低滲透砂礫巖儲(chǔ)層裂縫發(fā)育特征及主控因素

李紹華，何汶鍶，吳育鵬

（1.西南石油大學(xué)，四川成都610500；2.中石油長(zhǎng)慶油田公司第六采油廠，陜西西安710200）

低滲透砂礫巖儲(chǔ)層裂縫發(fā)育特征及主控因素

李紹華*1，何汶鍶2，吳育鵬2

（1.西南石油大學(xué)，四川成都610500；2.中石油長(zhǎng)慶油田公司第六采油廠，陜西西安710200）

在低滲透砂礫巖儲(chǔ)層中裂縫既是油氣滲流的主要通道也是重要的儲(chǔ)集空間，研究裂縫的發(fā)育程度和分布特征對(duì)油田的生產(chǎn)開發(fā)有重要意義。大量的研究成果表明：構(gòu)造裂縫是影響低滲透儲(chǔ)層油氣勘探開發(fā)的主要裂縫類型；延伸長(zhǎng)度和高度較大的裂縫，一般密度較小、間距較大；裂縫的發(fā)育程度隨著巖性的不同會(huì)發(fā)生變化；斷層作用影響著構(gòu)造裂縫的形成；裂縫的發(fā)育程度隨巖石埋藏深度的增加而減弱。

低滲透砂礫巖；裂縫；發(fā)育特征；主控因素

砂礫巖在我國(guó)廣泛分布，一般是在靠近物源的位置快速堆積，由多期扇體疊置而成，縱向上沉積厚度以及巖相的變化顯著，儲(chǔ)層非均質(zhì)性較強(qiáng)，巖石成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度較低，巖石孔隙空間小滲透性差，為致密儲(chǔ)層。裂縫是低滲透砂礫巖儲(chǔ)層中的主要滲流通道，甚至可作為油氣的重要儲(chǔ)集空間，對(duì)裂縫發(fā)育規(guī)律的研究直接影響著油氣田開發(fā)方案的部署和開發(fā)效果。本文對(duì)砂礫巖儲(chǔ)層裂縫發(fā)育特征進(jìn)行了系統(tǒng)總結(jié)，探討其影響因素，從而為低滲透砂礫巖油氣藏勘探與開發(fā)提供參考。

1 裂縫發(fā)育特征

1.1 裂縫類型

根據(jù)成因機(jī)理可將裂縫分為成巖裂縫和構(gòu)造裂縫[1]。構(gòu)造裂縫的特征主要有成組平行出現(xiàn)、分布規(guī)則、礦物充填、方向性明顯等。成巖裂縫具有彎曲、斷續(xù)、分枝、尖滅等特點(diǎn)，通常發(fā)育于泥質(zhì)巖類中，由于地下開度小，規(guī)模不大，滲透性差，在砂礫巖油氣田開發(fā)中影響較小。構(gòu)造裂縫通常具有較大規(guī)模可作為油氣聚集空間以及運(yùn)移的主要通道，對(duì)低滲透砂礫巖儲(chǔ)層油氣勘探開發(fā)起主導(dǎo)作用。成巖裂縫雖有儲(chǔ)集空間的限制，但其面密度較大，在儲(chǔ)層中可以起到滲流通道的作用。

砂礫巖中裂縫廣泛發(fā)育，隨著巖性的改變其中發(fā)育的裂縫類型也會(huì)隨之變化。相對(duì)疏松砂礫巖中主要形成水平縫、交織網(wǎng)狀縫以及低角度斜交縫；而以礫巖、砂巖或細(xì)砂巖呈夾層分布的互層狀巖性剖面中的裂縫主要為直劈縫和高角度斜交縫。

1.2 裂縫傾角

低滲透砂礫巖儲(chǔ)層中存在的基本為構(gòu)造裂縫，以及順層面發(fā)育的成巖裂縫和滑脫裂縫。地層傾角是影響構(gòu)造裂縫傾角的主要因素，近直立角度的裂縫基本存在于地層較平緩的油氣田儲(chǔ)層，傾斜角度的裂縫多發(fā)育在地層角度較大的油氣田儲(chǔ)層。中國(guó)大多數(shù)低滲透砂巖儲(chǔ)層中的裂縫多為高角度裂縫，低角度裂縫相對(duì)較少[2]。高角度裂縫大致分為兩種，一種為與最大主壓應(yīng)力平行的擴(kuò)張裂縫，另外就是與伸展正斷層相關(guān)的中—高角度裂縫。高角度裂縫的特點(diǎn)主要為縫面粗糙不平、延伸距離短以及產(chǎn)狀不穩(wěn)定。而低角度裂縫大多為低角度剪切裂縫和順層滑脫裂縫。低角度剪切裂縫縫面光滑平順，產(chǎn)狀平穩(wěn)，有突出的磨光鏡面及擦痕，少數(shù)縫面兩側(cè)有部分的剪切錯(cuò)動(dòng)，并且具有階步，方解石等礦物填充在部分縫面。順層滑脫裂縫大多發(fā)育于泥巖或粉砂質(zhì)泥巖中，產(chǎn)狀和巖層產(chǎn)狀基本無(wú)異，縫面平整度較低，礦物基本不填充在縫內(nèi)，密度分布不均，開度不大。

