（地球探测与信息技术专业论文）裂缝性砂岩储集层识别与综合评价.pdf

摘要 裂缝性砂糟地层的存在，拓宽了砂岩油气减的勘探领域。砂 岩地层裂缝的产生规残主要是搦造成豳，此类裂缝不健具有构造 成因裂缝一般特点，而且具有与砂岩澍性相关的发育特点，邋其 中包器：岩螽黪旎毪成分多少、岩石颗粒及毳豫痉大小及砂岩致 密程度等方面。本文详细表述了裂缝性砂岩常规测井响应特征， 并结合油霹实舔，提密了徽球形聚焦毫疆率交纯( m s f l 交纯豢) 、 深侧向与微球形聚焦电阻率差值( 冠u d 。r m s f l 差值) 等砂岩裂缝的 常规测并资料加强箍示方法和依据常蕊涮井资料进行b p 神经网络 裂缝综合识别方法。实际资料处理表骥，综合利用这蝗方法w 明 显改善砂岩裂缝的有效识别。根据简化平行裂缝地层模型建立裂 缝蕊双锱自溅井瞧应与裂缝豹撬屡参数之凌戆趱鼗关系，褥瘩计 算砂岩裂缝段裂缝参数( 裂缝孔隙度、裂缝倾角等) 解释公式及 诤算方法，同辩结合声波露差藏线定爨诗算豫缮耱往参数( 蕊孔 l 浆度、储层渗透率等) 。此外利用多井评价的方法，划分出砂岩裂 缝在缎向上不同砂岩迪层发育段和横向上不同构造部位的发育区 域。羁孵投撂区块魏戆应力场分蠢褥j 娄，给出篷块砂蛰缒层裂缝 分布整体特征。 关键词：构造成因裂缝、m s f l 变化率、r l l d - r m s f l 差值、b p 神经网络、裂缝磊隙度、多并湃价、构造应力沥。 a 器s 胃l 辘c 掌 t h ef r a c t u r e ds a n df o r m a t i o nb r o a d e n st h ea r e ao ft h ee x p l o r a t i o n o ft h eh y d r o c a r b o nr e s e r v o i r 霹撼m a j o rf o r m i n gm e c h a n i s mo ft h e f r a c t u r e ds a n d s t o n ef o r m a t i o ni s s t r u c t u r e 、b e s i d e st h ec o l r t m o n c h a r a c t e r i s t i c so fs t r u r g u r ef r a m e s , t h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h i st y p eo f f r a c t u r e sr e l a t et ot h ei i 壕o t o g i e a lc h a r a c t e r so fs a n d s t o n e , w h i c ha r e b r i t t l e n e s s ，p o r o s i t y ，g r a i nc o m p o s i t i o na n dc o m p a c t n e s so ft h es a n d s t o n e t h i st h e s i sd e s c r i b e st h ec o n v e n t i o n a l l o g g i n gr e s p o n s e c h a r a c t e r i s t i c so ft h ef r a c t u r e ds a n df o r m a t i o n s c o m b i n e dw i t ht h e p r a c t i c e o fo i lf i e t d ，t h et h e s i s b r i n g sf o r w a r das e to fm e t h o d s i n c l u d i n gr e i n f o r c e dd i s p l a y o fc o n v e n t i o n a l i o g g i n gd a t a ，s o c ha s c h a n g er a t eo fm s f l ，t h ed i f f e r e n c eo fr i t 一r m s f l ，a n dt h eb p u e r v e n e t w o r kc o m p r e h e n s i v ei d e n t i f i c a t i o no nt h eb a s i so ft h ec o n v e n t i o n a l l o g g i n gd a t a t h ea c t u a li m e r p r e t a t i o ns h o w e d t h a tt h ec o m p r e h e n s i v e a p p l i c a t i o no ft h e s em e t h o d se f f i c i e n t l yi m p r o v et h ei d e n t i f i c a t i o no f t h ef r a c t u r e s a c c o r d i n gt ot h ee q u i v a l e n c eo fi s o m e t r i cp a r a l l e l f i a c t u r el b r m a t i o n 。