腰英臺(tái)地區(qū)青山口組裂縫期次及對(duì)滲流的影響

范存輝，王時(shí)林，袁云峰，潘蕾穎，羅惠芬

(1.成都理工大學(xué)，四川 成都 610059;2.西南石油大學(xué)，四川 成都 610500;3.中油冀東油田分公司，河北 唐山 063000;4.中油新疆油田分公司，新疆 克拉瑪依 834000)

引 言

腰英臺(tái)地區(qū)是松遼盆地南部的大型含油氣區(qū)，油氣資源潛力巨大，具有良好的油氣勘探前景。目前已有的研究成果表明，青山口組是松遼盆地南部典型的低孔、特低滲砂巖儲(chǔ)層，具有儲(chǔ)層致密、非均質(zhì)性強(qiáng)、天然裂縫發(fā)育等特點(diǎn)。裂縫對(duì)油氣運(yùn)移、聚集成藏起到至關(guān)重要的控制和調(diào)節(jié)作用，裂縫系統(tǒng)控制了天然氣的富集和高產(chǎn)[1]。因此，開(kāi)展該區(qū)青山口組儲(chǔ)層裂縫發(fā)育特征及期次研究，對(duì)指導(dǎo)油氣勘探與開(kāi)發(fā)意義重大。松南地區(qū)的構(gòu)造演化主要經(jīng)歷了斷陷期、拗陷期和構(gòu)造反轉(zhuǎn)期3個(gè)階段，其中嫩江組末期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和古近紀(jì)的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)是對(duì)該區(qū)影響程度最大的2次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)[2]。對(duì)于該區(qū)裂縫的研究，前人利用常規(guī)測(cè)井與實(shí)際資料的匹配，進(jìn)行了系統(tǒng)的測(cè)井解釋。但對(duì)于裂縫的發(fā)育期次及主控因素等方面尚未深入研究。利用研究區(qū)相似露頭區(qū)裂縫調(diào)查、巖心觀測(cè)、測(cè)井解釋以及實(shí)驗(yàn)測(cè)試等資料，對(duì)裂縫發(fā)育特征、形成期次等進(jìn)行了研究。

1 基本地質(zhì)特征

腰英臺(tái)地區(qū)位于松南長(zhǎng)嶺凹陷東北部，構(gòu)造上處于大情字井—老腰英臺(tái)低幅隆起帶與東部斜坡帶結(jié)合部位(圖1)。嫩江組末期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使該區(qū)淺層低幅度構(gòu)造群具雛形，古近紀(jì)的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使全區(qū)構(gòu)造反轉(zhuǎn)并最后定型[3]。 青山口組地層埋深為1 900～2 300 m，走向延伸方位近南北向，傾向西，地層傾角較緩(4～8°)，總體表現(xiàn)為一由西向東逐步升高的斜坡，區(qū)內(nèi)斷層較發(fā)育，斷層展布方向大都為北北西向，且以反向正斷層為主，斷距為20～50 m。該區(qū)青山口組沉積環(huán)境主要為三角洲前緣沉積，砂體厚度為100 m左右[4]，儲(chǔ)層具有明顯的裂縫-孔隙型儲(chǔ)層特征，因此系統(tǒng)地開(kāi)展該區(qū)儲(chǔ)層裂縫的研究，對(duì)該區(qū)氣藏高效開(kāi)發(fā)具有重要意義[5]。

2 裂縫發(fā)育特征

2.1 裂縫類型

根據(jù)巖心觀測(cè)和露頭區(qū)的裂縫調(diào)查，該區(qū)青山口組裂縫主要包括構(gòu)造裂縫和成巖縫2種基本類型。構(gòu)造縫是主要裂縫類型。構(gòu)造縫主要以高角度縫和直立縫為主(傾角大于等于75°)，廣泛分布于各種巖性中，縫面光滑平直，常貫穿巖心，產(chǎn)狀穩(wěn)定(圖2)。成巖縫主要發(fā)育在巖性界面上，通常順層面發(fā)育，產(chǎn)狀不穩(wěn)定，且多被泥質(zhì)、炭質(zhì)充填(圖3)。

圖2 直立縫(DB18-2-5井，2228.76m)

圖3 成巖縫(炭質(zhì)充填)(DB13井，2255.20m)

