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储层裂缝表征及预测研究进展

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科技 导报 2013,31(21)0 引 言裂 缝性油气藏是近年油气勘探开发的重点 ,如何对裂缝进行准确表征 ,对不同类型裂缝的识别 、分布规律的预测以及如何建立更加贴近实际的裂缝性油气藏地质模型 ,一直以来都是研究的重点和难点[1,2]。 为 此 ,国内外学者做了很多努力 ,最早的研究方法是通过对露头 、岩心 、薄片等地质分析来对裂缝特征进行描述 ,如 ]在 薄片观察的基础上 ,提出了裂缝孔隙度 、渗透率以及体密度的计算方法 ,出裂缝强度等概念[4]。 随测井技术的发展 ,利 用常规测井数据分析 ,总结出了一系列数学统计方法 :神经网络法 、多元统计 、灰色关联等 ,罗贞耀 、戴俊生等[5,6]提 出了裂缝物性参数计算方法 。 在裂缝预测方面 ,主要有数值模拟 、非线性理论预测等方法 ,包括构造曲率法 、构造应力场数值模拟 、二维 、三维有限元数值模拟 、物探方法等[2,7]。本 文通过系统总结分析储层裂缝表征及预测研究进展唐 诚中石化西南石油工程有限公司地质录井分公司,四川绵阳 621000摘要 全 面 、准确对致密储层的裂缝网络进行定量表征及预测影响着裂缝性油气田的高效开发 。 在系统调研国内外裂缝研究成果且详细对比分析的基础上 ,从地质分析 、测井识别 、构造曲率法及应力场模拟 、地震裂缝检测 、非线性理论方法等着手 ,总结出了储层裂缝表征及预测研究的进展 。 研究表明 ,根据成因将储层裂缝划分为构造裂缝和非构造裂缝两大类 ,构造缝包括区域性裂缝 、局部构造缝和复合型构造缝 ,局部构造缝指与断层和褶皱相关的裂缝 ;非构造缝主要分为收缩缝和与表面有关的裂缝两大类及 9 个亚 类 ,裂缝类型不同 ,其特征及成因机理也不同 。 采用地质分析与测井解释相结合 ,建立露头 、岩心与测井的识别模式对裂缝进行准确识别 。 利用地质 、测井和构造应力等资料 ,建立数学模型 ,对裂缝参数进行定量计算 。 详细阐述并分析了多种裂缝预测方法的优缺点 ,最终指明了储层裂缝研究的不足与发展方向 。关键词 裂 缝性储层 ;裂缝表征 ;裂缝识别 ;裂缝预测中图分类号 献标志码 A 21000, t is of to on of of so of It is be to in is to of be of 2 of of is of of be of of of of 2013回日期:2013唐诚,工程师,研究方向为石油地质录井与信息技术研究,电子信箱:110880280@文章 (4C M Y 报 2013,31(21)图 2 像测井图像裂缝产状特征2 of 缝参数的定量计算定性识别裂缝不能满足勘探开发的需求 ,对裂缝参数的定量计算国内外学者进行了较多的探索 ,大致有以下一些计算方法[1,2,5]。(1) 基 于岩心 、薄片观察的裂缝参数计算方法 。裂缝密度一直被认为是最重要的定量表征裂缝发育程度的参数 ,在岩心上 ,分别从线 、面 、体对裂缝密度分析 。 线密度表示裂缝条数与岩心长度的比值 ,面密度表示累计裂缝长度与所观测岩心裂缝面积的比值 ,体积密度表示裂缝总表面积与岩心总体积的比值 。 岩心裂缝密度可采用分形方法计算 。 在薄片上 ,采用面积法统计计算裂缝面密度 。利用岩心观测结果统计所得到的裂缝宽度 、裂缝间距等参数资料可计算裂缝的孔隙度和渗透率 。 微观裂缝孔隙度采用薄片面积法计算 , 表示为微裂缝面积与薄片总面积的比值 。微观裂缝渗透率一般采用 提出的计算方法[16]。(2) 基 于测井资料的裂缝参数计算 。井壁成像测井不仅仅可定性评价裂缝 ,还可以定量评价裂缝参数 ,如视裂缝长度 、密度 、宽度 、孔隙度 。 成像测井探测深度较浅且存在井眼扩大 、 含其他导电矿物等因素影响 ,所以将计算参数称为视参数[17]。 