裂缝性油气藏表征与预测

1、储层裂缝表征与预测摘要：裂缝是油气储层特别是裂缝性储层的重要储集空间，更是良好的渗流通道。系统的研究研究裂缝类型、性质、分布规律等对于裂缝性油气田的勘探和开发具有十分重要的意义。关键词：裂缝、裂缝参数、探测方法与预测1、 裂缝的成因类型及分布规律裂缝，是指岩石发生破裂作用而形成的不连续面，或者说裂缝是由于岩石受力而发生破裂作用的结果。同一时期、相同应力作用产生的方向大体一致的多条裂缝称为一个裂缝组;同一时期、相同应力作用产生的两组和两组以上的裂缝组则称为裂缝系；多套裂缝组系联通在一起称为裂缝网络。1.1、 裂缝的力学成因类型在三维空间中，应力状态可用三个相互正交的法向变量（即主应力）来表示，以

2、分量s1、s2、s3分别代表最大主应力、中间主应力、最小主应力，如图1-1，在实验室破裂（1）、剪裂缝 成因：三个主应力都为挤压应力时，派生的剪切应力大于岩石的抗剪强度时所形成的裂缝。 特征：位移方向与破裂面平行；破裂面与s1- s2面锐角相交；一般为闭合缝；破裂面上可见擦痕和阶步；两组剪切缝共轭。 （2）、张裂缝 成因： 三个主应力派生的张应力大于岩石的抗张强度时所形成的裂缝。特征：位移方向与破裂面垂直；破裂面与s1- s2面平行；一般为张开缝； （3）、张剪缝 成因：派生的剪应力和张应力先后作用于岩石所形成的裂缝。 特征：介于两者之间。1.2、 裂缝的地质成因类型及分布规律（1）、构造裂缝

3、 构造裂缝指由局部构造作用所形成或与局部构造作用相伴生的裂缝，主要是与断层和褶曲有关的裂缝。 与褶皱想伴生的裂缝裂缝发育程度主要取决与应力强度、岩性变化的不均匀性、地层厚度以及裂缝形成的多次性。 与断层有关裂缝断层和裂缝的形成机理一致，裂缝是断层形成的雏形。对于正断层可形成高角度或垂直的张裂缝以及平行于断层和断层共轭的剪裂缝。与逆断层相伴生的主要为近于水平的张裂缝以及平行于断层和与断层共轭的剪裂缝。（2）、非构造裂缝区域裂缝指的就是那些在区域上大面积内切割所有局部构造的裂缝。集合形态简单且稳定，裂缝兼具相对较大，多为垂直缝。收缩裂缝（成岩收缩缝）指岩石总体积减小相伴生的张性裂缝。1）、干缩裂缝

4、 通常在地表的泥裂。2）、脱水收缩裂缝 脱水作用是沉积物体积减少的一种化学过程。发育这种裂缝课形成良好的油气储层。3）、矿物相变裂缝主要是由于碳酸盐岩或者粘土矿物相变引起的体积减少而形成的裂缝。4）、热力收缩裂缝受热岩石在冷却过程中发生收缩形成裂缝。如火成岩（玄武岩）中的柱状节理。 卸载裂缝由于上覆地层的侵蚀而有到的裂缝。 风化裂缝指那些在地表或近地表与各种和化学风化作用如：冻融循环、小规模岩石崩解、矿物蚀变和成岩作用及块体坡移有关裂缝。 层裂缝具剥离线理的平行层理纹层面间的孔缝为沉积作用形成。2、 裂缝的基本参数及其孔渗性2.1、裂缝基本参数 （1）、裂缝的宽度（张开度） 指裂缝壁之间的距离

5、，一般也叫做开度或者张开度。与裂缝孔隙度和渗透率关系密切，对于计算油气储量也具有重要的意义。通常岩心和露头所量取裂缝宽度为视宽度。根据裂缝的宽度一般将裂缝分为四个级别：缝宽小于0.1mm的微缝，0.1-1mm的细缝，1-5mm的中缝和大于5mm的大缝。 （2）、裂缝的大小 指裂缝的长度及其与岩层的关系。 一级裂缝：切穿若干岩层裂缝 二级裂缝：局限于单层内裂缝 （3）、裂缝的间距指两条裂缝之间的距离。用于代替裂缝线密度去描述裂缝发育程度的另一参数。一般用一组平行裂缝之间的平均距离来表示。 （4）、裂缝的切深：裂缝在纵向上的延伸长度，即高度，有时候也称为切深。 （5）、裂缝的密度 反应了裂缝的发育

