CN110764161B - 一种通过钻探资料判识碳酸盐岩断裂破碎带的综合方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通过钻探资料综合判识碳酸盐岩断裂破碎带的方法。本发明针对碳酸盐岩断层破碎带钻井岩心少，裂缝密度参数在实际应用中往往数据量不够，存在较大误差的技术缺陷，提出通过综合钻探资料判识碳酸盐岩断裂破碎带的一种方法。通过受碳酸盐岩断裂破碎带控制的多种参数的筛选，本发明利用井下断裂带岩心、薄片、测井资料获得裂缝的频率、宽度、开启程度、产状参数及其累积量，以及储层孔隙度和渗透率、油气产量及其累积产量参数沿断裂带的分布，进行碳酸盐岩断裂破碎带的内带与外带判识，实现利用钻探资料进行油气盆地碳酸盐岩断裂破碎带的判识与评价。

Description

一种通过钻探资料判识碳酸盐岩断裂破碎带的综合方法

技术领域

本发明属于构造地质与油气勘探开发的评价技术领域。更具体地，涉及沉积盆地碳酸盐岩断裂破碎带判识的一种方法。

背景技术

研究发现大型断裂往往发育较宽的变形带，在狭窄的应变与位移集中的断层核外围，往往发育宽阔的受断裂作用影响的破碎带(McGrath and Davison,1995；Kim et al.，2004；Peacock et al.,2017)。断层核是断层位移集中部位，为断层滑动面分布区(Kim etal.,2004；Peacock et al.,2017)。破碎带是断层核周围受控于沿断层滑动的形成、扩展、相互作用和积聚而形成的变形岩体(Cowie and Scholz,1992；McGrath and Davison,1995；Kim et al.,2004；Peacock et al.,2017)。大型断裂破碎带宽度可达数公里，根据垂直破碎带走向结构的变化，可以碳酸盐岩破碎带进一步划分为内带(强变形带)与外带(弱变形带)。破碎带内带邻近断层核，与断层核突变接触或渐变接触，发育多组方向的裂缝，形成裂缝密集分布区域；局部构造变形强烈，形成角砾岩、碎裂岩发育区，地层原始层面不连续，或已碎裂不清。破碎带外带以裂缝发育为特征，碳酸盐岩通常以单一的1-2组裂缝为主，裂缝发育程度较内带明显降低，地层连续性好，缺少角砾岩与碎裂岩。断裂破碎带(包括断层核与破碎带)不仅控制断裂带岩石力学特征及其渗流性能，具有复杂内部构造变形、流体-岩石作用、渗流作用(McGrath and Davison,1995；Shipton et al.,2003；Jeanne etal.,2012)，而且与油气运聚成藏关系密切(Caine et al.，1996；Olierook et al.,2014)。因此，判识与划分断裂破碎带的内外边界对破碎带的岩石物理、渗流作用等研究具有重要意义，尤其是致密碳酸盐岩储层发育区。

近年来一个重要的进展是建立断裂破碎带宽度与位移的定量关系，发现断裂破碎带的宽度通常与位移呈幂律关系，或是线性关系(Kim et al.,2004；Torabi and Berg,2011；Faulkner et al.,2012；Mayolle et al.,2019)，但多有不同程度的分散性。目前，断裂破碎带宽度与位移关系研究主要集中在野外露头，并主要是碎屑岩，盆地内部中-大尺度的研究很少。碳酸盐岩断裂破碎带结构更复杂、时空演变差异大、非均质性强烈，地质模型研究与预测面临更多挑战。通常而言，断裂破碎带裂缝的发育程度会随距断层核的距离的增加而减少(Mitchell and Faulkner,2009；Savage and Brodsky,2011；Faulkner etal.,2011；Torabi and Berg,2011；Choi,et al.,2016)。因此，通过露头获得的裂缝密度沿破碎带的边界的突变，可以划分断裂破碎带的宽度分布。但裂缝的分布变化大，而且沿破碎带边界可能出现渐变的分布，不容易确定具体位置(Choi et al.,2016；Wu et al.,2019)。而且沉积盆地中获得的井下资料少，裂缝识别难，在常规的裂缝分布图上很难确定。基于裂缝变化规律，Choi等(2016)提出裂缝累积频率的方法，这种方法避免了裂缝密度(频率)从断裂破碎带向围岩渐变造成难以准确确定断裂破碎带边界的问题。通过该方法在露头区的应用，可以更准确的判识破碎带的宽度，并通过岩心裂缝累积频率进行是否位于破碎带的判别(Choi et al.,2016)。结合露头观测，该方法对露头断裂破碎带的外部边界有较好的判识效果，但由于裂缝分布强烈非均质性，钻孔是否钻遇破碎带不能简单根据一口井岩心裂缝的频率判识。Choi等(2016)论文岩心纵向剖面中破碎带与围岩频繁互层，可能指示的是裂缝带，而不是是否位于断裂破碎带的判识。

