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致密砂岩储层裂缝测井识别评价方法研究进展_赖锦

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致密 砂岩 裂缝 测井 识别 评价 方法 研究进展 赖锦
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2015年第 30卷 第 4期2015,30(4):1712-1724地球物理学进展Progress in Geophysicshttp/www.progeophys.cnISSN 1004-2903CN 11-2982/P赖锦 ,王 贵 文 ,孙思勉 ,等 .2015.致密砂岩储层裂缝测井识别评价方法研究进展 .地球物理学进展 ,30(4):1712-1724,doi:10.6038/pg20150426.LAI Jin,WANG Gui-wen,SUN Si-mian,et al.2015.Research advances in logging recognition and evaluation method of fractures in tightsandstone reservoirs.Progress in Geophysics(in Chinese),30(4):1712-1724,doi:10.6038/pg20150426.致密砂岩储层裂缝测井识别评价方法研究进展Research advances in logging recognition and evaluation method of fractures intight sandstone reservoirs赖锦1,王贵 文1,2*,孙思 勉3,蒋晨4,周磊5,郑新 华5,吴庆 宽5,韩闯5LAI Jin1,WANG Gui-wen1,2*,SUN Si-mian3,JIANG Chen4,ZHOU Lei 5,ZHENG Xin-hua5,WU Qing-kuan5,HAN Chuang5收稿 日 期2014-08-27;修回 日 期2014-12-10.    投稿网 址http//www.progeophys.cn基金项 目国家大型油气田及煤层气开发科技重大专项 “低渗透碎屑岩储层品质与岩石物理相测井评价方法 ”(2011ZX05020-008)、国家自然科学基金项目 “致密砂岩储层成岩相测井识别方法研究 ”(41472115)和中石油创新基金 (2013D-5006-030)联 合资 助.作者简介赖锦 ,男 ,1988年生 ,江西 赣州人 ,博士研究生 ,主要从事沉积学 、储层地质学与测井地质学研究 .(E-mail:sisylaijin@163.com)*通讯作 者王贵文 ,男 ,1966年生 ,山西 大同人 ,教授 ,博士生导师 ,从事沉积学 、储层地质学与测井地质学方面的教学与科研工作 .(E-mail:wanggw@cup.edu.cn)1.中国石油大学地球科学学院,北京1022492.中国石油大学油气资源与探测国家重点实验室,北京1022493.中国石油大庆油田榆树林公司,大 庆1630004.中国石化华东油气分公司勘探开发研究院,南京2100115.中国石油塔里木油田公司勘探开发研究院,新疆库 尔勒8410001.College of Geosciences,China University of Petroleum,Beijing102249,China2.State Key Laboratory of Petroleum Resource and Prospecting,China University of Petroleum,Beijing102249,China3.Yushulin Oilfield Subcompany of Daqing Oilfield Company,Daqing163000,China4.Exploration &Development Scientific Research Institute,East China Bureau of Petroleum,SINOPEC CORP,Nanjing210011,China5.Research Institute of Petroleum Exploration and Development,Tarim Oilfield Company,CNPC,Korla841000,China摘要致 密 砂 岩油气资源潜力巨大 ,但由于其岩性致密 、基质孔隙结构复杂且非均质性强 .