庫車坳陷大北氣田砂巖氣層裂縫分布規(guī)律及其對產(chǎn)能的影響

王振宇，陶夏妍，范 鵬，張福祥，牛新年

（1.西南石油大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，四川成都610500；2.中國石油塔里木油田分公司，新疆庫爾勒841000）

庫車坳陷大北氣田砂巖氣層裂縫分布規(guī)律及其對產(chǎn)能的影響

王振宇1，陶夏妍1，范 鵬1，張福祥2，牛新年2

（1.西南石油大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，四川成都610500；2.中國石油塔里木油田分公司，新疆庫爾勒841000）

在庫車坳陷山前多期推覆疊瓦構(gòu)造背景下，大北氣田普遍發(fā)育裂縫。利用野外露頭、巖心、成像測井和試井等資料，對大北氣田巴什基奇克組砂巖氣層裂縫特征、分布規(guī)律及其對產(chǎn)能的影響進(jìn)行研究。研究區(qū)裂縫類型包括構(gòu)造裂縫和非構(gòu)造裂縫，其中構(gòu)造裂縫占95%，以高角度單一裂縫和網(wǎng)狀裂縫為主，低角度構(gòu)造裂縫較少；近南北向裂縫最為發(fā)育，其次為近東西向，裂縫主體走向與現(xiàn)今主應(yīng)力方向基本一致，總體具有密度大、張開度小、充填程度高等特征。垂向上，巴二段比巴三段裂縫更發(fā)育，儲層滲透性能更好；平面上，裂縫主要分布于背斜翼部及斷層附近等應(yīng)力集中區(qū)，核部相對不發(fā)育。裂縫對單井產(chǎn)能的影響主要表現(xiàn)為對滲透率的改善，裂縫對滲透率的提升可達(dá)2～4個數(shù)量級，其中裂縫面縫率和裂縫密度與產(chǎn)能的相關(guān)性較好，裂縫張開度為產(chǎn)能的必要非充分條件。

裂縫特征裂縫分布規(guī)律構(gòu)造裂縫主應(yīng)力方向產(chǎn)能大北氣田庫車坳陷

在碎屑巖中，對裂縫可作為油氣儲集空間和溝通孔隙“橋梁”的認(rèn)識已達(dá)成廣泛共識［1-4］，尤其在特低孔特低滲透砂巖儲層中，裂縫更是決定產(chǎn)能的關(guān)鍵因素。在現(xiàn)今對天然氣資源的迫切需求下，向特低孔特低滲透裂縫型砂巖氣藏進(jìn)軍已迫在眉睫［5］。近年在庫車坳陷油氣勘探中，隨著勘探程度的提高，相繼發(fā)現(xiàn)大北、克拉、依南、吐孜和迪那等一系列氣田，已成為西氣東輸?shù)闹匾獨(dú)庠吹亍?/p>

前人從野外露頭、巖心、三維高分辨率地震資料、常規(guī)測井和成像測井等方面入手，運(yùn)用分形學(xué)和數(shù)值模擬等方法對裂縫進(jìn)行了定性—半定量研究［6-10］。但野外露頭裂縫參數(shù)偏大，而巖心取樣少且在裂縫發(fā)育段易破裂，高分辨率地震資料在沙漠地區(qū)不易采集，常規(guī)和成像測井僅用數(shù)學(xué)計(jì)算手段等，致使裂縫真實(shí)性有待考證，這一系列因素制約著對裂縫的精細(xì)分析。筆者通過分析大北氣田主力氣層巴什基奇克組已有的露頭、巖心、成像測井及試井等資料，運(yùn)用巖心和成像解釋圖像對比校正等手段，對研究區(qū)裂縫類型、參數(shù)定量描述、分布規(guī)律以及裂縫對產(chǎn)能的影響等方面進(jìn)行研究，以期對庫車坳陷后期裂縫研究提供參考，并為氣藏開發(fā)提供指導(dǎo)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

