CN105317435B - 一种水平井裂缝识别方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种水平井裂缝识别方法，包括以下步骤：检测水平井的水平段，获得对裂缝敏感的测井曲线以及岩石密度曲线，进一步重构得到裂缝分形指数曲线、裂缝特征指数曲线以及地层脆性指数曲线；根据所述重构得到的各条曲线，得到裂缝指数曲线；根据所述裂缝指数曲线，识别水平井在水平方向上的裂缝的发育程度，裂缝指数越大，则裂缝发育程度越高。本发明提供的方法利用测井资料放大裂缝的响应强度，消除非裂缝影响，从测井资料中全面提取裂缝信息，准确识别水平井周围地层裂缝。
Description
技术领域
本发明涉及储层地球物理测井领域，具体涉及一种水平井裂缝的识别方法。
背景技术
随着工艺技术的发展，近几年来，水平井技术的应用带来了油气勘探开发新的革命。尤其对于致密气、致密油、页岩气等非常规油气资源的开发，广泛采用水平井技术达到增加产能的目的。非常规油气储层物性差、非均质性强、天然裂缝发育，天然裂缝的存在对非常规油气的分布及高效开发具有重要作用。因而，如何识别水平井裂缝，对指导非常规油气勘探和开发具有重要意义。
岩心及成像测井资料是识别天然裂缝最直接的手段，但由于成本及技术的制约，大部分水平井缺少取心及成像测井资料。因此，怎样利用常规测井资料在水平井中识别天然裂缝，弄清天然裂缝的分布规律，是高效勘探开发非常规油气资源的关键。
目前在直井中利用常规测井资料识别天然裂缝的研究较多，而对于水平井研究较少。从目前已发表的研究成果来看，主要集中在利用三维数值模拟的技术研究水平井常规测井的响应特征及其影响因素，以及利用直井的裂缝识别标准及R/S分析方法在水平井中识别裂缝。
由于水平井、直井的井轨迹不同，水平井、直井与不同倾角裂缝的相对位置关系亦不相同(如图1所示)。在直井中，高角度裂缝与直井井轨迹近平行，近水平裂缝与直井轨迹近垂直相交，而在水平井中恰好相反，高角度裂缝与水平井井轨迹近垂直相交，近水平裂缝与水平井井轨迹近平行。因而常规测井曲线对水平井裂缝的响应特征与直井中裂缝响应特征存在较大差异。
在裂缝发育段，尤其是高角度裂缝发育时，泥浆沿裂缝侵入，由于纵波在泥浆中的传播速度小于在固体围岩中的传播速度，声波时差AC增大。而当低角度及网状裂缝发育时，声波容易绕开裂缝，沿岩石骨架传播，对声波时差影响较小。这一响应特征与直井中裂缝的声波时差响应特征相反。
水平井中，裂缝的存在使深侧向LLD电阻率降、浅侧向LLS电阻率降低。不同倾角的裂缝对深、浅侧向电阻率的影响程度不同。低角度裂缝对浅侧向电阻率的影响大于对深侧向电阻率的影响，双侧向测井响应表现为“正差异”，即深侧向视电阻率大于浅侧向视电阻率；高角度裂缝对深侧向电阻率影响较大，双侧向测井响应表现为“负差异”，即深侧向视电阻率小于浅侧向视电阻率。这一特征亦与直井中裂缝的双侧向响应特征也明显不同。
水平井中，对于裂缝发育层段，泥浆滤液侵入裂缝，深感应ILD电阻率值、中感应ILM电阻率值明显减小，且幅度差增大，对高角度裂缝响应较明显。八侧向LL8电阻率曲线测量井壁的电阻率，裂缝的存在使八侧向电阻率值降低，八侧向电阻率曲线对低角度或水平裂缝响应较明显。
裂缝的存在容易造成井周岩块塌落，使井径CAL增大，或者使泥浆侵入在井壁形成泥饼，使井径缩小。
在实际裂缝识别中，由于常规测井资料受岩性、岩石物理性质、流体、裂缝等因素的共同影响，测井曲线对裂缝有一定的响应，但响应弱；同时，常规曲线的响应特征，存在多解性，裂缝不是引起常规曲线响应的唯一因素，直接利用测井资料识别裂缝困难。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种水平井裂缝的识别方法，该方法通过选择对裂缝敏感的测井曲线，根据测井曲线形态及数值重新构建裂缝形态曲线以及裂缝特征曲线，以放大裂缝的响应强度；根据测井曲线计算反映岩石性质的脆性指数曲线，以表征岩石发育裂缝的难易程度；由于各裂缝特征曲线反映的储层性质不一样，具有多解性，综合所有特征曲线，以消除非裂缝的影响，得到反映裂缝发育程度的裂缝指数，实现对裂缝的有效识别。
