储层裂缝特征测井解释方法综述.doc

储层裂缝特征测井解释方法综述荤17卷1998卑第1期3月地质科技情报GeologicalScienceandTechnologyInformationVoi.17No.1Mil/”.19980l,一一,储层裂缝特征测井解释方法综述./卢颖忠黄智辉营志宁高合明,一一(中国地质大学钫探系,北京.100083)(石油勘探开发科学研究院采油所.北京,100083).3摘要为T更好地研究裂整性砂砾岩储层和其它裂缝性储层裂缝的测井解释问题,缘连T目前在裂缝性储层裂缝测井解释中主要采用的常规评静,人工神经网培和斯通利渡3类方法在识别裂鞋带和定量计算储层裂整参数两个方面的应月厍理和研究现状,并指出T夸后曲一些研究方向量镪渺P631分类号.8裂缝性地层裂缝的测井解释主要包括裂缝带的识别和储层裂缝参数的定量计算两个方面.近几年,在裂缝性地层裂缝的测井解释中,除了采用常规的评价方法外,还出现了人工神经网络法和斯通利波法,这些方法各有特点.为了更好地研究裂缝性砂砾岩储层和其它裂缝性储层裂缝的测井解释问题,现将有关问题综述如下.I常规评价方法I.I识别裂缝带的方法识别裂缝带是裂缝性储层解释的重要问题,但利用常规测井方法来识别裂缝的难点在于:裂缝本身的复杂性+如裂缝太小不等,分布不均,裂缝发育程度及产状各异,裂缝中往往有各种充填物以及裂缝体积比岩石基块体积小很多等;每种测井方法的测量结果都是在测井仪器探测范围内各种介质(岩石基块,裂缝,流体,井孔等)某种物理性质综合影响的结果,而裂缝对岩石物理性质的影响不足以使岩石物理性质有明显的变化,这往往使得采用单一或少数的测井参数识别裂缝很困难;每种测井测量值还受岩性,井孔,流体性质,泥浆侵人深度等其它因素的影响因此应采用多种测井参数来解释裂缝,寻求新的解释方法,以提高分辨率.常规识别裂缝的方法有直观定性识别和各种定量化识别两类方法.直观定性识别可以给出裂缝带的大致位置,但该方怯的正确与否在很大程度上取决于研究者的经验和拥有的资料量.定量化识别方法有:模式识别法,裂缝指数曲线法和综台裂缝概率法.这些方法的共同特点是通过先建立裂缝带与测井响应之间的数学关系来识别裂缝,现分述如下.(1)常见的模式识别法有相关分析法和判别分析法.它们对线性不可分的模式分类间题难以求得满意结果.第作者简卉:卢颖忠.男,1962年5月生,观正攻读应用地球物理专业博上学位.研究方向为恻井与井巾物探收稿日期;l9970709编辑:曲梅兰?85?(2)裂缝指数曲线法是通过构造对裂缝反映敏感的参数来划分裂缝带,但不同的研究者所采用的裂缝指数曲线也不同.下面介绍两种裂缝指数曲线法.由Bremer等基于常规测井对岩性和裂缝的响应提出,井将其用于划分结晶岩中的裂缝带.这种方法的原理是在裂缝带上,体积密度和电阻率降低,声波传播时间和孔隙度增大,因而将体积密度,中子孔隙度,纵波传播时间和横渡传播时间以及深侧向的对数这5种测井数据经过标准化后,以随裂缝强度增大而增大的各参数相乘的乘积作为分子.以随裂缝强度增大而减小的各参数相乘的乘积作为分母,从而综台戚一个裂缝指数来识别裂缝.该裂缝指数可较好地反映岩石的宏观裂缝和微观裂缝.并且它对徽裂缝带的反映比对单个宏观裂缝的反映更灵敏.经分析发现,该组合参数既受井眼影响.也受岩性影响国内石油勘探开发研究院在划分裂缝性砂砾岩裂缝带时也采用了一种常规裂缝指示曲线,该方法是基于裂缝具有附加导电性,即裂缝的存在会使裂缝性地层的导电性增强,电阻率降低.这样.便可用裂缝性地层的电阻率值(.)