一种压性断裂带结构测井识别方法

摘要

本发明涉及一种压性断裂带结构测井识别方法，对压性应力环境进行分析，选取目标钻井和测井曲线，计算裂缝敏感性参数，对各个参数进行归一化计算，构建断裂带内部结构综合判别参数FZI。本发明可以有效的利用测井资料对断裂带内部结构进行识别，并且选取的曲线类型为常规的标准测井，具有很强的可操作性。

说明书

技术领域

本发明属于石油天然气勘探与开发技术领域，具体涉及到一种压性断裂带结构测井识别方法。

背景技术

含油气区断裂发育，且断裂控制了油气的运移与聚集。断裂是岩层在应力作用下发生破裂并沿破裂面产生明显相对移动的一种构造变形现象。破裂面两侧岩层在错动过程中发生挤压研磨，岩石破碎强烈，同时在其两侧产生大量与断层伴生的裂缝(宋到福等，2010)。张庆莲等(2010)通过野外实测发现，断裂控制的构造裂缝的密度与距断裂的距离呈指数递减关系，越靠近破裂面，裂缝越发育。Billi A(2003)等把这种断裂结构划分为断层核和破碎带两部分，断层核是一狭窄带，由主滑动面和断层岩构成；破碎带位于断层核周缘，主要由裂缝发育带和小断层组成(Agosta F et al，2006)。Tveranger J(2005)、Braathen A(2009)等把这种受断裂作用影响的岩石三维空间定义为断层包络体，包括破碎带和诱导裂缝带2个部分，其中破碎带以发育断层岩和伴生裂缝为主要特征，诱导裂缝带内主要发育各种类型的诱导裂缝(付晓飞等，2005)。总之，断层不是一个简单的“面”，而是一个“带”(付广等，2008)，具有复杂的内部结构(Caine，1996；Gudmundsson A，2001；付晓飞等，2005)。吴智平等(2010)依据变形程度，将断裂带划分为滑动破碎带和诱导裂缝带两类结构单元。

压性断裂是在挤压应力场作用下形成的逆断层。其受力作用强，沿滑动面两侧岩石破碎严重，断裂带结构完整，对油气成藏控制明显，是我国西部盆地油气运聚的关键因素。通常，压性断裂带的滑动破碎带内岩石破碎严重，呈岩粉状，多发育断层泥，部分糜棱岩化，流体通过能力差，对油气具有较强的封堵性(吴孔友等，2012)。而诱导裂缝带发育大量裂缝，流体通过能力强，为油气运移提供了通道(付晓飞等，2005)。总之，断裂带对油气具有输导和封堵双重能力。即断裂带内部结构的时空差异将导致其在油气运聚过程中扮演不同的角色。因此，预测含油气区地下深部发育的断裂带结构特征，对油气藏勘探具有极为重要的意义。

对于覆盖区压性断裂而言，由于不能直接观察，因此，如何准确的识别断裂结构一直是石油地质勘探中的难题之一。刘伟等(2013)曾提出利用电阻率差比、孔隙度比值、曲线变化率及井径增大率四个参数，并结合主成分分析法来定量的识别断裂带内部结构。然而，该方法由于参数选择少、未考虑曲线变化幅度等原因导致在应用过程中不能有效的对断裂带内部结构进行识别。赵永刚等(2013)提出三孔隙度比值、等效弹性模量差比、次生孔隙度、双感应幅度差指标、龟裂系数、井径相对异常、电阻率侵入校正及胶结指数八种参数为判断地层中裂缝发育的有效参数。由断裂带内部诱导裂缝带和滑动破碎带的特征可知，裂缝是否发育是这两部分结构重要的区别之一，因此，挑选裂缝敏感性指标，构建断裂结构综合判别参数，可以从测井曲线上有效的判断断裂带内部结构。

发明内容

本发明的目的在于提供一种压性断裂带结构测井识别方法，通过多参数测井曲线拟合，构建断裂带结构综合判别参数，结合断裂带内部结构的特点，定量的划分覆盖区压性断裂内部结构，为准确评价断裂的启闭性，提高油气勘探与预测的有效性提供技术支撑。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种压性断裂带结构测井识别方法，包括如下步骤：

