（地质工程专业论文）埕岛油田潜山储层测井评价方法研究.pdf

埕岛油田 潜山储层测井评价方法研究 冷洪涛( 地质工程) 指导教师：孙建孟( 教授) 摘要 埕岛油田处于济阳坳陷和渤中坳陷的结合处，油源充足，太古界、 古生界裂缝、溶洞发育，具备很好的成藏条件。由于该地区经多期构造 运动，断层较多，致使地层构造复杂，储层参数变化大。 以地质学和测井理论为基础，对该区块潜山储层测井评价方法进行 了研究，建立埕岛油田潜山储层测井评价方法。 将岩心与测井资料结合，分析总结了不同的储集空间类型、不同的 储层类型在各种测井资料上的响应特征。综合利用多种测井信息对裂缝 进行评价研究，建立了判断裂缝有效性的思路和方法；对利用测井资料 确定现今最大水平地应力方向进行研究，以埕北3 0 潜山为例，利用声、 电成像、地层倾角、偶极子声波测井综合确定了地应力方向。应用钻井 岩心和实验室分析化验获取的地质信息和参数，对测井资料进行刻度， 对测井信息进行优化，建立了可靠的测井解释模型。利用研究成果对埕 北3 0 6 井进行综合评价。 关键词：潜山，储集空间，地应力方向，裂缝，测井解释模型 i l l o g g i n ge v a l u a t i o nm e t h o ds t u d yo fc h e n g d a o o i lf i e l d b u r i e d - h i hr e s e r v o i r s c h e n g d a oo i lf i e l di sl o c a t e di nc o n j o i n ta r e ao fj i y a n gd e p r e s s i o na n d 1 3 0 - z l c l o n gd e p r e s s i o n t h eo i ln 狮u f 凹i se n o u g h , f r a c t u r e sa n dv u g sa 豫 d e v e l o p e di nt h i sr e g i o n , a n di th a sg o o dr e s e r v o i r - c r y i n gc o n d i t i o m b e c a u s eo f m u r i - p c r i o ds t r u c t u r em o v e m e n t , m a n yd e f a u l t sw c r ec r e a t e d , t h e f o r m a t i o ns t r u c t m ei sm o r ec o m p l i c a t e da n dr e s e r v o i rp a r a m e t e r sv a r i e d f r e q u e n t l y b a s e do ng e o l o g ya n dl o g g i n gt h e o r y , w eh a v es t u d i e dk , g g i n g e v a l u a t i o nm e t h o do fr e s e r v o i r si nt h i sr e g i o n a f t e rc o m b i n a t i o no fc o g e a n a l y s i sa n db g g m gd a t a , k , g g m gr e s p o n s e so f a nk i n d so f r e s e r v o i r a n di t s s p a c e 矾s u m m a r i z e d t h ef r a c t u r e sa 地e v a l u a t e db yu s eo f8 l ll o g g i n g i n f o r m a t i o n , a n dm e t h o d so ff r a c u 腿v a t i d i t yi d t m t i f i c a t i o na g ef o u n d e d t a k i n gc b 3 0b u r i e d - h i l lf o re x a m p l e , 骶h a v es t u d i e dh o w t od e t e r m i n e l o c a lh o r i z o ns t r e s sd i r e c t i o nf r o ms u c ha sa c o u s t i c sa n dr e s i 髓i v i i yi m a g i n g l o g s , d i p1 0 9 s ，d i p o l ea c o u s t i c sl e g sa n ds oo i l a t k , rs o m el o g g i n gd a t aa r c c a l i b r a t e da n do p t i m i z e dw i t hs o m eg 1 0 9 i c a li n f o r m a t i o na n dd a t af r o m p e t r o p h y s i sl a b o r a t o r y , s o m er e l i a b l el o gi m c r w c t 址i o nm o d e l sa r cs e tu p i