致密储集层裂缝常规测井识别描述与评价

致密储集层裂缝常规测井识别、描述与评价——以川东北元坝须三段为例区域地质概况裂缝特征描述及测井识别1、裂缝特征2、测井响应特征3、裂缝交会分析4、裂缝逐步判别5、裂缝参数解释6、裂缝综合识别标准建立裂缝发育控制因素裂缝分布综合评价区域地质概况裂缝特征描述及测井识别1、裂缝特征2、测井响应特征3、裂缝交会分析4、裂缝逐步判别5、裂缝参数解释6、裂缝综合识别标准建立裂缝发育控制因素裂缝分布综合评价区域地质概况一、构造特征：元坝地区位于四川盆地东北部，构造上位于川中隆起北部的梓潼—苍溪鼻状构造带、仪陇—平昌平缓构造带和川北坳陷的交会带。元坝气田西北部靠近龙门山断褶带，南部为川中隆起的北部斜坡延伸部分，中间夹低洼的中央坳陷带。区域地质概况二、储层特征：其主要储集层为致密砂岩；岩石类型以中粗粒钙屑砂岩、粉细砂岩为主；中粗粒钙屑砂岩孔隙度平均值2.61%，渗透率平均值0.016mD，粉细砂岩孔隙度平均值1.82%，渗透率平均值0.029mD，属低孔低渗致密砂岩储集层；储集层裂缝较发育，裂缝对改善储集层的孔隙度和渗透率均有较大影响，对产能具有重要控制作用。区域地质概况裂缝特征描述及测井识别1、裂缝特征2、测井响应特征3、裂缝交会分析4、裂缝逐步判别5、裂缝参数解释6、裂缝综合识别标准建立裂缝发育控制因素裂缝分布综合评价裂缝特征描述及测井识别一、裂缝特征①裂缝以水平缝（倾角小于5°）和低角度斜交缝（倾角为5°~45°）为主，占所观察裂缝总数9.7%；垂直裂缝（倾角大于85°）和高角度斜交缝（倾角为45°~85°）发育相对较少；②有效裂缝（未充填或半充填裂缝）与全充填裂缝数大致相当，裂缝有效率达到52.3%，裂缝充填物主要为方解石或炭质。一般而言，裂缝形成时间越早，越易被方解石等矿物充填。裂缝充填率和半充填率统计表明，垂直裂缝和高角度裂缝形成时间较低角度和水平缝晚，裂缝倾角越大形成时间越晚；裂缝特征描述及测井识别③须三段岩性主要为砾岩、砂质砾岩、中-粗粒钙屑砂岩、岩屑石英砂岩以及泥岩。泥岩中裂缝较为发育，约占岩心裂缝总数的55.3%，且以充填裂缝为主，此类裂缝形成时间较早，裂缝有效性较差。砂岩中裂缝主要分布在中-粗粒钙屑砂岩中，以未充填裂缝为主，裂缝有效性较高，利于地下天然气的流动。④天然裂缝主要为张性裂缝，缝面弯曲、粗糙且凹凸不平，多见方解石等充填物；亦可见剪切破裂缝，此类裂缝缝面平滑，无充填物，常见擦痕阶步等缝面特征。裂缝特征描述及测井识别二、裂缝测井响应特征据元坝地区须三段12口钻井岩芯的观测，主要发育低角度裂缝和高角度裂缝两类。低角度裂缝的声波曲线主要呈“鼓包”或“微齿”特征(图1)；岩心观察发现，这些低角度裂缝为充填或半充填缝；高角度裂缝(图2)研究区发育少，双侧向曲线主要呈微小差异特征。裂缝特征描述及测井识别三、交会图分析通过岩心刻度常规测井资料，在砂岩中提取了38个裂缝样本及非裂缝样本，其中岩心观察到的裂缝按充填性质分为未充填缝、半充填缝、全充填缝。依据所提取的各样本测井特征参数，采用交会图的方法对样本测井参数特征进行分析,包括GR与AC、CNL与AC、DEN与AC、CNL与DEN、RD与AC、RS与AC、AC与|RD-RS|、DEN与|RD-RS|交会图（图3～4为其中2种）。裂缝特征描述及测井识别三、交会图分析AC能对未充填裂缝和半充填裂缝与全充填裂缝和非裂缝的区分具有一定效果。自然伽玛，中子孔隙度对于裂缝的识别效果很差，DEN对于未充填裂缝的区分效果显著，未充填裂缝常因裂缝开启而密度降低，但电阻率的区分效果不是太明显。裂缝特征描述及测井识别四、裂缝逐步判别据判别结果：利用声波时差和密度两个参数所建立的判别准则可以将有效裂缝与非裂缝很好的识别出来。