)。這種方法對(duì)于宏觀裂縫規(guī)律的研究具有一定的實(shí)用性，但預(yù)測(cè)精度往往較低，而且主要應(yīng)用于碳酸鹽巖儲(chǔ)層和砂巖儲(chǔ)層[10-20]。

基于地震資料的裂縫識(shí)別預(yù)測(cè)是另外一種常用手段，采用的方法主要分為地震疊前與地震疊后兩類。這兩類預(yù)測(cè)方法基本只局限于地震信息本身，并沒(méi)有考慮到井震信息的有效結(jié)合，會(huì)影響預(yù)測(cè)結(jié)果的可靠性[21-23]。周文等基于地震資料，利用螞蟻?zhàn)粉櫦夹g(shù)，結(jié)合成像測(cè)井資料和生產(chǎn)動(dòng)態(tài)資料，評(píng)價(jià)并預(yù)測(cè)青西油田下溝組泥云巖和砂礫巖儲(chǔ)層裂縫的分布規(guī)律及發(fā)育程度[24-25]。

準(zhǔn)噶爾盆地廣泛發(fā)育裂縫性特低滲透砂質(zhì)礫巖油藏，這類油藏裂縫分布十分復(fù)雜、且規(guī)律性較差，采用常規(guī)的技術(shù)手段和方法，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)裂縫的準(zhǔn)確識(shí)別和預(yù)測(cè)。本文通過(guò)地質(zhì)、地震、測(cè)井等技術(shù)手段建立了一套砂質(zhì)礫巖油藏裂縫定量表征方法，基于裂縫特征宏觀描述，綜合巖心、測(cè)井信息建立裂縫識(shí)別模式和解釋模型，通過(guò)開(kāi)展單井裂縫識(shí)別，開(kāi)展裂縫密度、方位等規(guī)律預(yù)測(cè)，最終通過(guò)試油試采等資料對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。該方法成功應(yīng)用于紅山嘴油田紅153井區(qū)，裂縫準(zhǔn)確識(shí)別率達(dá)到70%以上，取得較好的效果，對(duì)于整個(gè)準(zhǔn)噶爾盆地致密砂質(zhì)礫巖儲(chǔ)層的裂縫表征具有一定的指導(dǎo)和借鑒意義。

1 裂縫特征

1.1 研究區(qū)概況

紅山嘴油田紅153井區(qū)位于準(zhǔn)噶爾盆地西北緣，表現(xiàn)為一北西向南東傾斜的單斜特征，研究區(qū)被3條大斷裂所夾持，內(nèi)部主要發(fā)育一組北西向小斷裂（圖1）。儲(chǔ)層巖性以礫巖、砂質(zhì)礫巖為主，黏土礦物以伊/蒙混層為主，儲(chǔ)層巖石結(jié)構(gòu)成熟度較差，磨圓度主要為次圓狀—次棱角狀、次圓狀，分選性較差，支撐類型為顆粒支撐，膠結(jié)類型主要為孔隙—接觸式、孔隙式、壓嵌式等，顆粒以線接觸為主，粒內(nèi)溶孔和微裂縫都有發(fā)育，儲(chǔ)層平均孔隙度為4.9%，平均滲透率為0.29mD，屬于特低孔特低滲透砂質(zhì)礫巖裂縫性油藏。

圖1 紅153井區(qū)夏子街組斷裂平面展布圖

從鄰區(qū)勘探歷程來(lái)看，相似的裂縫性砂質(zhì)礫巖油藏雖然初期產(chǎn)量高，但穩(wěn)產(chǎn)一段時(shí)間后，產(chǎn)量呈斷崖式下降的特征。紅153井區(qū)裂縫系統(tǒng)非常復(fù)雜，非均質(zhì)性極其嚴(yán)重，屬于世界級(jí)復(fù)雜難開(kāi)發(fā)的油藏，開(kāi)展對(duì)裂縫的識(shí)別研究是解決以上難點(diǎn)的關(guān)鍵。

1.2 裂縫發(fā)育特征

通過(guò)對(duì)巖心裂縫觀察發(fā)現(xiàn)紅153井區(qū)裂縫發(fā)育，以斜交縫數(shù)量最多，其次是高角度縫和垂直縫，且裂縫多被方解石、沸石充填；鏡下觀察可發(fā)現(xiàn)微裂縫發(fā)育（圖2），微裂縫以開(kāi)啟縫為主，因此微裂縫才是油氣主要滲流通道。通過(guò)巖心觀察，對(duì)長(zhǎng)度大于或等于1cm的裂縫統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，裂縫發(fā)育段平均裂縫密度為0.1～4條/m，縱向上，單井裂縫發(fā)育具有分段性，分析認(rèn)為地層較薄，剝蝕嚴(yán)重，頂部容易形變或淋濾而發(fā)育裂縫。