e f f e c t i v e l y f i n a l l y ，t h er e s e a r c hp r o d u c t i o n sm - ou s e di nc b 3 0 6 g e o l o g i c a l e v 幽m i o n , a n da p p l i c a t i o np r o v e da nm e t h o d s e f f e c t i v ea n df e a s i b l e k e yw o r d s ：b u r i e d - h i l l , r & - f v o i fs 舯，s u e s s d h - e c t i o n , 伍u c t l 鹏，l o g i n t e r p r e t a t i o nm o d e l i v 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中 国石油大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工 作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示 了谢意。 签名：2 扣丁年5月据日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国石油大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留送交论文的复印件及电子版，允许论文被查阅和借阅；学 校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手 段保存论文 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 学生签名： 导师签名： 硷整亟卅年5 司年广 月锣日 月2 鼍日 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第1 章前言 第1 章前言 1 。1 选题的依据及意义 埕岛油田处于济阳坳陷和渤中坳陷的结合处，油源充足，太古界、古 生界潜山裂缝、溶洞发育，具备很好的成藏条件。由于该地区经多期构造 运动，断层较多，致使地层构造复杂，储层参数变化大。而且，测井信息 都具有多解性，铡井质量还受到测量环境的影响，仅利用常规的测井解释 方法进行储层评价存在一定困难。为了加强测井资料综合解释应用的力 度，提高勘探、开发效益，需要对该区块潜山储层测井评价方法进行研究。 埕岛油嗣测井、地质、钻井以及岩心分析样品资料齐全。在多口井中， 不但进行了常规测井，而且还测量了声、电成像、核磁共振等测井项目， 测井设备多为e c l i p s 5 7 0 0 和m a x i s 5 0 0 。丰富、可靠的测井信息为该地区 的测井评价研究打下了较好的基础。 通过本文研究，建立系统的埕岛油田潜山储层测井评价方法，提高测 井资料的地质应用水平；利用岩心、成像测井资料标定常规测井资料，建 立、优化测并解释模型，使测井综合评价技术更加完善，指导今后该潜山 测井评价工作，提高勘探开发效益。 1 2 国内外研究现状 地应力在油气勘探、开发和钻井工程中有着广泛的应用前景，分析地 应力能预测有效裂缝发育带分布情况，预测裂缝性储层压裂的效果。利 用测井资料进行地应力方向分析主要方法：崩落椭圆法、钻井诱导缝法、 人工裂缝法以及利用偶极横波速度各向异性分析法。崩落椭圆法确定地应 力方向是在假设主应力是在水平垂直应力场内，并且只对一定深度的平板 状地层或简单地质构造是合理的，必须保证得到的扩径是由于地应力引起 盼扩径。钻井诱导缝是在钻井过程中产生的裂缝，与地应力有着密切的关 系，但对于一些岩性，很难识别钻井诱导缝，也就不能用于确定地应力方 向。人工裂缝只在一定的条件下出现。利用偶极横波速度分析技术确定地 应力方向，其前提是在裂缝不发育的地层中，其速度的各向异性主要是由 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第l 章前言 于地应力的不均衡所致，但是这种方法易受岩石结构、裂缝及孔洞等因素 影响。 并下裂缝有效与否决定予它的张开程度、径向延伸和连通情况脚。常 规测井主要用双侧向曲线的差异和电阻率值的高低反应张开度。但是该法 受到的影响因素多，如裂缝的产状、裂缝的组合、储层含流体性质、钻井 液的侵入特征等都将影响计算的结果。声电成像测井可展现井壁二维空间 的地质特征，但是看到的是井壁上的全部裂缝，包括有效裂缝和无效裂缝， 仅从声、电成像测井图像上是无法看出裂缝的径向延伸情况。方位电阻率 成像a r i 特别是径向伸延在2 m 以上的裂缝；核磁共振的t 2 分布上将表现 出可动流体和大孔隙分布可识别有效缝、洞。 常规测井资料确定地层孔隙度的方法主要有声波、中子和密度测井。 它们的测井值主要取决于地层的岩性和孔隙度，也与泥质含量和流体的性 质有关，骨架参数选取对计算结果影响较大。核磁共振测井不受骨架( 或 岩性) 的影响，在井眼好的井段，可得到高质量孔隙度参数，但是在井眼 扩径、椭圆井眼处，核磁共振测井资料常出现失真，主要反映钻井液的信 号。 在双重孔隙结构的裂缝性地层中，利用全岩心分析资料，建立孔隙度 和渗透率的关系，但是该方法未能考虑不同的孔隙结构对渗透率的影响。 