通过以上判别系数建立的判别方程为：有效裂缝判别函数：Y1=-21.113+39.776×AC+39.345×DEN非裂缝判别函数：Y1=-21.726+27.06×AC+45.782×DEN裂缝特征描述及测井识别通过计算和统计，应用上述有效裂缝和非裂缝的38个样本，其概率值分布如图所示。图中有效裂缝主要集中在概率为76%～100%的范围中。因此，将常规测井有效裂缝的概率判别范围定为76%～100%。裂缝特征描述及测井识别上述逐步判别识别原理及概率计算结果，对本研究区的单井进行有效裂缝识别，所识别出来的裂缝发育段与岩心上所观察到的裂缝特征一致，吻合性较高。裂缝特征描述及测井识别五、裂缝参数解释1、裂缝孔隙度计算对于双侧向测井来说，通常假定：①泥浆侵入裂缝后，井壁附近裂缝中油气被驱走（Sxofr→1），但基块中未受侵入影响；②深侧向可以探测到原状地层，裂缝中充满油气（Swfr=0），深浅侧向有幅度差：考虑深侵入的影响，把RLLd用RT代替于是有：（1）11mfrfrmLLsRRRT裂缝特征描述及测井识别五、裂缝参数解释2、裂缝宽度计算由于据岩心裂缝观察与统计，研究区裂缝主要以水平缝和低角度裂缝为主，且倾角大多数均小于30度。水平缝与深浅双侧向电流的径向流动是一致的。当裂缝具有一定张开度时，泥浆较无缝时深入侵，使深浅双侧向探测深度近于一致，RLLS≈RLLd，幅度差小。因此根据裂缝与井眼关系，推导出的低角度裂缝宽度的倾向测井计算公式。（2）1.51coscosbmCCbCg裂缝特征描述及测井识别六、裂缝综合识别标准建立交会图分析认为砂岩中密度与声波时差响应比较明显，电阻率相对偏低，在声波时差大于64μs/ft和密度小于2.68g/cm3时能将有效裂缝与无效裂缝（包括非裂缝）识别开。利用逐步判别原理对砂岩进行裂缝识别，是研究区最佳的一种识别方法，但是在利用判别中所建立的函数方程进行裂缝识别时，还应考虑相应的判别概率。前面已论述认为砂岩中有效裂缝的判别概率大于0.76。裂缝特征描述及测井识别据深浅双侧向电阻率对于裂缝宽度和孔隙度的研究认识，对本研究区砂岩裂缝样本以及单井进行了裂缝常规测井参数解释。对于砂岩层，有效裂缝的测井解释裂缝孔隙度大于0.8%、测井解释裂缝宽度大于0.005mm，而无效裂缝的测井解释孔隙度基本上小于0.8%、测井解释裂缝宽度小于0.005mm；综上所述，可建立研究区砂岩层有效裂缝识别的综合标准区域地质概况裂缝特征描述及测井识别1、裂缝特征2、测井响应特征3、裂缝交会分析4、裂缝逐步判别5、裂缝参数解释6、裂缝综合识别标准建立裂缝发育控制因素裂缝分布综合评价裂缝发育控制因素元坝地区须三段天然裂缝的形成和发育受到岩性、岩层厚度、构造作用和断层等多因素控制。根据对影响裂缝发育因素的分析，可建立研究区裂缝发育模式，并为裂缝的分布评价提供重要依据：（1）岩性地层的岩石性质不同，其强度性质也有差异，在相同的应力环境中破裂程度也各不相同。岩心观察结果表明，泥岩层中裂缝最为发育，多为剪切破裂；中-粗粒钙屑砂岩脆性大，裂缝较为发育；岩屑石英砂岩、砂质砾岩和砾岩中裂缝相对不发育，裂缝有效性差。常规测井裂缝识别结果表明，须三段泥岩层的裂缝发育指数（裂缝发育段厚度/岩层厚度）为0.3236，较砂岩层（为0.1714）高，与岩心观察结果较为吻合。由此看出，须三段岩性对裂缝的形成具有一定影响，储集层段中-粗粒钙屑砂岩利于裂缝发育。裂缝发育控制因素元坝地区须三段天然裂缝的形成和发育受到岩性、岩层厚度、构造作用和断层等多因素控制。根据对影响裂缝发育因素的分析，可建立研究区裂缝发育模式，并为裂缝的分布评价提供重要依据：（1）岩性地层的岩石性质不同，其强度性质也有差异，在相同的应力环境中破裂程度也各不相同。岩心观察结果表明，泥岩层中裂缝最为发育，多为剪切破裂；中-粗粒钙屑砂岩脆性大，裂缝较为发育；岩屑石英砂岩、砂质砾岩和砾岩中裂缝相对不发育，裂缝有效性差。常规测井裂缝识别结果表明，须三段泥岩层的裂缝发育指数（裂缝发育段厚度/岩层厚度）为0.3236，较砂岩层（为0.1714）高，与岩心观察结果较为吻合。