裂缝储层评价

裂缝性储层评价 报告人赵良孝 裂缝性储层评价 1 裂缝性储层的基本地质特征2 裂缝性储层的测井识别方法3 裂缝性储层的评价方法4 裂缝性储层的挑战对策 1 裂缝性储层的基本地质特征 1 裂缝性储层的基本地质特征 1 裂缝的地质特征 地下天然裂缝的成因分类 A 区域应力裂缝B 构造裂缝C 溶蚀缝及与溶塌有关的裂缝D 成岩裂缝E 水力破裂缝 A 区域应力裂缝区域应力裂缝的形成机理 三轴向地应力与岩石破裂的关系 产生三组裂缝 一组张性缝 两组共轭剪切缝 张性缝走向平行于最大主应力 共轭剪切缝钝夹角平分线平行于最小主应力 共轭剪切缝锐夹角平分线平行于最大主应力 三组裂缝交线平行于中间主应力 区域应力裂缝的特征 第一 区域裂缝通常只有其中一组发育 一般是某一组共轭剪切缝最发育 第二 区域裂缝延伸远 开度大 但密度小 第三 由于地球上区域应力以水平构造应力为主 因此水平应力一般为最大或中间主应力 所以区域应力裂缝多为垂直裂缝或高角度裂缝 第四 区域裂缝的产状主要决定于大陆板块漂移形成的区域应力方向 而与局部构造应力方向关系较小 褶皱变形派生裂缝的形成及分布图 褶皱裂缝的空间分布图 褶皱裂缝的平面分布图T张裂缝S剪裂缝 3 1 区域挤压力 B 构造裂缝 第一 褶皱构造裂缝 塔里木和田河油田玛2井奥陶系灰岩中的 X 剪切缝 未充填 肯吉亚克油田石炭系岩心 有不同时期的多组裂缝发育 更晚构造溶蚀裂缝 较早构造裂缝 较晚构造裂缝 砂岩中发育的裂缝 火成岩中发育的裂缝 塔中161井半充填天然裂缝 碳酸盐岩中发育的裂缝 周公2井玄武岩中高角度倾斜裂缝 平乐坝须家河砂岩中的裂缝 构造裂缝的主要特征明显的组系性具有一定的期次性裂缝面较规则裂缝宽度和延伸长度较大 不同类型断层伴生裂缝的空间分布图A正断层B逆断层C平移断层 1最大主应力 2中间主应力 3最小主应力 断层的应力机制 B 构造裂缝 第二 断层伴生裂缝 断层的伴生应力 断层伴生裂缝的平面分布F主断层T张裂缝S1 S2剪裂缝D小褶皱轴面A最大应变轴C最小应变轴 断层两盘错动派生剪切应力 发生地层牵引褶皱而派生的局部张性应力 未全消失的区域应力重新分布 在某些部位发生应力集中形成新的构造应力 断层伴生裂缝的特征 羽状张裂缝 与断层面锐夹角相交 与断层所夹的锐角指示本盘运动方向 羽状张裂缝与断层的关系所反映的应力状态是 裂缝与断层面的交线代表 2 与张裂缝垂直的方向代表 3 1垂直于 2并位于张裂缝面上 剪裂缝 有两组剪裂缝 一组与断层钝夹角相交 通常不太发育 另一组与断层锐夹角相交 一般小于15度 内摩擦角的一半 与断层所夹锐角指示本盘运动方向 但由于太接近断层面 故常遭破坏 难于用作两盘相对运动的标志 一般与断层相关的剪裂缝不如张裂缝稳定 断层裂缝的发育规律 断层裂缝与断层距离的关系 断层裂缝都发育在断层附近 一般不超过500m 在1000m以外就很少了 断层裂缝与断层剖面形态的关系 剖面上弯曲断层的外凸区裂缝较发育 当断层剖面突向上盘者 那上盘在剖面上突出处裂缝发育 当断层剖面突向下盘者 下盘在剖面上突出处裂缝发育 总之 剖面上断层突向哪里 哪里就好 断层裂缝与断层平面形态的关系 断层平面图上 多组断层交汇区裂缝发育 断层消失处张开裂缝发育 断层突然拐弯处裂缝发育 断层走向与构造等高线斜交的比平行的好 在构造平面图上逆断层外突的比内凹的好 正断层内凹的比外凸的好 因为这些地方都是应力集中之处 断层裂缝与断层上下盘的关系 一般是上盘比下盘裂缝更发育 逆断层上盘的拱曲比下盘拱曲上的裂缝更为发育 