但对于裂缝性地层，用这种方法计算的渗透率效果较差。在经过岩心刻度 后，利用核磁共振测井计算渗透率，在好井眼段是可靠的，计算结果可代 表地层的实际情况。e l a n p l u s 软件解释渗透率使用的算法为一种地球化 学算法，这种算法既考虑了总孔隙度，又考虑了各种矿物组份及含量对渗 透率的贡献。 阿尔奇公式是建立在均匀孔隙基础上的含水饱和度解释方程，对于缝 洞不发育的孔隙性储层，阿尔奇公式基本上能够反映原状地层的含水饱和 度。e l a n p l u s 软件采用双水模型，但由于缝洞的影响可能使部分层的解 释含油饱和度偏低。核磁共振测井可以准确计算可动流体孔隙度和有效孔 隙度，当储层中的流体为可动油气( 无可动水) 时，可以准确的计算含油 饱和度。 2 中国石油大学( 华东) i - 程硕士学位论文 第1 章前言 每种测井方法都具有技术优势，同时测井信息都具有多解性，必须运 用丰富的测井信息和全新的思路进行综合评价。 1 3 技术路线 以地质学和测井理论为基础，以埕岛油田潜山的地质信息和测井信息 的提取为依据，综合运用测井信息建立解释模型。在测井解释时优先选用 合理的技术和方法，或几种方法相结合，特别是加强核磁共振、声电成像 等测井资料的利用。具体技术路线如下： a ) 收集各种分析化验资料、试油测试资料、测井资料及地质、钻井 资料，分析储集空间测井响应特征。 b ) 利用地层倾角、成像等测井资料综合确定现今应力方向。 c ) 利用双侧向、方位电阻率、成像测井、核磁共振测井、井旁声波 反射测井以及斯通利波识别和判断有效裂缝。 d ) 根据成像资料或地层倾角资料确定裂缝的产状。 e ) 利用岩心、测试、成像测井资料标定常规测井资料，优化测井解 释模型。 1 4 论文工作量及主要成果 论文利用收集的各种分析化验资料以及调研和文献资料，总结了埕岛 油田潜山储层地质特征；根据岩心分析了埕岛油田潜山储集空间及储集层 的类型，研究了不同储集层测井响应特征，并制作1 0 张储集层测井响应 图版；综合多种测井技术进行了地应力方向的确定测井解释研究，制作6 张图件；对裂缝有效性评价方法进行了研究，制作1 1 张图件。整理和分 析了取心段岩石的物性参数和测井响应之间的关系，建立了测井解释模 型，制作l o 张图件；以埕北3 0 潜山、埕北3 0 6 并为例，进行研究成果应 用及评价。 1 5 主要创新点 a ) 综合运用多种测井技术进行了地应力方向的测井解释研究，并分 析了每种技术的优势及适用条件。 3 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第l 章前言 b ) 运用常规和测井新技术对裂缝的有效性进行分析，并总结了方法 和思路。 c ) 对储层孔隙度、渗透率、含水饱和度等解释模型进行了分析、优 化，并编写了测井解释程序。 4 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第2 章潜山储层地质特征 第2 章潜山储层地质特征 2 1 潜山分类 石油地质学家从不同的角度将潜山划分成不同的类型，按成因可分 为：侵蚀潜山、褶皱侵蚀潜山、断块侵蚀潜山、褶皱潜山、断块潜山。 按构成潜山山体的岩石类型不同，可将潜山分为：碳酸盐岩潜山、碎 屑岩潜山、火山岩潜山和变质岩潜山。本文研究的是碳酸盐岩潜山和变 质岩潜山。 一般地说，潜山经多次构造运动和强烈的侵蚀，不论岩性如何，内部 结构变得比较复杂，在条件合适的情况下都有可能形成油气藏。 2 2 石油地质特征 埕岛地区处于济阳坳陷和渤中坳陷的交接处，是北西走向的埕北构造 体系、近南北走向的孤东一长堤构造体系和北东东走向的渤南构造体系的 交汇处，其潜山具有独特的地质结构和油气聚集特征。 2 2 1 构造特征 埕岛地区包括埕北低凸起( 东南部) 、渤南低凸起( 西部) 两个二级构造 单元( 图2 - 1 ) ，区内发育3 条在第三纪长期继承性活动的边界基底断层： 北西走向的埕北断层、北东走向的埕北3 0 西断层及北东东走向的埕北3 0 南断层，将埕岛地区分割为两个潜山( 埕岛潜山和埕北3 0 潜山) 。 埕岛潜山现今构造整体呈北西走向，其内部又被北北西走向的埕北 2 0 古断层分割成两个构造带：北西走向的埕北1 1 潜山构造带、北北西走 向的埕北2 0 潜山构造带。埕北1 l 潜山构造带为南抬北倾的单面断块山， 高点埋深2 0 0 0 2 4 0 0 m ，发育了胜海古l 、埕北2 4 2 、埕北古l 等局部高 点；埕北2 0 潜山构造带为西抬东倾的残丘山，高点埋深2 4 0 0 2 6 0 0 m ， 其斜坡部位被北北东走向的西掉的埕北古4 断层切割，形成“坡上山”， 发育胜海古3 、胜海古2 、埕北古5 、埕北古4 等风化残丘高点。 埕北3 0 潜山受埕北3 0 西、埕北3 0 南断层控制，为一地垒构造，呈 北东走向，高点埋深3 0 0 0 m 。 5 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第2 章潜山储层地质特征 2 0 0 3 年以来，又发现了埕北3 0 6 、埕北3 0 7 等断块油气藏，并获工业 油气流。 图2 1 埕岛地区t g 构造图( 2 0 0 5 年) 2 2 2 地层特征 太古界为一套巨厚的花岗片麻岩，成份以斜长石、钾长石为主，石英 次之，含角闪石。埕北3 0 1 、3 0 3 、3 8 等井太古界花岗片麻岩中夹有煌斑 岩，在靠近断层的埕北5 0 2 、埋北古2 井，钻遇的太古界地层裂缝多被黄 铁矿充填。 