等效裂縫密度在錦州南變質巖潛山裂縫定量表征中的應用

張占女 陳建波 呂坐彬 楊洪偉 潘玲黎 程奇

(中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300452)

在裂縫性油藏中，地下流體主要是在裂縫及其交織成的裂縫網絡中進行。裂縫研究在該類油藏開發生產中有著舉足輕重的作用［1-5］。目前裂縫識別、描述的方法有很多，但由于資料的限制，大多方法較為單一，且各種資料間通常還存在一定的矛盾，難以對裂縫特征進行客觀的表征。尤其是巖心分析與成像測井對裂縫發育密度描述的差異，必須首先找出產生差異的原因，然后進行合理的校正，才能比較客觀地定量化表征裂縫發育程度，有效指導油田的開發與生產。

1 油田概況

錦州南油田位于渤海遼東灣海域(圖1)，構造上處于遼西低凸起中北段，西部邊界為遼西1號斷層，東南呈緩坡向凹陷過渡。東西兩側分別為遼中凹陷中洼和遼西凹陷中洼。太古宇變質巖潛山油藏主要位于構造的東高帶，上面披覆古近系沙三段泥巖，屬儲集層具有似層狀特點的地貌潛山，構造帶頂部風化嚴重，裂縫及溶蝕孔洞發育。潛山基巖巖性為一套太古宇混合巖化的花崗片麻巖，按照長石礦物的種類及其相對含量可將其再細分為斜長片麻巖和二長片麻巖?；◢徠閹r中石英、斜長石含量占40% ～70%，暗色礦物含量低于30%。前二者均屬脆性粒狀礦物，在構造應力下易產生裂縫，而暗色礦物為相對韌性礦物，不易產生裂縫?？傮w而言，花崗片麻巖有利于形成裂縫儲層。受區域構造作用為主，同時受變質作用、物理風化作用、化學淋濾及礦物充填作用等多種因素的交替影響，研究區不同區域的變質巖儲層特征差異明顯，油藏非均質性嚴重。

圖1 錦州南油田區域構造位置圖

目前，錦州南潛山油藏已鉆井21口，其中探井7 口(JZ25-1S-1、2、5、7、8 井分布于東高帶，JZ25-1S-3、4D井分布于西高帶)，開發井14口。

2 巖心裂縫發育密度描述

裂縫發育密度定量預測是裂縫性儲層研究的核心，裂縫發育密度是描述裂縫發育程度的參數，一般由相對比值給定，常用的有線密度、面密度和體密度，其定義如下:

(1)線密度:垂直于裂縫方向的單位長度內裂縫條數，也稱裂縫密度或裂縫頻度。

(2)面密度:裂縫累計長度與基質總面積的比值。

(3)體密度:裂縫總表面積與基質總體積的比值。

在統計巖心及野外露頭的裂縫發育程度、成像測井裂縫解釋時，一般采用裂縫線密度來描述宏觀裂縫的發育程度;在巖心薄片觀察時通常采用裂縫面密度或體密度來描述在薄片下才能觀察到的微裂縫的發育程度。

錦州南太古宇潛山的JZ25-1S-2井和JZ25-1S-5井進行了鉆井取心［6］，由于太古宇潛山基巖破碎嚴重，鉆井取心收獲率低，取心較為系統的JZ25-1S-2井收獲率僅為23%，所以宏觀裂縫特征代表的是儲集層質量相對較差的層段。根據巖心觀察和描述，本區太古宇變質巖儲集層宏觀裂縫具有以下特征:(1)宏觀裂縫發育非均質性較強，裂縫線密度為4～160條/m，以50～150條/m為主;(2)裂縫平均間距一般為0.9～2.8 cm;裂縫傾角為15°～80°，其中以 45°～60°高角度斜交縫為主;(3)發育2組以上裂縫，儲集層段裂縫總體呈網狀分布，鏡下觀察裂縫多呈樹枝狀或網狀，擴溶現象比較普遍，將周邊溶蝕孔隙連通起來，形成有效滲流通道。

3 成像測井裂縫發育密度評價

3.1 等效裂縫密度概念的提出

根據成像測井識別的裂縫，對單井裂縫密度進行統計分析，各井之間以及同一口井不同深度裂縫密度有較大不同?？傮w來看，錦州南太古宇潛山有效裂縫密度以0.5～3.5條/m為主，遠遠小于巖心分析獲得的裂縫密度。綜合分析認為，成像測井計算的裂縫密度明顯偏小。

統計過程中發現各單井的裂縫密度在縱向上變化較大，往往出現幾個高峰值，如JZ25-1S-1井，在1 865—1 886 m段平均裂縫密度僅為1條/m，但有4個明顯的峰值區裂縫密度較大，1 800—1 805 m段裂縫密度平均值為4.6條/m;1 808—1 812 m段裂縫密度平均值為4.2條/m;1 820—1 831 m段裂縫密度平均值為3.9條/m;1 840—1 850 m段裂縫密度平均值為3.6條/m。因此裂縫密度統計對于確定重點開發層段至關重要。

裂縫密度是描述裂縫儲層有效性的關鍵參數。然而，因裂縫過于發育形成的破碎帶在成像測井資料上顯示為連續的低阻帶，無法準確得到真實的裂縫密度。相反，在相對致密層段上形成的裂縫卻清晰可見(圖2)。這樣往往會造成破碎帶計算的裂縫密度反而低于相對致密段，給研究人員造成困擾。為此，特別提出了“等效裂縫密度”的概念，即:以JZ25-1S-1井為關鍵井，用潛山致密段的成像測井裂縫密度與常規測井電阻率或孔隙度建立關系，再根據潛山其他井段(包括評價井和開發井)的電阻率或孔隙度值推算出相應的等效裂縫密度，用來進行裂縫儲層有效性評價及井點裂縫發育程度定量描述(圖3)。

