多因素約束下的致密砂巖氣藏離散裂縫特征及地質(zhì)模型研究

馮建偉，昌倫杰，孫致學(xué)，趙力彬，吳永平，鄭 欣，孟凡超

（1.中國(guó)石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東青島266580；2.中石油塔里木油田勘探開(kāi)發(fā)研究院，新疆庫(kù)爾勒841000）

多因素約束下的致密砂巖氣藏離散裂縫特征及地質(zhì)模型研究

馮建偉1，昌倫杰2，孫致學(xué)1，趙力彬2，吳永平2，鄭 欣2，孟凡超1

（1.中國(guó)石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東青島266580；2.中石油塔里木油田勘探開(kāi)發(fā)研究院，新疆庫(kù)爾勒841000）

根據(jù)地震、測(cè)井、野外、巖心和薄片觀察解釋結(jié)果，從斷裂成因機(jī)制出發(fā)，圍繞天山前KX氣藏開(kāi)發(fā)需要，重新劃分裂縫類型，界定尺度范圍，劃分裂縫期次，建立裂縫發(fā)育地質(zhì)模式；分析構(gòu)造、沉積、開(kāi)發(fā)與裂縫參數(shù)的相關(guān)性，優(yōu)選裂縫發(fā)育主控因素，采用“熵權(quán)賦值法”構(gòu)建三維裂縫發(fā)育強(qiáng)度地質(zhì)模型；采用確定法、序貫高斯插值法建立大、中、小尺度縫離散模型，最終構(gòu)建氣藏裂縫屬性模型。結(jié)果表明：山前KX地區(qū)致密砂巖構(gòu)造裂縫系統(tǒng)具有明顯的多尺度性、期次性和多樣性，它們符合斷層-褶皺-裂縫共生演化系統(tǒng)；多因素權(quán)重約束下的多尺度建模方法適合于致密砂巖DFN裂縫模型建立，斷層、大裂縫適合優(yōu)選確定性建模方法，中、小尺度裂縫適合優(yōu)選序貫高斯模擬方法，地質(zhì)模型與實(shí)際井點(diǎn)數(shù)據(jù)和開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)吻合度高，可直接應(yīng)用于雙介質(zhì)滲流數(shù)值模擬和氣藏防水方案的優(yōu)化。

多重因素；致密砂巖；離散裂縫；儲(chǔ)層地質(zhì)模型

中國(guó)致密砂巖氣分布范圍廣，目前已在四川、鄂爾多斯、柴達(dá)木及塔里木等多個(gè)盆地實(shí)現(xiàn)了勘探的突破［1］，儲(chǔ)集巖中天然裂縫的發(fā)育程度、特征參數(shù)及空間分布規(guī)律成為影響該類油氣藏開(kāi)發(fā)效果的關(guān)鍵因素［2-3］，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層中天然裂縫的幾何形狀、屬性參數(shù)的定量表征與多尺度裂縫的三維空間建模成為模擬開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)、優(yōu)化該類油氣藏開(kāi)發(fā)方案的核心問(wèn)題，是國(guó)內(nèi)外學(xué)者與機(jī)構(gòu)研究的重點(diǎn)。由于致密砂巖氣藏往往埋藏深度大、巖性變化快、儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，裂縫的發(fā)育有著極強(qiáng)的隨機(jī)性和非均質(zhì)性，加上中國(guó)所處的特殊大地構(gòu)造位置，中新生代構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的演化具有多期變化的特點(diǎn)［4］，不同構(gòu)造期次應(yīng)力場(chǎng)的變化和疊加，直接決定著區(qū)域裂縫的形成與否，斷層、褶皺的發(fā)育、規(guī)模也不同程度地控制著局部裂縫的形成和分布規(guī)律，從而造成了對(duì)裂縫建模和預(yù)測(cè)上的極大困難。要解決這個(gè)問(wèn)題，關(guān)鍵是要搞清復(fù)雜裂縫系統(tǒng)的主要控制因素，并進(jìn)行裂縫參數(shù)的有效模型建立，但目前還沒(méi)有相應(yīng)完備、有效、通用的手段方法。許多專家學(xué)者采用地質(zhì)力學(xué)法、構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)模擬法、曲率法、地質(zhì)統(tǒng)計(jì)法、地震屬性法、測(cè)井解釋法對(duì)復(fù)雜構(gòu)造區(qū)進(jìn)行裂縫預(yù)測(cè)和建模［5-8］，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行裂縫參數(shù)的量化表征研究。先進(jìn)的離散裂縫建模（DFN技術(shù)）近年來(lái)取得長(zhǎng)足發(fā)展［9-11］，限于隨機(jī)建模的不確定性和裂縫發(fā)育的多尺度特征，離散裂縫建模方法對(duì)于井間區(qū)域的裂縫預(yù)測(cè)和連通性關(guān)系的處理受到限制，模擬結(jié)果也具有多解性。筆者針對(duì)致密砂巖中構(gòu)造裂縫的多尺度及多成因特點(diǎn)，需要整合包括露頭、巖心、測(cè)井、地震、試井及開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)等多域信息對(duì)天然裂縫的特征參數(shù)及空間分布進(jìn)行定量預(yù)測(cè)與建模，以天山山前庫(kù)車坳陷KX裂縫性致密氣藏為研究對(duì)象，闡述天然裂縫描述、控制因素、特征參數(shù)量化表征、離散裂縫模型構(gòu)建以及模型可靠性評(píng)價(jià)的一體化思路及關(guān)鍵技術(shù)，為進(jìn)入深度開(kāi)發(fā)階段的裂縫性油藏綜合治理方案的制定提供直接依據(jù)。