6、程度，是重要的的裂缝参数。 1）、线性裂缝密度（线密度） 通常指垂直与流动方向的直线或者岩心中线相交的裂缝条数与该直线长度的比值。 2)、面积裂缝密度（面密度） 指流动横截面上裂缝劣迹总长度与横截面积的比值。3）、体积裂缝密度（体密度）指裂缝总面积与岩石总体积的比值。（6）、裂缝的产状 指裂缝的走向、倾向和倾角。分四类： 水平缝：夹角为015 地角度斜交缝：夹角为1545 高角度斜交缝：夹角为4575 垂直裂缝：7590（7）、裂缝的充填情况1）、张开缝：缝宽较大，基本无充填物，为有效缝，流体可以在其中流动。2）、闭合缝：基本闭合，基本无充填无。对于这类裂缝的有效性需要慎重分析，在油藏中可能是

7、充满流体的张开的裂缝，当取芯至地面或者因为构造运动至地面时，由于空隙压力被释放，裂缝宽度可能变小甚至闭合。因此在岩心和地面露头上观察到的闭合裂缝在油藏条件下有可能是张开的，既是有效的。另外，既是在地下条件下为闭合的裂缝，当油田注水开发或者在压裂过程中，者别裂缝也可能会被启动而张开。3）、半充填缝：裂缝间隙被充填无部分的充填。常见的充填无为石英、方解石和泥质，市级的有效裂缝为未被矿物充填的部分空间。这类裂缝也是有效缝。4）、全充填缝：裂缝完全被充填物质充填，有效缝宽为零，为无效缝。实际上，这种裂缝可以作为流体渗流的隔板。（8）、裂缝的溶蚀改造情况 对于大多数碳酸盐岩地层中的裂缝，常见缝面被地下水

8、所溶蚀的现象。此现象在某些杀你眼或火山岩、变质岩裂缝中也可以看到。2.2、裂缝的孔隙度裂缝性储集岩具有两种孔隙度系统，即双重空隙介质，一种为基质岩块的空隙介质，一种为裂缝的空隙介质。基岩空隙分布比较均匀，而裂缝分布则很不均匀，这就造成了裂缝性储集岩的空隙分布的非均质性。岩石裂缝孔隙度的定义为裂缝空隙体积与岩石体积之比。裂缝的孔隙度一般较小，一般可以通过裂缝宽度与密度、特殊岩心分析、三维岩心试验等方法求得，也可以用测井方法间接求出。裂缝孔隙度的大小与裂缝密度和宽度成正比。2.3、裂缝渗透率裂缝性储集岩由裂缝和基质岩块组成，具有双重空隙介质，因此存在两种渗透率，即裂缝渗透率和基岩渗透率。岩石总渗透

9、率是这两种渗透率之和。通常，裂缝渗透率很高，基岩的渗透率相对较低。3、 裂缝的表示方法3.1 裂缝倾向与倾角的乌尔夫网图表示法 裂缝常在乌尔网上用一个点表示，每一个点表示一条裂缝。该图上方为正北方向，沿着圆周与圆周角表示裂缝面的倾斜方向；沿着径向表示裂缝面的倾斜角度，越接近圆周的点，所表示的裂缝面越接近水平。（图）3.2 裂缝走向的玫瑰花图表示法 一群裂缝走向可以用玫瑰花图表示，把裂缝按走向分组，以每组的平均走向为圆心角，裂缝条数为半径，在同一个圆上，画出多组裂缝，把其端部都连起来，就称为裂缝方位玫瑰图。3.3 裂缝长度、方位、切深的直方图表示法 一群裂缝的某一特征也可以用直方图来表示，因数据

10、性质、需要，脂肪的横轴可以是长度、方位、宽度、切深、倾向、倾角，纵轴是与横轴参数对应的裂缝条数，画出相应参数不同数值所对应的裂缝条数，就可以作出裂缝方位直方图、长度直方图、宽度直方图等等4、 裂缝的探测和预测方法4.1、岩心观察识别原生裂缝 岩心上观察到的裂缝，有许多是在取心、观察过程中，由于认为因素造成的，这些裂缝称为人工诱导裂缝或机械缝。剔除人工诱导裂缝或者机械缝，是获取地下真实裂缝性质、分布参数的必然过程。通常判断原生裂缝的标志有：（1）、裂缝面上含有与钻井液无关的胶结物或矿物。（2）裂缝具有多组平行组系。（3）裂缝面上具有擦痕或者阶步，指示在天然断裂作用过程中出现过裂缝摩擦滑动。4.2