大北氣田位于庫車坳陷克拉蘇構(gòu)造帶西緣，受北部造山帶影響，發(fā)育克拉蘇與拜城北2條主斷裂，斷層面上陡下緩，并向下匯攏成1條主斷裂［11］。2條主斷裂所夾持的楔形體內(nèi)派生一系列次級逆沖斷層，形成了由北向南的逆沖疊瓦構(gòu)造（圖1）。研究區(qū)自下而上鉆遇亞格列木組、舒善河組、巴西蓋組、巴什基奇克組及庫姆格列木群。巴什基奇克組沉積時期庫車坳陷緊靠南天山，地貌北高南低，物源充足，巴什基奇克組可細(xì)分為3個亞段［12］。巴一段為高位體系域辮狀河沖積平原沉積，以褐色中細(xì)砂巖為主，泥巖夾層薄而少；巴二段為辮狀河三角洲沉積，以褐色中細(xì)砂巖夾薄層泥巖為主，有相對較純的泥巖薄層出現(xiàn)；巴三段為沖積扇—扇三角洲沉積，巖性變粗，出現(xiàn)砂礫巖，泥巖夾層變厚。受剝蝕作用影響，大北氣田整體缺失巴一段。研究區(qū)巴什基奇克組巖心孔隙度為0.68%～11.21%，滲透率為0.000 2×10-3～3.46×10-3μm2；測井解釋孔隙度主要為1.00%～15.62%，滲透率一般小于0.1×10-3μm2，屬于低孔低滲透—特低孔特低滲透裂縫型砂巖氣藏。

圖1 大北氣田區(qū)域構(gòu)造

2 裂縫定量描述

裂縫定量描述參數(shù)包括裂縫的類型、級別、組合關(guān)系、產(chǎn)狀、密度、延伸長度、張開度、面縫率和縫充填率等，其中前7個參數(shù)屬于常用裂縫描述參數(shù)，后2個參數(shù)對后期開發(fā)具有重要意義。

按與構(gòu)造作用的關(guān)系可以將裂縫分為構(gòu)造裂縫和非構(gòu)造裂縫，大北氣田巴什基奇克組構(gòu)造裂縫比例約占95%，廣泛分布于各類巖性中，裂縫常成組出現(xiàn)，縫面多光滑，少見后期局部擴(kuò)溶特征，裂縫充填程度較高，多被硅質(zhì)、鈣質(zhì)、泥質(zhì)和膏質(zhì)充填，少量被瀝青和鐵質(zhì)充填。研究區(qū)非構(gòu)造裂縫較少，對地層油氣滲流貢獻(xiàn)小。

2.1 野外露頭分析

野外露頭資料是裂縫研究的基礎(chǔ)，其研究技術(shù)簡單，能形象直觀地反映裂縫宏觀參數(shù)。研究區(qū)露頭區(qū)裂縫走向以北西—南東向最發(fā)育，傾向以北東向?yàn)橹?，少量北西向，傾角為5.8°～85°，組合形態(tài)以單一裂縫和網(wǎng)狀裂縫為主，見少量X型剪切裂縫和Y型裂縫，裂縫張開度為0.9～22.3 mm，裂縫延伸長度為0.001～17.8 m，裂縫密度為0.4～7.3條/m，多為3.0～5.0條/m，說明大北氣田受多期推覆構(gòu)造作用影響，裂縫十分發(fā)育，裂縫參數(shù)變化大，組合形態(tài)多樣。

2.2 巖心分析

研究區(qū)巖心裂縫主要發(fā)育在棕褐色細(xì)—中砂巖中，泥質(zhì)粉砂巖、泥巖和含礫砂巖中少量分布，其中大縫約占4%，中縫占19%，小縫占77%，組合形態(tài)以單一裂縫、網(wǎng)狀裂縫為主，其次為X型剪切裂縫，少見Y型裂縫。巖心上可見3期裂縫，第3期斜交裂縫切割第2期低角度裂縫和第1期高角度裂縫，第2期低角度裂縫切割第1期高角度裂縫，縫面多平直。通過巖心地磁定向分析統(tǒng)計(jì)，裂縫主體走向?yàn)榻媳毕?；傾向以北東向?yàn)橹?，少量北西向，與野外露頭裂縫方位統(tǒng)計(jì)結(jié)果一致；裂縫多為高角度裂縫，次為近垂直裂縫，傾角為60°～85°，傾角低于30°的裂縫少見。巖心裂縫密度主要為1～4.1條/m，平均為2.1條/m，裂縫張開度為0.1～1，1～3 mm及大于3 mm所占比例分別為74.6%，21.3%和4.1%，面縫率平均值為0.58%，裂縫充填率達(dá)74.6%，說明大北氣田單裂縫參數(shù)雖小，但裂縫發(fā)育密度大，且多為高角度裂縫，是庫車坳陷超深超壓條件下仍能形成大型氣田的決定因素。

