测井裂缝参数估算与储层裂缝评价方法研究(1)

地 质 勘 探
侧向测井响应的正演计算时， 采用了三维有限元法 计算， 建立较好的裂缝双侧向测井响应与地层参数 （孔隙度、 流 体电导率、 倾角、 侵 入半径及基岩 电导 率） 之间的函数关系。在建立双侧向测井解释模型 时， 假定侵入半径为无穷远， 并根据裂缝倾角将裂缝 分为 ! 组： 低角度缝 （"# $ %"#） ， 倾斜裂缝 （ %"# $ &"#） 及高角度缝 （ &"# $ ’"#） 。通过这样的假定， 简化的双 侧向解释公式为： ! " # ( ) !) 深侧向电导率响应：$ **+" " % , 浅侧向电导率响应：# **/" " ( , （ !） & &
根据国内外碳酸盐岩裂缝统计及 22 构造奥陶 - 4 裂缝张开度估算 根据斯伦贝谢公司 3 7 89..9: 等人 （ ,’60 年） 系碳酸盐岩岩心裂缝观查， 裂缝宽度一般 在 0 $ -" 左右， 当然也存在少量更大的裂缝。为探讨 采用有限元法对双侧向不同产状裂缝响应的计 算， " ( 22 并提出利用双侧向差异来估算裂缝张开度。 构造奥陶系碳酸盐岩裂缝在渗透率方面的贡献， 用 （,） 垂直缝 当 * (. ; ," """! ( ， 泥浆无限 * ( ; "4 ,! (， 侵入时， （# / < #+） 与裂缝张开度" 有如下近似关系： #/ + #+ （ &） " " % , # , ,"% ( 其中， 浅侧向电导率， #+， # / 为深、 # ( 为泥浆 电导 率。 （-） 低角度缝 相 同地层电阻 率及泥浆 电阻率条 件下的公 式 为： #+ + #. " " ,- - , # ( 其中， # . 为基岩电导率。 （ 6） 测井资料来估计裂缝渗透能力， 我们选用 -, 块带有 裂缝的岩心及用岩心人工造缝后测量其渗透率的方 法进行实验。采用显微镜下估计裂缝宽度， 实验结 果表明裂缝宽度与裂缝渗透率存在着明显的正相关 关系， 即裂缝渗透率 . ) 随裂缝宽度 / 增加而呈指 数增加， 经拟合求得裂缝宽度与裂缝渗透率的关系 式为： 6 - --,60 , ,"0 , 0 , / - - 0’ 1 （ ’） 1 式中： 0 为裂缝长度， / 为裂缝宽度， 1 为岩心垂直 于裂缝截面面积。 .) " -4 测井裂缝渗透率的近似估算与地质对比 由公式 （’ ） 看出， 0 = / ) 1 可以认为是 面裂缝 率， 可用 !) 表示， 则式 （’ ） 可写为： . ) " 6 - --,60 , ,"0 , !) , / , - 0 ’1 （,"） 测井估算的裂缝渗透率是否反映地层真实渗透 10
女， 长期从事测 井地质应用 研究工 !"#$ 年生， !"%% 年毕业于成都地质学院， !""& 年在成都理工学院获硕士学位， ! 金燕， 作， 发表论文多篇。地址： （#!’’(!） 四川省成都市府青路一段 ! 号。电话： （’)%） 。 %#’!(#&*
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第 -- 卷增刊
天 然 气 工 业
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组合变化、 裂缝发育程度及裂缝宽度、 密度及裂缝分 布的复杂性和钻井工程等原因以及测井方法本身有 效性的限制， 使裂缝在各种测井信息上响应很不一 致， 甚至有的测井信息在裂缝处看不到异常变化， 因 而目前还没有哪种测井信息可以单独解决裂缝判断 问题， 只能靠多种测井信息的综合分析。鉴于此， 通 过对 7 7 构造 奥陶系 碳酸 盐岩测 井资料 的综合 分 析， 结合岩心、 录井、 气测、 试油等地质资料， 研究出 一套利用多种测井信息计算出岩石力学参数、 裂缝 孔隙度、 裂缝张开度、 裂缝渗透率等裂缝参数作为特 征变量， 运用人工神经网络技术， 对裂缝发育层段及 裂缝发育程度进行综合评价的方法。 $- 人工神经网络方法 人工神经网络 （或称神经网络） 是由一系列简单 的高度互连的处理单元组成的协同计算系统， 对于 外加的输入， 神经网络是以并行的， 非确定性的方式 作出响应的。一个神经网络模型一般由以下几个部 分组成： 即神经元或节点； " 一组处理单元， $ 神经 网络结构； % 神经网络的学习规则。 在神经网络学习算法中， 使用最广泛、 最直观、 也最为成熟的算法是有监督学习算法中带隐含层的 误差逆向传播学习算法 （899:9 342; & <9:=4 > 4?6:=） 简 称 @< 算法。典型的 @< 网络是三层前馈阶层网络， 即输入层、 隐含层 （也称中间层） 和输出层。各层次 的神经元之间实行全连接， 各层次内的神经元之间 没有连接。三层 @< 网络学习算法包括信息前传 （正