1.3 裂縫密度

裂縫密度通常指與裂縫面垂直的單位長(zhǎng)度巖石段內(nèi)所能觀察到的裂縫條數(shù)。因?yàn)閹r芯中的裂縫面基本很少與巖芯柱垂直，故定義裂縫視密度為在巖芯上觀測(cè)到的單位長(zhǎng)度的裂縫條數(shù)。影響裂縫視密度值的因素除了實(shí)際裂縫密度外，還包括鉆井軌跡以及裂縫產(chǎn)狀。由于分辨率的限制，利用成像測(cè)井技術(shù)只能識(shí)別出縫寬較大的裂縫，因此模擬出的裂縫發(fā)育程度可能存在一定的誤差。巖芯觀察統(tǒng)計(jì)得到的裂縫密度比利用成像測(cè)井得到的裂縫密度高，說(shuō)明砂礫巖儲(chǔ)層裂縫實(shí)際的發(fā)育程度可能比測(cè)井預(yù)測(cè)結(jié)果更好。

1.4 裂縫高度與延伸長(zhǎng)度

裂縫的延伸長(zhǎng)度和高度通常用來(lái)評(píng)價(jià)其三維分布。由于巖石力學(xué)層影響著裂縫的形成，故常規(guī)上是在劃分巖石力學(xué)層后再在巖芯上對(duì)其高度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。研究表明，裂縫分布隨斷層分布而改變，二者具有自相似性[3-4]。因此，可以根據(jù)斷層高度與長(zhǎng)度的相關(guān)性對(duì)裂縫的延伸長(zhǎng)度進(jìn)行判斷。相同的受力條件下，越薄的砂礫巖越容易產(chǎn)生構(gòu)造裂縫，且裂縫開度、密度和孔隙度均越大，但砂礫巖裂縫在泥巖中延伸長(zhǎng)度受砂礫巖厚度的影響很小[5]。

2 裂縫發(fā)育的主要控制因素

2.1 巖性對(duì)裂縫發(fā)育的影響

儲(chǔ)層巖性及巖性剖面組合的屬性控制了砂礫巖油氣藏裂縫的微觀分布模式。由于不同巖相的巖性和物性具有一定的差異，因此其巖石力學(xué)性質(zhì)不同，抗剪、抗拉能力也有一定的差異。因此，在相同構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的作用下的裂縫在不同巖性中發(fā)育程度明顯不同。巖石成份及結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、顆粒大小對(duì)低滲透儲(chǔ)層裂縫發(fā)育的巖性影響作用顯著。脆性組分（石英、方解石、白云石等）含量的高低及成巖作用的強(qiáng)弱是巖石破裂難易程度以及裂縫密度高低的重要影響因素。脆性組分越多，成巖作用越強(qiáng)，巖石的強(qiáng)度和彈性模量會(huì)越大，巖石越容易破裂，即較小的應(yīng)變就會(huì)產(chǎn)生裂縫。

2.2 層厚對(duì)裂縫發(fā)育的影響

巖層厚度對(duì)裂縫發(fā)育程度具有較大的作用。裂縫通常以與巖層垂直的形態(tài)存在于巖層內(nèi)，最終結(jié)束于巖性界面上。巖層的抗壓強(qiáng)度由于薄層巖石的層理而降低，易于集中應(yīng)力，因此裂縫容易在受力時(shí)產(chǎn)生，反之厚層巖石以整體形式存在，受力均勻而應(yīng)力難以集中，故基本不產(chǎn)生裂縫。裂縫的平均間距與巖層厚度在一定層厚范圍內(nèi)具有線性相關(guān)關(guān)系，即在相同條件下，厚巖層中的裂縫發(fā)育程度低于薄巖層；而巖層厚度和裂縫間距呈正相關(guān)關(guān)系，在相同巖層中，巖層厚度變大時(shí)，裂縫規(guī)模增大，但密度降低；反之也成立。

2.3 構(gòu)造部位對(duì)裂縫發(fā)育的影響

一般認(rèn)為，裂縫的發(fā)育程度與構(gòu)造部位密切相關(guān)，斷層附近、斷鼻、褶皺和斷塊軸向交點(diǎn)部位是裂縫發(fā)育的最佳部位。

如果巖性、巖相基本相同，裂縫的發(fā)育程度受構(gòu)造形態(tài)和構(gòu)造部位影響。這是由于區(qū)域上的構(gòu)造應(yīng)力主要為水平側(cè)向擠壓，在縱向彎曲過(guò)程中，巖石受到中和面的上下拉伸和壓縮發(fā)生破裂，從而形成裂縫，這一現(xiàn)象表現(xiàn)最為明顯的區(qū)域?yàn)闃?gòu)造轉(zhuǎn)折段、局部構(gòu)造高點(diǎn)、斷層末梢及陡緩變異帶等受力較強(qiáng)的部位[6-7]。

