Question

裂缝有效性测井评价

Answer 1

近几年来，裂缝性油气藏成为勘探的热点，各种用来识别裂缝的测井方法也应运而生。常规的测井方法可以识别裂缝，只是精度不高;成像测井，尤其是地层微电阻率扫描测井(FMI)能成功地识别出井眼内的裂缝系统，它能够对裂缝性油气藏进行精细描述，并可识别出裂缝的位置、形状、产状和密度等。但是，这些测井方法都不能判别裂缝是否具有有效性。利用井眼成像技术，例如井下声波电视(BHTV)和地层微电阻率扫描成像(FMI)可以观察到井壁表面的裂缝发育情况，能及时地获得裂缝的位置、倾角和发育程度，但不易确定裂缝的径向延伸情况，因而很难评价裂缝的有效性。所以，尽管评价裂缝的手段较多，但评价裂缝有效性的方法却不多。本节利用斯伦贝谢在新疆服务测得的多口井次的偶极横波成像和电成像测井资料，用实例说明斯通利波和横波各向异性在火山岩裂缝有效性评价中的应用，并给出了利用双侧向测井资料来评价火山岩裂缝有效性的方法。

火山岩裂缝的有效性评价主要从裂缝充填情况和裂缝发育期次两个方面进行。裂缝的充填情况也包括两个方面:一是开启缝所占比例，二是开启缝的基本特征。研究盆地内裂缝开启程度最高的是角砾熔岩和晶屑凝灰岩，其次是熔结凝灰岩、火山角砾岩和流纹岩，最低的是熔结角砾岩。充填缝以大缝为主，而中缝不发育。因此，有效性以开启的小缝和微缝最好。研究工区乃至整个西北缘的火山岩地层中恰好发育了4期裂缝，每期裂缝的充填物成分不同。其中:第1期裂缝主要充填物是绿泥石和石英;第2期裂缝的充填矿物主要是辉氟石，另外有少量石膏;第3期裂缝充填物较单一，就是方解石;第4期裂缝由于形成较晚，基本没有被矿物充填。同样，根据薄片观察裂缝的发育位置(斑晶或基质)、充填情况及交切关系，也可确定裂缝的发育期次。一般而言，裂缝发育时间越晚，被充填、改造的可能性就越小;而早期裂缝多已被矿物充填，多为无效缝。因此，工区有效缝以缝宽较小的晚期构造裂缝(小缝和微缝)和发育程度高的成岩缝为主。但部分充填的裂缝在一定的条件下裂缝面也可能开启，从而成为有效缝。

裂缝本身的有效性主要从裂缝的张开度、裂缝的径向延伸深度及裂缝的渗滤性能等方面进行评价。一般来说，裂缝张开度越大、径向延伸深度越大，裂缝本身的渗滤能力就越强，裂缝的有效性就越好。FMI虽然对穿过井壁的地质现象刻划精细，但探测深度浅，只有通过与探测深度大的测井方法(如DSI、双侧向测井等)相结合，才能更好评价裂缝性储层的有效性。

(一) 利用斯通利波来评价裂缝的有效性

1. 评价原理和方法

斯通利波是一种沿井壁传播的声波，当声波脉冲与井壁和井内流体的界面相遇时就会产生斯通利波。如果井眼穿过渗透性地层，斯通利波就会被孔隙中的流体流动所衰减，同时还发生频散，这种衰减和频散与地层的渗透率、基质及天然裂缝有关。裂缝对斯通利波的反应主要在斯通利波波形、归一化能量差及反射系数上。

(1) 声波波形

裂缝可导致声信号的不连续性，即在裂缝处发生反射和折射。由于这些反射和折射波比原始波到达的晚，在声波变密度图上就成为干涉图形，这些干涉图形定性看为人字形图形或时间上的相移。

(2) 斯通利波能量———归一化能量差

单接收器斯通利波能量具有较低的垂直分辨率，并且受井眼变化等因素的影响。通过组合阵列声波多接收器信息，对比全井段所接收的全波列，各个波形幅度随深度的变化可能是由于岩性、裂缝、井眼扩径等因素造成，定量地描述斯通利波幅度的变化信息可用GEOFRAME处理来进行。

