基于多信息的鄂尔多斯盆地A区天然裂缝综合判识研究

赵军龙，朱广社，马永宁，吴新伟，陈守民，李甘

（1.西安石油大学油气资源学院，陕西西安710065；2.长庆油田分公司第三采油厂，宁夏银川750006）

基于多信息的鄂尔多斯盆地A区天然裂缝综合判识研究

赵军龙1，朱广社2，马永宁2，吴新伟2，陈守民2，李甘1

（1.西安石油大学油气资源学院，陕西西安710065；2.长庆油田分公司第三采油厂，宁夏银川750006）

研究从鄂尔多斯盆地A区天然裂缝判识需要出发，基于收集到的岩心、测井、地质等多种资料信息，开展了天然裂缝判识技术研究和优选。运用静态、动态资料揭示了工区天然裂缝的分布规律和影响因素。天然裂缝识别的主要方法包括岩心裂缝识别法、成像测井识别法、储层渗透率非均质分析法、常规测井参数法、常规测井曲线重构法、动态资料分析法及现代数学等方法。A区天然裂缝平面上主要位于河道微相中靠近边部区域、砂体厚度较小的区域、储层微构造起伏较大区域。动态资料验证表明，针对A区所建立的天然裂缝判识技术合理，对天然裂缝的平面和纵向分布规律预测取得了较好的效果，其研究成果为下一步的裂缝开发治理政策研究提供了坚实的资料基础。

测井解释；天然裂缝；综合判识；分布规律；动态识别；鄂尔多斯盆地

0 引 言

碎屑岩天然裂缝的分布受成岩过程、区域地层应力分布等因素的影响［1－2］。天然裂缝识别大多基于对岩心裂缝的认识。将地质、测井及动态资料相结合，开展天然裂缝的综合判识。碎屑岩天然裂缝研究应针对工区实际，建立天然裂缝概念模型，从取心井资料出发，将静态信息与动静态信息相结合，采用分形分维、灰色关联分析等现代数学手段，以多学科交叉为特色开展天然裂缝识别与预测［3］。

鄂尔多斯盆地西北部A区位于陕西省吴旗县境内［4］。作为该区主要含油层系的长6油层组可划分为长61、62和63等3个小层。长61储层属于典型的特低渗透率储层，渗透率平均为0.39×10－3μm2。该区从开发至今，表现出水力方向性明显、个别井水淹严重、单井产量递减很快等现象，天然裂缝和人工裂缝对油田生产带来了一些负面影响。为此，开展了基于多信息的天然裂缝综合判识研究，以建立适合该区的天然裂缝综合判识技术，揭示该区目的层的天然裂缝分布特征和影响因素。

1 天然裂缝判识技术及优选

1.1 天然裂缝识别技术

（1）岩心裂缝识别方法。岩心裂缝的仔细观察描述是整个裂缝研究的基础，它最能直观地反映地下裂缝的真实状态。依据裂缝开启程度及对渗流的贡献，特别是裂缝在地下油藏开发过程中所起的作用，可将天然裂缝划分为开启缝、半开启缝和闭合（潜在）缝［1－3，5］。岩心照片与成像测井资料相结合可以较好地区分天然裂缝和人工裂缝，确定微观裂缝类型。

（2）成像测井识别方法。测井资料是除岩心以外反映地下地层（油层）结构最全面、最直接且又是每口井都必有的资料。成像测井技术依据所测物理量的不同可以分为电、声、核、力等4种，目前多用于裂缝识别及储层可动流体评价的成像测井有地层微电阻率扫描成像测井、方位电阻率成像测井、超声波成像测井、偶极子横波成像测井和核磁共振成像测井。

（3）常规测井曲线识别方法。天然裂缝的存在通常会引起常规测井一定的异常响应（见表1）［5］。基于常规测井裂缝响应机理，可以利用常规测井曲线开展天然裂缝的分析研究。

表1 与裂缝相关的多种测井信息直观综合分析表［5］

运用常规测井曲线开展裂缝定性识别的方法主要有曲线变化率法、孔隙结构指数法、骨架指数法、地层因素比值法、三孔隙度比值法、孔隙度组合法、饱和度比值法、等效弹性模量差比法、综合概率指数法、测井曲线R／S变尺度分析法等［3，5－10］。各方法的实质都是围绕裂缝的电性（泛指一切测井响应）特征识别裂缝的存在［3］。

