川西坳陷大邑構(gòu)造須三段儲層裂縫類型及控制因素

劉崇瑞，顏丹平，李書兵

（1.中國石化勝利油田分公司石油開發(fā)中心有限公司，山東 東營257000；2.中國地質(zhì)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京100083；3.中國石化西南油氣分公司勘探開發(fā)研究院，四川 成都610000）

0 引言

低滲透儲層中，裂縫是油氣運移的主要通道，控制著油氣藏的形成與分布［1-5］，對油氣成藏起著關(guān)鍵性的作用［6-8］，裂縫的存在可以大大提高儲層的儲集和滲透能力。

川西坳陷大邑構(gòu)造須家河組三段典型的低滲透性砂巖儲層中，裂縫同樣是流體滲流和油氣運移的主要通道，控制著該區(qū)油氣藏的形成與分布［9-14］，但目前對此研究較少，對裂縫的發(fā)育特征及控制因素還認識不清。本文通過巖心裂縫的系統(tǒng)觀測和巖石力學(xué)實驗，對該區(qū)須三段儲層的裂縫類型及發(fā)育特征進行描述和分析，探討了構(gòu)造裂縫發(fā)育的控制因素，為該區(qū)裂縫性低滲透油氣藏的勘探開發(fā)提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

大邑構(gòu)造位于成都市大邑縣城西部，行政隸屬于成都市大邑縣與崇州市，構(gòu)造上位于川西坳陷西南部，西鄰霧中山-三河場構(gòu)造，東為什邡-邛崍中央向斜帶，北與金馬-鴨子河構(gòu)造斜列相接，南與邛西構(gòu)造相接（見圖1）。圖中①為霧中山構(gòu)造，②為大邑構(gòu)造，③為火井構(gòu)造，④為邛西構(gòu)造，⑤為三河場構(gòu)造，⑥為平落壩構(gòu)造。

圖1 大邑構(gòu)造區(qū)域構(gòu)造位置

2 裂縫類型及發(fā)育特征

根據(jù)巖心觀察，該區(qū)低滲透砂巖儲層裂縫可以分為構(gòu)造裂縫、成巖裂縫和異常高壓裂縫等3 種類型。

2.1 構(gòu)造裂縫

構(gòu)造裂縫形成于區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力作用下［15-18］。由于多期構(gòu)造運動的疊加，該區(qū)構(gòu)造裂縫走向主要有近EW、NEE—SWW、NW—SE 和近SN 4 個優(yōu)勢方位，裂縫延伸較遠，分布比較規(guī)則（見圖2a，2b），對油氣的形成與分布影響最大。

2.2 成巖裂縫

成巖裂縫是在巖石形成的過程中，由于上覆巖層的壓力和本身失水收縮、干裂或重結(jié)晶等作用產(chǎn)生的。受層理限制，成巖裂縫多平行于層面發(fā)育，縫面常彎曲，形狀不規(guī)則，且有分枝現(xiàn)象（見圖2c）。成巖裂縫在該區(qū)發(fā)育程度有限，而且由于埋藏較深，在靜巖壓力作用下常呈閉合狀態(tài)，對油氣的控制作用較小。

2.3 異常高壓裂縫

異常高壓裂縫在特定應(yīng)力狀態(tài)下形成，而這種應(yīng)力狀態(tài)主要是由于異常流體高壓形成的。在該區(qū)，異常高壓裂縫通常表現(xiàn)為被碳質(zhì)或瀝青充填的裂縫脈群，裂縫脈群以近水平者為主，且與層面近平行。單條縫脈大多呈透鏡狀、薄板狀或不規(guī)則狀，末端分叉或不分叉，逐漸變細尖滅或截然終止，多條縫脈互相交織呈網(wǎng)狀（見圖2d）。裂縫脈群的分布明顯受到巖性和層面的制約，多數(shù)脈體具有與層面近平行的趨勢，在該區(qū)主要發(fā)育在中粒砂巖和粗砂巖中。由于異常高壓裂縫反映了該區(qū)曾經(jīng)經(jīng)歷過異常高壓的作用，對認識該區(qū)油氣成藏過程與成藏規(guī)律具有重要意義。

圖2 大邑地區(qū)巖心裂縫

3 裂縫發(fā)育的控制因素

通過巖心觀察認為，成巖裂縫和異常高壓裂縫在本區(qū)發(fā)育程度不高，對油氣的滲透和運移影響較小。構(gòu)造裂縫為該區(qū)的主要裂縫類型，而且是將3 種裂縫相互聯(lián)系的有利渠道，對油氣的形成與分布影響最大。本文研究認為，該區(qū)構(gòu)造裂縫發(fā)育程度主要與構(gòu)造應(yīng)力場、構(gòu)造位置、巖石力學(xué)性質(zhì)有關(guān)。

3.1 構(gòu)造應(yīng)力場

裂縫的發(fā)育程度與古構(gòu)造應(yīng)力的大小密切相關(guān)。從大邑1 井和大邑2 井巖心樣品巖石單軸壓縮應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線（見圖3）可以看出，隨著軸向應(yīng)力的不斷增強，巖心樣品的徑向應(yīng)變和軸向應(yīng)變均逐漸增大。這說明在其他條件相同的情況下，構(gòu)造應(yīng)力越大，構(gòu)造裂縫越發(fā)育，反映了該區(qū)構(gòu)造裂縫的發(fā)育程度受到古構(gòu)造應(yīng)力的控制。