2.2 裂縫發(fā)育特征

根據(jù)成像測(cè)井、古地磁定向及相似露頭研究，青山口組儲(chǔ)層裂縫發(fā)育的方位為 NNE(35°±10°)、近 EW(285°±15°)、NNW(340°±15°)、NEE(65°±10°)，其中 NNE(35°±10°)、近 EW(285°±15°)向裂縫最為發(fā)育，其次是 NNW(340°±15°)、NEE(65°±10°)，其他方位裂縫發(fā)育程度相對(duì)差。巖心觀測(cè)、測(cè)井解析及薄片鑒定結(jié)果表明，裂縫充填物類型主要包括方解石、泥質(zhì)和炭質(zhì)，充填程度中等，未充填縫和半充填縫占55%左右;裂縫寬度主要集中為0.1～1.0 mm，閉合程度較高;根據(jù)野外裂縫調(diào)查及裂縫間距的空間幾何關(guān)系修正結(jié)果統(tǒng)計(jì)，該區(qū)裂縫巖心的平均線密度為0.35條/m，間距范圍為0.7～1.6 m，在平面上的延伸長(zhǎng)度為2.0～9.0 m，這些裂縫體系有效地控制了腰英臺(tái)油田青山口組儲(chǔ)層的發(fā)育與分布。

3 裂縫發(fā)育期次

3.1 裂縫充填序列與相互切割關(guān)系

根據(jù)巖心、薄片和露頭區(qū)裂縫充填物的切割關(guān)系分析，該區(qū)主要發(fā)育方解石切割方解石、方解石切割泥質(zhì)或炭質(zhì)等現(xiàn)象。根據(jù)以上分析，結(jié)合區(qū)域構(gòu)造演化史，劃分出3次裂縫充填事件[6-10]:第1期充填物是炭質(zhì)或泥質(zhì)充填，主要充填于成巖縫中，為成巖階段的產(chǎn)物;第2期主要為方解石充填，在構(gòu)造裂縫中較為發(fā)育，多為全充填或半充填;第3期主要為方解石充填在構(gòu)造裂縫中，多為未充填或半充填，少量縫見(jiàn)瀝青及油氣侵染現(xiàn)象。

3.2 Kaise實(shí)驗(yàn)測(cè)試研究裂縫發(fā)育期次

Kaise實(shí)驗(yàn)測(cè)試技術(shù)廣泛應(yīng)用于斷裂演化歷史、裂縫分期與配套、確定裂縫形成時(shí)的應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度等方面[11-12]。研究區(qū)青山口組14個(gè)樣品的Kaise效應(yīng)試驗(yàn)表明，儲(chǔ)層巖石在地質(zhì)歷史時(shí)期中經(jīng)歷了2次微破裂事件。其中，第1期裂縫發(fā)育期相當(dāng)于凱瑟效應(yīng)點(diǎn)2，為嫩江組沉積末期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)物，古構(gòu)造應(yīng)力值為45.9 MPa;第2期裂縫發(fā)育期相當(dāng)于凱瑟爾效應(yīng)點(diǎn)1，為明水組沉積末期構(gòu)造反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)物，古構(gòu)造應(yīng)力值為52.3 MPa。

3.3 裂縫充填物包裹體分析

依據(jù)裂縫中提取的充填物包裹體測(cè)定結(jié)果，可得到充填物形成時(shí)的古溫度，確定裂縫的形成期次及礦物充填期次。依據(jù)腰英臺(tái)油田青山口組裂縫充填物中的10個(gè)樣品27個(gè)測(cè)點(diǎn)測(cè)試結(jié)果(表1)，結(jié)合不同期次裂縫充填物溫度分布及其形態(tài)特征，可以劃分出2個(gè)充填期次，第1期包裹體均一溫度為70～80℃，第2期包裹體均一溫度為 90～100℃，據(jù)此判斷至少存在2期構(gòu)造裂縫。

表1 腰英臺(tái)油田青山口組裂縫充填物樣品包裹體測(cè)定成果

3.4 裂縫充填物穩(wěn)定同位素分析

15個(gè)裂縫充填物樣品同位素測(cè)定結(jié)果表明(圖4)，青山口組方解石充填的裂縫至少存在2期構(gòu)造破裂:第1期碳同位素 (δ13C)相對(duì)較輕，為-8.02‰～-3.23‰，氧同位素(δ18O)也較輕，分布范圍為-20.0‰～-14.7‰;第2期碳同位素(δ13C)相對(duì)較重，為 -1.92‰ ～ -2.22‰，氧同位素(δ18O)變化較大，分布范圍為 -20.5‰ ～-11.8‰。