储层含油气性和产能对裂缝的依赖性强 ,裂缝的测井识别与评价是致密砂岩储层油气勘探开发的关键 .致密砂岩储层本身的非均质性以及裂缝分布复杂 、规律性差导致目前尚缺乏一个能全面解决裂缝精细描述与刻画的研究方法 ,在地下裂缝识别和裂缝参数定量表征方面都尚未形成完整的方法理论体系 .本文由此拟从裂缝发育控制因素出发 ,对裂缝分类方案进行归类总结 ,最后就测井资料在裂缝定性识别和裂缝参数定量表征方面的应用做一综述 ,以期能弥补裂缝性致密砂岩储层测井评价的薄弱现状 ,并有助于裂缝空间分布预测的研究 .关键词裂缝 ;致密砂岩 ;测井识别评价 ;有效性评价中图分类号TE112.2,P631文献标 识码Adoi:10.6038/pg20150426Abstract The tight sandstones are of great potentials for oiland gas exploration,however,they are often characterized bydense lithology,complicated matrix pore structure with strongheterogeneity.The oil and gas bearing properties andproductivity are strongly dependent on the fracturedevelopment,so the logging identification and evaluation forfractures are of great importance for the petroleum explorationand development for fractured tight sandstones reservoirs.Buton the other hand,due to the internal heterogeneity andcomplexity of fractures tight sandstones,there are no loggingmethods available to solve the al problems encountered in thedetailed description and characterization of fractures,and thereare no complete method and theory systems for the fracturesidentification and quantitative characterization of fractureparameters.This paper,aims at the application of loggingcurves in the qualitative analysis and quantitative calculation offractures,summarizes the classification scheme for fracturesfrom the geological factors controling the fracturedevelopment.It is hoped that the research results would makeup weak research status in logging evaluation of fractures,andcould provide guidances for the space distribution research offractures.Keywords fractures;tight sandstones;logging recognition andevaluation;fracture effectiveness evaluation 2015,30(4) 赖锦 ,等 :致密砂岩储层裂缝测井识别评价方法研究进展(www.progeophys.cn)0 引言致密砂岩储层作为一类分布广泛 、油气 资 源潜力巨大的非常规储集体 ,日益引起广泛关注 (帅燕华等 ,2013).