圖1 KX研究區(qū)地質(zhì)概況Fig.1 Geological survey of study area in KX area

1 研究區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)況

KX氣田位于塔里木盆地北部庫(kù)車前陸盆地秋里塔格構(gòu)造帶東部（圖1），主要受北界迪北斷裂和南界東秋里塔格斷裂控制，兩條斷裂走向均為北東東向，從三疊系斷至新近系吉迪克組，在地層深部?jī)蓷l斷裂合為一體，形成一完整近東西向展布的長(zhǎng)軸背斜。主要產(chǎn)氣目的層古近系自下而上發(fā)育庫(kù)姆格列木群、蘇維依組，兩者進(jìn)一步均可細(xì)分為第一、第二、第三巖性，每段厚度都分布在79.4～135.5 m。總體上，古近系上部以褐色粉砂巖、細(xì)砂巖為主，中部發(fā)育礫巖、含礫砂巖，夾薄層泥巖、粉砂質(zhì)泥巖，底部發(fā)育一套厚度為12～14 m且分布穩(wěn)定的褐色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖，與下伏白堊系呈角度不整合接觸。從沉積上看，KX氣田位于一大型扇三角洲的前緣部分，以扇三角洲前緣亞相為主，微相以水下分流河道為主，分流河道間、席狀砂次之。儲(chǔ)層埋藏深度均大于4500 m，成巖作用強(qiáng)烈，儲(chǔ)集空間類型主要包括裂縫和孔隙，其中，孔隙以次生孔為主，裂縫類型主要包括構(gòu)造縫（以剪切縫為主）、成巖縫（以收縮縫為主）、溶蝕縫和粒內(nèi)-粒緣縫，鏡下薄片及生產(chǎn)分析表明，構(gòu)造縫是影響儲(chǔ)層質(zhì)量及油井產(chǎn)能的主要因素。

2 裂縫系統(tǒng)級(jí)別劃分

前人多依據(jù)力學(xué)成因?qū)?gòu)造縫劃分為剪裂縫、張裂縫、壓裂縫3種基本類型［12-13］。本文中在前人分類的基礎(chǔ)上，首先考慮裂縫成因機(jī)制將裂縫劃分為構(gòu)造縫和非構(gòu)造縫，構(gòu)造縫進(jìn)一步劃分為區(qū)域縫、局部縫和復(fù)合裂縫3種主要類型。局部構(gòu)造縫是在構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中后期由構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的伴生或派生應(yīng)力作用而形成或改造而成的裂縫，其產(chǎn)狀和特征與所處的位置有關(guān)，又可進(jìn)一步分為局部伴生縫、局部派生縫，其中復(fù)合型裂縫是晚期局部應(yīng)力場(chǎng)改造早期區(qū)域縫，使其進(jìn)一步剪切產(chǎn)生平滑斷層、或使其張開(kāi)形成張性縫，其中有重張縫和追蹤張開(kāi)縫。對(duì)于裂縫分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，目前還缺少一個(gè)統(tǒng)一的分類依據(jù)。油田上多將開(kāi)度作為劃分裂縫規(guī)模大小的基本依據(jù)，劃分為3個(gè)級(jí)別，即大裂縫（開(kāi)度大于1.0 mm）、中裂縫（開(kāi)度為0.5～1.0mm）、小裂縫（開(kāi)度小于0.5 mm）［14］，本次研究從巖心和野外露頭觀測(cè)結(jié)果出發(fā)，同時(shí)參考現(xiàn)行裂縫分類劃分標(biāo)準(zhǔn)［37］，同時(shí)考慮幾何形態(tài)和對(duì)流動(dòng)貢獻(xiàn)的差異、成因機(jī)制類型或與構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的關(guān)系，將其劃分為大尺度縫、中尺度縫和小尺度縫3種尺度類型。大尺度縫為具有明顯斷距的次級(jí)斷層或低級(jí)序斷層，平面上分布穩(wěn)定，延伸距離一般大于1 000 m，縱向上斷穿不同地層，主要受控于區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)；中尺度縫是指斷距不明顯的小斷層或穿層的大裂縫，受泥質(zhì)或巖鹽隔層限制明顯，延伸距離一般為10～1000 m，主要受控于次級(jí)派生應(yīng)力場(chǎng)或區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)，穿層大裂縫和小斷層的區(qū)別在于前者常常表現(xiàn)為共軛“X”型，后者多為產(chǎn)狀與主斷層斜交或近于垂直；小尺度縫是指受次級(jí)斷層或大型裂縫控制發(fā)育的層內(nèi)裂縫，受多泥質(zhì)或巖鹽夾層限制，延伸距離一般小于10 m，同時(shí)受到儲(chǔ)層非均質(zhì)性、巖層厚度、物性、巖相等多因素的約束，也是巖心觀察的主要對(duì)象（表1）。