视裂缝长度为 单位面积井壁上裂缝长度的和 , 视裂缝密度为单位长度井壁上的裂缝条数 ,视裂缝宽度一般依据 [18]所 得研究成果 。视孔隙度为单位面积井壁上裂缝累计面积 。研究表明 , 利用双侧向测井可有效地计算裂缝宽度 、孔隙度 、渗透率等参数 ,按倾角将裂缝定义为水平缝 (75°),目前较为普遍采用季宗镇等根据深 、浅电阻率数值建立的计算模型[19],分别计算不同 倾角裂缝宽度 。 根据 建立的算法 ,计算裂缝孔隙度 。 最后将裂缝渗透率 为0 ,ζ为 裂缝开度 ,μm;Φ缝孔隙度 ,%。(3) 基 于构造应力的裂缝参数计算 。地应力是形成裂缝的根本原因 ,仅利用构造应力场模拟结合库伦 与格里菲斯准则对裂缝发育程度进行定性或半定量预测 , 满足不了油气田开发的需求 。 对裂缝开度 、密度 、孔隙度 、渗透率的计算是双孔双渗裂缝性油气藏地质建模的基础 。 季宗镇 、戴俊生等[19,20]定 义了在应力作用下的裂缝空间分布状态 ,基于岩石力学及断裂力学 ,建立了三向挤压应力状态的裂缝参数定量计算模型 。 基本原理为岩石在应力作用下发生应力变形 ,若应变能释放率与所产生的单位面积裂缝表面能密度相当 ,岩层发生断裂变形 ,在此过程中 ,可认为断裂发生释放的应变能等于新增裂缝的表面能量 。 因此 ,提出了在三向挤压应力状态下裂缝参数计算模型 。2 裂 率法和构造应力场模拟法多年来 ,构造曲率分析预测裂缝取得很大进展 ,但曲率法只能预测受力脆性岩层发生抗张应力而形成的张裂缝 ,且不考虑岩层的塑性变形 ,发展至今 ,最主要的是主曲率法及高斯曲率法 。 曲率表示为圆半径的倒数 ,曲率值的大小与裂缝发育程度成正比 , 首先需要采用多项式对趋势面进行拟合 ,以求剔除因测量误差造成的异常 ,拟合后得到曲面表达式 ,然后选用差分方法计算微分 ,得到每个数据点的两个曲率值 。 高斯曲率表示的是某点的最大 、最小曲率的乘积 ,高斯直 立 ,是重泥浆作用导致井壁压裂而成 (图 1(d))。 此外成像测井还可识别裂缝产状 ,裂缝的倾角为正弦曲线的幅度 h 与井 径 d 的 比值 ,正弦波最低点或者最高点所对应的方向即为裂缝倾向[15](图 2)。 成像测井数据可提供大量有价值的裂缝参数的信息 ,其精度和分辨率都很高 ,在进行裂缝预测时 ,往往是最好的资料 。 但是其成本过高 ,不可能实现每口井 、全井段测定 。因此 ,在利用测井资料识别裂缝时 ,应当将岩心 、薄片观察和成像资料刻画常规测井 ,建立常规测井识别模式 ,结合测井交会图 ,对裂缝进行高效识别 。(a) 高角度缝和水平缝(a) b) 低 角度缝(b) c) 网 状缝(c) 文章 (6C M Y 报 2013,31(21)性 油气藏的大量发现 ,特别是以北美为代表的页岩气勘探开发的巨大成功 ,泥页岩裂缝研究越来越受到重视[35]。 近 年来泥页岩裂缝研究在理论 、技术都取得了较大进展 ,同砂岩和碳酸盐岩裂缝研究一致 , 泥页岩裂缝研究主要包括裂缝成因 、分类 、发育特征以及定性到定量识别与预测等[36,37]。 泥 页岩裂缝也可分为构造缝和非构造缝 , 但泥页岩塑性较其他岩性强 ,表现为韧性破裂 ,高角度剪切缝和张扭缝主要发育于层间 ,低角度滑脱缝发育于层面 ,特别是与砂岩接触区 ;非构造缝成因与其他岩性基本一致。 泥页岩裂缝的识别方法主要有岩石学法 、地质法 、测井 、钻井 、录井法 、地震法 、井间压力干扰试井法等 。 国内外学者建立的地球物理模型和数学模型 ,目前已在泥页岩研究中得到较好应用 。 对泥页岩裂缝的研究 ,最终还需落实到对裂缝分布规律的预测 ,目前可采用地质分析法 、异常孔隙流体压力法 、地震属性与地震能量吸收分析法以及构造应力场模拟等 。 同时 ,以往对泥页岩裂缝研究较少 ,起步晚 ,目前也还有很多问题 ,今后一段时间将致力于宏观与微观裂缝研究相结合 ,对裂缝主控因素进行定量化研究 ,建立裂缝评价的标准参数体系 。 此外 ,对于依赖于裂缝发育的泥页岩储层 ,需要更加重视对裂缝储集性能与渗流特性的研究 。(2) 机 制研究的物理仿真模拟 。 