利用测井技术识别和探测裂缝
摘要：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。用测井方法识别储层中的裂缝是目前最常用、最有效的方法，其中裂缝是否有效一直是测井解释的一个难点。在测井方法中，常规的测井方法可以识别裂缝,只是精度不高，成像测井仍是目前最为可靠的裂缝识别依据，而双侧向测井方法可快速、便捷地确定裂缝的有效性。
1.绪论
裂缝，是岩石中由于构造变形或物理成岩作用形成的面状不连续体，在碳酸盐岩、火成岩和泥岩中均有发育，少量见于潜山变质岩中。裂缝不仅是流体的储集空间,还是重要的流体渗滤通道.在致密的砂岩油气藏中,裂缝主要作为渗流通道存在, 大大改善了低孔低渗透储层的生产能力；在碳酸盐岩地层中,裂缝还控制着溶孔、溶洞的发育,影响着地层中原始流体的分布状况和泥浆侵入特性；在火成岩地层中,裂缝是地层产能的最重要、最直接的影响因素.中深部储层由于压实作用多已致密化,天然气的聚集及产出主要依赖于裂缝系统,裂缝的存在势必会对储层的渗透性起到改善作用,形成有开发价值的产层.因此,研究地下裂缝的发育及其分布规律就显得尤为重要.
岩心是最为直接的裂缝资料,但往往存在取心数量有限、收获率低和岩心不定向等三个方面的局限。用测井方法识别裂缝,具有成本低、识别力强和经济效益高等优点,已成为勘探裂缝性油气藏的主要手段.
2.裂缝
按成因分为两种: ①天然裂缝,一般是成岩收缩或构造运动形成的；②钻井诱导,一般是在钻井过程中因频繁起、下钻的震动和地应力场的不均衡造成井壁有规律的开裂。根据裂缝的形成原因,天然裂缝又分为非构造裂缝和构造裂缝两类，非构造裂缝主要是由于岩石失水体积收缩或岩浆冷却过程中体积收缩而形成的收缩裂缝以及压溶作用形成的缝合线。构造裂缝是指在地壳运动过程中,岩石受构造作用力而产生的裂缝,这种裂缝是最广泛存在的裂缝，包括开启裂缝、闭合裂缝2种。开启裂缝是没有充填其它物质的裂缝。在水基泥浆中,裂缝中充填有导电的泥浆,这样裂缝的电阻率就比岩石的电阻率低很多,所以,可以根据电阻率的异常来识别开启裂缝。闭合裂缝是充填有其它矿物的裂缝,它示出由构造应力产生的开启裂缝后来被富含盐的流体循环胶结,因此电阻率较高。钻井诱生裂缝由于钻开地层后,原始地层应力释放,挤压井眼周围的地层,在井壁上产生了钻井诱生裂缝，常见的有3种:钻具振动形成的裂缝、重泥浆压裂缝和应力释放裂缝。
按产状分,裂缝的产状一般表征分为裂缝面与水平面的夹角和裂缝面的倾向。其分类主要根据裂缝面倾角、倾向相互间的组合以及相关的地质资料,目前分为五大类:低角度裂缝、倾斜裂缝、高角度裂缝、低角度网状裂缝及高角度网状裂缝.
图1 裂缝类型
3. 裂缝的测井识别方法
根据不同测井序列对裂缝的响应程度,一般用于裂缝识别的常规测井资料有孔隙度、电阻率、声波时差、变密度资料等,其成本低、资料全,利用其识别裂缝是可行的。裂缝在常规测井资料上的响应主要有:①自然电位具明显负异常；②声波时差有跳波现象,整体时差值较高；
③深浅测向振幅差明显,中值高；曲线形态整体较圆滑.
3.1放射性测井法
放射性测井是在钻孔中测量放射性的测井方法，以自然伽马测井为主。自然伽玛测井主要测量地层中的不稳定元素如铀（238U）、钍（282Th）、钾（40K）发出的伽马射线。含钾的硅
酸盐矿物易于被风化分解，岩石风化后钾析出并被水流带走，含钾的化合物也以机械搬运和水溶两种形式迁移和再分配。难溶于水的钍化合物则残留在原地，在表生条件下，钍以机械分化迁移为主，被搬运到别处沉积下来，小部分钍则在有利条件下形成络合物或有机络合物，或以胶体的形式迁移。这两种含量的矿物相对比较稳定。而铀在自然界呈两种稳定的化合价状态存在，＋４价铀的化合物不溶于水，而＋６价铀盐可溶，以铀酰离子的形式随地下水迁移，在物理化学条件比较合适的区域转变为＋４价的化合物沉淀下来。正常情况下，泥岩具有较高的放射性数值，伽马为高值，其主要是由富含钾的粘土矿物以及残留的钍元素富集，加上粘土矿物对铀元素的吸收等造成的；对于钾和钍含量较低的地层，铀元素的富集往往指示裂缝的存在，因此可以通过元素铀含量与钍钾含量的差值进行裂缝的识别。
3.2三孔隙度测井法
三孔隙度测井，即声波，密度和补偿中子测井。裂缝及其所含流体在岩石中形成的声阻抗界面影响了声波传播,声波测井中有声波时差、长源距声波和全波波形测井用于裂缝探测。声波时差以周波跳跃反映水平缝、低角度缝的存在或者是含气层的显示。长源距声波测井除直接应用时差曲线外,还可以通过计算纵、横波幅度比或速度比值来体现裂缝的存在。在全波波形和变密度显示图上,裂缝层段出现纵、横波能量衰减的“V’,字型干涉条纹,可用于确定裂缝的位置并定性解释低角度缝和网状缝,该方法对水平缝显示较好。密度测井主要反映岩石的总孔隙度,与测井仪器极板是否靠上裂缝关系极大。若极板靠上裂缝,曲线反映的孔隙度偏高；而与仪器极板不接触或处于探测空间以外的裂缝溶洞则无法反映。为校正裂缝发育使井壁粗糙不平对密度测井测量结果产生的影响,需对密度测井曲线进行校正,该校正值可
用来识别裂缝的存在,裂缝带呈正的窄尖峰状显示,但要注意区分钻井时造成的人工裂缝对
