岩心-测井-地震信息二步匹配预测页岩储层层理缝.pdf
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1、第20卷 第1期 新疆石油天然气Vol.20 No.1 2024年3月 Xinjiang Oil&GasMar.2024基金项目:中国石油天然气股份有限公司重大现场攻关项目“水平井体积改造技术提升”子课题“新疆油田页岩/致密油气体积改造技术提升攻关与现场试验”(2021CGCGZ006)。第一作者:李嘉成(1994-),2020年毕业于中国石油大学(北京)油气井工程专业,硕士,工程师,目前从事油气田开发工程方面的研究工作。(Tel)18509901750(E-mail)通讯作者:佟亮(1988-),2012年毕业于河北联合大学石油工程专业,工程师,目前从事油气田地质工程方面的研究工作。(Tel
2、)17710556701(E-mail)文章编号:16732677(2024)01021-10DOI:10.12388/j.issn.1673-2677.2024.01.003岩心-测井-地震信息二步匹配预测页岩储层层理缝李嘉成1,田刚1,王俊超1,张腾2,佟亮2(1.新疆油田公司工程技术研究院(监理公司),新疆克拉玛依 834000;2.北京远望景盛科技发展有限公司,北京海淀 100083)摘要:页岩油勘探开发突破的关键在于储层层理缝的表征及预测,其成因机制的复杂性和影响因素的多样性致使预测技术遭遇瓶颈。在岩心和薄片尺度(mm级)层理缝识别、电阻率成像和常规测井尺度(m级)层理缝评价的基础上
3、,发现吉木萨尔凹陷芦草沟组上甜点段层理缝在白云岩储层中最发育,其次为白云质粉砂岩、泥质粉砂岩,且多发在致密储层分布区,与储层基质孔隙度具有负相关性。结合三维地震数据预测的岩性分布及反演的孔隙度分布,利用井-震信息尺度匹配技术,探索了岩心“点”、测井“线”、地震“面”递次推进的页岩储层层理缝预测技术,融合了岩心识别准确、测井曲线纵向分辨率高、三维地震数据横向连续性强的显著优势。在吉木萨尔凹陷芦草沟组27口井上甜点段进行验证,预测平均相对误差为8%,应用效果良好。该技术的应用可为吉木萨尔凹陷芦草沟组页岩油勘探开发提供有力支撑,对其他盆地页岩油储层评价亦具有重要的借鉴意义。关键词:吉木萨尔凹陷;页岩
4、油;层理缝;主控因素;信息融合;定量预测中图分类号:TE122.1文献标识码:APrediction of Bedding Fractures in Shale Reservoirs Based on Two-Step Matching Core-Logging-Seismic InformationLI Jiacheng1,TIAN Gang1,WANG Junchao1,ZHANG Teng2,TONG Liang2(1.Research Institute of Engineering Technology,PetroChina Xinjiang Oilfield Company,Kar
5、amay 834000,Xinjiang,China;2.Yu-anwang Jingsheng Technology Development(Beijing)Co.,Ltd,Haidian 100083,Beijing,China)Abstract:The key to breakthroughs in shale oil exploration and development lies in the characterization and prediction of reservoir bedding fractures.The complexity of its genetic mec
6、hanism and the diversity of influencing factors have led to bottlenecks in the pre-diction technique.Based on the identification of bedding fractures at core and thin section scale(mm),and evaluation of bedding fractures through resistivity imaging and at conventional logging scale(m),it is found th