与具有相同孔隙度值的一粒间孔隙地层的电阻率值()之差值的绝对值lR|一R.I(具体用II)来反映裂缝j0的存在.式中R.是由电阻率值的平方根的倒数与孔隙度测井值的交汇图得到.该方法简便易行,但应注意以下问题:其前提是假定相同孔隙度值的裂缝性地层的电阻率值与粒间孔隙地层的电阻率值之差值仅由裂缝引起,但井径扩大或含有其它导电矿物等也能引起电阻率降低.井径扩大将严重影响其处理效果;确定峨比较困难.并且需要大量统计样品.(3)综台概率法是基于一方面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;另一方面.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,因而就必须综台各裂缝概率指标形成综台裂缝概率指标来划分裂缝带国内李舟波等利用综台裂缝概率法划分了碳酸盐岩的裂缝带对8口井的处理结果与岩芯分析和测试结果较为符合.该方法存在的问题是需要凭经验绐定权系数.1.2储层裂缝参数的定量确定方法1.2.1裂缝孔隙度的确定方法确定裂缝孑L隙度的方法主要有双侧向法,光电俘获截面法,双孑L隙度模型分析,次生孑L隙度法和标定法等.实际上常用的是双侧向法.(1)双侧向法用双侧向谢井资料来估算裂缝孔隙度的前提是深,浅侧向钡j井曲线之间存在有幅度差.而双侧向之间的幅度差与裂缝的产状,裂缝张开度,泥浆侵入及孑L隙流体性质等因素均有关,因此用双侧向测井资料估算裂缝孔隙度需要满足一定的条件,比如,双侧向测井资料实际上只能计算高角度裂缝的孑L隙度,对渗透性良好的低角度裂缝,双侧向无差异或负差异,则无法计算.(2)光电俘获截面法它是利用光电俘获截面受台钡泥浆的强烈影响这一特性来评价的.只有当裂缝性岩石被告重晶石的泥浆侵入时,才可据此评价裂缝孑L隙度”.(3)双孔隙度模型分析由双孔隙度模型分析求取裂缝孔隙度的原理是,基于双孔隙度模型可以得到孔隙度指数(反映孔隙通道弯曲程度的一个参数)卅=lg+(1一p)/体/lg协再结合裂缝分配系数=.,作成图版,通过查图版可定量求得裂缝孔隙度,但该图版u的使用条件是假定裂缝与岩石基块孔隙是呈并联的电阻率系统.(4)次生孔隙度法中子和密度测井所反映的岩石总孔隙度与声波测井反映的岩石基质子L隙度之差即为包括裂缝在内的次生孑L隙度,这是对裂缝子L隙度的一种粗略近似分析该方法只有当地层孑L隙度较高且不含气时才较为适合,而且声波孑L隙度往往不反映基质子L隙度,如在?86?水平裂缝发育带上.(5)标定法石油勘探开发研究院利用地层微电阻率成像测井(FMI)图像解释的裂缝孑L隙度对裂缝指数曲线进行标定,然后再用裂缝指示曲线来反映裂缝孑L隙度的大小,但所确定的裂缝孑L隙度只能从数量级上反映,因为腺了存在井眼扩大,吉其它导电矿物外,还因为FMI所确定的裂缝L隙度只能反映井壁的地层.探测深度太浅.1.2.2裂缝张开度的确定方法从测井分析角度来讲.裂缝张开度是指在测井仪器的纵向分辨率范围内所有与井壁相切割的裂缝张开度的总和:.在碳酸盐岩储层评价中,裂缝张开度是根据双侧向对裂缝的响应特征来计算的事实上,双侧向幅度差的影响因素较多.另外,测井计算裂缝张开度实质上仍然是反映井壁表面上裂缝发育程度的综合指示.1.2.3裂缝渗透率的确定方法其原理是岩石裂缝渗透率与裂缝孑L隙度成正比,与裂缝张开宽度的平方成正比值得注意的是由此所确定的裂缝渗透率为裂缝型储层的绝对渗透率,而不是相对渗透率;井且这只是个经验模型,其中裂缝张开度和裂缝孑L隙度本身就不好确定.