密度测井的影响。补偿中子测井通过测量地层的含氢指数来反映地层孔隙度,在岩石骨架不
含氢的情况下,它反映地层的总孔隙度,并不受孔隙空间几何形态和分布的影响。由于致密岩石基质孔隙度很低,因此中子测井可直接反映裂缝和溶洞的发育程度。
由三孔隙度测井的测量原理知，中子测井和密度测井反映了地层总孔隙度的大小，声波速度测井主要反映原生的粒间孔隙度。声波测井和中子测井在裂缝发育井段一般表现为高值，密度测井则表现为低值。但是，利用单个测井曲线来识别裂缝的效果往往不佳，将三种测井曲线相结合来进行测井裂缝识别更为有效。
3.3电阻率测井及倾入校正差比法
对裂缝较为敏感的电阻率曲线主要指深浅侧向电阻率和微侧向或微球聚焦测井。深、浅侧向电阻率测井的差异就在于探测深度的不同，天然裂缝的存在，导致泥浆侵入钻井远处的地层，使深浅侧向测井电阻率值出现差值异常，一般的，高角度（大于75℃）裂缝时差值
为“正异常”，角度愈高,差异愈大,裂缝张开度大,裂缝延伸长,其有效性就越好；低角度（小于45℃）裂缝时差值为“负异常”，差异幅度越大,裂缝张开度大,其有效性就越好；倾斜裂缝的差值不明显。对于微侧向或微球聚焦测井响应，一般将其与深浅双侧向测井相结合分析地层是否存在裂缝。在井陉规则的情况下，天然裂缝较为发育的井段，其微侧向或微球聚焦测井曲线会在双侧向电阻率曲线背景上发生数值偏离。侵入校正差比法基于双侧向电阻率测井曲线进行裂缝识别。裂缝在双侧向测井曲线上的响应与裂缝的产状、裂缝的宽度与长度、裂缝中的充填物及充填状态、泥浆侵入深度等密切相关。由双侧向测井计算出地层真电阻率，然后构造电阻率侵入校正差比曲线来识别裂缝。当地层为裂缝性气层时，侵入校正的地层真电阻率＞浅侧向电阻率值，深浅电阻率差比值＞０。
图2 利用常规测井技术识别裂缝
3.4地层倾角测井法
地层倾角测井和高分辨率地层倾角仪都是通过贴井壁极板上的微聚焦电极接触裂缝时
而产生的电导率来检测出裂缝的,可以识别裂缝产状并确定其走向。存在的问题是极板覆盖率低,处理时难以区分泥质条带和低角度裂缝及水平裂缝,只能反映高角度缝和斜交缝,而且仪器测量受井眼影响比较大。利用地层倾角测井曲线识别裂缝的方法主要有裂缝识别测井lFlJ和电导率异常检测IX二A两种方法。DCA处理方法通过检测和比较开启裂缝在不同极板上造成的电导率差异而识别斜交缝或高角度裂缝,根据异常极板有的方位可确定裂缝的走向。
应用高分辨率地层倾角测井提供的4条微电阻率曲线、3条角度曲线和2条井径曲线,
依据开启裂缝在电阻率曲线上显示的低阻特征进行裂缝识别。针刺状电导异常代表低角度缝、水平缝、斜交缝和网状缝的测井响应,而高角度缝、垂直缝的测井响应对应于较长井段的低
电阻异常,但要与角砾岩带和地层层面产生的同为针刺状的非裂缝电导异常相区别。值得注意的是,进行高导异常截止处理时难以区分泥质条带和低角度及水平裂缝,一般作为噪音予以消除,则处理结果只能反映出高角度和斜交裂缝。其次裂缝发育可能引起井壁岩块的崩落形成椭圆井眼,利用双井径曲线的变化识别裂缝发育情况,区段分布一般较短。此外还可以根据仪器转动差异(键槽效应)识别有无裂缝发育。
图3 埕北X井利用倾角测井资料识别裂缝
3.5成像测井法
最早的成像测井仪器诞生于1969年，经过几十年的发展，目前主要有声、电、核三大类。目前来说，成像测井是最直观、最有效的裂缝判别依据，具体包括井下声波电视测井、微电阻率扫描成像测井(FMI或EMI)和井周成像测井方法(CBIL)。其中FMI测井是国内各大油田裂缝识别时应用较为普遍的成像测井。FMI测井是通过记录极板上大量微电极的电流强度来反映井壁的微电阻率变化，然后对记录数据进行一系列特殊处理，利用井壁图像上的亮与暗来代表该位置电阻率值的高与低，从而得到井壁的电阻率图像，从而获得丰富的裂缝信息，如FVA（裂缝开度）、FVDC（裂缝密度）等，并且FMI的井眼覆盖率接近80%。常见的FMI测井裂缝类型主要有高导缝，高阻缝，钻井诱导缝，微裂缝，在碳酸盐岩储层中还会有溶蚀缝、缝合线等。这些FMI测井裂缝类型中，高导缝表示的是被流体或钻井泥浆充填的开启裂缝，能够有效改善储层的储集性能。除FMI成像测井外，在裂缝的有效性评价方面，偶极子横波成像、远探测声波成像以及方位电阻率成像测井均具有一定的应用前景
图4 某井高角度开口裂缝与充填缝
3.6裂缝测井综合识别方法
由于裂缝分布特征复杂，除了成像测井外，其它单一测井方法裂缝识别能力有限，仅使用常规测井曲线进行井上的裂缝识别无法满足勘探开发的精度要求，针对这种情况，将测井裂缝识别与数值统计分析中的相关理论结合，形成了一系列新的裂缝测井综合识别方法。3.6.1概率密度法
概率密度方法，其本质是将不同测井裂缝识别方法进行有效融合。不同的测井裂缝识别曲线（如侵入校正差比曲线和三孔隙度比值曲线等），其原理不同，量纲不同，量级差可能较大。将裂缝识别较为准确的位置提取出来，融合成一条新的测井曲线，从而提高裂缝的整体识别准确率。该方法的一般计算流程为：(1)将已有裂缝识别曲线分别进行正态变换及归一化处理；（2）基于单井裂缝先验信息统计裂缝识别曲线的识别率；（3）将这ｎ个识别率进行归一化处理，得到各裂缝识别曲线的权重值；（4）将各裂缝识别曲线进行权值的乘积求和，得到新的曲线，即裂缝概率密度曲线。该方法能够有效提升裂缝的井上识别率，且为连续曲线，可以作为测井约束参与到与裂缝相关的地震反演中。
