火山岩储层测井裂缝参数估算与评价方法

摘 要

摘要:岩心观测和分析表明松辽盆地徐深气田火山岩储层为裂缝-孔隙型储层,为了合理评价裂缝在连通孔隙、改善储层渗流能力的作用,以及对产能的影响,分析了裂缝的测井响应机理及特

摘要:岩心观测和分析表明松辽盆地徐深气田火山岩储层为裂缝-孔隙型储层,为了合理评价裂缝在连通孔隙、改善储层渗流能力的作用,以及对产能的影响,分析了裂缝的测井响应机理及特征。根据常规测井资料和岩-电实验结果,采用地层因素比值法与FMI成像测井有机结合的方法进行裂缝识别与评价;利用双侧向测井、岩心观测资料、压敏实验分析资料估算裂缝开度、裂缝孔隙度及裂缝渗透率;利用FMI与核磁测井T2分布资料,综合判断裂缝的有效性。应用所编制的裂缝识别与裂缝参数估算程序,对研究区若干井进行了解释,与岩心、试气、FMI资料对比,其解释结果合理,说明该方法适用性较好,对产能预测、合理开发方案的制订具有指导意义。
关键词:火山岩;测井;裂缝(岩石);孔隙度;渗透率;评价;松辽盆地;徐深气田
0 引言
    徐深气田火山岩储层为裂缝-孔隙型储层[1]。目前,碳酸盐裂缝性储层测井评价技术较为成熟,欧阳健等已经建立了基于岩心观测资料的裂缝测井评价模型[2],而火成岩裂缝储层的测井评价工作还处于探索阶段。笔者在研究裂缝的测井响应机理及特征的基础上,根据常规测井资料和岩-电实验结果,采用地层因素比值法与FMI成像测井有机结合,进行裂缝识别与评价,利用双侧向测井、岩心观测资料、压敏实验分析资料估算裂缝开度、裂缝孔隙度及裂缝渗透率,建立了一套适用于火山岩裂缝性储层的测井解释方法。
1 火山岩裂缝性储层特征
    徐深气田火山岩储层野外露头观测发现,构造裂缝和原生收缩缝普遍发育[2~3]。根据岩心的宏观和微观统计,该区裂缝以高角度斜交裂缝和垂直裂缝为主,所占比例分别为35%和45%;低角度裂缝和水平裂缝发育程度较低,只占16%和4%。岩心观测表明,在2804条裂缝市有62.8%是开启的,裂缝张开度平均值0.1mm。利用全直径岩心分析数据,建立岩心渗透率和岩心孔隙度交会图(图1),图版中明显低孔、高渗的点代表裂缝发育,为裂缝发育区。岩心观测和分析表明:徐深气田火山岩储层为裂缝-孔隙型储层。
 
2 裂缝识别与评价
2.1 常规测井识别与评价裂缝
    在裂缝发育层段,因钻井液侵入,电阻率值明显降低,表现为高值电阻率背景上相对低的电阻率;密度测井为极板推靠式仪器,当极板接触到天然裂缝时会对密度测井产生较大影响,密度测井的校正曲线可快速直观识别裂缝,泥饼使补偿值增加,指示裂缝存在;补偿中子测井探测深度较大,在非均质的裂缝性火山岩层段上,补偿中子显示为相对高的孔隙度值,且裂缝越发育,中子孔隙度就越大;声波对裂缝的反映与裂缝产状及形态有关,遇水平缝或网状缝,声波值变大,若裂缝开度较大,将出现“周波跳跃”现象。
常规测井识别裂缝的方法较多,如电阻率差比法、三孔隙度比值法等。在定性分析的基础上,笔者采用地层因素比值法[4]识别裂缝。根据电阻率测井,地层因素定义为:FR=R0/Rw。根据孔隙度,地层因素定义为:
 
