楊 勇 ，李 亨，楊 多，杜雙軍，彭 杰，陳 坤

（1.長江大學油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點實驗室，湖北武漢430100；2.長江大學地球物理與石油資源學院，湖北武漢430100）

隨著石油勘探開發(fā)及解釋技術(shù)的進步，國內(nèi)油氣田公司對于鉆遇小型斷層的解釋提出了更高的要求[1-4]。

目前，陣列側(cè)向測井儀器的正演研究已做的較成熟，在陣列側(cè)向測井儀器的數(shù)值模擬研究，如劉振華等關(guān)于陣列側(cè)向測井的計算及其特征[5]；仵杰等陣列側(cè)向測井的正演響應(yīng)分析[6]。對陣列側(cè)向測井儀器在不同儲層條件下的研究，如鄧少貴等的陣列側(cè)向測井儀器在裂縫性儲層中的響應(yīng)特征[7]；鄧少貴等的陣列側(cè)向測井儀器在傾斜井非均勻地層的響應(yīng)特征[8]；馮玲偉等的陣列側(cè)向測井儀器在薄互層和傾斜地層的響應(yīng)計算分析[9]。對鉆遇斷層的研究，目前公開發(fā)表的文獻較少，有仵杰對鉆遇斷層水平井的陣列感應(yīng)測井響應(yīng)特性進行了正演模擬研究[10]。鉆遇斷層的陣列側(cè)向測井儀器研究暫時還沒有公開發(fā)表的文獻，因此，進行鉆遇斷層的陣列側(cè)向測井儀器響應(yīng)模擬分析，研究小型斷層的陣列側(cè)向測井響應(yīng)規(guī)律和特征，對于小型斷塊油氣藏的評價有一定的指導(dǎo)意義。

通過有限元正演，研究陣列側(cè)向測井儀器的響應(yīng)特征。實現(xiàn)了直井情況下鉆遇斷層地層模型中陣列側(cè)向測井響應(yīng)的三維數(shù)值模擬，在此基礎(chǔ)分析了鉆遇斷層地質(zhì)模型中的斷層傾角、斷距、圍巖等影響因素的測井響應(yīng)變化規(guī)律，并對直井情況下鉆遇斷層陣列側(cè)向測井響應(yīng)特征進行了總結(jié)。

1 儀器工作原理及地層建模

1.1 儀器工作原理

所用陣列側(cè)向測井儀器的儀器結(jié)構(gòu)原理圖如圖1所示。A0為主電流發(fā)射電極，且置于儀器的中間。在A0的兩側(cè)對稱分布著A（iA'i）（i=1，2，3，4，5，6），M（iMi）（'i=1，2，3，4，5，6），其中A（iA）i（i='1，2，3，4，5，6）為六對屏蔽電極，M（iMi）（i=1，'2，3，4，5，6）為六對監(jiān)督電極，相鄰電極之間由絕緣體隔開。陣列側(cè)向儀器工作時，每對電極除監(jiān)督電極外均發(fā)出一道電流，且互不干擾，形成六種R0到R5逐漸加深的探測模式，其中R0主要反映的是井眼及泥漿的電阻率，R1到R5主要反映地層電阻率[11-14]。主要研究的是這種陣列側(cè)向測井儀器R1到R5五種探測模式的測井響應(yīng)變化規(guī)律。

圖1 陣列側(cè)向測井儀器結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of array lateral logging equipment

1.2 地層模型

模型中將地層簡化為三層均勻介質(zhì)地層，分別是上圍巖、儲集層及下圍巖；并設(shè)有井眼、破碎帶及陣列側(cè)向儀器；儲集層即為斷層，分為斷層上盤、破碎帶及斷層下盤三部分；陣列側(cè)向測井儀器位于井眼中部，且井眼垂直穿過上下圍巖及斷層，具體的井眼分布如表1所示[15-17]。實際中斷層破碎帶是由斷面填充物和派生裂縫組成，斷面復(fù)雜，結(jié)構(gòu)多樣[18-19]，所以對斷層破碎帶進行了簡化處理，設(shè)置為均勻介質(zhì)。具體地層模型如圖2所示。

圖2 斷層模型與網(wǎng)格剖分Fig.2 Fault model and mesh division

數(shù)值模型分別對不同的斷層傾角、斷距、圍巖響應(yīng)特征等影響因素進行了陣列側(cè)向測井響應(yīng)特征的研究。陣列側(cè)向測井儀器于井眼內(nèi)居中測量，無泥漿侵入、井眼等的影響。