另外需注意,用测井资料确定粒间孔隙地层渗透率的问题都尚未解决,因此用测井资料来研究裂缝渗透率也只能是个尝试1,2.4裂缝发育程度的确定方法国内有的学者主张用岩石的完整性系数,破裂系数以及纵横波速度比值来描述裂缝发育程度,井且认为这3个参数中用破裂系数较好其使用条件为若有密度测井资料,且质量较好时,就选用破裂系数;若投有密度测井资料或质量太差,则选用完整性系数或纵横波速度比,但在使用纵横波速度比时,还需注意由岩性差异寻I起的系统误差.存在的问题是这些参数不能反映高角度裂缝,溶洞”1.2.裂缝产状的确定方法在常规测井资料中,目前主要用双侧向测井和地层倾角测井资料来估计裂缝产状.双侧向测井的幅度差随裂缝的产状不同而不同,故利用其幅度差可近似判断裂缝的倾角类型,即高角度裂缝(倾角大于75.)和低角度裂缝(倾角小于67.).利用地层倾角测井资料可估计裂缝走向,井大致判断出裂缝为低角度,斜交,高角度等类型.,但只有当裂缝面通过井轴时才能由电导率异常检测(DCA)的方位频率图正确确定高角度裂缝的走向”.井中电视和地层微电阻率扫描能够确定裂缝的倾角和走向.另外,在碳酸盐岩储层中,还可以利用深,浅双测向的电阻率比值大小来近似估计裂缝(高角度裂缝)的径向延伸深度需要注意的是在用双侧向测井资料确定裂缝性地层裂缝参数时有一个重要的前提,即先要准确地识别裂缝及其产状.否则计算的结果没有意义,甚至会产生极不台理的结果.由此可见,这些常规评价方法都是对复杂问题作了简化,近似,是在均质,线性,理想的条件下进行解释的.2人工神经网络法2.1识别裂缝带的方法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带与各测井响应或特征参数之间的复杂关系这可能是处理这类问题的较好选择,因为裂缝带与各测井响应之间的确切数学关系是未知的或很难找到的.在用人工神经网络法识别裂缝方面,目前在国内只见到李舟波等将神经网络应用于划分变质岩裂缝性储层中的裂缝发育带.他们认为神经网络具有高度的非线性映射能力,而裂缝带的划分问题恰好是一个高度非线性的问题,因此用神经网络来划分裂缝带是有利的他们采?87?用三层BP网络和反传算法,输人神经网络的是一些单个裂缝概率值,输出的为裂缝发育程度,对我国北方某油田变质岩古潜山一口高产井的实际资料用神经网络划分了其裂缝带,划分结果与试油和生产测井的结果相吻台.与改进的加权综合概率法处理结果相比较.发现神经网络法给出的结果更清楚,而改进的加权法需凭经验给定权系数.2.2储层裂缝参数的定量估算方法目前,尚未见到利用人工神经网络技术定量估算裂缝性地层裂缝参数这方面的研究工作,但已见到较多定量估算孔隙性砂岩地层或碳酸盐岩地层储层参数(L隙度,渗透率)方面的研究工作.这些研究的特点是基本上都采用BP网络,一般为3层或4层结构;在输人参数上.多数人一般直接输人与输出参数相关的测井测量值或经过环境校正和标准化的测井测量值;所求的参数作为网络输出参数,多数为孑L隙度和渗透率,也有求含水饱和度的;应用效果普遍比常规分析方法的好.另外,也有输入部分为经转换后的参数,还有个别采用模糊神经网络.例如,国外应用反向传播神经网络由测井资料预测碳酸盐岩地层渗透率.由于在碳酸盐岩地层中用常规经验关系式由测井资料求得的渗透率不可靠,笔者提出了用神经网络法这种新技术来改善由测井资料估计碳酸盐岩地层渗透率.该方法考虑了电缆测井中所有能指示渗透率的信息,井将它们融合到一个能精确预测岩层渗透率的解释模型中.用产层上的测井数据和岩样分析的空气渗透率对神经网络进行训练.