基于成像测井和阵列声波测井资料的裂缝有效性评价方法

摘要

本发明公开了一种基于成像测井和阵列声波测井资料的裂缝有效性评价方法，利用已知井的成像测井资料和阵列声波测井资料评价，得到多种裂缝属性参数曲线；对上述多种裂缝属性参数曲线分层段统计特征值，并收集对应各层段的裂缝有效性表征参数；将多种测井裂缝属性参数特征值分别与裂缝有效性表征参数绘制交会图，确定二者之间的定量表征关系及它们之间的相关性，提炼对裂缝有效性敏感的测井裂缝属性参数，并确定有效裂缝和不同等级裂缝对应的测井裂缝属性参数下限值；制定有效裂缝和裂缝等级测井综合评价标准表，用上述综合评价标准表对上述新井对应的测井裂缝属性参数特征值进行评价，确定裂缝有效性及等级。本发明方法简单、准确性和可靠性好。

说明书

技术领域

本发明涉及应用地球物理测井领域，具体的说是一种基于成像测井和阵列声波测井资料的裂缝有效性评价方法。

背景技术

随着石油天然气工业深入发展，大型整装高孔高渗砂岩油气藏越来越难以找到，许多大公司不得不把注意力转移到裂缝－复杂岩性油气藏的勘探和开发上来。致密裂缝型油气藏是21世纪石油增储上产的重要领域之一，在我国，裂缝型低渗透储层和数量比例更为突出，裂缝型低渗储层油气产量占整个石油天然气产量的一半以上，占未来准备投产的石油天然气储量的三分之二以上。

对于低渗致密裂缝性储层，由于其基质的低孔低渗特性，裂缝则作为其主要渗流途径，在孔道间起到连接作用，提高了储层的渗透率，为储层产能的提高提供了基础。故天然裂缝的识别和特征参数及有效性的评价是这类储层评价的一个十分重要的方面。另外，对于页岩气、致密气等非常规储层，往往需要压裂改造，而压裂施工后人造裂缝的发育情况评价同样十分重要。

利用测井资料识别并精细评价裂缝是储层裂缝评价最主要的手段，国内外学者已做了大量相关的研究工作。裂缝测井评价方法主要包括常规测井评价法、成像测井评价法、阵列声波测井评价法和反射声波成像测井评价法。常规测井评价法主要利用声波、密度、中子和深浅电阻率资料识别并评价裂缝的发育情况，侧重于裂缝的定性评价。成像测井评价法主要是利用微电阻率成像和超声成像测井资料对穿过井轴的裂缝进行评价，可以获得裂缝密度(单位井段长度内的裂缝条数)、裂缝宽度(也称裂缝开度，通常指单位长度井段中各种裂缝轨迹的宽度平均值)、裂缝倾角、裂缝长度(通常指每平方米井壁上所有裂缝长度总和)、裂缝面孔率(通常指单位井段上裂缝在井壁上所占面积与成像测井覆盖井壁的面积之比)等裂缝定量参数，被认为是目前可信度最高的一种裂缝测井评价技术。在水基泥浆钻井液条件下，微电阻率成像测井已广泛应用于裂缝的识别和裂缝定量参数的计算，并取得了较好的应用效果。近年来，随着超深致密油气藏、页岩油气藏等非常规油气藏的广泛勘探开发，为了克服井眼垮塌，保护储层等工程问题，提高钻井效率，减少因泥岩膨胀、盐岩蠕变等引起的卡钻事故，大量的井采用了油基钻井液；而油基泥浆的导电性差且侵入特征与水基泥浆不同，导致裂缝处的电阻率与无裂缝处岩石骨架的电阻率差异不大，进而导致基于电学性质的裂缝识别与评价方法应用效果明显变差。超声成像测井不受泥浆电阻率的影响，可以由扫描测量记录到的回波波形处理得到的声阻抗和回波时间参数提供井壁360°方位的成像图，已广泛应用于油基泥浆井裂缝的识别和评价，且一般情况下效果优于微电阻率成像。但微电阻率成像测井和超声波成像测井由于径向探测深度很浅只能反映井壁的情况，无法评价裂缝向井外延伸的情况，对裂缝有效性评价效果有待提高。

