EBANO油田Ksf和Kan層裂縫特征及連通性分析

王希賢

（中國石化集團國際石油工程有限公司墨西哥子公司，北京 100728）

裂縫-孔隙型灰?guī)r油藏由于具有孔縫雙重介質(zhì)，儲層非均質(zhì)性強，裂縫預測成為研究難題之一［1-6］。中外學者對裂縫識別與預測［7-9］及裂縫的發(fā)育規(guī)律［10-13］進行了大量研究，已形成較為成熟的技術(shù)和方法，促進了碳酸鹽巖油藏開發(fā)水平的不斷提高。墨西哥EBANO 油田為淺層裂縫-孔隙型稠油灰?guī)r油藏，開發(fā)目的層為Ksf 和Kan 層。1911 年投入開發(fā)，初期采用直井開發(fā)Ksf 層，高峰期日產(chǎn)油量最高達1.2×104m3，隨后產(chǎn)量快速遞減。2008 年后利用水平井開發(fā)Kan 層，水平段長度選取600 m 左右，單井初期產(chǎn)油量和累積產(chǎn)油量大幅度回升。在開發(fā)過程中發(fā)現(xiàn)不同區(qū)域Ksf 和Kan 層裂縫連通性差異較大，部分井區(qū)局部上下連通，另外一些井區(qū)上下不連通。由此給開發(fā)布井帶來較大困惑，給堵水措施的選擇也造成困難，確定Ksf和Kan層的裂縫連通關(guān)系成為必須解決的問題。通過地震、測井、鉆錄井和生產(chǎn)測試的資料對裂縫發(fā)育規(guī)律進行再認識，闡明了裂縫發(fā)育的控制因素以及Ksf和Kan層裂縫連通狀況，為油田開發(fā)方案和布井原則的確定提供有力依據(jù)，為油田控水提出方向性指導。

1 油田概況

EBANO 油田位于墨西哥灣西岸中部，AMAULI?PAS 省、SAN LUIS POTOSI 省及VERACRUZ 省交界處。構(gòu)造位置上屬于Tampico-Misantla 盆地Tamau?lipas 臺地（圖1），總體為西北高、東南低的低幅背斜，發(fā)育大量北東-南西向斷層［14］。研究區(qū)主要開發(fā)目的層為白堊系Ksf和Kan層，為海相陸棚邊緣相的泥質(zhì)灰?guī)r和灰質(zhì)泥巖互層，掃描電鏡資料顯示，Ksf 和Kan 層為裂縫-孔隙雙重介質(zhì)，主要儲集空間為物體腔孔、鑄?？缀腿芪g孔。根據(jù)物性分析結(jié)果，平均孔隙度（基質(zhì)+裂縫）為6%～14%，平均滲透率為1～600 mD。EBANO 油田含油面積為302 km2，地質(zhì)儲量為6.9×108m3。EBANO 油田由于地層淺，原油性質(zhì)差，原油黏度高，地面原油密度為0.985 2～0.985 8 g/cm3，地層原油密度為0.948 3～0.953 2 g/cm3，屬重油-超重油，40 ℃下地面脫氣原油黏度約為4 000 mPa·s，地層原油黏度約為300～700 mPa·s。

圖1 EBANO油田構(gòu)造位置Fig.1 Structural location of EBANO Oilfield

2 裂縫發(fā)育機理

裂縫的發(fā)育受控于構(gòu)造運動［15］，是基底構(gòu)造運動導致斷層附近上覆地層構(gòu)造變形產(chǎn)生的（圖2）。EBANO 油田的構(gòu)造演化為：晚三疊世—中侏羅世同生裂谷期，發(fā)育近南北向的正斷層，夾持形成東西向的壘塹相間結(jié)構(gòu)；晚侏羅世—白堊世被動大陸邊緣期，區(qū)內(nèi)構(gòu)造穩(wěn)定，沉積連續(xù)漸變；古新世—中新世前陸盆地期，Laramide造山運動使區(qū)內(nèi)斷層活化，在南北向斷裂附近形成花狀構(gòu)造。從EBANO 油田的構(gòu)造演化史看，晚三疊世—中侏羅世的拉張應(yīng)力和古新世—中新世的擠壓應(yīng)力釋放形成斷層和伴隨的裂縫帶，裂縫可能存在2期，晚三疊世—中侏羅世的張性裂縫和古新世—中新世的剪切裂縫。由于泥質(zhì)灰?guī)r的脆性大于灰質(zhì)泥巖，裂縫首先在泥質(zhì)灰?guī)r中產(chǎn)生，隨著泥質(zhì)灰?guī)r中應(yīng)力不斷釋放，灰質(zhì)泥巖的應(yīng)力更加集中，達到破裂點時灰質(zhì)泥巖產(chǎn)生裂縫［16］。由于灰質(zhì)泥巖的塑形作用較強，破裂壓力遠大于泥質(zhì)灰?guī)r，與泥質(zhì)灰?guī)r相比，在灰質(zhì)泥巖中產(chǎn)生大裂縫需要的應(yīng)力更高，在應(yīng)力相對較為集中的斷裂破碎帶或長期活動的同生沉積斷層的灰質(zhì)泥巖中可能更易于發(fā)育宏觀大裂縫。