断层裂缝与断层断开层位的关系 断层断开和消失在脆性地层比在塑性地层好 C 溶蚀缝及与溶塌有关的裂缝 第一 对岩石的选择性溶蚀缝缝面极不规则 无组系性 一般规模很小 CT 4井KT 白云岩中溶蚀缝 第二 沿缝合线的溶蚀缝 成岩压溶缝合线和构造压溶缝合线一般多被方解石 泥质 沥青质充填 但有部分方解石充填缝合线可能被溶蚀 形成沿缝合线分布的溶蚀缝及串珠状溶孔 成为有效的储渗空间 玛2井石炭系灰岩中的泥质全充填水平压溶缝 肯吉亚克7001井石炭系灰岩中的水平挤压缝合线 塔中15井沿缝合线的针状溶孔 沥青充填 C 溶蚀缝及与溶塌有关的裂缝 第三 沿构造缝的溶蚀缝沿构造缝扩展的溶缝缝主要形成于古风化壳附近 如塔里木石炭系 奥陶系剥蚀区晚海西期形成的岩溶缝 川南 川西南 地区二叠系顶部 川东地区石炭系顶部风化剥蚀作用形成的岩溶缝 岩溶缝张开宽度大 缝壁极不规则 有时被泥砂质或淡水方解石半充填或全充填全充填 玛2井石炭系C6生物灰岩中发育的2条串珠状溶蚀缝 方解石半充填 C 溶蚀缝及与溶塌有关的裂缝 第四 溶塌缝 岩溶缝较发育的洞顶破裂带和岩溶坍塌带 陡壁拉张破裂带可能仍会保存有大量缝隙空间成为有效缝 具较大的储产油气意义 让纳若尔油田2092井灰质云岩中坍塌破裂缝 让纳若尔油田2399井灰岩中 饼裂 现象 D 成岩裂缝 第一 压实作用裂缝当脆性岩石颗粒直接接触时 压实作用的强大压力可能造成粒内裂纹 如石英颗粒裂纹 砾石裂纹等 BK8井 4953 50mD1 2K 细粒石英砂岩 粒内裂纹 CT 4井2337 67 2337 70m粒裂纹 第二 收缩裂缝 岩石因脱水体积缩小而形成的裂缝 可在粘土 含水石膏因失水体积缩小38 产生裂缝 也可在粉砂岩 砂岩 石灰岩 白云岩中失水产生裂缝 矿物相变使体积缩小而产生裂缝 如方解石转变为白云石其摩尔体积可减小13 蒙脱石转变为伊利石体积体积也有近似的减小 脱水和矿物相变产生的裂缝有扩张缝和拉张缝 在岩石中形成粒间缝 或三维空间中的多边形裂缝体 通常称之为 鸡笼状裂缝 D 成岩裂缝 BK8 4952 9m D1 2K 粒间裂缝 2399井白云岩中 鸡笼状 裂缝 WZ6 1油田 井流三段砾岩中的砾间裂缝 E 水力破裂缝 这种天然水力破裂缝是指由盆地地层中 流体压力作用于岩石发生破裂而形成的裂缝 它们主要发育于超压烃源岩地层压力的条件下 当地层压力大于岩层的抗张强度与综合水平地应力之代数和时 就可以形成天然水力破裂缝 水力破裂缝的形状比较规则 相似于构造缝 但却无明显组系性和方向性 因此又像溶蚀裂缝 如美国东部Delaware盆地War Wink油田中 深部地层的异常压力带出现在地下3500 5000m深度 按照理论计算 这个深度的孔隙度应为2 6 但实际孔隙度为10 35 相同深度段的渗透率也异常高 摘自 天然气地球科学 2004年1期胡海燕所著 超压的成因及其对油气藏的影响 肯吉亚克油田石炭系超压油层中普遍存在该类裂缝 极大地提高了储层的渗透率和产量 1 裂缝的地质特征 地下天然裂缝的形态分类 A 按裂缝宽度分类第一 宏观裂缝 肉眼容易识别 仪器容易探测的裂缝 能将岩石切割成一定形状的岩块 从而可划分出双重介质 第二 微细裂缝 肉眼难以识别 仪器不易探测的裂缝 如微构造缝 粒内缝 粒间缝等 不能将岩石切割成一定形状的岩块 因此仍属单一介质 2092井白云岩中构造微裂缝 7001井灰岩中构造宏观裂缝 1 裂缝的地质特征 地下天然裂缝的形态分类 B 按产状分类 垂直裂缝和高角度裂缝 水平裂缝和第角度裂缝 网状裂缝 高角度缝 