M油田Mishrif层碳酸盐岩储层裂缝识别及裂缝发育程度评价

2016-06-25刘红岐李秋英肖博雅窦连彬

石油地质与工程 2016年1期

关键词：碳酸盐岩

薛　辉，刘红岐，李秋英，肖博雅，窦连彬

(1.中国石油华北油田公司地球物理勘探研究院，河北任丘 062550；2.西南石油大学资源与环境学院；3.中国石油华北油田公司采油二厂)

M油田Mishrif层碳酸盐岩储层裂缝识别及裂缝发育程度评价

薛辉1，刘红岐2，李秋英3，肖博雅1，窦连彬1

(1.中国石油华北油田公司地球物理勘探研究院，河北任丘 062550；2.西南石油大学资源与环境学院；3.中国石油华北油田公司采油二厂)

摘要：Mishrif层作为M油田主要目的层段，具有储层类型复杂、储集空间多样、储层非均质性强、裂缝发育等特点，结合常规及成像测井资料，提出用双侧向法、三孔隙度法、成像测井识别法对Mishrif储层裂缝进行综合识别，通过建立裂缝增大系数公式，揭示了渗透率增大系数与裂缝发育程度之间的关系。利用研究成果对B-3井区进行了裂缝识别，取得了较好效果。

关键词：碳酸盐岩；裂缝识别；成像测井；渗透率增大系数

M油田地处Y国东南部，区域构造上位于美索不达米亚低角度褶皱变形带[1-2]。前人对Mishrif储层做了一定的研究，但研究多集中于对Mishrif储层的岩性及孔隙结构特征的分析[3-4]，而对Mishrif层碳酸盐岩储层裂缝的识别及发育程度的评价缺乏更深入的认识。同时本地区构造复杂、沉积旋回多样、岩性相变快，造成Mishrif油藏储层非均值性严重[5]，再加上碳酸盐岩后期成岩改造作用的影响，Mishrif油藏勘探开发难度大。因此对Mishrif储层测井解释，特别是对裂缝的识别和发育特征的研究是M油田储层评价的重点。

1储层特征

1.1物性特征

通过对钻井岩心观察以及室内薄片鉴定分析，确定Mishrif储层岩性以灰岩为主，发育少量的白云岩和砂岩，其中灰岩主要以泥晶灰岩、生屑灰岩、生物礁灰岩为主。对M油田5口重点取心井共计483个岩心样本进行物性分析(表1)。总体上看，Mishrif储层属于高孔高渗储层，孔渗相关性明显分成两个区(图1)，A区孔渗相关性差，低孔高渗，说明样品明显受裂缝的影响[6]；B区孔隙度与渗透率正相关，说明B区样品孔隙发育。

1.2储集空间特征

Mishrif层的储集空间有以下几种类型：

(1)裂缝：显微镜下观察裂缝发育，裂缝见有率(具裂缝的薄片数/总薄片数)为34.78%，缝宽0.02～0.12 mm。统计表明，Mishrif层裂缝以高角度缝为主，同时发育有低角度缝、水平缝，伴随发育着缝合线。裂缝虽对储层孔隙度影响不大，但却可以作为良好的渗流通道，是Mishrif储层最为主要的储集类型，且裂缝层段多含油；

表1　M油田Mishrif层物性分布统计

图1　Mishrif层孔渗关系

(2)溶洞：溶洞是沿着裂缝或微裂缝延伸方向发生溶蚀作用形成的[7]，通过对取心井孔洞统计，Mishrif层孔洞大小在几十微米到几厘米不等，最大的孔洞12.3 cm，且孔洞有时会部分或全部被方解石、砂泥质填充，因为储集空间较大，在钻井过程中容易发生钻具放空、泥浆漏失等现象[8]。

(3)晶间孔、晶间溶孔：晶间孔隙在Mishrif储层中经过压实、胶结、溶蚀作用后在粒屑灰岩中仍然大量存在，孔径大小40～400 μm，喉道直径10～50 μm，虽然晶间孔隙细小，但由于分布普遍，且部分晶间孔经过后期成岩作用的改造形成晶间溶孔[9]，使得储层的连通性变好，储集性能更高，因此这类孔隙也是M油田重要的储集空间类型。

Mishrif层高产的重要原因之一正是由于裂缝、孔洞的存在。

2储层裂缝的识别

2.1双侧向电阻率识别法

碳酸盐岩储层一般具有高的电阻率特征，对于裂缝发育段，由于泥浆侵入的影响，裂缝越发育，双侧向电阻率相对于上下围岩电阻率下降的幅度就越大，因此可以利用双侧向电阻率识别法来判断裂缝。在B-31井在3 656-3 659 m处(图2a)，双侧向电阻率在高阻背景下出现低值，可以看出幅度较小的负差异，说明此段可能发育裂缝，通过电成像资料分析在该处发育一条低角度的裂缝，证实了双侧向的判断正确。

2.2三孔隙度识别法

声波在介质中传播时会绕过不均匀发育的裂缝、孔洞，但当裂缝(特别是低角度缝)十分发育时，声波必须通过裂缝传播，造成了声波时差增大，甚至产生周波跳跃。密度测井由于是贴井壁测量，因此极板在接触裂缝时由于泥浆的侵入而使得密度测井值降低。中子曲线在裂缝发育段表现增大。在B-32井3 670～3 674 m处(图2b)，声波增大，密度降低、中子增大，双侧向电阻率降低，常规测井解释为裂缝发育段，在成像测井图上显示有黑色的正弦波条带，指示在该深度段有裂缝发育，说明三孔隙度判断的正确。