网络使用2个隐含层,用双曲正切转换函数和全局误差平方和函数,井以Ig(尺-”n),lg(尺s),中子孑L隙度,声波时差,体积密度,孑L隙度,含水饱和度和含水孑L隙体积作为网络输人,渗透率以毫选西tO.98710,ttm!)为单位作为输出.对训练井进行解释处理,得出岩芯分析渗透率与网络计算的渗透率之间的相关系数为0.96,它比传统的统计分析法优越,因为统计技术中具有最大相关系数的多元线性回归获得的相关系数仅0.76.该研究结果表明,当用测井资料来分析碳酸盐岩地层渗透率时,综合考虑多种测井数据及其相互关系是很重要的”.确定裂缝性地层裂缝参数可以采用类似的方法人工神经网络法在裂缝性地层裂缝的测井解释应用中还应解决以下问题:前人主要用的是BP网络,多数研究者都直接输入测井测量值,而未作必要的特征信息提取,这势必影响学习速度和处理效果;样本的选取问题还没有很好解决,普遍存在学习时间长,易陷入局部极小等问题;裂缝性砂砾岩地层中划分裂缝带和求取裂缝参数的方法和效果还有待于今后进一步加强研究;在划分裂缝带时还未考虑模糊性.3斯通利波法前人用低频反射斯通利波模型来确定渗透-陛裂缝的位置,确定裂缝性地层和孑L隙性地层的有效渗透率以及确定裂缝张开度.斯通利波技术被认为是研究裂缝渗透率最有希望的技术.以下主要介绍确定有敬渗透率和裂缝张开度的研究现状.3.1确定有效渗透率的方法在定量评价渗透率方面,目前有经验方法和利用Blot模型定量估计法.(1)经验方法是利用管波幅度的衰减变化来评价裂缝性地层渗透率或裂缝渗透率的.Dommguez等”:研究出了一种用于推导天然裂缝性地层渗透率的经验模型,井考虑了声波测井仪的物理特性,校正了井孑L条件和地层孔隙度的影响.该模型被用于裂缝性侵入岩开采地区的一口井,其结果与生产测试结果一致.Paillet提出利用声波全渡测井定性和定量解释裂缝渗透率他认为:几乎所有的研究都证实.井中管波幅度衰减可用来定性估计裂缝渗透率,因?R8?为在独立测量的裂缝渗透率与管波幅度衰减之间能够建立起直接的经验相关关系;通过利用独立测量的渗透率与管波幅度之间的相关关系将管波幅度用独立测量的渗透率进行标定,起码可将该法变为半定量的方法(2)将Biot模型作为定量估计现场渗透率变化的一种手段,是只采用斯通利波幅度衰减或斯通利波慢度,或同时采用二者来反演渗透率,但该方法目前只用于研究孔隙性地层的渗透率.例如,Saxena.”较详细地研究了用斯通利波定量评价孔隙性地层渗透率的问题.针对由斯通利波确定渗透率一直局限于根据经验关系定性或半定量估算的现状,他利用Biot完全解,在低频范围内采用斯通利波慢度定量求取地层的渗透率;同时还研究井眼效应,提出了估算和校正泥饼阻抗的方法,并实现了井中仪器有限尺寸的校正这项研究得到了实验室数据的证实,并进行了现场验证,发现在纯碳酸盐岩地层,其计算结果与岩芯渗透率研究符合得很好.随后,国内在这方面也开展了一些研究工作3.2确定裂缝张开度的方法用斯通利波估计裂缝张开度是基于斯通利波反射系数的太小对有效裂缝宽度反应灵敏,并假定裂缝为水平平板模型.其平均的裂缝张开度粗略估计为常数估计裂缝有效宽度的方法是通过比较由实测的斯通利波资料计算的斯通利波反射系数与由水平平板模型得到的对应的理论响应来估箅裂缝宽度.例如,Hornby等利用低频反射斯通利波模型来估计有效张开度试验井结果与井中电视分析的相吻合.但考虑到斯通利波的垂向分辨率低,不能提供有关裂缝网络的几何形状信息,并且在用斯通利波的反射系数精确估算裂缝宽度时需要输人裂缝倾角估算值的原因,后来Hornby等.