裂缝性油气藏测井解释方法

裂缝性油气藏测井解释方法研究 前 言 用常规测井资料定性识别裂缝 裂缝与岩性关系的研究 裂缝性储集层参数评价 地质应用效果 结 论 目 录 2017年 3月 23日 2 前 言 世界上有许多油田是裂缝性油气藏 ， 但是 ， 裂缝性地层的测井解释是世界性的难题： 一方面是目前的各种地球物理测井手段 (特别是现场所用的 )仍不能有效地揭示裂缝的发育和分布； 另一方面是由于岩性复杂和裂缝本身的非均质性所决定的 。 由于裂缝的复杂特性 ， 世界上许多测井分析家们探索过或正在探索各种测井解释新方法 。 2017年 3月 23日 3 前 言 从目前的国内外现状来看，裂缝性油气藏储层评价大体分为两个层次 ： 一是以 700系列测井资料为基础的解释处理 ， 可对裂缝性地层作初步的定性识别和定量评价； 二是以 5700和 主要有微电阻率扫描( 井下声波电视 ( 阵列感应等十几种测井资料 ， 可获得井壁的直观图象 ， 为裂缝的识别和评价提供了极为有效的手段 。 2017年 3月 23日 4 用常规测井资料定性识别裂缝 用常规测井资料识别裂缝的依据是裂缝与基质具有不同的地质 地球物理特性特别是裂缝在各种测井曲线的异常显示 。 2017年 3月 23日 5 用常规测井资料定性识别裂缝 泥质灰岩裂缝的测井响应特征： 1、 井径增大； 2、 声波时差变大； 3、 自然伽马降低； 4、 中子伽马值降低； 5、 补偿中子值增高 （ 但天然气则 使中子伽马值增高 ， 补偿中子 值降低 ） ； 6、 密度值降低； 7、 自然电位值及电阻率值降低 。 2017年 3月 23日 6 用常规测井资料定性识别裂缝 但是由于受到岩性变化 、 井眼环境因素 、 层厚 、 薄夹层及核衰变随机性等许多因素的影响 ， 使得具有上述曲线特征的地层未必就是裂缝发育带；而裂缝发育的地层又未必一定产生上述曲线特征 ， 这就使得识别裂缝既困难又具有多解性 。 2017年 3月 23日 7 用常规测井资料定性识别裂缝 利用单种测井信息提取识别裂缝的参数 裂缝的存在一般在测井曲线上可能会出现局部异常 ， 而这些异常往往有多解性 。 因此 ， 为更直观有效地显示裂缝可以取每种测井值与无裂缝的致密地层处测井值差比值 即： 其中： 无裂缝的致密地层处测井值； R 测井值 。 分别计算出声波 、 井径 、 自然伽马 、 电阻率 、 密度 、 中子和自然电位的差比值 ( 2017年 3月 23日 8 用常规测井资料定性识别裂缝 裂缝发育特征： 2017年 3月 23日 9 利用综合信息识别裂缝 岩石孔隙结构指数 岩石孔隙结构指数值与岩石性质 、 胶结情况和孔隙结构有关 。 它反映岩石导电孔道的弯曲程度 。 由于裂缝的弯曲程度不大 ， 所以相对于非裂缝系统而言 ， 裂缝层段的 式中： 是与岩性和孔隙结构有关的系数 。 2017年 3月 23日 10 利用综合信息识别裂缝 视地层因素比值 地层因素 有效孔隙度大小和孔隙结构复杂程度而与地层水电阻率无关的参数 。 在岩性一定的情况下 ， 阿尔奇公式为： 裂缝发育的地区 ， ， F RR 0F ap m 2017年 3月 23日 11 利用综合信息识别裂缝 双侧向电阻率差比法 A、 B 通常取 电阻率差比 当 时，地层为裂缝性油气层；当 时，为裂缝性水层或致密地层。 2017年 3月 23日 12 利用综合信息识别裂缝 微球型聚焦电阻率差比法 式中， 为某一深度点的微球型聚焦电阻率变化率 (简称变化率 )； 深侧向探测深度较深，一般认为其反映原状地层电阻率，而微球测井能较好的反映砂岩裂缝，尤其是水平缝和张开缝。 当 、 越大，则地层为裂缝性油气层。 2/|)|(| 11 M S F L F L F L F L F S F L F L D )( iR017年 3月 23日 13 利用综合信息识别裂缝 斯通利波时差差比法 由于斯通利波是沿井壁的表面传播的，类似于活塞运动，而裂缝的存在会使斯通利波传播速度的变化，导致斯通利波能量的衰减，从而使斯通利波时差增大。定义斯通利波时差差比值 式中， A 系数， A=10； 斯通利波时差值；致密层斯通利波时差值。 