[科普中国]-裂缝有效性评价

裂缝有效性的评价

1. 从裂缝的张开度来评价裂缝的有效性

对裂缝张开程度的描述,常规测井主要用双侧向曲线的差异和电阻率值,再根据图版或公式来求取张开度。但是该法受到的影响因素太多,如裂缝的产状,裂缝的组合,储层的含流体性质,钻井液的侵入特征等都将影响计算的结果,因而误差较大,用来评价其有效性的效果就很差。如用FMI 和ARI 等成像图,从裂缝在井壁上的形态特征来评价裂缝的张开度就要准确得多。

1)充填缝和张开缝的判别

张开缝以黑色的高电导异常出现；被方解石、石英等矿物充填的裂缝则以高电阻率异常出现,图像特征为亮白色(右图),很容易与有效张开缝区分。如被泥质等低阻物质充填,其图像特征亦为暗色高导异常,与有效裂缝不易区分,但在ARI、DSI 成像图上,低阻充填无效缝却无反映。

2)有效张开缝的判别完全被充填死的裂缝自然是无效裂缝,但张开缝也不全是有效缝,这里有两种无效的裂缝需要鉴别:

(1)非渗透性的细微裂缝。这种裂缝被束缚水充填,不具有渗滤性能。如石灰岩中的薄层构造,眼球状构造,其间就具有很多这种微细裂缝,它们主要被束缚水充填,故电阻率很低,且有一定的孔隙度响应,自然伽马值又不高,因而常被常规测井资料误判为渗透层；但在FMI 图像上则可清楚地看出这两种非均匀岩石构造的形态特征,从而予以排除。

(2)无效和有效人工诱导裂缝的判别。

钻具形成的微细裂缝均为无效缝。出现在致密岩层中的重泥浆压裂缝是无效缝。但出现在渗透层中则可能与天然缝连通,则成为有效裂缝。应力释放裂缝是井被钻开后才形成的裂缝,它们在地层被钻开前是闭合的,岩心中的这种裂缝内无钻井液或钻井液滤液痕迹就是证明,因而它们是无效裂缝。而且由于应力释放裂缝基本上都发生在致密层段,所以也不可能对天然裂缝有任何好的连通作用。

2.从裂缝的径向延伸特征来判断裂缝的有效性

高角度裂缝的径向延伸状况对其有效性的评价至关重要,但仅从FMI 图像上是无法看出径向延伸的,这就得靠径向探测深度较大的双侧向及ARI 测井来予以判别。但正如前面已经指出的,双侧向测井的影响因素较多,所以在应用双侧向测井资料之前必须首先FMI 图像搞清楚裂缝的产状及组合特征,消除其对双侧向测井的影响,然后才可用深、浅双侧向和高分辨率ARI 曲线组合来判断裂缝的径向延伸特征。判别原理如下:

由于浅双侧向测井的径向探测深度为30～50cm,而深双侧向和ARI 的径向探测深度在2～3m。因此对于径向延伸小于0.5m 的无效高角度裂缝,ARI 图像和深、浅双侧向都因主要反映基岩的高电阻率,故而是高电阻率特征,且电阻率差异也不大,其深浅双侧向比值小5,当裂缝径向延伸在0.5～2m 时,浅侧向就基本只受侵入带影响,而深侧向还将受到基岩电阻率较大的影响,故浅侧向电阻率明显降低,而深侧向电阻率仅略有降低,所以出现大幅度的正差异,其比值可达5～11。对于径向延伸大于2～3m 的有效高角度裂缝,以上三种参数都要受到裂缝的影响,故ARI 图像有明显的高电阻率异常,深浅电阻率也将降低,深浅双侧向正差异幅度减小,比值小于5。为了便于应用,现将裂缝径向延伸情况与深、浅双侧向电阻率及其比值范围的关系列于右表。

3.从裂缝的连通性和渗滤性来判断裂缝的有效性

裂缝连通性评价的主要问题是区分天然裂缝和诱导裂缝。前已分析了诱导裂缝的三种主要类型及天然裂缝与诱导裂缝的区分。天然裂缝的有效性明显优于诱导缝,诱导缝通常较浅,位于井眼周围的塑性形变层或进入弹性层内,仅能在FMI 图像上见到,而有效的天然裂缝则可以同时在FMI、ARI 和DSI 图像上识别(右图)。

裂缝的渗透性能综合地反映裂缝的张开度、径向延伸程度和彼此的连通程度,因而是评价裂缝有效性最好的标志。可以用斯通莱波能量衰减状况来判断裂缝渗滤性的好坏。由于斯通莱波是一种管波,它在井筒中的传播类似于一个活塞的运动,造成井壁在径向上的膨胀和收缩,当有效裂缝与井壁连通时,将使井液沿着裂缝流进或流出,造成能量衰减,使其幅度降低；反之,在无效裂缝处,则不会发生能量的衰减。但应注意泥饼的影响,因泥饼要阻止流体在裂缝和井筒之间流动。1

裂缝参数计算裂缝参数主要指裂缝张开度和裂缝孔隙度。它们可采用井壁微电阻率成像测井(FMI)计算或利用深浅双侧向电阻率进行估算。

1、用FMI信息计算裂缝参数

FMI 井壁电阻率成像仪8 个极板上装有共192 个微电极,每个电极直径为0.2in,电极间距0.1in,它能反映井壁四周的微电阻率变化,对采集到的微电阻率数据经过一系列校正处理之后形成FMI 电阻率图像。通过FMI 图像进行裂缝分析后,再利用下述公式可求出裂缝参数。1

1)裂缝张开度

式中W 一一裂缝宽度；

A 一一由裂缝造成的电导异常的面积；

RXO一一地层电阻率(一般情况下是侵入带电阻率):

Rm一一钻井液电阻率；

a,b——与仪器有关的常数，其中b接近为零。

2)裂缝孔隙度

式中

φf一一裂缝孔隙度；

Wi一一第i 条裂缝的平均宽度；

Li一第i 条裂缝在单位井段L内(一般选为1m)的长度；

D一一井径。

2、用双侧向测井信息估算裂缝参数

在没有FMI 测井信息时,可用双侧向测井信息(主要根据深浅双侧向的差异)估算裂缝张开度和裂缝孔隙度。由于双侧向信息受影响因素较多,其估算结果不如前一种方法准确。估算公式如下:

1)裂缝张开度

(1)高角度裂缝:

式中

W 一一裂缝张开度,μm；

Rm一一钻井液电阻率；

Clls--浅侧向电导率；

Clld一一深侧向电导率。

(2)低角度裂缝:

式中

W一一裂缝张开度, μm；

Rm 一一钻井液电阻率；

Cb一基岩电导率；

Clld一一深侧向电导率。

2)裂缝孔隙度

根据双重介质结构模型(基岩孔隙与裂缝孔隙),可以导出估算裂缝孔隙度内的数学模型。

式中

φf 一一裂缝孔隙度；

Cmf、CW一一钻井液滤液和地层水的电导率；

m一一裂缝地层的孔隙度指数,取值为1.1～1.8；

Clld 、Clls 一一深浅双侧向电导率。1