阵列声波测井全波波形中的井孔模式波(滑行纵波、滑行横波等)在井壁附近地层中传播，其传播过程会受到裂缝宽度和向井外延伸情况等裂缝属性的影响，且径向探测深度较成像测井大，因而，阵列声波测井资料可用于裂缝宽度及其向井外延伸情况等裂缝属性参数的评价，且阵列声波测井裂缝评价法不受泥浆类型的影响，可弥补成像测井评价法的不足，具有广阔的应用前景。但阵列声波测井裂缝评价法的分辨率较成像测井低。

为了更好地评价有效裂缝的发育情况，需要一种更好的对裂缝属性参数和有效性进行综合评价的方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种方法简单、准确性和可靠性好、可以更好地评价和描述裂缝的有效性、划分有效裂缝等级、指导储层评价的基于成像测井和阵列声波测井资料的裂缝有效性评价方法。

所述评价方法包括以下步骤：

一，利用已知井的成像测井资料定量评价裂缝参数，包括裂缝宽度、密度、长度、倾角、倾向、走向和面孔率，同时利用已知井的阵列声波测井资料评价裂缝等效宽度和裂缝渗透率，得到多种测井裂缝属性参数曲线；

二，对上述多种裂缝属性参数曲线分层段统计，获得各层段的多种测井裂缝属性参数特征值，并收集该井各对应层段的裂缝有效性表征参数，所述裂缝有效性表征参数为试井渗透率数据或者产能数据；

三，将步骤二中分层统计的多种测井裂缝属性参数特征值分别与裂缝有效性表征参数绘制二者之间的交会图，并通过拟合的方式确定二者之间的定量表征关系及它们之间的相关性，提炼对裂缝有效性敏感的敏感测井裂缝属性参数，并确定有效裂缝和不同等级裂缝对应的敏感测井裂缝属性参数下限值；

四，根据获得的有效裂缝和不同等级裂缝对应的敏感测井裂缝属性参数下限值，制定有效裂缝和裂缝等级测井综合评价标准表；

五，采用步骤一和步骤二的方法获得新井分层段统计的多种测井裂缝属性参数特征值；用步骤四得到的有效裂缝和裂缝等级测井综合评价标准表对上述新井对应的测井裂缝属性参数特征值进行评价，确定裂缝有效性及等级。

所述步骤一中，采用岩心裂缝参数对成像测井资料定量评价的裂缝参数进行刻度校正，具体为：

A1通过岩心观察和描述获取已知井的岩心裂缝参数，并利用岩心地面自然伽马值把岩心深度归位到常规GR曲线统一的深度尺度上；

A2将已知井的成像测井资料定量评价裂缝参数的曲线样值也归位到常规GR曲线统一的深度尺度上；

A3对照已知井的岩心照片裂缝参数和成像测井资料定量评价裂缝参数，分析两者存在的关系，得到两者之间的刻度系数，达到岩心照片裂缝参数刻度成像测井资料定量评价裂缝参数的目的。

所述步骤二中，所述测井裂缝属性参数特征值为对应各层段测井裂缝属性参数的最大值、最小值、中值、算术平均值、均方根值、加权平均值或算术平均值等。

所述步骤二中，当多种测井裂缝属性参数特征值为对应各层段的算术平均值时，采用下述方法来统计：

B1统计任一种测井裂缝属性参数曲线上对应层段内的全部样值；

B2对上述全部样值进行排序处理，找出样点中值f

B3计算上述全部样值与样点中值之差的绝对值f

B4从上述全部样值中剔除f

B5重复B1-B4，统计其它的测井测井裂缝属性参数特征值；

f

其中，f

所述步骤二中，所述产能数据为无阻流量或米产能指数。

所述步骤三中，当二者的相关性系数R

所述步骤三中，确定有效裂缝和不同等级裂缝对应的敏感测井裂缝属性参数下限值，具体方法如下：

具体方法如下：

C1统计研究区不同等级储层对应的裂缝有效性表征参数下限值；

C2由上述确定的测井裂缝属性参数特征值与裂缝有效性表征参数之间的定量关系确定上述裂缝有效性表征参数下限值对应的测井裂缝属性参数特征值，并将它们作为有效裂缝和不同等级裂缝对应的敏感测井裂缝属性参数下限值。