t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nd u a ll a t e r o l o gr e s p o n s eo f f i - a c t u r e sai dt h ef r a c t u r ef o r m 越i o np a r a m e t e ri se s t a b l i s b e dw i t ht h e s i m p l i f i e dp a r a l l e lf r a c t u r em o d e i ，曩话f r a c t m ep a r a m e t e r ss u c ha s f r a c t u r ep o r o s i t y , f r a c t u r ed i pa n g l eo ff r a c t u r e ds e g m e n t so fs a n d f o r m a t i o n s ，e t c 螽g o t t e n 。c o m b i n e dw i t ht h es o n i cd a t a , t h ep h y s i c a l p a r a m e t e r s o ff r a c t u r e s e g m e n t s ，s u c h a st o t a l p o r o s i t y , a n d p e r m e a b i l i t yo ft h er e s e r v o i t , e t c a l es i m u l t a n e o u s l yc a l c u l a t e dt h e d i s t r i b u t i o no ft h es a n df r a c t u r e s 鞋t h ev e r f i e a ia n dt r a n s v e r s e d i r e c t i o n so ft h es a n df o r m a t i o n si sg o t t e nw i t hm u l t i 。w e l ie v a l u a t i o n i na d d i t i o n ，w i t ht h r e e - d i m e n s i o nf i n i t ee l e m e n tm e t h o d ，t h e d i s t r i b u t i o no ft h ea n c i e n ts t r t m l u r es t r e s s 蠢e l di ss i m u l a t e di n 程x l a r e a a c c o r d i n gt or o c kf r a c t u r er o l e 也8f r a c t u r ed i s t r i b u t i o no ft h i s a r e al sg o t t e n ， k e y w o r d s ：s t r u c t u r ef r a c t u r e ，m s f lr a t eo f c h a n g e , i n t e r p o l a t i o n o fr l l d * r m s f l ，b pn e r v en e t w o r k , f r a c t u r ev a r o s i t ) ；m u l t i - w e l le v a i u a t i o n ! t e c t o n i cs i r e s sf i e l d 独创性声明 本久声甥蕊垒交懿论文是鼗令久在导舞器指导下遗抒静蕊究 j 二作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特另u 加以标注和 致谢的遗方井，论文中不龟含其他人已经发表或撰写过的研究 成果，也不包含为获得石浊大学或其它教商机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡 麸筠已在毫 文中佟了疆碡黪说明著表示了落意。 1 t， 签名：煎查受垒 3 年5 鼹篮曩 关予论文使用授权的说明 本人宠全了鲜磊洼大学专关缳懿、使建掌位论文翡囊寇，鄄： 学校有权保留送交论文的复印件及电子版，允许论文被查阅和 借阅；学校可敬公布论文的全部或都分两容，可阻采用影印、 缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 学生签名：盘盔! 亟 w 口，年，月r 导师签名：川年3 - 月形日 严 石油人学( 华东) 硕士论文 第1 章前言 一、研究目的及意义 随着我国油气田勘探的深入，裂缝性油气藏的发现越来越多。以 前这类油气藏的岩性多集中于碳酸盐岩，近几年在较为致密的砂岩油 藏中也发现了大量的裂缝，并且主要作为渗流通道存在可以大大改善 低孔低渗储层的生产能力。