斜交缝 水平缝 网状缝 1 裂缝性储层的基本地质特征 2 裂缝性储层的类型及其性质 储层分类的主要依据 第一 储层的储渗性质 第二 影响储层原始流体分布特征及产出特征 第三 影响储层开采中后期流体分布特征及产出特征 第四 钻井液侵入特征 第五 测井响应特征 裂缝性储层分类A 按孔 洞 缝组合特征分类 低孔裂缝型储层 裂缝 孔隙型储层 裂缝 溶洞型储层 B 按裂缝产状及组合状况分类 单组系裂缝性储层包括低角度裂缝性储层 高角度裂缝性储层 斜交裂缝储层 多组系裂缝性储层未封闭的多组系裂缝性储层 封闭的多组系网状裂缝性储层 裂缝性储层的性质A 低孔裂缝型储层 第一 储层中的储集空间与渗滤空间均为裂缝 孔隙所占比例很小 第二 产出特征为双孔单渗 即只有裂缝向井内产出流体 第三 储层中地层流体分布基本为非油 气 即水的状态 第四 钻井液侵入为深侵入特征 第五 测井响应主要取决于裂缝的产状 单组系裂缝模型未封闭的多组垂直裂缝模型封闭的网状裂缝模型 钻井液对裂缝的侵入 裂缝倾角与双侧向曲线特征的模型实验结果 纵波时差与裂缝倾角和裂缝率的实验关系曲线 裂缝性储层的性质B 裂缝 孔隙型储层 第一 储层中的储集空间以孔隙为主 渗滤通道以裂缝为主 第二 产出特征基本为双孔双渗 即裂缝和孔隙同时产出流体 第三 储层裂缝和孔隙的含水饱和度差异状况取决于多种因素 裂缝的产状及发育程度 基质岩块的大小 特别是基质岩块的垂直高度 基质孔隙结构的好坏 距原始气水界面的高度等 双层单渗模型 等效于双孔单渗模型 抽象化的孔隙介质 双孔拟稳定窜流地层试井曲线特征 裂缝 孔隙型储层的流体分布 网状裂缝储层高角度裂缝储层原始状况 Swb明显高于Swf 易判为水层Swb Swf均低 不易误判 而产油气 开采中后期 Swb Swf均高 不易误判 Swb明显低于Swf 易误判为油气层而产水 裂缝性储层的性质B 裂缝 孔隙型储层 第四 钻井液侵入为切割式侵入特征 即裂缝为深侵入 而岩块为浅侵入 甚至不侵入 第五 测井响应取决于裂缝的产状 发育程度 孔隙度的大小及孔隙结构等因素 裂缝性储层的性质B 裂缝 溶洞型储层 第一 裂缝和溶洞当作统一体考虑 四川二叠系灰岩中裂缝交汇处的溶洞 玛8井沿裂缝分布的溶洞 裂缝性储层的性质B 裂缝 溶洞型储层 第二 非均质性最强的储层 隔离气模型示意图 封存气模型示意图 隔离水模型示意图 封存水模型示意图 裂缝 溶洞型储层的流体赋存状态 裂缝性储层的性质B 裂缝 溶洞型储层 第三 极不规则的产出特征 可能先产气 后产水 再产气或相反 也可能气水同产 一般底水式示意图 1 储气缝洞空间2 含水缝洞空间 隔水底水式示意图 1 储气缝洞空间2 含水缝洞空间 一般边水式示意图 1 储气缝洞空间2 含水缝洞空间3 原始气水界面 1 储气缝洞空间2 含水缝洞空间3 原始气水界面4 含气张开缝 下部储气空间与上部含水空间连通示意图 隔气底水式示意图 A 原始状态 投产后产纯气 B 已开发储气空间气水界面上升 气水同产 C 储气空间连成一体 产纯气 1 储气缝洞空间 2 含水缝洞空间 3 原始气水界面 4 目前气水界面 2 裂缝性储层的测井识别方法 1 裂缝性储层的常规测井识别方法 有无裂缝发育的识别方法 裂缝产状的识别方法 2 裂缝性储层的成像测井识别方法 天然裂缝的成像测井基本特征 真假天然裂缝的鉴别 天然裂缝与诱导裂缝的鉴别 裂缝型 孔隙型 裂缝 孔隙型 裂缝 溶洞型 1 常规测井识别方法 微电阻率与深探测电阻率相关性分析的裂缝识别方法 有无裂缝发育的识别方法 第一层次的裂缝识别 