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（ 0） ’ (! & 其中， # **+" 、 # **/" 分别为经泥质等附加导电校正后的 深、 浅侧向电导率， # . 为基岩电导率， ! 为裂缝孔隙 度 （ 与泥浆电导率 （ # ()） 之乘积， %,、 %-、 %!、 %%、 !)）
表, 井 号 3, 3井 段 充填缝 ,"% 06" %&
隙度和裂缝张开度是无法应用的。因此， 在利用双 侧向测井解释模型计算裂缝参数时， 必须对双侧向 电阻率进行泥质、 孔隙及其他矿物的附加导电校正。 !+ 泥质造成的附加导电校正 从岩石的导电机理出发， 在含泥质地层， 电导率 是地层泥质部分导电与纯岩性部分 （包括裂缝） 导电 的并联结果。随泥质含量增加， 电阻率呈 对数关系 降低。因此可利用这一变化规律对地层电阻率进行 泥质校正。根据泥质含量与电导率关系图， 拟合求 出关系式为： ! ./ " " # &)’ " $ ./ ’ # * $ （ !） 根据单位换算 % 0 ! ’’’ 1 ! ./ ， 求得 -- 构造奥 陶系碳酸盐岩储层电阻率泥质校正公式为： % 234 "
裂缝孔隙度及裂缝张开度估算
裂缝大多分布在基岩电阻率较高的硬地层中， 它既有储集能力， 又是油气渗流的主要通道。众所 周知双侧向测井是裂缝性地层中常用的测井方法。 本文在借鉴“八五” “ 九五” 、 期间开展双侧向测井响 应的数值模拟及反演方法研究的基础上， 建立了正 演的简化测井解释方法， 形成了一套较完整的裂缝 性碳酸盐岩储层双侧向测井评价模型。在 -- 构造 奥陶系碳酸盐岩储层中， 由于存在泥质、 孔隙及其他 矿物使双侧向电阻率大大降低， 若不加考虑直接引 用所建立的双侧向测井解释模型， 所计算的裂缝孔
裂缝渗透率估算
, 4 实验室构成裂缝宽度与裂缝渗透率的关系
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能力， 这是需要进行地质验证的。唯一 能反映裂缝 真实渗透能力的地质资料， 主要来源于油气测试的 动态资料。因而我们运用了各井测试的压力及产量
表! 深度 （ "） ! %%) * ! %$+ ! %%) * ! %), ! $+! * ! !.) (! 井 ! $+! * ! !’$ ! ’,) * ! ’// ! ’’+ * ! ’0% ! %,, * ! $,% (, 井 ! $/$ * ! !+$ ! ’’/ * ! ’//
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)’’) 年 ( 月
测 井 裂 缝 参 数 估 算 与 储 层 裂 缝 评 价 方 法研 究
金 燕! 张 旭
（中国石油西南油 气田分公司勘探开发研究院）
金 摘
燕等 + 测井裂缝参数估算与储层裂缝评价方法研究 + 天然气工业 +)’’)； （增刊） ： )) #* , #$ 要 在双侧向测井响应的数值模拟及反演 方法研 究基础 上， 建 立了一 套双侧 向测井 裂缝评价 模型， 来估
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式中： ! ./ 为泥质 电导率， % 234 为校正泥 质后的电 阻 率。 对深浅侧向电阻率进行泥质附加导电校正后， 还对地层因孔隙、 岩石矿物成分引起电阻率降低也 进行了适当校正。这样在消除了泥质等因素对双侧 向电阻率的影响后， 即可对裂缝参数进行估算。 )+ 计算裂缝孔隙度的简化模型 不论从微观上还是宏观上讲， 在裂缝性地层中 双侧向的电场分布都是三维的， 因而在作裂缝的双
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裂缝孔隙度 （测井） # % -%./ / % -%$/ ’ %- %’. ! %- %’! , %- %’! . %- %,$ + %- %,, ! %- %!) / %- %’+ ,
地层渗透率 （动态） $% ! " ! -’+% ) $ -%/, % -$%+ , % -+%+ % -’$. . % -$0$ ’ $ -%!0 ! % -!,$ + % -!%0 .
