順北地區斷控縫洞體測井響應特征和類型識別方法

張衛峰,張曉明,王曉暢,張國燦,肖紅琳,李清松

(1.中國石化西北油田分公司勘探開發研究院,新疆烏魯木齊830011;2.中國石化石油勘探開發研究院,北京100083)

順北地區斷控縫洞體油氣藏蘊含豐富的油氣資源,順北油氣田已落實4個億噸級油氣區,有15口千噸井。同為斷控縫洞體油氣藏的富滿油田年產原油超150×104t[1],以斷控縫洞體作為儲層的油氣藏是碳酸鹽巖孔隙型與巖溶縫洞型油氣藏之外的一種新的油氣藏類型[2-3]。傳統的“生、儲、蓋、圈、運、?！绷笥蜌獬刹匾?在順北地區特定的地質背景下,除了“生”這一要素與沉積相帶有關而不受斷裂帶控制外,發育在相對穩定構造帶內部的中小尺度走滑斷裂帶幾乎控制了其它5方面的油氣成藏要素[4]。斷裂帶既是油氣疏導通道,又是成藏有利空間,斷裂帶外圍致密碳酸鹽巖作為側向封擋,上覆巨厚泥巖作為區域封蓋層,油氣沿走滑斷裂垂向運移聚集形成油氣藏[5-6]。斷裂帶是三維空間體[7-8],內部結構復雜[9],發育典型的“核-帶”結構,由斷層核、過渡帶、裂縫帶和致密圍巖帶組成[10-11],順北地區在側鉆斷層時普遍發生不同程度的放空、漏失現象[12],斷層之間的圍巖致密,鮮有放空、漏失現象,表明斷裂帶內部物性快速變化,開展斷裂帶內部結構的研究對油氣勘探開發具有重要的意義[13]。測井資料具有高分辨率的特點[14-15],在斷裂內部結構分析中能夠起到較為重要的作用。近些年來測井研究人員在應用測井資料進行斷控縫洞體解釋方面取得了一些進展。鄒榕等[16]利用常規和成像測井資料,對斷裂結構進行了定性分析。黃誠等[17]研究了斷控縫洞系統中孔隙類型的測井響應特征。陳偉等[18]利用指示曲線計算法和交會圖法對斷裂帶進行了定量分析。岳文正等[19]通過優化偏移算法改善井周反射界面成像效果并評價井周小尺度地質構造、識別儲層和監測裂縫發育情況。巖心和電成像測井能夠清晰直觀地反映斷控縫洞體類型[9,16],但兩者資料相對較少,而且對于物性好的斷控縫洞體,很難取到巖心,而電成像測井較為昂貴,一般只在重點井進行測量,因利用巖心和電成像測井資料進行斷控縫洞體類型識別的應用范圍小。為了能夠在研究區廣泛開展斷控縫洞體類型識別,需要依靠應用更為廣泛的常規測井方法。順北研究區常規測井資料情況復雜,大量斜井和水平井的常規測井曲線不全,加之地層高溫高壓和井況復雜等條件導致測井曲線質量欠佳,無法應用多種測井資料和同一種方法對研究區所有井進行斷控縫洞體類型識別。本文在前人研究的基礎上,依據斷裂帶內部結構確定斷控縫洞體的類型,總結研究區測井系列,分析不同類型斷控縫洞體的常規測井響應曲線,結合各種常規測井曲線,建立了一種利用常規測井曲線逐級識別斷控縫洞體類型的方法。

1 斷控縫洞體類型及其測井響應特征

順北地區斷控縫洞體中能夠儲存油氣的內部結構主要為斷層核、過渡帶和裂縫帶,斷層內部充填主要包括空腔、充填破碎的角礫和充填泥質3種情況[20-21]。因此,確定斷控縫洞體類型為未充填斷裂洞穴型、角礫充填斷裂洞穴型、泥質充填斷裂洞穴型和裂縫型。