2.3 成像測井分析

對于取心井段，采用網(wǎng)格法對巖心的裂縫參數(shù)進(jìn)行定量統(tǒng)計(jì)，可獲得相關(guān)裂縫參數(shù)，但由于研究區(qū)新鉆井取心越來越少，僅對巖心裂縫參數(shù)進(jìn)行定量統(tǒng)計(jì)顯然無法滿足裂縫研究的需要。因此，引入了FMI/EMI成像測井統(tǒng)計(jì)方法，該方法以網(wǎng)格法為基礎(chǔ)，在鉆井信息和參數(shù)信息準(zhǔn)確獲取的前提下，對取心井段成像裂縫參數(shù)進(jìn)行定量統(tǒng)計(jì)，并將統(tǒng)計(jì)結(jié)果與巖心定量統(tǒng)計(jì)結(jié)果對比，可得出一個經(jīng)驗(yàn)差值，然后將其應(yīng)用于獲取未取心段裂縫參數(shù)。

通過統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)MI識別0.1 mm以上裂縫的概率可達(dá)90%。據(jù)研究區(qū)10口井成像測井裂縫統(tǒng)計(jì)，裂縫主要發(fā)育在巴二段和巴三段，共統(tǒng)計(jì)裂縫1 710條，其中小縫占絕對優(yōu)勢，共計(jì)1 475條，占86.3%；中縫約占10.9%；大縫所占比例最低，僅為2.8%。裂縫多成組出現(xiàn)，具單一傾向，局部受多期應(yīng)力作用，裂縫交織成網(wǎng)狀。裂縫傾向以北東、南西向?yàn)橹?，北西向次之，南東向裂縫最少；裂縫傾角較大，多為50°～80°，平均為61°；裂縫密度受斷層和褶皺控制特征顯著，各單井裂縫密度最小為0.19條/m，最大為1.97條/m，主要為0.50～1.20條/m；裂縫面縫率最小為0.12%，最大為1.72%，主要為0.20%～0.65%，成像測井統(tǒng)計(jì)結(jié)果比野外露頭裂縫參數(shù)小，與巖心裂縫統(tǒng)計(jì)差值在合理誤差范圍內(nèi)。

3 裂縫分布規(guī)律

3.1 垂向分布規(guī)律

大北氣田巴什基奇克組裂縫具有分布范圍廣、參數(shù)變化大的特征。垂向上，裂縫在各亞段內(nèi)整體呈均勻分布，局部具有差異性。其中巴二段裂縫綜合參數(shù)優(yōu)于巴三段，巴二段裂縫密度約為巴三段的1.3～2倍，說明在相同構(gòu)造應(yīng)力作用下，辨狀河三角洲相沉積的砂體比沖積扇—扇三角洲相沉積的砂體更易產(chǎn)生裂縫，可能與2類相帶的泥質(zhì)含量和結(jié)構(gòu)成熟度有較大關(guān)系，泥巖層和含砂泥巖層中裂縫相對不發(fā)育。

裂縫傾向、傾角分布特征從上至下由多變性逐漸過渡為單一性，以大北202井為例（圖2），巴二段上部裂縫傾向具多方位性，傾角呈現(xiàn)高、低角度組合特征，表明上部裂縫更易組合成網(wǎng)狀；巴二段下部和巴三段上部裂縫傾向具有一個主體優(yōu)勢方位和一個相反的次級方位，裂縫傾角均較大，裂縫組合成Y和X型剪切縫；巴三段下部裂縫傾向單一，裂縫傾角為64°～88°，裂縫多為單一裂縫，總體表現(xiàn)為裂縫密度向下逐漸變小、單條裂縫張開度和面縫率向下逐漸變大的特征。