因此，研究砂岩裂缝可以为第三系以前的 老地层或深层的砂岩油藏勘探提供崭新的领域。本论文以测井为主 要手段对唐2 x l 区块侏罗系裂缝性砂岩储层进行深入研究，搞清侏罗 系砂岩储层的裂缝的识别、裂缝参数特征和裂缝的分布预测，为进一 步明确该区块油气分布规律，指导勘探开发提供必要准备。 二、国内外研究现状 国内外对砂岩孔隙性油气藏的研究，已有了较为成熟的技术、方 法，但对裂缝性油气藏的研究，特别是裂缝分布规律的研究等还没有 成熟的技术、方法。 国外储层裂缝的研究主要从6 0 年代末开始，主要是针对碳酸盐 岩裂缝的研究，在裂缝的识别、静态参数描述以及发育规律等方面取 得了较大的进展。利用测井方法研究裂缝主要包括裂缝带识别和储层 裂缝参数的定量计算，如：裂缝产状、发育程度、裂缝张开度、裂缝 孔隙度、渗透率等，方法主要有：双侧向一微球聚焦测井系列、地层 倾角测井及异常电导率( d c a ) 检测、长源距声波或d s i 测井的斯通 利波裂缝检测以及成像测井和定向电阻率测井等等( b r e m e rme ta 1 ， 1 9 9 2 ；a g u i l e r ar ，1 9 9 5 ；d o m i n g u e zha n dp e r e zg ，1 9 9 1 ：h o r n b y bee ta l ，1 9 8 9 ；h o r n b ybea n dl u t h ism ，1 9 9 2 ；s c h i u m b e r g e r ， 1 9 8 6 ，1 9 9 0 ，1 9 9 1 ，1 9 9 6 ) 。成像测井是裂缝性储层检测、评价最有 效的测井手段。 国内对储层裂缝的研究始于6 0 年代四川盆地碳酸盐岩储层露头 石油人学( 华东) 硕七论文日u 舌 区的地面裂缝调查工作，而较深入地开展研究从8 0 年代开始，以四川i 石油管理局针对碳酸盐岩储层勘探而开展的研究为主，总结了相应的 一些方法，如用常规的测井方法解释裂缝的参数分伟( 谭廷栋，1 9 9 0 ) 。 用主曲率法预测构造裂缝及其物性参数的分布规律“7 1 ( 戴弹申，1 9 8 1 ； 曾锦光，1 9 8 2 ) 等等。 随着我国在勘探领域对陆相储层非均质性、低渗透性的认识以及 裂缝性油藏探明储量的增加，对裂缝的研究也越来越重视；开始了全 面系统的裂缝性储层研究( 包括碳酸岩、砂岩、泥岩、变质岩及火成 岩裂缝性储层等) ，研究内容涉及裂缝的各个方面，从野外露头调查、 岩心观察描述到测井裂缝识别、地震资料裂缝预测，以及构造应力场 有限元数值模拟及三维裂缝预测等方面均有研究。在岩心裂缝识别、 参数描述及三维有限元数值模拟方面已有较多开拓性的工作，并在石 油行业推广应用( 曾联波等，1 9 9 4 ，1 9 9 6 ；张学汝等，1 9 9 9 等) 。测 井方面，利用常规测井评价裂缝的研究较多，不但进行裂缝识别，还 进行裂缝参数的定量解释( 景永奇”“，1 9 9 9 ；赖生华等，2 0 0 0 ；孙建 孟等，1 9 9 9 ；张学汝，1 9 9 9 ；谈德辉“”，余敏，1 9 9 6 ；李舟波”，1 9 9 1 ； 卢颖忠”等，1 9 9 8 ) ，还出现了利用人工神经网络法( 李舟波”等， 1 9 9 4 ) 、斯通利波法( 黄文新“6 1 等，1 9 9 4 余春吴，李长文，1 9 9 8 ) 等研究裂缝的渗透性、张开度以及发育程度等：随着新的测井系列的 出现，也已经开始成像测井识别裂缝的研究( 陈钢花o ”等，1 9 9 9 ：罗 利，1 9 9 9 ，2 0 0 1 ) 。 三、论文研究内容和技术路线 以常规测井资料为基础，结合岩心和成像测井资料，利用计算机 编程实现裂缝加强显示方法和b p 神经网络的常规测井资料砂岩裂缝 综合识别技术研究；建立裂缝解释模型，以双侧向和声波测井资料为 基础实现砂岩裂缝参数定量解释；再利用裂缝多井评价和古构造应力 场数值模拟技术，实现砂岩裂缝的分布预测。 石油人学( 华东) 硕士论文刖茜 研究内容如下： ( 1 ) 常规测井资料对砂岩裂缝的响应特征； ( 2 ) 各种裂缝识别方法实现及应用效果分析； ( 3 ) 实现两种加强显示方法； ( 4 ) 实现b p 神经网络综合识别砂岩裂缝方法； ( 5 ) 砂岩裂缝参数定量计算； ( 6 ) 砂岩裂缝多井评价，给出砂岩裂缝在纵向和横向分布特征： ( 7 ) 模拟计算唐2 x 1 区块裂缝形成期古构造应力场，再根据岩石 破裂准则进行构造裂缝的模拟计算。 四、主要研究成果 ( 1 ) 收集整理唐2 x 1 区块测井、岩心分析等资料，了解该区块目 前研究的进度和问题： ( 2 ) 以该区块岩心资料、十几口井双侧向和微球聚焦测井资料为基 础，分析砂岩裂缝的特点，利用计算机v c + + 编程实现每口井 m s f l 变化率和r l l d r m s f l 差值两种砂岩裂缝加强显示方法； ( 3 ) 根据岩心分析资料，选出样本集，以常规测井资料的深浅双侧 向电阻率、微球聚焦电阻率、r l l d 变化率、m s f l 变化率和 r l l d r m s f l 差值为样本指标实现b p 神经网络的常规测井资料 砂岩裂缝综合识别技术： ( 4 ) 建立裂缝解释模型，实现砂岩裂缝参数定量解释，做出单井裂 缝段裂缝孔隙度、开度、倾角和储层渗透率等参数解释成果表。 