伊拉克A油田Asmari組碳酸鹽巖儲層裂縫特征及其對油藏開發(fā)的影響

孫福亭，何 娟，王 龍，汪洪強，郭麗娜

( 中國海洋石油國際有限公司，北京 100028 )

0 引言

裂縫是碳酸鹽巖儲層常見的儲集空間類型，其發(fā)育強度及填充狀態(tài)對油井單井產能及油田高效開發(fā)具有重要影響[1-4]。不同于常規(guī)的碎屑巖儲層，碳酸鹽巖儲層脆性強且易受酸性水溶蝕改造，易形成非均質性極強的復雜孔、洞、縫滲流系統(tǒng)[5-8]。裂縫作為重要的儲集空間類型，對改善碳酸鹽巖儲層物性具有重要意義。Asmari組碳酸鹽巖是中東主要含油氣盆地——扎格羅斯前陸盆地的重要儲集單元之一[9-11]，形成的油氣田主要分布于伊拉克、伊朗和阿聯(lián)酋[12]。目前，對Asmari組碳酸鹽巖的研究主要集中于成藏模式[11,13-14]、沉積環(huán)境及沉積相[15-19]、成巖作用[19]、孔隙結構和巖石類型[20]等，有關Asmari組儲層裂縫研究相對較少[21-22]，尚未對研究區(qū)天然裂縫開展系統(tǒng)分析。

目前，伊拉克東南部A油田正處于快速上產的關鍵時期，其主力產層為古近系漸新統(tǒng)—新近系中新統(tǒng)的Asmari組碳酸鹽巖儲層[23]。油井產能差異大，水淹規(guī)律復雜是A油田開發(fā)面臨的主要矛盾。自2015年油田實施下泵提液以來，含水率快速上升，多口高部位新井出現(xiàn)投產后快速高含水，制約油田正常開發(fā)生產。觀察A油田3口取心井巖心照片，Asmari組儲層局部發(fā)育裂縫，但裂縫規(guī)模較小，在成像測井上的響應并不明顯。以A油田巖心、薄片、成像測井、偶極聲波測井資料為基礎，分析A油田Asmari組碳酸鹽巖儲層裂縫特征，結合生產井產能及生產測井資料探討裂縫對油藏開發(fā)的影響，明確研究區(qū)Asmari組碳酸鹽巖儲層裂縫特征、控制因素及其對油藏開發(fā)的影響，為后續(xù)油田開發(fā)調整提供地質依據(jù)。

1 地質背景

A油田位于伊拉克東南部米桑省，毗鄰伊朗邊界，距離巴士拉市約為175 km，構造上處于扎格羅斯山前坳陷南部邊緣的低角度褶皺帶，毗鄰美索不達米亞盆地(見圖1(a))。受扎格羅斯造山運動產生的巨大北東—南西向水平擠壓應力影響[24-28]，A油田表現(xiàn)為北西—南東向的長軸擠壓背斜構造。

圖1 A油田區(qū)域構造及Asmari組地層綜合柱狀圖Fig.1 Regional tectonic location and stratigraphic section in Asmari Formation of A Oilfield

漸新世，海平面下降，阿拉伯板塊幾乎全部暴露于地表，新特提斯快速關閉，沿板塊東北邊界扎格羅斯前淵演變成一個狹窄的海槽[29]。Asmari組沉積于該時期的扎格羅斯前淵陸棚，主要由淺色、膠結較好的有孔蟲灰?guī)r沉積物組成。Asmari組沉積晚期，受干熱的古氣候影響，局部地區(qū)灰?guī)r發(fā)生白云石化，在Asmari組頂部形成白云巖儲層，其上覆地層為區(qū)域穩(wěn)定分布的Lower Fars組巨厚膏鹽巖蓋層。

A油田Asmari組主力產層分為A、B兩段，A段沉積厚度約為70 m，根據(jù)沉積旋回進一步劃分為3個油組，主要為白云巖；B段沉積厚度約為120 m，劃分為4個油組，主要為灰?guī)r，局部夾雜少量砂巖(見圖1(b))。