古生晃：包括下古生界和上古生界，二者为平行不整合接触关系。下 古生界为一套浅海相碳酸盐岩沉积，与下伏太舌界为角度不整合接触，在 埕北3 0 1 块为断面接触。包括了寒武系和中、下奥陶统。寒武系自下而上 为馒头组、毛庄组、徐庄组、张夏组、崮山组、长山组及凤山组：下、中 奥陶统自下而上为冶里一亮甲山组、下马家沟组、上马家沟组和八陡组， 6 中国石油大学( 华东) 1 = 程硕士学位论文第2 章潜山储层地质特征 各组之间均为连续沉积，底部均以页岩( 或钙质泥岩、泥灰岩) 作分界，横 向分布较稳定，可对比性强。上古生界为一套海陆交互相含煤沉积，埕北 2 0 潜山带北部的胜海古3 井、埕北古4 井钻遇的为石炭系本溪组、太原 组及二叠系山西组。埕岛地区下古生界地层综合简表见表2 - 1 。 受多期构造运动的影响，不同的构造带具有不同的地层发育特征。埕 北1 l 潜山构造带西部的胜海古1 井钻遇下古生界厚1 3 2 4 o m ，与济阳标 准剖面具有较好的对比性。而埕北2 0 潜山构造带中、古生界保存不完整， 以埕北8 负反转断层为界，其南仅埕北古5 井区残留厚约3 0 0 m 的下古 生界，其余均为中生界直接覆盖在太古界之上；埕北8 断层以北前第三系 自西南部向东北部依次出露太古界、下古生界、上古生界、中生界，地层 逐渐齐全。 埕北3 0 潜山主体下古生界厚1 0 0 0 6 0 0 o m ，具有以下特征：地层 剥蚀严重，埕北3 0 井钻遇厚2 1 5 o m 的奥陶系下马家沟组、冶里一亮甲山 组及寒武系风山组，剥蚀厚度4 8 0 o m 以上，埕北3 0 3 井仅残留厚1 1 9 0 m 的寒武系毛庄组及馒头组，剥蚀厚度达1 1 3 0 o m ；地层断缺较多，如埕北 3 0 1 井断缺6 5 0 o m 奥陶系下马家沟组一寒武系馒头组；古生界和太古界 间为断面接触，埕北3 0 、埕北3 0 2 分别为寒武系凤山组、张夏组与太古 界相接触。虽然埕北3 0 潜山下古生界横向变化大，但也有一定的规律， 埕北3 0 块主体自南向北出露地层逐渐变新。埕北3 0 2 块主要出露上马家 沟组和八陡组。埕北3 0 潜山构造带横向变化大，具有以下特征：地层剥 蚀严重、断缺较多。埕北3 8 井古生界缺失，中生晃直接与太古界接触。 埕北3 0 、埋北3 0 1 、埕北3 0 2 、埕北3 0 3 井分层数据见表2 2 。 7 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第2 章潜山储层地质特征 表2 - 1 埕岛地区下古生界地层综合简表 地层接 厚度触 岩性综述 界系统组 m 关 系 中薄层灰岩、，白云岩、白云质 八陡1 0 0 2 0 0 泥岩间互层 奥 中上马家沟约3 0 0 厚层块状豹皮灰岩夹薄层微晶 自云岩，底部为泥质白云岩 陶 统 厚层状豹皮灰岩夹薄层微晶自 系下马家沟约2 5 0云岩，底部为角砾状泥质白云 岩 下冶里一厚层细一中晶白云岩含燧石结整 统亮甲山 l o o 1 2 0 核合 下 凤山 8 0 1 0 0深灰色灰岩、结晶白云岩 接 古上 触 生统 长山4 0 6 0灰黄色泥灰岩、夹竹叶状灰岩 界崮山 3 0 6 0灰绿色页岩夹薄层灰岩 寒 中 张复 1 9 0 2 0 0灰色厚层块状鲡粒灰岩 灰绿色页岩、紫灰色砂质页岩 武 统徐庄3 0 4 0 和灰岩 系灰紫色页岩、砂岩页岩与灰岩 毛庄7 0 8 0 互层 下中、上部为紫色色砂质页岩夹 统薄层灰岩鲕粒灰岩、白云岩，不 馒头约1 8 0 下部为3 0 m 左右的显微晶白云整 岩合 太 接 古花岗片麻岩 触 界 3 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第2 章潜山储层地质特征 表2 - 2 埕北3 0 潜山4 口井地层分层数据表 埘之 埕北3 0埕北3 0 1埕北3 0 3埕北3 0 2 g 度、 厚厚厚 厚度 深度深度深度深度 厚度 度度度 mmmm 地层 mmm 新生 第三系 2 9 7 5 3 1 0 23 3 3 0 界 中生 界 像罗系3 1 3 61 6 13 3 1 92 1 73 5 9 33 5 2 3 八陡组3 s 5 l2 8 上马家沟 奥 组 3 7 2 31 7 2 陶 f 马家沟 系组 3 2 1 68 03 3 5 94 0 3 9 3 22 0 9 、 冶里亮甲 3 2 7 76 l 4 0 2 08 8 山组 凤山组3 3 4 06 34 0 8 26 2 。，u 。 古 长山组 生 界 周山组3 3 5 0 l o 寒 张夏组 3 3 7 41 54 1 5 9 7 7 武 系 徐庄组 毛庄组 馒头组3 4 2 55 l3 7 2 11 2 3 完钻井深( 太古界) 3 5 5 32 0 33 6 1 31 8 8 3 9 5 0 2 2 94 3 6 42 0 5 3 2 1 6 、3 3 4 0 、 3 3 5 9 、3 3 7 4 3 6 1 0 、4 1 0 8 、 断层数据3 3 5 1 米为 米为正断层 4 1 5 9 米为正 正断层 断层 9 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第2 章潜山储层地质特征 2 3 储集空间 通过观察钻井取心及化验分析资料，埕岛地区潜山储集空间按照形态 可分为：洞、裂缝、孔三大类。