3.6.2R/S变尺度分析法
R/S 变尺度分析法是应用最广泛的分形统计方法之一。其中R和S分别为极差和标准差，极差Ｒ代表时间序列的复杂程度，标准差Ｓ代表时间序列的平均趋势，那么，可以用两者的比值R/S 来代表无因次的时间序列相对波动强度。在实际应用中，先选取两条对裂缝较为敏感的测井曲线（例如自然伽马和声波曲线），并分别计算出两曲线每个采样点的R和S值为，然后将选取的两条识别曲线与n作双对数散点图。在某一深度段内，将散点拟合为曲线，并计算该R/S 曲线的斜率H（一般称为Hurst指数），然后求取分形维数Ｄ＝２－Ｈ。一般情况下，井段裂缝越发育，则井段非均质性越强，R/S 与n的双对数线性关系图的变化越剧烈，表明D值越高。
3.6.3神经网络裂缝识别方法
近年来，神经网络技术发展迅速，并将其引入石油地质勘探的实际问题中，用于预测井段的裂缝发育情况。其学习算法由正向传播和反向传播两个过程组成。在正向传播过程中，输入信息从输入层经隐蔽单元逐层处理，并传向输出层。若输出层得不到期望的输出，则转入反向传播，将误差信号沿原来的连通路返回，通过修改各层神经元之间的权值，使误差信号最小。目前应用最广泛的是BP（Back Propagation）网络。在实际的裂缝识别过程中，首先，利用已知测井裂缝信息的井段对神经网络进行训练，达到精度需求时结束学习过程，然后，再利用已经训练好的网络对未知裂缝信息的层段进行预测。
4.储层裂缝参数的定性和定量确定
4.1 裂缝真伪有效性识别
钻井诱导缝与天然裂缝的区别主要有: ①根据裂缝的分布和排列,因为钻井诱导裂缝只与现应力作用有关,排列整齐,规律性强,而天然裂缝常为多期构造运动形成,分布极不规则；②根据裂缝的形态,诱导裂缝形状规则,缝宽均匀,而天然裂缝因地下水长期的溶蚀和沉淀作用,缝面形状和宽度变化都较大；③根据裂缝的径向延伸,诱导裂缝的径向延伸都不大,而大多数天然裂缝的径向延伸较大,常伴有电阻率下降。
真、假裂缝的识别需要成像测井结合常规测井方法共同判断，对于层界面与裂缝、缝合线与裂缝的鉴别,主要依靠电导率异常。层界面常常是一组互相平行的或接近平行的高电导率异常,且异常宽度窄而均匀；但裂缝总是与构造运动和溶蚀相伴生,因而高电导率异常一般既不平行,又不规则。由于缝合线是压溶作用的结果,一般平行于层界面,但两侧有近垂直的细微高电导率异常,通常不具有渗透性；天然裂缝无此特征。至于断层条带与裂缝的鉴别则主要依据断层面处的地层的错动,与天然裂缝的区别非常明显。泥质条带与裂缝的鉴别类似于层界面与裂缝的区别,依靠电导率异常识别。
图5层理面、裂缝面在成像测井图像上的区别
裂缝是否开启、是否被充填,直接关系到裂缝能否成为油气运移的通道(即裂缝的有效性)。对裂缝有效性的评价需要根据多种资料进行综合判断。
第一,通过成像图与双侧向或方位电阻率成像测井比较,判断裂缝的有效性。当裂缝径向延伸大时,深、浅侧向电阻率读数均降低；当裂缝径向延伸较小时,浅侧向电阻率读数降低,深侧向电阻率读数无明显变化。一般来讲,井壁成像径向探测深度比方位电阻率成像测井小得多,因此成像图上能显示的各种裂缝既包括有效裂缝也包括无效裂缝,而方位电阻率成像测井图上能显示出来的裂缝主要是有效裂缝。
第二,利用成像图与核磁测井的TZ分布判断裂缝有效性。由于核磁共振测井能够反映储层当中的可动流体与束缚流体以及孔隙大小的分布,如果裂缝、孔洞被泥质充填,那么几分布上将表现出束缚流体特征,没有可动流体,由此可以判断裂缝是被低阻矿物或泥质所充填；如果裂缝、孔洞不被泥质充填,那么毛分布上将表现出可动流体和大孔隙分布,即毛弛豫时间特别长,从而确定出有效裂缝和孔洞。
第三,利用斯通利波测井判断裂缝有效性。
4.2 裂缝基本参数的评价
4.2.1裂缝孔隙度的确定方法
确定裂缝孔隙度的方法主要有双侧向法、光电俘获截面法、双孔隙度模型分析、次生孔隙度法和标定法等。实际上常用的是双侧向法。
(1)双侧向法用双侧向测井资料来估算裂缝孔隙度的前提是深、浅侧向测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、泥浆侵入及孔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孔隙度,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含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含重晶石的泥浆侵入时,才可据此评价裂缝孔隙度。