2 裂縫成因類型及特征

2.1 構造裂縫

構造成因的高角度裂縫(構造裂縫)是A油田主要發(fā)育的裂縫類型，巖心觀察顯示，構造裂縫以剪切裂縫為主(見圖2(a-c))，少見張性裂縫(見圖2(d))，縫面相對平直穩(wěn)定，傾角多在70°～90°之間，多未充填或弱充填，縫間多數(shù)被油氣充注，可見明顯的油氣顯示，充填物主要為方解石或石膏膠結物。裂縫規(guī)模相對較小，開度一般在50～100 μm之間，縫長一般在20～60 cm之間，在垂向上斷續(xù)分布，局部區(qū)段發(fā)育強度較大、數(shù)量多，巖心因裂縫發(fā)育強度大而碎裂。

圖2 A油田Asmari組碳酸鹽巖構造裂縫特征Fig.2 Tectonic fracture characteristics of carbonates in Asmari Formation of A Oilfield

2.2 成巖裂縫

根據(jù)成因不同，成巖裂縫可進一步細分為水平層理縫、壓溶縫、溶蝕縫和脫水收縮縫等。

(1)水平層理縫。水平層理縫通常表現(xiàn)為沿層理面或順層的水平或低角度裂縫，是在壓實壓溶過程中沿層理薄弱面形成的裂縫(見圖3(a))。巖心觀察顯示，水平層理縫開度小，多小于50 μm，常呈半充填狀，充填物主要為方解石或石膏膠結物。

圖3 A油田Asmari組碳酸鹽巖成巖裂縫特征Fig.3 Diagenetic fracture characteristics of carbonates in Asmari Formation of A Oilfied

(2)壓溶縫。壓溶縫是碳酸鹽巖常見的成巖裂縫(又稱縫合線)，是在壓實作用下、由巖石不穩(wěn)定組分局部溶解而形成的，縫面多表現(xiàn)為不規(guī)則的鋸齒狀，通常發(fā)育在相對較致密的泥晶灰?guī)r或泥晶白云巖中。壓溶縫延伸距離較短，縫長小于10 cm，常孤立分布?？p間多被壓溶作用產物充填，也有泥質或有機質充填，滲透性較差(見圖3(b-c))。

(3)溶蝕縫。溶蝕縫(又稱構造擴溶縫)是在早期構造成因裂縫的基礎上，經過后期酸性流體沿縫面選擇性溶蝕改造而形成的，縫面受酸性流體的溶蝕改造而凹凸不平(見圖3(d))，裂縫開度不均，裂縫開度大小取決于溶蝕強度。鏡下觀察顯示，溶蝕縫多為未充填—半充填狀，充填物主要為方解石或石膏膠結物。

(4)脫水收縮縫。脫水收縮縫是硬石膏吸水變成石膏發(fā)生膨脹而體積變大，對周圍礦物產生擠壓后溶解釋放壓力，通過壓力回彈在周邊礦物中形成微小的張性裂縫。裂縫常分布于石膏斑塊周邊，呈簇狀分布，規(guī)模小(多為百微米～毫米級)，延伸距離短，常被石膏充填(見圖3(e))。

