川西地區(qū)須五段儲(chǔ)層裂縫特征及分布評(píng)價(jià)

姚　勇，劉　義，張城瑋，徐　浩

(成都理工大學(xué)能源學(xué)院，四川成都 610059)

川西地區(qū)須五段儲(chǔ)層裂縫特征及分布評(píng)價(jià)

姚勇，劉義，張城瑋，徐浩

(成都理工大學(xué)能源學(xué)院，四川成都 610059)

摘要：四川盆地西部地區(qū)須五段是新的勘探開發(fā)層位，儲(chǔ)層巖性主要為致密砂巖和泥頁(yè)巖，天然裂縫的存在大大提高了其儲(chǔ)集能力和滲透特征。通過巖心觀察和薄片鑒定須五段裂縫，總結(jié)出須五段裂縫以構(gòu)造成因類型為主，剪切縫主要發(fā)育在砂巖中，張性縫主要發(fā)育在泥頁(yè)巖中，產(chǎn)狀類型以斜交縫為主，有效程度較高；運(yùn)用多元判別概率法和分形分維數(shù)值計(jì)算法并結(jié)合測(cè)井響應(yīng)特征分別對(duì)砂巖和泥頁(yè)巖地層建立裂縫識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)。最后綜合考慮巖性、構(gòu)造、斷層等地質(zhì)因素建立了裂縫評(píng)價(jià)模型，評(píng)價(jià)結(jié)果認(rèn)為裂縫發(fā)育區(qū)和較發(fā)育區(qū)主要位于區(qū)域內(nèi)構(gòu)造高點(diǎn)位置以及東部斷裂帶附近。

關(guān)鍵詞：四川盆地；須五段;裂縫特征；裂縫評(píng)價(jià)；致密砂巖；泥頁(yè)巖

川西地區(qū)即四川盆地西部，位于鴨子河-孝泉-新場(chǎng)-合興場(chǎng)-豐谷東東向構(gòu)造帶中段，東接?xùn)|泰、合興場(chǎng)構(gòu)造，西鄰鴨子河構(gòu)造，北至梓潼凹陷，南到彭州-德陽(yáng)向斜。區(qū)內(nèi)經(jīng)歷了多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，斷層發(fā)育[1-3]。須五段可分為上、中、下三個(gè)亞段，主要發(fā)育濱淺湖相沉積，巖性以黑色泥頁(yè)巖、黑色碳質(zhì)泥頁(yè)巖、細(xì)砂巖、灰色細(xì)砂巖及粉砂巖為主，在縱向上表現(xiàn)為泥頁(yè)巖與粉細(xì)砂巖互層，巖性較為復(fù)雜，泥頁(yè)巖厚度較大，局部夾黑色煤線。該區(qū)地層巖性致密，天然裂縫為油氣在地層中滲流提供了有利通道。多年的勘探開發(fā)實(shí)踐表明，裂縫往往與高產(chǎn)密切相關(guān)，因此，對(duì)須五段天然裂縫的研究正是當(dāng)前急需解決的問題[4-5]。

1裂縫特征

1.1巖心裂縫特征

通過對(duì)研究區(qū)5口取心井共165條巖心裂縫的觀察與統(tǒng)計(jì)，須五段裂縫主要為構(gòu)造成因類裂縫，以斜交縫為主，平均傾角為35.97°，整體上水平縫和垂直縫不發(fā)育。構(gòu)造裂縫按力學(xué)成因可分為張性縫和剪切縫，剪切縫主要發(fā)育在砂巖層段，占砂巖中裂縫總數(shù)的89.01%，其縫面常見順縫面方向的擦痕等縫面構(gòu)造，而張性縫主要發(fā)育在泥頁(yè)巖層段，占泥頁(yè)巖裂縫總數(shù)的87.84%，這類裂縫在巖心上多呈組系性產(chǎn)出。須五段裂縫以晚期裂縫為主，未充填和半充填裂縫占觀察裂縫總數(shù)的83.03%。通過對(duì)巖心裂縫的測(cè)量，須五段巖心裂縫寬度主要分布在0～0.5 mm，最大可達(dá)1 cm。水平縫和低角度縫寬略大于高角度斜交縫和垂直縫，但整體上裂縫的寬度變化不大。不同產(chǎn)狀的裂縫寬度分布也大致相同。須五段中砂巖層段巖心裂縫線密度為0.83條/m，泥頁(yè)巖層段裂縫線密度為0.57條/m，雖然二者相差不大，但是分布趨勢(shì)不同。砂巖中裂縫線密度從上亞段到下亞段呈現(xiàn)逐步增加趨勢(shì)，而泥頁(yè)巖恰好與之相反，從上亞段到下亞段泥頁(yè)巖裂縫線密度呈減小趨勢(shì)。