D T S S T /)( 2017年 3月 23日 14 利用综合信息识别裂缝 能量衰减指数法 声波全波列的能量主要反映在地层对声源发射信号的吸收特性。在致密纯砂岩层段，能量较为稳定；在裂缝发育层段声波能量幅度衰减严重，在曲线上表现为较大的幅度，如把致密纯地层的能量记为，衰减指数我们定义为： 2017年 3月 23日 15 利用综合信息识别裂缝 流体移动指数法 用纵 /横波时差和密度资料计算出理论上的斯通利波时差(地层零渗透率时的斯通利波时差 )，实测的斯通利波时差 (极子测井资料经过处理得到的斯通利波时差 )与理论斯通利波时差的差值 为流体移动指数。 流体移动指数大，不一定就有裂缝存在；但有裂缝存在，流体移动指数数值一定变大。 )11(2 2017年 3月 23日 16 利用综合信息识别裂缝 饱和度比值 在致密地层中，井眼附近地层泥浆侵入程度较弱，地层含水饱和度约等于冲洗带含水饱和度。 在裂缝发育的含油气地层，泥浆入侵程度较大，油气发生运移，使冲洗带含水饱和度增大，故饱和度比值小于 1。 S X 2017年 3月 23日 17 利用综合信息识别裂缝 孔隙度比值法 在裂缝性地层密度孔隙度和中子孔隙度值变大 ， 而声波孔隙度较小 ， 导致中子声波孔隙度比值 、 密度声波孔隙度比值应大于 1。 在裂缝性地层 ， 而且裂缝越发育 ， 它们越大 。 R AR DC N L L L R N222 P O R R R T 2*3 P P P P P P R 2017年 3月 23日 18 利用综合信息识别裂缝 骨架指数法 此法是根据裂缝对密度值和声波测井值的不同影响来识别裂缝的 。 由威利公式得出声波骨架指数： 显然 ， 当 0时 ， 为裂缝发育地层 。 P O R R I 1 I11 X M 月 23日 19 利用综合信息识别裂缝 等效弹性模量差比法 本方法主要用于识别裂缝性气层 。 因为天然气对声波纵波传播速度和密度响应都比较敏感 。 地层等效弹性模量可由声波和密度测井值来计算： 地层等效弹性模量 ， 显然相对于水层来说 ， 当地层孔隙含天然气时 ， 则密度测井值明显降低 ， 声波时差增大 ， 因而地层等效弹性模量明显降低 。 为了便于对比 ， 按下式计算出水层的等效弹性模量： 162 10*162162 10*)1()1(10*2017年 3月 23日 20 利用综合信息识别裂缝 等效弹性模量差比法 以 ， 当地层为裂缝性气层时 ， 则 ；反之当地层为致密性地层或裂缝性水层时 ，。 R2017年 3月 23日 21 利用综合信息识别裂缝 综合概率方法 根据上述方法提取多达十五种参数 ， 再应用综合概率法识别裂缝层段 ， 其基本思路：将所计算的各种特征参数曲线同岩心观测 、 地质录井和试油等资料反复对比 ， 分析各特征参数反映裂缝的能力 ， 并确定其加权系数 ， 然后将所有特征参数进行综合 ， 得出反映是否存在裂缝及其发育程度的综合指标 ， 然后根据综合指标的大小进行裂缝分类 。 其中比较关键的是对加权系数的确定 ， 确定加权系数的步骤如下： 2017年 3月 23日 22 利用综合信息识别裂缝 综合概率方法 、 根据所提取裂缝特征参数的异常 ， 确定各种特征参数反映裂缝层段的有效厚度 ( 、 计算裂缝层段中各种参数反映裂缝厚度的百分比： ( ； 、 计算出各种参数反映裂缝的权系数 即： 、 对所提取特征参数按下式进行综合 ， 得出综合反映裂缝的发育程度的综合指数 h i , , , 1 2 M 月 23日 23 利用综合信息识别裂缝 式中： 第 i 种反映裂缝的特征参数值； 第种反映裂缝的特征参数值的加权系数 。 显然 裂缝越发育 ， 再结合地质资料和录井资料可以对裂缝发育程度作出合理的分类 。 结合南翼山油田的实际地质及裂缝发育情况 ， 将裂缝发育类型划分为 A、 B、 分别表示裂缝欠发育 、 裂缝发育和裂缝很发育 。 