其中，洞按成因又可分为：溶蚀洞及洞穴、 晶簇洞、充填溶洞；裂缝按成因分为：构造缝、风化缝、溶蚀缝、压溶缝； 孔按成因分为晶间孔、粒间孔、溶孔。埕北3 0 潜山储集空间见图2 - 2 、 图2 - 3 。 图2 - 2 埕北3 0 潜山储集空间 1 0 中国石油人学( 华东) 1 ：程硕士学位论文第2 章潜山储层地质特征 图2 - 3 埕北3 0 潜山储集空问 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第3 章潜山储集层测井响应特征 第3 章潜山储集层测井响应特征 3 1 岩石骨架及其主要矿物的测井响应 在任何地层，岩石骨架所占的体积百分比和质量百分比都是最大的， 在低孔隙度的碳酸盐岩和花岗片麻岩地层更是如此，它锕对测井信息有着 较大的贡献。在埕岛地区，古生界碳酸盐岩地层，主要矿物成分是方解石 和自云石。太古界的花岗片麻岩，主要的矿物成分是斜长石、钾长石，石 英、黑云母、角闪石等次之，另外在一些井中见到了煌斑岩，为了简化测 井解释模型，将斜长石、钾长石、石英和角闪石作为第一矿物，将黑云母 作为第二矿物。本地区古生界、太古赛地层中主要矿物的测井响应见表 3 1 。 表3 - i 碳酸盐岩、花岗片麻岩地层中主要矿物测井响应 、趔井响应 体积密度声波时差补偿中子光电吸收截面指数 矿八 g c m us f t b 电子 方解石 2 7 1 4 7 4 9 05 0 8 白云石 2 8 74 3 50 2 53 1 4 第一矿物约2 6约5 5 - 23 第二矿物 约2 9约5 0 84 8 3 2 储集空间结构及其测井响应特征 碳酸盐岩及花岗片麻岩的储集空间是以成岩后生及表生阶段的改造 过程中形成的次生孔隙为主，由于次生改造作用的差别，使得储集层的次 生孔隙结构也非常复杂，不同的孔隙空间决定了不同的储集层类型，也使 它们的物性、产能和测井响应差别较大。储集空间按照形态可分为：洞、 裂缝、孔三大类( 见第二章) 。 3 2 1 孔喉的测井响应 一般情况下，孔喉在测井曲线上的响应特征比较明显，曲线形态表现 1 2 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第3 章潜山储集层测井响应特征 为圆滑的“u ”形，测井值表现为两高两低，即声波时差、中子孔隙度增 高，电阻率和体积密度降低。孔吼分布越均匀，上述特点越明显。在声电 成像测井资料上常表现为黑色的点状异常。 3 2 2 洞的测井响应 洞穴层段在测井曲线上显示井径严重扩径，密度急剧降低，声波时差 增大或跳跃，中子出现高值，双侧向电阻率降低等，见图3 - 1 ( 5 1 号层) 。 溶洞在成像资料上表现为黑色的团状。 网3 - 1 洞穴测井响应( 埕北3 0 a 一侧3 井) 3 2 3 裂缝的测井响应 通过观察岩心发现，埕岛地区岩石裂缝类型很多，除与沉积有关的层 间缝、缝合线缝等外，还有构造裂缝以及与构造裂缝有关的风化缝。埕北 3 0 潜山岩心观察和电镜扫描，裂缝宽度多在0 0 5 2 m m ，以高角度缝和网 状缝为主，大都为方解石充填，开启缝平均宽度古生界为1 2 1 r a m ，太古 1 3 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第3 章潜山储集层测井响应特征 界为0 1 4 咖。在埕北3 0 1 井岩心上可见宽达l c m 的溶蚀缝。 ( 1 ) 微电阻率测井 微电阻率测井采用贴井壁测量，对电极系接触到的裂缝反映比较敏 感。但因其电极系尺寸小，测量范围小，测量结果仅反映了井壁附近的地 层情况。 在埕岛地区，多采用盐水钻井液钻井( 钻井液电阻率一般在0 2 欧姆 米1 8 摄氏度) ，当地层被钻开后，钻井液就会沿着裂缝侵入。在裂缝发 育段，由于钻井液电阻率与该潜山基岩的电性差异极大。微电阻率曲线常 出现低阻异常，见图3 - 2 。 图3 - 2 埕北古5 井双侧向与微侧向测井对高角度裂缝响应 ( 2 ) 双侧向测井“。，” 双侧向的探测深度比微电阻率测井深得多，测量结果是较大体积范围 内地层的电阻率的变化。对于埕岛地区潜山表现为：电阻率高( 可达上万 1 4 中国石油人学( 华东) t 程硕士学位论文第3 章潜山储集层测井响应特征 欧姆米以上) 、低( 可到几欧姆米) 起伏；致密段比裂缝发育电阻率高：油 气层段电阻率比水层高。 由于深、浅侧向探测深度有较大差别，往往出现深、浅侧向测量值的 大小不同，表现为电阻率的“差异”，见图3 - 2 。差异又分为正差异( 深侧 向电阻率大于浅侧向) 和负差异( 深侧向电阻率小于浅侧向) 。 影响双侧向差异性质及大小的因素较多，但主要是裂缝发育程度，裂 缝角度、流体性质因素的影响。 裂缝发育程度的影响：经验表明，裂缝越发育的地方，双侧向电阻率 越低，正差异一般也越大。 裂缝角度的影响高角度缝、垂直缝的双侧向为j 下差异。低角度缝、水 平缝的双侧向为低阻尖蜂。图3 - 3 是四川石油管理局双侧向测井对不同角 矗叫焉土 图3 - 3 裂缝角度与双侧向电阻率关系实验曲线( 四川) 度裂缝的测井响应，实验表明，当裂缝倾角度为4 5 。时，双侧向测量结 果为最大负差异，当裂缝倾角度为9 0 。时，双侧向测量结果为最大正差 异。 流体性质的影响：当地层中的流体为油气时，由于钻井液的侵入使得 侵入带的电阻率低于原状地层的电阻率，双侧向出现正差异。