研究區(qū)對儲層改造作用較大的成巖裂縫主要為溶蝕縫，其形成之初也多為構造裂縫。

2.3 裂縫測井響應

巖心觀察顯示，裂縫發(fā)育段在常規(guī)測井曲線上的響應特征不明顯，甚至小尺度裂縫在成像測井曲線上的響應也不明顯，很難識別。橫波在各向異性地層傳播時有分裂現(xiàn)象，利用偶極聲波測井資料可以提取快、慢橫波信息，進而分析由裂縫導致的地層各向異性大小[30]。首先，應用偶極聲波測井資料提取縱、橫波時差，采用波形反演方法進行地層各向異性處理，獲得可靠的地層各向異性大小及快橫波方位等參數(shù)；然后，將獲得參數(shù)及常規(guī)測井資料的密度曲線作為輸入參數(shù)，引入定向裂縫理論模型進行裂縫參數(shù)處理，實現(xiàn)裂縫密度及裂縫孔隙度的定量評價[31]。研究區(qū)多口井具有偶極聲波測井資料，基于偶極聲波各向異性分析及裂縫參數(shù)反演，定量評估每口井縱向裂縫密度及裂縫孔隙度，研究區(qū)Asmari組各向異性較弱，裂縫平均孔隙度約為0.6%(見圖4)，整體表現(xiàn)為中—小尺度裂縫特征。

圖4 A油田A19井偶極聲波裂縫解釋成果Fig.4 Dipole acoustic logging fracture interpretation result of well A19 in A Oilfield

3 裂縫控制因素

3.1 巖性

由于A油田大多數(shù)取心資料被損毀，現(xiàn)存13口取心井的巖心描述數(shù)字化資料和3口井的巖心照片。按巖性統(tǒng)計巖心描述的高角度構造裂縫發(fā)育段(見圖5(a))，將某巖性的裂縫發(fā)育段總厚度除以巖性總厚度作為裂縫的發(fā)育概率。白云巖的裂縫發(fā)育概率最高，其次是灰?guī)r、砂巖、泥巖，最低是石膏(見圖5(b))。巖石的成分、顆粒大小及排列方式等影響巖石的力學性質，控制不同巖性在構造應力作用下的裂縫發(fā)育[32-33]。碳酸鹽巖巖石組分主要為方解石和白云石(鈣質礦物)，砂巖巖石組分主要為硅質和黏土礦物，泥巖主要由黏土礦物組成；鈣質和硅質礦物表現(xiàn)為脆性，黏土和石膏礦物表現(xiàn)為塑性[6]，不同性質礦物含量的差異造成不同巖性巖石在相同應力條件下的抗張、抗壓強度不同，進而導致裂縫發(fā)育程度不同。

圖5 A油田不同巖性厚度、裂縫發(fā)育概率統(tǒng)計Fig.5 Statistics of thickness and fracture development probability of different lithology in A Oilfield

3.2 巖層厚度

裂縫發(fā)育程度與所在巖層厚度有關，通常裂縫在一個巖性相對穩(wěn)定的層內發(fā)育，終止于巖性界面[34]。根據(jù)13口取心井的巖心描述數(shù)字化資料，統(tǒng)計不同巖層厚度的裂縫發(fā)育概率，在巖性較穩(wěn)定的薄層碳酸鹽巖中裂縫發(fā)育概率明顯大于厚層碳酸鹽巖的，裂縫發(fā)育概率隨巖層厚度增大而減小(見圖6)。

圖6 A油田巖層厚度與裂縫發(fā)育概率關系Fig.6 Relationship between rock thickness and fracture development probability in A Oilfield

3.3 構造位置

構造位置是影響A油田Asmari組碳酸鹽巖儲層裂縫分布的重要因素，不同構造部位的局部應力分布不同，影響裂縫發(fā)育程度[35]。

A油田Asmari組A段為白云巖，較B段灰?guī)r裂縫更為發(fā)育，統(tǒng)計A段偶極聲波測井平均裂縫密度解釋結果，在背斜軸部和轉折端等曲率較大的位置，裂縫更發(fā)育；在構造翼部，裂縫相對欠發(fā)育。以A油田南區(qū)為例(見圖7)，在A油田南區(qū)構造轉折端及構造軸部的A36、A40、A33、A37等井，裂縫密度明顯大于構造翼部的A24和A45井的。另外，斷層對裂縫有控制作用，斷層活動造成的應力擾動使斷層附近應力集中，斷層附近構造縫更發(fā)育，如A油田南區(qū)北部，A19和A22井距離主斷層主體較近，裂縫密度大于位于斷層末端和距離斷層較遠的A32和A26井的。