1.2微觀裂縫特征

與巖心觀察獲取的巖心裂縫特征相比，通過對(duì)鏡下薄片觀察得到的微裂縫特征更接近于地下裂縫的真實(shí)情況。通過研究區(qū)鏡下薄片的觀察鑒定，須五段微裂縫的分布與巖性相關(guān)，在泥頁(yè)巖層段微裂縫較為發(fā)育，而砂巖層段微裂縫相對(duì)不發(fā)育。雖然兩種巖性中微裂縫的數(shù)量相差較大，但二者的性質(zhì)較為相近，具有相同的充填特征以及微裂縫參數(shù)特征。薄片觀察結(jié)果顯示須五段微裂縫多平行于層理分布，在部分薄片中可見到有裂縫間存在切割配套關(guān)系(圖1)。微裂縫細(xì)而短小，大多呈未充填狀，少部分被泥質(zhì)或鐵質(zhì)充填。此外，薄片中還見到有溶縫發(fā)育，其縫寬變化較大(0.1～0.8 mm)縫內(nèi)充填有粉砂和泥質(zhì)，在溶縫不連通處可形成石英粉砂與泥質(zhì)的似透鏡體，縫內(nèi)泥質(zhì)被方解石交代。泥頁(yè)巖層理中分布有較多的黑色炭屑，呈粒狀～細(xì)長(zhǎng)條狀順層分布，與泥質(zhì)混合構(gòu)成黑色炭泥質(zhì)紋層。巖石經(jīng)早成巖期出現(xiàn)較多的微晶方解石，呈半自形粒狀，交代泥質(zhì)，局部還見細(xì)短的溶縫，縫寬為0.05～0.2 mm。薄片觀察到的裂縫充填比例很低，未充填裂縫最多，而半充填裂縫很少，裂縫有效程度比較高。微裂縫寬度小于0.01 mm的裂縫占15.38%，寬度分布為0.01～0.02 mm的微裂縫占23.08%，0.02～0.05 mm的微裂縫占26.92%，0.05～0.1 mm的微裂縫占11.54%，0.1 mm以上的微裂縫占23.08%?？傮w來看，裂縫寬度集中在0.01～0.05 mm，約占裂縫總數(shù)的65.4%，表明微觀裂縫是以小裂縫為主，大裂縫相對(duì)較少。

1.3測(cè)井裂縫特征及裂縫識(shí)別

圖1　裂縫薄片照片

天然裂縫在FMI測(cè)井成像圖上有其具體的影像特征，通過這些影像特征能夠?qū)α芽p進(jìn)一步識(shí)別，同時(shí)還能獲得其產(chǎn)狀以及充填性質(zhì)等信息[6]。在成像圖上，水平縫表現(xiàn)為水平影像，垂直縫表現(xiàn)為垂直影像，斜交縫表現(xiàn)為一條正弦函數(shù)圖像，并且根據(jù)正弦函數(shù)圖像可大致判斷斜交縫的角度。未充填裂縫為連續(xù)傳導(dǎo)縫，由于有效程度高，在鉆井過程中容易被泥漿侵入，表現(xiàn)為高電導(dǎo)率異常，在成像圖上波形曲線完整，甚至可以切穿井筒，影像為深色；半充填裂縫為不連續(xù)傳導(dǎo)縫，也表現(xiàn)為高電導(dǎo)率異常，在成像圖上波形曲線不連續(xù)、不規(guī)則且模糊，影像為深色；充填裂縫為連續(xù)高阻縫，通常為高電阻率異常，在成像圖上波形曲線完整，影像為連續(xù)亮色。