1.1 未充填斷裂洞穴型縫洞體的測井響應特征

未充填斷裂洞穴型縫洞體指斷裂結構中未被泥質、角礫等固體物質充填的斷裂洞穴,具有極好的物性,在錄井上有明顯的放空漏失現象,在電成像上呈現為黑色團塊。由于未被固體物質充填,因此自然伽馬測井值和無鈾伽馬測井值均為低值。由于物性極好,因此井徑明顯擴徑,聲波時差和中子測井值明顯增大,密度和深淺側向電阻率測井值明顯降低。如圖1 中所示的W1井,該井6352～6360m井段在鉆井過程中發生放空并產生井漏,漏失總量為108m3。電成像上為黑色團塊,孔隙度譜表現為譜峰偏右的大孔隙特征,判定為未充填斷裂洞穴型縫洞體。該井段地層常規測井響應為井徑明顯擴徑,最大可達到14in(1in≈0.0254m);自然伽馬低值,數值小于20API;聲波時差明顯增大,數值大于60μs/ft(1ft≈0.3048m),最大達到120μs/ft;密度明顯減小,最小可達1.75g/cm3;深淺側向電阻率明顯降低,深側向電阻率小于95Ω·m,最小可達4Ω·m,淺側向電阻率普遍小于2Ω·m,最小可達0.6Ω·m。

圖1 W1井未充填斷裂洞穴型縫洞體測井響應

1.2 角礫充填斷裂洞穴型縫洞體的測井響應特征

角礫充填斷裂洞穴型縫洞體多為斷裂結構中的破碎帶,破碎形成的角礫堆積于此,角礫間的空隙是有利儲集空間,具有放空、漏失等現象。由于充填的角礫顆粒大小范圍較大,因此自然伽馬和無鈾伽馬測井值為低-中值。由于物性中等,因此井徑有擴徑現象,擴徑程度不同,聲波時差和中子測井值增大,密度和深淺側向電阻率降低。如圖2中所示的W2井,其7846～7848m井段地層電成像的靜態圖表現為暗黑色條帶,動態圖上可見亮色斑塊狀特征,孔隙度譜表現為寬譜特征,大孔隙和小孔隙共存,判定為角礫充填斷裂洞穴型縫洞體。該井段地層常規測井響應為井徑微擴徑;自然伽馬低值,數值小于22API;無鈾伽馬低值,數值小于12API;聲波時差增大,數值大于60μs/ft,最大可達88μs/ft;中子高值,數值大于7%,最大可達24%;密度減小,數值小于2.62g/cm3,最小可達2.35g/cm3;深、淺側向電阻率降低,深側向電阻率小于420Ω·m,最小可達150Ω·m,淺側向電阻率小于20Ω·m,最小可達13Ω·m。

圖2 W2井角礫充填斷裂洞穴型縫洞體測井響應

1.3 泥質充填斷裂洞穴型縫洞體的測井值響應特征

泥質充填斷裂洞穴型縫洞體多為斷裂結構中的沉積泥巖的斷裂洞穴,其常規測井響應與泥巖地層常規測井響應近似,表現為井徑明顯擴徑,自然伽馬和無鈾伽馬高值,聲波時差和中子增大,密度和深淺側向電阻率降低。如圖3中所示的W3井,其7261.5～7265.0m井段地層錄井顯示為泥質充填,判定為泥質充填斷裂洞穴型縫洞體。該井段地層常規測井響應為井徑明顯擴徑,最大可達13.5in;自然伽馬高值,數值大于43API,最大可達87API;無鈾伽馬高值,數值大于27API,最高可達55API;聲波時差增大,數值大于57μs/ft,最大可達112μs/ft;中子高值,數值大于30%,最大可達48%;深淺側向電阻率降低,深側向電阻率小于210Ω·m,最小可達69Ω·m,淺側向電阻率小于15Ω·m,最小可達4.5Ω·m。

圖3 W3井泥質充填斷裂洞穴型縫洞體測井響應

1.4 裂縫型縫洞體的測井值響應特征

裂縫型縫洞體是斷裂結構中斷層外部受構造作用引起的裂縫,裂縫較為發育時會出現漏失現象。其常規測井響應特征與碳酸鹽巖裂縫儲層常規測井響應特征一致,表現為井徑正?；蚵晕U徑,自然伽馬和無鈾伽馬測井值低值,聲波時差測井值低值或略微增大,中子測井值低值,密度高值,深淺側向電阻率測井值中值。如圖4所示的W4井,其7343～7350m井段地層在電成像上顯示發育裂縫,孔隙度譜表現為譜峰偏左的小孔隙特征,判定為裂縫型縫洞體。該井段地層常規測井響應為井徑略微擴徑;自然伽馬低值,數值小于19API;無鈾伽馬低值,數值小于7API;聲波時差低值,數值小于55μs/ft;中子低值,數值小于2%;密度高值,數值大于2.66g/cm3;深、淺側向電阻率中值,深側向電阻率小于663Ω·m,淺側向電阻率小于383Ω·m。