    根据地层因素与孔隙度交会图(图2),研究区a平均取值为1.033,仇平均取值为1.92。;T(℃)=27.27-0.0327×海拔深度。
 
    24℃时的地层水电阻率约为0.9Ω·m,根据Bateman R.M和Konen C.E的钻井液侵入校正方法,对于钻井液低侵地层有:RLLD>RLLS,Rt=1.7×RLLD-0.7×RLLS。对于钻井液高侵地层有:RLLD<RLLS,Rt=2.4×RLLD-1.4×RLLS
    当裂缝存在时,孔隙度增大,孔隙结构指数(m)减小,FP减小,而FRP增大。
2.2 FMI识别与评价裂缝
    FMI图像上既有真实的地质信息,也有钻井施工在井壁上诱导产生的痕迹,还有测井产生的异常信息。FMI识别裂缝的关键是要鉴别各种地质信息的图像特征。
    真、假裂缝的识别:层界面、缝合线、断层面、泥质条带与裂缝相似,但又有各自不同的特征。
    天然缝与人工诱导缝的识别:受溶蚀与沉淀作用的影响,天然裂缝分布很不规则,缝宽变化大、裂缝面不规则。诱导缝排列整齐、规律性强、裂缝面较规则、缝宽变化小、径向延伸短,深电阻率下降不明显。诱导缝不连通,对产能没有贡献,是一种无效缝。
    高导缝与高阻缝:在FMI图像上高导缝表现为深色的正弦曲线,是由钻井液侵入所致。根据倾角大小及形态特征,高导缝又可划分为垂直缝、高角度裂缝、低角度裂缝;高阻缝表现为亮色正弦曲线,系原始裂缝被后期次生作用的高阻矿物充填所致。
    利用GeoFrame软件的BorScale模块对FMI成果数据进行刻度,再利用BroView模块进行地层特征拾取,计算裂缝宽(开)度、裂缝密度、裂缝长度、裂缝孔隙度等裂缝参数。
2.3 FMI与核磁测井T2分布判断裂缝有效性
    FMI很容易识别高阻缝,但当裂缝被低阻矿物或泥质充填时,就很难确定裂缝是否有效。核磁测井能够反映储层当中的可动流体与束缚流体,如果裂缝、孔洞被泥质充填,那么核磁的T2分布上将表现出束缚流体,没有可动流体,由此判断裂缝是否被低阻矿物或泥质所充填,从而确定出有效裂缝。
2.4 裂缝开度、裂缝孔隙度及裂缝渗透率估算
    笔者借鉴1992~1996年期间开展的双侧向测井物理模拟、数值计算及正演、反演算法[5~6],结合火山岩储层的地质特征,建立了适用于火山岩储层的裂缝参数计算模型。
   裂缝倾角指数:
    RSK=(RLLD-RLLS)/(RLLD×RLLS)1/2
    RSK>0.1,为高角度裂缝(大于70°);RSK在0~0.1,为倾斜裂缝(40°~70°);RSK<0,为低角度裂缝(0°~40°)。
   裂缝孔隙度:
    φfLLD=(A1CLLS+A2CLLD+A3)Rmf
    低角度裂缝:A1=-0.992417,A2=1.97247,A3=0.000318291。
   倾斜裂缝:A1=-17.6332,A2=20.36451,A3=0.00093177。
   高角度裂缝:A1=8.52253,A2=-8.242788,A3=0.00071236。
    计算的裂缝孔隙度与真实值相比较:在0.01%~1%范围内精度较高,小于0.01%的计算的比已知的偏高。采用岩心刻度测井的方法,则实际裂缝孔隙度为:
φf=4.71φfLLD1.57
裂缝张开度为:
 
    岩心实际裂缝开度(经压敏校正)与电测值关系(图3)表明:A=3.5×104,比理论值高,说明工区低角度缝很少。当出现低角度缝且Cs<Cd时,公式中的(Cs-Cd)换成(Cd-Cb),其中,Cb为基岩块电导率,从与解释层邻近的非裂缝性地层读取,裂缝愈发育,侧向测井比基质电阻率降得愈低。
 