通過成像測(cè)井識(shí)別，須五段天然裂縫主要為沿交錯(cuò)層理細(xì)層面裂開而形成的低角度裂縫和斜交縫，大多為未充填或半充填縫，影像表現(xiàn)為正弦低阻高導(dǎo)暗色影像或不連續(xù)正弦暗色高導(dǎo)影像。產(chǎn)狀主要分布在小于40°和大于60°的區(qū)間，且小于40°的裂縫占了絕大部分。在成像圖上僅識(shí)別出了1條充填縫，充填物為方解石，并且被高導(dǎo)近垂直縫切割(圖2)。

圖2　低角度縫與近垂直縫成像測(cè)井影像特征

除成像測(cè)井外，利用常規(guī)測(cè)井資料來識(shí)別地下天然裂縫也是識(shí)別裂縫的重要方法[7]。通過巖心刻度常規(guī)測(cè)井資料，在砂巖中提取了32個(gè)典型裂縫樣本和非裂縫樣本，泥頁(yè)巖中提取了42個(gè)典型裂縫樣本和非裂縫樣本。交會(huì)分析結(jié)果表明須五段砂巖中裂縫的測(cè)井響應(yīng)特征大多不明顯，僅聲波時(shí)差測(cè)井系列對(duì)裂縫和非裂縫具有一定的區(qū)分效果，裂縫樣本聲波時(shí)差值一般大于64 μs/ft；泥頁(yè)巖中裂縫的測(cè)井響應(yīng)特征則較砂巖中裂縫更為明顯，裂縫表現(xiàn)為密度測(cè)井值降低，聲波時(shí)差大于77 μs/ft，深側(cè)向電阻率小于26 Ω·m，中子測(cè)井值大于24%。

在裂縫識(shí)別的過程中，常規(guī)測(cè)井往往容易受到巖性、物性、井壁、儀器測(cè)量、響應(yīng)信號(hào)處理等眾多因素的影響，每一種方法的識(shí)別結(jié)果都可能與真實(shí)地下裂縫情況有所偏差，因此為了提高裂縫識(shí)別精度，可將多種方法綜合起來建立一套適合研究區(qū)的裂縫識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)，在此標(biāo)準(zhǔn)下克服各種方法的不足，保證裂縫識(shí)別的可靠性。結(jié)合須五段裂縫在常規(guī)測(cè)井上的響應(yīng)特征，用多元判別概率以及基于變形尺度分形法計(jì)算的龜裂系數(shù)和次生空間發(fā)育程度等參數(shù)可建立起研究區(qū)須五段砂泥頁(yè)巖的裂縫識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)[8](表1)。

表1　有效裂縫識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)

2裂縫分布評(píng)價(jià)

2.1裂縫分布評(píng)價(jià)需要考慮的地質(zhì)因素

(1)巖性。須五段地層縱向和橫向上巖性變化的非均質(zhì)性極強(qiáng)，單巖層厚度變化也較大，巖性變化加劇了巖石本身巖石力學(xué)性質(zhì)的變化。實(shí)驗(yàn)表明研究區(qū)巖石強(qiáng)度抗張-抗剪-抗壓逐漸增大，在砂巖中這一趨勢(shì)為6.00-13.18-191.51 MPa，泥頁(yè)巖為3.7-9.3-94.9 MPa；同類巖性產(chǎn)生破裂次序?yàn)閺埰屏鸦蚣羝屏?擴(kuò)張破裂。泥頁(yè)巖的塑性大，破裂產(chǎn)生的條件要求變高。巖石抗剪強(qiáng)度比抗壓強(qiáng)度小，而砂巖/泥頁(yè)巖抗剪強(qiáng)度比約1.4，泥頁(yè)巖地層更易發(fā)生剪破裂。但是由于縱向上巖性變化劇烈，泥頁(yè)巖和砂巖不等厚互層，在劇烈的構(gòu)造和斷裂活動(dòng)的過程中更易發(fā)生不同類型的破裂。根據(jù)巖心觀察描述的裂縫發(fā)育特征、測(cè)井識(shí)別結(jié)果等可以知道砂泥頁(yè)巖互層巖性組合(砂地比30%～50%)裂縫最為發(fā)育，組合類單層厚度越薄，裂縫越發(fā)育；富砂型組合(砂地比50%～60%)由于泥頁(yè)巖段較薄易產(chǎn)生大量裂縫，砂巖層由于泥頁(yè)巖層的影響巖性變化劇烈，巖石力學(xué)性質(zhì)易受到削弱，容易產(chǎn)生較大規(guī)模的張性破裂，并貫穿至泥頁(yè)巖層。