分析单井裂缝孔隙度分布状况，比较基质渗透率和裂缝性储层 渗透率的差异，评价单井裂缝发育程度； ( 5 ) 做出主要井的砂岩裂缝解释成果图、多井地层剖面图和平面 图，进行砂岩裂缝的多井评价，获得砂岩裂缝在纵向和横向的 分布状况； ( 6 ) 利用有限元数值模拟技术，模拟计算裂缝形成期古构造应力 石油大学( 华东) 硕+ 论文日u 吾 场，再根据岩石破裂准则进行构造裂缝的模拟计算。做出古应 力场分布图和裂缝破裂发育图，进行裂缝分布预测。 五、创新点 利用微球聚焦电阻率和深侧向电阻率曲线构造加强显示方法，即 r l l 。r m s f l 差值法，综合多条曲线实现b p 神经网络识别砂岩裂缝的方 法，解决了层面和扩井井径对识别砂岩裂缝的干扰问题，解决了唐2 x 1 断块单井砂岩裂缝识别；利用多井评价方法，对唐2 x 1 断块裂缝在纵 向上和横向上分布有了更深认识：利用有限元法，模拟古构造应力场， 再根据岩石破裂准则进行构造裂缝的模拟计算。 石油大学( 华东) 硕士论文地质概况 第2 章地质概况 2 1 地层 2 1 1 地层特征”1 唐2 x l 区块属柏各庄油田，该区块完钻1 8 口井，钻井揭露地层 自下而上为：结晶花岗岩基底，上元古界青白口系，古生界寒武系， 中生界侏罗系、白垩系，上第三系馆陶组、明化镇组与第四系平原组。 侏罗系地层岩性为浅灰色中、细砂岩，含砾不等粒砂岩，灰褐色 含砾砂岩与深灰色、棕红色泥岩互层。可见单层厚度不超过5 m 的灰 黑色玄武岩，中下部夹灰白色铝土岩，底部见灰黑色碳质泥岩或煤层。 砂岩矿物成分以石英、长石为主，长石中斜长石居多，成熟度较低， 火山碎屑含量较高( 唐2 x 3 井1 8 3 2 0 5 一1 8 3 2 3 2 米薄片中分析中见 凝灰质砂岩) ，含少量暗色矿物及分散状黄铁矿。砂岩分选中等，次 圆一圆状，泥质胶结较硬。视电阻率蓝线呈高阻尖峰状，自然电位幅 度差异大。上部厚l o o m 左右以狄绿色、棕红色泥岩为主，为一套夹 薄砂层的稳定泥岩段。自然电位平直，电阻率曲线呈现低值，声波时 差曲线基值低而平，与上覆尖峰型曲线有明显差别，易于识别，可作 为地层划分对比的标志层。上下两个岩性组合构成一个完整的正旋 回。顶部与白垩系呈角度不整合接触。 2 1 2 侏罗系地层层序 唐2 1 断块为柏各庄油田开发的一个主力断块，该地区大部分 井都集中在该断块内，所以重点对该断块1 l 口井的资料进行剖析。 该断块侏罗系上覆地层是白垩系，为角度不整合接触；下覆地层是寒 武系，也呈角度不整合。白垩系底部致密砂岩层为白垩系与侏罗系分 界的标志层；寒武系顶部为高阻、低自然伽马白云岩，与上覆侏罗系 砂泥岩地层有显著差别。侏罗系地层由上至下岩性逐渐变粗，电性也 石油大学( 华东) 硕士论文地质概况 由低变高，为电性的正旋回沉积模式。综合分析测井曲线及地层岩性 特征，将侏罗系地层划分为四个砂层组。 第1 砂层组：泥岩相对发育，夹物性较差的薄砂层。砂岩和泥岩 的电性稳定、特征明显，测井响应均能够反映其岩性、物性特征，该 段地层没有明显的旋回特征，具有较为稳定的沉积环境。 篇1 i 砂层组：位于第1 砂层组下部，为砂泥岩交互沉积，砂岩比 较发育，且岩性逐渐变粗。砂岩声波时差变大，物性相对变好；砂泥 岩电性明显抬高，并具有逐渐升高的特点。部分井的密度、中子、声 波三孔隙度却不能较好的指示砂岩层。泥岩及部分砂岩的自然伽马异 常高值为该砂层组的特点。该段地层具有典型的正旋回沉积特征。 第n i 砂层组：位于第1 i 砂层组下部，岩性为较粗的块状砾岩，中 间有较薄的砂岩和泥岩夹层。与上覆地层相比电性较高，声波时差数 值较低，基质物性更差，自然伽马数值正常，测井曲线能够反映其岩 性、物性特征。从测井曲线及钻井取心资料分析，该段地层没有旋回 特征，为多期冲积扇叠加复合体。 第砂层组：位于砂层组下部，岩性交细，为细砂岩、粉砂岩及 泥岩和煤层。泥岩电阻率依然较高，砂岩电性降低，声波时差较低， 砂岩基质物性更差，测井曲线能够反映地层的岩性、物性特征。该段 地层具有明显的反旋回沉积特征。 统计唐2 x l 断块四个砂层组的分层数据。由表可见，第1 砂层组 的厚度差别较大，t 2 1 2 井最小，为1 0 2 米，t 2 - 1 8 井最大，为2 9 4 米； 第1 i 砂层组的厚度从t 2 - 1 4 井的3 2 米至t 2 1 2 井的9 9 米( 其中t 2 1 6 、 t 2 - 1 8 两口井缺失，t 2 一l l 、t 2 1 2 井缺失) 。第1 i 砂层组的地层具有 高放射性特征，沉积物的反射性明显区别于第1 与i i 砂层组相比沉积 环境发生突变。地层对比表明第1 砂层组底界和第1 i 砂层组顶界为不 等时沉积界面。故第1 砂层组与上覆第1 i 砂层组呈不整合接触。 第砂层组的厚度约1 9 4 7 米，地层相对较为稳定( 其中t 2 一l l 、 右油大学( 华东) 硕十论文地质概况 t 2 1 2 井断失) 。该段地层呈块状特征，岩石放射性、岩性及电性明显 区别于上覆第1 i 砂层组，沉积环境发生突变，第1 i i 砂层组与上覆第l i 砂层组也呈不整合接触。 