现如今作为非常规能源的 致密油气在全球能源结构扮演着越来越重要的角色 ,已成为油气勘探开发的新热点 ,同时也是石油工业的发展趋向 (邹才能等 ,2012;戴金星 等 ,2012;赵靖舟等 ,2013).然而致密砂岩储层在漫长的地 质历史时期经历复杂的成岩和构造作用 改造 ,现今一般表现为岩性致密 、孔隙小 、喉道细 、孔喉连通性差且非均质性强的特征 (曾联波等 ,2007a,2008a).同时由于岩石致密,强度及脆性程度较大 ,受岩 性 、层厚 、构造挤压及应力等因素影响 ,岩石会不同程度地产生裂缝 (曾联波等 ,2007a;王香增 和万永平 ,2008;张志强和 郑军卫 ,2009).裂缝 ,是岩石中由于构造变形或物理成岩作用形成的面状不连续 体 (孙炜等 ,2014).一般致密砂岩储层中只有发育裂缝 ,才能成为油气运移的良好通道 和储集空间 (罗群 ,2010;Zeng et al.,2013).因此基质孔渗性差的致密砂岩 储层 ,其产油气能力主要取决于储层中裂缝发育的情况 ,裂缝不仅可以使孤立的孔洞得以连通 ,发育成有效的储集空间 ,并显著改善基质渗透率 (Laubach,2003;史晓丽 等 ,2009;Ameen et al.,2009;Ozkan et al.,2011),降低了 有效储层物性下限 (李军等 ,2008).同时裂缝在流体流动和油井生产过程中扮演着重要的角色 ,决定了基质的泄油 气能力和油气井的供油面积 (周新桂等 ,2003;Zeng,2010;Baytok andPranter,2013;邸德家 等 ,2015).事实上,在 致密储层中 ,裂缝不仅控制着油气藏的分布 ,而且是油气藏开发方案研究的重点 内 容 (Savaet al.,2007;王 晓 畅 等 ,2008;Hennings,2009).由于储层含油气性和产能对裂缝的依 赖性极强,因此裂缝的识别是储层评价以及勘探部署的重要依据 (张筠 ,2004;李建良 等 ,2006;Tang et al.,2012).裂缝的形成机理、分类方 法 、裂缝的识别与裂缝发育特征的精细描述 、分布预测等是裂缝性致密砂岩储层勘探开发的关键 (蒲静和秦启荣 ,2008).1 裂缝发 育影响因素影响岩石破裂的主要 因素有 :岩石的受力方式 、非均匀性 、结构 、岩性与物性 、岩石厚度与埋深 、应力场分布等 (宋维琪等 ,2015).裂缝系统的成因机理研究可增加对裂缝形态和分布的可预测性 (范晓 丽等 ,2009).裂缝形成机理及控制因素分析以及裂缝的分布规律研究是储层裂缝预测和评价的重 要内容 (童亨茂 ,2006;Olsonet al.,2009),也是提 高该类油藏勘探开发效果的关键 (杨广林 ,2009).裂缝的发育程度主要受古构造应力场 、构造 位置 、沉积微相 、岩性及岩层厚度等内外因素的影响 ,由于不同部位构造应力分布的不均一性 ,从而使得其裂缝的发育程度也各具差异 (曾 联 波 等 ,2008b),在同一构造部位岩性和岩层厚度是影响裂缝发育的重要 因素 (Ameenet al.,2009;张筠等 ,2010;Zeng,2013).现今应力场影响裂缝的保存状态与渗流能力 ,通常与 现应力场最大主应力方向近平行的裂缝渗透性最好 ,但其它方向裂缝的渗流作用也不容忽视 (曾联波 ,2004).在不同的层位和构造部 位 ,由于其岩性组合 、岩相特征以及所受到的应力不同 ,裂缝的发育程度具明显差异 (曾联 波 和 周 天 伟 ,2004;Laubach et al.,2009).裂缝的形成与分布受储层岩性岩相和构造应力场双重因素的控制 ,它们分别是影响裂 缝发育程度的内因与外因 (徐言岗等 ,2004;童亨茂 ,2006;Fossenetal.,2007).1.1 构 造应 力场古地应力作用对储集层影响具有两面性 ,一方面是增加了油气储层评价的难度 ,但同时也扩大了油气勘探的领域(李军等 ,2011).构造应 力是控制裂缝形成与发育的重要因素 ,它主要通过控制不同构造部位的局部应力场分布来控制岩石裂缝发育程度 (曾联波等 ,2007b).如在褶 皱中 ,轴部和倾伏端部位等地应力相对集中的部位 ,裂缝发育密度大 ,而在翼部等构造主曲率小的部位 ,裂缝发育程度相对低 (曾联波 ,2004;Hennings,2009),总体而 言背斜核部比翼部裂缝较为发育 (韩登林等 ,2011).裂缝发育程度除了受褶皱因素影响外 ,还受 断层影响 ,断层是地应力集中释放的结果 (钟淑敏等 ,2005),是控制 裂缝发育程度的另一重要外部因素 ,由于断层活动造成的应力扰动作用 ,使断层附近的裂缝分布具明显分带性 (曾联波等 ,2007b).