如果地层裂 1 5 矿 搿 群 n 盯 ” 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第3 章潜山储集层溯井响应特征 缝发育，钻井液滤液沿着较大的裂缝侵入较深，但微缝中的油气却少被驱 替；离开井筒越远，地层中的油气被驱替越少，从而一般仍出现双侧向的 正差异。当地层中的流体为水时双侧向差异减小。 地应力集中的影响：在现代地应力集中段，岩石致密，地层电阻率急 剧上升，高达上万欧姆米，大大超过一般致密层的电阻率。在钻井过程中， 地应力通过井眼释放，造成该井段井壁沿最小主应力方向定向坍塌，使浅 侧向值显著降低，从而出现深、浅侧向的正差异。 ( 3 ) 地层倾角测井 地层倾角测井仪器( 以四臂为例) 在四个相互垂直的极板上，都装有 微电极系。测井时，极板紧贴井壁。 电导率异常检测裂缝：地层倾角测量电极的探测深度和探测范围与微 侧向接近，地层倾角测井资料可反映井壁上裂缝的发育情况。在碳酸盐岩、 片麻岩等硬地层，当倾角仪器的极板接触到裂缝时，由于裂缝中充满泥浆， 因此所测电导率明显偏高；当倾角仪器的极板未接触到裂缝时，测量的电 导率明显偏低，二者相比会出现明显的差异，将相邻的极板测量的电导率 进行对比，可将裂缝识别出来脚。另外，l 号极板的方位是测井时直接记 录的，其它极板的方位可计算出来，这样就可确定裂缝的方向。 对于四臂地层倾角测并，在1 、2 、3 、4 号极板的方位曲线上，对应 的电导率异常处涂上黑色( 见图3 _ _ 4 ) 。裂缝的电导率异常主要有两个形 式：针刺状通常是低角度缝、水平缝、和网状缝的测井响应；对称的极板 ( 1 ，3 或2 ，4 ) 出现较长井段的低电阻异常通常是高角度缝、垂直缝的 测井响应。 双井径曲线反映椭圆井眼：裂缝发育往往引起井壁岩块的崩落，形成 椭圆井眼，因此可利用地层倾角仪两对相互垂直的极板所测的双井径反映 出来。一般它不会长井段出现。 仪器转动差异：无裂缝段一般井壁光滑，在测量过程中地层倾角仪因 受电缆钢丝的扭力均匀转动。但在裂缝发育段，井壁沿裂缝方向的崩落， 或者较大的裂缝，使仪器转动减慢、不转、甚至反转，出现“键槽效应”。 1 6 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第3 章潜山储集层测井响应特征 l234 一 一 刿l 划 r _ - | 一 哥 | 民 气宅得 _ _。_ - j 一 li ir j - li ： 一 _ _ ，i + 虮 ， _ ， j 一 一 f 删月窆囊 _ ， r ii !， r ， l i i rr ： - _ i 一 i ! l j j i - iij i _llli - j i 块硅3 l 一 - _ _ _ liii 。 _ _ l iiili l llllij 图3 - 4 埕北3 0 井电导率异常检测对裂缝的响应 ( 4 ) 补偿密度、岩性密度测井 当密度仪探测器正好与张开裂缝相接触时，将使密度值产生尖锐的低 值。 当钻井液中含有重晶石( p e = 2 6 6 8 b 电子) 或其它高密度材料时，由 于泥浆侵入裂缝，将会使光电吸收系数p e 衄线出现异常大的数值，此时 p e 曲线不反映地层岩性变化。 ( 5 ) 声波测井 声波时差以周波跳跃反映水平缝、低角度缝或者含气层的存在”1 。 声波在传播过程中，由于地层的 吸收，总要发生能量衰减。但此处的 “幅度衰减”，是与致密层相比较而 言的。与致密无裂缝段相比，裂缝发 育段声波能量的衰减要严重得多。纵 波、横波都是体波，其能量衰减程度 是对地层吸收声波能力大小的反映。 实验表明，纵、横波相对于致密层段 的衰减与裂缝倾角有关系。图3 5 是 1 7 曩角 网3 - 5 裂缝倾角与 声波幅度衰减关系 蔫_ 篡 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第3 章潜山储集层测井响应特征 裂缝倾斜角与幅度衰减的实验结果。由图可见，3 5 。8 0 。时纵波幅度衰 减较大，而横波主要受低角度缝的影响。 在致密层段，各深度的全波列在相位上具有很好的相关性，在变密度 图上表现为平行的黑白条纹。但在裂缝段，裂缝切割井眼，形成上下两个 棱角。无论是发射探头还是接收探头，只要经过裂缝，都会因棱角的绕射 作用、裂缝对声能的吸收作用等，使全波波形发生扰动。 在溶洞洞顶和洞底，也都具备形成波形扰动的条件，应参考井径曲线 作综合判断。 地层界面、被泥质充填的砾岩段和泥质薄层等也会引起波形扰动，应 结合( 去铀) 自然伽马加以识别。 斯通利波的能量对张开裂缝非常敏感，见图3 - 6 。其幅度的衰减程度 与裂缝的张开度有关，因此利用斯通利波的能量衰减来探测有效裂缝是一 种比较好的方法。 图3 - 6 斯通利波对裂缝的响应 ( 6 ) 声电成像测井对裂缝的响应 声电成像是一种类似于岩心照片的定向伪岩心图像，它是井壁特征 ( 缝、洞等) 的直接成像结果在识别裂缝和溶孔方面具有得天独厚的优 势嘲。 1 8 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第3 章潜山储集层测井响应特征 裂缝是岩石受力发生破裂、沿破裂面两侧的岩石没有发生明显位移的 一种断裂构造现象。因此，当井筒穿过( 斜交) 裂缝，裂缝与井壁的交线为 一椭圆( 图3 7 ) 。将并壁图像沿着正北方向展开，裂缝在图像上表现为一 个正弦波。最低点的方位指 示裂缝的倾斜方位，倾角o = a r c t g ( l d ) ，l 代表振幅，d 井眼直径。