圖4 裂縫中碳酸鹽自生礦物的碳、氧穩(wěn)定同位素分布

根據(jù)以上分析，結(jié)合腰英臺(tái)地區(qū)構(gòu)造演化特征，認(rèn)為該區(qū)青山口組儲(chǔ)層裂縫分3期形成:第1期為成巖過(guò)程中形成的近水平成巖裂縫，多充填泥質(zhì)或炭質(zhì)，主要是在成巖過(guò)程中形成的;第2期裂縫為構(gòu)造裂縫，主要是在嫩江組沉積末期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)作用下形成，裂縫中方解石充填較為常見(jiàn)，充填物包裹體均一溫度為70～80℃，碳同位素(δ13C)和氧同位素(δ18O)分布范圍分別為 -8.02‰ ～-3.23‰和 -20.0‰ ～-14.7‰，古構(gòu)造應(yīng)力值為45.9 MPa;第3期裂縫也為構(gòu)造裂縫，主要是在明水組沉積末期的構(gòu)造反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)作用下形成，該時(shí)期形成的少量裂縫中見(jiàn)充填方解石，但整體充填程度明顯較前2期弱，充填物包裹體均一溫度為90～100℃，碳同位素 (δ13C)和氧同位素 (δ18O)分布范圍分別為 -1.92‰ ～-2.22‰和 -20.50‰～-11.80‰，古構(gòu)造應(yīng)力值為 52.3 MPa。

4 裂縫對(duì)儲(chǔ)層滲流的影響

裂縫在低孔、低滲儲(chǔ)層中對(duì)儲(chǔ)層物性改善與油氣富集有重要影響[13]。該區(qū)裂縫多為高角度縫及直立縫，裂縫的平均間距為90 cm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于油井的直徑，所以在鉆井過(guò)程中通常采用定向鉆井，以提高鉆井遇縫率，獲得較高的產(chǎn)能。

青山口組裂縫組系較多，其發(fā)育情況與巖性、構(gòu)造及巖層厚度密切相關(guān)，裂縫組系之間有效性差別較大，其對(duì)油氣運(yùn)移和滲流的有效程度與充填程度和現(xiàn)今應(yīng)力場(chǎng)方向有關(guān)[14]。該區(qū)裂縫充填程度中等，對(duì)于充填方解石的半充填縫和充填縫，采用酸化壓裂措施提高其連通性能;該區(qū)現(xiàn)今主應(yīng)力方位為近EW向(75～90°)，與現(xiàn)今主應(yīng)力方位近于平行的近EW(285°±15°)向裂縫在地下的開(kāi)啟程度最高，該組裂縫的滲透率最大，其實(shí)際滲透率為460×10-3μm2，其次是與現(xiàn)今主應(yīng)力方位呈銳夾角的 NEE(65°±10°)向裂縫，滲透率為210×10-3μm2，NNE(35°±10°)向和 NNW(340°±15°)向開(kāi)度裂縫和滲透率最小，滲透率為40×10-3～65×10-3μm2。因此，開(kāi)發(fā)中以近 EW(285°±15°)向裂縫中流體的滲流速度最快，NEE(65°±10°)向裂縫的滲流速度其次，NNE(35°±10°)向和 NNW 向(340°±15°)裂縫的滲流速度最慢。由于各個(gè)方位裂縫的滲透率存在各向異性，因此在開(kāi)發(fā)階段布置井網(wǎng)時(shí)，要充分考慮不同方位裂縫的滲流特征，尤其是近 EW(285°±15°)向、NEE(65°±10°)向裂縫的滲流特征。同時(shí)隨著油田開(kāi)發(fā)的進(jìn)行，各個(gè)方位裂縫的滲流特征會(huì)發(fā)生不同的變化。近EW(285°±15°)向裂縫由于其與現(xiàn)代地應(yīng)力一致，初期滲透率最大，開(kāi)發(fā)過(guò)程中流體壓力和裂縫開(kāi)度下降也快，其對(duì)儲(chǔ)層的影響作用會(huì)逐漸減弱;另外幾個(gè)方位的裂縫其流體壓力和裂縫開(kāi)啟度下降較為緩慢，隨著開(kāi)發(fā)的進(jìn)行，NNW(340°±15°)、NEE(65°±10°)和 NNE(35°±10°)方向的動(dòng)態(tài)反應(yīng)會(huì)越來(lái)越明顯，此時(shí)要及時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的井網(wǎng)調(diào)整。

5 結(jié)論

(1)腰英臺(tái)油田青山口組儲(chǔ)層裂縫較為發(fā)育，主要以高角度及直立構(gòu)造剪切縫為主，該區(qū)裂縫具有寬度小(閉合)、間距大、密度小的特征，這些裂縫相互交織在一起，構(gòu)成良好的裂縫網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，有利于油氣的富集和高產(chǎn)。