(2)構(gòu)造。構(gòu)造運(yùn)動(dòng)是研究區(qū)須五段巖石發(fā)生破裂的主要原因，須五段構(gòu)造高點(diǎn)與構(gòu)造低點(diǎn)之間存在數(shù)百米高差，構(gòu)造變形較大，巖層的變形和擠壓加劇了巖石的破裂。為了定量考慮構(gòu)造變形作用對(duì)巖石破裂的影響，可以考慮對(duì)須五段構(gòu)造頂面進(jìn)行趨勢(shì)面擬合，求取構(gòu)造主曲率。

(3)斷層。斷層形成時(shí)，其兩盤在構(gòu)造作用下相對(duì)錯(cuò)動(dòng)，并且在構(gòu)造活動(dòng)過程中，其派生應(yīng)力能夠?qū)е屡R近地層產(chǎn)生新破裂。因此，斷裂帶附近是天然裂縫優(yōu)勢(shì)發(fā)育帶。斷層附近的裂縫系統(tǒng)往往與其和斷層間的距離及斷層規(guī)模相關(guān)。須五段斷層主要位于研究區(qū)東部，主要由2條逆斷層構(gòu)成，測(cè)井識(shí)別裂縫發(fā)育指數(shù)與到斷層的距離呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，即距斷層的距離越近，裂縫越發(fā)育；斷層規(guī)模越大，裂縫也越發(fā)育，其余零星的小型斷層對(duì)裂縫的形成影響不大。

2.2評(píng)價(jià)思路及結(jié)果

根據(jù)對(duì)須五段裂縫影響因素的分析和考慮，基本確定須五段裂縫為構(gòu)造和巖性控制下的發(fā)育模式。東部地區(qū)可考慮斷裂帶對(duì)巖石的破裂作用,巖性的考慮是裂縫預(yù)測(cè)的重點(diǎn)。考慮巖性變化時(shí)需做相應(yīng)處理：由于砂泥頁(yè)巖層厚度越大裂縫越不發(fā)育，厚度過大的砂巖或者泥頁(yè)巖層對(duì)裂縫的評(píng)價(jià)具有一定影響，因此這里根據(jù)前述巖層厚度與裂縫發(fā)育密度之間的相關(guān)關(guān)系進(jìn)行厚度剔除，即將砂泥頁(yè)巖單層厚度大于4 m的巖層剔除，再計(jì)算相應(yīng)的巖性變化系數(shù)[9]。斷裂帶則主要考慮斷層規(guī)模和距斷層的距離對(duì)巖石破裂的影響。根據(jù)這一思路，建立全區(qū)離散化的巖性變化系數(shù)分布，構(gòu)造曲率分布和斷裂帶伴生裂縫密度分布，并對(duì)離散化的各評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行歸一化處理，最后依據(jù)對(duì)裂縫發(fā)育影響的大小而設(shè)定權(quán)值，建立裂縫綜合評(píng)價(jià)系數(shù)方程(公式1)，并最終以120 m×80 m的網(wǎng)格密度來建立須五段的裂縫綜合評(píng)價(jià)系數(shù)的平面分布[10]。

Zf=a1x1+a2x2+a3x3

(1)

式中：x1,x2,x3分別為巖性、構(gòu)造和斷層評(píng)價(jià)指標(biāo)；a1，a2，a3分別為巖性、構(gòu)造和斷層的評(píng)判權(quán)值。