表1 致密砂巖儲(chǔ)層裂縫分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Classfication Criteria for fractures in tight sandstone

3 大尺度縫（低級(jí)序斷層）特征

對(duì)全區(qū)地震解釋解釋出的233條斷層，采用“里德?tīng)柤羟心Ｊ?傾角測(cè)井-地層對(duì)比”組合法驗(yàn)證了斷層的可靠性，考慮雙孔雙滲地質(zhì)建模實(shí)際運(yùn)算量，在綜合考慮斷穿層位、距井距離、斷距大小及對(duì)氣井動(dòng)態(tài)影響4個(gè)原則的基礎(chǔ)上，最終保留了114條建模斷層，其中I級(jí)2條，II級(jí)26條，III、Ⅳ級(jí)86條，并進(jìn)行了特征分析。其中II級(jí)斷層走向位于70°～80°之間，長(zhǎng)度位于3 246.53～23 540 m之間，平均長(zhǎng)度為6483.74 m，分形維數(shù)為1.175，相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.98，分布規(guī)律符合乘冪關(guān)系，有效影響范圍估計(jì)達(dá)到100～200 m；Ⅲ、Ⅳ級(jí)斷層走向位于70°～80°，長(zhǎng)度位于363.85～4703.93 m，平均長(zhǎng)度為902.8 m，分形維數(shù)為1.241 4，相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.92，分布規(guī)律符合乘冪關(guān)系，影響范圍估計(jì)達(dá)到40～100 m。

4 中尺度和小尺度縫特征

4.1 野外露頭裂縫

圖2 天山南緣索罕村野外剖面裂縫參數(shù)分布特征Fig.2 Fracture characteristics of Suohancun at front of Tianshan mountain

圖3 天山南緣索罕村野外剖面裂縫發(fā)育模式Fig.3 Fracture development modes of Suohancun at front of Tianshan mountain