圖4 W4井裂縫型縫洞體測井響應

2 斷控縫洞體類型常規測井識別方法

2.1 單井測井系列測井曲線分析

研究區由于受到井型、地層高溫高壓和井況的影響,單井不同測井曲線情況復雜。井型影響主要為大量斜井和水平井只進行標準測井(自然伽馬測井、聲波測井和雙側向測井)或標準測井加能譜測井;地層高溫高壓和井況影響主要為部分測井曲線測量質量不佳,無法利用?；谘芯繀^66口井測井資料統計結果,將測井資料分為6種情況:含全部測井曲線資料、無密度測井曲線資料、無密度和無能譜測井曲線資料、無密度和無中子測井曲線資料、無密度和無中子以及無能譜、無中子和無能譜測井曲線資料(表1)。由表1可知自然伽馬、聲波時差、深側向和淺側向測井應用最廣泛,其次為自然伽馬能譜測井,再次為中子測井,密度測井數量最少(24口井)。為保證所有井均能進行斷控縫洞體類型識別,所建立的識別方法要在保證精度的前提下,充分考慮單井各種測井曲線。

表1 研究區單井常規測井系列情況統計

2.2 不同類型斷控縫洞體常規測井響應對比

在單獨分析了每種類型斷控縫洞體的常規測井響應后,基于12口井的測井資料對比分析不同類型斷控縫洞體之間常規測井響應特征和分布規律(表2),結果如下。

表2 不同類型斷控縫洞體常規測井響應特征和分布范圍對比

1) 泥質充填斷裂洞穴型縫洞體的無鈾伽馬測井值最大,其最低值高于其它縫洞型類型的最高值。角礫充填斷裂洞穴型縫洞體與裂縫型縫洞體的無鈾伽馬分布范圍部分重疊。

2) 未充填斷裂洞穴型縫洞體的淺側向電阻率測井值最小,其最高值低于其它縫洞體類型的最低值。其它3種類型的淺側向電阻率分布范圍部分重疊。

3) 4種斷控縫洞體類型的自然伽馬、聲波時差、中子、密度和深側向值分布范圍部分重疊。

2.3 逐級縫洞體識別方法建立

基于上述對研究區各種測井曲線和不同類型斷控縫洞體的常規測井響應的測井值分析,將常規測井響應兩兩組合進行交會分析,挑選出對斷控縫洞體類型識別敏感且能滿足研究區所有測井曲線條件的交會分析(圖5),建立一種應用常規測井資料逐級識別斷控縫洞體類型的方法。

圖5 順北地區斷控縫洞體類型測井識別交會分析a 淺側向電阻率-自然伽馬; b 淺側向電阻率-無鈾伽馬; c 深側向電阻率-自然伽馬; d 淺側向電阻率-中子; e 聲波時差-自然伽馬

1) 首先識別未充填斷裂洞穴型縫洞體?；谖闯涮顢嗔讯囱ㄐ涂p洞體淺側向電阻率測井值最低、自然伽馬相對較低的特征和研究區每口井均具有自然伽馬和淺側向測井資料的情況,應用自然伽馬和淺側向電阻率測井值進行交會分析,識別出未充填斷裂洞穴型縫洞體(圖5a)。

2) 其次識別泥質充填洞穴型縫洞體。如果有自然伽馬能譜測井資料,那么基于泥質充填斷裂洞穴型縫洞體無鈾伽馬值最高、淺側向電阻率相對較低的特征和研究區每口井均有淺側向測井資料的情況,應用無鈾伽馬和淺側向電阻率測井值進行交會分析(圖5b)識別出泥質充填洞穴型縫洞體。如果沒有自然伽馬能譜測井資料,那么基于泥質充填斷裂洞穴型縫洞體自然伽馬值相對較高、深側向電阻率相對較低的特征和研究區每口井均有自然伽馬和深側向測井資料的情況,應用自然伽馬和深側向電阻率測井值進行交會分析(圖5c)識別出泥質充填斷裂洞穴型縫洞體。