圖2 G11井鑄體薄片特征

巖心觀察統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，該區(qū)裂縫平均長(zhǎng)度為23.21mm，平均寬度為1.49mm，裂縫平均孔隙度為0.15%，平均滲透率為33.88mD，可見(jiàn)裂縫對(duì)孔隙度貢獻(xiàn)不大，但是對(duì)滲透率影響很大，對(duì)于油藏的滲流能力起到了主導(dǎo)作用[26-27]。

1.3 裂縫產(chǎn)狀及有效性

根據(jù)11口評(píng)價(jià)井和探井取心及成像測(cè)井資料統(tǒng)計(jì)，紅153井區(qū)以低角度縫為主，其次為高角度縫。據(jù)10口成像測(cè)井資料統(tǒng)計(jì)，裂縫走向分為4類，主要為南北走向及北東—南西走向，井?dāng)?shù)各3口，分別占分析井?dāng)?shù)的30%；次為北西—南東走向，井?dāng)?shù)2口，占分析井?dāng)?shù)的20%，剩余1口井發(fā)育北東—南西及北西—南東兩組共軛裂縫。油藏裂縫發(fā)育受斷層控制，大部分裂縫走向與相鄰斷層平行，發(fā)育程度與距斷層距離密切相關(guān)。

紅153井區(qū)裂縫傾角以30°～75°為主，橫向上，東西兩區(qū)塊裂縫傾角分布比例一致，以斜交縫和高角度縫為主；垂向上，中—淺層裂縫傾角比例一致，深層斜交縫比例增大，高角度縫比較少。裂縫走向主要集中在100°～150°和200°～250°之間，靠近邊界斷層附近的裂縫以近平行邊界斷層為主，研究區(qū)中部裂縫走向以北東向?yàn)橹?，南部以近東西向?yàn)橹鳎▓D3）。據(jù)巖心描述資料統(tǒng)計(jì)，巖心裂縫長(zhǎng)度以10～30cm居多，其次為小于10cm和30～60cm的裂縫；裂縫寬度主要分布在1～5mm之間，其次為0.1～1mm，由此可見(jiàn)，紅153井區(qū)夏子街組裂縫以中縫為主，小縫次之。

巖心、成像測(cè)井、試井及試油試采資料證實(shí)，紅153井區(qū)裂縫具有含油性，并且是流體的有效滲流通道，由誘導(dǎo)縫走向統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，現(xiàn)今最大主應(yīng)力方向?yàn)榻鼥|西向，易形成近東西向的壓裂裂縫，近南北向和北東向的天然裂縫與壓裂裂縫溝通，達(dá)到最大泄油面積，壓裂效果較好。

圖3 紅153井區(qū)裂縫走向圖

1.4 裂縫成因及主控因素

研究區(qū)構(gòu)造形成主要經(jīng)歷了兩個(gè)階段，即早期的中—晚二疊世印支運(yùn)動(dòng)和晚期的中侏羅世燕山運(yùn)動(dòng)。其中印支運(yùn)動(dòng)是該區(qū)夏子街組裂縫形成的主要時(shí)期，這一時(shí)期主要遭受北西向主應(yīng)力擠壓。紅153井區(qū)夏子街組位于紅3井東斷裂上盤，抬升遭受剝蝕，地層較薄，且有一定傾角，容易形成與主應(yīng)力方向垂直（北東向）的斜交縫（圖4）。

圖4 裂縫形成應(yīng)力機(jī)制

裂縫控制因素主要有兩方面，一是巖性，二是斷層。如圖5所示，砂質(zhì)礫巖發(fā)育裂縫數(shù)量最多，小礫巖其次，粉砂巖最少。整體來(lái)看，粒度越小、巖性越致密、脆性越大，巖心越容易發(fā)育裂縫。如圖6所示，裂縫發(fā)育除了受巖性影響以外，斷層也是影響裂縫發(fā)育的主要因素，離斷層越近，裂縫越發(fā)育。