所述步骤一中，当评价对象为水基泥浆井，则采用微电阻率成像测井资料定量评价裂缝参数；当评价对象为油基泥浆井，则采用超声成像测井数据资料定量评价裂缝参数。

有益效果：

1)利用成像测井和阵列声波测井资料同步评价裂缝属性参数，不同方法评价结果可以相互验证，提高裂缝属性参数评价的准确性和可靠性；

2)本发明方法充分利用两种不同尺度测井方法在裂缝评价中的优势，二者相互补充，由此获得的有效裂缝和裂缝等级测井综合评价标准表可以更为准确和可靠的地评价和描述裂缝的有效性，并可进一步划分有效裂缝等级；

3)本发明方法可以用于水基泥浆井和油基泥浆井的裂缝定量参数和有效性评价，并用于指导储层评价，提高复杂非常规储层测井评价的准确性和可靠性，进而为制定合理高效的开发方案提供有力依据。

附图说明

图1为本发明方法流程图；

图2为本实施例中微电阻率成像测井资料计算裂缝参数成果图；

图3为利用岩心裂缝参数刻度成像裂缝参数流程图；

图4为X地区水基泥浆井岩心裂缝宽度与电成像裂缝宽度交会图；

图5为X地区水基泥浆井岩心裂缝面孔率与电成像面孔率交会图；

图6为阵列声波测井裂缝评价流程图；

图7为横波衰减系数随裂缝宽度变化关系；

图8为X井裂缝评价成果图；

图9为无阻流量与裂缝面孔率交会图；

图10为不同等级裂缝对应的裂缝面孔率下限值确定方法示意图。

具体实施方式

参见图1，以对X地区水基泥浆井的评价为例对本发明方法作进一步解释说明：

一，多种测井裂缝属性参数特征值曲线的获得：

1)利用已知井的成像测井资料定量评价裂缝参数，包括裂缝宽度、密度、长度和面孔率：

成像测井裂缝参数计算(即定量评价)即主要通过测井资料处理软件实现的，包括但不限于裂缝密度、裂缝宽度、裂缝长度、裂缝面孔率、裂缝倾角、裂缝倾向、裂缝走向等参数。需要注意是，对于水基泥浆井，优先采用微电阻率成像测井数据计算上述裂缝属性参数；对于油基泥浆井，优先采用超声成像测井数据计算上述裂缝属性参数，以提高裂缝参数计算结果的准确性和可靠性。图2为微电阻率成像测井资料计算裂缝参数成果图。所述已知井可以为一口或多口井。

采用岩心裂缝参数对成像测井资料定量评价的裂缝参数进行刻度校正，岩心观察与描述能提供关于裂缝参数和发育情况、力学性质、充填特征和含油气性等的第一手资料，是最直接、最有效和最可靠的裂缝评价方式，故评价的裂缝参数精度较高。为了进一步提高成像裂缝参数评价的精度，利用岩心裂缝参数对成像裂缝参数进行刻度校正，成像裂缝参数的刻度实质上是通过对比分析成像资料处理得到的裂缝参数和岩心观察与描述得到的裂缝参数，建立二者之间的刻度系数，以用于校正成像资料处理得到的裂缝参数，最终达到精细评价储层裂缝发育情况的目的，参见图3，具体为：

A1通过岩心观察和描述获取已知井的岩心裂缝参数，并利用岩心地面自然伽马值把岩心深度归位到常规GR曲线统一的深度尺度上；

A2将已知井的成像测井资料定量评价得到的裂缝参数的曲线样值也归位到常规GR曲线统一的深度尺度上；

A3对照已知井的岩心照片裂缝参数和成像测井资料定量评价裂缝参数，分析两者存在的关系，得到两者之间的刻度系数，达到岩心照片裂缝参数刻度成像测井资料定量评价裂缝参数的目的。