（4）动态方法识别裂缝。钻井液的漏失、机械钻速的加快等动态信息都可能和天然裂缝等有关［1］。据此，结合井壁崩落、固井质量、钻井曲线分析等可以间接或定性判断裂缝的存在。当示踪剂通过裂缝时所得的裂缝系统渗透率要比通过计算得到的大很多，所以通过井间示踪技术可预测裂缝的存在；试井分析是值得大力提倡的裂缝评价技术，试井分析尤其是压力不稳定试井所提供的有关裂缝方向、渗透率等参数，能代表研究油藏的大范围内参数的变化，可用于产量预测和数值模拟［11］。

1.2 天然裂缝识别预测方法技术优选

（1）天然裂缝识别的基本思路。统计表明，在研究区收集到岩心资料的10口探井中有3口井有裂缝显示指示。在对A510井、A512井、A527井岩心样品进行孔隙度和渗透率研究时，发现紧邻裂缝样品的岩心孔隙度和渗透率呈增大趋势。研究区在A527井中开展了声电组合成像测井。声电交互测井解释结果表明，该区长6储层天然裂缝发育特征较为显著，天然裂缝主要为倾角71°～86°的高角度缝，裂缝走向近北东－南西向。岩心资料和常规测井曲线对比分析表明，该区对天然裂缝指示较为明显的曲线主要有自然伽马、井径、声波时差、密度、八侧向电阻率等，但需要提高识别的精度和效率。

针对研究区取心井有限、成像测井成果少、常规测井曲线丰富等情况，开展了干扰试井和压力恢复测试等工作，确定了天然裂缝识别基本思路。通过对岩心仔细分析和对岩心裂缝的特征准确把握、标定成像测井、刻度常规测井，寻找裂缝在常规测井曲线上的响应特征，提取裂缝常规测井响应信息，建立解释模型。在对现有的裂缝识别方法开展上述比较分析的基础上，优选若干较为有效的裂缝指示曲线或重构参数，借助R／S变尺度分析技术法、灰色关联分析法开展了对A区天然裂缝的识别与分析。

（2）储层渗透率及非均质特征分析对该区天然裂缝预测。砂岩中发育天然裂缝也会导致该砂层储层非均质性加强。因此，开展小层渗透率突进系数和级差系数综合分析，有助于对A区天然裂缝分布特征的预测研究，建立起渗透率级差系数、突变系数、分维数与裂缝特征关系。

A377－16井有丰富的动态资料，可以验证裂缝的有效性。从图1可以看出，A377－16井长小层裂缝较为发育，其对应的分维数为1.02，而级差系数达到3.00，突变系数达到2.27。该井的测压资料说明了该井裂缝存在的真实性（见图1）。这也说明，利用渗透率的非均质特征可以预测裂缝的平面分布特征。

（3）常规测井曲线R／S变尺度分析技术法对该区天然裂缝的识别。R／S分析（变尺度分析）的分形维数可以体现低渗透砂岩垂向非均质性，进而揭示储层裂缝发育的程度［3，6］。统计分析表明，该区储层裂缝相对发育时，在对孔隙、孔洞和裂缝比较敏感的声波时差R／S分析曲线上就会引起分形维数增大。

储层顶底部泥岩的存在对于砂岩储层的变尺度分析可能产生影响，砂岩上部及中部的泥岩对变尺度分析的影响应尽量去除，以避免其对裂缝的识别干扰。因此，在用声波测井曲线开展变尺度分析时，应先开展岩性划分和隔夹层识别，用去夹层后的砂岩声波测井响应开展变尺度分析效果更好。A527井分析表明，声波时差曲线的R／S变尺度分析可以较好地指示裂缝的发育情况（见图2）。这里对收集到的354口井开展了R／S变尺度分析，对每口井分别计算和统计了其分维数。