圖5 不同巖性裂縫發(fā)育頻率統(tǒng)計(jì)圖

圖6 井點(diǎn)到斷層距離與裂縫條數(shù)交會(huì)圖

2 測(cè)井裂縫識(shí)別與解釋

2.1 裂縫識(shí)別方法

針對(duì)紅153井區(qū)裂縫發(fā)育段測(cè)井曲線響應(yīng)特征，裂縫解釋主要選用常規(guī)測(cè)井系列中縱向分辨率較高的沖洗帶電阻率、聲波時(shí)差測(cè)井曲線，采用模式識(shí)別方法進(jìn)行單井裂縫解釋（圖7）。利用模式法優(yōu)選敏感曲線，通過(guò)部分巖心和成像測(cè)井資料對(duì)裂縫位置的標(biāo)定，學(xué)習(xí)該井區(qū)裂縫發(fā)育的曲線組合模式，建立裂縫識(shí)別模式和梯度變化標(biāo)準(zhǔn)，將剩余巖心及成像測(cè)井裂縫解釋結(jié)果作為驗(yàn)證條件，對(duì)研究區(qū)所有井進(jìn)行裂縫識(shí)別，以對(duì)巖心及成像測(cè)井資料進(jìn)行補(bǔ)充。

2.1.1 曲線優(yōu)選

圖7 裂縫模式識(shí)別方法流程圖

沖洗帶電阻率測(cè)井曲線可以使用微球聚焦、貼井壁的微電極或微側(cè)向測(cè)量?jī)x器獲得，探測(cè)對(duì)象為井壁周圍的沖洗帶電阻率。當(dāng)貼井壁探頭滑過(guò)裂縫或靠近裂縫區(qū)域時(shí)，電阻率下降，該變化將被儀器記錄，沖洗帶電阻率測(cè)井響應(yīng)曲線主要反映儲(chǔ)層巖性和物性情況，其結(jié)果受油氣影響較小。微球聚焦測(cè)井是確定沖洗帶電阻率（RXO）最好的方法[28]，缺少該曲線時(shí)，可以用微電極曲線代替。

聲波測(cè)井測(cè)量的是井壁附近縱向短距離滑行聲波的傳播時(shí)間，經(jīng)過(guò)裂縫時(shí)聲波時(shí)差增大而被記錄下來(lái)，裂縫角度高時(shí)變化不明顯。因此裂縫識(shí)別優(yōu)先選擇高分辨率聲波測(cè)井，沒(méi)有該資料時(shí)可以用聲波時(shí)差曲線代替，如圖8所示。

2.1.2 曲線預(yù)處理

在可獲取環(huán)境校正圖版的情況下（與測(cè)量工具對(duì)應(yīng)，圖版來(lái)源于實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)），對(duì)各條曲線進(jìn)行井眼尺寸、鉆井液密度、鉆井液電阻率等環(huán)境校正，同時(shí)對(duì)曲線進(jìn)行深度校正，使各條曲線在同一深度的響應(yīng)一致。一般以自然伽馬（GR）曲線的深度為準(zhǔn)。

2.1.3 裂縫識(shí)別模式及梯度標(biāo)準(zhǔn)

測(cè)井曲線采樣點(diǎn)與上下相鄰點(diǎn)對(duì)比，其形態(tài)主要可歸納為4種模式：凹、凸、撇、捺，對(duì)于理想的砂泥巖剖面，聲波時(shí)差與沖洗帶電阻率相關(guān)性較好。由成像測(cè)井裂縫發(fā)育點(diǎn)曲線相應(yīng)特征分析，紅153井區(qū)裂縫對(duì)應(yīng)測(cè)井曲線組合具有規(guī)律性（圖9）。通過(guò)對(duì)該井區(qū)9口FMI成像測(cè)井的裂縫發(fā)育點(diǎn)模式統(tǒng)計(jì)，得到最能代表研究區(qū)裂縫測(cè)井曲線組合特征的4種模式（圖10）。

圖8 裂縫常規(guī)測(cè)井曲線優(yōu)選

圖9 H168井裂縫測(cè)井曲線響應(yīng)

