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第7章 裂缝性碳酸盐岩储层测井评价


第七章 裂缝性碳酸盐岩储层测井评价

主要内容
一、碳酸盐岩储层基本特征 二、裂缝性储层测井响应特征 三、碳酸盐岩储层类型的识别 四、储层参数的计算 五、碳酸盐岩测井评价软件 六、测井新方法在碳酸盐岩评价中的应用

七、国内外碳酸盐岩测井解释的研究方向

第一节、碳酸盐岩储层基本特征

碳酸盐岩
? 碳酸盐岩是指主要由沉积的碳酸盐矿物(方解石、 白云石等)组成的沉积岩。主要的岩石类型为石 灰岩(主要为方解石)和白云岩(主要为白云

石)。
? 碳酸盐岩剖面中,常伴生硫酸-卤素岩石,最普遍 的是硬石膏、石膏、盐岩。

第一节、碳酸盐岩储层基本特征

碳酸盐岩储层在石油工业中的地位
? 碳酸盐岩储集层在世界油气分布中占有 重要地位。碳酸盐岩中蕴藏的石油和天 然气资源十分丰富,世界上与碳酸盐岩 有 关的油 气藏约 占世界 石油总储量的 50%,产量占世界油气总产量的60%。 ? 碳酸盐岩储集层油气田常常具有储量大、 产量高的特点,易形成大型油气田。

第一节、碳酸盐岩储层基本特征

碳酸盐岩的分布

生物礁

陆架碳酸盐岩

深海碳酸盐岩

含油碳酸盐岩区

第一节、碳酸盐岩储层基本特征

碳酸盐岩测井评价中的难点
在碳酸盐岩中,主要以次生孔隙为主,即溶 蚀孔隙、洞穴以及裂缝。这就使得储层非均质性 和各向异性非常严重。从而以各向同性和均质无 限厚地层为前题得到的测井评价理论和方法不能 使用。主要表现在: 1. 储层难以识别:我国碳酸盐岩储层孔隙度可能低 到2--3%(裂缝很发育)。

碳酸盐岩测井评价中的难点

2. 孔隙度的计算较砂泥岩剖面难,尤其是“岩

心刻度测井”法无效,理论计算方法误差不 大。

3. 渗透率受裂缝的影响极大。
4. 饱和度的计算与油水层的识别较难。电阻率 的大小不仅与孔隙度、地层水电阻率、含油 饱和度有关,同时与储层孔隙空间类型、孔

隙连通性、裂缝产状有较大关系。

储集空间的基本类型
? 孔隙、喉道 ? 裂缝
–裂缝线密度:单位岩石长度上裂缝条数 –裂缝孔隙度:单位体积岩石中裂缝体积所占百分数。 通常小于1%. –分为张开缝和填充缝,张开缝为有效缝,填充缝可能 为有效缝,可能为无效缝。 –高角度裂缝:裂缝面与井轴的夹角为0—15o

储集空间的基本类型
–斜交裂缝:裂缝面与井轴的夹角为15o—70o

–低角度裂缝:裂缝面与井轴的夹角为70o—90o
–单组系裂缝 –多组系裂缝 –网状裂缝

? 洞穴
–直径为2mm以上的孔隙称为洞穴

? 储集层按孔隙空间类型的分类
? 孔隙型储层 ? 裂缝型储层

? 洞穴型储层
? 裂缝—孔洞型储层

第二节 裂缝性储层测井响应特征
? 一、孔喉的测井响应
– 在曲线形状方面表现为圆滑的“U”字 形,如电阻率呈“U”字形降低,这与 裂缝发育段的尖刺状电阻率起伏形成强 烈的反差;在测井值方面表现为三高两 低,即时差、电磁波传播时间、中子孔 隙度增高,电阻率和岩石体积密度降低。

? 二、裂缝性储层的测井响应
– 1。电阻率测井
? 双侧向测井 ? 微球形聚焦测井 ? 地层倾角测井

深浅侧向电流路径示意图

? 2.