(1)判断工区应力环境是否为压性应力环境，若为压性应力环境，进入步骤(2)；

(2)遴选并计算裂缝敏感性参数：①深浅电阻率差比R_TC、②三孔隙度测井、③曲线变化率、④井径增大率CAL_d

①深浅电阻率差比R_TC：

其中，R_D为深侧向测井值或深电阻率测井值，R_S为浅侧向测井值或浅电阻率测井值；得到曲线F(R_TC)

②三孔隙度测井

三孔隙度测井曲线包括声波时差(AC)、密度(DEN)及补偿中子(CNL)；其中，利用声波时差计算的孔隙度为原生孔隙度，利用密度和补偿中子计算的孔隙度为至少包括裂缝、溶蚀孔的次生孔隙度在内的总孔隙度；

声波时差计算原生孔隙度公式为：

其中，Δt为从声波时差曲线读出的地层声波时差值，Δt_f为孔隙中流体的声波时差值，Δt_ma为岩石骨架的声波时差值；

密度测井计算总孔隙度公式为：

其中，ρ_b为密度测井曲线读出的测量值，ρ_f为孔隙中流体的密度值，ρ_ma为岩石骨架密度值；

补偿中子测井计算总孔隙度公式为：

其中，为补偿中子曲线上读出的测量值，为岩石骨架中子值，为孔隙中流体的中子值；

总孔隙度值

由裂缝等因素引起的次生孔隙度变化值

③曲线变化率

选取对裂缝敏感的曲线声波时差(AC)、补偿中子(CNL)及密度(DEN)进行曲线变化率计算，计算公式为：

ΔX_i＝(|X_i-1-X_i|+|X_i+1-X_i|)/X_i

其中，X_i为当前深度点的测井曲线值，X_i-1和X_i+1为当前深度点邻近的两点的测井曲线值；

④井径增大率CAL_d

计算公式为：

CAL为钻头直径，CAL_J为实测井径；

(3)针对各个参数进行归一化计算。

曲线(AC、CNL)变化率、三孔隙度、井径增大率采用如下公式归一化：

Y＝(X-X_min)/(X_max-X_min)

其中，X表示曲线(AC、CNL)变化率、三孔隙度或井径增大率实际测量值，X_max表示该种测井曲线的曲线(AC、CNL)变化率、三孔隙度或井径增大率最大测量值，X_min表示该种测井曲线的曲线(AC、CNL)变化率、三孔隙度或井径增大率最小测量值；得到曲线F(ΔAC)、F(ΔCNL)、F(ΔCAL_d)、F(ΔΦ_P)；

密度(DEN)变化率采用如下公式归一化：

Y＝1-(X-X_min)/(X_max-X_min)；

其中，X表示密度测井测量值，X_max表示密度测井的最大测量值，X_min表示密度测井的最小测量值；得到曲线F(ΔDEN)；

(4)构建断裂带内部结构综合判别参数FZI

FZI＝[F(ΔAC)+F(ΔCNL)+F(ΔDEN)+F(R_TC)+F(ΔCAL_d)+F(ΔΦ_P)]/6

其中，F为相对各种曲线的函数，满足以下条件：

$F\left(x\right)=\left(\begin{array}{cc}0,& x<a\\ F\left(x\right),& a\le x\le b\\ 0,& x>b\end{array}\right)$

式中，x代表ΔAC、ΔCNL、ΔDEN、R_TC、ΔCAL_d或ΔΦ_P，a、b为异常临界值，且有a<b。

本发明的优点和积极效果是：本发明可以有效的利用测井资料对断裂带内部结构进行识别，并且选取的曲线类型为常规的标准测井，具有很强的可操作性。与现有技术(定性的利用单条曲线变化趋势进行断裂带结构划分)相比，将断裂带内部结构测井曲线识别的过程定量化，更具有说服力，因而本发明对后续开展断裂封闭性及断裂控藏作用研究具有重大的意义。本发明利用岩心观察及成像测井资料对该识别方案进行了检验，发现该划分与岩心及成像测井显示相符，验证了该方法的准确性。

结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1为本发明具体实施例的实施路线图。

图2为排66井断裂内部结构测井曲线定量识别综合图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细地描述。