    裂缝渗透率主要受裂缝孔隙度和裂缝宽度的影响。若只考虑裂缝本身对流体流动的传导性,而不考虑围岩的情况,这种渗透率称为裂缝的固有渗透率。裂缝固有渗透率受裂缝面与流体流动方向、裂缝发育体系的影响,一般表达式为:
   
    若把裂缝与周围岩块统一起来作为一个流体动力学单元来考虑时,裂缝渗透率表示为:
    Kf=Kifφf
    结合裂缝产状变化,裂缝模型简化为板状裂缝模型,上述公式简化为:
    Kf=8.5×10-4d2φf
3 应用效果分析
    利用上述方法编制常规测井资料识别裂缝发育程度评价程序和裂缝参数计算程序,并对研究区若干井进行了计算,图4是其中一口井的处理解释结果:195Ⅰ层TCP+MFE-Ⅰ测试,日产气105876m3,该层地层因数比值为15.6,裂缝角度指示参数为1.9,显示该层高角度裂缝较发育,裂缝张开度1150.5μm,裂缝孔隙度0.11%,裂缝渗透率310.9×10-3μm2,FMI图像显示195Ⅰ层垂直缝和高角度缝发育,核磁测井T2分布谱显示为30ms以上的大孔隙,表明本层裂缝提供了极好的流体渗流通道,使得储层在自然测试时能达到高产。下部195Ⅴ、195Ⅵ两层地层因数比值29.9,裂缝角度指示参数0.5,显示该段地层发育40°~70°的倾斜裂缝,测井计算的裂缝张开度为9.8μm,裂缝孔隙度0.02%,裂缝渗透率0.002×10-3μm2,表明该段地层裂缝虽然发育,但为无效缝或裂缝的径向延伸较浅,没有起到沟通流体渗流通道的作用,对产能没有贡献。FMI图像显示195Ⅴ、195Ⅵ两层存在诱导缝特征,径向延伸短,裂缝开度小,是无效缝。核磁测井T2分布谱显示小于30ms的束缚水孔隙,地层裂缝被低阻泥质充填。该段地层经TCP+MFE-Ⅰ测试,日产气106m3
4 结论
    充分利用岩-电实验资料,采用地层因数比值法,结合FMI图像,能比较准确地识别裂缝;利用双侧向电阻率、压敏实验、岩心观测建立了估算裂缝角度、裂缝张开度、裂缝孔隙度、裂缝渗透率的测井解释模型;FMI与核磁测井T2分布资料的结合,能很好地判断裂缝的有效性。
符号说明
    Rw为地层水电阻率;Rt为经侵入校正的地层真电阻率;m为孔隙结构指数;a为系数;φ为孔隙度;RLLD为深侧向电阻率;RLLS为浅侧向电阻率;RLLD为深侧向电阻率;d为裂缝张开度,μm;Cd、Cs、Cm分别为深侧向、浅侧向和钻井液的电导率;A为计算系数,由实验数据确定;Kif为裂缝的固有渗透率,10-3μm2;di为裂缝宽度,μm;α、β分别为裂缝组与流体流动方向的夹角;nα、nβ分别为与流体流动方向夹角为α、β的两组裂缝的条数。
参考文献
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[2] 欧阳键.测井地质分析与油气层定量评价[M].北京:石油工业出版社,1997:237.
[3] 舒萍,纪学雁,丁日新等.徐深气田火山岩储层的裂缝特征研究[J].大庆石油地质与开发,2008,27(1):13-17.
[4] 闫伟林,葛百成,鲁红,等.海拉尔盆地贝尔凹陷布达特群储层次生孔隙度确定方法[J].大庆石油地质与开发,2005,24(1):100-102.
[5] 李善军,肖承文.裂缝的双侧向测井响应的数学模型及裂缝孔隙度的定量解释[J].地球物理学报,1996,39(6):845-852.
[6] 金燕,张旭.测井裂缝参数估算与储层裂缝评价方法研究[J].天然气工业,2002,22(增刊):64-67.
 
(本文作者:王春燕 高涛 中国石油大庆油田有限责任公司勘探开发研究院)