含油气盆地中，勘探阶段或开发阶段早期很多断裂带钻井较少，或是获取断裂破碎带裂缝参数的数据少，不能满足裂缝密度(频率)进行断裂破碎带边界判识的条件。尤其是位于断裂破碎带边界附近的钻井裂缝资料少，不能有效限定破碎带的分布。更为重要的是，受控钻井井筒的限制，在非均质性较强的地层中，尤其是致密储层中，受断裂作用地下裂缝分布复杂、纵横向变化大，少量的岩心与测井资料往往只能反映井筒附近的裂缝分布，不能反映储层中裂缝的整体分布规律，具有较大的局限性，裂缝密度参数在实际应用中往往数据量不够，存在较大的误差(Wu et al.,2019)，从而造成破碎带判识的不准确性。因此，井下主要利用地震资料进行断裂破碎带的预测研究(Botter et al.,2016；万效国等，2016；Iacopini et al.,2016；Torabi et al.,2017；Wu et al.,2019)。由于致密碳酸盐岩断裂破碎带勘探开发程度低，钻井岩心少，沉积盆地中尚缺少碳酸盐岩断裂破碎带判识的有效地质方法，难以进行断裂破碎带的定量判识。

发明内容

针对以上技术缺陷，以及难以获得油气盆地内部断裂核部样品，提出通过钻探资料综合判识碳酸盐岩断裂破碎带的一种方法。通过致密碳酸盐岩受控破碎带控制的多种参数筛选，本发明结合裂缝密度及裂缝累积密度基础上，提出利用裂缝的产状、宽度、开启程度，以及储层物性、油气产量等受控断裂破碎带的油气藏动静态参数进行碳酸盐岩断裂破碎带的综合划分方法。

本发明的目的在于提供油气盆地判识碳酸盐岩断裂破碎带的一种方法。

本发明的另一目的是提供所述油气盆地碳酸盐岩断裂破碎带判识方法的应用。

本发明上述目的通过以下技术方案实现：

(1)碳酸盐岩断裂带钻探获得的动静态裂缝、物性与产量参数的收集，编制单井各参数与距断层核距离的相关图件。

(2)分析单井各参数与距断层核距离的关系，判断参数曲线及其累积参数曲线是否与破碎带分带相关联(图1)。由于断层核宽度相对极小，井下难以识别，并入破碎带内带。井下需要通过获取相关参数在破碎带的内带与外带边界发生的突变效应，从而进行破碎带的判识与分带划分。

(3)岩心、薄片与测井裂缝频率与累积裂缝频率分析(图2)，判识破碎带的边界。如图2累积裂缝频率对破碎带边界响应较好，而且比较一致，破碎带的内/外边界大约位于距断层核200m位置，破碎带外边界位于距断层核约780m位置。当来自不同尺度的数据可能存在一定的差异时，需要进行参数精度分析，进行边界位置的综合判别。

(4)岩心、薄片与测井裂缝宽度与累积裂缝宽度分析(图3)，判识破碎带的边界。统计分析表明，很多大型断裂破碎带裂缝的宽度随距断层距离的增大而减小的趋势，虽然其中有很大的变化，并造成数据的分散性。实例分析表明(图2、3)，岩心、薄片与测井的累积裂缝宽度与累积裂缝频率具有相似变化规律，反映相同破碎带边界范围。值得注意的是，岩心、薄片与测井资料获得的裂缝参数代表了不同尺度的裂缝分布，其中的突变位置可能不完全一致(图3)，并出现较大的差异，需要结合多种资料综合分析。

(5)由于断裂破碎带结构的差异与裂缝闭合程度的差异，碳酸盐岩裂缝开启程度也可能在不同区段出现差异(图4)，也可用来判别破碎带。

(6)由于不同区段裂缝发育模式有差异，出现内带复杂多变、外带倾角逐渐增大的趋势(图5)。在有这样趋势的断裂破碎带，裂缝的倾角也有助于判识破碎带。

(7)沉积盆地致密碳酸盐岩中，次生溶蚀孔洞缝是主要的储集空间。受控断裂破碎带区段裂缝分布与结构的差异，可能造成孔隙度、渗透率等储层的差异(图6、7)，可以用来判识破碎带。由于孔隙的发育不完全受控断裂破碎带的分带，孔渗的分布分区边界不一定与破碎带的内/外带、外带边界吻合，需要进一步综合分析。