2.3成像测井识别裂缝

图2　常规测井曲线识别裂缝

碳酸盐岩裂缝按照裂缝的成因分为诱导缝和天然裂缝两大类，其中天然裂缝由于后期物质(泥质、方解石、黄铁矿等)的充填造成闭合，形成无效缝，因此又将天然裂缝分为充填缝和张开缝。本文着重分析这些诱导缝、充填缝、张开缝在成像测井图上的响应特征，总结出Mishrif层裂缝的识别方法。

(1)诱导缝。诱导缝是由于钻具振动形成的机械破碎缝，或是由于重泥浆与地应力不平衡造成的压裂缝和应力释放裂缝。利用成像资料发现M油田主要有机械破碎缝和压裂缝两种。机械破碎缝十分微小且径向延伸很浅，在电成像图上呈羽毛状或雁行状排列。压裂缝在成像图上总是以180°或近于180°方位角之差对称地出现在井壁上。当井身垂直时，它以一条高角度张性裂缝为主[10]。

(2)充填缝。充填缝是裂缝被充填或胶结的裂缝闭合。充填缝由于裂缝张开度太小，裂缝孔隙度和渗透率低，在成像图上呈亮色的条带。

(3)张开缝。张开缝是在多期次构造运动后形成的，因而可以切开多种地质体，同时又遭受到地下水的溶蚀和沉淀作用的改造，往往与溶孔、洞伴生，裂缝面不规则，缝宽也有较大的变化，因而在成像图上表现不规则，为暗色的正弦波形[11](图2)。

3裂缝发育程度评价

3.1渗透率增大系数

储层的渗透性与裂缝的发育程度有很大的关系。裂缝的存在使储层渗透率异常增大、孔渗关系变差，裂缝越发育，渗透率增大的幅度越大。基于这种原理，可以根据渗透率异常增大的幅度对裂缝的发育程度进行研究。在此定义渗透率增大系数Ik[12]公式如下：

(1)

式中：Ik——渗透率增大系数；Kc——岩心分析渗透率，10-3μm2；Kj——由孔隙度计算的渗透率，10-3μm2。

由公式(1)可知，当Ik=1时，说明岩石裂缝不发育，渗透能力由储层孔隙喉道决定；当Ik>1时,则表明有裂缝发育，且其值越大反映裂缝越发育。通过对M油田Mishrif层岩心数据分析得出Kj公式为：

Kj=0.1275e0.2551φc

(2)

式中：φc——岩心分析孔隙度，%。

为了建立Ik的计算模型，首先识别出岩心裂缝段或成像测井解释的裂缝段，再根据对应的深度提取常规测井曲线特征值，通过对各种曲线进行回归分析，结合研究区碳酸盐岩储层的特点，与非裂缝断曲线特征值对比，发现RT、Rxo、GR、AC、DEN五条测井曲线对裂缝的敏感性高，最后进行多元统计分析，得出Ik的计算公式如下：

(3)

为了验证模型的可靠性，通过与裂缝孔隙度进行对比(图3)，发现二者具有很好的相关性，即渗透率增大系数大，对应的裂缝孔隙度也就越大，同时在成像图上也可以得到很好的证明：在渗透率增大系数大的地方，裂缝也越发育。

图3　渗透率增大系数与裂缝孔隙度对比

3.2裂缝发育程度模拟

以渗透率增大系数作为储层参数来表征裂缝的发育程度，为了能够更形象地说明裂缝在三维空间的发育程度，采用随机建模的方法，对未知井区给出多种可能的预测结果[13]。通过对M油田29口井的渗透率增大系数的计算，做出渗透率增大系数的三维效果图，模拟的节点数是948×1219×71，渗透率增大系数(Ik)大的区域主要分布M油田的东南部，Ik平均值为36.74，为裂缝发育区。在研究区西北部B-9井区渗透率增大系数较小，渗透率增大系数小于1，为裂缝不发育井区。对M油田渗透率增大系数综合分析发现，M油田渗透率增大系数主要分布在1～50之间，结合井的实际生产情况，给出了M油田裂缝发育程度评价表(表2)。

表2　M油田Mishrif层裂缝发育程度评价

4实例

在对M油田Mishrif层碳酸盐岩储层研究过程中，应用上述方法对B-33井进行裂缝识别及裂缝发育程度研究，取得较好的效果。在3 833～3 839 m段，该段电性特征同上部围岩相比，自然伽马低值，声波增大，密度降低，中子增大，双侧向有明显的正差异，常规测井解释为裂缝发育段，在成像图上显示为高角度缝发育(图4)。该深度处的裂缝增大系数平均值为46.38，说明裂缝发育程度好。渗透率增大系数剖面模型也表明，在B-33井周围裂缝增大系数较大，说明裂缝发育。2012年6月该井在3 833～3 839 m投产，日产油1 195.91桶，不产水，为高产油井，说明用裂缝增大系数评价裂缝发育程度是可行的，且在高产井中有较好的应用效果。