裂缝的成因问题虽一直以来是裂缝研究的重点 ,但致缝成因仍有较多观点 ,特别是对于非构造成因的裂缝 ,一直以来研究不系统 ,地位越来越重要 。 采用物理模拟被认为是很好的方法 ,包括相似材料模拟 、光弹模拟 ,通过进行岩石力学实验 ,结合构造演化 ,根据实际条件分析确定不同的地质力学边界 , 选取不同的材料(砂 、黏土 、橡皮泥等 ),对裂缝的产生进行物理模拟 ,认识裂缝的成因机制 。 光弹模拟是在光照射下受力材料发生弹性变形产生规则的干涉条纹而反映应力情况 ,再结合应力应变关系 ,可建立裂缝成因模式 。(3) 断 层有关裂缝定量描述 。 与断层和褶皱有关的裂缝一直以来都是裂缝研究的热点 ,目前常规背斜构造油气藏已越来越少 ,与断裂 、裂缝相关的油气藏成为勘探开发的重点 ,开展断层伴生与派生相关的裂缝定量描述很有必要 。 普遍认为 ,断层共生裂缝与断层距离呈反比趋势 ,裂缝密度是岩性 、埋深 、断层类型等的函数 ,断层上盘裂缝较下盘发育 ,断层末端 、外凸及交汇处等应力集中区裂缝发育 ,2012 年 李小刚等[38]通 过建立断层相关裂缝空间和断面脱空空间的置换模型 ,推导出断层裂缝空间的定量计算公式 ,提出断层裂缝的定量描述方法 。 但总体来说 ,对断层相关裂缝定量描述思路欠缺 ,建立完善的定量化评价模型将是今后的发展趋势 。(4) 多 方法裂缝定量评价技术 。 裂缝发育程度的定量评价至今没有一个统一的标准 , 而影响裂缝发育的因素多 ,各因素间关系复杂 ,因此裂缝定量评价标准的制定还有较大的难度 。 对裂缝参数的计算以及裂缝分布规律的预测 ,目前已有多种数学及物理方法 ,仍没有一种完善的方法能准确描述裂缝基本情况 ,且各种方法在不同地区 、不同层位裂缝计算中精确度不一 ,在不断提高裂缝认识准确度的同时 ,最大限度地运用地质 、物探 、油藏工程等不同专业的综合信息 ,紧密结合动态 、静态资料 ,不断提高裂缝预测精度 ,使裂缝研究趋向定量化发展 。(5) 裂 缝形成后的成岩后生改造问题 。 地质历史时期形成的裂缝可能因充填而闭合 ,或是被溶蚀而扩大 ,所以在裂缝有效性方面的预测还有很大难度 。参考文献 (1] 童 亨茂 . 储层裂缝描述与预测研 究进展 [J]. 新疆石油学院学报 , 2004,16(2): 2004, 16(2):92] 苏 培东 , 秦 启荣 , 黄 润秋 . 储层裂缝预测研究现状与展望 [J]. 西 南石油大学学报 , 2005, 27(5): 2005, 27(5): 143] D. of ]. 1982.[4] , H. of by of J]. 1996, 18(5):6735] 罗 贞耀 . 用侧向资料计算裂缝张开度的初步研究 [J]. 地 球物理测井 ,1990, 14(2): 1990, 14(2): 836] 戴 俊生 , 汪 必峰 . 综合方法识别和预测储层裂缝 [J]. 油 气地质与采收率 , 2003, 10(1): 1003, 10(1): 18.[7] 宋 永东 , 戴 俊生 . 储层构造裂缝预测研究 [J]. 油 气地质与采收率 , 2007,14(6): 2007, 14(6): 98] 张 鹏 , 侯 贵廷 , 潘 文庆 ,等 . 新疆柯坪地区碳酸盐岩对构造裂缝发育的影 响 [J]. 北 京大学学报 : 自 然科学版 , 2011, 47(5): et 2011, 47(5): 8319] 曾 联波 , 李 跃纲 , 张 贵斌 , 等 . 川西南部上三叠统须二段低渗透砂岩储层裂缝分布的控制因素 [J]. 中 国地质 , 2007, 34(4): et 2007,34(4): 62210] 郭 璇 , 钟 建华 , 徐 小林 , 等 . 非构造裂缝的发育特征及成因机制 [J]. 中国石油大学学报 , 2004, 28(2): et 2004, 28(2): 611] 秦 启荣 , 苏 培东 . 构造裂缝类型划分与预测 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