声波测井
? 垂直裂缝,时差不能反映; ? 网状裂缝,老式仪器可能出现“周波跳跃”; ? 因为横波时差比纵波时差更容易受到裂缝的 影响,所以纵波时差不变,而横波时差增大 时,可能为裂缝发育带.

–声波时差:

–声波幅度:
? 衰减.当裂缝倾角为35—80o时,纵波幅度 衰减最大,垂直缝和水平缝不衰减;横波在 水平缝处衰减最大,随倾角的增大,衰减幅 度变小.

? 3.

放射性测井

–地层密度 –光电吸收截面
?重晶石的光电吸收截面极高

–自然伽马射线

三、洞穴的测井响应
? ? ? ? 双侧向 声波时差 中子测井 密度测井

第三节 碳酸盐岩储集空间类型的确定

储集空间类型的确定

? 首先必须研究储集空间类型,因为:
–储层的孔隙空间结构在很大程度上影响着地层 原始流体的分布状况。 –当地层被井钻穿后,泥浆或泥浆滤液对储层的 侵入特征将受到孔隙空间结构的控制。 –孔隙空间结构直接影响储层的储量和产能以及 生产方式。 –孔隙空间结构对各种测井信息都有程度不同的 影响。

储集空间类型的确定

? 确定方法
–用交会图法识 别储层空间类型
?t

孔洞型 裂缝—孔隙型 孔洞—裂缝型 裂缝型

储层类型

储集空间类型的确定

? 一、确定方法
–用岩石导电效 率识别碳酸盐 岩储层类型 –用裂缝指数曲 线法识别碳酸 盐岩裂缝发育 带

1. Bremer等:利用多种 测井方法共同构造一 参数 ? ? 2. 国内石探院 :? f ? R R R ?
t

0

?

c

0

? ? ? ?

储集空间类型的确定

–用综合概率法 识别碳酸盐岩 裂缝发育带
综合概率法基于:①每种测井曲线都 或多或少地受到裂缝的影响,即每种 测井对裂缝的响应可用一个裂缝概率 指标来反映;②由于裂缝分布的复杂 性和对测井响应影响的随机性,无法 用任何单一一种常规测井曲线来完成 划分裂缝带的工作 。

储集空间类型的确定

–用人工神经网 络法识别碳酸 盐岩裂缝发育 带

人工神经网络法识别裂缝带的特点是 避开事先建立的测井解释模型,通过 其本身算法的结果来自动确定裂缝发 育程度与各测井响应或特征参数之间 的复杂关系。然后利用这种关系预测 未知地层。

二、用岩石导电效率识别碳酸盐岩储层类型

导电效率的定义
在相同电势差下,岩石耗散的平均功率与跟岩石具 有相同长度和含水体积的一根全含水直毛管(称“标准 毛管”)耗散的功率之比。

定义式

局部导电效率与全局导电效率的关系
1 N E ? (? ? i ) N i ?1

Rw E? Rt ? w

导电效率是岩石中导电相分布的几何特征参数,导 电路径的曲折程度、孔喉大小的分布特征、孔隙的连通 性、非导电相(油)的分布特征都考虑在该参数中.

二、用岩石导电效率识别碳酸盐岩储层类型

岩石中裂缝和孔洞示意图

电流方向

二、用岩石导电效率识别碳酸盐岩储层类型

导电效率表达式
存在裂缝和孔洞
L2 hl (hl ? hd ? d 2 ) E? 3 (d ? d 2 h ? hlL)[( L ? d )(hl ? hd ? d 2 ) ? dhl ]

存在孔洞和喉道
E? [d ?
3

?
4

L2 dh 2
2

?

( L ? d )h ][ h 2 ? ( L ? d )d ] 4 4

?