利用梯度曲線作為裂縫識(shí)別的控制參數(shù)，區(qū)分儀器誤差與巖性、巖性與裂縫引起的模式差異。

上行梯度公式：

式中 TIDURXO_UP——電阻率測(cè)井上行梯度，無(wú)量綱；

RXO(n-1)——n-1時(shí)刻電阻率值，無(wú)量綱；

RXO——n時(shí)刻電阻率值，無(wú)量綱；

TIDUAC_UP——聲波時(shí)差測(cè)井上行梯度，無(wú)量綱；

AC(n-1)——n-1時(shí)刻聲波時(shí)差值，無(wú)量綱；

AC——n時(shí)刻聲波時(shí)差值，無(wú)量綱；

Abs——絕對(duì)值。

下行梯度公式：

式中 TIDURXO_DOWN——電阻率測(cè)井下行梯度，無(wú)量綱；

RXO(n+1)——n+1時(shí)刻電阻率值，無(wú)量綱；

TIDUAC_DOWN——聲波時(shí)差測(cè)井下行梯度，無(wú)量綱；

AC(n+1)——n+1時(shí)刻聲波時(shí)差值，無(wú)量綱。

圖10 裂縫測(cè)井曲線4種組合模式

聲波時(shí)差梯度計(jì)算參數(shù)方式如下：若聲波曲線測(cè)量誤差是4ms/m，儀器分辨率是0.1m，砂巖段聲波時(shí)差最大值是360ms/m，曲線采樣間隔為0.025m，那計(jì)算得到聲波時(shí)差最小裂縫識(shí)別梯度為0.0027。沖洗帶電阻率梯度計(jì)算參數(shù)方式如下：計(jì)算得到微電阻率相對(duì)誤差為0.1（行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)），儀器縱向分辨率為0.15m，曲線采樣間隔為0.025m；微電阻率最小裂縫識(shí)別梯度為0.016；根據(jù)聲波時(shí)差曲線、微電阻率曲線測(cè)量誤差和研究區(qū)砂巖段聲波時(shí)差的最大值等，確定聲波時(shí)差和微電阻率曲線變化梯度的下限值為0.003和0.02。利用沖洗帶電阻率曲線或聲波時(shí)差曲線變化模式與自然伽馬曲線相關(guān)對(duì)比，可部分消除泥質(zhì)對(duì)裂縫識(shí)別的影響[29]。

2.2 裂縫識(shí)別及解釋結(jié)果分析

根據(jù)上述基本原理和方法，利用10口鉆井取心及成像測(cè)井資料中的7口作為學(xué)習(xí)井，建立裂縫解釋標(biāo)準(zhǔn)，然后以剩余3口取心井作為驗(yàn)證井，最終建立了符合紅153井區(qū)特征的特低滲透砂質(zhì)礫巖裂縫性油藏裂縫識(shí)別解釋模型。

利用所建立的解釋模型，對(duì)紅153井區(qū)開(kāi)展裂縫解釋吻合率統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果如表1所示?？梢钥闯觯簩?duì)10口含油取心及成像測(cè)井井段共識(shí)別裂縫814條，其中581條得到驗(yàn)證，符合率為71.4%。

同時(shí)，通過(guò)對(duì)射孔段裂縫厚度與初期產(chǎn)量交會(huì)可以看出，射孔段裂縫厚度越大，初期產(chǎn)量越高，表明裂縫發(fā)育程度與產(chǎn)量成正比關(guān)系（圖11）。

表1 紅153井區(qū)井裂縫識(shí)別與解釋統(tǒng)計(jì)表

圖11 裂縫厚度與初期產(chǎn)量交會(huì)圖

3 地震疊前裂縫預(yù)測(cè)

3.1 裂縫預(yù)測(cè)基本原理

目前已經(jīng)發(fā)展起來(lái)的裂縫性油氣藏勘探技術(shù)包括：橫波勘探技術(shù)、縱橫轉(zhuǎn)換波技術(shù)、多分量地震技術(shù)、多方位VSP技術(shù)和縱波AVAZ技術(shù)等。其中橫波勘探技術(shù)最為有效，但是橫波采集和處理的費(fèi)用極高，油田投資風(fēng)險(xiǎn)大，因此不能成為常用技術(shù)；多分量地震技術(shù)、多方位VSP技術(shù)和縱橫轉(zhuǎn)換波技術(shù)雖然有較好的應(yīng)用效果，但普遍應(yīng)用于非常規(guī)地震采集項(xiàng)目，成本高，在國(guó)內(nèi)現(xiàn)階段難以廣泛應(yīng)用；縱波AVAZ技術(shù)成本低且應(yīng)用范圍廣，因此發(fā)展成為較普遍的商業(yè)化技術(shù)。