(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)m,再结合裂缝分配系数g作成图版,通过查图版可定量求得裂缝孔隙度,但该图版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孔隙度之差即为包括裂缝在内的次生孔隙度,这是对裂缝孔隙度的一种粗略近似分析。该方法只有当地层孔隙度较高且不含气时才较为适合,而且声波孔隙度往往不反映基质孔隙度,如在水平裂缝发育带上。
(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)图像解释的裂缝孔隙度
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孔隙度的大小,但所确定的裂
缝孔隙度只能从数量级上反映,因为除了存在井眼扩大、含其它导电矿物外,还因为FMI所确定的裂缝孔隙度只能反映井壁的地层,探测深度太浅。
4.2.2 裂缝渗透率的确定方法
其原理是岩石裂缝渗透率与裂缝孔隙度成正比,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；并且这只是个经验模型,其中裂缝张开度和裂缝孔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。
4.2.3 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,并且认为这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；若没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引起的系统误差。存在的问题是这些参数不能反映高角度裂缝、溶洞。
4.2.4 裂缝特征参数的确定方法
裂缝长度、裂缝密度、裂缝开口和裂缝面积孔隙度是反映裂缝特征的4个重要参数。裂缝宽度指单位井段(1m)中各裂缝轨迹宽度立方和开立方,是裂缝水动力效应的一种拟合,单
位为μm；裂缝密度为每米井段所见到的裂缝总长度,并经过倾斜校正后的结果,单位为条数/m；裂缝长度为每平方米井壁所见到的裂缝长度之和,单位为m/m2；
图6 裂缝参数的定量计算
4.2.5 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、地层倾角测井和成像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,并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,甚至会产生极不合理的结果。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。
5.结论
近年来，石油勘探研究人员在不同地区不同岩性的测井裂缝预测工作中取得了较好的研究成果，但是，测井裂缝识别的准确度问题在生产实践仍未有效解决，其原因在于：（１）裂缝尺度小，同一地区的裂缝在不同井点处的裂缝开度、倾角、充填度等特征也会发生变化，单纯利用常规测井数据来进行裂缝识别难度较大；（２）测井施工过程中的误差会影响测量值的准确性，在进行裂缝识别这种精细的测井资料分析时，该类误差的影响不容轻视。在实际应用中，成像测井仍是目前最为可靠的裂缝识别依据，可以作为验证其他裂缝预测方法是否准确的依据，为了提高测井裂缝识别的精确度，一般通过多种测井裂缝识别方法的对比分析，来综合性的进行测井的裂缝识别。
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龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/bb11982538.html, 远探测测井技术发展综述 作者：刘晓敏 来源：《中国科技博览》2013年第35期 【摘要】近年来远探测测井技术发展迅速，探测范围扩展到几十米，填补了常规声波测 井和井间地震之间的探测空白。本文首先介绍了当前油气田对远探测技术的极大需求和廣阔的应用前景。然后根据远探测技术的发展过程，介绍电法远探测、单极纵波声波远探测和偶极横波声波远探测技术的原理和各自的使用范围。 【关键词】远探测声波测井 中图分类号：TE 文献标识码：A 文章编号：1009―914X（2013）35―512―03 1 引言 随着石油勘探领域由构造油气藏向复杂油气藏转移，石油、天然气及矿藏勘探难度逐步增加，石油工程技术人员对地球物理勘探技术的要求也越来越高，人们也越来越渴望了解距井眼较远范围内的地层展部发育情况或裂缝、断层等的分布情况。一般的裂缝识别测井方法探测深度太浅，如声成像测井只是探测井壁裂缝，电成像测井探测深度也只有3 cm，XMAC测井也只能定性给出近井壁3 m 以内裂缝发育情况，难以了解储层横向变化或井壁裂缝向外延伸发育情况。在裂缝性储层中测井评价成果常与试油结果发生矛盾[1]。因此，国内外专家学者近几 十年来研究多种方法，用以探测井周围数米到数十米范围内的地层界面、裂缝、断层、溶洞和矿体等地层构造及地质体的大小和走向。