因此，裂缝在成 像图上的为线状或线装组 合。当裂缝中充填高导物质 ( 低密度) 时，如泥质等，图 像特征为暗色( 黑色) 的正 弦线：当充填高阻物质( 商密 度) 时，如方解石、石英等， 图像特征往往表现为浅色或 白色的正弦线。 。x 图3 - 7 井壁图像的展开特征 高角度裂缝在图像上表现为高幅度的黑色( 白色) 正弦条纹，裂缝倾 角大于6 0 。，裂缝切割整个井眼。( 图3 - 8 左) 。 低角度裂缝在图像上表现为低幅度的正弦条纹，裂缝倾角小于6 0 。， 裂缝切割整个井眼。( 图3 - 8 右) 。 垂直裂缝：图像上黑色条纹近似平行井眼，裂缝倾角接近9 0 。不 能切割整个并眼。( 图3 9 左) 。 网状裂缝：图像上表现为倾向不同的裂缝交织在一起，形成网状裂缝 ( 图3 - 9 右) 。 1 9 皇望互塑盔掌( 华东) 工程硕士学位论文第3 章潜山储集层测井响应特征 0 方位( 度) 3 6 00方位( 度) 3 6 0 图3 - 8 高，低角度裂缝成像测井响应 0 方位( 度)3 6 0 0 方位( 度)3 6 0 图3 - 9 垂直缝、网状缝成像测井响应 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第3 章潜山储集层测井响应特征 3 2 4 核磁共振测井对储集空间的响应o “ 孔隙型：t 2 谱呈单蜂分布于t 2 截止值线左右，峰值在l o - - - 4 0 0 m s 之间， 幅度较小，说明孔隙型储层孔径小，以表面驰豫为主，孔隙不发育，有效 孔隙度为2 5 3 o ( 图3 1 0 ) 。 孔洞型：t 2 谱呈单蜂分布，峰值在8 0 - - 7 0 0 m s 之问，以体积驰豫为主， 溶洞发育，孔径较大，有效孔隙度为3 0 一7 5 ( 图3 - 1 1 ) 。 裂缝型：t 2 谱呈单峰分布且多分布在t 2 截止值线的左边( 图3 1 2 ) 。 孔、缝复合型：t 2 谱呈双峰分布，且分布于t 2 截止值线的左右，两峰 呈平缓的连续变化，峰的幅度较小，分布范围大，说明孔径大小变化范围 大。 缝、洞复合型：t 2 谱呈明显的双峰分布，且分布于t 2 截止值线左右， 两峰间不连续，截止值线左边的峰代表小孔径的裂缝孔隙，右边的蜂代表 大孔径的溶洞孔隙。 孔、洞、缝复合型：t 2 谱呈双蜂或3 峰分布，峰值范围很大，从 2 0 - - - 1 0 0 0 m s ，说明孔径大小不等且分布不均( 图3 - 1 3 ) 。 图3 一1 0 图3 一1 3 为埕北3 0 2 并资料。 2 l r z t h ) 一it2“i)一1 3 - 1 0 扎隙冲jt 2 讲i | 3 1 1 孔洞型t 2 谱 l i t 2 ( i 一) 2 _ 1 一亿l - 】 一 图3 1 2 裂缝型t 2 谱图3 - 1 3 孔、洞、缝复合型t 2 谱 2 l 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第3 章潜山储集层测井响应特征 3 3 储集层类型 储集类型是油气藏储渗空间的综合反映，它决定了油气藏的渗流条 件、产能和开发特征等。根据不同储集空间类型在空间上的组合关系，从 测井储层评价方面可将碳酸盐岩、花岗片麻岩储层，划分为孔隙型、裂缝 型、裂缝一孔隙型、裂缝一洞穴型四种啪。其中裂缝一孔隙型、裂缝一洞 穴型是埕岛油田潜山主要的储集层。 a ) 孔隙型 该类储层特征是，其储集和渗流空间都是以各种孔隙为主，裂缝作 用很小，储集性能的好坏受孔隙、孔道大小和分布，胶结物及充填物性质 等多种因素的控制。 b ) 裂缝型 指在致密岩石中因发育了较多的裂缝而形成的储层。其基岩孔隙度 很低，通常在1 以下，孔隙直径大部分在0 0 1 1 以下，基本无储、渗价 值。储集空间和渗滤通道主要由裂缝贡献，因此只有当储层厚度较大，裂 缝发育且延伸较远时，才能成为有工业价值的储层。 c ) 裂缝孔隙型 指在岩石具有相当有效孔隙的背景下，又被各种裂缝切割所成，因 而其主要储集空河是基岩的孔隙，其主要渗滤通道则是裂缝。这种储集作 用的分工，使得该种储层表现为明显的双重介质特征。 裂缝孔隙型储集层在理岛地区潜山多见，测井响应见图3 - 1 4 。岩性 主要为八陡组、马家沟组、冶里一亮甲山组、馒头组下部微一细晶自云岩 以及太古界片麻岩，储集空间类型为次生孔隙及中、小、微细裂缝。它以 微裂缝及次生孔隙为喉道，连通各种孔隙所组成的储集空间几何结构。该 类型孔隙度一般为3 8 ，最高达1 6 3 ，渗透率5 0 1 0 0 1 0 - s pm 2 。 埕北3 0 潜山下古生界、太古界为裂缝孔隙型，埕北吉l 块太古界亦为裂 缝孔隙型储集体。 “ d ) 裂缝洞穴型 指在裂缝型储层的背景下，由于地下水的溶蚀作用，又产生了洞穴， 中国石油大学( 华东) _ 程硕士学位论文第3 章涝山储集层测井响应特征 从而形成裂缝洞穴型储层。一般认为，其基岩孔隙度低且孔径小，其渗 滤作用主要靠裂缝和洞穴，且洞穴是主要储集空间，裂缝是主要渗滤通道。 大缝大洞型是埕岛地区潜山主要的储层类型之一，岩性主要为奥陶系 上、下马家沟组隐晶灰岩、豹皮灰岩，储集空间类型为受次生改造后形成 的溶蚀裂缝、洞，它以大中型裂缝为喉道，连通大中型溶洞形成的储集空 间几何结构，油气能进能出连通好。钻井过程中多见放空、漏失现象，并 伴有井喷、井涌、油花气泡显示，测井反映一般呈井径扩大，密度值低， 声波跳跃，双侧向数值较低等( 圈3 - 1 5 ) 。