(8)对油气储层具有控制作用的断裂破碎带，油气产量也会由于断裂破碎带的分带而产生的差异(图8)，可以用来判识破碎带。致密储层中，由于强烈的破裂与变形主要发生在破碎带的内带，从而控制了高产油气井的分布。由于储层的发育不完全受控断裂破碎带的分带，油气产量的分区边界不一定与破碎带的内/外带、外带边界吻合。在外带与围岩往往呈渐变过渡，从而造成边界较模糊，需要综合分析判断。

(9)综合岩心、薄片、测井裂缝参数，以及储层物性参数、油气生产参数等，综合判识与划分碳酸盐岩断裂破碎带。

本发明克服了盆地深层断裂破碎带分带资料不足、单一方法难以适用的缺陷，实现井下断裂破碎带的判识与划分，为断裂破碎带形成演化研究及油气地质评价提供了基础。

本发明适用于有较多钻井，储层与油气受断裂破碎带控制的油气盆地，尤其是碳酸盐岩断控油气区带，也可用其中可能获得参数的方法应用于其他较低勘探程度区带。

附图说明

图1受控断裂破碎带的参数随距离变化图示(参数及其累积曲线与距断层核的距离具有较好的相关关系，并在内/外带、外带/围岩的边界出现拐点与突变，可以用来判识断裂破碎带)

图2岩心、薄片与测井裂缝累积频率判识破碎带图示(岩心、薄片与测井资料获得的裂缝频率及其累积频率在内/外带、外带/围岩的边界出现明显的变化，并有较好的一致性，可以用来判识断裂破碎带边界)

图3岩心、薄片与测井裂缝张开度累积频率判识破碎带图示(内/外带边界响应明显，外带也有较好的响应；与图2基本一致；其中不同尺度的参数反映的边界位置有一定的差异)

图4岩心裂缝累积开启程度判识破碎带图示(内/外带、外带/围岩边界响应明显，与图2、3一致)

图5测井裂缝倾角判识破碎带图示(破碎带内带裂缝倾角多种多样，同一井中也变化大；外带呈现裂缝倾角逐渐增大的趋势，不同于内带)

图6岩心孔隙度/渗透率判识破碎带图示(数据来自单井岩心柱塞样测试数值的平均值；内/外带、外带/围岩边界响应明显；孔隙度与渗透率分布模式一致)

图7测井储层孔隙度/渗透率判识破碎带图示(内/外带、外带/围岩边界不很明显，但内带、外带、围岩三者的分布模式差异较大)

图8原油产量判识破碎带图示(内/外带边界响应明显，对油气产量控制强；外带/围岩的边界较模糊，但围岩区缺少高产有气流井；破碎带也有储层不发育、油气产量低的部位与钻井)

具体实施方式

基于来自钻井的裂缝、储层物性、油气产量等参数随距断层的距离发生幂率变化，并在边界部位出现突变的原理(图1)，以下结合具体实例(图2-8)进一步说明本发明，但实例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的方法和设备为本技术领域常规方法和设备。

(1)断裂带钻探动静态裂缝、物性与产量参数的收集整理、校正，以及井孔深度位置距断层核部的距离测量、校正，建立资料数据库。

(2)编制单井各参数与距断层核距离的相关分析图件。

(3)分析单井各参数与距断层核距离的关系，判断参数曲线及其累积参数曲线是否与破碎带分带相关联(图1)。

(4)编制与校对岩心、薄片与测井裂缝频率与累积裂缝频率与距断层核距离相关曲线(图2)，调整坐标刻度与显示，突出突变与拐点位置，判识破碎带的边界。裂缝频率与累积裂缝频率分布曲线(图2)出现拐点、突然升高的部位很可能对应破碎带边界，而且多方法都有比较一致的响应。结合其他方法，破碎带的内/外带边界响应明显，大约位于距断层核200m位置；破碎带外带/围岩的边界也有一定的响应，位于距断层核约780m位置(图2)。

(5)通过统计分析，很多大型断裂破碎带裂缝的宽度随距断层距离的增大而减小的趋势，可以用来判识破碎带的边界。岩心、薄片与测井裂缝宽度与累积裂缝宽度分析(图3)，三者具有较好的一致性。实例表明，破碎带的内/外边界响应明显，破碎带外带/围岩的边界也有一定的响应，岩心、薄片与测井的累积裂缝宽度与累积裂缝频率具有相似变化规律(图2、3)，反映相同破碎带边界范围。同时，岩心、薄片与测井资料获得的裂缝参数代表了不同尺度的裂缝分布，其中的突变位置可能不完全一致(图3)，并出现较大的差异，并造成数据的分散性。但是，其变化范围较小，数值较接近，可以用边界范围170-210m、700-780m分别代表内/外带边界、外带/围岩边界。