圖2 裂縫發(fā)育機理Fig.2 Fracture development mechanism

3 裂縫發(fā)育規(guī)律及影響因素

3.1 裂縫的發(fā)育規(guī)律

巖心觀察表明［17］，EBANO油田裂縫可以分為構(gòu)造縫和層理縫，儲層構(gòu)造縫近于垂直，以半開啟縫為主，其余為開啟縫和封閉縫，裂縫密度為0.2～0.8條/m，多數(shù)裂縫是半開啟的，其比例為74%；部分裂縫是開啟的，其比例為22%；少數(shù)裂縫是封閉的，完全充填封閉的裂縫比例為4%，封閉裂縫中的充填物為方解石。

據(jù)新鉆井的成像測井資料，主裂縫走向近南北向（圖3），次裂縫走向近東西向，同時水平縫也較為發(fā)育，水平縫主要為層理縫。層理縫和垂直縫形成網(wǎng)狀裂縫系統(tǒng)。

10 口直井和水平井的成像測井獲得的裂縫密度數(shù)據(jù)顯示，在Ksf 和Kan 層裂縫廣泛存在，各井裂縫發(fā)育程度差異較大，在EBANO-1226 井中，裂縫密度最大，其最大值為12條/m；在EBANO-1105D和EBANO-1057H 井中，裂縫密度較大；在EBANO-1081和EBANO-1055H井中，裂縫密度相對較小。

圖3 EBANO油田裂縫走向玫瑰花圖Fig.3 Rose diagram of fracture strike in EBANO Oilfield

EBANO-2001 井成像測井資料表明，從Ksf 層到Kan層全井段均分布裂縫，Ksf層底部區(qū)域灰質(zhì)泥巖段500～600 m處裂縫較為發(fā)育，裂縫密度為1～2條/m。EBANO-1040 井成像測井資料表明，在灰質(zhì)泥巖段440～470 m 處，裂縫密度為1～2 條/m，在泥質(zhì)灰?guī)r段510～530 m 處，裂縫密度達1～5 條/m（圖4）。

圖4 EBANO-1040和EBANO-2001井成像測井解釋裂縫密度Fig.4 Fracture density interpretation by imaging logging in Wells EBANO-1040 and EBANO-2001

3.2 裂縫發(fā)育影響因素

EBANO 油田影響裂縫發(fā)育的因素多樣，主要表現(xiàn)為構(gòu)造運動復雜，受斷裂和剝蝕影響，地層厚度橫向變化大，加之灰質(zhì)泥巖和泥質(zhì)灰?guī)r頻繁互層，橫向上巖性變化大，儲層非均質(zhì)性嚴重。

巖性 巖性是控制EBANO 油田致密灰?guī)r裂縫發(fā)育的重要因素之一［18］。影響裂縫-孔隙型灰?guī)r儲層裂縫發(fā)育的巖性主要因素是巖石的礦物成分。粒泥灰?guī)r中裂縫最發(fā)育，而泥晶灰?guī)r、灰質(zhì)泥巖和泥巖的裂縫密度依次降低。這是由于沉積過程中海平面的升降變化導致泥質(zhì)與灰質(zhì)頻繁交互，塑性礦物（如泥質(zhì)）含量和脆性礦物（如方解石）含量不同，巖石本身的力學性質(zhì)存在差異，在同一構(gòu)造應(yīng)力條件下，裂縫的發(fā)育程度亦存在差異。巖心觀察表明從Ksf 到Kan 層裂縫密度增加，主要原因是Kan層泥質(zhì)含量低于Ksf層（表1）。

表1 Ksf和Kan層礦物含量Table1 Mineral content of Ksf and Kan layers %

斷層 斷層既能作為油氣運移的通道，又能作為遮擋體形成圈閉，同時斷層帶周圍裂縫的發(fā)育可改善致密儲層的儲集物性［19-20］。EBANO 油田裂縫主要沿斷層分布，斷裂破碎帶（花狀斷裂）裂縫最為發(fā)育；縱向上，上部上白堊統(tǒng)Ksf 層裂縫級別小，越往下斷距越大，裂縫級別逐漸變大。南北斷裂發(fā)育特征明顯不同，南部斷裂級別大，縱向上表現(xiàn)為斷距大、切割層位多深入基底，平面上表現(xiàn)為延伸距離長，裂縫帶更發(fā)育；北部斷裂級別小，縱向上表現(xiàn)為斷距小、切割層位相對少，離散裂縫和微裂縫發(fā)育。