根據(jù)對(duì)天山南緣地質(zhì)露頭（索罕村剖面）7個(gè)采樣點(diǎn)（178條裂縫）的統(tǒng)計(jì)結(jié)果（圖2）顯示，古近系、白堊系裂縫走向以NE、NEE為主，NW次之，以高角度、直立共軛剪切縫為主，張剪縫次之，總體上屬于區(qū)域裂縫系統(tǒng)，代表了地質(zhì)歷史時(shí)期存在的NNW向穩(wěn)定擠壓應(yīng)力環(huán)境；早期裂縫充填程度高，晚期裂縫基本未充填，充填物以方解石為主，少量泥質(zhì)充填；斷層（大尺度縫）對(duì)裂縫的控制明顯，體現(xiàn)在上、下兩盤附近密度大，遠(yuǎn)離斷層則迅速降低（圖3（b））；中尺度縫與小尺度縫近平行或部分斜交發(fā)育，兩者受局部應(yīng)力場(chǎng)的控制作用明顯，如在褶皺前翼或核部密度大，后翼密度小，中和層位置密度最低。為了離散裂縫模型建立的需要，分尺度統(tǒng)計(jì)了裂縫參數(shù)的分布規(guī)律，中尺度縫和小尺度縫皆為高角度縫和直立縫，傾角為45°～90°，且前者稍大于后者，這主要由于庫(kù)車坳陷在喜山期變形期間，目的層埋藏深度大于4000 m，高圍壓條件促成了兼具剪切性質(zhì)的高角度裂縫的大量發(fā)育，較大規(guī)模裂縫又控制形成了一部分低角度或順層滑脫的次級(jí)裂縫，如中尺度縫的延伸長(zhǎng)度主要位于6～20 m，平均長(zhǎng)度為10.58 m，小尺度縫主要位于1～6 m，平均長(zhǎng)度為2.74 m。裂縫開(kāi)度統(tǒng)計(jì)呈現(xiàn)出0.2～0.6 mm和大于1.0 mm兩個(gè)高值區(qū)，前者與小尺度縫高值區(qū)基本吻合，說(shuō)明裂縫規(guī)?；蜓由扉L(zhǎng)度越大，開(kāi)度并不一定越大，尤其對(duì)于處于閉合狀態(tài)下的剪切縫，而張性縫相對(duì)來(lái)說(shuō)往往開(kāi)度較大；相比較而言，中尺度縫間距主要集中在1.2～2 m，小尺度縫則主要在0.4～1.2 m，前者明顯大于后者，說(shuō)明在同等應(yīng)變能條件下，較大規(guī)模的裂縫產(chǎn)生時(shí)消耗的能量更多。另外，觀察統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，厚層均質(zhì)砂巖中以規(guī)則共軛剪切縫發(fā)育為主（圖3（a）），含軟弱夾層的砂巖中則發(fā)育一定數(shù)量的張性縫或巖性界面縫，正反映了在地層未發(fā)生較大變形時(shí)地層結(jié)構(gòu)是裂縫發(fā)育類型的重要控制因素，研究區(qū)屬于扇三角洲前緣相沉積，泥質(zhì)夾層發(fā)育頻率高（圖3（c）），厚層砂巖中厚度超過(guò)5 cm的泥質(zhì)夾層即可擋住小尺度裂縫的延伸，大于20 cm的夾層可擋住中尺度裂縫的延伸（圖3（d）），在統(tǒng)計(jì)的77條中尺度縫中，穿透縫占46.5%，未穿透縫僅占12%，統(tǒng)計(jì)的89條小尺度縫中，穿透縫僅占15.5%，未穿透縫則占38%，呈明顯的反比關(guān)系，說(shuō)明較大規(guī)模裂縫更容易刺穿夾層。結(jié)合前人研究，泥巖在深層高溫圍壓條件具有明顯的塑性變形特征，其剪破裂角也明顯大于砂巖，因此造成了部分裂縫延伸轉(zhuǎn)向或終止，未能穿透夾層或直接消失在塑性?shī)A層內(nèi)。