(6)碳酸盐岩断裂破碎带裂缝的胶结充填、孔隙的胶结充填很可能与破碎带的结构与分带有关，因此可用来判别破碎带。通过不同位置钻井裂缝、孔隙胶结充填的比率，可以估算裂缝、孔隙的开启程度。尽管单条裂缝、单个孔隙的胶结充填可能千差万别，并有较大的统计误差，但大量的统计数据可能揭示沿断裂破碎带的裂缝与孔隙的胶结充填与开启的程度。实例统计分析表明，碳酸盐岩裂缝的开启程度沿垂直断裂破碎带方向有差异(图4)，裂缝开启程度也可能在不同区段的边界也出现差异，出现210m、780m的内/外带边界、外带/围岩边界，与图2、图3具有较好的一致性，据此，可以判识破碎带边界。

(7)通过测井FMI等资料的计算与测量，可以获得大量裂缝产状参数，其中破碎带内带往往复杂多变，外带则出现向围岩方向具有一定的规律变化(图5)，有助于判识破碎带。实例(图5)揭示测井FMI资料解释的裂缝倾角在断裂破碎带内带在0⁰-90⁰的大范围变化，外带向围岩裂缝倾角出现逐渐增大的趋势。结合其他方法，可以用来限定断裂破碎带的内/外带边界大约在400m。

(8)致密碳酸盐岩储层以次生溶蚀孔、洞、缝为主，物性受断裂破碎带控制明显，因此断裂破碎带的分带性也可能造成渗透率、孔隙度的分带。统计分析表明(图6、7)，孔隙度、渗透率等储层参数在断裂破碎带的内带、外带、围岩中的分布有较大的差异，对断裂破碎带分带具有一定的响应，推断破碎带内/外带边界、外带/围岩边界大约在500m、1100m。由于孔隙的发育不完全受控断裂破碎带的分带，孔渗的分布分区边界不一定与破碎带的内/外带、外带边界吻合，需要结合其他资料综合分析。

(9)对油气储层具有控制作用的断裂破碎带，油气产量也会由于断裂破碎带的分带而产生的差异(图8)，可以用来判识破碎带。推断破碎带内/外带边界、外带/围岩边界大约在400m、1100m。致密储层中，由于强烈的破裂与变形主要发生在破碎带的内带，从而控制了高产油气井的分布。由于储层的发育不完全受控断裂破碎带的分带，油气产量的分区边界不一定与破碎带的内/外带、外带边界吻合(图7、8)。在外带与围岩往往呈渐变过渡，从而造成边界较模糊，需要综合分析判断。

(10)结合地震预测，对比各参数获取的破碎带边界数值，进行适合本地区的主要参数的优选与评价。

(11)综合岩心、薄片、测井裂缝参数，以及储层物性参数、油气生产参数等，综合判识与划分碳酸盐岩断裂破碎带。不同的断裂破碎带、同一条断裂破碎带不同部位的破碎带宽度都有一定差异，根据主要反映破碎带分带的参数，结合地震技术识别、其他参数的判识综合分析。

(12)结合相关资料与方法进行验证，并推广应用。

本发明的具体实施过程中还可以根据实际情况增加与删减裂缝、储层、产量相关的参数，并结合地震方法综合评价，为碳酸盐岩断裂破碎带的判识与研究提供技术支持。

Claims (1)

1.一种通过钻探资料判识碳酸盐岩断裂破碎带的综合方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

(1)根据受控碳酸盐岩断裂带断裂破碎带的参数与距断层核距离的关系，判断参数曲线及其累积参数曲线是否与破碎带分带相关联；

(2)根据岩心、薄片与测井资料获得的碳酸盐岩裂缝频率与累积裂缝频率判识破碎带的边界；

(3)根据岩心、薄片与测井资料获得的碳酸盐岩裂缝宽度与累积裂缝宽度分析判识破碎带的边界；

(4)根据岩心、薄片与测井资料获得的碳酸盐岩裂缝开启程度及其累积频率判别破碎带；

(5)根据岩心、薄片与测井资料获得的碳酸盐岩裂缝产状与距断层核距离的关系分析判识破碎带；

(6)根据岩心、薄片与测井资料获得的碳酸盐岩孔隙度、渗透率与距断层核距离的关系分析判识破碎带；

(7)根据油气产量与距断层核距离的关系分析判识破碎带；

(8)综合岩心、薄片、测井资料获得的碳酸盐岩裂缝参数与储层物性参数，以及油气产量参数，综合判识与划分碳酸盐岩断裂破碎带。

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