11、、野外露头识别观察裂缝 由于地下地层深度分异后所处应力环境不用，在露头上观察到的裂缝，有些能够反应地下的地层裂缝的形态、性质，有些不能够，根据判断裂缝形成的时间，找出与地下关联性最强的裂缝来研究地层裂缝分布与形态。而其重点就是能够找出露头的原生裂缝。4.3、利用测井方法探测裂缝 （1）、电阻率测井 裂缝产状与深、浅侧向幅度差异的关系： 对于双侧向测井，当没有裂缝且地层中无径向电阻率变化时，深浅测井电阻率应该是重合的。水平裂缝能加强测井测井的聚焦作用，使测井的电阻率降低、而且水平裂缝对深侧向的聚焦作用比浅侧向更强，有的RLLDRLLS，即为正差异。所以深侧向与浅侧向电阻率差异性质主要是由裂缝的产

12、状决定的。 在高阻剖面中裂缝发育层段上，曲线呈现明显的低电阻率异常。一般地说，对于6070的高角度裂缝带，DLL测井曲线呈正差异，即RLLDRLLS ，其比值约为1.5-2.0左右。对于低角度裂缝，特别是水平裂缝，双侧向测井曲线呈现负差异或无差异。当基质孔隙度较大时，双侧向曲线的差异显示不仅仅与高角度有关，而且也是地层含油性的指示。因此，深、浅双侧向曲线之间的差异，与基质孔隙度、孔隙流体性质、裂缝的产状、裂缝的发育程度及泥浆请如特性等因素有关，只有进行综合分析，才能正确的判断裂缝。，一般来讲，用电阻率测井识别裂缝时，应优先采用双侧向（DLL）正聚焦测井（MSFL）。 （2）、声波测井 由于岩石

13、中有孔隙和裂缝，因此，岩石并不是连续介质。声波速度测井是测量井下岩层的声波传播速度（或时差），以确定井剖面地层的岩性、估算储层孔隙度，判断油气层等。实验室研究表明，裂缝对声波时差的影响，一方面和裂缝的宽度有关，另一方面与裂缝的倾角有关。对低角度裂缝来说，时差和裂缝（单位长度上裂缝密度）之间的关系符合威利公式。对斜交缝而言，声波孔隙度随着裂缝角度的增大而增大。当垂直裂缝切割井眼时，声波沿骨架直接传播不反映裂缝。在裂缝带，由于滑行波产生的波严重衰减，而使时差曲线可能出现周波跳跃。在全波列测井，通常认为，垂直裂缝主要衰减纵波，而水平裂缝主要主要衰减横波；因此根据纵横波幅度的衰减可以估计裂缝的类型。在

14、变密度测井图上（VDL）裂缝条带的颜色变浅，反差变弱，条带有中断、或呈现扭曲、破碎状有人字形条纹。 （3）、放射性测井 自然伽马能普测井在漫长的地质年代里，由于液体通过地层的运动，钾盐经常沉淀在渗透性地层，包括裂缝层段中。因此，分析地层的自然伽马能谱测井（NGS）资料，可根据含钾、钍数量低或减少，而含钾量增加的显示，确定裂缝的位置。因此如果裂缝中含有沉淀的放射性钾盐时，NGS在探测裂缝方面是有用的，但这种裂缝也可能是不渗透的。 密度测井补偿量曲线反映井壁与测量极板之间存在泥饼或泥浆的影响，曲线的变化是很频繁的，所以单独石英曲线识别裂缝是困难的，往往需要与井陉曲线对比，在井陉曲线上显示为井陉相对

15、平直的井段，且增大，特别是当超过0.1g/cm3，说明可能有裂缝存在。如果是重晶石泥浆，则裂缝处的曲线将出现负值尖峰。 岩性密度测井的Pe曲线当采用重晶石泥浆钻井时，由于重晶石的光电吸收截面指数Pe值很大。Pe曲线在裂缝段急剧增大，如果在裂缝段井壁上形成重晶石泥饼，则裂缝段上不仅有很高的Pe值，而且还会有负的值。孔隙度测井结果的对比 由于声波测井孔隙度s一般不反应高倾角裂缝，而中子孔隙度N和密度孔隙度D反映总孔隙度，所以将s、N、D ，对比可以发现垂直裂缝。 地层倾角测井 地层倾角测井是探测天然裂缝的各种方法中最有效的方法之一，地层倾角测井仪通过在同一平面上装置4个互成90、贴井 壁移动的极板