2 斷層傾角影響

地層模型中各初始參數(shù)如下：上圍巖與下圍巖電阻率相同且為0.2 Ω·m，井眼電阻率為1 Ω·m，斷層電阻率為20 Ω·m，斷層破碎帶電阻率為17 Ω·m，儲集層上下盤斷距為2 m的逆斷層，斷層傾角為45 °。分別對斷層傾角為30 °、45 °、60 °、80 °陣列側(cè)向測井儀器的測井響應(yīng)特征進行了分析，響應(yīng)特征如圖3所示，其中橫坐標x為不同的鉆遇位置（m），縱坐標Ra為不同的視電阻率（Ω·m），圖為同一傾角下不同探測模式的響應(yīng)曲線。

表1 鉆遇斷層不同井眼位置介紹Table1 Different hole locations in drilling of fault

圖3 斷層傾角響應(yīng)曲線Fig.3 Response curve of dip angle of fault

由數(shù)據(jù)分析可知：1）通過圖3c可知在斷層傾角不斷增大時，斷層上下盤的電阻率響應(yīng)曲線也漸漸趨于平緩，且視電阻率曲線反映出的破碎帶寬度不斷減小。因為斷層傾角越大，破碎帶長度就越小，破碎帶對儲集層的影響就越小，這時越能反映出斷層上下盤的視電阻率；2）在鉆遇到破碎帶位置時，斷層傾角越小的斷層測得的電阻率越大。且在此，30°傾角不符合該規(guī)律，出現(xiàn)這種情況是因為30°傾角的破碎帶會比45°、60°及80°傾角的破碎帶要長，導(dǎo)致測量得出的電阻率滯后；3）在同一斷層傾角下，不同探測模式的視電阻率響應(yīng)曲線也有差別，從淺探測模式到深探測模式視電阻率也在不斷減小。

3 斷層斷距影響

模型參數(shù)設(shè)置：斷層傾角，圍巖電阻率等均與初始模型一致，對不同斷層斷距下斷層斷距對陣列側(cè)向測井儀器的影響進行了分析；五種斷距不同的情況分別進行了分析研究（圖4），分別是正斷層斷距為4 m、正斷層斷距為2 m、正斷層斷距為1 m、逆斷層斷距為1 m、逆斷層斷距為2 m。圖4為同一探測模式下不同斷距及同一斷距不同探測模式的響應(yīng)曲線，部分數(shù)值響應(yīng)特征如圖4所示，其中橫坐標x為不同的鉆遇位置（m），縱坐標Ra為不同的視電阻率（Ω·m）。

通過數(shù)據(jù)分析可知：1）在圍巖電阻率小于目的層電阻率時，各個斷距測得的斷層上盤視電阻率由淺探測模式到深探測模式不斷減小的；而探測模式為R1時不滿足這個規(guī)律；在探測模式為R1的圖中測得的視電阻率規(guī)律符合其他探測模式測得的視電阻率規(guī)律。出現(xiàn)這種現(xiàn)象是因為R1探測模式較淺導(dǎo)致的；2）在相同探測模式及相同鉆遇位置下，斷層上盤測得的視電阻率會隨著斷距的增大而減?。怀霈F(xiàn)這種規(guī)律是因為儀器在井中的測量半徑是固定的，隨著斷距的增大，破碎帶長度也在增大，模型中破碎帶設(shè)置電阻率為17 Ω·m，且隨著探測模式距離的增加，斷距越大，測得的視電阻率受到破碎帶及圍巖電阻率影響越大；3）如圖4d所示，當斷距增大到4 m時，測得的斷層上盤的視電阻率趨近于圍巖電阻率。這是因為儀器在井眼中的位置是固定的，而隨著斷距增大，儀器沒有隨著斷距增大改變位置。

4 圍巖的影響

圖4 斷層斷距響應(yīng)曲線Fig.4 Response curve of fault interval

模型斷距為逆斷層斷距為2 m，斷層傾角為45°，將圍巖分為上圍巖與下圍巖并針對三種情況進行了分析。

4.1 上圍巖的影響

模型地層參數(shù)：下圍巖電阻率參數(shù)固定，上圍巖與下圍巖電阻率之比分別為1、10、50、200、500，分析了這五種上圍巖與下圍巖電阻率之比的響應(yīng)曲線；圖5為同一探測模式下不同上圍巖電阻率的響應(yīng)曲線，部分數(shù)據(jù)響應(yīng)特征如圖5所示，其中橫坐標x為不同的鉆遇位置（m），縱坐標Ra為不同的視電阻率（Ω·m）。