4.2 巖心CT掃描裂縫

應(yīng)用工業(yè)高精度CT掃描技術(shù)（分辨率為20 μm），在不損壞巖心的情況下直觀反映內(nèi)部裂縫的發(fā)育、充填及變化規(guī)律等。共選取裂縫相對(duì)發(fā)育層段20.21 m，巖性涵蓋粗砂巖、中粗砂巖、中砂巖、中細(xì)砂巖、細(xì)砂巖、粉細(xì)砂巖、粉砂巖、雜砂巖、泥礫粗砂巖、泥質(zhì)中砂巖、泥質(zhì)細(xì)砂巖、泥質(zhì)粉砂巖。其中位于背斜前翼的KX2-11井掃描巖心巖性包括細(xì)砂巖、粉細(xì)砂巖、泥質(zhì)粉細(xì)砂巖、粉砂質(zhì)泥巖，主要發(fā)育平行縫、共軛縫、網(wǎng)狀縫和多期疊合縫等類型，巖性均一的厚層砂巖內(nèi)常發(fā)育平行縫和單一縫，靠近泥巖的砂巖內(nèi)常發(fā)育網(wǎng)狀縫，當(dāng)早期裂縫充填程度低且最大壓應(yīng)力或最小張應(yīng)力與裂縫面低角度斜交時(shí)，則裂縫繼續(xù)錯(cuò)動(dòng)形成多期疊合縫類型，總體上該井裂縫相對(duì)發(fā)育，以未充填的高角度—直立縫為主。根據(jù)對(duì)4口井巖心CT掃描統(tǒng)計(jì)的結(jié)果顯示，研究區(qū)儲(chǔ)集層中主要發(fā)育砂巖平行-共軛剪切縫、層狀砂巖張-壓共生縫、砂泥巖界面網(wǎng)狀縫等多種模式，其中砂泥巖界面網(wǎng)狀縫尤其發(fā)育，又可以根據(jù)對(duì)夾層的穿透情況，進(jìn)一步劃分為界面轉(zhuǎn)換縫、界面滑脫縫和界面終止縫，主要表現(xiàn)為裂縫有的直接切穿泥巖夾層，有的延伸至巖性界面處消失，有的呈弧形斜切入泥巖后成為滑脫縫，有的則發(fā)生力學(xué)性質(zhì)的轉(zhuǎn)換，如剪切縫在砂泥巖界面處由于“應(yīng)變不協(xié)調(diào)效應(yīng)”而派生出張性縫或張剪縫。當(dāng)然，并不是所有的砂泥巖界面處都會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)換縫，當(dāng)砂層、泥巖層呈突變接觸或沖刷面形式出現(xiàn)時(shí)，則裂縫不轉(zhuǎn)向，直接終止或穿透，當(dāng)砂巖、泥巖呈漸變形式出現(xiàn)時(shí)，裂縫發(fā)生弧形轉(zhuǎn)向，泥巖夾層一般表現(xiàn)為泥礫或泥質(zhì)條帶的形式，厚度大于5cm時(shí)可擋住研究區(qū)的小尺度縫延伸，厚度大于8 cm時(shí)可擋住中尺度縫延伸，這一點(diǎn)與野外觀察結(jié)果非常吻合。另外，砂泥巖地層產(chǎn)狀近于水平時(shí)，擠壓應(yīng)力首先在砂巖內(nèi)集中，產(chǎn)生裂縫，后延伸入泥巖內(nèi)且剪裂角逐漸增大，破裂面呈弧形斜切入泥巖內(nèi)，地層產(chǎn)狀近直立或大于45°時(shí)應(yīng)力首先使泥巖發(fā)生屈服塑性變形，達(dá)到剪切強(qiáng)度時(shí)幾乎與砂巖同時(shí)產(chǎn)生裂縫?？梢?jiàn)，儲(chǔ)層內(nèi)部泥質(zhì)隔夾層對(duì)裂縫密度、發(fā)育規(guī)模及延伸長(zhǎng)度均有重要影響，巖性或巖相是離散裂縫建模的重要約束因素。

綜合對(duì)比KX地區(qū)21口井古近系成像測(cè)井識(shí)別和CT掃描結(jié)果，裂縫以65°～88°的高角度縫、直立縫為主，水平縫和低角度縫不發(fā)育，裂縫開(kāi)度主要分布在0～0.2 mm，最大可大于1 mm，裂縫充填程度主要位于40% ～60%，以鈣質(zhì)半充填為主（圖4）。整體上西部除個(gè)別井點(diǎn)外，裂縫密度總體偏低，而東部則裂縫密度總體較高，縱向上，E5（蘇三段）、E72—E78（庫(kù)二段）、E1—E2（蘇一段）裂縫密度依次較大，E3—E4（蘇二段）稍差，E8（庫(kù)三段）和K鉆遇井少，靠近泥巖隔層附近，裂縫密度下降；裂縫方位總體呈NNW-SSE向，NW-SE向次之。