断层附 近应力相对集中,裂缝明显发育 ,远离断层 ,裂缝密度呈递减的趋势 (杨广林 ,2009).由于断层常可作为油气运 移通道 ,因此受断层控制的裂缝通常构成良好的油气储集空间 (Zeng et al.,2010).一般断层上盘裂缝较下盘发育 (曾联 波 ,2004),同时也受断层力学性质影 响 ,压扭断层裂缝最发育 、逆冲断层次之 、走滑断层再次之 、正断层相应最小(蒲静和秦启荣 ,2008).事实上 ,正如每一种构造样式在微观尺度上 都有其表现形式一样 ,裂缝是断裂在标尺缩小时的表现形式 (冯阵东等 ,2011;Zeng,2013),而微裂缝则是宏观裂缝的微 观表现 (王香增和万永平 ,2008).裂缝与断裂本质上没有区别 ,只是规 模和尺度不同 ,二者在形成机制上是类似的 (罗群 ,2010).断层一般是在裂缝大量发育的基础上进一步发展形成的 (吴 青鹏等 ,2006),由于岩石的破裂是一个微裂缝的不断发展演化过程 ,裂缝与断裂的形成可以是同一构造应力场不同 演化阶段的物质表现 (周新桂等 ,2003).地层在 构造应力作用下 ,宏观裂缝的产生必然伴随着微裂缝的形成 ,两者的发育趋势是一致的 (陈必孝和徐炳高 ,2003;Ortegaet al.,2006;Hooker etal.,2009).微裂缝,宏观裂缝以及断裂在 结构上是自相似的 ,在一定比例尺下的断裂体系具有分形特征 (饶 华 等 ,2009).因此可 以利用分形理论对裂缝密度和连通性等定量表征参数以及裂缝分布规律做精细描述 (王香增和万永平 ,2008).1.2 岩性岩 相裂缝的形成与分布除受构造应力控制外 ,在特定的地质应力条件下 ,岩石的组分和结构特征的差异导致的岩石机械强度的不同也会对其裂缝的发育程度产生影响 (周灿灿和杨春顶 ,2003;Ortega,2006;Ameen,2009).裂缝的分布与发育程度受 岩层控制 ,裂缝通常分布在岩层内 ,与岩层近于垂直 ,并终止于岩性界面上 (杨广林 ,2003;曾联波 ,2004;曾联波等 ,2008b).因此 ,岩性 是影响裂缝发育的主要内因 ,对裂缝的发育存在显著的影响 (蒲静和秦启荣 ,2008).在特定 的构3171地球物理学进展www.progeophys.cn  2015,30(4)造应 力 作用下 ,裂缝的发育程度会因岩性的不同而差异明显(曾联波等 ,2008b).影响裂缝发育的岩性因素主要是岩石成分 、颗粒大小和孔隙度等 ,岩石的力学性质因岩 石的组分 、结构和构造等不同而各异 (曾联波等 ,2008b;Laubachet al.,2009;陈胜等 ,2012).岩石成分主要是 指岩石中的石英、长石和钙质等脆性矿物 的含量 ,在相同条件下 ,脆性组分含量越高 ,岩石越容易发生脆性破裂 ,其裂缝发育程度越高 (杨广林 ,2009).相应地 ,随着塑性的泥质含量的 增加 ,裂缝密度变小 .岩石的颗粒大小也影响着裂缝的发育程度 ,颗粒越细 ,岩石在地质历史时期相应易于被压实而致密 ,导致其强度增大 ,在相同的地应力条件下更容易形成裂缝 ,因而较细颗粒岩石中裂缝更为发育 (曾联波等 ,2008b).另外 ,地层 中的裂缝密度与地层的厚度呈负相关性 (王香增和万永平 ,2008),同一应力环境下 ,薄砂层裂缝发育程度比厚砂层要大 (周 文等 ,2009).戴俊生 等 (2011)通过应 力场数值模拟结果也显示越薄的砂岩越容易产生构造裂缝 (戴俊生等 ,2011).因此一般砂岩 的裂缝密度比泥岩大 (王建 国等 ,2006),较纯净的砂岩随 着其 孔隙度减小 ,岩石强度将降低 ,在相同应力 条 件 下 ,更 易 产 生 破 裂 (曾 联 波 等 ,2008a;Ameen,2009).由粉砂 岩、细砂岩 、粉细砂岩或者是钙质砂岩组成的厚度较薄的致密层段 ,脆性较强 ,越易产生构造裂缝 (周灿灿和杨春顶 ,2003).1.3 非均质性和流体压力除了构造应力和 储层 岩性岩相特征能够控制岩石裂缝发育特征以外 ,其他因素如储层非均质性和流体压力也能影响裂缝的形成与分布 .异常流体压力可引起岩石内部的有效正应力下降 ,导致岩石剪破裂强度下降 ,容易产生裂缝 (曾联波等 ,2007b).而由于沉积和成岩作用造成 的岩层非均质性 ,也能一定程度上对不同方向裂缝的发育程度产生 影响 .前已述及 ,沉积因素主要通过控制不同部位的岩石组分 、粒度及层厚来控制其裂缝发育程度 (曾联波 ,2004).