这项在井中对构造地质体进行测量，把常规测井技术的测量范围从井周一米左右提高到几十米的测井技术称为远探测测井技术。随着远探测技术的逐渐成熟，远探测测井仪器的逐步完善，远探测成像测井能够对井眼周围几十米范围以内的裂缝、断层或地层界面进行成像分析，在分辨率及探测深度方面填补了测井技术与地震探测之间的空白，为井旁内部油气层的精细描述提供了新的技术手段。 远探测测井技术有着十分广阔的应用前景，可以显示井周围的地质界面；也可以探测井旁的倾斜结构体、裂缝或断层构造等；可以追踪水平井的油储边界；还可在钻井过程中探测钻头前面地层的信息，进行地质导向用以决定钻井的下一步走向和位置。 目前的远探测技术有声和电两种，声波的远探测技术分单极纵波法和偶极横波法两种。下面分别介绍几种远探测技术的研究进展。 2 电法远探测 2.1 电法远探测的原理
7．正交偶极声波测井 7．1 正交偶极声波测井仪器 图22 偶极声波测井仪器探头（下）和正交偶极声波测井仪器（上）探头比较
7．2 各向异性和横波分裂 物理性质随方向而变的介质称为各向异性介质。对于均匀各向异性介质,一个主轴方向就是物理性质不发生变化的方向 (例如，在此方向上弹性波传播速度是常数). 正交各向同性地层可以由三个互相垂直的主轴方向描述. 物理性质仅随方位方向而变的介质称为方位各向异性介质（TI 介质）。如图23所示，各向同性挠曲模式波从各向同性介质进入方位各向异性介质，将分裂成两个挠曲模式波。 两种模式波的极化（偏振方向）是正交的, 且平行于方位各向异性介质的主轴方向。每一个挠曲波以不同的速度传播：即快波 (FP)、慢波 (SP). 利用正交偶极子测井仪器我们可以确定正交各向同性地层的水平主轴方向。 理想情况下, 应用正交偶极子测井时，假设其中一个主轴平行井轴. 主平面 (对称面) 是跨越一对主轴的平面.如果一个主平面是各向同性, 即在这个平面上的任何一个方向都是主轴方向，我们就说 它是方位各向异性地层(TI 地层)。 理想情况下, 含垂直裂缝系统的地层, 即裂缝面平行于井轴, 类似于TI 介质(这时裂缝面是各向同性面)，声波在沿井轴方向传播就类似于在TI 地层中传播。 然而,在实际中有多种地质特征导致声波在这些介质中传播类似于在正交各向同性或TI 介质中传播(见图23). 垂直TI 介质中的横波分裂是方位各向异性地层中的偶极横波测井的理想模型. 仪器激发的偶极横波将分裂成两个沿井轴传播的快波和慢波。 图23横波分裂红色轴表示快主轴、蓝色轴表示慢主轴. 极化(振动方向)就是轴的方向. 蓝色平面是裂缝平面. 引起横波分裂的地质特征： 1. 裂缝 (裂缝系统), 垂直或准垂直. 2. 构造活动区的现场主应力 3. 地层层面不垂直于井轴. 7．3 各向同性介质、TI 介质中的挠曲模式波测量 Shear Wave Splitting P r o p a g a t i o n d i r e c t i o n R S
所谓裂缝识别，主要包含四个含义，即裂缝的真实性、裂缝的有效性、裂缝填充物的性质（即含油气性）、裂缝产状的计算。 裂缝综合分类如下： ?? ? ? ? ? ????? ? ? ? ? ?? ??????????????????????应力释放缝钻井液与地应力压裂缝钻具诱导缝诱导缝网状裂缝）水平缝（）低角度缝（）斜交缝（）高角度缝（低阻（低密度）缝高阻（高密度）缝天然裂缝 裂缝5305753075αααα 常规测井曲线对裂缝的响应 1、微侧向测井 微侧向测井采用贴井壁测量。由于其电极系尺寸小，测量范围小，所以，其测量结果反映了井壁附近的地层情况，对裂缝的发育情况十分敏感。在裂缝发育段，电阻率出现低阻异常，往往表现为以深侧向为背景的针刺状低阻突跳。 2、双侧向测井 从宏观上看，深、浅侧向，尤其是深侧向能反映出井眼周围较大范围内地层总的电性变化，由于探测深度有较大差别，往往出现深、浅侧向值的大小不同，表现为电阻率的“差异”。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。 （1） 裂缝发育程度的影响 经验表明，裂缝越发育的地方，双侧向的正差异一般也越大。 （2） 裂缝角度的影响 高角度、垂直裂缝的双侧向为正差异。斜交缝的双侧向不明显。低角度缝、水平缝的双侧向为低阻尖峰。 （3） 流体性质的影响 在淡水钻井液作用下，当地层中的流体为油气时，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。如果地层中油裂缝发育，钻井液滤液沿着较大的裂缝侵入较深，但微缝中的油气缺少被驱替；离开井筒越远，地层中的油气呗驱替越少，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。 （4） 地应力集中的影响 在地应力集中段，岩石变致密，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、补偿密度测井 为了消除泥饼和井壁不平对密度测量的影响，采用补偿密度测井方法。轮南地区石灰岩块岩性致密，渗透性差，很难形成泥饼，这样，补偿密度测井的密度值也