采用上述方法统计X地区7口水基泥浆井的岩心裂缝参数和微电阻率成像测井资料(简称电成像)处理得到的裂缝参数，并分别绘制岩心裂缝参数和成像裂缝参数的交会图(如图4和图5所示)，图中直线为线性拟合趋势线。由图4可以看出，整体上电成像裂缝宽度约为岩心裂缝宽度的10.926倍；由图5可以看出，整体上电成像裂缝面孔率约为岩心裂缝面孔率的6.46倍；这两个系数就是根据岩心裂缝参数和电成像裂缝参数之间的关系得到的电成像裂缝参数刻度系数。实际电成像资料处理时利用这个系数对处理得到的裂缝参数进行刻度校正后可以更好地反映裂缝的真实状态和发育情况，具体电成像裂缝参数刻度公式为：

其中，FVAH为刻度校正后的裂缝宽度，FVAH

2)利用已知井的阵列声波测井资料评价裂缝等效宽度和裂缝渗透率：

利用阵列声波测井资料评价裂缝的基本原理是裂缝属性参数的变化对声波传播速度和幅度衰减有影响，故根据裂缝属性参数的变化对声波传播速度和幅度衰减的影响规律及声波属性参数即可进行裂缝评价。可以列举出的利用阵列声波测井资料评价裂缝的一般流程如图6所示：

第一，通过岩石物理实验或数值模拟手段研究分析裂缝属性变化对声波速度和幅度衰减等声学参数的影响规律，建立声学参数随裂缝属性参数变化关系，如图7所示为致密砂岩样品岩石物理实验测量得到的横波衰减系数随裂缝宽度变化关系；

第二，对实际阵列声波测井资料进行处理，计算声波速度和幅度衰减等声学参数，一般在成熟的测井资料处理分析平台上即可实现；

第三，根据第二步计算得到的声学参数及第一步建立的声学参数与裂缝属性参数之间的关系计算裂缝等效宽度等属性参数，如图8所示为X井裂缝评价成果图，其中第7道为阵列声波测井计算裂缝宽度曲线；

第四，根据第三步裂缝等效宽度计算结果及裂缝渗透率与裂缝宽度之间的关系计算裂缝渗透率，式(2)为一种裂缝渗透率与裂缝宽度关系式，

其中，κ

二,对上述多种裂缝属性参数曲线分层段统计，获得各层段的多种测井裂缝属性参数特征值，收集已知井对应各层段的裂缝有效性表征参数；

1)上述多种裂缝属性参数曲线分层段统计，获得各层段的多种测井裂缝属性参数特征值。

测井资料计算的裂缝属性参数曲线采样间隔一般为测井时仪器深度移动间隔，如阵列声波测井一般深度采样间隔为0.125m；为了便于分析，往往需要分层段统计裂缝属性参数的特征值，如最大值、最小值、平均值或技术人员认为其它的合适取值等。分层段的方式可以按固定的深度段分层，如每2m划分为一层；也可以按实际试井渗透率测试或油气开采测试层段来分层。

如以算术平均值作为层段裂缝属性参数的特征值，则可按如下公式来统计：

B1统计任一种裂缝属性参数曲线上对应层段内的全部样值；

B2对上述全部样值进行排序处理，找出样点中值f

B3计算上述全部样值与样点中值之差的绝对值f

B4从上述全部样值中剔除f

B5重复B1-B4，统计其它的测井裂缝属性参数特征值；

f

其中，f

2)分层段统计裂缝有效性表征参数：

一般情况下，有效裂缝的发育能够大大改善储层的渗透性，提高产能，裂缝有效性等级越高，这种效应越明显。故选择试井渗透率数据或者产能数据(所述产能数据可以为无阻流量或米产能指数等)作为裂缝有效性和等级的表征参数。分层段统计裂缝有效性和等级表征参数，以便后续研究分析其与裂缝属性参数之间的关系，进而提炼对裂缝有效性敏感的测井裂缝属性参数。需要说明的是裂缝有效性表征参数统计层段划分情况应与测井裂缝属性参数特征值统计层段划分情况一致。

