岩心观察与成像测井识别相结合的裂缝分类方法

2023-08-20 理论教育版权反馈

【摘要】：本次研究主要采用岩心观察和成像测井识别相结合的方法展开。图8 诱导缝成像测井图像在识别出天然裂缝和人工裂缝后，需要进一步对天然裂缝进行分类。目前天然裂缝分类方法众多，不同专家学者从不同的专业角度出发，在不同侧面认识相应的研究目标。部分水平缝为取心载荷等因素而形成的非天然破裂缝。一般将构造裂缝和成岩裂缝合成为天然裂缝，而将诱导缝单独列出。闭合缝一般指处于闭合状态的裂缝。

天然裂缝的产状多种多样，如垂直裂缝、水平裂缝、网状裂缝等。按照断裂力学的观点，裂缝是储层岩石中的初始微缺陷，在外界应力的作用下，不断扩展，最终形成的一种地质界面。因此储层岩石裂缝其实是缺陷扩展破裂作用的结果。从断裂力学的角度分析，断层也是一种裂缝。但是在油藏建模中，一般不把断层作为裂缝建模的对象。本次研究主要采用岩心观察和成像测井识别相结合的方法展开。

岩心观察是整个裂缝研究的基础，通过岩心观察可以最直观识别出裂缝的产状特征。在此基础上，结合成像资料，通过对比分析，识别有效裂缝，就可以得到单井裂缝产状分布特征，为油藏数值模拟和油田产能评价提供依据。

岩心裂缝识别的首要问题就是对裂缝进行分类，先区分岩心裂缝中的天然裂缝和人工裂缝，再进一步区分出天然裂缝中的张开型裂缝、半张开型裂缝及胶结闭合型裂缝。天然裂缝和人工裂缝的岩心判别方法主要是通过观察裂缝胶结物、裂缝迹长、裂缝表面构造和裂缝断口形态、裂缝走向特征等进行区分。天然裂缝可充填胶结物或者矿物晶体等，而人工裂缝一般没有；天然裂缝可包裹于岩心内部，而人工裂缝可切割整块岩心；天然裂缝表面构造较为平整，而天然裂缝断口可非常粗糙；天然裂缝呈组出现，且符合地质规律，而人工裂缝一般平行于岩心中心轴线方向；天然裂缝走向符合地质规律，而人工裂缝可出现花瓣状或者螺旋状裂缝。对于水力压裂缝，可在成像测井图像上出现非常明显的“并轨”特征，即在成像测井图像上有两条近似平行裂缝深色线方位角相差180度（图8）。“并轨”裂缝是钻井液压力在井壁岩层中诱发的垂直张开缝。

图8 诱导缝成像测井图像

在识别出天然裂缝和人工裂缝后，需要进一步对天然裂缝进行分类。目前天然裂缝分类方法众多，不同专家学者从不同的专业角度出发，在不同侧面认识相应的研究目标。目前常见的几种裂缝分类依据有：裂缝张开程度、裂缝产状、裂缝成因、裂缝力学性质和裂缝形态等。具体分类情况如下。

（1）裂缝张开程度

根据裂缝张开程度，按照二分法，可以将裂缝分为宏观裂缝和微裂缝。所谓微裂缝一般指裂缝开度小于100微米的裂缝。这种裂缝在裂缝与多相流渗流耦合中，需要考虑其毛管压力（见本论文第五章）。宏观裂缝一般指裂缝开度大于等于100微米的裂缝。这种裂缝在裂缝建模与多相流耦合研究中，其表面张力效应影响很小。进一步，如果对大于等于100微米的宏观裂缝再进行细分，可以将宏观裂缝划分为小裂缝、中裂缝和大裂缝。其中，小裂缝的开度一般在1000微米以下；中裂缝的开度在1毫米至5毫米之间；大裂缝一般指裂缝开度大于5毫米的。本研究的裂缝主要为微裂缝和小裂缝。

（2）裂缝产状

按照裂缝产状可以将裂缝分为水平缝、低角度缝、斜交缝、高角度缝和网状缝。水平缝一般指倾角小于15度的裂缝；低角度裂缝一般指倾角在15度至45度之间的裂缝；斜交裂缝一般指倾角在45度至75度之间的裂缝；高角度裂缝一般指倾角在75度至90度之间的裂缝；网状裂缝一般指裂缝分布比较复杂，呈网状结构的裂缝。本研究区的裂缝产状多为高角度裂缝，岩心裂缝倾角较大。部分水平缝为取心载荷等因素而形成的非天然破裂缝。

（3）裂缝成因

按照裂缝的成因可以将裂缝分为构造裂缝、成岩裂缝和诱导裂缝。一般构造裂缝指岩石的微小缺陷在构造应力场作用下不断扩展，最终形成宏观的地质结构面。储层成岩裂缝一般沉积物在压实成岩过程中演化形成的裂缝。诱导裂缝一般指在储层钻井过程中，人为造成的裂缝。一般将构造裂缝和成岩裂缝合成为天然裂缝，而将诱导缝单独列出。在油藏成藏过程中，天然裂缝发挥着巨大作用；而诱导缝在后期油气生产中发挥作用。本研究区对油气产能起贡献的裂缝主要为构造裂缝。

（4）裂缝力学性质

按照力学性质对裂缝分类的方式比较多。其中一种方式是将裂缝按照力学性质分为剪性裂缝、张性裂缝、张扭性裂缝、压性裂缝以及压扭性裂缝。剪性裂缝一般指在剪性应力环境中形成的裂缝，裂缝面较为平整，可呈“X”形出现。张性裂缝一般指在拉张性应变场环境中演化形成的裂缝，裂缝开度较小。张扭性裂缝一般是指在张性和剪性应变场共同作用下形成的裂缝，一般裂缝呈高角度裂缝，且裂缝面平直。压性裂缝一般指在压性应力场作用下形成的裂缝，裂缝开度小，多含有充填物。压扭性裂缝一般是指在压性和剪性应力场共同作用下形成的裂缝，可出现片状方解石石脉。本研究区的裂缝多为张扭性裂缝，具有一定的油气输送能力。

（5）裂缝形态

按照裂缝形态，可以将裂缝分为张开缝、闭合缝、半填充缝、全填充缝。张开缝一般指裂缝具有一定开度，且内部无充填物的裂缝。闭合缝一般指处于闭合状态的裂缝。半填充缝一般指部分被矿物充填的裂缝。全填充缝一般指全部被矿物充填的裂缝。本研究区的裂缝形态较为复杂，几种裂缝形态具占据一定比例。

岩心观察与成像测井识别相结合的裂缝分类方法

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