（4）裂缝指示参数重构技术用于该区天然裂缝识别。为了提高常规测井信息识别裂缝效果，这里重构裂缝指示参数Fracx［3］。

图1 A377－16井渗透率非均质特征、分维数与裂缝发育关系

图2 A527井长裂缝的R／S分析曲线特征

式中，Fracx为重构的裂缝指示参数，无量纲；XRLL，8为八侧向电阻率测井曲线变化率，无量纲；XGR为自然伽马测井曲线变化率，无量纲；XAC为声波时差测井曲线变化率，无量纲；XCNL为补偿中子测井曲线变化率，无量纲。

Fracx参数是多种测井曲线变化率的组合，引起测井曲线变化的主要因素有岩性变化和裂缝存在。在使用该重构参数时候，应首先剔除岩性变化的影响，重构的Fracx参数就可以直观准确地指示裂缝的存在。

对354口开发井用该方法进行了裂缝识别。如A385－19井动态资料显示该井应该有裂缝存在，用Fracx参数进行了裂缝识别，取得了明显的效果。

要发挥好常规测井曲线参数法［12］在识别裂缝中的效用，应注意一些技术关键，①参数法的方法使用条件是选择基础，工区裂缝测井响应特征分析是建立参数法的关键；②无论采用哪种参数法，都应先运用常规测井曲线确定储层砂岩；③在参数法识别砂岩裂缝过程中应尽量将致密夹层和泥质夹层的影响去除，以免作出错误的判识。

（5）灰色关联分析技术法用于天然裂缝识别。裂缝存在所引起的常规测井响应特征常常与泥质含量的增加、岩性变化以及淡水泥浆高侵难于区分。尽管可以引入丰富的参数和重建派生曲线，在某种程度上可以间接证明裂缝的存在，但单凭1条或者几条曲线难以准确完成裂缝的识别任务。将灰色关联法［13－14］引入常规测井裂缝识别中具有新意。

灰色系统测井裂缝识别的主要工作是在充分分析区内已有取心井的岩心、测井、油气测试和录井资料基础上，基于取心井裂缝测井响应的分析，建立起裂缝与测井参数（或重构参数）等指标之间的对应关系，进而利用测井信息、运用灰色系统裂缝评价技术进行裂缝判识。灰色关联技术用于裂缝识别的技术关键是把多种测井信息、重构信息及AC曲线的R／S变尺度分析信息相结合，以动态资料为约束，开展裂缝的单井裂缝综合判识。天然裂缝灰色关联评价技术识别流程路线图见图3。

图3 灰色关联技术用于裂缝识别的技术路线

2 研究区天然裂缝分布特征预测与动态验证

2.1 研究区天然裂缝分布特征

（1）长6储层声波时差分维数特征。统计分析表明，该区生产和动态资料中分维数大于1.0的区域天然裂缝较为发育，分维数大于1.1的天然裂缝发育。3个小层的裂缝发育具有一定的继承性。说明裂缝的纵向延范围几乎覆盖3个目的层。为了研究需要，这里将A区裂缝发育程度分为Ⅰ、Ⅱ型裂缝范围2个级别（见表2）。

表2 A区长6储层天然裂缝发育分级标准

（2）天然裂缝分布规律预测。根据测井曲线重构参数法、R／S变尺度分析法、渗透率级差分析法、灰色关联评价后，编绘了A区裂缝分布规律图。该图较好地反映了研究区目的层的裂缝平面分布特征。与生产动态等资料一致性好（见图4）。A区天然裂缝纵向切割范围见表3。

表3 A区天然裂缝纵向切割范围

A区目的层天然裂缝分布与砂体顶部构造有一定的关系，工区天然裂缝主要分布在砂体微构造起伏较大区域，这是因为储层构造部位不同，遭受的应变强度不同，裂缝的密集程度不同；研究区目的层天然裂缝分布与砂体厚度变薄关系密切，A区天然裂缝主要分布在砂体厚度较小的区域，这是因为薄层岩石比厚层岩石更容易产生密集间距的裂缝；该区目的层天然裂缝主要分布在河道微相中靠近边部的区域，这是因为在沉积微相发生变化的区域，亦即砂体厚度变化的区域，容易因为应力作用而产生裂缝。