5 裂縫發(fā)育主控因素分析及離散裂縫模型建立

5.1 裂縫發(fā)育主控因素分析

KX氣田位于天山南緣的克拉蘇構(gòu)造帶上，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，受晚燕山運(yùn)動(dòng)、喜山運(yùn)動(dòng)和第四紀(jì)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響明顯，是裂縫產(chǎn)生的最直接驅(qū)動(dòng)力，斷層和褶皺又是影響和改變局部應(yīng)力場(chǎng)的關(guān)鍵因素，巖性、泥質(zhì)夾層、物性從內(nèi)部制約著裂縫是否產(chǎn)生或幾何形態(tài)。結(jié)合前人研究及裂縫包裹體測(cè)試結(jié)果，推斷構(gòu)造裂縫的形成大致有3個(gè)期次：第1期為同沉積泥質(zhì)充填裂縫（閉合，無(wú)效），第2期為硬石膏、方解石充填裂縫（半充填、全充填），第3期為高角度開(kāi)啟裂縫（未充填、半充填）①塔里木油田內(nèi)部報(bào)告《迪那2氣田低孔滲裂縫性儲(chǔ)層描述與預(yù)測(cè)》。。其中，第1期發(fā)育在早期喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)早期，第2期發(fā)育在喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)—造山運(yùn)動(dòng)晚期，這個(gè)時(shí)期是KX構(gòu)造雛形奠定的關(guān)鍵期，構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)度大，第3期發(fā)育在喜山運(yùn)動(dòng)末期。根據(jù)巖石聲發(fā)射測(cè)試結(jié)果以及裂縫走向與褶皺軸部、斷層走向的關(guān)系，喜山運(yùn)動(dòng)最大主應(yīng)力為NNW向，控制了NEE走向斷層和長(zhǎng)軸背斜的發(fā)育以及NNW走向剪切裂縫的發(fā)育，晚喜山運(yùn)動(dòng)和新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)促進(jìn)了KX背斜的隆起、定型，改變了頂部應(yīng)力場(chǎng)的分布狀態(tài)，派生出等效擴(kuò)張應(yīng)力，控制產(chǎn)生了兩組NNE和NE走向張剪縫的發(fā)育，呈“X”共軛狀態(tài)與背斜樞紐近似平行，同時(shí)沿最大主應(yīng)力方向產(chǎn)生垂直樞紐的擴(kuò)張裂縫或走滑調(diào)節(jié)斷層，對(duì)早期剪切裂縫和斷層系統(tǒng)進(jìn)行疊加改造。另外，在很大程度上，KX地區(qū)的強(qiáng)烈擠壓運(yùn)動(dòng)會(huì)派生相應(yīng)的走滑剪切應(yīng)力，在北部斷層附近以右旋剪切為主，在南部斷層附近，以左旋剪切為主，如在KX3井南部位置，發(fā)育局部左旋剪切運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生了明顯的負(fù)花狀構(gòu)造?？傮w上，KX構(gòu)造屬于典型的頂部地塹型背斜，裂縫發(fā)育演化過(guò)程符合斷層-褶皺-裂縫共生演化系統(tǒng)，即裂縫早期受斷層控制，晚期受斷層、褶皺共同控制，為各種類型構(gòu)造裂縫的發(fā)育，尤其是張性縫的發(fā)育提供了有利條件（圖5）。

圖4 KX地區(qū)巖心CT掃描及裂縫參數(shù)分布特征Fig.4 Fracture parameters distribution from CT scanning in well KX area

圖5 KX氣田斷層、褶皺控制裂縫發(fā)育關(guān)系Fig.5 Relational graph between fractures development and faults，folds distrbution in KX gas field

最終，按照各種地質(zhì)因素對(duì)裂縫發(fā)育的控制程度，結(jié)合專家打分結(jié)果，確定了KX氣藏各項(xiàng)因素的權(quán)重系數(shù)，并按照權(quán)重大小依次排序，優(yōu)選出研究區(qū)裂縫主控因素，參考試油試采、試井解釋等動(dòng)態(tài)資料，建立研究區(qū)儲(chǔ)層段構(gòu)造裂縫發(fā)育的主控因素及指標(biāo)體系，為離散裂縫網(wǎng)絡(luò)地質(zhì)模型的構(gòu)建提供多種約束策略下的定量約束。由表2可知，構(gòu)造應(yīng)力、斷層和曲率仍然是控制裂縫發(fā)育的重要因素。

表2 KX氣田裂縫主控因素及權(quán)重系數(shù)Table 2 Main controlling factors and their weight coefficients for fractures of KX gas field