埕北古1 井钻进下古生界马家 沟组时，涓失耗浆4 5 5 蠢，并多处发生井涌，槽面油花气泡占4 0 ，该 井区下古生界为此类储集类型。 图3 1 4 裂缝孔隙型储集层溯井响应特征( 埕北3 9 井) 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第3 章潜山储集层测井响应特征 图3 1 5 裂缝一洞穴型储集层测井响应特征( 埕北3 0 6 井) 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 第4 章确定现今最大水平 地应力方向的测井解释研究 第4 章确定现今最大水平地应力方向的测井解释研究 在地质力学中将地应力分为古地应力和现今地应力。古地应力泛指燕 山运动以前的地应力，有时也特指某一地质时期以前的地应力；现今地应 力是目前存在的或正在变化的地应力。 地应力在油气勘探、开发和钻井工程中有着广泛的应用前景，分析地 应力能预测有效裂缝发育带分布情况，并可以预测裂缝性储层压裂的效 果。四川赵良孝的研究表明：当最小水平主应力方向与裂缝的延伸方向正 交或高角度相交时，将改善天然裂缝韵张开度，否则，将减少裂缝的张开 度。在改造裂缝储层的压裂过程中，人工压裂缝总是沿着最大水平主应力 的方向形成，若现今最大水平主应力方向与天然裂缝的方向正交，则压裂 产生的人工裂缝与天然裂缝易形成网格，有利于改善储层的连通性；若天 然裂缝的方向与最大水平主应力方向一致，压裂时，不仅不易形成人工压 裂缝，而且，压裂液将会把油气推离井壁更远，从而影响开发。利用测井 资料进行地应力方向分析主要方法：崩落椭圆法、钻井诱导缝法、人工裂 缝法以及利用偶极横波速度各向异性分析法。 4 1 崩落椭圆法 1 9 6 4 年南非的l e e m a n 在金矿中发现当井眼深度较大时，在石英岩和 砾岩中的局部井段出现剥落。他认为剥落是地应力作用的结果，且井眼扩 大的方向垂直于井眼平面内的最大水平主应力方向，见图4 - 1 。 1 9 7 0 - - 1 9 7 9 年，加拿大的b e l l 研究阿尔伯达油田测量的四臂地层倾 角测井资料后，发现井眼扩大方向与区域内的最小水平主应力方向平行； 1 9 8 5 年美国人z o b o c k 使用井下电视观测证实了b e l l 的发现；并与 b h a i m s o n 等人对井眼崩落机制进行研究。 当四臂地层倾角仪器由下往上以一定的速度上提测量时，井下仪器总 是以一定的速率旋转。当仪器上升到崩落椭圆井段时，四臂地层倾角仪器 上的4 个极板( 2 对，正交) ，一对极板转到崩落椭圆井段的相对长轴方 向，另外一对极板处于崩落椭圆井段的相对短轴方向。这时由于一对极板 第4 章确定现今最大水平 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 地应力方向的测井解释研究 嵌入到井孔崩落的长轴孔径中，仪器不再转动，随着电缆的提升，可以测 量出崩落井眼中两个正交方向( 长、短轴) 井径的数值。当仪器处于崩落 井眼的键槽处瞬时遇卡，仪器立即停止旋转，从而得到稳定的扩径方位数 值( 图4 2 ) 。对所测得的崩落椭圆井眼长轴方位进行优势统计，即得到 测量井段崩落椭圆长轴的优势方向，而最大水平地应力方向垂直于优势方 向，从而可得到现今最大主应力的方向。 y 默力 厂、， ， 、 j 木平主盘力 图4 1 崩落椭圆长轴与现今地应力关系 i 号掇板方位双井径 o( 度)3 6 0 罩? - 嗲： 一一铲 图4 2 崩落椭圆井眼双井径示意图 许多成熟的仪器都可以测量和检查井眼的崩落，例如四臂地层倾角、 井下电视、井周声波成像测井仪、微电阻率成像等。地应力集中段测井曲 第4 章确定现今最大水平 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文地应力方向的测井解释研究 线的特点为：双侧向电阻率异常高，高达上万欧姆米，其值与井径扩大成 正相关。通过对典型地应力集中段椭圆井眼( 排除非现代构造应力形成的 椭圆井眼) 长轴方向的分析，就可确定现代构造最小水平主应力的方向。 测量的井眼扩径的方向对应于最小主应力的方向，而垂直于崩落椭圆 扩径的方向便是最大水平主应力方向。这种解释是在假设地应力是在水平 垂直应力场内，并且只对一定深度的平板状地层或者简单地质构造是合理 的。为了保证得到的扩径是由于地应力作用引起的扩径，而不是由于机械 诱导产生的扩径，如键槽和冲侵等，就必须要建立判断崩落井眼的准则。 经实际应用其准则总结如下： a ) 井眼崩落必须超过一定的长度； b ) 两条井径中，其中较小的井径数值必须接近钻井的钻头尺寸； c ) 倾角仪器向上测量时，仪器没有旋转； d ) 当井斜时，扩径的长轴方向不能与井眼的高边方位一致； e ) 椭圆井眼的长轴方向不能与井斜的方位一致； f ) 明显的电阻率变化应在四个极板上均有显示； g ) 四个极板中不应在一个或两个极扳上出现电阻率异常。 4 2 钻井诱导缝法 在钻井过程中，由于钻具、地应力及高压钻井液的共同作用，沿最大 水平主应力方向产生挤压力，当挤压力超过岩石的破裂压力时，形成钻井 诱导缝，并在电成像( 或声成像) 上体现出来。因此，钻井诱导缝的方位 可以指示井区附近现今最大水平主应力方向。见图4 3 。 诱导缝在图像上表现为两种形式：1 ) 垂直诱导缝一与井轴近似