本发明提供的方法优选适用于识别位于致密砂岩储层的水平井裂缝；所述致密砂岩储层优选为：平均孔隙度小于10％，平均空气渗透率小于1mD。
具体而言，本发明所述方法包括以下步骤：
(1)检测水平井的水平段，以其水平方向的深度为横坐标、测井值为纵坐标，获得对裂缝敏感的测井曲线以及岩石密度曲线；
所述对裂缝敏感的测井曲线包括电阻率曲线、井径曲线和声波时差曲线；
(2)根据步骤(1)所得每条对裂缝敏感的测井曲线的形态特征，重构得到与其对应的裂缝分形指数曲线；
(3)根据步骤(1)所得每条对裂缝敏感的测井曲线的数值特征，重构得到与其对应的裂缝特征指数曲线；
(4)根据步骤(1)所得的声波时差曲线以及岩石密度曲线，重构得到一条地层脆性指数曲线；
(5)根据步骤(2)～(4)重构得到的各条曲线，得到裂缝指数曲线；
(6)根据所述裂缝指数曲线，识别水平井在水平方向上的裂缝的发育程度；裂缝指数越大，则裂缝发育程度越高。
本发明步骤(1)中，所述水平井中对裂缝敏感的测井曲线包括电阻率曲线、井径曲线(泥质指示曲线)和声波时差曲线(三孔隙度曲线)；其中，电阻率曲线和声波时差曲线对裂缝最为敏感，井径曲线其次，因此，测井裂缝识别主要依据上述测井资料。
所述电阻率曲线具体包括：深感应电阻率曲线、中感应电阻率曲线、八侧向电阻率曲线、深侧向电阻率曲线、浅侧向电阻率曲线中的一种或多种。
本发明所述对裂缝敏感的曲线优选包括：深感应电阻率曲线、中感应电阻率曲线、八侧向电阻率曲线、井径曲线和声波时差曲线。
本发明所述各测井曲线均采用本领域的常规方法进行检测，本发明不对检测方法做具体限定。本发明步骤(2)中，根据所述水平井中对裂缝敏感的测井曲线，重新构建裂缝分形指数曲线，从而放大裂缝响应。由于裂缝形成过程中具有随机自相似性，其分布与几何形态具有明显的分形结构。通过计算储集层测井曲线的分形指数D值，可以反映其裂缝发育程度。根据对裂缝敏感的测井曲线形态，其测井曲线高低起伏越大，测井曲线形状变化幅度相对异常越明显，曲线的分形结构就越复杂。在水平井中，由于水平段多处于同一层位，测井曲线受岩层界面、岩性等影响较直井弱，测井曲线的形态受裂缝的影响大。因此可以从测井曲线的形态出发，计算裂缝敏感的测井曲线的分形指数D值，以构建反映裂缝的测井曲线的分形指数曲线。
所述步骤(2)具体为：将步骤(1)所得的第k种对裂缝敏感的测井曲线值代入公式I中，得到其对应的裂缝分形指数曲线，该步骤所得裂缝分形指数曲线的条数与步骤(1)所得对裂缝敏感的测井曲线的种类数相等；
logN(Li)k＝logCk+Dk×logLi I；
所述公式I中：Dk代表第k种测井曲线的分形指数；N(Li)k代表第k种测井曲线的网格数；Ck代表第k种测井曲线的回归系数；Li代表第i次网格加密后纵向网格等份数。
其中，所述测井曲线的网格数N(Li)由公式I’求解得到：
其中，INT函数为向下取整函数；Vj+1-Vj为水平方向上第j+1个测井点与第j个测井点的测井值之差；n为水平方向上测井点个数之和，且1≤i≤j≤n；Vmax-Vmin为测井曲线上最大测井值与最小测井值之差。其中，对于电阻率测井曲线而言，测井值V可以是测井值的对数值。
一般而言，网格加密次数越多，精度越高。在实际操作中，所述网格加密次数i优选为5，且L1＝8，L2＝2L1，L3＝4L1，L4＝8L1，L5＝10L1
本发明步骤(3)中，为了放大各测井曲线数值的相对变化，根据对裂缝敏感的测井曲线数值，构建新的裂缝特征指数曲线来识别裂缝。
所述步骤(3)具体为：将步骤(1)所得的第k种对裂缝敏感的测井曲线值代入公式II中，得到裂缝特征指数曲线，该步骤所得裂缝特征指数曲线的条数与步骤(1)所得对裂缝敏感的测井曲线的种类数相等；
所述公式II中：CVk代表第k种测井曲线的裂缝特征指数；pi代表第k种测井曲线在水平方向上第i个测井点的测井值；pf代表第k种测井曲线在所述水平井中裂缝密度最大处(即裂缝的最发育段)的测井值；pm代表第k种测井曲线在所述水平井中无裂缝处(即裂缝的不发育段)的测井值。
本发明步骤(4)中，由于岩性是影响裂缝是否发育的基础，岩石中脆性矿物成分越高，裂缝越发育；反之，裂缝发育程度越差。岩石脆性指数是岩石中脆性矿物含量的综合反映，利用声波时差曲线以及所述岩石密度曲线，通过计算脆性指数，可以有效地识别裂缝。
