塔中奥陶系碳酸盐岩裂缝的多方法表征及分布规律
琚岩;孙雄伟;张承森;于红枫;刘鑫
【摘 要】奥陶系碳酸盐岩是塔中的主力产层,裂缝是重要的油气储集空间和渗流通道.综合岩心、测井、露头和地震等资料,提出了塔中奥陶系碳酸盐岩裂缝研究的多方法表征适用方案.研究认为,塔中奥陶系碳酸盐岩裂缝的分布规律与岩性、区域应力变化、构造部位等因素密切相关,在塔中北斜坡上具有南北分带、东西分块、受断裂控制的分布规律.
【期刊名称】《新疆石油地质》
【年(卷),期】2011(032)003
【总页数】5页(P262-266)
【关键词】塔里木盆地;奥陶系;碳酸盐岩油藏;裂缝;分布
【作 者】琚岩;孙雄伟;张承森;于红枫;刘鑫
【作者单位】中国石油塔里木油田分公司勘探开发研究院,新疆库尔勒841000;中国石油塔里木油田分公司勘探开发研究院,新疆库尔勒841000;中国石油塔里木油田分公司勘探开发研究院,新疆库尔勒841000;中国石油塔里木油田分公司勘探开发研究院,新疆库尔勒841000;中国石油塔里木油田分公司勘探开发研究院,新疆库尔勒841000
【正文语种】中 文cracks什么意思中文
【中图分类】TE112.221
奥陶系碳酸盐岩是塔中北斜坡油气田的主力产层，其基质孔隙度多小于2%，基质渗透率多小于0.1×10-3μm，裂缝是重要的储集空间和渗流通道[1，2]。勘探实践表明，有效裂缝发育、与大型洞穴连通性好是实现稳产的重要因素。因此，准确描述与表征碳酸盐岩裂缝发育特征及其分布规律，对塔中奥陶系碳酸盐岩储集层的油气勘探开发具有重要意义。
前人对塔中上奥陶统灰岩裂缝的分类、发育特征，以及对油气储集层发育的作用等方面进行了研究，并应用不同的方法进行裂缝的预测[1-6]。基于岩心、测井和地震资料等所表征裂缝的量级不同，在表征裂缝的多种属性时各有侧重。由于碳酸盐岩裂缝发育的复杂性，目前还
没有一种方法能单独有效地应用于裂缝预测[6]。本文在前人对塔中奥陶系碳酸盐岩裂缝研究的基础上，总结了适用于塔中奥陶系碳酸盐岩裂缝的表征方法并研究了该区裂缝发育、分布规律。
岩心描述法是对井眼裂缝的直观描述，包括裂缝成因的分类，裂缝充填物和充填程度的判识，裂缝交切关系和期次的分析，裂缝与溶蚀孔洞的相关性，以及局部井段裂缝张开度、线密度、面密度等定量资料的统计。
对塔中奥陶系岩心的研究表明，对裂缝进行表征，分类依据和各种属性的细分与定量描述至关重要。在生产过程中，构造缝是影响储集层和产能的重要因素，这时需要排除水平缝合线等非构造缝对结论的干扰；定量描述构造缝对储集层的影响则对各种产状的划分非常重要，需根据构造缝倾向、填充程度等进行分类。
据成因分类，塔中奥陶系裂缝可分为非构造缝和构造缝两类[4，5]。非构造缝主要有两类：第一种是水平缝合线，在上奥陶统良里塔格组台地内部普遍发育，以水平状或低角度为主，缝面多呈锯齿状，以泥质充填为主，晚期缝合线切割早期缝合线，可见溶蚀孔洞伴生；第二种是成岩收缩缝，细小杂乱，不规则呈网状交错，延伸短，一般不超过5 cm，多分布在泥质
条带碳酸盐岩段。溶蚀扩大缝是在其他裂缝基础上经表生岩溶或热液岩溶等作用形成的，因此不作为单独的分类标准。