2.4 深度對(duì)裂縫發(fā)育的影響

裂縫發(fā)育程度隨著巖石埋藏深度的增加明顯降低，裂縫分布的這種特征與擠壓構(gòu)造作用有關(guān)。破裂方式隨深度和巖石強(qiáng)度的增加而轉(zhuǎn)變，最終形成的壓剪性、剪切性破裂是由張剪性和張性破裂變化而來(lái)的，而脆性碎裂流動(dòng)和塑性流動(dòng)將出現(xiàn)在更深處。此外，裂縫寬度和孔隙度會(huì)隨深度增加而變小，而圍壓則會(huì)增大。圍壓的增大會(huì)使得巖石的極限強(qiáng)度和韌性隨之增大。巖石在圍壓較低時(shí)表現(xiàn)為脆性，在發(fā)生彈性變形或者少量韌性變形后就會(huì)被破壞。不同的巖石韌性和極限強(qiáng)度受圍壓的影響是不同的。在裂縫的發(fā)育過(guò)程中存在一個(gè)極限深度，超過(guò)極限后裂縫就不再開啟，從而不能作為有效的油氣藏儲(chǔ)層。

3 裂縫對(duì)砂礫巖儲(chǔ)層產(chǎn)能的貢獻(xiàn)

大量的實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果表明，砂礫巖儲(chǔ)層巖石水平滲透率與垂直滲透率存在明顯差異。結(jié)合巖芯裂縫觀察分析可知：當(dāng)儲(chǔ)層中不發(fā)育裂縫時(shí)，孔隙度極低，滲透率基本不存在差異；反之發(fā)育裂縫時(shí)，水平、垂直滲透率差異變大；說(shuō)明較多的裂縫為滲透率做出了貢獻(xiàn)。在砂礫巖儲(chǔ)層中，孔隙度和滲透率的相關(guān)性較小，尤其在高滲透地層中的相關(guān)關(guān)系基本可以忽略。由巖石鏡下孔喉特征分析和巖芯裂縫觀察可知，孔隙度與滲透率基本不存在線性相關(guān)關(guān)系，主要是由于儲(chǔ)層中存在大量裂縫?？?、滲二者之間的相關(guān)關(guān)系隨裂縫發(fā)育程度的降低而增強(qiáng)。由此可見，裂縫對(duì)提高致密儲(chǔ)層滲透性有十分重要的作用。對(duì)于微裂縫而言雖然滲透率值較大，提高了儲(chǔ)層的滲透性，但由于在延伸距離上的限制、相互之間不能夠連通，很難形成有效的油氣運(yùn)移的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，從而對(duì)于油氣產(chǎn)量影響很小，但當(dāng)微裂縫與宏觀裂縫疊加形成網(wǎng)絡(luò)時(shí)，對(duì)于儲(chǔ)層滲透性的改善會(huì)起到很大貢獻(xiàn)。

4 結(jié)論

（1）構(gòu)造裂縫是在低滲透儲(chǔ)層油氣開發(fā)中起決定性作用的裂縫。相同的受力條件下，越薄的砂巖越容易產(chǎn)生構(gòu)造裂縫，且裂縫開度、密度和孔隙度均越大；裂縫的高度和延伸長(zhǎng)度隨裂縫密度的增大、間距的變小而降低；未充填—半充填裂縫是致密砂礫巖油氣藏的主要儲(chǔ)滲空間。

（2）影響裂縫的發(fā)育程度的因素主要有巖性、深度、層厚、構(gòu)造部位等。裂縫發(fā)育程度隨巖性的改變而變化；裂縫的平均間距與巖層厚度之間為線性相關(guān)關(guān)系；斷層作用影響大多數(shù)構(gòu)造裂縫的發(fā)育；裂縫的類型隨褶皺形成階段的不同而不同；巖層深度越大時(shí)，裂縫發(fā)育程度反而會(huì)逐漸降低。

（3）裂縫對(duì)提高砂礫巖儲(chǔ)層滲透性有十分重要的作用，裂縫發(fā)育程度一般與油氣產(chǎn)能成正相關(guān)關(guān)系。儲(chǔ)層微裂縫單獨(dú)存在時(shí)基本不會(huì)影響儲(chǔ)層產(chǎn)能，但當(dāng)其與宏觀裂縫連通時(shí)，可極大地改善儲(chǔ)層的滲透性。

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TE122

A

1004-5716(2015)01-0073-03

2014-02-26

李紹華（1988-），女（漢族），四川綿陽(yáng)人，西南石油大學(xué)礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè)在讀碩士研究生，研究方向：儲(chǔ)層沉積及開發(fā)。