16、，分别记录4条高分辨率的为电阻率曲线，它们能比较精细地探测井壁4个方位的裂缝位置和产状。高倾角裂缝通常在一个或相对的两个极板的微电阻率曲线上显示一定长度的异常。由于井下一起的旋转和裂缝方位的可能有变化，使显示的异常不连续，从一个极板多读到相邻的另一个极板所测得的相应曲线上。地层倾角测井共几率9条曲线：14号极板的4条微电阻率曲线、井斜曲线、1号板方位曲线、相对方位曲线和2号井陉曲线。 1)、裂缝识别测井（FIL） 地层倾角测井的微电阻率曲线常常在高阻背景上一低的电阻率异常显示出裂缝。当任一极板通过充满高电导泥浆的裂缝时，其电阻率降低，重叠曲线出现幅度差。高倾角裂缝经以一组或两组明显的幅度差出现

17、，裂缝带的走向可通过1号极板的方位推算出。 在FIL图上识别裂缝的要点是：水平裂缝在4条重叠曲线上均有较短的异常，1号极板方位曲线反映出正常旋转，垂直裂缝在两条重叠曲线上有较长井段的异常，1号极板方位不转转或这旋转速度变慢。 2）、电导率异常检测（DCA） 该方法是利用地层倾角测量的原始记录进行计算处理后的显示。在曲线对比定向移动允许范围所确定的井段上，求出各极板与相邻两个极板的电导率读数之间最小正差异，把这个最小正差异叠加在该极板的方位曲线上，作为识别裂缝的标志。用以上方法从4条微电阻率曲线提取的地质信息，排除了地层的层理等所引起的电导率异常，突出了与裂缝有关的电导率异常。DCA成果图可直接

18、显示出裂缝的方位。 3）定向为电阻率（OMRL） 根据地层倾角测井记录所回放的4条电阻率曲线直接重叠组合，当出现低阻与高阻曲线的明显分离且垂直方向有一定延续长度的异常时，可作为ieyou裂缝存在的标志，其裂缝的方位可由相应的低阻极板方位所求得。 4）、双井陉曲线 5）、地层倾角矢量图在地层倾角矢量图中，裂缝或是表现为层段之间无法进行对比，或是表现为看起来倾角表现的很混乱。如果属于后一种情况，我们可以根据孤立的高倾角提示裂缝的存在，有利条件下还可以找出裂缝的方向。 地层微电阻率扫描测井（FMS）微电阻率扫描测井的基本原理是用密集排列的电极组来绘制井壁的电导率图。以彩色或可调亮度的黑白图像显示。从

19、极板上小电极依次向地层发送电流，且保持电压恒定，侧另流经基层的电流变化，它反应了地层电阻率的变化。当地层电阻率高时，流经地层的电流变小，处理后显示为浅色（如石灰岩），当地层电阻率低时流经地层的电流比较大，相应的显示为深色（如泥岩），同理，裂缝、溶洞在图像上显示为深色。 微电阻率成像测井法（FMI）4.4、裂缝预测方法统计分析方法1）、预测裂缝的方向 对于构造裂缝，可分局单井（岩心和测井）测量的裂缝走向（或倾向）编制成玫瑰花图或水平投影图，然后将各井裂缝走向标志在精细构造图上，这样，根据构造上各井点优势裂缝方向就可以判断构造裂缝的方向。2）、预测裂缝发育带如果某构造有一定数量的取心井，则可以利用

20、岩心和测井的裂缝观测资料预测井间 裂缝发育带，通常是根据岩心和测井裂缝密度编制某构造的裂缝等密度图，以反映构造裂缝的发育情况。预测构造（拉张）裂缝的曲率法曲率是反映某线面弯曲程度的数学参数。曲率法所研究的裂缝是岩层弯曲变形而形成的拉张裂缝。岩层受力弯曲后，中性面以上地层承受拉张应力，当拉张应力超过岩石的抗张程度时，便形成拉张裂缝。岩石的拉张应力与岩层弯曲程度成正比，即当岩层弯曲到一定程度后岩层开始破裂，且弯曲程度越大，岩层应变增加，岩层破碎强度越大，裂缝就越发育。由于曲率是弯曲程度的表征，因此可用岩层的曲率来预测和评价构造裂缝。曲率是一个矢量，又有方向。岩层弯曲变形出现拉张裂缝时，裂缝走向垂直