圖3 巖石單軸壓縮應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系

此外，現(xiàn)今應(yīng)力場對早期裂縫的保存狀態(tài)有較大影響。一般來說，當裂縫走向與現(xiàn)今應(yīng)力場最大主壓應(yīng)力近平行時，裂縫呈張開狀態(tài)，連通性好，儲層滲透率較高； 當裂縫走向與現(xiàn)今應(yīng)力場最大主壓應(yīng)力近垂直時，裂縫呈閉合狀態(tài)，連通性差，儲層滲透率較低；而當裂縫走向與現(xiàn)今應(yīng)力場最大主壓應(yīng)力斜交時，裂縫開度介于上述兩者之間，并隨著二者夾角的增大逐漸降低［19-24］。所以，可以根據(jù)裂縫走向與現(xiàn)今應(yīng)力場主應(yīng)力方向的關(guān)系來推斷裂縫的張、閉性質(zhì)，從而為開發(fā)布井提供較為可靠的依據(jù)。

根據(jù)巖心觀測及構(gòu)造應(yīng)力場模擬結(jié)果，大邑構(gòu)造5 口井的主要裂縫走向與現(xiàn)今應(yīng)力場最大主應(yīng)力方向見表1，相關(guān)關(guān)系見圖4。據(jù)此可以推斷，大邑1、大邑101 和大邑3 井的大部分裂縫開度較大，連通性較好；大邑103 井的大部分裂縫應(yīng)呈閉合狀態(tài)； 而大邑6 井的裂縫開度應(yīng)該比較小。生產(chǎn)資料顯示，大邑1、大邑3井和大邑101 井的油氣產(chǎn)量較高，這與上述推斷是相吻合的。

表1 大邑各井主要裂縫走向與現(xiàn)今應(yīng)力場最大主應(yīng)力方向

圖4 大邑構(gòu)造現(xiàn)今應(yīng)力場最大主應(yīng)力方向與裂縫走向關(guān)系

3.2 構(gòu)造位置

褶皺、斷層等構(gòu)造是影響裂縫發(fā)育的重要因素，尤其是非均勻裂縫，直接受褶皺、斷層等構(gòu)造的控制。褶皺引起的裂縫主要集中在褶皺軸部等構(gòu)造變形較大的部位； 斷層不但可以產(chǎn)生與主斷裂方向一致的次級張性裂縫，還可以形成一套與主斷裂方向不一致的次級張剪性或剪切裂縫。

大邑構(gòu)造是一個同時受背斜構(gòu)造和兩翼斷層控制的斷層遮擋背斜構(gòu)造圈閉，該區(qū)儲層裂縫的發(fā)育受到了褶皺和斷層的雙重控制。大邑1 井位于大邑主體構(gòu)造的構(gòu)造高點，且受到附近斷層的控制，所以該井須三段裂縫比較發(fā)育；大邑4、大邑5 及大邑101 井位于構(gòu)造軸的鞍部，構(gòu)造較平緩，巖層構(gòu)造變形較弱，并且離斷層較遠，所以裂縫發(fā)育程度不高；大邑3 井也位于構(gòu)造軸的平緩部位，背斜構(gòu)造對其裂縫發(fā)育程度影響不大，但是，由于該井與斷層緊鄰，所以裂縫發(fā)育程度也比較高（見圖4）。

3.3 巖石力學(xué)性質(zhì)

不同巖性的巖石具有不同的巖石力學(xué)性質(zhì)。大邑1 井、大邑2 井巖心單軸抗壓強度實驗結(jié)果（見表2，由北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院巖石力學(xué)實驗室測定）顯示，隨著彈性模量的增大，泊松比的減小，巖石的單軸抗壓強度不斷增強。這說明，在相同的構(gòu)造應(yīng)力場下，脆性成分較多的巖石容易破裂，從而具有較高的裂縫密度。

巖石中裂縫的發(fā)育還與其組分的粒度有關(guān)，一般顆粒較細的巖石，裂縫發(fā)育程度較高，分布也比較穩(wěn)定；顆粒較粗的巖石，裂縫密度較低，分布不穩(wěn)定，走向變化較大。巖心觀測表明，該區(qū)中細粒砂巖及粉砂巖中裂縫比較發(fā)育，粗砂巖中裂縫發(fā)育程度較低。

表2 巖石單軸抗壓強度試驗結(jié)果

4 結(jié)論

1）研究區(qū)須三段低滲透砂巖儲層主要發(fā)育構(gòu)造裂縫、成巖裂縫和異常高壓裂縫等3 種類型的裂縫，其中構(gòu)造裂縫為該區(qū)的主要裂縫類型，對油氣的形成與分布影響最大。

2）該區(qū)構(gòu)造裂縫的發(fā)育主要受構(gòu)造應(yīng)力場、構(gòu)造位置、巖石力學(xué)性質(zhì)的控制。古構(gòu)造應(yīng)力的大小影響了該區(qū)構(gòu)造裂縫的發(fā)育程度，構(gòu)造應(yīng)力越大，構(gòu)造裂縫越發(fā)育，現(xiàn)應(yīng)力場因控制早期裂縫的保存狀態(tài)而影響其滲透性。巖心觀察資料顯示，該區(qū)構(gòu)造裂縫的發(fā)育受褶皺和斷層的控制比較明顯。由于巖石力學(xué)性質(zhì)不同，該區(qū)中細粒砂巖及粉砂巖中裂縫比較發(fā)育，粗砂巖中裂縫發(fā)育程度較低。

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