圖2 A31井測井圖

圖3 JZ25-1S-1井等效裂縫密度計算結果

3.2 等效裂縫密度的計算方法

由于錦州南太古宇變質巖潛山儲層裂縫主要為構造縫，裂縫發育帶既是高滲帶也是高孔帶，儲層的特征是高孔、高滲、相對低電阻;非儲層(致密段)的特征是低孔、低滲、相對高電阻。而裂縫性變質巖潛山儲層滲透率又很難準確求取，只能通過油藏的動態特征反映儲層滲透率的相對高低。裂縫發育密度與裂縫儲層的總孔隙度成正相關關系，裂縫發育密度越大，儲層總孔隙度也越大，反之亦然;裂縫發育密度與裂縫儲層的電阻率成負相關關系，裂縫發育密度越大，儲層電阻率越低，反之亦然。在裂縫密度計算的過程中，將致密段計算的裂縫密度與致密段總孔隙度或電阻率建立關系，并將該關系推廣到全井段，計算方法如下:

基于孔隙度計算的等效裂縫密度:

式中:FVDCtight—致密段裂縫密度，條/m;Portight—致密段測井解釋孔隙度，%;Por— 測井解釋孔隙度，%。

基于電阻率計算的等效裂縫密度:

式中:Rttight— 致密段電阻率，Ω·m;Rt— 深電阻率測井值，Ω·m。

兩種方法計算的結果相近，而且在A31井致密段處與成像解釋裂縫密度基本吻合。該等效裂縫密度計算方法成功地應用于錦州南油田的開發隨鉆過程中，并取得了非常好的應用效果。

4 裂縫三維分布定量表征

錦州南油田太古宇變質巖裂縫儲層巖性復雜，受構造應力作用，斷裂發育，不同巖相裂縫發育程度不同，儲層在縱向和橫向上具有非均質強的特點［7-8］。在對該太古界潛山油藏構造、巖性、裂縫等精細描述的基礎上，利用裂縫儲層定量表征軟件建立了油藏的等效裂縫密度三維模型、裂縫空間展布三維模型，從而實現了對該變質巖潛山裂縫性儲層裂縫的三維定量化表征。

4.1 等效裂縫密度三維定量表征

變質巖儲層具有極強的非均質性，成藏條件復雜，儲層裂縫預測難度大。裂縫既是主要儲集空間，又是油氣的主要滲濾通道，充分了解和認識裂縫成因、研究裂縫發育和分布規律對于合理高效開發油田至關重要。綜合運用地震、鉆井、測井和測試動態等資料，利用裂縫建模軟件，建立了表征裂縫儲層發育程度的裂縫等效密度三維定量地質模型(圖4)。

圖4 錦州南潛山裂縫等效密度三維定量地質模型

4.2 裂縫空間展布三維定量表征

裂縫空間展布通過離散裂縫網絡的形式進行定量描述，離散裂縫網絡的定量描述是在裂縫密度定量表征的基礎上，采用等效裂縫密度三維定量化表征的結果和地應力場模擬得到的裂縫方位的分布趨勢作約束，對裂縫片的方位、幾何形態、分布進行三維定量化描述。圖5為錦州南潛山等效裂縫密度數據體約束下生成的裂縫網絡三維分布模型。

圖5 錦州南潛山裂縫網絡三維分布模型

5 裂縫三維分布定量表征成果的應用

錦州南潛山基于等效裂縫密度的儲層裂縫定量化表征成果已成功地應用于鉆前及隨鉆方案優化中，取得了較好的效果，從而驗證了等效裂縫密度計算方法的可靠性。鉆前根據新的地質認識對該潛山油藏地質模型進行了重建，將開發方案優化為以水平井為主的開發方案。從2009年12月完鉆第一口開發井，截止到2013年6月，潛山共完鉆開發井14口，其中采油井9口，注水井5口。從實鉆情況來看，不管是地質靜態上還是生產動態上，都取得了比較理想的開發效果。開發井儲層鉆遇率達到57.5%～91.0%，平均為81.9%;油井單井初期產能平均超過500 m3/d，2口油井初期產能超過1 000 m3/d，一口油井初期產能日產超過萬桶，成為渤海油田歷史上首口萬桶井。潛山油藏目前累產油217.68×104m3，含水率17.5%，動用地質儲量采油速度2.0%，動用地質儲量采出程度8.8%，開發效果優于其他類似油田。

6 結語

(1)用錦州南太古宇變質巖潛山巖心分析裂縫密度基本能反映地下裂縫的發育情況。成像測井解釋的裂縫密度明顯偏小，首次提出了等效裂縫密度的概念，并通過致密層段裂縫密度與儲層總孔隙度或電阻率建立關系，實現了對等效裂縫密度的標定與計算。

(2)基于成像測井資料和常規測井資料解釋的等效裂縫密度，綜合運用地震、鉆井、測井和測試動態等資料，利用裂縫建模軟件，建立了表征儲層裂縫發育程度的等效裂縫密度三維定量地質模型和裂縫空間展布三維模型，實現了對該變質巖潛山裂縫性儲層裂縫的三維儲層定量化表征。

(3)錦州南潛山儲層裂縫定量化表征的成果已成功地應用于油田開發生產中，并取得了較好的效果，從而驗證了等效裂縫密度計算方法的可靠性。

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