21、于主曲率方向，裂缝发育程度则与主曲率大小成正比。裂缝储层地震属性检测方法目前国内外在裂缝性储集层的勘探方面的趋势是将地质、物探、测井等方法相互结合起来,进行裂缝性储集层各项参数的全面精细勘探。由于上覆载荷的压实作用,高角度和近于垂直的裂缝容易得到保存,这些裂缝的存在造成了地震波传播过程中的各向异性特征。因此,利用地震波的各向异性特征可以帮助我们确定裂缝在空间的定向。裂缝密度是影响地震波各向异性强度的重要因素,人们往往利用地震波的各向异性强度来直接估计裂缝的密度。但是,储层岩性和储层中流体性质也同样影响地震波的各向异性强度。根据裂缝密度非均质性对地震波散射影响的理论研究结果,采用地震相干波形分析

22、,可以确定裂缝非均质造成的纵波特有的散射特征,并提供裂缝密度分布非均匀性的最大信息。因此,确定裂缝密度应综合运用地震波各向异性分析结果和与裂缝密度相关的地震属性分析结果,借助于构造解释和岩性分析,增加裂缝密度解释的准确性。同时,结合储层地质模型和裂缝空间分布地质模型,研究地下裂缝发育规律与沉积体的关系,更好地认识地下储层分布和油水运动规律,预测油层发育区。近几年来,国内的石油勘探和同类杂志不断有大量的文章来论述地震属性储层预测技术,其中不乏成功的实例和进技术,如振幅、频率、相干、方差、神经网络模式识别、地震吸收、分频等等,分别在不同地区和不同类别的储层预测中取得好的效果。按照研究思路和技术路线

23、,重点研究了相干体识别断裂系统计算技术、地震吸收系数分析预测裂缝技术、频谱成像、方位AVO、FVO 属性预测裂缝等技术。理论研究结果表明,垂直裂缝会产生地震波传播的各向异性,分析裂缝引起的地震波各向异性是利用地震资料检测裂缝的重要内容之一。在三维叠前地震资料处理分析前,首先要分析叠前地震数据偏移距与方位角的分布关系,以便选择与方位角和偏移距相关的地震数据处理流程及分析方法。在叠前地震数据分析中,不但要分析地震的运动学特征,还要分析地震的动力学特征,因此,对地震资料的处理必须要保幅、保真。在裂缝研究中,裂缝储层的正演模拟研究非常重要,正演模拟可以帮助我们了解裂缝是如何影响反射振幅和频率随偏移距的

24、变化。为此,利用已有的测井资料和钻井资料,建立的综合地质模型和岩石物理模型,通过裂缝储层正演研究技术,研究裂缝所造成的地震波场和振幅的变化特征。正演模拟结果为我们提供储层的地震响应,对这些地震响应的分析可以帮助建立地震响应与裂缝性质的关系。并将此关系直接应用于三维地震资料的分析和解释,以便正确地解释反演结果和估算地震属性。依靠井点的岩石物理模型,由反演得到的岩性参数就可以解释储层的非均质和裂缝性质,同时裂缝储层地震属性估算技术提供了地震波能量、频率、瞬时属性等随偏移距变化的特征利用地震各向异性特征分析,根据裂缝储层的正演模拟研究结果,确定裂缝可能的定向和分布特征。所以,基于各向异性介质理论,对三维叠前地震资料进行与方位角相关的保幅处理(窄方位角处理技术) 。通过储层岩石物性研究,建立裂缝储层岩石物性理论模型并模拟地震各向异性响应。在地震理论模拟的指导下,分析叠前方位角地震属性,用AVA、VVA、IPVA 等方法得到裂缝方位和密度分布,从而达到裂缝储层综合检测和描述的目的。预测构造裂缝的古应力场数值模拟方法裂缝是岩石在应力作用下发生脆性破裂而形成的。应力场数值模拟预测裂缝就是通过反演裂缝主要形成期的古构造应力场，再根据岩石的脆性破裂准则及相关理论来预测裂缝。1）、古构造应力场反演