所述步骤(4)具体为：将步骤(1)所得的声波时差曲线值以及岩石密度曲线值代入公式III中，得到地层脆性指数曲线；
BRI＝b1E_brit+b2v_brit III；
所述公式III中：BRI代表地层脆性指数；E_brit代表归一化的杨氏模量；b1代表归一化的杨氏模量的权重；v_brit代表归一化的泊松比；b2代表归一化的泊松比的权重。
其中，所述杨氏模量E的计算公式为：
所述泊松比v的计算公式为：
所述公式IV和V中，E代表杨氏模量(MPa)；ρb代表密度测井曲线获得的地层密度(g/cm3)；△tp代表纵波时差(us/m)，可由声波时差曲线获得；△ts代表横波时差(us/m)，也可由声波时差曲线获得，对于没有横波资料的水平井，可根据实际区域纵波时差与横波时差进行转换获得横波时差；β代表单位换算系数(10-6)。由测井曲线获得的动态岩石力学参数(即杨氏模量、泊松比)需与实际研究区实验获得的静态岩石力学参数进行校正。
本发明步骤(5)中，由于不同裂缝特征曲线反映的储层性质不一样，本发明根据不同裂缝特征曲线对裂缝的敏感程度，赋予不同的权系数，综合上述构建的裂缝特征曲线，包括与每条对裂缝敏感的测井曲线对应的裂缝分形指数曲线、与每条对裂缝敏感的测井曲线对应的裂缝特征指数曲线和一条地层脆性指数曲线，消除非裂缝的影响，得到反映裂缝发育程度的裂缝指数曲线FI(Fracture Index)。
所述步骤(5)具体为：将所述裂缝分形指数曲线、裂缝特征指数曲线和地层脆性指数曲线值代入公式VI中，得到裂缝指数曲线；
所述公式VI中：FI代表裂缝指数；CFVi代表所述重构得到的第i条曲线值；ri代表所述重构得到的第i条曲线的加权系数；m代表所述重构得到的曲线条数之和。
本发明所得各曲线的横坐标均为水平井在水平方向上的深度；可由具体曲线获得各个测井点以及曲线上任意水平深度处的测井值或重构所得的参数值。
本发明所述方法的流程图如图2所示。
对于一般的水平井而言，裂缝的发育程度与水平井的其初期产量有匹配关系。具体而言，裂缝发育程度高的水平井的产量高，裂缝发育程度低的水平井的产量低；相应地，水平井的产量高，代表其裂缝发育程度高，水平井的产量低，代表其裂缝发育程度低。因此，可以通过检测水平井的产量高低检验裂缝的发育程度高低，即检验本发明所述方法对水平井裂缝的识别是否准确。
本发明从测井数值变化、曲线形态变化和脆性指数三方面着手，通过构建新的特征指数曲线、分形指数曲线及脆性指数曲线，来构建综合裂缝指数曲线，有效解决了测井资料对裂缝响应弱、多解性强的问题，可以较全面地从测井曲线中提出裂缝信息，实现利用常规测井资料识别水平井裂缝，尤其是位于致密砂岩储层的水平井裂缝，可确保识别出的裂缝发育程度与水平井初期产量具有较好的匹配关系，具有广泛的推广和应用价值。
附图说明
图1为水平井、直井与裂缝位置关系示意图；
图2为本发明所述水平井裂缝识别方法流程图；
图3为本发明实施例1所得的水平井A裂缝识别结果；
图4为本发明实施例2所得的水平井B裂缝识别结果。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
采用本发明所述方法，对鄂尔多斯盆地西南缘致密砂岩储层水平井A的裂缝进行识别；水平井A所在位置的储层平均孔隙度8.6％，平均空气渗透率为0.2mD，是典型的致密砂岩油储层，裂缝普遍发育，主要发育高角度裂缝；水平井A的初期产量为14.18t/d。
具体步骤为：
(1)检测水平井的水平段，以其水平方向的深度为横坐标、测井值为纵坐标，获得对裂缝敏感的测井曲线以及岩石密度曲线；其中，对裂缝敏感的测井曲线为：深感应电阻率ILD曲线，中感应电阻率ILM曲线，八侧向电阻率LL8曲线，井径CAL曲线以及声波时差AC曲线；
(2)根据步骤(1)所得测井曲线的形态特征，得到裂缝分形指数曲线，即根据井径CAL曲线，声波时差AC曲线，深感应电阻率ILD曲线，中感应电阻率ILM曲线，以及八侧向电阻率LL8曲线，分别得到各曲线的裂缝分形指数曲线，共5条裂缝分形指数曲线，其计算公式如I所示：