利用常规测井曲线进行裂缝识别 崔健1，张星2 1. 中国矿业大学（北京），北京（100083） 2. 冀东油田勘探开发研究院，河北唐山（063004） E-mail ：cuijian68@https://www.doczj.com/doc/bb11982538.html, 摘 要：本文针对碳酸盐岩储层的裂缝识别和预测，就如何利用常规测井曲线识别裂缝发育段，提出一种行之有效的判别裂缝存在的方法。给出了计算裂缝参数的数学模型，利用获得的裂缝的相关参数对裂缝进行了定量的描述和预测。 并进一步探讨了改进裂缝预测的三种可行性方法。 关键词：裂缝识别，次生孔隙，常规测井，裂缝发育程度，裂缝指数 1. 裂缝研究的目的意义 裂缝性储层是石油勘探开发的重要领域[1] [2]。大量的碳酸盐岩储层、各种类型的古潜山裂缝性储层、致密的砂砾岩储层都有裂缝的存在，是油气储积的有利场所。然而裂缝性油藏勘探开发中如今还存在许多的难题，如裂缝预测技术、裂缝描述及表征、裂缝渗透性预测等问题。原因主要表现在地质上的复杂性：储集空间多样化，且差异大、裂缝储层的非均质性极强、裂缝储层油、气、水分布复杂。其次表现在裂缝成因的复杂性：化学、物理、成岩、构造多方面因素。还有就是裂缝形成期次的复杂性。 裂缝性储层研究要解决的问题主要有两点：1)裂缝在哪儿？－裂缝分布预测；2)哪些裂缝能产油、能高产？－裂缝渗透性预测。 2. 裂缝研究方法 本文以***构造嘉陵江组气藏裂缝预测为例，探讨利用测井数据建立裂缝性油气藏测井解释模型与评价方法[3]。本次研究的构造三维工区面积250 Km2，总井数11口。主要目的层为嘉二、嘉四段。研究目的是利用常规测井资料对裂缝进行识别和预测。 2.1 岩性识别 如表1所示，嘉二岩石的测井响应特征值可以归结为：白云岩具有较小的自然伽玛，较高的补偿中子，中－低电阻率，当孔隙度较高时有较高的声波时差；灰岩表现为高电阻率，中等自然伽玛，低且平直的补偿中子；石膏的测井响应值为极高电阻率，极低自然伽玛，极低且平直的补偿中子；泥岩表现为低－极低电阻率，高－极高自然伽玛，高－极高的声波时差和补偿中子。 表1 不同岩石典型的测井响应值 Tab.1 Typical log response for difference rock type in Jia2 Fields 自然伽马 (API) 声波时差 (us/m) 密度 (g/cm3) 中子 (P.U) 泥质 100-150 360-426 2.4-2.8 40-60 方解石 30-40 154-158 2.7-2.72 0.5-3 白云石 20-30 141-148 2.85-2.87 3-6 石膏 10-20 164-171 2.95-2.98 -2 地层水 0 620 1 100
一、测井方法的综合概述 测井项目 符号 标准单位 纵向分辨率 测量方式 岩石物理响应机理 地质应用领域 影响因素 井径测井 CAL in 、cm 井眼直径 划分岩性，划分剖面 岩性，钻头直径 自然电位测井 SP mV 6-10ft 地层中自然电流的流动 测两电极及地面参考电极间的电位 划分渗透层，估算泥质含量，地层对比，确定地层水电阻率，确定油水层及油水界面，确定水淹层 地层水矿化度 地层压力 自然伽马测井 GR API 8-12in 总计数率 地层天然GR 放射性强度 划分岩性，进行地层对比，估算泥质含量 层厚，井参数，放射性涨 落误差，测速 自然伽马能谱测井 NGS Ppm,% 8-12in 谱测量率U 、Th 、K 利用、238U 、40K 特征能量 划分岩性，研究流体运移，研究沉积环境，区分粘土矿物 泥浆密度，井径，泥浆性能，地层密度，重晶石 补偿声波测井 BHC Us/ft 声波传播时间 声波时差 消除井径影响，确定岩性和孔隙度 井眼环境，侵入带 声速测井 AC us/ft 声波传播时间 不同介质声波时差的差异 判断岩性，计算孔隙度，气层识别 气层，裂缝，疏松地层及井眼扩径严重的地层 声波全波列测井 AWL Us/ft 纵波首波传播时间，声波全型波列 声波时差 划分岩性、气层，估算孔隙度，判断裂缝 岩性，孔隙度，流体性质 补偿中子测井 CNL % 24in 含氢指数 快中子slowing-down 性质对地层含氢指数的影响 确定地层孔隙度、判断岩性、识别气层 井眼，泥浆矿化度、地层水 矿化度、骨架岩性等 中子寿命测井 TDT us 中子俘获截面，衰减时间 热中子寿命 判断地层含油气性，计算Sw 和Sh 井眼，测井液侵入，储层厚度，背景值 次生伽马能谱测井 GST 脉冲 13-25cm 次生伽马能谱 快中子 计算孔隙度和Sw ，判断岩性，井眼
地层微电阻率扫描成像测井在识别 裂缝方面的应用 目录 摘要 (2) 1. 地层微电阻率扫描成像测井简介 (3) 1.1电极排列及测量原理 (4) 1.2全井眼地层微电阻率扫描成像测井(FMI) (4) 2.利用地层微电阻率成像测井识别裂缝 (5) 2.1. 天然裂缝 (6) 2.1.1非构造裂缝 (6) 2.1.2构造裂缝 (8) 2.2钻井诱生裂缝（诱导裂缝） (10) 结论 (11) 参考文献 (12)