3) 再次識別角礫充填斷裂洞穴型縫洞體。如果有中子測井資料,那么基于角礫充填斷裂洞穴型縫洞體與裂縫型縫洞體相比中子相對較高、淺側向電阻率相對較低的特征和研究區每口井均有淺側向測井資料的情況,應用中子和淺側向電阻率測井值進行交會分析(圖5d)識別出角礫充填斷裂洞穴型縫洞體。如果沒有中子測井資料,那么基于角礫充填斷裂洞穴型縫洞體與裂縫型縫洞體相比聲波時差相對較高、自然伽馬相對較低的特征和研究區每口井均有自然伽馬和聲波時差測井資料的情況,應用自然伽馬和聲波時差測井值進行交會分析(圖5e)識別出角礫充填斷裂洞穴型縫洞體。

4) 最后,應用深側向電阻率與基巖電阻率進行對比識別出裂縫型縫洞體。

總結以上認識,形成4套斷控縫洞體類型逐級識別流程,見圖6。流程圖的公式中,GR為自然伽馬;KTH為無鈾伽馬;AC為聲波時差;CNL為中子;RD為深側向電阻率;RS為淺側向電阻率;RB為基巖電阻率。研究區所有井均能利用本方法識別出斷控縫洞體的類型。

圖6 順北地區逐級識別斷控縫洞體類型流程

3 實例及應用效果分析

將本文方法應用于實際井資料的處理解釋,以W5井的7717.5～7743.5m井段地層為例(圖7),該井測井曲線中為無密度測井曲線,識別流程選擇圖6中第一套流程,具體識別過程為:

1) 首先,應用自然伽馬和淺側向電阻率測井值交會分析結果(依據圖5a)確定該井段地層不是未充填斷裂洞穴型縫洞體。

2) 其次,應用無鈾伽馬和淺側向電阻率測井值交會分析結果(依據圖5b)確定該井段地層不是泥質充填斷裂洞穴型縫洞體。

3) 再次,應用中子和淺側向電阻率測井值交會分析結果(依據圖5d)確定該井段地層不是角礫充填斷裂洞穴型縫洞體。

4) 最后,對比深側向電阻率與基巖電阻率10000Ω·m測井曲線確定該井段地層為裂縫型縫洞體,該結論與電成像解釋結論一致。

應用本方法得到的解釋結果與電成像、巖心等識別結果對比發現:共有13口井的15層指示斷控縫洞體的類型結果一致(表3)。

表3 斷控縫洞體常規測井識別結果與電成像、巖心結果對比

圖8為W19和W20井的測井解釋結果,兩口井的測井曲線中均為無密度和無中子測井曲線,應用圖6 中的第二套流程進行類型識別。兩口井鉆遇同一斷裂帶的不同位置,類型識別結果表明縫洞體發育程度明顯不同,說明斷裂帶內部存在很大差異。W19井鉆遇一處直徑為0.7m的角礫充填斷裂洞穴,W20井鉆遇兩處角礫充填斷裂洞穴和裂縫的組合體,一處直徑為5m,一處直徑為10m。兩口井的漏失規模也相差很大,W19井在角礫充填斷裂洞穴處漏失39m3,W20井的兩處斷控縫洞體均產生漏失,漏失量分別為232m3和326m3。

圖7 W5井測井曲線斷控縫洞體識別成果

圖8 W19和W20井測井解釋結果

4 結論

1) 基于對斷裂內部結構的認識,將斷控縫洞體類型分為未充填斷裂洞穴型、角礫充填斷裂洞穴型、泥質充填斷裂洞穴型和裂縫型。

2) 研究區單井測井資料不盡相同,包括各種測井曲線全、無密度測井曲線、無密度和無能譜測井曲線、無密度和無中子測井曲線、無密度和無中子以及無能譜和無中子和無能譜測井曲線共6種情況,在建立儲層類型識別方法時,充分考慮測井資料的情況,滿足所有井的類型識別需求。

3) 通過對比分析不同類型斷控縫洞體的自然伽馬、無鈾伽馬、聲波時差、中子、密度、深淺側向電阻率測井響應特征,結合研究區的實際測井資料的情況,優選對斷控縫洞體類型識別敏感的5種測井值交會分析模型,形成4套識別流程,建立了適合于順北地區斷控縫洞體類型常規測井資料逐級識別方法。

4) 其它地區具有類似的識別類型多、測井響應部分重疊、測井資料部分不全的情況,可以借鑒本文中先區分測井資料,再逐級多流程識別的思路,既能減小不同類型之間常規測井響應重疊的影響,又能滿足不同測井系列對于類型識別的需求。