logN(Li)k＝logCk+Dk×logLi I；
所述公式I中：Dk代表第k种测井曲线的分形指数；N(Li)k代表第k种测井曲线的网格数；Ck代表第k种测井曲线的回归系数；Li代表第i次网格加密后纵向网格等份数；
所述测井曲线的网格数N(Li)由公式I’求解得到：
其中，INT函数为向下取整函数；Vj+1-Vj为水平方向上第j+1个测井点与第j个测井点的测井值之差；n为水平方向上测井点个数之和，且1≤i≤j≤n；Vmax-Vmin为测井曲线上最大测井值与最小测井值之差；
所述网格加密次数i＝5，且L1＝8，L2＝16，L3＝32，L4＝64，L5＝80；
(3)根据步骤(1)所得测井曲线的数值特征，得到裂缝特征指数曲线，即根据井径CAL曲线，声波时差AC曲线，深感应电阻率ILD曲线，中感应电阻率ILM曲线，以及八侧向电阻率LL8曲线，分别得到各曲线的裂缝特征指数曲线，共5条裂缝特征指数曲线，其计算公式如II所示：
其中，CVk代表第k种测井曲线的裂缝特征指数；pi代表第k种测井曲线在水平方向上第i个测井点的测井值；pf代表第k种测井曲线在所述水平井中裂缝密度最大处的测井值；pm代表第k种测井曲线在所述水平井中无裂缝处的测井值；
(4)将步骤(1)所得的声波时差曲线值以及岩石密度曲线值代入公式III中，得到1条地层脆性指数曲线：具体曲线公式如III所示：
BRI＝b1E_brit+b2v_brit III；
其中，所述杨氏模量E的计算公式为：
其中，所述泊松比v的计算公式为：
(5)根据所述5条裂缝分形指数曲线、5条裂缝特征指数曲线和1条地层脆性指数曲线，得到裂缝指数曲线：具体曲线公式如VI所示；
所述公式VI中：FI代表裂缝指数；CFVi代表所述重构得到的第i条曲线值；ri代表所述重构得到的第i条曲线的加权系数；m代表所述重构得到的曲线条数之和，本实施例中，m为11；
(6)根据所述裂缝指数曲线，识别水平井裂缝的发育程度。
各条重构曲线以及裂缝识别结果如图3所示。
实施例2
采用本发明所述方法，对鄂尔多斯盆地西南缘致密砂岩储层水平井B的裂缝进行识别；水平井B所在区块与水平井A相同；水平井B的初期产量为0.42t/d。
各步骤同实施例1；各条重构曲线以及裂缝识别结果如图4所示。
从图3和图4可以看出，裂缝指数的高低反应裂缝发育程度。裂缝发育程度高的水平井，其产量高(如图3所示)；裂缝发育程度低的水平井，其产量低(如图4所示)。因此，将水平井中识别出的裂缝发育程度与其初期产量进行对比很好地说明了，利用本发明提供的方法能较准确地识别水平井中裂缝的发育程度。
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (11)
1.一种水平井裂缝识别方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)检测水平井的水平段，获得对裂缝敏感的测井曲线以及岩石密度曲线；
所述对裂缝敏感的测井曲线包括电阻率曲线、井径曲线和声波时差曲线；
(2)根据步骤(1)所得每条对裂缝敏感的测井曲线的形态特征，重构得到与其对应的裂缝分形指数曲线；
(3)根据步骤(1)所得每条对裂缝敏感的测井曲线的数值特征，重构得到与其对应的裂缝特征指数曲线；
(4)根据步骤(1)所得的声波时差曲线以及岩石密度曲线，重构得到地层脆性指数曲线；
(5)根据步骤(2)～(4)重构得到的各条曲线，得到裂缝指数曲线；
(6)根据所述裂缝指数曲线，识别水平井在水平方向上的裂缝的发育程度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电阻率曲线包括深感应电阻率曲线、中感应电阻率曲线、八侧向电阻率曲线、深侧向电阻率曲线、浅侧向电阻率曲线中的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述电阻率曲线为深感应电阻率曲线、中感应电阻率曲线和八侧向电阻率曲线。
4.根据权利要求1～3任意一项所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)具体为：将步骤(1)所得的第k种对裂缝敏感的测井曲线值代入公式I中，得到其对应的裂缝分形指数曲线：