7、at the bedding fractures in the sweet spot section of Lucaogou Formation in Jimsar Sag are the most developed in dolomite reservoirs,followed by dolomite siltstone and argilla-ceous siltstone.These fractures are predominantly found in the distribution area of tight reservoirs and exhibit a significa
8、nt negative correlation with reservoir matrix porosity.Furthermore,combined with the lithology distribution predicted by 3D seismic data and the porosity distribution from inversion,this study investigates the technique for predicting bedding fractures in shale reservoirs by advanc-ing sequentially
9、through core-points,logging-lines,and seismic-surfaces using the well-seismic information scale matching technolo-gy.This method integrates the advantages of accurate core identification,high longitudinal resolution of logging curves,and strong lat-eral continuity of 3D seismic data.The verification
10、 conducted on 27 wells in the sweet spot section of the Lucaogou Formation in Jimsar Sag shows an average relative prediction error of 8%,indicating a satisfactory application effect.This technology can provide robust support for the exploration and development of shale oil in the Lucaogou Formation
11、,and it also holds significant reference value for the 21新疆石油天然气2024年页岩油是我国重要的非常规油气勘探领域。近年来,先后在准噶尔盆地1、鄂尔多斯盆地2、渤海湾盆地3、松辽盆地4和北部湾盆地5都发现了规模储量的页岩油资源,揭示了广阔的勘探前景。勘探实践表明,页岩油藏通常无明显圈闭界限,具有源储一体、连续分布、自生自储的特征。储层孔隙度小、岩石致密,单井自然产能低,很少能达到工业油流,但在一定经济条件和技术措施下可获得工业油流,这些措施包括直井缝网压裂、水平井体积压裂等5-7。这种情况下,页岩储层中发育的天然微裂缝对产能的提高具有
12、重要意义,一方面提高了储层物性,另一方面促进了压裂过程中天然裂缝的相互沟通及裂隙系统渗流能力的提高8-11。这些天然裂缝不仅直接影响开采效益,且决定产能大小、开采周期等,开展页岩储层裂缝发育分布的预测研究对页岩甜点区预测、井位部署及制定、调整开发方案等具有非常重要的指导意义。随着准噶尔盆地吉木萨尔凹陷页岩油勘探的不断深入,诸多研究学者针对芦草沟组页岩裂缝的类型12,13、成因14,15、发育特征16与分布规律17,18等内容开展了大量研究,普遍认为芦草沟组页岩储层主要发育层理裂缝,其次为构造裂缝。构造裂缝的成因主要是水平构造挤压和构造抬升剥蚀;而层理缝则主要是构造成岩作用和生烃排酸溶蚀成因。目