塔中奥陶系岩心裂缝研究表明，构造缝可据不同属性的标准进行细分。在塔中奥陶系储集层和产能的研究中，首要关注的是裂缝的连通性问题。因此，裂缝的倾角、张开度、填充物和填充程度是重要的划分依据（表1）。裂缝的走向也是重要的划分依据，但相对于岩心定向，成像资料对于走向的确定更加准确和全面。而岩心薄片对于观察微裂缝填充物、填充程度和溶蚀作用非常有效。
据裂缝的倾角分析，塔中奥陶系碳酸盐岩构造缝以垂直缝与高角度缝为主，在下奥陶统鹰山组有较多的低角度缝。
裂缝的张开度指裂缝缝面之间的垂直距离，溶蚀改造后宽窄不一时，视溶蚀程度取均值。塔中地区奥陶系碳酸盐岩以微－小裂缝为主。
据裂缝的填充物可以划分为4类：①灰泥质，呈黑灰，泥质细腻，主要在水平缝合线和部分构造缝中出现；②砂泥质，呈灰绿，有渗流痕迹，与表层岩溶有关；③方解石，岩心观
察显示，塔中奥陶系至少经历了三期方解石充填，第一期为粉晶方解石，呈白，缝面平直，可见中到大缝，第二期和第三期为亮晶方解石，透明，晶形完整或呈马牙状，可见溶蚀边缘或沥青质充填，在构造缝中较多见；④有机质，塔中以沥青质为主，油味明显，用手摸有黑物质可污手，紫外线照射可见荧光，单独充填或与其他填充物伴生，为油气运移的有力证据。另外，充填物还有黄铁矿、硅质和萤石等，但多与其他充填物伴生。黄铁矿具有完好的晶形，与泥质伴生较多；硅质和萤石较少。塔中地区奥陶系碳酸盐岩裂缝主要以方解石充填为主，下奥陶统风化壳泥质充填较多。
据裂缝充填程度，可以划分3类：未充填，断面干净；半充填，沿缝有溶蚀孔洞的较多见，填充物多样；全充填，早期方解石充填的较多见。有效缝为未充填和半充填缝，全充填为无效缝。
在定量分析裂缝强度方面，主要应用的是密度法。理论上，裂缝密度又称裂缝频率或裂缝线密度，指垂直裂缝走向方向上单位长度内的裂缝条数。但受到井眼限制，工作现场主要采用两种方法：①线密度法，即单位长度的岩心或井段上同类裂缝的总条数，本方法在岩心和成像测井资料中广泛应用，是简单的定量描述裂缝发育井段和发育程度的有效方法；②面密度
法，即单位面积的岩心或井壁内同类裂缝的长度总和。由于岩心裂缝的张开度是在地表条件下测量的，而成像资料的精确度有待提高，因此，现阶段只考虑了裂缝的长度总和。本方法可以半定量表征裂缝孔隙度，在成像测井资料上应用较多。
岩心观察法可以最直观地表征裂缝特征，是长期以来裂缝研究的基本方法，但也存在严重的局限性：①岩心少，代表性不足；②裂缝在地层中空间分布的严重不均质性，给钻井取心带来极大的偶然性；③裂缝发育段在钻井取心的过程中常常破碎；④存在着岩心定向问题[7]。
测井资料中应用于裂缝研究的主要有3种：微电阻率扫描成像测井（FMI或EMI）；偶极横波测井或阵列声波测井（DSI或XMAC）；双侧向电阻率测井。由于测井资料覆盖全井段，不仅可用来分析裂缝类型、倾角、宽度、充填等岩心表征的参数，而且可以定量分析裂缝的孔隙度、倾向、走向线密度、最大主压应力方向等。裂缝表征已进入定量测井评价阶段，但精确度还有待进一步研究[8-13]。
（1）微电阻率成像测井可用来分析裂缝类型、倾向、走向、倾角、线密度、裂缝宽度、最大主压应力方向等。在这里，裂缝主要分为3类：高导缝；高阻缝；诱导缝。高导缝在成像图上表现为暗正弦曲线，暗代表导电能力强，但高导缝并非完全高导，包括未充填缝、