月 23日 24 用常规测井资料定性识别裂缝 图 1南 6井 3600测井资料识别裂缝成果图 裂缝指示曲线 2017年 3月 23日 25 用常规测井资料定性识别裂缝 图 1南 12017年 3月 23日 26 用常规测井资料定性识别裂缝 日产油 水 2017年 3月 23日 27 用常规测井资料定性识别裂缝 压裂自喷，日产油 24吨，产水 2017年 3月 23日 28 用常规测井资料定性识别裂缝 2017年 3月 23日 29 用常规测井资料定性识别裂缝 2017年 3月 23日 30 裂缝与岩性关系的研究 基本原理 首先选取测井曲线质量较好、有较多取心并包括研究区各类岩性的少数几口井作为关键井，将测井资料同地质资料结合，从关键井中选出标准样本层，应用主成分分析与聚类分析法，根据样本层的测井参数将各样本层划分为具有地质意义的测井相，并应用岩心等地质资料对测井相进行标定，确定每种测井相的岩性类型，建立本地区的测井相 岩性数据库，然后再应用 用这些解释模型就可根据测井资料对井剖面地层进行连续自动的解释，鉴别每个地层的岩性，最终获得整口井地层的岩性解释剖面图。这种方法的关键是样本层的建立要准，要有代表性，测井资料要齐全，质量要好。 2017年 3月 23日 31 裂缝与岩性关系的研究 、 测井曲线自动分层 测井相分析是按层来划分测井相类型与鉴别岩性的 ， 故需用测井曲线把整个井剖面划分为许多小层 ， 我们采用层内差异法来对测井曲线进行合理细致的分层 。 2017年 3月 23日 32 裂缝与岩性关系的研究 、 建立测井相 岩性对应关系 根据自动分层结果 ,选取厚度大 、 井眼好 、 测井质量高并包括各种岩性的地层作标准样本层 ， 采用主成分分析与聚类分析相结合的方法划分标准样本层的测井相 ， 并建立本地区或本井的测井相与岩性对应关系 。 基本步骤如下 : 测井数据归一化：各测井特征参数的量纲不同 ， 其数值相差很大 ， 不能直接将它们放在一起计算 。 为此 ， 采用标准差归一化处理样本层的测井数据 ， 处理后各测井数据的均值为零 ， 标准差为 1， 且与量纲无关 。 2017年 3月 23日 33 裂缝与岩性关系的研究 主成分分析：为了有效地划分与鉴别地层的岩性 ， 应尽可能多地采用各种测井特征参数 ， 但各测井特征参数之间往往具有相关性 ， 所反映的岩性信息往往有一定的重复 ,给随后的聚类分析带来很大的困难 。 因此 ， 我们先采用主成分分析的方法从具有复杂相关关系的 主成分 ） ， 且这些新变量所含有的信息量及鉴别岩性的重要性按递减的次序排列 ， 即第一主成分含有最多的信息 ， 越往后的主成分含有的信息量越少 。 因此 ， 一般可忽略后面的变量 ， 而只取前面若干个 (非相关的主成分(pm)就能有效地综合原有 从而仅用这少数几个主成分作聚类分析 ， 就能达到有效地区分标准样本层的岩性的目的 。 2017年 3月 23日 34 裂缝与岩性关系的研究 聚类分析：根据前 采用系统聚类法中的离差平方和法进行聚类分析 。 认为如果分类正确 ,则同类样本的离差平方和较小 ,而类与类间的离差平方和较大 。 具体做法是先将 聚类时每次选择使类内离差平方和的总和增加最小的两类加以合并 ,直至所有样本均归为相应的类为止 。 这种方法将第 类与 时所增加的离差平方和， 即： 其中： 第 第 第 将 D S S r p q 月 23日 35 裂缝与岩性关系的研究 建立测井相 岩性对应关系 在关键井中将所划分的各种测井相同已知岩性作详细对比分析 ， 并考虑地层与测井特征 ， 建立本地区测井相 岩性对应关系 ， 并赋给每个测井相以相应的岩性名称及简要的描述 。 2017年 3月 23日 36 裂缝与岩性关系的研究 、 用判别分析法建立各类测井相的数值模型 设 类测井相 ， 每层有 ， 假设已知第 ， 其先验概率为 ， 则由 样本 测井相 )的后验概率为 : g=1,2, ,G X x x x L T ( , , . . . , )1 2f ) x p f x g Gg g g( ) ( ) , , , . . . , 1 2P g xp f xP f xg gk )( )( )12017年 3月 23日 37 裂缝与岩性关系的研究 划归到使后验概率最大的一类中 ， 这 样 划 分 引 起 错 分 的 可 能 性 最 小 。 因为 为常数 ， 故用 只需计算 如果 ： g=1,2.则将 g*类测井相中。 