圖2 大北202井巴什基奇克組裂縫綜合評價

3.2 平面分布規(guī)律

以古應(yīng)力場為基礎(chǔ)，結(jié)合10口井裂縫數(shù)據(jù)和構(gòu)造曲率特征，對大北氣田裂縫平面分布規(guī)律進(jìn)行了分析。平面上裂縫參數(shù)由北向南逐漸減小，受小型構(gòu)造影響可局部增大。裂縫主要分布于背斜翼部和斷層附近等古應(yīng)力集中區(qū)，如位于背斜翼部的大北201井和斷層附近的大北103、大北104井裂縫密度均較高；逆沖擠壓背斜多與斷層伴生，核部形態(tài)寬緩，構(gòu)造曲率低，裂縫相對不發(fā)育，局部區(qū)域小斷層發(fā)育可使核部裂縫密度增大，如大北202井（圖3）。雖然裂縫主要發(fā)育在背斜翼部和斷層附近，核部相對不發(fā)育，但核部裂縫多以張性裂縫為主，滲透性較好；翼部裂縫多為剪切裂縫和網(wǎng)狀裂縫，裂縫張開度小，滲透性較差；斷層上盤裂縫發(fā)育且多為高角度張性裂縫，是滲透性最好的部位。因此，選取井位時應(yīng)綜合考慮構(gòu)造部位和裂縫分布規(guī)律。

圖3 大北氣田巴什基奇克組裂縫平面分布

4 裂縫對產(chǎn)能的影響

庫車坳陷大北氣田作為埋深超過5 000 m的異常高壓氣藏［13］，在低孔低滲透—特低孔特低滲透的條件下，卻能獲得高產(chǎn)氣流，其決定因素是研究區(qū)普遍發(fā)育的裂縫網(wǎng)絡(luò)。裂縫對產(chǎn)能的影響主要體現(xiàn)在對滲透率的改善方面，通常在滲透率研究過程中會接觸到試井滲透率、巖心測試滲透率以及測井滲透率，一般試井滲透率比巖心測試滲透率及測井滲透率高數(shù)倍甚至1～2個數(shù)量級［14］，說明巖心和測井滲透率受采樣和井位影響較大，而試井滲透率反映測試動態(tài)半徑區(qū)域內(nèi)的總體滲流特征，是地層的真實(shí)滲透率，裂縫網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)作用顯著。通過對小巖塞和全直徑巖心進(jìn)行物性測試，并做孔滲交會分析，結(jié)果顯示無縫樣品孔隙度與滲透率具線性相關(guān)性，隨孔隙度增加巖心滲透率也略有增大；當(dāng)巖心裂縫發(fā)育時，孔隙度變化不明顯，而滲透率成倍增長，裂縫張開度越大、延伸越長，滲透率甚至可增大2～4個數(shù)量級（圖4）。

圖4 大北氣田孔隙度與滲透率相關(guān)性分析

庫車坳陷儲層總體上具有物性差、非均質(zhì)性強(qiáng)等特征，裂縫發(fā)育特征和發(fā)育規(guī)模成為控制氣井產(chǎn)能的關(guān)鍵。研究發(fā)現(xiàn)，地下宏觀裂縫在區(qū)域古應(yīng)力大于巖石剪切破裂壓力時產(chǎn)生，是區(qū)域古應(yīng)力的反應(yīng)，也是裂縫發(fā)育型砂巖氣藏滲流的導(dǎo)向因子，而區(qū)域普遍發(fā)育的微裂縫能提升顯著氣藏的滲流能力。

分析大北氣田各單井測試層段裂縫面縫率、密度、張開度和裂縫視長度與米采氣系數(shù)的關(guān)系（圖5）發(fā)現(xiàn)，裂縫面縫率與米采氣系數(shù)相關(guān)性最好，面縫率越大，單井米采氣系數(shù)越高，因?yàn)槊婵p率是裂縫密度、張開度和傾角的函數(shù)，屬于裂縫綜合指標(biāo)；裂縫密度與米采氣系數(shù)相關(guān)性次之，當(dāng)其他條件不變時，裂縫密度越大，單位體積內(nèi)油氣滲流通道越多，滲流能力越強(qiáng)，二者能較好反映裂縫對產(chǎn)能的影響；裂縫張開度與米采氣系數(shù)相關(guān)性中等，產(chǎn)能高的井裂縫張開度大，但裂縫張開度大，產(chǎn)能卻不一定高，換言之，裂縫張開度為產(chǎn)能的必要非充分條件；裂縫視長度（單位面積井壁上裂縫長度之和）與米采氣系數(shù)相關(guān)性最差，受成像測井和巖心采樣井筒直徑影響較大。