13、前页岩储层裂缝研究方法主要集中在三个方面:岩心研究侧重于描述裂缝成因、形成期次等19-21,定量应用仍然面临困难;测井评价主要利用电阻率成像测井识别并计算出裂缝参数,如裂缝孔隙度、裂缝宽度、裂缝密度等22-24,对单井裂缝发育带能较好评价但空间预测彰显不足;地震评价则主要通过曲率属性25-27、各向异性方位属性等明确裂缝发育程度的相对高低28,29,难以获得准确参数。前人在裂缝成因机理和有效性研究方面较为深入19-21,30,31,而在不同类型裂缝发育主控因素分析及定量预测方面研究深度尚不够,裂缝空间分布预测以地震手段为主,分辨率低、多解性强。因此,笔者以准噶尔盆地吉木萨尔凹陷芦草沟组页岩油“
14、上甜点段”为例,在岩心层理缝识别基础上,通过测井信息评价裂缝纵向发育程度,结合三维地震资料,对页岩储层裂缝空间展布进行预测,形成了一项岩心“点”、测井“线”、地震“面”递次推进的页岩储层层理缝预测技术。1 地质概况吉木萨尔凹陷位于准噶尔盆地东南部,是一个西断东超的典型箕状凹陷,南、北分别以吉木萨尔、北三台断裂为界,勘探面积大约1 280 km2,见图1(a)。芦草沟组为浅湖深湖沉积体系,主要发育砂质白云岩、白云质粉砂岩、泥质粉砂岩、白云质泥岩、白云岩、泥页岩等32-35,地层厚度100350 m,是凹陷内主要烃源岩,也是页岩油的主要赋存层系。前人根据岩性和物性的差异将页岩储层在纵向上划分为上、
15、下两个页岩储层“甜点段”36,37,分别位于芦一段和芦二段,主要分布在凹陷中部。就储层岩性而言,页岩油主要富集在砂质白云岩、泥质粉砂岩和白云质粉砂岩中,呈现为多期薄层叠置特征,见图1(b)。整体上,储层孔隙度与渗透率没有明显的单调相关性,见图2。裂缝发育的储层,孔隙度分布在0.4%24.7%,平均6.26%;渗透率分布在0.119.98 mD,平均2.83 mD。而裂缝不发育的储层,孔隙度与其相差不大(0.3%23.6%,平均9.18%),但渗透率显著降低(0.0041.94 mD,平均0.03 mD)。层理缝给油气渗流提供了优势通道,岩心观察过程中也时常发现原油沿着裂缝面有明显的外渗现象,见
16、图3。吉木萨尔凹陷芦草沟组页岩油储层具有源储一体的典型特征,含油性与储层岩性、物性的相关性较好,基本不受构造控制。2 裂缝类型及识别根据前人提出的裂缝成因分类方案6,21,通过岩心观察、电子计算机断层扫描(CT)38,结合对薄片、扫描电镜及电阻率成像测井图像的研究分析结果,对研究区内27口重点井芦草沟组的页岩储层甜点段进行了裂缝识别,见图4。识别裂缝主要包括构造缝、非构造缝两大类,非构造缝以层理缝为主,其次为异常高压缝,并分别统计发育情况。层理缝是吉木萨尔凹陷芦草沟组最常见的一类非构造裂缝。通过岩心观察可以发现,这类裂缝在空间上沿着岩层的层理走向延伸且通常延伸较远,尤其是在水平地层中的发育规模
17、较大(图4(a)图4(c),红色箭头指示层理缝)但张开度较小,地层条件下以闭合状态为主。在层理缝形成早期,若有烃类充注,裂缝会作为储集空间保存下来,否则将会成为地质流体evaluation of shale oil reservoirs in other basins.Key words:Jimsar Sag;shale oil;bedding fracture;main controlling factor;data fusion;quantitative prediction引用:李嘉成,田刚,王俊超,等.岩心-测井-地震信息二步匹配预测页岩储层层理缝 J.新疆石油天然气,2024,20(
18、1):21-30.Cite:LI Jiacheng,TIAN Gang,WANG Junchao,et al.Prediction of bedding fractures in shale reservoirs based on two-step matching core-logging-seismic information J.Xinjiang Oil&Gas,2024,20(1):21-30.22李嘉成,等:岩心-测井-地震信息二步匹配预测页岩储层层理缝第20卷 第1期DoDocDocoDumentPorDoDreoersCo lnr:yan:ya的重要运移路径,过程中可能由于复杂的
19、流-岩作用形成石英、方解石沉淀(图4(d),阻滞地质流体的运移,降低裂缝的有效性。通过薄片和电镜扫描图像发现,层理缝较窄,一般绕过较硬的矿物颗粒向前延伸,呈现为蚯蚓状,见图4(e)、图4(f)。在电阻率成像测井图上,层理缝由于开启程度和充填物性质的不同整体表现为深黑色或亮白色线条特征,见图4(g)4(i)。电阻率成像测井图上红色线条为层理缝,绿色线条为缝合线,蓝色线条为低角度斜交缝,层理缝的线条图像宽度有细微的变化、不均一,这也是与层理图像的典型区别39。通过对27口井的芦草沟组甜点段成像测井图像进行解释分析,详细统计了裂缝类型占比和倾角情况,见图5。绝大多数井层理缝发育较多,平均占比约68%