p f 1( )()( )()(1* a x 2017年 3月 23日 38 裂缝与岩性关系的研究 、 连续逐层处理 对待判别的新地层 ， 则根据它的测井特征参数 ， 算出测井相的判别函数值 ， 从中找出最大值 : g=1,2, ,G 则将该层划归入第 g*类测井相 ， 根据测井相 岩性对应关系确定其岩性类型 ， 并计算这一划分的后验概率 : Z ) Z ( ) x 1P g x( / )*)(1*)()()/(2017年 3月 23日 39 裂缝与岩性关系的研究 其中 。 根据后验概率 的大小 ， 可确定将该层划归到 g*类测井相的可信度 。 应用这种方法连续逐层地判别 ， 就可以自动地鉴别井剖面所有地层的岩性 ， 获得处理井的连续而完整的岩性剖面图 。 P g x( / )*Y x Z x Z xg g g( ) ( ) ( )* 2017年 3月 23日 40 裂缝与岩性关系的研究 、 主要结论 最后 ， 我们把裂缝解释结果 、 岩性判别的结果和倾角处理的结果以及岩心观测 、 薄片分析结果以及其它地质资料作了详细的比较 ，得出如下结论： 南翼山地区段地层共有六种岩性 ， 主要岩性是钙质泥岩 ， 其次是砂质泥岩 ， 其它岩性很少；储集层段的主要岩性是钙质泥岩 ， 其次是砂质泥岩 ， 另有少量的薄层泥灰岩段 。 岩性判断 裂缝发育带与岩性关系密切 ， 裂缝发育层段的岩性 ， 绝大部分是钙质泥岩 ， 泥灰岩和砂质泥岩次之 ， 其它岩性中裂缝发育很少 。 确定岩性与裂缝的关系 为了研究南翼山地区自东向西方向上裂缝性储层的纵横向分布 ，我们根据测井解释的裂缝与岩性成果图作了南 8井 南 6井 南 1 结果表明 ， 该对比图上显示的裂缝性储层的纵横向分布情况与油田提供的南 8井 南 6井 南 7 南 5井储层对比图基本吻合 。 进行小层对比 ， 研究裂缝纵横向发育和分布 2017年 3月 23日 41 裂缝与岩性关系的研究 图 4南 6井测井裂缝识别成果图 2017年 3月 23日 42 裂缝与岩性关系的研究 图 4井测井裂缝识别成果图 2017年 3月 23日 43 裂缝与岩性关系的研究 图 4 1 2017年 3月 23日 44 裂缝性储集层参数评价 裂缝性储集层参数包括裂缝参数和储层参数两个部分 。 限于常规测井资料的局限性 ， 仅对其中的部分参数作出评价 ， 包括裂缝宽度 、 地层总孔隙度 、 裂缝孔隙度 、 岩块孔隙度 、 地层总含水饱和度 、 岩块含水饱和度 、 裂缝含水饱和度以及裂缝渗透率等 。 2017年 3月 23日 45 裂缝性储集层参数评价 1、 裂缝宽度计算 对于垂直裂缝，可用深、浅双侧向电导率，依下式确定裂缝宽度 (微米 ) ： 按双侧向所求的 是该层的等效宽度 。 当层中有若干条裂缝时 ， 所求的 是这些裂缝宽度的总和 。 C ( )2017年 3月 23日 46 裂缝性储集层参数评价 、 计算地层的总孔隙度 南翼山地区发育的裂缝大多数为高角度裂缝和网状缝 ， 但 故只能用它计算地层总孔隙度 。 所采用的公式为： 当有全套 3700测井资料时 ， 用声波 中子交会法确定总孔隙度 。 2017年 3月 23日 47 裂缝性储集层参数评价 、 计算裂缝孔隙度 112017年 3月 23日 48 裂缝性储集层参数评价 、 计算裂缝孔隙度 在储集层的含油气裂缝发育部位其裂缝孔隙度为： 是裂缝系统的胶结指数 ， 一般取为 11月 23日 49 裂缝性储集层参数评价 、 计算岩块孔隙度 所谓的岩块孔隙度就是岩块孔隙体积与岩块体积之比 ，即： 分别表示岩石骨架体积 、 岩块孔隙体积和裂缝体积； 分别表示岩块孔隙度 、 裂缝孔隙度和总孔隙度 。 V1 V 1 1V V b F, , b F T, ,2017年 3月 23日 50 裂缝性储集层参数评价 、 计算岩块孔隙度 如果规定裂缝孔隙体积占总孔隙体积的百分数为双重孔隙结构的孔隙分配数 （ 皮尔逊系数 ） ， 即： 则： 所以： 11 1 1( )1)1(2017年 3月 23日 51 裂缝性储集层参数评价 、 计算含水饱和度 用 、 和 分别表示岩块 、 裂缝和总的含水饱和度 ， 则三种含水饱和度之间的关系是： 即： 可推出计算双重孔隙指数 V V b WF b S v S b ( )1 l o g/l o g 2017年 3月 23日 52 裂缝性储集层参数评价 、 计算总含水饱和度 一般采用纯岩石的阿尔奇公式确定总含水饱和度 ，即