圖5 大北氣田裂縫參數(shù)與產(chǎn)能相關(guān)性分析

裂縫張開度是影響產(chǎn)能的重要因素，與構(gòu)造應(yīng)力場、裂縫產(chǎn)狀、埋深及充填程度有關(guān)。在埋深變化較小的情況下，構(gòu)造高部位、斷背斜附近和逆斷層上盤裂縫張開度大，張性裂縫比例高，反映庫車坳陷山前經(jīng)多期逆沖構(gòu)造活動，破裂帶附近剪切應(yīng)力釋放，斷層上盤和背斜核部拉張應(yīng)力增強(qiáng)，裂縫張開度變大。

裂縫張開度還受裂縫產(chǎn)狀的影響，當(dāng)裂縫走向與現(xiàn)今主應(yīng)力方向一致或夾角較小時，裂縫張開度大，裂縫滲透率高。根據(jù)成像測井井壁應(yīng)力釋放縫統(tǒng)計(jì)和水力壓裂分析，大北氣田現(xiàn)今主應(yīng)力方向?yàn)榻媳毕?，裂縫走向與主應(yīng)力方向一致的井米采氣系數(shù)均較高；裂縫傾角越大，裂縫張開度也相對越大［15］。如大北202井巴二段平均裂縫傾角為60°，平均裂縫張開度為0.72 mm；巴三段平均裂縫傾角為71°，平均裂縫張開度為1.04 mm，從巖性、巖相分析巴二段發(fā)育裂縫的各項(xiàng)參數(shù)應(yīng)優(yōu)于巴三段，且巴三段埋深更大，靜巖圍壓條件下裂縫張開度應(yīng)更小，但實(shí)際巴三段裂縫張開度更大，說明裂縫傾角對裂縫張開度的影響比地層靜壓和巖性、巖相的影響更顯著。在相同靜巖圍壓作用下，發(fā)育高角度裂縫的地層，基質(zhì)主要承受上覆靜壓，裂縫面兩側(cè)壓力小，縫面不易閉合，張開度大；對低角度裂縫而言，靜巖圍壓經(jīng)基質(zhì)傳遞，縫壁兩側(cè)壓力仍較高，裂縫易減小甚至閉合，滲透率降低。此外裂縫充填率也會影響裂縫張開度，但在后期開發(fā)過程中采用合理的酸壓改造措施可使早期充填裂縫和閉合裂縫重新打開，提高單井產(chǎn)能。

5 結(jié)論

庫車坳陷山前大北氣田巴什基奇克組裂縫普遍發(fā)育，可分為構(gòu)造裂縫和非構(gòu)造裂縫，其中構(gòu)造裂縫以高角度單一裂縫和網(wǎng)狀裂縫為主，低角度裂縫較少；近南北走向裂縫最發(fā)育，其次為近東西向?？傮w上，裂縫具有密度大、張開度小、充填率高等特征。垂向上，巴二段比巴三段裂縫更發(fā)育、傾向方位變化亦更多，裂縫更易組合成網(wǎng)狀，儲層滲透性更好；平面上，裂縫主要分布于背斜翼部和斷層附近等應(yīng)力集中區(qū)，背斜核部寬緩，構(gòu)造曲率小，裂縫相對不發(fā)育，但多為張性裂縫。

裂縫對單井產(chǎn)能的影響主要表現(xiàn)為對滲透率的改善，裂縫對滲透率的提升可達(dá)2～4個數(shù)量級，其中裂縫面縫率和裂縫密度與產(chǎn)能的相關(guān)性最好，裂縫張開度為產(chǎn)能的必要非充分條件，在后期開發(fā)過程中通過酸壓改造重新開啟充填、閉合裂縫，可提高井網(wǎng)內(nèi)單井產(chǎn)能。

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編輯經(jīng)雅麗

TE112.2

A< class="emphasis_bold">文章編號：1

1009-9603（2014）02-0051-06

2013-11-21。

王振宇，男，副教授，博士，從事沉積儲層研究。聯(lián)系電話：13909073811，E-mail：wangzhenyu1964@163.com。

國家科技重大專項(xiàng)“塔里木盆地臺盆區(qū)海相碳酸鹽巖油氣成藏條件有利區(qū)帶評價及勘探目標(biāo)優(yōu)選研究”（2008ZX05004-004），四川省重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目（SZD0414）。