在DSI处理后得到了斯通利波时差，由此估算其波列上到达的时间;然后在接收到的波列上，对于选取的时间窗口内的信号，用快速傅立叶变换计算出信号的幅度谱，其有意义频段内的信号能量就是该频段内幅度谱信号的平方和。将两个接收探头的中点作为对应的记录深度，这样，在接收阵列方式下，有6对相隔间距为1ft的探头，其记录深度是相同的。将6对探头对应波列的窗口能量差值取平均，就得到该深度点接收阵列方式下的差异能量;同理可得到反射阵列下的差异能量。由发射阵列方式和接收阵列方式计算的差异能量可以计算出井眼补偿的差异能量;而能量损失指示为井眼补偿的差异能量与计算深度点上下的平均差异能量的差值。此差值即是1ft能量差，同理，可得到2ft、3ft能量差。张开缝将造成斯通利波能量减小，用软件GEOFRAME可计算出某两个接收器之间的能量衰减大小，可基本消除井眼等因素的影响，并且其垂直分辨率可达6in以上，此时能量损失指示的是渗透性地层(天然裂缝、连通好的孔隙等)，且其对应的是具体的深度点而不是深度段。与井眼成像技术组合，可用来识别裂缝及评价裂缝的有效性，而且几乎不受裂缝倾角的影响。

(3) 斯通利波反射系数

由于张开裂缝在地层中产生明显的波阻抗界面，斯通利波遇到穿过井眼的裂缝时，其部分能量被反射，通过处理采集的斯通利波波形，可以计算反射系数。用DSI定量分析接收到的反射斯通利波，可以计算出斯通利波的上下反射系数和反射点的准确位置及强度。在井眼条件较好时，反射系数能很好地指示低角度缝或岩性突变。DSI的处理可分成两部分:第一部分为直达斯通利波和反射斯通利波的波场分离;第二部分计算反射系数(即反射能量与入射能量之比)。只有张开缝才能使斯通利波发生反射，因此利用反射系数可以确定裂缝的张开度，反射系数越大，说明裂缝的渗透性越好。总之，高质量的斯通利波信息的应用，对评价裂缝的有效性是非常重要的，是对FMI评价裂缝的一个有益且必要的补充。FMI拥有高的纵向分辨率和很小的径向探测深度，能识别井壁表面的裂缝情况。斯通利波的波形、能量和反射系数反映的是有一定的径向延伸长度或称连通性较好的有效裂缝。

同时，在斯通利波资料的使用过程中，也存在其他一些不容忽视的影响因素。斯通利波幅度衰减要受岩性、饱和流体特性、井眼条件和泥饼等因素的影响，而泥饼的影响对斯通利波尤为突出。由于斯通利波是一种界面波，在井壁上产生和传播，因此受井壁条件影响大。井壁附上一层泥饼相当于径向上多了一层慢速软弹性地层，阻隔了声波进入地层孔隙中。因此，当泥饼存在时，斯通利波幅度衰减反映了泥饼层和地层渗透率的变化，泥饼层愈薄，对斯通利波幅度衰减影响也愈小。井径和层界面对斯通利波波形影响很大。

2. 有效裂缝段的斯通利波特征

图4－27是斯通利波识别有效裂缝实例。在1222～1332井段，FMI图像显示有裂缝，在斯通利波裂缝分析图上，反应明显。斯通利波变密度图干涉严重，能量损失大，指示出裂缝为有效开口大的裂缝。在FMI测量井段内，该井石炭系上部与下部地层裂缝发育，中部地层裂缝不发育。裂缝类型有斜交缝、网状缝以及充填－半充填缝。斜交缝、网状缝为有效缝，它们可有效地改造储层的渗流能力。

3. 识别应力释放裂缝

在火山岩地层的某些层段内，存在着巨大的地应力。这种地层一旦被打开，为其间地应力释放提供了条件。随着应力的释放，可能产生一组与之相关的裂缝。这类裂缝发育密集，倾向基本相同，延伸很浅，但斯通利波对此无响应，属无效裂缝。但此类裂缝在通过压裂人为改造储层时会起到一定的作用。

4. 诱导压裂缝的识别

钻井过程中常出现两种诱导缝，一种是由于钻具振动形成的，其特征是十分微小且径向延伸很浅;另一种是重泥浆与地应力不平衡造成的压裂缝，它们的径向延伸浅，但通常张开度和纵向延伸较大。这两种诱导缝在FMI图像上都有高电导异常，其异常特征有较明显的规律性，可以结合常规测井资料、区域测井资料、裂缝特征等综合分析来区分，但这需要有较丰富经验的解释人员才能完成。如果运用FMI来分析裂缝的同时，综合运用斯通利波信息，可以很快地加以区分。