二、用岩石导电效率识别碳酸盐岩储层类型

设L=l=1
存在裂缝和孔洞
h(h ? hd ? d 2 ) E? 3 2 2 2 3 (d ? d h ? h)(h ? hd ? hd ? d ? d )

存在孔洞和喉道
E? [d ?
3

?
4

dh 2

?
4

(1 ? d )h ][
2

?
4

h 2 ? (1 ? d )d ]

二、用岩石导电效率识别碳酸盐岩储层类型
存在裂缝和孔洞时,导电效率与裂缝宽度的关系
0.50

0.40

d=0.3
导电效率
0.30

d=0.5

0.20

0.10

0.00

0.000

0.002

0.004

0.006

0.008

0.010

裂缝宽度

二、用岩石导电效率识别碳酸盐岩储层类型
存在孔洞和孔喉时,导电效率与孔喉直径的关系
0.50 0.40
d=0.3
导电效率

0.30
d=0.5

0.20 0.10 0.00 0.000

0.020

0.040

0.060

0.080

0.100

孔喉直径

二、用岩石导电效率识别碳酸盐岩储层类型

导电效率理论关系图
存在裂缝和孔洞时,导电效 率与裂缝宽度的关系
0.5 0.4

存在孔洞和孔喉时,导电效 率与孔喉直径的关系
0.5

0.4

导电效率

导电效率

0.3 0.2

d=0.3 d=0.5

0.3

d=0.3 d=0.5

0.2

0.1 0.0 0.000

0.1

0.005

0.010

0.0 0.000

0.050

0.100

裂缝宽度

孔喉直径

二、用岩石导电效率识别碳酸盐岩储层类型
裂缝宽度、孔喉直径一定时,导电效率与孔洞大小的关系
0.5 0.4 裂缝宽度=0.008 孔喉直径=0.05

导电效率

0.3 0.2 0.1 0.0 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

孔洞大小(d)

二、用岩石导电效率识别碳酸盐岩储层类型

判别碳酸盐岩储集空间类型及储层好坏
高 E、高φ 高 E、低φ 低 E、高φ 低 E、低φ 孔隙、裂缝或裂缝、溶洞发育;好储层 裂缝发育,溶孔或溶洞不发育;中等储层 溶孔或溶洞发育,裂缝不发育;中等储层 裂缝、孔洞均不发育;差储层

二、用岩石导电效率识别碳酸盐岩储层类型

0.12 0.1 以孔洞为主 以裂缝为主

导电效率

0.08 0.06 0.04 0.02 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 孔隙度,% 3 3.5 4

塔河油田导电效率与孔隙度交会图

429井地层组分分析程序处理成果图

161井地层组分分析程序处理成果图

4289~4306m 酸化压裂后, 用5.56mm油 嘴试油,日产 油12.6方,气 20849方,水 18.4方

161井理论曲线与实测曲线对比图

溶 孔 基质孔

45井地层组分分析程序处理成果图

45井一井段ARI和FMI图像

24井地层组分分析程序处理成果图

收 获 率 7 3

.

16井地层组分分析程序处理成果图

4248.5 ~ 4268m, 未酸化 日产原 油15.45 方

第四节 储层参数的计算

一、孔隙度的计算

? 交会图法(CRA) ? 最优化方法(GLOBAL、OPTIMUL、ELAN-Plus、 地层组份分析程序)

二、裂缝孔隙度的计算
1 ?bmb ? f ? ? Rd Rw Rw
mf

对于裂缝— 孔隙型水层

? f ? m ?C s ? Cd ? ?Cmf ? C w ?
f

1 ? ? ? Rs Rw Rmf
mb b

? fmf

对于裂缝— 孔隙型油气 层

nb 1 ?bmb S wb ? Rd Rw nb 1 ?bmb S wb ? f ? ? Rs Rw Rmf mf

? f ? m Rmf ?C s ? Cd ?
f

三、裂缝张开度

对高角度裂缝:

1? 1 1 ? ? ? ? ? ? Rm ?107 4 ? Rs Rd ? ? ?
1 ? 1 1 ? ? ?? ? ? Rm ? 106 1.2 ? Rd Rb ? ? ? Rw Rb ? m n ? Sw

对低角度裂缝:

式中:ε的单位为μm,Sw可取地区统计值

四、裂缝渗透率、基块渗透率的计算

单走向垂直缝或水平缝: 多走向垂直裂缝: 网状裂缝: 基块渗透率:

K f ? 0.85? ? f
2

K f ? 0.424? 2? f

K f ? 0.566 2? f ?
K b ? 0.136

?b4.4
2 S wb

五、饱和度的计算

用阿尔奇方程求基块饱和度,方程中系数:
mb、nb:岩电实验

裂缝饱和度认为是常数。

第五节 碳酸盐岩测井解释软件
? CRA

? 最优化测井解释程序
? ELAN-Plus

? 地层组份分析程序

CRA原理
水点

1 C1 2 C2 C3 3 C4

密度--中子交会图

第六节 测井新方法在碳酸盐岩测井评价中的 应用
? 一、FMI(全井眼微电阻率成象测井Fullbore Formation MicroImager)、ARI(方位电阻率成象 测井Azimuthal Resistivity Imager)
– – – – 识别储层类型和发育程度 判别储层的有效性 使有效厚度的确定更为准确 定量计算裂缝和孔洞参数

FMI极板:

电扣之间 0.2in(5.2mm)
两排之间间距 0.3in

ARI电极阵列和电流路径示意图

电阻率成象原理
地层中不同的岩石(泥岩、砂岩、石 灰岩)、流体,其电阻率是不一样的,通 过测量井壁各点的电阻率值,然后把电阻 率值的相对高低用灰度(黑白图)或色度 (彩色图)来表示,那么,井壁就可表示 成一张黑白图象或彩色图象。
高 阻

低 阻

FMI成象原理示意图
硬石膏(高电阻)
泥岩(低电阻) 砂岩(中等电阻) 石灰岩(高电阻) 溶洞(低电阻)

FMI、ARI
双测向测井 ARI测井 FMI测井

FMI、ARI

溶洞

FMI、ARI

裂缝与溶洞

FMI、ARI

重泥浆压裂缝

裂缝性地层中FMIARI-UBI图象的比 较

? 二、DSI(偶极横波成象测井Dipole Shear Sonic Imager)
– – – – 识别裂缝 利用斯通利波评价渗透性 识别与井壁不相交的裂缝 确定孔隙度

偶极声源

井眼的 “挠曲 ”

偶极横波测井基本原理
? 偶极子发射器能产生沿井壁传播的挠曲波 ? 挠曲波是一种频散界面波,在低频时,它以横波 速度传播,在高频时,它以低于横波的速度传播 ? DSI是通过对挠曲波的测量来计算地层横波速度的 ? 为确保横波速度的测量精度,偶极发射器应尽量 降低发射频率 ? 通过交叉偶极子的定向性对地层进行各向异性分 析.

DSI的探头

斯通利波的变 密度显示

? 判别地层各向异性(如裂缝走向)、识 别井壁附近的垂直裂缝(可能不与井 眼相交,但压裂后对提高产能有利)
– 在各向异性介质中,不同方向的声速是 不一样的 – DSI有两个正交偶极发射器,向地层沿两 个相垂直的方向定向发射压力脉冲。

井眼中的横波分裂

识别井眼 外的裂缝

上图A、B层的FMI图像

第七节 国内外碳酸盐岩测井解释的研究方向
? 采用最优化技术,求得准确的矿物含量, 进而求得较准确的孔隙度; ? 通过研究裂缝宽度、裂缝网络类型对裂缝 渗透率的影响情况,进而估算裂缝渗透率; ? 从理论上研究双重孔隙介质含水饱和度模 型,同时也根据岩电实验确定阿尔奇参数 ;

? 发展新的测井方法,如成像测井和核磁共 振测井等新一代的测井方法,使测井精细 描述油气储层及地层非均匀质性的能力提 高到一个新的水平

七、小结
1. 对碳酸盐岩孔隙度的计算,目前有比 较成熟的测井方法及处理软件。可用 地层地层组份分析程序或ELAN-Plus 程序,利用密度、中子、声波测井等 测井资料得到一最优结果。 2. 对渗透率的计算,应分别按储层类型 和裂缝产状计算渗透率。

3. 饱和度的计算目前尚无有效的方法,可 分别求出基块含水饱和度和裂缝含水 饱和度,再由此计算总含水饱和度。
4. 导电效率、裂缝密度与孔隙度相结合 可识别碳酸盐岩储层空间类型。


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