第1 v 砂层组的厚度厚度变化较大，从t 2 一1 6 井的6 米至n 1 6 井的 6 1 米，与上覆第1 i i 砂层组相比岩性突然变细，电性降低，星明显的反 旋回沉积特征( t 2 x 2 、t 2 1 l 两口井缺失) 。地层相比结果为该砂层组 顶界也为不等时沉积界面，第砂层组顶界为不整合面。 2 2 构造特征 2 2 1 构造演化史“3 唐2 x 1 区块为侏罗系和寒武系裂缝型油藏，主要发育了碎屑岩和 碳酸盐岩两种储集层，其中碎屑岩发育在侏罗系地层、碳酸盐岩储集 层主要发育在寒武系地层，时代古老储层的主要岩石经历了长期的、 复杂的地质构造变动。这些构造变动对裂缝的形成和改造都会起作 用。 这一地区在大地构造上属于华北地台，古生代以前构造稳定，变 动微弱，以垂直升降运动为主，这一阶段构造裂缝形成较少，可以不 以考虑。中生代这一地区经历了复杂的构造变形，经受了多次挤压和 伸展构造变形，产生了大量的裂缝。新生代本区也经历了强烈的构造 运动，形成的裂缝主要是在中生界裂缝的加强和产生了一些新的构造 裂缝。 根据对唐2 x 1 地区古构造图和古构造发育剖面的详细研究分析发 现，这一地区经历了白垩系的断陷作用阶段和早第三纪的断陷阶段。 断陷作用是由北北东南南西向的主要构造应力作用造成的。 唐2 x l 区块的主要断层主要是在白垩系和早第三系形成和演化 的，白垩系和早第三系是这一地区的主要构造变形期，因此也是裂缝 的主要形成期。进入晚第三纪后，开始了拗陷发育阶段，构造作用强 石油大学( 华东) 硕士论文地质概况 度减弱，盆地进入热沉降为主的状态。因此我们把白垩系到早第三系 作为裂缝的主要形成期。 2 2 2 构造特征 唐2 l 井区位于柏各庄凸起中央部位，被潜山、断层切割成 - ：l l 东走向的高垒块，此高垒块将工区分为东西两大潜山带。在潜山 带由一系列北东走向的断层将东潜山带切割成地垒和地堑相同分布 的断块。西潜山带由西南庄凸起北东斜坡和潜山主体背斜两部分组 成。潜山主体又被两条北东向的、号断层分成三部分：北斜坡、 南斜坡和中央高垒块。 图2 - 1 唐2 l 区块侏罗系构造图 石油大学( 华东) 硕士论文地质概况 2 3 储层特性 2 31 岩石学特征 唐2 x 1 区块侏罗系沉积了一套扇三角洲和冲积扇的砂体，岩性主 要是中细砂岩和含砾不等粒砂岩以及砂砾岩。岩石矿物成分以岩屑为 主，其次为石英，长石含量最低。长石含量一般为3 3 1 5 8 ，平均 为8 o ，石英的含量一般为1 3 7 2 4 6 ，平均为18 , 4 ，岩屑含量 平均为6 2 。各井成分成熟度指标在0 1 6 0 2 6 之间，其结果反映了 该套储层的碎屑组分成熟度较低，陆源碎屑物质搬运距离较近，碎屑 颗粒改造不充分的特点。碎屑颗粒分选差，磨圆度为次圆次棱，结构 成熟度低，风化程度一般为中等，颗粒间以点接触关系为主，碎屑颗 粒胶结类型以孔隙式为主，碎屑颗粒粒径较细，一般为o 1 0 2 5 r a m 之 间，胶结物含量较高，胶结物以泥质为主。 2 3 2 储层物性特征 根据岩心物性分析资料统计表明，全区储层孔隙度小、渗透率低、 碳酸盐含量低，孔隙度主要分布在1 2 一1 8 6 区间内，渗透率值主 要分布在o 0 0 0 7 6 1 0 。3 岫2 _ 一1 5 1 1 0 。3 p m 2 区间内，储层物性条件较 差。同时，储层的非均质性非常严重，层内和层间渗透率级差分别在 6 3 7 7 5 以及3 2 9 2 7 。在这样的背景下，部分井的初期自然产液能 力仍然能够高达1 0 2 8 m 3 d ，而另一些井则产液能力较差，经取心分 析证实，其主要原因是砂岩储层中裂缝的发育程度不同造成的。在基 质条件基本相当的前提下，裂缝发育区产液能力强，日产油多，而非 发育区就能力极低，基本不产油。 石油大学( 华东) 硕士论文地质概况 频率( ) 岩心分析孔隙度( ) 图2 - 2 唐2 xl 区块岩心分析孔隙度频率直方图 频率( ) 岩心分析渗透率对数值l g c k ) 图2 - 3 唐2 l 区块岩心分析渗透率频率直方图 1 0 石油大学( 华东) 硕士论文地质概况 2 4 流体性质和压力特征 2 4 1 流体性质“1 统计该区块侏罗系地面流体化验分析资料，原油粘度在9 4 - - 3 2 5 8 m p a s ，平均1 7 5 7 m p s ；凝固点2 3 5 3 5 ，平均3 2 4 ； 含蜡量1 3 1 3 2 3 7 5 ，平均1 7 1 5 ；含硫量0 0 4 0 1 4 ，平均 0 1 ；沥青质和胶质l o 3 23 0 7 ，平均1 7 o ；密度( 2 0 。c ) 为0 8 4 8 - - 0 8 7 4 3 9 m l ，平均0 8 6 0 1 9 m l 。 地层水矿化度平均为4 0 3 0 9 m ，水型为n 。h c 0 。型，等效n 。c l 矿化 度平均为3 3 2 6 9 m 1 。 井号n a + k + m 9 2 + c a 2 +c 广 s 0 4 2 一h c 0 3 一c 0 3 2 。 