5.2 離散裂縫網(wǎng)絡(luò)地質(zhì)模型構(gòu)建

儲(chǔ)層基質(zhì)模型是離散裂縫模型構(gòu)建基礎(chǔ)［15-16］，采用經(jīng)典的三步建模法構(gòu)建基質(zhì)模型，并以此為約束建立離散裂縫網(wǎng)絡(luò)地質(zhì)模型。首先，基于裂縫發(fā)育主控因素，以動(dòng)態(tài)資料為刻度，構(gòu)建多重約束策略下的裂縫發(fā)育強(qiáng)度屬性體（地應(yīng)力、斷層、構(gòu)造曲率、巖相等參數(shù)），從平面與縱向三維空間對(duì)裂縫發(fā)育富集區(qū)域進(jìn)行定量表征。其次，應(yīng)用確定性與隨機(jī)性建模方法相結(jié)合的思路，構(gòu)建儲(chǔ)層中不同尺度離散裂縫網(wǎng)絡(luò)模型，對(duì)地震解釋的主斷層體系，可直接作為確定性結(jié)果，搭建構(gòu)造框架，對(duì)低級(jí)序斷層識(shí)別結(jié)果，提取三維空間展布形態(tài)，由于存在一定的不確定性，需要結(jié)合鉆井、測(cè)井、地層對(duì)比以及注采對(duì)應(yīng)關(guān)系、注示蹤劑等動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)等資料對(duì)解釋結(jié)果進(jìn)一步標(biāo)定從而降低多解性，采用確定性方法建立中尺度裂縫模型，對(duì)于不同組系的小尺度裂縫，以井點(diǎn)裂縫發(fā)育程度為條件數(shù)據(jù)，以裂縫發(fā)育強(qiáng)度屬性體為約束，采用隨機(jī)建模方法分組系構(gòu)建天然裂縫離散網(wǎng)絡(luò)模型（圖6），實(shí)現(xiàn)KX氣田多尺度裂縫三維空間展布的定量化與可視化。最后，根據(jù)巖心觀察、薄片鑒定、成像測(cè)井及深淺雙側(cè)向的幅度差計(jì)算出不同組系裂縫的開(kāi)度，然后，優(yōu)選Oda-Block算法和上述統(tǒng)計(jì)公式相結(jié)合的方法，依據(jù)裂縫長(zhǎng)度、寬度等特征參數(shù)，建立不同組系裂縫孔隙度、滲透率等屬性參數(shù)模型。儲(chǔ)層中天然裂縫成因、產(chǎn)狀、組系及充填程度均不同，直接導(dǎo)致每條裂縫具有不同的屬性參數(shù)。上述裂縫屬性建模方法是基于理想簡(jiǎn)化提出的初步解決方法，其賦值結(jié)果具有多解性和不確定性，通過(guò)分析裂縫屬性參數(shù)與氣井產(chǎn)能、試井解釋等動(dòng)態(tài)資料，對(duì)結(jié)果進(jìn)行修正，可為油藏?cái)?shù)值模擬提供可接受的屬性參數(shù)地質(zhì)模型。

圖6 KX氣藏離散裂縫網(wǎng)絡(luò)地質(zhì)模型Fig.6 DFN model in space of KX gas reservoir

6 模型可靠性評(píng)價(jià)

求取KX氣藏縱向38個(gè)小層裂縫發(fā)育強(qiáng)度，與巖心統(tǒng)計(jì)及測(cè)井解釋值相對(duì)誤差小于10%，吻合度大于92%。裂縫離散模型中，平均裂縫長(zhǎng)度為2.404 m，裂縫開(kāi)度最大為0.59 mm，平均值為0.15 mm，裂縫傾角主要位于60°～90°，平均值為74.16°，裂縫傾向也主要有兩個(gè)優(yōu)勢(shì)方向，與野外和巖心統(tǒng)計(jì)結(jié)果吻合程度高，達(dá)到90%以上，符合裂縫基本地質(zhì)情況。另外，以KX地質(zhì)模型計(jì)算的28口氣井生產(chǎn)井段裂縫發(fā)育強(qiáng)度曲線，繪制氣井無(wú)阻流量與生產(chǎn)井段裂縫強(qiáng)度值相關(guān)關(guān)系圖，除個(gè)別井外（KX202井、KX2-23井），兩者具有較好的對(duì)數(shù)關(guān)系，即裂縫強(qiáng)度曲線高值段對(duì)應(yīng)較強(qiáng)的鉆井液漏失及較高無(wú)阻流量或裂縫發(fā)育對(duì)產(chǎn)能具有較明顯的影響，說(shuō)明KX氣藏離散裂縫地質(zhì)模型具有較高的可靠性。由于斷層及裂縫均為高角度，鉆遇斷層或距離斷層較近的井存在見(jiàn)水風(fēng)險(xiǎn)。如KX2-8井距北傾正斷層約40 m，處于斷層對(duì)裂縫的影響范圍之內(nèi)，試井解釋結(jié)果卻表明垂向滲透率為平面滲透率的5倍，存在底水沿裂縫及斷層突進(jìn)風(fēng)險(xiǎn)；KX2-5井過(guò)井?dāng)鄬訛槟蟽A較大規(guī)模斷層，周圍控制產(chǎn)生了一系列網(wǎng)狀裂縫，試井解釋結(jié)果表明垂向滲透率為平面滲透率的16.8倍，出水風(fēng)險(xiǎn)較高，與裂縫模擬結(jié)果相吻合。