泥质半充填－充填缝，要结合常规测井资料进行判断；高阻缝在成像图上为亮正弦曲线，亮代表导电能力弱，主要为方解石全充填缝。高导缝和高阻缝都是原生裂缝。诱导缝是钻开岩石后，由于地应力的释放和钻具震动等因素产生的，其走向反映井旁水平最大主应力的方向。诱导缝在图像上也表现为暗导电缝，它们在图像上往往呈180°高角度对称方向出现，整个裂缝无法形成连续的正弦曲线，非常容易识别。裂缝的走向、倾向、倾角等，可在交互方式下手工识取裂缝后自动生成玫瑰图或蝌蚪图。裂缝线密度方面，由于许多与喀斯特相关的裂缝是塌陷微裂缝和角砾岩裂缝，这些缝都太窄，在薄片镜下可观察到这些裂缝，但FMI仪器无法探测出来。因此，FMI解释可能低估了裂缝发育的强度和数量，如果这些微裂缝是张开的，常规测井孔隙度分析可能会反映出来。裂缝的宽度现今只能做到半定量，测试过程中影响因素很多，精确度还有待进一步研究。
（2）阵列声波测井或偶极横波测井主要成分波为纵波、横波、斯通利波，其中用于裂缝分析的是快、慢横波和斯通利波。
由于地应力的不均衡，裂缝性地层具有各向异性的特征，存在两种类型的各向异性，即横向各向异性和纵向各向异性。横波在各向异性地层中传播时会分裂成快横波和慢横波。快横波
沿裂缝走向传播，能量高，速度快，慢横波垂直于裂缝走向传播，能量较低，速度较慢。利用快横波方位可以反映水平最大主应力的方向，用玫瑰图表示。快、慢横波的强弱变化可指示地层各向异性的程度。各向异性的大小与裂缝的密度、张开度呈正相关，与裂缝的强度呈正比关系。研究资料证实：泥质充填或方解石充填的高角度裂缝只有微弱的各向异性，而未充填裂缝有很强的横波各向异性，因此，可以利用横波各向异性的强弱定性识别裂缝是否充填[12]，但横波各向异性在识别低角度裂缝、网状裂缝和共轭裂缝方面有局限性[13]。
斯通利波是井下声发射系统在井壁与泥浆界面激发的表面波，在井筒内沿井壁表面传播，其能量从井壁开始向两侧呈指数衰减，对地层导流特性有灵敏的反映。裂缝对斯通利波的影响是由流体在裂缝中的流动引起的，当遇到与井壁相交的渗透性裂缝时，斯通利波能量将显著衰减，并伴随有反射现象。反射斯通利波的强弱取决于裂缝宽度以及裂缝的填充性质。裂缝的倾角增加引起斯通利波幅度变化的数值大约正比于裂缝与井壁切割面值的增加[14]。因此，通过反射斯通利波的能量衰减或流动指数可以识别具有导流能力的裂缝的分布规律，结合微电阻率扫描成像，可以有效地识别裂缝的有效性。
（3）双侧向电阻率测井是目前计算裂缝孔隙度常用的方法。其原理是裂缝的双侧向响应特
征同裂缝孔隙度与孔隙流体电导率之间存在明显的线性关系。其计算公式和理论推导，多有文章介绍，此处就不赘述了。就准确性而言，影响电阻率的因素太多，根据双侧向来划分裂缝发育段有很多的不确定性，首先诱导缝也会导致深、浅侧向的差异，泥浆的侵入也会使深、浅侧向出现正差异，因此单纯根据双侧向的差异判断裂缝就会出现误差。另一方面，如果网状裂缝发育，那么深、浅侧向也会基本重合，也就是说双侧向有时会把没有天然裂缝的层段误认为裂缝发育，同时也有可能漏掉真正的天然裂缝发育段[15]。因此，要综合其他资料进行分析。

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