总矿化度 等效n a c i 矿化度 ( m g 1 ) ( m r i ) 8 3 16 5 15 5 55 7 26 3 38 2 54 33 0 2 5 22 3 5 8 5 唐2 3 9 0 1 43 2 63 4 76 2 8 54 7 88 8 04 5 63 0 0 0 62 3 5 0 7 1 4 8 03 88 81 6 2 24 9 79 6 54 6 9 03 9 8 9 1 唐2 - 1 2 1 6 6 21 82 51 6 3 85 5 28 8 74 54 8 7 24 1 3 6 2 1 1 6 77 12 4 51 5 9 52 1 71 1 7 84 4 7 33 7 8 5 6 1 1 5 l5 52 8 l1 6 1 31 9 31 1 6 54 4 5 83 7 7 9 2 唐9 l1 0 5 04 01 4 51 1 5 21 7 81 2 2 03 7 8 5 3 0 7 5 0 1 0 8 83 71 5 l1 1 7 02 1 71 2 4 23 9 0 53 1 6 6 o 1 0 8 06 71 6 l1 1 8 82 8 91 2 8 l4 0 6 63 2 9 2 2 平均4 0 3 0 3 3 2 6 备注：地层水水型均为n a h c 0 3 型 表2 - 1 唐2 x 1 区块水分析资料统计表 2 4 2 压力特征 统计分析试油、投产的测压、静温资料，t 2 x 2 、t 2 x 3 、t 2 - 1 3 、 t 2 1 7 四口井生产层位是第1 i 砂层组，其压力在1 5 0 8 1 6 9 6 m p a 石油大学( 华东) 硕士论文地质概况 t 2 1 5 、t 2 1 8 两l - - i 井的生产层位是第1 i i 、砂层组，其压力在 1 2 7 7 1 2 7 9 m p a ，故第1 i 和第1 i i 、砂层组的油层具有两个压力系统。 油层中部深度 压力静温 井号油组梯度 ( m )( m p s )( o c ) 唐2 - 2 1 7 3 11 10 8 71 6 9 6 唐2 3 1 7 6 3 71 10 91 6 5 4 1 6 3 27 2 唐2 1 3 1 7 4 3 1i io 9 61 6 3 5 1 6 2 25 2 唐2 1 7 1 7 6 8 8 5 i i l1 1 6 4 1 5 ，0 86 l 唐2 - 1 5 1 7 6 2 0 51 1 10 9 31 1 3 1 2 7 96 1 唐2 - 1 8 1 7 9 1 9l i io 9 31 2 7 6 1 2 7 7 唐9 x 1 2 1 0 9 耒划分 l1 2 9 9 1 3 0 46 8 唐1 1 1 3 2 1 0 6 6 未划分 0 9 91 5 2 5 1 5 3 16 8 表2 2 唐2 x 1 区块油层压力、温度统计表 1 2 石油大学( 华东) 硕士论文砂岩裂缝的成因与常规测井资料识别研究 第3 章砂岩裂缝的成因与常规测井资料综合识别研究 3 1 砂岩裂缝的特点 众所周知，地层中裂缝产生的原因是由于岩石的破裂。岩石破裂 的地质成因可分为两大类，即构造因素和非构造因素。与油气田勘探 开发密切相关并且能够有利于油气储集开采的主要是构造因素成因 的裂缝，这一般有三种：与断层有关的裂缝、与褶皱有关的裂缝以及 其它构造裂缝。 由于所有构造原因导致的岩石破裂都是地应力作用于岩石的结 果，那么不同的岩石在相同的地应力下就可能有不同的特征。裂缝性 砂岩储层应该成岩作用较强、具有一定的埋深、比较致密，只有如此 才能具备必要的脆性条件。但与碳酸盐岩储层相比，裂缝性砂岩储层 具有如下的不同。 3 1 1 从岩石成分方面分析 大量研究表明，脆性组份含量高的岩石要比脆性组份含量低的岩 石容易发生破裂而具有较高的裂缝密度。3 。碳酸盐岩中的白云岩和石 灰岩都是脆性岩石，而砂岩的脆性主要取决于其胶结物的性质，但其 含量显然要大大低于碳酸盐岩，从这个角度分析，砂岩的裂缝发育程 度要小于碳酸盐岩，但如果脆性胶结物大量聚集并且成岩较好，则一 定的应变也会造成一定层段产生大量裂缝。 3 1 2 从孔隙度和颗粒大小方面分析 随着岩石颗粒和孔隙度的减小，岩石本身将变得致密，岩石的强 度和弹性模量增大，在较小的应变时就会产生裂缝，亦即颗粒和孔隙 度大小在一定程度上控制着裂缝的发育程度“1 。由于砂岩的粒度和孔 隙一般要大于碳酸盐岩，因此其裂缝产生的规模和密度应该小于碳酸 盐岩。 石油大学( 华东) 硕士论文砂岩裂缝的成因与常规测井资料识别研究 图3 - 1 发育两组张裂缝的岩心 3 1 3 裂缝性砂岩储层的基质孔隙要比常规灰岩或云岩大得多 比如唐2 1 区块的孔隙度就可达到8 ，这种储层是在岩石具有 相当有效孔隙的背景下又被各种裂缝切割而成，基岩孔隙作为主要储 集空间，裂缝作为主要渗滤通道，是典型的裂缝孔隙型储层，具有明 显的双重介质特征。而碳酸盐岩裂缝储层虽然也有类似的裂缝孔隙型 储层，但毕竟数量较少，大量发育的是裂缝型储层或裂缝一洞穴型储 层。双重介质是裂缝砂岩储层的极为突出和重要的特征。 唐2 1 区块的侏罗系油层是典型的裂缝孔隙型砂岩储层。据岩心 观察，唐2 x1 区块的裂缝主要是构造成因的裂缝，缝面规则，多平 直延伸，具有明显的组系特征( 图3 - 1 ) 。经统计，裂缝倾角大于4 5 。的占5 7 8 以上，其中垂直缝有3 6 6 ，反映该区砂岩裂缝以斜交 缝为主f 图3 2 ) 。