圖7 A油田Asmari組A段不同構造位置裂縫發(fā)育程度Fig.7 Fracture development degree of different tectonic location of A Member of Asmari Formation in A Oilfield

構造裂縫發(fā)育程度受巖性、巖層厚度和構造位置等因素影響，是多因素綜合控制的結果，不同區(qū)域控制構造裂縫發(fā)育程度的主要因素可能不同，因此大范圍單一控制因素分析時可能有少數(shù)異常井不符合一般規(guī)律，對于這部分異常井還需要結合其他控制因素進行分區(qū)域分析。

4 裂縫對油藏開發(fā)的影響

4.1 油井產能

A油田Asmari組A段主要發(fā)育白云巖，儲層物性較差，孔隙度分布在0.1%～21.3%之間，滲透率分布在(0.01～454.00)×10-3μm2之間，平均孔隙度為9.0%，平均滲透率為10.60×10-3μm2，孔滲相關關系極差，主要為低孔中低滲儲層。A油田有多口單采A段油井，在投產初期，這部分井產能差異較大(自噴)，最低約為130 m3/d，最高可達630 m3/d。裂縫評價結果顯示，A段白云巖儲層局部中小尺度裂縫較發(fā)育，裂縫密度相對較大(見圖4、圖8)，在投產初期，裂縫發(fā)育程度是導致單采A段油井產能差異大的重要因素。分析油井初期產能與射孔層段裂縫發(fā)育強度的相關關系，在基質孔隙發(fā)育尚可的儲層段，裂縫相對發(fā)育的層段是主力產液層段。如A油田A33井是一口單采A段油井，PLT(Production Logging Tool)測試時產能約為460 m3/d，不含水，PLT解釋結果顯示A3頂部油層為該井主要產油層，占該井產油量的83.9%；偶極聲波裂縫參數(shù)定量解釋結果顯示，A段裂縫密度大，裂縫較發(fā)育(見圖8)，裂縫發(fā)育可改善局部儲層的滲流能力，滲流能力成為油井高產的關鍵因素。

圖8 A油田A33井生產測井揭示裂縫發(fā)育段為主要產油段Fig.8 Production logging of well A33 in A Oilfield revealing main oil production layer with high fracture development degree

4.2 油藏水淹規(guī)律

裂縫除改善儲層的滲流能力、提高油井產能外，對油藏水淹規(guī)律也有重要影響。A油田有多口單采A段的構造高部位油井，在射孔段底部距離動態(tài)油水界面30～50 m時，油井投產后快速高含水，分析井上成像測井裂縫評價結果及偶極聲波裂縫密度定量評價結果，以及遠探測井周相對大尺度裂縫的定性評價結果，這些井的生產段至含水層往往在井上或井周發(fā)育裂縫，有的甚至為中大尺度裂縫。因此，這部分水淹異常井為構造裂縫導致的異常水錐或水突破。這類采油井在中低含水時期調整生產制度、降低生產壓差能夠有效抑制含水快速上升，增加油井的中低含水采油期，從而提高單井累積產量。

5 結論

(1)伊拉克A油田Asmari組碳酸鹽巖儲層發(fā)育裂縫主要為中小尺度的構造裂縫。構造裂縫的發(fā)育程度主要受巖性、巖層厚度和構造位置因素影響。白云巖裂縫發(fā)育程度高于灰?guī)r的；薄層碳酸鹽巖裂縫發(fā)育程度高于厚層碳酸鹽巖的；構造軸部和轉折端等曲率較大的位置及主斷層主體周邊是裂縫發(fā)育的有利區(qū)帶。

(2)裂縫發(fā)育能夠改善儲層的滲流能力，提高油井產能，但也易引發(fā)水突破，使油井快速高含水。采取有效方法評價裂縫并預測裂縫發(fā)育區(qū)，控制裂縫發(fā)育區(qū)生產井的生產制度，在保障油井產能的同時盡量延緩裂縫可能導致的水突破，可以有效提高單井累積產量。