(2)腰英臺(tái)油田青山口組儲(chǔ)層裂縫形成期次共3期，第1期為形成成巖期，多充填泥質(zhì)或炭質(zhì);第2期裂縫為構(gòu)造裂縫，形成于嫩江組沉積末期構(gòu)造運(yùn)動(dòng);第3期裂縫也為構(gòu)造裂縫，形成于明水組沉積末期的構(gòu)造反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

(3)研究區(qū)內(nèi)裂縫組系較多，不同組系、不同方向裂縫的滲流作用在地下各不相同。與現(xiàn)今最大主應(yīng)力方位一致的近EW向裂縫在地下開(kāi)啟程度最高，滲透率最大，在布置開(kāi)發(fā)井網(wǎng)時(shí)，要充分考慮近EW(285°±15°)向裂縫的滲流作用;而在油氣田開(kāi)發(fā)的不同階段，不同組系裂縫滲透性的動(dòng)態(tài)變化情況各不相同，要及時(shí)進(jìn)行與之相適應(yīng)的井網(wǎng)調(diào)整。

[1]范存輝，王彭，秦啟榮，等.松遼盆地杏樹(shù)崗油田低滲透儲(chǔ)層裂縫發(fā)育特征[J].特種油氣藏，2013，20(3):36-40.

[2]任戰(zhàn)利，蕭德銘，遲元林.松遼盆地古地溫恢復(fù)[J].大慶石油地質(zhì)與開(kāi)發(fā)，2001，20(1):13-15.

[3]任以發(fā)，趙曉華，田培進(jìn)，等.松南盆地長(zhǎng)嶺凹陷腰英臺(tái)區(qū)塊斷裂構(gòu)造及儲(chǔ)層特征[J].天然氣地球科學(xué)，2005，16(2):206-209.

[4]遲元林，蒙啟安，楊玉峰.松遼盆地巖性油藏形成背景與成藏條件分析[J].大慶石油地質(zhì)與開(kāi)發(fā)，2004，23(5):10-15.

[5]陳昭年，王小敏，陳珊，等.松遼盆地朝長(zhǎng)地區(qū)扶余油層的構(gòu)造演化[J]. 現(xiàn)代地質(zhì)，1996，10(3):390-396.

[6]陳慶，張立新.準(zhǔn)噶爾盆地西北緣石炭系火山巖巖性巖相特征與裂縫分布關(guān)系[J].現(xiàn)代地質(zhì)，2009，23(2):305-309.

[7]吳豐，黃丹，袁龍，等.青西油田窿六區(qū)塊儲(chǔ)層裂縫有效性研究[J].特種油氣藏，2012，19(5):42-46.

[8]宋惠珍，賈承造，歐陽(yáng)健.裂縫性儲(chǔ)集層研究理論與方法[M].北京:石油工業(yè)出版社，2001:78-82.

[9]于炳松，賴興運(yùn).克拉2氣田儲(chǔ)集巖中方解石膠結(jié)物的溶解及其對(duì)次生孔隙的貢獻(xiàn)[J].礦物巖石，2006，26(2):76-79.

[10]孫致學(xué)，孫治雷，魯洪江，等.砂巖儲(chǔ)集層中碳酸鹽膠結(jié)物特征——以鄂爾多斯盆地中南部延長(zhǎng)組為例[J]. 石油勘探與開(kāi)發(fā)，2010，37(5):543-551.

[11]馮陣東，戴俊生，鄧航，等.利用分形幾何定量評(píng)價(jià)克拉2氣田裂縫[J].石油與天然氣地質(zhì)，2011，32(6):928-939.

[12]鄧攀，魏國(guó)齊，楊泳.儲(chǔ)層構(gòu)造裂縫定量預(yù)測(cè)中地質(zhì)數(shù)學(xué)模型的建立與應(yīng)用研究[J].天然氣地球科學(xué)，2006，17(4):480-484.

[13]周新桂，張林炎，范昆.含油氣盆地低滲透儲(chǔ)層構(gòu)造裂縫定量預(yù)測(cè)方法和實(shí)例[J].天然氣地球科學(xué)，2007，18(3):328-333.

[14]彭紅利，熊鈺，孫良田，等.主曲率法在碳酸鹽巖氣藏儲(chǔ)層構(gòu)造裂縫預(yù)測(cè)中的應(yīng)用研究[J].天然氣地球科學(xué)，2005，16(3):343-346.