未充填和半充填裂缝占7 1 4 ，宏观砂岩裂缝的张开 度在1 - 3 m m ，微裂缝的张开度绝大部分大于5 0um ，o 0 1 o 1 m m 的 大约占7 8 8 3 左右( 图3 3 ) ，说明该区裂缝开度基本上都大于毛细 管孔径，足以作为油气的储集空间和渗流通道。 石油大学( 华东) 硕十论文砂岩裂缝的成因与常规测井资料识别研究 图3 - 2 宏观裂缝倾角的分布 il i 一一 ”茹品。”赫g * t 。 图3 - 3 宏观和微观裂缝开度的分布 3 2 砂岩裂缝的常规测井响应特征 识别裂缝的测井方法很多，井下电视、地层倾角、声电成像等等 都是比较先进和有效的识别裂缝的测井方法，而最经济、常用的方法 还是充分使用常规测井资料。与碳酸盐岩储层一样，在砂岩储层中利 用常规测井方法可以对裂缝进行识别。两种岩性的常规测井裂缝识别 即有相同之处，也有不同的地方。其原因在于两种岩性的测井响应有 较大的差别。在用常规测井识别裂缝时，只有深刻理解每种常规测井 仪器对地层的探测机理以及泥浆对裂缝储层的侵入特性，把握好裂缝 的常规测井响应特征，才能对裂缝进行有效的识别。 石油大学( 华东) 硕士论文砂岩裂缝的成因与常规测井资料识别研究 3 2 1 微球聚焦测井的裂缝响应 微球形聚焦测井采用贴井壁测量方式。由于电极尺寸小，测量范 围小，它的测量结果可以较好的反映井壁附近的电阻率变化。当存在 裂缝时，微球电阻率响应十分敏感。 ( 图3 - 4 ) 是微球聚焦电极系， 在电极极板的中间矩形片状电 极是主电极a o ，依次向外矩形 框电极为测量电极m o ，辅助电 极a i ，监督电极m 1 、m 2 ，监 参考m 督电压u m i m 2 为0 ，各电极均 监f 电雁 嵌在极板上。回路电极b 设置 在仪器外壳上或极板支撑架 上，电极距明显变小，测井时 图3 4 微球形聚焦电极系 借助于推靠器使电极系紧靠井壁进行测量，纵横向的探测深度大致都 在0 1 m 。由于主电极a o 发出的i o 开始时以很细的电流束穿过泥饼进 入地层，这样不仅能减少泥饼的影响，而且也具备了很好的纵向分辨 能力1 1 8 1 。 利用微球聚焦的纵向分 辨率比较高的特点，可以很 好的识别砂岩裂缝。在钻开 的致密的砂岩地层中，裂缝 中总是有泥浆侵入，微球形 聚焦测井探测半径小，受泥 浆侵入的影响较大。因此， 在有泥浆侵入致密的裂缝性 砂岩中，微球形聚焦测井电 阻率比双侧向电阻率降低更 图3 - 6 微球聚焦电阻率的裂缝 石油大学( 华东) 硕士论文砂岩裂缝的成因与常规测井资料识别研究 厉害，而且出现尖峰状。 如图3 - 5 所示，1 7 8 6 m 一1 7 9 2 m 深度段是一套致密的白云质砂岩， 基质孔隙度很小，成像资料显示的裂缝处，微球形聚焦电阻率明显降 低，出现负向尖峰状。 3 2 2 双侧向测井的裂缝响应 双侧向对碳酸盐岩裂缝的识别已经研究应用了很长时间。深、浅 侧向测井具有不同的探测深度和探测范围，当出现裂缝发育程度的影 响、裂缝角度的影响和流体性质的影响时，深浅侧向的电阻率数值有 明显的差异，此外造成双侧向电阻率的数值幅度差除了裂缝这一因素 外，还有一些其它的原因，如仪器刻度，井眼变化，仪器偏斜等。为 了尽可能保证双侧向曲线的幅度差来自于裂缝，对一些细微的变化的 幅度差则不予考虑。 双侧向的相对差值【8 1 ： r o s 式中： r 。一深侧向电阻率，q m 月。一浅侧向电阻率，q m 。 深浅双侧向的相对用幅度差这一指标作为裂缝指示，只有相对幅 度差大于一定的值时，这样的幅度差才有意义。 对双侧向相对差值处理： r d s = r d s 一爿 蛾 判断r d s ，如果r d s 0 ，其值不变。 3 ) 效果显示举例 这种方法在实际应用时基本上能识别大段裂缝层，如图3 8 中 1 7 6 5 1 7 8 0 裂缝发育段r l l d 胄删差值明显高值，m s f l 变化率高值反 映也很明显。 3 3 3 两种加强显示方法对比 由于这两种加强显示方法原理差异性，对于不同类型砂岩地层有 不同的响应，有着各自优势，在实际应用中两种方法综合识别砂岩裂 缝效果会更好些。例如，图3 - 91 7 5 3 m 一1 7 6 3 m 为一套致密的砂砾岩， 岩性比较稳定，基质孔隙度2 1 2 ，物性很差。1 7 5 8 m 1 7 8 2 m 深度段 试油结论为油层，m s f l 变化率和r l l d r m s f l 差值都显示为高值，解 释为裂缝段。但是在1 7 5 3 1 7 6 3 深度段内，由于m s f l 纵向分辨率较 高，受砾石高阻影响，曲线变化较大，反映到m s f l 变化率曲线上， 在非裂缝段中m s f l 变化率显示为高值。而r l l d - r m s f l 差值只在裂缝 石油大学( 华东) 硕士论文砂岩裂缝的成因与常规测井资料识别研究 段显示为高值，比较准确识别出裂缝段。所以在这类致密砂砾地层中 识别裂缝，r l l d r m s f l 差值有它独到的优势。 另外在砂岩地层基质孔隙度较大时，地层本身具有一定渗透性， 由于泥浆滤液低阻侵入作用，冲洗带的电阻率小于原状地层的电阻 率，即r l l d r m s f l 差值显示为高值。