玛5井 C8段2099 5 2104 5m 裂缝型储层的常规测井模式 微电阻率测井曲线异常 声波跳波或时差异常增高识别方法 排出因井眼不规则和天然气导致的跳波就是裂缝跳波 低角度裂缝可出现局部时差增高 甚至发生跳波 出现较孤立的 且仅向时差增大方向跳波 井眼不规则造成声波时差跳波 仪器进入和离开大井眼时出现分别向时差增大和减小两个方向跳 天然气渗入井筒造成声波时差跳波 出现一连串不规则的高时差异常 低角度裂缝跳波或时差异常增大 井眼不规则跳波 井内有气泡跳波 低角度裂缝造成声波时差异常增大 中子孔隙度未增大 密度未降低 时差增高 井眼不规则跳波 孔隙性气层造成声波跳波 声波时差与电阻率对比法 当声波时差不高 而电阻率曲线出现尖刺状低电阻率特征 如无明显高自然伽马的泥质尖 则很可能是裂缝发育所至 3480 0 3586 0米 产气9 11万方 天 产油1 86方 天 产水2 48方 天 土库曼斯坦Cha21井 错 裂缝产状的识别方法 第二层次的裂缝识别 1 常规测井识别方法 高角度裂缝的识别 音10井高角度裂缝储层的测井响应特征 坝9井高角度裂缝响应特征 双侧向 电磁波传播 声波 中子 密度 裂缝识别测井 波形 变密度 临18井低角度裂缝储层测井响应特征 永11井低角度裂缝测井响应特征 低角度裂缝的识别 音15井网状裂缝的测井响应特征 网状裂缝的识别 云和3井网状裂缝的测井响应特征 2 成像测井识别方法 第三层次的裂缝识别 天然裂缝的成像特征 真假裂缝的鉴别 天然裂缝与诱导裂缝的鉴别 温泉1 1井4038 5 4038 7米 岩心照片 FMI成像 高角度天然裂缝 天然裂缝的成像特征 岩心中的裂缝特征标定成像测井图像特征 大天5井2623米 岩心照片 FMI成像 垂直天然裂缝 大天5井2611 2611 5米 岩心照片 FMI成像 低角度天然裂缝 斜交天然裂缝 正弦波形 缝合线与裂缝的鉴别 断层面与裂缝的鉴别 特殊碳酸盐岩构造与裂缝的鉴别 薄层状构造 眼球状构造 燧石条带状构造 泥质条带与裂缝的鉴别 井壁崩落条带与裂缝的鉴别 断层破碎带与裂缝的鉴别 真假裂缝的鉴别 缝合线的典型特征 断层面的典型特征 层理的成像测井响应特征 岩心照片 FMI成像 温泉1 1井4094 8米 特殊岩石构造的测井响应特征 地层剖面上的眼球状构造特征 成像测井的眼球状构造特征 眼球状构造 天东26井燧石条带的测井响应特征 燧石条带或结核构造 石膏揉皱构造 池53井泥质条带测井响应特征 泥质条带 裂缝 泥质条带的成像测井相应特征 岩心照片 FMI成像 大天5井石炭系 泥质条带与裂缝的鉴别 井壁应力崩落在电成像测井图上的特征 井壁应力崩落 井壁应力崩落在声成像测井图上的特征 井眼崩落 断层破碎带测井响应特征 大天5井断层破碎带测井响应特征 天然裂缝与人工诱导裂缝的鉴别 井壁压裂诱导裂缝的识别 应力释放裂缝的识别 机械破碎裂缝的识别 井壁热差诱导裂缝的识别 井壁诱导压裂缝的特征 大天5井上覆岩层为中间主应力时的诱导压裂缝特征 天东26井上覆岩层为最大主应力时的诱导压裂缝特征 直井压裂缝特征 剪切缝 斜井压裂缝的特征 张17井人工压裂缝的常规测井响应特征 诱导压裂缝的实例月东3井压裂漏失段 应力释放裂缝的典型特征 大天5井 应力释放裂缝的典型特征 钻具震动机械破碎裂缝的典型特征 大天5井热差诱导裂缝 3 裂缝性储层的评价方法 1 裂缝自身性能的评价 裂缝的产状及其组合特征评价 裂缝参数的评价A 裂缝张开度和孔隙度B 裂缝的径向延伸长度C 裂缝的发育程度 2 裂缝储层的评价 