图4 A区长6储层天然裂缝平面特征

2.2 研究区天然裂缝分布的动态验证

A区近年来陆续开展了干扰试井（压力恢复测试）、示踪剂测试、生产测井等工作。这些动态资料可以用来解释和验证上述裂缝分布预测结果。

（1）测压资料解释裂缝。该区收集到的测压资料解释结果表明，测压解释出裂缝的井点一般都有天然裂缝发育，或者靠近天然裂缝发育井点或区带。利用测压资料验证天然裂缝分布规律效果分析表明，预测结果好的占44.4%，较好的占44.4%，效果不好的占11.2%。

（2）干扰试井资料解释裂缝。A151－1井、A151－2井、A151－3井和A151－4井近年来含水率逐步上升，为了了解含水率上升的原因，进一步判断该井与周围井的连通情况及裂缝发育方向，对该井组进行干扰试井测试。激动井为A151－2井。从干扰试井4口井观察井响应压力曲线图可以看出，A151－3井响应信号明显，从变化看为“三升三降”的干扰信号，符合激动井A151－2井的激动周期“三升三降”的激动信号，信息滞后30～100 h。说明A151－2井与A151－3井沟通。研究表明，该区天然裂缝预测的方向性和裂缝发育范围与动态资料较为一致。

（3）注水剖面测井。研究区开展了一定数量的生产测井。对生产测井的注水剖面测井成果分析认为，在2个层合注时，如果2个层中某个层吸水能力明显强，该层可能存在裂缝通道，但该裂缝是否是天然裂缝有待于进一步分析。上述预测天然裂缝分布与吸水特征有一定的相关性。

3 结论和认识

（1）天然裂缝识别的主要方法包括岩心裂缝识别法、储层渗透率非均质特征分析法、成像测井识别法、常规测井识别法及常规测井参数法、动态资料分析法及R／S分形分维分析法。

（2）天然裂缝判识的技术关键是正确认识天然裂缝常规及成像测井响应机理，并对可能的干扰因素及时剔除。基于动态资料，运用储层渗透率非均质特征分析法、常规测井曲线重构参数法、R／S变尺度分析法和灰色关联分析法开展综合判识可以取得较好的效果。

（3）研究区的天然裂缝对储层渗透率非均质性影响显著，该区天然裂缝平面上主要位于河道微相中靠近边部区域、砂体厚度较小的区域、储层微构造起伏较大区域，天然裂缝平面及纵向分析主要受到沉积微相、储层微构造及砂体厚度变化的影响。

（4）压力测试工作、干扰试井工作和注水剖面测井取得的动态资料可以较好地验证以常规测井资料为基础的天然裂缝预测结果。

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On Synthetically Identifying Nature Fractures of A Block in Ordos Basin Based on Multi－data

ZHAO Junlong1，ZHU Guangshe2，MA Yongning2，WU Xinwei2，CHEN Shoumin2，LI Gan1（1.School of Petroleum Resources，Xi’an Shiyou University，Xi’an，Shaanxi 710065，China；2.No.3 Production Plant，Changqing Oilfield Company，Yinchuan，Ningxia 750006，China）

For need of finely identifying nature fractures of block A in Ordos basin，the optimal evaluation techniques have been developed on the basis of collected multi－data such as cores and logs.And the distribution law and effect factors about nature fractures in block A have been studied with static and dynamic data.The research indicates that the methods to identify nature fractures mainly include core fracture identification，imaging logging identification，nonhomogeneity analysis of reservoir permeability，conventional logging parameters，reconfiguration of conventional logging curves，dynamic document analysis and modern mathematics.Moreover，the nature fractures in block A are in the board of river course and the minimal sand thickness zones and the maximal tectonics fluctuating zones.The above techniques are reasonabl and reliabl to identify the fractures.And the effect of pre－determination about the fracture planes and vertical distribution is ideal.Our research provides important data for further fractures identifications.Key words：log interpretation，nature fracture，synthetically identification，distributing law，dy

P631.81

A

1004－1338（2011）06－0544－06

namic identification，Ordos basin

项目来源：陕西省教育厅科研计划项目资助（项目编号：11JK0781）

赵军龙，男，1970年生，博士，教授，从事矿产与能源地球物理研究。

2011－07－11 本文编辑 李总南）