叉提出了综合反射斯通利波和地层微电阻率扫描来估算裂缝宽度,这样就可以利用地层微电阻率扫描评价裂缝具有垂向分辨率高以及能提供有关裂缝方向与形态定量信息的优点来弥补斯通利波评价裂缝的不足,从而改进对裂缝性地层的了解.黄文新等.也做了类似于Hornby等1989年的工作.采用斯通利波法来研究裂缝还存在以下问题:斯通利波和反射斯通利波的提取是个问题,因为在声波全波列波形上,管波并不总是租容易识别的,或许它被重叠在假瑞利波上+并且直达和反射的斯通利波在波形上不易分清;定量估计孔隙性地层渗透率时还需考虑混饼和井孔等的影响,这是今后的研究方向,之一;尚未见到定量研究裂缝性地层渗透率或裂缝渗透率的报道,这也是今后研究的方向之一岩性,风化,钻井对裂缝的破坏等也会使管波幅度的解释复杂化;在用斯通利波估计裂缝张开度时,还存在由岩性边界和钻孔冲刷引起的其它斯通利波反射的干扰;将裂缝理想化为平面平行流体平板太理想,并且实验室只证实了水平裂缝情况下的解析解,尚未证实在倾斜裂缝情况下的结果.参考文献1BemerMH,KuIenkamp订j.SchopperJRLhhologiealandractureresponseofcommonlogsincrystallinerocksinHurstA?GriffkhsCM,WorthingtonPFedsGeologicalSpeclPublication.1992,(65):Z212342李舟檀?皤藻芝,沈盘松等塔东北碳酸盐岩裂缝性储集层涮井解释方法.见:贾润胥主编.中国塔里术盆地北部油气地质研究t第三辑】.武汉:中国地质大学出版社.19911952063谈德桦.采裂缝性油气储层测井解释方法与评价北京:石油工业出版社.1996.871334寒拉着L肖置越译硎升资料地质解释北京:石Ih工业出版社.19926226525AguileraRNaCurallyFtueLIRews(.gndedition)Tulsa.Oklahoma=PennWellPublishingCompany.1995ZIIZ686赶良孝,补勇碳酸盐岩储层评价技术北京:彳T油_T业出版社.1994.i9114?89?7李舟渡.刘四新.尚林阉忡经网络划分变质糟裂缝性储层中的应用.见:中国石油学会测l井专业委会9,ll西安)嘲际测井学术台议论文枭北京:石油工业出版社.19q4.1921978WienerM(笋缝红译)应用反向传播抻经网络由科井贳料预测碳酸盐岩渗透率.删井译丛,1993.(1):13169DominguezH.PerezG.Permea1)iityestimationinnaturallyfractuzedfieldsbyanaysiofStoneleyesThLA?”lyst1991,tMarchApril):12012810PailetFLQuaIitatveandquantitativeinterpretationoffracturepermeabilityusingcousticful1waveform1ogsTileLogAna啊”?1991?(MayluneJ1256-27011SaxenaV【黄宝华,张宏彬译).根据井眼斯通利渡定量评价巷透率.见byBE,LuthlSM.AnintegratedinterpretationoJ”fractureaperturescomputedfromeectrieaboreholescandreflectedStoneeyes.1n,HurstA,GriffithsCM,WorthingtonPFedsGeologicalSocie0-SpeczalPuldicatbm,1992.(65):18519