logN(Li)k＝logCk+Dk×logLi I；
所述公式I中：Dk代表第k种测井曲线的分形指数；N(Li)k代表第k种测井曲线的网格数；Ck代表第k种测井曲线的回归系数；Li代表第i次网格加密后纵向网格等份数；
所述测井曲线的网格数N(Li)由公式I’求解得到：
<mrow>
<mi>N</mi>
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<mo>(</mo>
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其中，INT函数为向下取整函数；Vj+1-Vj为水平方向上第j+1个测井点与第j个测井点的测井值之差；n为水平方向上测井点个数之和，且1≤i≤j≤n；Vmax-Vmin为测井曲线上最大测井值与最小测井值之差。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，网格加密次数i＝5，且L1＝8，L2＝2L1，L3＝4L1，L4＝8L1，L5＝10L1。
6.根据权利要求1～3任意一项所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)具体为：将步骤(1)所得的第k种对裂缝敏感的测井曲线值代入公式II中，得到裂缝特征指数曲线；
<mrow>
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所述公式II中：CVk代表第k种测井曲线的裂缝特征指数；pi代表第k种测井曲线在水平方向上第i个测井点的测井值；pf代表第k种测井曲线在所述水平井中裂缝密度最大处的测井值；pm代表第k种测井曲线在所述水平井中无裂缝处的测井值。
7.根据权利要求1～3任意一项所述的方法，其特征在于，所述步骤(4)具体为：将步骤(1)所得的声波时差曲线值以及岩石密度曲线值代入公式III中，得到地层脆性指数曲线；
BRI＝b1E_brit+b2v_brit III；
所述公式III中：BRI代表地层脆性指数；E_brit代表归一化的杨氏模量；b1代表归一化的杨氏模量的权重；v_brit代表归一化的泊松比；b2代表归一化的泊松比的权重。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述公式III中：
所述杨氏模量E的计算公式为：
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<mi>E</mi>
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所述泊松比v的计算公式为：
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其中，ρb代表所述岩石密度曲线得到的岩石密度值；△tp代表所述声波时差曲线得到的纵波时差；△ts代表所述声波时差曲线得到的横波时差；β代表单位换算系数。
9.根据权利要求1～3任意一项所述的方法，其特征在于，所述步骤(5)具体为：将所述重构得到的各条曲线值代入公式VI中，得到裂缝指数曲线；
<mrow>
<mi>F</mi>
<mi>I</mi>
<mo>=</mo>
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</mrow>
所述公式VI中：FI代表裂缝指数；CFVi代表所述重构得到的第i条曲线值；ri代表所述重构得到的第i条曲线的加权系数；m代表所述重构得到的曲线条数之和。
10.根据权利要求1～3任意一项所述的方法，其特征在于，所述水平井位于致密砂岩储层。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述致密砂岩储层的平均孔隙度小于10％，平均空气渗透率小于1mD。
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