如图1所示，对构造应力场进行分析，判断工区应力环境是否为压性应力环境，若为压性应力环境，继续如下步骤。

对目标钻井进行选取，对测井曲线进行筛选，确定曲线的异常值a、b。

遴选并计算裂缝敏感性参数：①深浅电阻率差比R_TC、②三孔隙度测井、③曲线变化率、④井径增大率CAL_d

①深浅电阻率差比R_TC：

其中，R_D为深侧向测井值或深电阻率测井值，R_S为浅侧向测井值或浅电阻率测井值；得到曲线F(R_TC)；

②三孔隙度测井

三孔隙度测井曲线包括声波时差(AC)、密度(DEN)及补偿中子(CNL)；其中，利用声波时差计算的孔隙度为原生孔隙度，利用密度和补偿中子计算的孔隙度为至少包括裂缝、溶蚀孔的次生孔隙度在内的总孔隙度；

声波时差计算原生孔隙度公式为：

其中，Δt为从声波时差曲线读出的地层声波时差值，Δt_f为孔隙中流体的声波时差值，Δt_ma为岩石骨架的声波时差值；

密度测井计算总孔隙度公式为：

其中，ρ_b为密度测井曲线读出的测量值，ρ_f为孔隙中流体的密度值，ρ_ma为岩石骨架密度值；

补偿中子测井计算总孔隙度公式为：

其中，为补偿中子曲线上读出的测量值，为岩石骨架中子值，为孔隙中流体的中子值；

总孔隙度值

由裂缝等因素引起的次生孔隙度变化值

③曲线变化率

选取对裂缝敏感的曲线声波时差(AC)、补偿中子(CNL)及密度(DEN)进行曲线变化率计算，计算公式为：

ΔX_i＝(|X_i-1-X_i|+|X_i+1-X_i|)/X_i

其中，X_i为当前深度点的测井曲线值，X_i-1和X_i+1为当前深度点邻近的两点的测井曲线值；

④井径增大率CAL_d

计算公式为：

CAL为钻头直径，CAL_J为实测井径；

(3)针对各个参数进行归一化计算。

曲线(AC、CNL)变化率、三孔隙度、井径增大率采用如下公式归一化：

Y＝(X-X_min)/(X_max-X_min)

其中，X表示曲线(AC、CNL)变化率、三孔隙度或井径增大率实际测量值，X_max表示该种测井曲线的曲线(AC、CNL)变化率、三孔隙度或井径增大率最大测量值，X_min表示该种测井曲线的曲线(AC、CNL)变化率、三孔隙度或井径增大率最小测量值；得到曲线F(ΔAC)、F(ΔCNL)、F(ΔCAL_d)、F(ΔΦ_P)；

密度(DEN)变化率采用如下公式归一化：

Y＝1-(X-X_min)/(X_max-X_min)；

其中，X表示密度测井测量值，X_max表示密度测井的最大测量值，X_min表示密度测井的最小测量值；得到曲线F(ΔDEN)；

(4)构建断裂带内部结构综合判别参数FZI

FZI＝[F(ΔAC)+F(ΔCNL)+F(ΔDEN)+F(R_TC)+F(ΔCAL_d)+F(ΔΦ_P)]/6

其中，F为相对各种曲线的函数，满足以下条件：

$F\left(x\right)=\left(\begin{array}{cc}0,& x<a\\ F\left(x\right),& a\le x\le b\\ 0,& x>b\end{array}\right)$

式中，x代表ΔAC、ΔCNL、ΔDEN、R_TC、ΔCAL_d或ΔΦ_P，a、b为异常临界值，且有a<b。

本方法在准噶尔盆地西北缘实验时取得了良好的实验效果。准噶尔盆地是我国西部重要的含油气盆地，经历海西期至喜马拉雅期构造运动，压性断裂发育，断裂活动时间长、平面延伸距离远、垂向断距大，且部分井钻穿断裂带。利用该方法对钻穿红车断裂带的排66井进行了断裂带内部结构识别，效果良好(图2)。红车断裂带在该井可以分为上盘诱导裂缝带、滑动破碎带和下盘诱导裂缝带三部分。相对于两盘诱导裂缝带来说，滑动破碎带R_TC值为负或零，显示裂缝不发育；CAL_d值明显偏小且较稳定，暗示井径垮塌程度弱于诱导裂缝带；ΔDEN较为稳定，但两侧诱导裂缝带则出现明显的变化；ΔAC、ΔCNL较小且变化较小，但诱导裂缝带则出现了较为明显的跳动；Φ_P表现稳定，与岩性整体为泥岩有关；FZI则呈现明显低值，表明在滑动破碎带裂缝整体不发育，而在诱导裂缝带中裂缝发育明显。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。