剩余油饱和度评价 摘要 测井技术是油气勘探的“眼睛”。中国的隐蔽性油气藏多，客观要求这双眼睛特别明亮、敏锐，可是常规测井技术只能对地层性质做大致的划分，精度不够。需要一种新的测井手段，就是成像测井。成像测井（imaging logging）是根据钻孔中地球物理场的观测,对井壁和井周围物体进行物理参数成像的方法。广义地说，成像测井应包括井壁成像、井边成像和井间成像。井壁成像测井在技术上最成熟，包括井壁声波成像和地层微电阻率扫描成像。井边成像主要是电阻率成像，所用的方法为方位侧向测井和阵列感应测井。井间成像包括声波、电磁波和电阻率成像，在工程勘察中已得到比较广泛的应用，在石油勘探中也已获得一些成功的实例。这种技术采集信息多，精度高，不受干扰，能准确确定地层的真正电阻率，是解决复杂储层测井评价的有力手段。 地面系统综合化、便携化、网络化。未来的地面系统要具有多种作业功能，不仅可以挂接成像测井仪器和常规测井仪器进行裸眼井测井，还能挂接生产测井、测试、射孔、取芯等工具进行套管井测井，满足全系列测井服务的要求。 井下仪器集成化、高分辨、深探测、高可靠、高时效、低成本。井下仪器测量探头阵列化，变单点测量为阵列测量以适应地层非均质的需要，为储层评价的深入提供丰富信息，奠定提高储层饱和度精度 2
2015年第2期（总第317期） NO.2.2015 ( Cumulativety NO.317 ) 1 概述 识别储层岩性最直接最有效的方法是岩心分析，但考虑到油田上的生产效益，深层钻井成本很高，因此不能在每口井中都取心，测井岩性识别方法作为一种简单而有效的技术方法，已经得到了广泛的应用。尤其是近年来岩性识别方法得到了迅猛的发展，2009年李祖兵利用M-N交会图对具有不同结构和构造的同类岩性进行了识别；2010年张伯新以准噶尔盆地六九区石炭系火山岩为研究对象，构建了测井相-岩性建模数据库，应用模糊数学方法建立了工区内火山岩岩性识别标准模型；2013年杨辉运用BP神经网络模型对研究区域复杂岩性进行识别，识别结果与岩心岩性和录井岩性较为相符，对该区域的储层识别和沉积相的研究具有一定的参考价值。2014年刘国全针对沧东凹陷孔二段源储互层型致密储层岩性识别的难点，利用散点图、交会图及ECS测井进行岩性的识别，形成了源储互层型致密油岩性识别的有效方法等。 测井岩性识别方法是根据已有的测井曲线资料来划分地下地层的岩性，传统岩性识别方法的方法为交会图法。测井曲线资料包含有丰富的岩性信息，地下的岩性主要包括岩石的物理组成、排列结构、孔隙度及孔隙流体的性质直接着影响测井曲线的测量结果，其中自然伽马（GR）、自然电位（SP）及泥质含量（Vsh）等测井曲线对地下岩性的变化反应最为灵敏。实际应用中，特定的岩性对应着特定的测井参数组合，因此，测井解释人员可以根据特定的测井参数组合来确定地下地层的岩性。 2 基础数据整理 测井曲线的质量直接影响整个研究工作的顺利开展。实际测量过程中一方面由于环境因素的影响会造成测井资料中出现一些不稳定的跳跃状态，需要对测井曲线进行滤波处理；另一方面由于仪器刻度的不精确性会引起刻度误差，需要进一步做标准化处理。 其中频率直方图是测井标准化处理的一种基础方法，首先选取一套岩性稳定、厚度大、分布范围广的地层作为标准层，然后对选定的标准层分别做自然伽马、补偿声波、补偿密度、补偿中子孔隙度等测井资料频率直方图，确定每项测井资料在每口井的主要分布范围和峰值，确定对应关键井相应的测井资料分布范围和峰值确定校正值并进行校正。 3 常规测井资料识别地层岩性 实际情况中，考虑成本及效率因素，绝大部分油田都采用常规的测井系列，常规的测井资料主要包括自然伽马（GR）、自然电位（SP）、声波时差（DT）、密度（DEN）、电阻率（Rt、Rxo）、放射性（CNL）等岩石物理参数，这些测井曲线包含了地下地层的岩性、物性和含油性信息，是一套比较全面而灵敏的测量组合系统。大量理论及实践资料表明，常规测井识别岩性是可靠并且有效的。 利用常规测井资料识别地层岩性运用最多的是交会图法。交汇图法是选用两种对岩性反应敏感的物理量进行交会来识别地层的岩性，主要是依据不同储层的岩性和流体类型异常在交会图平面上占有不同区域的特点，进行异常划分。常用的有中子-密度交会图、声波时差-密度交会图、中子-声波时差交会图等。交会图具有制作简单、使用方便和快捷的优点，是一种被广泛采用的岩性识别方法。但其缺点是对复杂岩性识别率低。 根据某工区18口井不同岩性测井响应的差别，针对泥岩、砂岩干层、油层、水层及盐岩等5种岩性建立的GR-波阻抗交会图样板，利用该样板可以直观有效地进 测井岩性识别方法研究 杨 玲1 李鹏飞2 （1.山西省煤炭地质114勘查院，山西长治 046011；2.长江大学，湖北武汉 430100） 摘要：地层的岩性是岩石颜色、成分、结构、构造等特征的总和，识别钻井剖面上地层的岩性，尤其是储层的岩性，是石油勘探和开发中的一项重要的基础性工作。其能有效进行测井储层识别，岩性识别是前提，因此，岩性识别方法在油气层识别中占有不可或缺的地位。 关键词：测井技术；岩性识别方法；储层；石油勘探；石油开发 文献标识码：A 中图分类号：P631 文章编号：1009-2374（2015）02-0176-02 DOI：10.13535/https://www.doczj.com/doc/bb11982538.html,ki.11-4406/n.2015.0184 - 176 -