岩心核磁共振扫描图像分析结 果表 裂缝条数 （条） 半充填缝 ,,& !6,6 张开缝 -" 0! & 孔洞数 （个） ,! 0% , 面缝 （孔） 率5 （张开及半张开） " 4,’ " 4,60 " 4"1
（ (） - ""! $ - "!% - "-! $ - !&6
3% , ’’, $ - ,1& 40
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(, 、 (- 、 (! 、 ( % 为双侧向测井非线性简化计算裂缝孔隙 度公式的系数。 在本研究中采用二分法求得 ! 的值， 根据简化 的双侧向解释公式即可计算裂缝孔隙度： （ 1） !) " ! ) # () 用上述简化模型对 22 构造奥陶系碳酸盐岩储 层各井的裂缝孔隙度进行了计算。同时还采用了核 磁共振扫描图象分析技术， 对 3,、 3-、 3! 及 3% 井若 干块岩心进行扫描， 并对裂缝类型、 条数及面缝 （孔） 率进行估算。从核磁共振扫描求得面缝 （孔） 率统计 看出 （见表 ,） ， 而 3, 井 - ""! $ - "!% ( 为 " 4 ,’5 ， 测井计 算 的裂 缝率 为 " 4 ,,5 。 在 3- 井 - "-! $ 测井计算为 - !&6 ( 裂 缝 率 平 均 为 " 4 ,605 ， "4 "’5 ， 3% 井 , ’’, $ - ,1& ( 扫描统计平均裂缝率 为" 4 "15 ， 而测井计算为 "4 "015 ， 数值较接近， 可以 相互印证。
碳酸盐岩裂缝性储层以其自身独有的空隙空间 结构而区别于孔隙性砂岩储层。它的低孔、 各向异 性、 非均质性三大特点给测井评价带来了多解性、 模 糊性、 不确定性， 致使如何利用测井资料估算裂缝参 数并对裂缝性储层进行评价成为一个相当棘手的难 题。为提高裂缝评价的可信度， 本文以 -- 地 区裂 缝性储层为研究靶区， 将测井资料与岩心、 录井、 试 油等地质资料相结合， 研究出一套利用多种测井信 息正确估算 出裂缝孔隙度、 裂缝张开 度、 裂缝 渗透 率、 岩石力学参数等裂缝参数， 作为特征变量， 运用 人工神经网络技术， 对裂缝发育层段及裂缝发育程 度进行综合评价的方法。
资料， 根据平面径向流的产量公式计算动态地层渗 透率 （见表 !） ， 与测井估算裂缝渗透率进行比较， 两 者吻合性较好。
测井计算裂缝参数与动态渗透率 比较表 裂缝张开度 （测井） " ! !$- + + -+ !,-/ !%-$ $,-. $.-! $,-$ $%-0 $,-+ 裂缝渗透率 （测井） $% ! " ’ -+%)
算裂缝孔隙度与张开度； 利用纵、 横波时差计算出与裂缝有关的 岩石力学参数， 并根 据研究靶区 岩心实验 结果所建 立的裂缝宽度与裂缝渗透率的经验关系式来估算裂缝 渗透率。将所估算的这些裂缝参 数作为特征 变量， 提出运用 人工神经网络技术， 对裂缝发育层段及裂缝发育程度进行综合评价的方法。通过 与岩心分 析、 试油 结果、 成像测井 等资料进行对比， 得到了地质的充分验证， 取得较好的 地质效果。实际应用表明： 该 方法为碳酸 盐岩裂缝 性储层评 价提供了一种可行而有效的途径。 主题词 碳酸盐岩 裂缝识别测井 孔 隙度 渗透率 岩石力学 参数 人工神经网络技术
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岩石力学参数计算
岩石的机械性在一定程度上反映了裂缝的发育 状况， 特别是岩石的泊松比、 初始剪切强度和纵、 横 波时差与裂缝的关系更为密切。因此在纵、 横波时 差已知的条件下， 可对岩石力学参数进行计算： " 泊松比 ! !［ % " / （ "# 1 $## 2） ! ［ % $］ $（ % $］ ## 1 $##2） $ 切变模量 & !（ #3 $## 1 ） 4 （ $ ( !） % 杨氏模量 ’ ! ! & ［ # 2! & 体积模量 ) * ! # 3 $ $# ］ 4 $ ’ ##1 ） % ,（ ’ 体积压缩系数 + 3 ! $ $ ) 3 （$ % . 25） ( 单轴抗压强度 ,+- ! % " %%,/ ’ ( % " %%+ ’ . 25 ) 起始剪切强度 / 6 ! % " %!/ ,+- $ $% + 3 $ ’ "4 * 裂缝指数 012 ! （ ’ "4 % ’ ） 式中： ##2 为纵波时差， ## 1 为横波时差， ! 为泊松比， ’ 为杨氏模量， 4 为系数， . 25 为泥质 #3 为体积密度， 含量， & 为切变模量， ) 3 为体积模量， ’ "4 为岩石骨 架杨氏模量。