而由沉 积因素导致的沉积构造特征的差异也能对岩石裂缝的形成与分布产生影响 ,如交错层理 、层界面 、冲刷面等 ,由于这些界面本身属于应力薄弱面 ,在一定应力作用下容易沿界面裂开 (徐炳高等 ,2010).如徐炳 高等 (2010)研究表明交错层理的存在抑制了高角度裂缝 的产生 ,而刚性强度大 、交错层理不发育的块状砂岩易于形成高角度裂缝 (徐炳高等 ,2010).除沉积因 素外 ,储层成岩作用类型 、强度以及成岩演化过程导致的岩石致密程度和脆性程度的差异也会对裂缝的形成 、发展和分布产生明显影响 (申本科等 ,2005).如成岩 收缩裂缝 、颗粒粒内缝 、粒缘缝等成岩微裂缝的发育以及沿着裂缝的溶蚀与充填现象等 ,均说明成岩因素对于裂缝的产生和改造能产生影响 .2 裂缝分 类由以上研究可知 ,裂缝发育的成因机理复杂 ,影 响 因 素也众多 ,近年来不同的专家学者充分利用手头所拥有的资料 ,从不同的侧面对裂缝的成因机制和分类方案展开了深入探讨 ,并形成了各具特色的裂缝类型分类标准 (表 1).表 1裂缝分类方案Table 1 Division schedule of fractures作者 (年 代 ) 分类 依 据 裂缝类型Nelson;曾联波 等 (2007a) 控制天然裂缝形成的地质因素 构造裂缝 、区 域裂缝 、成岩裂缝 、收缩裂缝和与表面有关的裂缝吴 元 燕 等 (2005);曾 联 波 等(2009)力学成 因 剪裂缝 、张裂缝和张剪缝吴 元 燕 等 (2005);曾 联 波 等(2007a,2008)地质成 因构造裂缝和非构造裂缝 (成岩裂缝 、收缩裂缝 、卸载裂缝 、风化裂缝 、层理缝 )郝明 强 等 (2007) 裂缝面 形态 开启裂缝 、闭合裂缝 、变形裂缝和充填裂缝秦启 荣 等 (2006)成因 、分布 特征及其与主体构造的时空配置关系区域型 、局部型和复合型裂缝申 本 科 等 (2005);郝 明 强 等(2007)裂缝产 状 近水平缝 、斜交裂缝 、高角度裂缝和网状裂缝贺振 华 等 (2005)对流体 赋存和运移有实际贡献的尺度矿物颗粒的微裂缝 、岩石尺度的宏观裂缝 、地层尺度的小断裂和地质尺度的大断裂童 亨 茂 等 (2006);李 建 良 等(2006);张筠等 (2010)成像测 井解释天然裂缝 (高阻缝和低阻缝 )、诱导缝 (钻具振动缝 、井壁压裂缝和应力释放缝 )2.1 露头及岩心观察无论是野外露头观察和岩心描述 ,或 者是 岩石力学模拟实验 ,一般主要是根据裂缝的力学成因或地质成因进行精细分类 ,如裂缝按其力学成因机制一般可分为张裂缝 、剪裂缝和张剪裂缝 (郝明强等 ,2007;卞从胜 和王红军 ,2008;曾联波等 ,2009),分别代 表张应力 、剪应力以及二者综合作用形成的裂缝 (Olsonet al.,2009).而按其 地质成因一般可将裂缝分为构造裂缝和非构造裂缝两大类 ,其中的构造裂缝是致密4171 2015,30(4) 赖锦 ,等 :致密砂岩储层裂缝测井识别评价方法研究进展(www.progeophys.cn)储集层中发育的主要裂缝类型 ,对其中的油气勘 探 开发起着重要影响 (卞从胜和王红军 ,2008;曾联波 等 ,2009),主要包括 上述的张 、剪裂缝等 ,多与断层和褶皱等局部构造有关 ,另外也包括区域裂缝 ,区域裂缝是那些在在区域构造应力场作用下形成的分布广泛而不受局部构造控制的裂缝系统 (周文和戴建文 ,2008),一般具有分布规则 、产状 稳定 、规模大 、延伸较远 、裂缝走向平行于区域最大主应力方向 ,且为垂直张性裂缝的特征 (周文等 ,2009).区域裂缝系统同时也能广泛存在于 张 、剪裂缝不甚发育的构造平缓区域 ,对油气的运移和聚集起重要作用 (周文和戴建文 ,2008).而非构造裂缝主要 指收 缩裂缝 、卸载裂缝 、风化裂缝 、层理缝等 (Olsonet al.,2009),但其发 育较少 ,而非构造成因的成岩裂缝主要表现为矿物颗粒的粒内缝和粒缘缝 ,与沉积物在地质历史时期经历的强压实压溶或构造挤压作用有关 (表 1).如四川盆地须家河组致密砂岩由于在地质历史时期经历了较强的深埋作用 ,刚性的石英颗粒常发生破裂而形成裂纹 ,另外库车坳陷的巴什基奇克组储层由于经历较强的构造挤压作用 ,颗粒内部的以及穿越颗粒的微裂缝也较为发育 .2.2 测 井解 释分类常规测井由于资料精度限制 ,一般只能做到裂缝发育特征的精细判别 ,难以达到裂缝精细描述与分类的目标 ,而声电成像测井所得的图像不仅能够直观 、连续地显示出环井壁一周地层 岩 性 、结构和构造的微细变化 (高 霞 和 谢 庆 宾 ,2007),更可以 用于识别裂缝形态 、划分裂缝类型 ,还能够用于裂缝的定量分析 ,计算裂缝孔隙度 、裂缝密度等参数 (王晓畅等 ,2008),因而在 裂缝分类方面具有独到的优势 .