7 結(jié) 論

（1）基于成因機(jī)制分析將裂縫劃分為構(gòu)造縫和非構(gòu)造縫，構(gòu)造縫進(jìn)一步劃分為區(qū)域縫、局部縫和復(fù)合裂縫3種主要類型，局部構(gòu)造縫又可進(jìn)一步分為局部伴生縫、局部派生縫；再次按照裂縫的尺度性，考慮其幾何形態(tài)和對(duì)流動(dòng)貢獻(xiàn)的差異，將其劃分為大尺度縫、中尺度縫和小尺度縫3種尺度，其中中、小尺度縫是氣藏開(kāi)發(fā)研究的重點(diǎn)。

（2）構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)是裂縫產(chǎn)生的直接驅(qū)動(dòng)力，斷層、褶皺是影響和改變局部應(yīng)力場(chǎng)的關(guān)鍵因素，巖性、泥質(zhì)夾層、物性從內(nèi)部影響和改變著裂縫的分布幾何形態(tài)，通過(guò)計(jì)算不同因素與裂縫參數(shù)的相關(guān)性，獲得它們對(duì)裂縫發(fā)育的貢獻(xiàn)或權(quán)重，以此來(lái)約束建立不同組系裂縫強(qiáng)度屬性體。

（3）優(yōu)選冪分布模型表征氣藏裂縫參數(shù)特征，優(yōu)選Bingham模型表征裂縫組系空間分布規(guī)律，采用確定建模法建立大尺度縫離散模型，采用序貫高斯模擬法插值建立中小尺度縫離散模型，優(yōu)選Oda-Block裂縫屬性算法，構(gòu)建氣藏裂縫孔隙度、滲透率及形狀因子等屬性模型，結(jié)果與實(shí)際井點(diǎn)數(shù)據(jù)和開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)吻合度高。

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（編輯 徐會(huì)永）

Geological model and characteristics of dissrete fracture network in tight sandstone gas reservoir constrained by multi-factors

FENG Jianwei1，CHANG Lunjie2，SUN Zhixue1，ZHAO Libin2，WU Yongping2，ZHENG Xin2，MENG Fanchao1
（1.School of Geosciences in China University of Petroleum，Qingdao 266580，China；2.Exploration and Development Research Institute，PetroChina Tarim Oilfield Branch，Korla 841000，China）

As important flow channels in tight sandstone reservoirs，fracture networks have complicated distribution characteristics and are controlled by multiple geological factors，which have restricted the modeling of fractured sandstone reservoirs. Based on seismic，geological，logging and thin sections data in the KX area，scale limits for fractures or faults were revised and re-evaluated in terms of from fracture mechanics and scale features.The formation periods of fractures were inferred by means of structural evolution history and fluid inclusions tests in order to establish geological model for fractures.Then relationships between the fracture parameters and tectonics，lithology，physical properties were analyzed in detail，and the main controlling factors for distribution of fracture parameters were concluded and optimized.A set of fault-fold-fracture symbiotic systems at different scales were then established.By using entropy weight theory，each factor was assigned relative weights in the above analyses，through which the single fracture intensity curve of every well and 3-D fracture intensity model were built.Finally a complete discrete fracture network model（DFN）for different scales is found using four key techniques，including using determination approach to build large-scale fracture model；and using SGCS to interpolate or build middle andsmall-scale fracture model.The results show that fractures of tight sandstone in the KX area have obvious multi-scaleand multi-stage characteristics.The optimized modeling method restricted by multiple geological factors is effective for establishing a discrete fracture model，offers feasible improvement over traditional DFN constructions，and provides a reliable geologic basis for progressive optimization and adjustment of tight sandstone reservoir development scheme.

multi-factors；tight sandstone；discrete fracture network；reservoir geological model

TE 121.2

A

1673-5005（2016）01-0018-09 doi：10.3969/j.issn.1673-5005.2016.01.003

2015-07-06

中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)（14CX05016A，15CX05007A）；國(guó)家自然基金面上項(xiàng)目（41572124）

馮建偉（1979-），男，副教授，博士，博士后，研究方向?yàn)槭偷刭|(zhì)學(xué)。E-mail：linqu_fengjw@126.com。

引用格式：馮建偉，昌倫杰，孫致學(xué)，等.多因素約束下的致密砂巖氣藏離散裂縫特征及地質(zhì)模型研究［J］.中國(guó)石油大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2016，40（1）：18-26.

FENG Jianwei，CHANG Lunjie，SUN Zhixue，et al.Geological model and characteristics of dissrete fracture network in tight sandstone gas reservoir constrained by multi-factors［J］.Journal of China University of Petroleum（Edition of Natural Science），2016，40（1）：18-26.