利用测井技术识别和探测裂缝 摘要：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。用测井方法识别储层中的裂缝是目前最常用、最有效的方法，其中裂缝是否有效一直是测井解释的一个难点。在测井方法中，常规的测井方法可以识别裂缝,只是精度不高，成像测井仍是目前最为可靠的裂缝识别依据，而双侧向测井方法可快速、便捷地确定裂缝的有效性。 1.绪论 裂缝，是岩石中由于构造变形或物理成岩作用形成的面状不连续体，在碳酸盐岩、火成岩和泥岩中均有发育，少量见于潜山变质岩中。裂缝不仅是流体的储集空间,还是重要的流体渗滤通道.在致密的砂岩油气藏中,裂缝主要作为渗流通道存在, 大大改善了低孔低渗透储层的生产能力；在碳酸盐岩地层中,裂缝还控制着溶孔、溶洞的发育,影响着地层中原始流体的分布状况和泥浆侵入特性；在火成岩地层中,裂缝是地层产能的最重要、最直接的影响因素.中深部储层由于压实作用多已致密化,天然气的聚集及产出主要依赖于裂缝系统,裂缝的存在势必会对储层的渗透性起到改善作用,形成有开发价值的产层.因此,研究地下裂缝的发育及其分布规律就显得尤为重要. 岩心是最为直接的裂缝资料,但往往存在取心数量有限、收获率低和岩心不定向等三个方面的局限。用测井方法识别裂缝,具有成本低、识别力强和经济效益高等优点,已成为勘探裂缝性油气藏的主要手段. 2.裂缝 按成因分为两种: ①天然裂缝,一般是成岩收缩或构造运动形成的；②钻井诱导,一般是在钻井过程中因频繁起、下钻的震动和地应力场的不均衡造成井壁有规律的开裂。根据裂缝的形成原因,天然裂缝又分为非构造裂缝和构造裂缝两类，非构造裂缝主要是由于岩石失水体积收缩或岩浆冷却过程中体积收缩而形成的收缩裂缝以及压溶作用形成的缝合线。构造裂缝是指在地壳运动过程中,岩石受构造作用力而产生的裂缝,这种裂缝是最广泛存在的裂缝，包括开启裂缝、闭合裂缝2种。开启裂缝是没有充填其它物质的裂缝。在水基泥浆中,裂缝中充填有导电的泥浆,这样裂缝的电阻率就比岩石的电阻率低很多,所以,可以根据电阻率的异常来识别开启裂缝。闭合裂缝是充填有其它矿物的裂缝,它示出由构造应力产生的开启裂缝后来被富含盐的流体循环胶结,因此电阻率较高。钻井诱生裂缝由于钻开地层后,原始地层应力释放,挤压井眼周围的地层,在井壁上产生了钻井诱生裂缝，常见的有3种:钻具振动形成的裂缝、重泥浆压裂缝和应力释放裂缝。 按产状分,裂缝的产状一般表征分为裂缝面与水平面的夹角和裂缝面的倾向。其分类主要根据裂缝面倾角、倾向相互间的组合以及相关的地质资料,目前分为五大类:低角度裂缝、倾斜裂缝、高角度裂缝、低角度网状裂缝及高角度网状裂缝.
测井资料的裂缝解释方法及其应用 [摘要]T油田F油层属于干旱气候条件下浅水湖盆中一套特殊类型的河流一三角洲沉积，天然裂缝发育，储层物性较差，为特低渗透裂缝性储层。由于储层非均质性和裂缝影响，目前含水上升快，产量递减快，裂缝反向水淹，层间差异大，层间和平面矛盾突出。通过开展常规测井曲线识别储层裂缝方法的研究，搞清了储层的裂缝发育状况，裂缝发育程度向定量化方向迈进了一步，为搞清储层动用状况和剩余油分布提供技术支撑。 [关键词]F油层裂缝测井地质建模 T油田F油层是一个受岩性、构造等多种因素控制的构造一岩性复合油藏，储层裂缝发育。整体上储层复杂，非均质性强，平均空气渗透率为1.19×10-3um2，平均有效孔隙度为11.4%，为低孔特低渗油藏。储层裂缝对开发影响很大，T油田已开发区均发生不同程度的东西向水淹，油田主体区块产量下降较快。深入认识T油田储层裂缝发育状况，可以为油田开发调整工作提供重要的地质依据。 1利用常规测井资料识别储层裂缝方法 1.1国内外研究现状 影响裂缝发育的因素互相作用，针对不同成因的裂缝具有不同的预测方法： （1）主要针对构造裂缝预测的构造应力场方法和曲率法； （2）现代数学理论方法，其主要应用在进行井间预测时； （3）如何对地震资料进行解译，即如何充分发挥地震资料的功用，进行裂缝空间分布的预测。 目前的研究正在向多角度、多资料匹配裂缝预测等综合研究方向发展。Ouenes等提出采用神经网络方法，对多种数据（地震三维数据体、压力测试、井点的分析等）进行集成，建造联系的裂缝油藏模型。 1.2单井裂缝测井解释方法介绍 裂缝性地层裂缝的测井解释主要包括两方面的工作：识别裂缝带和定量计算储层裂缝参数。常规测井方法的难点在于： （1）裂缝本身具有大小不等，分布不均，产状及发育程度不同，裂缝体积比岩石基块体积小及裂缝中有充填物等较为复杂的特征； （2）单一或少数识别参数对裂缝的识别比较困难。虽然使用了不同的测井