由于通过成像测井资料可以直观 、形象 、清晰地得到井剖面的裂缝 ,包括裂缝的产状 、展开程度 、有效性和延伸情况等 (孙加华等 ,2006).因此根据成像测井一般将图像 上肉眼能识别拾取的裂缝分为两大类 ,即天 然裂缝和诱导裂缝 ,天然裂缝可进一步分为有效的高导张开缝和无效的高阻充填裂缝 (赵俊峰等 ,2008),钻井诱 导缝又可进一步分为钻具振动缝 、重泥浆压裂缝和应力释放缝 3类 (表 1)(陈莹和谭茂金 ,2003;张筠等 ,2010).另 外 ,无论是通过露头 、岩心观察抑或是成像测井解释 ,裂 缝均可按其产状分为水平缝 、垂直缝 、斜交缝和网状缝 (申本科等 ,2005;郝明强 等 ,2007).或根据 裂缝面的形态将其分为开启裂缝 、闭合裂缝 、变形裂缝和充填裂缝 (郝明强等 ,2007).此外,根据 据岩心观察 、成像测井和薄片鉴定等观测手段分辨率不同 ,广义的裂缝又可按其规模和尺度分为断裂 、宏观显裂缝和微观裂缝等 (贺振华等 ,2005).由于裂 缝的演化和岩石破裂具有自相似性 ,微裂缝作为宏观裂缝的雏型制约了宏观裂缝的形成与扩展 .且虽然微观裂缝一般用测井等常规手段无法识别 ,但对改善致密砂岩储层的孔隙结构和渗流性能起着积极的作用 (曾联波等 ,2007c).3 裂缝测 井识别评价方法裂缝的研究方法众多 ,但 最直接 、最有效和最可靠的方式仍是岩心的观察与描述 (罗群 ,2010),岩心观察能提供关于裂缝 产状 、力学性质 、充填特征和含油气性等的第一手资料 (周新桂等 ,2003),所以岩心观察是不可替 代的 ,一般全直径岩心优于小直径岩心 ,小直径岩心又比岩心柱塞样分析资料能更好地说明裂缝性质 (范晓丽等 ,2009).然而 ,受取 心技术和成本的限制 ,一个地区取心井和取心层段是十分有限的(罗群 ,2010),这阻碍 了由点到线再到面的裂缝识别与解释研究工作 ,只有以裂缝地质特征和岩心描述为依据 (钟淑敏等 ,2005),通过 “岩心 刻度测井 ”的方法建立相应的测井解释模型 ,在裂缝带定性识别的基础上实现裂缝参数定量计算才能更好地为油气勘探开发服务 (赵俊峰等 ,2008).虽然目前直接利用常 规测井曲线识别裂缝存在很大难度 (赵永刚等 ,2013),但利用其识别裂缝在方法和理论上均是可 行的 (高霞和谢庆宾 ,2007),根据不同测井序列对裂缝的响应 特征 ,一般可用于裂缝识别的常规测井资料有岩性曲线 、孔隙度和电阻率测井组合等 (邓瑞等 ,2007),由于常 规测井中对于裂缝识别的干扰信息较多 ,纵向上分辨率有限 ,因此其针对性相对较差 ,只有对多种常规资料进行综合解释才可以较好地评价裂缝的发育程度 (高霞和谢庆宾 ,2007).除常 规测 井外 ,识别裂缝的测井新技术主要包括地层倾角测井 、长源距声波测井 、声波成像及微电阻率扫描成像测井(FMI)等 ,利用这些资料可以 对井下裂缝发育井段进行定性判别和定量评价 ,并与常规测井相结合来给出裂缝的发育程度和有效性等参数 ,并进一步分析裂缝系统的纵横向展布情况 (陈莹和谭茂金 ,2003;周文和 戴建文 ,2008).3.1 岩性测 井前已述及 ,岩性对裂缝的形成与发育具有先天性的控制 ,因此岩性测井曲线对裂缝响应较为敏感 ,一般地 ,对致密砂岩储层而言 ,由于裂缝的渗透性作用 ,导致泥浆在裂缝处侵入地层在井壁处形成泥饼 ,因此裂缝一般具有缩径特征 ,不过相反地 ,裂缝发育带的岩石钻井过程中更易破碎 ,导致井壁坍塌而形成扩径现象 ,因此在常规测量的单井径 (CAL)的突然变化可能 指示 裂缝的存在 (周灿灿和杨春顶 ,2003).由于地 层倾角测井仪能够测量 C13和 C24双井径 曲线 ,因此可根据其定向扩径和椭圆井眼等特征更好地确定裂缝发育带 (吴琼等 ,2007).一般若双井径曲线重叠显示井眼呈椭圆形 ,即 其中 1条曲线大于钻头直径 (BIT)而 另 1条接 近钻头直径的椭圆井眼现象 ,说明高角度裂缝发育 ,而由裂缝导致的储层单一的渗透性变好则表现为双井径曲线均小于钻头直径 (吴琼等 ,2007;何雨丹 和魏春光 ,2007;李毓 ,2009).