裂縫的存在導(dǎo)致介質(zhì)的物理性質(zhì)隨著方位不同而發(fā)生變化，這在地震中稱為方位各向異性。裂縫對(duì)地震波產(chǎn)生了各向異性的傳播特征，依據(jù)這一特征可以利用地震疊前地震資料檢測(cè)裂縫。各向異性裂縫檢測(cè)方法是基于縱波的一種地震檢測(cè)方法，當(dāng)?shù)卣鹂v波在遇到裂縫地層產(chǎn)生反射時(shí)，由于縱波與裂縫的方位角不同，產(chǎn)生的反射就不同。利用三維地震資料寬方位角的特點(diǎn)，提取不同方位角的地震縱波響應(yīng)特征，就可以用于檢測(cè)裂縫發(fā)育的相對(duì)程度[30-32]，該方法尤其對(duì)開(kāi)啟的高角度縫效果明顯。

3.2 地震疊前裂縫預(yù)測(cè)結(jié)果分析

利用地震疊前各向異性裂縫預(yù)測(cè)方法，對(duì)紅153井區(qū)夏子街組裂縫發(fā)育情況進(jìn)行了預(yù)測(cè)。結(jié)合地震資料、井資料的統(tǒng)計(jì)分析以及該區(qū)的沉積特征，綜合預(yù)測(cè)紅153井區(qū)裂縫發(fā)育帶主要集中在各向異性較強(qiáng)的中部地區(qū)，南北部地區(qū)裂縫相對(duì)不發(fā)育。從圖12裂縫密度與試油數(shù)據(jù)對(duì)比也可以發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)量較高的井分布在研究區(qū)中部各向異性高值區(qū)域（圖12中紅色為各向異性高值區(qū)，綠色為低值區(qū)），產(chǎn)量低或者不出油的井主要集中在南北兩側(cè)各向異性不發(fā)育帶上[33]。

圖12 紅153井區(qū)夏子街組裂縫預(yù)測(cè)分布圖（疊加試油成果）

紅153井區(qū)全部井均為壓裂求產(chǎn)，如圖13所示（時(shí)間域剖面），H153井和H154井為油井（紅框?yàn)樵囉蛯佣危?，其中H154井射孔段裂縫發(fā)育，且壓裂范圍內(nèi)裂縫發(fā)育程度也較好（藍(lán)色橢圓指示壓裂范圍），而H153井射孔段裂縫欠發(fā)育，但是通過(guò)壓裂可以溝通裂縫發(fā)育帶；h1658井和hD1610井均為干層，這兩口井射孔段及壓裂范圍內(nèi)均表現(xiàn)為裂縫欠發(fā)育。這也說(shuō)明地震疊前各向異性裂縫預(yù)測(cè)技術(shù)對(duì)單一的裂縫有較好的預(yù)測(cè)效果。

圖13 地震疊前各向異性與生產(chǎn)情況對(duì)比剖面

4 結(jié)論

（1）基于巖心、成像測(cè)井及常規(guī)測(cè)井資料，建立了特低滲透砂質(zhì)礫巖油藏裂縫識(shí)別模式和解釋模型，并利用地震疊前各向異性裂縫預(yù)測(cè)方法對(duì)裂縫密度及方位進(jìn)行了預(yù)測(cè)，形成了一套集地質(zhì)、地震、測(cè)井等技術(shù)手段于一體的砂質(zhì)礫巖油藏裂縫定量表征方法。

（2）以模式判別逐點(diǎn)檢測(cè)法對(duì)紅153井區(qū)開(kāi)展裂縫識(shí)別，統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，共識(shí)別裂縫814條，其中581條得到驗(yàn)證，符合率為71.4%；單井裂縫統(tǒng)計(jì)表明，縱向上裂縫主要集中在夏子街中上部，裂縫發(fā)育的井主要位于研究區(qū)中部斷裂帶上。

（3）應(yīng)用地震疊前各向異性技術(shù)開(kāi)展地震疊前裂縫預(yù)測(cè)，結(jié)果表明，紅153井區(qū)裂縫主要位于該區(qū)中部，南北兩側(cè)裂縫欠發(fā)育，靠近邊界斷層的裂縫走向以近平行于邊界斷裂為主，而該區(qū)中部裂縫方向比較復(fù)雜，主要發(fā)育北東向裂縫，其次發(fā)育少量近東西向裂縫。通過(guò)與實(shí)際鉆井對(duì)比證實(shí)裂縫預(yù)測(cè)結(jié)果是可靠的。