而m s f l 变化率不会显示为高值， 因为地层基质孔隙分布是均匀的，变化也是渐进的，在冲洗带引起 m s f l 电阻率的变化也是渐进的；地层中裂缝分布是不均匀的，引起 m s f l 电阻率变化是突变的。对于这类地层特征，利用m s f l 变化率 识别裂缝则有它的优势。 图3 - 9 两种加强显示方法对比显示裂缝 3 4 常规测井资料的b p 神经网络裂缝综合识别方法研究 前已述及，常规测井资料及其加强显示方法对许多较大的未充填 和半充填的砂岩裂缝可以有定性的指示，但由于砂岩储层沉积环境的 变化极快，导致许多薄泥质条带以及薄互层的界面在加强显示曲线上 石油大学( 华东) 硕士论文砂岩裂缝的成因与常规测井舞料识别研究 有裂缝指示假象存在。另一方面，又由于细砂岩或泥质砂岩作为基块 本身电阻率不高，与裂缝电阻率差异很小，在此岩性上即使发育裂缝， 加强显示方法的指示也比较微弱。比如，图3 - 1 0 的1 7 3 1 - 1 7 4 9 m 根据 岩心资料，该段裂缝比较发育，但是m s f l 变化率几乎没有大的反映。 因此，必须使用新的方法突出各种测井曲线及其加强方法对裂缝的显 示。 圈3 1 0 低阻砂岩裂缝的加强显示响应 在对统计分析、分型数学和神经网络进行大量分析研究和试验的 基础上，选定b p 神经网络模型( 即误差反向传播神经网络) 完成上 述对砂岩裂缝的突出显示任务。 3 4 1 原理叫 在地质学中，目前运用最为广泛的是b p 神经网络。采用并行处 理方法，这决定了其非区域性，对信息处理体现了一个动力学网络的 运行过程。常用的a n n ( a r t i f i c i a ln e u r a ln e t w o r k ) 模型结构如下： 一个输入层，多个隐层，一个输出层。而且，多数情况下只采用一个 隐层，其实有了一个隐层，只要隐层的节点个数足够多，就可以逼近 任一非线性映射。芷因为a n n 能找到隐层的变量间的非线性关系。 所以其拟合程度往往比显式数学模型( 如最j 、_ - 乘法、逐步回归法、 打油大学( 华东) 硕十论文砂岩裂缝的成因与常规测井资料识别研究 灰色) 要好得多，唯一的缺点是耗机时要大得多。 b p 神经网络所研究的对象是样本，而样本分学习样本、欲评价样 本( 预测样本) 两类，分别用于学习过程、预测过程。b p 神经网络 要求有足够多的学习样本，以确保预测过程得到的知识比较可靠、精 确，进而确保预测过程中预测结果的可信度。对于学习样本、每个样 本具有已知指标和预测指标的值，作为学习过程生成知识的基本数 据：对于评价样本，每个样本只有已知指标的值，没有预测指标的值。 评价样本的预测指标的值，将在预测过程中由学习过程所得知识推算 出，这就是b p 神经网络的最终研究结果。 一个典型的b p 神经网络拓扑结构如图所示。 这是三层神经网络：一个l a 输入层、一个l b 隐层、一个l c 输 出层。同层之间无连接，异层神经元之间向前连接。 下面给出结构参数 ( 1 ) 层次 a n n 由三层组成：输入层、隐层、输出层。 ( 2 ) 节点编号、节点个数 设输入层的节点编号为i ，共有n i 个节点( i = l ，2 ，n i ) ， 其中n i 是样本的已知指标的个数；隐层的节点编号为j ，共有n j 个 节点( j = 1 ，2 ，n j ) ，其中n j 是由用户给定的数；输出层的节点 石油大学( 华东) 硕士论文砂岩裂缝的成因与常规测井资料识别研究 编号为k ，共有n k 个节点( k = 1 ，2 ，n k ) ，其中n k 是样本的预 测指标的个数。 ( 3 ) 学习样本 设学习样本的编号为u ，共有n u 个学习样本( “= l ，2 ，n u ) 。 每个学习样本具有n i 个已知指标的值及n k 个预测指标的值。学习样 本“在输入层节点i 上的值为a u i ，其中a u i 是已知数；学习样本 在 隐层节点j 上的值为b u j ，其中b u j 是中间计算结果：学习样本“在输 出层有两类值：一类是已知值c * u k ，另一类是计算值c u k 。 ( 4 ) 层间的连接权重 输入层节点i 与隐层节点，之间的连接权重为w i j ( i = 1 ，2 ， n i ：j = 1 ，2 ，n j ) ，隐层节点j 与输出层节点k 之间的连接权重 为w j k ( ，= 1 ，2 ，n j ；k = 1 ，2 ，n k ) 。 ( 5 ) s i g m o i d 函数的阈值 隐层节点j 的阈值为0 j ，输出层节点k 的阈值为0k 。 ( 6 ) 评价样本 评价样本用于预测过程，设评价样本的编号为v ，每个评价样本具 有n i 个已知指标的值。评价样本v 在输入层节点i 上的值为a v i ，其 中a v i 是已知数；评价样本v 在隐层节点j 上的值为b v j ，其中b v j 是 中间计算结果；评价样本v 在输出层节点k 上的值为c v k ，其中c v k 是计算结果。 由上可知，b p 网络问题就是根据学习样本的已知指标和预测指标 的值，求出学习样本的预测指标与已知指标之间的非线性关系，即学 石油大学( 华东) 硕士论文 砂岩裂缝的成囚与常规测井资料识别研究 习过程；然后