由于一般泥浆的放射性要比地层低 ,因而虽 然在裂缝段有泥浆侵入 ,但其自然伽马 GR值一般表现为略有下降 (吴琼等 ,2007),而由于 裂缝的渗透作用 ,导致其自然电位SP值具明显负异常 (高霞和谢庆宾 ,2007).3.2 孔隙度 测井致密砂岩储层孔隙度的差异将对裂缝发育程度产生影响 ,而裂缝的发育反过来又将改善储层的孔渗性能 ,因此通过孔隙度测井曲线的相应变化特征也能较好地开展裂缝识别与解释研究工作 .当密度测井仪器极板靠上裂缝发育带时 ,密度测井值会下降 ,下降的幅度与裂缝的角度 、密度与开度等有关 (文泽军 ,2005),低密度 值是裂缝层段的一个重要特征 (何雨丹和魏春光 ,2007).补偿密度测井通过识别井 壁不平现象来间接地反映裂缝的发育特征 (许 同海 ,2005),裂缝发育带补偿密5171地球物理学进展www.progeophys.cn  2015,30(4)度曲线具有明显相 反 的高值 ,呈正的窄尖峰状显示 ,反映了由裂缝造成的井壁不规则程度 (许同海 ,2005;何雨丹 和魏春光 ,2007).致密岩 石基质孔隙度很低 ,中子孔隙度曲线一般较为平直 (何雨丹和魏春光 ,2007),而裂缝的发育将导致泥浆侵入 地层 ,造成地层中含氢指数增大 ,中子孔隙度相应会出现增大异常 (蒲静和秦启荣 ,2008).由于密度和中子测量的均是体积效应 ,反映地 层总孔隙度 ,其测量结果不受裂缝产状影响 ,只要有裂缝切割过井眼且测井仪器贴上裂缝 ,则二者均能够正确地识别出来 (卢毓周等 ,2004).而纵波的传播特 性决 定了声波时差测井对高角度裂缝和直劈缝没有响应 (卢毓周等 ,2004),主要就是声波将按最小时间选择声程 ,传 播中 会尽量绕开裂缝 ,因此高角度裂缝发育层段声波时差变化不明显 ,相反地 ,声波可以较好地反映与其传播路径正交的水平缝和斜交缝 ,因此当地层中有水平缝和低角度缝发育时 ,声波时差将明显增大 ,且一般随裂缝倾角的增加而降低 ,曲线呈小锯齿状 ,当遇到张开大的水平缝或是发育密度较高的网状缝时 ,有可能发生周波跳跃(吴琼等 ,2007;李毓 ,2009).因此声波测井仍然是探测致密砂岩储层裂缝发育程度的有效方法之一 (卢毓周 等 ,2004).孔隙度测井中通 常中 子测井对裂缝发育响应相对最不灵敏 ,而贴井壁测量的密度测井易受井眼条件的影响 ,也不能较好地指示裂缝发育带 (周灿灿和杨春顶 ,2003),声波时差除不反映高角度 裂缝外 ,又易受储层含气性等因素影响 ,因此一般要综合分析裂缝发育带的声波时差 、中子和密度测井响应特征并与岩性测井等相结合才能较好地指示裂缝发育带 .如川西坳陷深层须家河组致密砂岩储层裂缝发育带一般表现为 SP出现弱负异常 ,AC有不同程度的跳波现象 ,而密度测井出现明显下降现象 ,中子测井由于挖掘效应而较上下围岩低 (徐言岗等 ,2004).3.3 电阻率 测井相比较岩性和三孔隙度测井而言 ,电阻率测井所提供的信息能更好地反映裂缝发育程度 ,一般地层电阻率与岩性和流体性质有关 ,同时也受裂缝发育程度的影响 (钟淑敏等 ,2005),裂缝发 育带在电阻率曲线上的响应特征取决于裂缝的产状 、密度 、长度 、开度和孔隙度 、裂缝所含流体类型及泥浆侵入深度等多种因素 (何雨丹和魏春光 ,2007).选取具 有较强电流聚焦能力和较大探测深度的深浅双侧向测井系列等 (何雨丹和魏春光 ,2007;王晓畅 等 ,2008),可以消 除电阻率因岩性变化等因素而导致的干扰 ,在岩性测井曲线等的辅助下还可以区分泥质条带和层界面变化等造成的裂缝假象(周灿灿和杨春顶 ,2003).因此,双侧 向测井是目前常规测井中进行储层裂缝识别和评价的最有效的测井方法之一 (邓少贵等 ,2005),被广泛用于裂缝的发育程度判别和裂缝孔隙度等参 数计算 (邓少贵和李智强 ,2009).双侧向 测井对裂缝有较好的响应 (曾大乾等 ,2003),利用其正负差异关系可以快速 、可靠地判断裂缝的张 开度和延伸长度 ,从而确定裂缝的有效性 (陈必孝和张筠 ,2002).一般高角 度裂缝 (大于 70°)、垂直裂缝发育层段 ,深浅侧 向电阻率均明显降低 ,且出现深侧向电阻率大于浅侧向电阻率的正差异现象 ,且差异的幅度越大 ,裂缝张开度越大 ,裂缝有效性也就越好 ,反之 ,低角度裂缝 (小于 40°)也使深浅侧向测井值降低 ,但一般显示为负差异现象 (陈必孝和张筠 ,2002;何雨丹和 魏春光 ,2007);此外 ,网状裂缝发育层段的深浅侧向读数也下 降 ,也会存在一定的正负差异现象 (何雨丹和魏春光 ,2007).