由此看出，须三段岩性对裂缝的形成具有一定影响，储集层段中-粗粒钙屑砂岩利于裂缝发育。（2）岩层厚度当岩性、埋深、构造部位等地质条件相同时，薄层岩石的裂缝密度要比厚层岩石的密度大，即岩层厚度越薄，裂缝越发育。据常规测井裂缝识别结果，编制岩层厚度与裂缝发育指数之间的关系，常规裂缝发育指数与岩层厚度呈明显的幂负相关趋势，岩层厚度越大，裂缝发育指数越低。裂缝发育控制因素（3）构造变形强度构造裂缝是构造应力作用下的产物，因此构造变形强度对裂缝发育及分布起着一定作用。当岩层受构造应力挤压时，会沿着某一方向发生弯曲变形（初始状态应是无弯曲的岩层），中性面以上承受拉张应力而形成张性裂缝；中性面以下则承受挤压应力，不能形成张性裂缝。元坝地区须三段储集层裂缝属于构造裂缝，且主要为张性裂缝（包括地层弯曲，因派生应力产生的拉张裂缝和变形产生的挤压应力大于岩石抗压强度时产生的扩张裂缝），由此可利用构造主曲率法来预测须三段构造裂缝的分布。须三段顶面构造主曲率计算结果反映出构造曲率值越大，拉张应力也越大。结合岩心统计结果，所计算的构造主曲率值较高的单井，岩心裂缝线密度也相应较高，岩心裂缝线密度与主曲率值呈现良好的正相关性。构造变形对须三段储集层裂缝的形成具有一定控制作用，构造变形越大，裂缝越发育。裂缝发育控制因素裂缝发育控制因素（4）断裂作用断层是岩石中的一种破裂面。断层在形成过程中，两盘会相对错动，在构造活动过程中，其派生应力可使断层附近地层产生新的破裂。因此，断裂发育带是天然的裂缝发育带，断裂带同生或者伴生裂缝。断层相伴生的裂缝系统，常常与断层间的距离及断层规模具有一定的关系。须三段测井识别裂缝发育指数与到断层的距离呈一定的负相关关系，即裂缝距断层的距离越近，裂缝越发育；断层规模越大，裂缝也越发育（图2）。对比岩心观察结果，元坝地区须三段靠近断层的气井，岩心破碎；距离断层较远的井，岩心形态相对比较完整。因此，断裂作用对元坝地区须三段储集层裂缝的形成具有较大的影响。区域地质概况裂缝特征描述及测井识别1、裂缝特征2、测井响应特征3、裂缝交会分析4、裂缝逐步判别5、裂缝参数解释6、裂缝综合识别标准建立裂缝发育控制因素裂缝分布综合评价裂缝分布综合评价采用网格计算组合评价方法，同时考虑须三段构造、断裂、层厚以及岩性。按照各影响因素与岩心裂缝、常规测井裂缝等识别结果相关性的高低，确定各加权因子的权重。评价思路：①根据各裂缝发育控制因素与岩心、测井识别结果的相关关系，以各因素相关性贡献比高低设定各因素权因子；②对工区进行空间网格离散；③进行单井岩性识别，对不同岩性厚度分布进行网格化处理；④根据断层与裂缝所建立的伴生裂缝密度关系，进行编程处理，建立断裂带裂缝密度网格；⑤基于屈曲薄板岩层主曲率计算方法，建立工区构造主曲率值离散网格；⑥最后按照（1）式计算出各网格点（120m×100m）的裂缝综合评价参数Zf，基于网格节点的变差函数分析，编制须三段裂缝综合评价指数图。裂缝分布综合评价根据岩心及测井裂缝识别结果，对照评价图，确定裂缝综合评价指数高值区（Zf＞0.45）对应裂缝发育区域；中值区（0.30＜Zf＜0.45）对应裂缝较发育区域；低值区（Zf＜0.3）对应裂缝不发育区，以此来对裂缝平面分布进行预测评价。裂缝综合评价结果表明，裂缝发育带主要集中在西部中-粗粒钙屑砂岩厚度大、层间夹层薄、具有一定断裂作用和构造变形的九龙山鼻状构造南延地区；东部断裂带由于地层厚度大，层间岩层厚度连续，且处于构造作用相对较弱的平缓构造带，裂缝相对不发育。裂缝分布综合评价综合构造、断裂、层厚以及岩性因素对须三段裂缝的综合评价结果，与常规裂缝识别结果吻合率达到87.9%，且与单井测试产量也具有较高吻合度，符合须三段裂缝为气井高产控制因素的勘探实际，裂缝综合评价指数越高，单井测试产量也越大（如图）。