三，将步骤二中分层统计的多种测井裂缝属性参数特征值分别与裂缝有效性表征参数绘制二者之间的交会图，并通过拟合的方式确定二者之间的定量表征关系及它们之间的相关性，提炼对裂缝有效性敏感的测井裂缝属性参数。

图9所示为统计分析得到的无阻流量与裂缝面孔率交会图，可以看出，无阻流量随着裂缝面孔率的增大而增大，通过拟合的方式得到无阻流量与裂缝面孔率之间的定量关系如式(5)所示，二者之间的相关系数R

依此类推，可以分析其它测井裂缝属性参数特征值与裂缝有效性表征参数之间的相关性，进而提炼裂缝有效性敏感测井参数。本发明中，测井裂缝参数与裂缝有效性表征参数之间的相关性系数R

确定有效裂缝和不同等级裂缝对应的测井裂缝属性参数下限值，具体为具体方法如下：

C1统计研究区不同等级储层对应的裂缝有效性表征参数下限值；

C2由上述确定的测井裂缝属性参数特征值与裂缝有效性表征参数之间的定量关系，确定所述裂缝有效性表征参数下限值对应的测井裂缝属性参数特征值，并将它们作为有效裂缝和不同等级裂缝对应的敏感测井裂缝属性参数下限值。

如某油田将无阻流量小于10万方/天的储层划分为低产储层，将无阻流量介于(10,50)万方/天的储层划分为中产储层，将无阻流量大于50万方/天的储层划分为高产储层，则说明10万方/天为中产储层无阻流量下限值，50万方/天为高产储层无阻流量下限值。

四,根据获得的有效裂缝和不同等级裂缝对应的测井裂缝属性参数下限值，制定有效裂缝和裂缝等级测井综合评价标准表。

根据上述无阻流量与裂缝面孔率交会图确定的二者之间定量表征关系曲线可由上述两个无阻流量下限值确定对应的裂缝面孔率下限值，如图10所示确定的两个裂缝面孔率下限值分别为0.03％和0.05％，这两个值可分别定为有效裂缝和I类有效裂缝对应的裂缝面孔率下限值，由此可以将裂缝面孔率小于0.03％的裂缝划分为无效裂缝，将裂缝面孔率介于(0.03％，0.05％)之间的裂缝划分为II类有效裂缝，将裂缝面孔率大于0.05％的裂缝划分为I类有效裂缝。

依此类推可以确定不同等级裂缝对应的其它测井裂缝参数下限值，进而建立如表1所示的裂缝有效性及等级综合评价标准。

表1裂缝有效性及等级综合评价标准表

五,采用步骤一和步骤二的方法获得新井分层段统计的多种测井裂缝属性参数特征值；用步骤四得到的有效裂缝和裂缝等级测井综合评价标准表对上述新井对应的测井裂缝属性参数特征值进行评价，确定裂缝有效性及等级，本实施例综合评价标准表中对应评价的裂缝有效性敏感测井参数分别为裂缝面孔率、裂缝宽度、裂缝渗透率和最大主应力方向与裂缝走向夹角这四个参数。

需要说明的是，若某层段计算的裂缝属性参数没有全部位于同一类裂缝对应的裂缝属性参数标准范围内，则可按“少数服从多数”的原则或加权平均的方法确定最终的裂缝有效性和等级。本实施例中，新井的裂缝有效性敏感参数及裂缝有效性和等级评价结果如下表2所示：

表2新井的裂缝有效性敏感参数及裂缝有效性和等级评价结果

上述方法在实际储层裂缝评价中的应用结果表明，该方法评价的裂缝有效性和等级与测试得到的裂缝有效性和等级表征参数指示的裂缝等级结果一致。