綜合巖心裂縫特征、微觀裂縫特征、測(cè)井裂縫識(shí)別結(jié)果、裂縫綜合評(píng)價(jià)系數(shù)平面分布圖和須五段測(cè)試產(chǎn)量等資料，確定Zf>0.28為裂縫發(fā)育區(qū)，0.20

圖3　須五段裂縫分布評(píng)價(jià)平面圖

3結(jié)論

(1)川西地區(qū)須五段巖心裂縫主要為構(gòu)造縫，剪切縫主要發(fā)育于砂巖層段，張性縫主要發(fā)育于泥頁(yè)巖層段，裂縫產(chǎn)狀以斜交縫為主，多為未充填和半充填縫，裂縫有效程度較高。薄片觀察顯示微觀裂縫特征與巖心裂縫特征吻合，裂縫寬度主要范圍為0.01～0.05 mm。

(2)成像測(cè)井結(jié)果表明裂縫主要組系方向?yàn)楸睎|-南西向以及近東西向。裂縫的常規(guī)測(cè)井響應(yīng)特征為：砂巖層段聲波時(shí)差增大，其他單一測(cè)井系列無明顯響應(yīng)；泥頁(yè)巖層段聲波時(shí)差增大，密度測(cè)井值降低，中子測(cè)井值略增加，電阻率略微降低。

(3)在考慮巖性、構(gòu)造、斷層等地質(zhì)因素的情況下對(duì)裂縫進(jìn)行分布評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果顯示裂縫發(fā)育區(qū)和較發(fā)育區(qū)主要位于區(qū)域內(nèi)構(gòu)造高點(diǎn)位置以及東部斷裂帶附近靠近斷層2 km左右的區(qū)域。

參考文獻(xiàn)

[1]李智武,劉樹根,林 杰,等.川西坳陷構(gòu)造格局及其成因機(jī)制[J].成都理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2009,36(6):645-654.

[2]田軍,沈忠民,呂正祥,等.川西坳陷中段新場(chǎng)地區(qū)天然氣研究及氣源對(duì)比[J].地質(zhì)學(xué)報(bào),2009,29(1):20-23.

[3]董國(guó)良,周 文,高偉平,等.川西坳陷新場(chǎng)氣田須家河組二段儲(chǔ)層裂縫特征及識(shí)別[J].復(fù)雜油氣藏,2012,5(2):5-9.

[4]周文,戴建文.四川盆地西部坳陷須家河組儲(chǔ)層裂縫特征及分布評(píng)價(jià)[J].石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì),2008,30(1):20-25.

[5]張克銀,王瑩.川西坳陷新場(chǎng)地區(qū)須家河組五段裂縫分布特征[J].江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào),2014,36(6)：1-5.

[6]童亨茂.成像測(cè)井資料在構(gòu)造裂縫預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].天然氣工業(yè),2006,26(9):58-61.

[7]孫建孟,劉蓉,梅基席,等.青海柴西地區(qū)常規(guī)測(cè)井裂縫識(shí)別方法[J].測(cè)井技術(shù),1999,23(4):268-275.

[8]王喻，張沖，謝潤(rùn)成，等.元壩致密砂巖須二儲(chǔ)層裂縫特征及識(shí)別研究[J].石油地質(zhì)與工程，2015,29(3):129-134.

[9]黃光玉,盧雙舫,楊峰平.曲率法在松遼盆地徐家圍子斷陷營(yíng)城組地層裂縫預(yù)測(cè)中的應(yīng)用[J].大慶石油學(xué)院學(xué)報(bào),2003,27(4):9-11.

[10]鄧虎成,周 文,黃婷婷,等.鄂爾多斯盆地麻黃山地區(qū)侏羅系延安組裂縫分布綜合評(píng)價(jià)[J].桂林工學(xué)院學(xué)報(bào),2009,29(2):229- 235.

編輯：吳官生

文章編號(hào)：1673-8217(2016)01-0076-04

收稿日期：2015-06-16

作者簡(jiǎn)介：姚勇，1989年生，2013年畢業(yè)于成都理工大學(xué)石油工程專業(yè)，在讀碩士研究生，研究方向：油氣田開發(fā)。

中圖分類號(hào)：TE112.23

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A