20、,只有4口井的高导缝占比约37%,极个别井发育少量诱导缝和高阻缝,见图5(a);层理缝基本上都是水平缝,高导缝以高角度斜交缝为主,有少量垂直缝,见图5(b)。考虑到层理缝为吉木萨尔凹陷芦草沟组页岩储层的主要裂缝类型,因此下文着重针对层理缝开展预测方法研究。3 层理缝预测技术3.1 方法原理层理缝发育主控因素分析是构建其发育程度预测方法的关键和基础。本次研究充分调研了前人对芦草沟组层理缝发育影响因素的研究成果1,6,15,18-21,发现这些影响因素虽然繁多复杂,但总体上可划分为内在因素和外在因素两大类。其中内在因素主要包括储层经历的沉积作用、矿物组成、岩性及有机碳含量和储层厚度等20,31,3
21、3,35,外在因素主要是构造位置、应力变化和局部断裂等。实际上,这些影响因素既单图1 吉木萨尔凹陷芦草沟组构造地质特征Fig.1 Structural geological characteristics of the Lucaogou Formation,Jimsar Sag图2 吉木萨尔凹陷芦草沟组页岩储层物性特征Fig.2 Porosity vs.permutability for the shale reservoirs in the Lucaogou Formation,Jimsar Sag23新疆石油天然气2024年独作用又彼此联系、相互制约,在层理缝发育程度预测过程中若同时考虑全
22、部影响因素,显然难以实现。系统分析前人研究成果发现,各内在因素对层理缝发育的影响程度差异都与储层岩性及其基质孔隙度相关,尤其当储层基质孔隙度较低时,层理缝更易发育。认为储层基质致密(低基质孔隙度)是促进裂缝发育的有利因素。前期有不少学者对外在因素对层理缝发育程度的影响进行过分析7,12,21,笔者认为吉木萨(a)JX-1井X796.1 m井段岩心照片;(b)JX-2井X929.9 m井段岩心照片;(c)JX-3井X294.3 m井段岩心照片;(d)JX-4井X769.4 m井段铸体薄片;(e)JX-5井X859.3 m井段铸体薄片;(f)JX-4井X966.6 m井段铸体薄片;(g)X-2井X
23、755.9X756.9 m井段测井FMI图像;(h)JX-4井X244.4X245.4 m井段测井FMI图像;(i)JX-4井X159.7X160.7 m井段测井动态FMI图像图4 吉木萨尔凹陷芦草沟组页岩层理缝图像特征Fig.4 Imaging characteristics of shale bedding fractures of the Lucaogou Formation,Jimsar Sag图3 吉木萨尔凹陷JX-1井芦草沟组岩心原油沿层理外渗现象Fig.3 Seepage of crude oil through bedding fractures of the cores in
24、 the Lucaogou Formation,Well JX-1,Jimsar Sag尔凹陷芦草沟组整体比较平缓,虽然经历了多期构造运动,但凹陷内部的构造作用较弱,主应力方向没有明显的变化,且没有发育大量的断裂,这对页岩储层层理缝的发育影响较小。综合分析认为,内在储层因素是影响层理缝发育的关键,外因影响较小,因此,本研究是基于三维地震岩相预测结果开展层理缝发育预测。层理缝预测过程中,为了充分发挥岩心“点”和测井“线”研究的优势40,利用22口井59个层段的岩心层理缝识别、测井图像层理缝拾取和常规测井解释岩性、储层基质孔隙度结果,制作出不同岩性储层基质孔隙度与层理缝发育程度的交会图,见图6。可
25、以看出,吉木萨尔凹陷芦草沟组三种主要岩性储层层理缝线密度与储层基质孔隙度整体均呈现良好负相关。主要原因为低基质孔隙度的致密储层在相同构造作用下比高基质孔隙度的储层更容易产生裂缝,这是本研究预测层理缝的基本原理。进一步数学统计二者的相关系数高达0.764 9,其表达式如下:图6 研究区页岩储层平均基质孔隙度与层理缝线密度关系图Fig.6 Average matrix porosity vs.bedding fracture density for the shale reservoirs in the study areaBFdRI=3.3561e-0.064RI(1)BFdRI=i=1nNOL
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