储层含流体类型的判别 储层参数的计算A 孔隙度B 渗透率C 饱和度 储层有效性评价 裂缝产状及其组合特征 1 裂缝自身性能的评价 云安11井BCR处理成果 排除由于地应力不平衡性后快横波方向指示裂缝的走向 利用地层各向异性确定主裂缝的走向 利用地层各向异性确定地应力的方向 坎1井水平应力方向的确定 图b裂缝走向 图d快横波方向 云安11井裂缝走向和快横波方向一致 裂缝参数计算A 裂缝张开度的计算双侧向测井法 高角度裂缝 低角度裂缝 单电阻率法 高角度裂缝 低角度裂缝 成像测井法 B 裂缝孔隙度计算开启岩块型裂缝孔隙度 双侧向测井法 高角度裂缝孔隙度 低角度裂缝孔隙度 单电阻率法 封闭岩块型裂缝孔隙度 双侧向测井法 油气层 水层 成像测井法 不受裂缝类型限制 C 裂缝的径向延伸长度估算 D 裂缝的发育程度 破裂系数法 RF Ema E Ema Ema为岩石骨架的杨氏模量E为储层岩石的杨氏模量 完整系数法 KV vm VR 2Vm为岩体的纵波声速VR为岩石骨架纵波声速 3 裂缝性储层的评价方法 2 裂缝储层的评价 储层含流体类型的判别 下讲专题讨论 储层参数的计算A 孔隙度B 渗透率C 饱和度 储层有效性评价 储层参数计算A 双重介质储层孔隙度的计算 a 岩块孔隙度 对于粒间孔 晶间孔为主的岩块孔隙度的计算 当孔径小而均匀且孔隙度小于5 时 采用威利时间平均公式计算 纵波时差威利时间平均公式 横波时差威利时间平均公式 孔隙度在5 至25 时 采用雷以麦公式 0 37 时为 1 1 b ma f 式中b为岩性指数 砂岩取2 碳酸岩盐取2 2 2 37 47 时为 0 47 0 1 ma 0 37 0 1 f 储层参数计算A 双重介质储层孔隙度的计算 a 岩块孔隙度 对于不规则溶蚀孔岩块孔隙度的计算 用密度测井资料来计算岩块孔隙度 用岩心分析经验公式计算岩块基质孔隙度 岩心分析孔隙度与声波时差计算孔隙度的关系要注意两者间存在的差异 第一 岩心分析时地面的有效应力与井下有较大的差异 导致分析孔隙度与实际地层中孔隙度的不同 第二 声波测井时岩石有效应力与地面岩心分析时的有效应力不同 b 储层孔隙度 T f b 1 f B 双重介质渗透率的计算 a 岩块渗透率TIMUR公式 Kb 0 136 4 4 Swir2经验公式 Kb 0 022 1 9b 裂缝渗透率裂缝固有渗透率 裂缝储层渗透率 R m R m R m 单组系裂缝 多组系垂直裂缝 网状裂缝 C 裂缝 孔隙型储层的渗透率公式K bKb fKf C 双重介质饱和度计算 水平裂缝 孔隙型饱和度方程 岩块含水饱和度的计算 垂直裂缝 孔隙型 单组系垂直裂缝 孔隙型饱和度方程 多组系垂直裂缝 孔隙型饱和度方程 网状裂缝 孔隙型饱和度方程 双重介质总含水饱和度 裂缝含水饱和度 油气层内裂缝中主要为油气充满 仅在缝壁表面有一层束缚水膜 实验研究表明 裂缝中的束缚水饱和度非常低 并得出一个裂缝宽度与束缚水饱和度的实验关系式 Swf 3 Bw 2 D 式中 Bw 裂缝壁水膜厚度 微米 D 裂缝宽度 微米 所以通常可近似令油气层中裂缝的含水饱和度为10 A 裂缝有效性评价主要通过裂缝的径向延伸程度来评估 利用深浅双侧向判断 利用井壁成像 方位成像 偶极横波 井眼反射声波相结合判断井壁成像识别天然裂缝 并计算裂缝的产状方位成像或偶极横波 井眼反射声波判断裂缝的径向延伸程度B 裂缝性储层有效性评价 斯通利波计算裂缝的渗滤性指数 裂缝储层的有效性评价 利用深浅双侧向判断裂缝有效性 A 裂缝有效性评价 日产天然气64 57