当井壁仅有孤立稀疏的微小裂缝发育时 ,深 浅侧 向电阻率值降低均不明显 ,而此时微侧向 (微球聚焦 ,MSFL)测井表现为显著低值 (许同 海 ,2005).由于微侧向测井采用贴井壁测量 方式 ,其电极尺寸小 ,测量范围小 ,当有裂缝切割过井壁时 ,与裂缝接触的极板将出现低阻异常 ,表现为以深侧向为背景的针刺状低阻突跳 (何雨丹和魏春光 ,2007),二者的差值可作为裂缝的指示曲线 (周灿灿和杨春顶 ,2003).3.4 声波全波列测井声波时差测井以 其显 著增大或周波跳跃的特征指示水平缝 、低角度缝的存在 (陈莹和谭茂金 ,2003)此外 ,除纵 波时差外 ,利用岩石的其它声学特性也是裂缝识别与评价的较好方法 (Prioulet al.,2007),其他对裂缝发育响应较为灵敏的声波测井主要是多极子阵列声波 、声波 全波列以及声波变密度等 ,主要依据裂缝发育带呈现出的声波能量衰减以及波形扰动特征进行判断 (许同海 ,2005).多极子阵列声波测井 (MAC)可采集 到纵波 、横波 、斯通利波 、威瑞利波等原始数据 ,可在岩性与岩石特性确定的基础上 ,通过阵列声波波形衰减以及斯通利波时滞与频散特征探测裂缝 (刘景武 ,2005).声波全波列测井记录了井内传播的纵波 、横 波和 斯通利波整个波列 ,包含了丰富的岩石物理信息 ,通过提取其中包含的各种信息可充分发挥其在裂缝解释与研究中的作用 (陈必孝和张筠 ,2002).一般可 利用纵 、横波的能量衰减情况以及斯通利波的反射特征识别裂缝发育程度和裂缝有效性 (周文和戴建文 ,2008),通常倾 角为 33°~76°的中等角度斜交裂缝 对纵波幅度衰减明显 ,而 0°~33°和 76°~90°倾角的 裂缝对纵波幅度衰减小 ,对横波幅度衰减明显 (张筠 ,2003).因此可根 据全波列波形和变密度显示图上纵 、横波能量衰减的“V”字型干涉条纹定性解释裂缝发育层段 (陈莹和谭茂金 ,2003).此外,有效裂缝发育时 ,地层 渗透性变好 ,由此将导致斯通利波能量也严重衰减 ,反射系数增大 ,呈现出 “V”字形或 “人 ”字形干涉条纹 (李佳阳等 ,2007),而在无效裂缝处则不会发 生衰减 ,由此可用来判断裂缝的径向延伸和裂缝的渗滤性 (陈必孝和张筠 ,2002).如图 1为库车坳陷大北气田大北 X井阵列声波测井图 ,从图中可以看出 ,常规 测井曲线上 ,可根据声波时差的增大和电阻率的齿状负偏大致判断裂缝发育层段 ,而通过阵列声波的波形图上 “V”字型的干涉条纹 ,辅以斯通利波能量衰减和反射系数增大 ,则可以更好地判断裂缝发育层段 (图 1),而该井阵列声波指示的裂缝发育层段 ,经试气均获得工业油气流 .3.5 地 层倾 角测井地层倾角测井能记录 4条微电阻率曲线 、3条角度曲线和 2条井径曲线 (许同海 ,2005),利用地层倾角识别裂缝最常用的 方法包括裂缝识别测井 (FIL)、电导率异常检测(DCA)及双井径曲线法 ,前面已对裂缝发育带在双井径 曲线上的响应特征做了详细论述 .由于地层倾角测井是通过贴井6171 2015,30(4) 赖锦 ,等 :致密砂岩储层裂缝测井识别评价方法研究进展(www.progeophys.cn)图 1大北 X井裂缝发育层段的阵列声波测井响应特征Fig.1 logging response characteristics of fractures development zones on array acoustic wave for Wel Dabei X壁极板上的微聚焦电极测量出 4条高 分辨率的电阻率曲线 ,将 4条电阻率曲线按极板顺序两两重叠 ,利用得到的微电阻率重叠曲线的幅度差即可指示裂缝 ,这就是 FIL方 法识 别裂缝的原理 .DCA法主要通过比较开启裂缝在不同极板上造成 的电导率差异来识别斜交缝或高角度裂缝 (陈莹和谭茂金 ,2003;吴琼等 ,2007),一般表 现为较长井段的低电阻异常 ,但由于极板覆盖率低 ,有时难以将泥质条带和低角度裂缝及水平裂缝区分开来 (陈莹和谭茂金 ,2003),因此其 处理结果只能反映出高角度和斜交裂缝 (许同海 ,2005).但相对于 FIL法 ,DCA法可以消除由于沉积层理等非裂 缝因素引起的电导率异常 ,因此裂缝的识别效果更好一些 (吴琼等 ,2
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