(二) 利用横波各向异性评价裂缝的有效性

裂缝性地层一般都具有各向异性的特征，从裂缝性地层所具有的各向异性出发，根据横波在各向异性地层中传播时所导致的分裂现象，利用偶极横波成像测井资料所提取的快慢横波信息来指示地层的各向异性大小。而裂缝的密度、张开度等与裂缝的各向异性有密切的关系，从而达到识别裂缝及其有效性的目的。

图4－27 斯通利波识别有效裂缝实例

DSI各向异性是通过交叉偶极(BCR)方式获得快慢横波的时差和偏转方向，进一步定义为快慢横波速度(或能量)之差与速度(或能量)之和的百分数而得到的，它反映了岩石各向异性的强烈程度。但是，影响岩石各向异性的因素很多，包括岩性的变化、岩石结构和孔隙结构的方向性及变化、某种物质定向排列和分布等。因此，必须结合其他测井资料，在分析引起各向异性原因的基础上进行地质解释。

(三) 利用双侧向测井评价裂缝的有效性

1. 低角度缝

低角度裂缝的有效性一般容易判别。只要深、浅侧向测井值出现负差异，就说明横向延伸较远;差异幅度越大，张开度就越大，有效性就越好。如果出现正差异，说明横向延伸较短，有效性就差。在其他条件相同时，低角度裂缝的线密度越大，有效性就越好。但是，这些方法必须建立在高电阻率背景上的裂缝电阻率大幅度衰减和曲线特征尖锐的基础上。如果曲线显示为负差异，并表现为平滑特征，而电阻率很大，FMI图像上没有裂缝显示。即使有裂缝，也极有可能被低阻物质所充填，其裂缝的有效性很差或无有效性。

在双侧向测井响应中，低角度裂缝的电阻率值在致密高电阻率背景上明显降低，曲线形状尖锐，深、浅测向测井值一般呈负差异。当张开度增大时，低角度裂缝的深、浅侧向电阻率都下降，幅度差值增大，但它们之间的幅度差远小于高角度裂缝。在给定条件下，对于油气层，当侵入深度大于深侧向探测深度时，为低阻负差异;对于浅层侵入，无论流体性质如何，均为高阻正差异。

图4－30是双侧向测井识别有效裂缝实例。由此图可知，低角度裂缝在常规测井资料上的响应为:双侧向在高阻剖面上有明显的低电阻率异常，孤立的和薄层的低角度裂缝带双侧向异常尖锐，呈刺刀状，其值较低，深浅侧向显负差异或重合;微球形聚焦测井比双侧向有更尖锐的起伏，且在双侧向电阻率背景上来回变化;声波时差反映的孔隙度略有增大。当裂缝被充填时，上述特征大为降低。

2. 高角度缝

高角度裂缝或斜交缝在常规测井资料上的响应为:双侧向电阻率中等、在高阻背景值上略显降低异常、但较平缓、不如低角度缝尖锐，一般几百欧姆·米，深浅侧向呈正差异;微球形聚焦测井比深浅双侧向低;声波时差对高角度缝基本无响应。

当FMI图像上有高角度裂缝显示时，在高阻背景上电阻率有所下降，深、浅侧向必须有差异。差异幅度越大，说明裂缝张开度越大，裂缝有效程度相对越好;如果差异很小或几乎无差异，说明有效性差。但是，如果深、浅侧向测井值差异过大，虽然裂缝张开度很大，而横向延伸却很短(不超过深侧向探测深度)，裂缝的有效性很差。在高阻背景中，差异幅度相对较小，裂缝横向延伸远，其裂缝有效性就好。在成像图上的特征表现为垂直或近于垂直或呈正弦曲线状的高电导(张开缝或低阻充填)或高电阻异常(高阻物充填)。

在测井响应中，高角度裂缝显示的开度往往很小，其在纵向上的延伸度很大。裂缝的累积延伸长度也是裂缝有效性好坏的一个重要指标。在其他情况相同时，纵向累积延伸越长，裂缝有效性就越好。

图4－31是双侧向测井识别有效裂缝实例。由此图可以看出，高角度裂缝的电阻率在致密高阻背景上略有降低，曲线形状平缓，深、浅侧向一般呈正差异。在裂缝内充满泥浆时，在给定条件下，双侧向测井响应的电导率与裂缝的张开度成正比。张开度越大，深、浅侧向测井响应电阻率减低越明显。一般情况下，浅侧向降得更快，使得深、浅侧向测井响应幅度差异增大。