通過分析可知：1）在相同的探測模式下，斷層上盤測的電阻率不會隨著上圍巖電導(dǎo)率的變化而變化，而是很穩(wěn)定。出現(xiàn)這種規(guī)律是因為斷層為逆斷層，上盤相對于下盤上升，測井儀器更多的是受到斷層上盤電阻率的影響，而斷層上盤在這里是一個定值，所以測得的電阻率變化不明顯；2）從淺探測模式到深探測模式，由圖5可知斷層上盤之間的測得的視電阻率在增大。在儀器探測模式增大時，得到的視電阻率受圍巖的影響增大，所以深探測模式中，斷層下盤之間的電阻率比淺探測模式變化大；3）在上圍巖設(shè)置的電導(dǎo)率不變的情況下，斷層下盤之間測得的電阻率會隨著探測模式的加深而不斷變大?？梢杂^察到在上圍巖電阻率與下圍巖電阻率之比為500時，不同探測模式測得的下盤電阻率變化不大，而上圍巖電阻率與下圍巖電阻率之比為1時，不同探測模式測得的電阻率會隨著淺探測模式到深探測模式不斷減小。

4.2 下圍巖的影響

模型地層參數(shù)：上圍巖電阻率參數(shù)固定，下圍巖與上圍巖電阻率之比分別為1、10、50、200、500，分析了這五種下圍巖與上圍巖電阻率之比的響應(yīng)曲線；圖6為同一探測模式下不同下圍巖電阻率的響應(yīng)曲線，部分數(shù)據(jù)響應(yīng)特征如圖6所示，其中橫坐標x為不同的鉆遇位置（m），縱坐標Ra為不同的視電阻率（Ω·m）。

由圖6可知：在相同探測模式下，陣列側(cè)向儀器測得的視電阻率會隨著下圍巖電阻率的增大而增大。因為隨著下圍巖電阻率的增大，下圍巖電阻率對于斷層的影響也會變大，造成測得的電阻率也在不斷增大；在下圍巖視電阻率不變的情況下，隨著淺探測模式到深探測模式，斷層下盤不同下圍巖測得的視電阻率之間的差不斷增大。這是因為隨著淺探測模式到深探測模式，儀器的探測半徑在加大，這時下圍巖的電阻率也在增大，所以造成測得的電阻率不斷增大。

圖5 斷層上圍巖響應(yīng)曲線Fig.5 Response curve of upper surrounding rock of fault

4.3 上下圍巖電阻率相同時的影響

模型地層參數(shù)：上圍巖電阻率與下圍巖電阻率設(shè)置的相同，分別是0.2 Ω·m、2 Ω·m、10 Ω·m、40 Ω·m、100 Ω·m，分別分析對比了這五種圍巖電阻率響應(yīng)曲線；圖7為同一圍巖影響因素下不同探測模式的響應(yīng)曲線，部分數(shù)據(jù)響應(yīng)特征如圖7所示，其中橫坐標x為不同的鉆遇位置（m），縱坐標Ra為不同的視電阻率（Ω·m）。

通過數(shù)據(jù)分析可知：1）在探測模式相同及鉆遇到斷層下盤時，儀器測得的視電阻率會隨著圍巖電阻率的增加而減??；2）在圍巖電阻率在10～40 Ω·m之間時，測得的R1到R5之間電阻率之差不超過1 Ω。

圖6 斷層下圍巖響應(yīng)曲線Fig.6 Response curve of lower surrounding rock of fault

5 結(jié)論

1）在斷層傾角不斷增大時，斷層上下盤的電阻率響應(yīng)曲線也漸漸趨于平緩。鉆遇到破碎帶位置時，斷層傾角越小的斷層測得的破碎帶視電阻率越大。

2）在相同探測模式及相同鉆遇位置下，斷層上盤測得的視電阻率會隨著斷距的增大而減??；出現(xiàn)這種規(guī)律是因為儀器在井中的測量半徑是固定的，隨著斷距的增大，破碎帶長度也在增大，模型中破碎帶設(shè)置電阻率為17 Ω·m，且隨著探測半徑的增加，斷距越大，測得的視電阻率受到破碎帶及圍巖電阻率影響越大。

圖7 圍巖響應(yīng)曲線Fig.7 Response curve of surrounding rock

3）在斷層為逆斷層，斷距固定且斷層傾角固定時，斷層上盤的視電阻率受到下圍巖電阻率的影響相對于受上圍巖電阻率的影響較大，斷層下盤的視電阻率受到上圍巖的電阻率影響相對于受下圍巖電阻率影響較大。