巖性組合關(guān)系 根據(jù)巖心不同巖性和不同巖層層厚條件下裂縫發(fā)育的差異，通過對比歸納分類，根據(jù)泥質(zhì)灰?guī)r和灰質(zhì)泥巖的厚度［21］，EBANO 油田可以劃分為3 種組合模式（圖5）。模式1 泥質(zhì)灰?guī)r和灰質(zhì)泥巖互層，灰?guī)r厚度較大，泥質(zhì)灰?guī)r厚度為4～8 m，灰質(zhì)泥巖厚度小于3 m；模式2 泥質(zhì)灰?guī)r和灰質(zhì)泥巖薄互層，泥質(zhì)灰?guī)r厚度為2～4 m，灰質(zhì)泥巖厚度小于1 m；模式3主要為區(qū)域灰質(zhì)泥巖夾薄層頁巖層，灰質(zhì)泥巖厚度為2～3 m，頁巖厚度一般小于0.5 m。3 種巖性組合中，模式2，巖石力學性質(zhì)差異明顯，在區(qū)域應(yīng)力的作用下，容易形成裂縫，而且泥質(zhì)灰?guī)r和灰質(zhì)泥巖單層厚度較小，裂縫間距小，裂縫密度大；模式1，由于巖石力學性質(zhì)存在差異，在區(qū)域應(yīng)力作用下，較易形成裂縫，但由于泥質(zhì)灰?guī)r厚度相對較大，裂縫間距大于模式2，密度相對較低；模式3 灰質(zhì)泥巖和頁巖的塑形強，裂縫密度低。

儲層非均質(zhì)性 曾聯(lián)波通過大量實驗發(fā)現(xiàn)，地層在縱向和平面上均存在明顯的巖石力學非均質(zhì)性，這種非均質(zhì)性特征控制了不同方向裂縫的發(fā)育程度［22］。EBANO 油田在古新世—中新世前陸盆地期，Laramide造山運動形成擠壓作用，理論上應(yīng)該存在NNE 和NNW2 個方向的一組共扼斷裂體系，但從成像側(cè)井裂縫走向玫瑰花圖（圖3）看，幾乎無NNW向裂縫；地震資料解釋斷層走向也表明，斷層呈現(xiàn)NNE 走向或近SN 走向展布特征，極少存在NNW 向的斷層，這可能與儲層強非均質(zhì)性有關(guān)，抑制了另一組裂縫的產(chǎn)生。

圖5 EBANO油田泥儲層巖性3種組合模式Fig.5 Three association models of reservoir lithology in EBANO Oilfield

4 裂縫連通性分析及應(yīng)用

4.1 裂縫連通性

裂縫能否穿透泥巖層，是決定灰?guī)r、泥巖互層的儲層質(zhì)量好壞的關(guān)鍵。EBANO油田Ksf層底部存在20～30 m 的灰質(zhì)泥巖層，裂縫能否將灰質(zhì)泥巖層穿透連通上下2套開發(fā)層系，直接影響EBANO 油田的開發(fā)戰(zhàn)略，即繼續(xù)目前的分層系開發(fā)還是合層開采。但是能夠穿透泥巖界面的大裂縫本身來講數(shù)量是有限的，無論是巖心觀測或是成像測井，都難以觀察到泥巖中大量的穿透性裂縫，更無法對其發(fā)育規(guī)律進行研究，因此不能利用直接觀察方法來確定泥質(zhì)灰?guī)r和灰質(zhì)泥巖互層中裂縫的穿透性。

中外學者對裂縫的穿層性進行了較多研究［23-24］，張江暉等利用有限元數(shù)值模擬法對和田河氣田含夾層碳酸鹽巖儲層泥巖的穿透性進行了研究，認為當灰?guī)r中泥質(zhì)隔夾層厚度超過4～6 m 時，由于裂縫難以穿透泥巖，裂縫發(fā)育不再符合規(guī)律，破裂應(yīng)力急劇增加，大型裂縫較難發(fā)育。

Ksf 層底部區(qū)域夾層的巖性主要為灰質(zhì)泥巖夾薄層頁巖，灰質(zhì)泥巖層由于含鈣質(zhì)，其脆性程度較泥巖大，據(jù)文獻［22］可知，在砂泥巖剖面中，鈣質(zhì)或白云質(zhì)等脆性組分含量較高的泥巖的裂縫發(fā)育程度甚至有可能高于砂巖，而灰質(zhì)泥巖含灰質(zhì)成分較多，據(jù)巖石薄片資料，灰質(zhì)泥巖層方解石含量普遍大于40%，脆性礦物含量高，據(jù)此推測，灰質(zhì)泥巖層中也應(yīng)發(fā)育大裂縫連通Ksf層和Kan層。

據(jù)PLT測試資料，EBANO-1057井在Ksf層的區(qū)域蓋層Mendez 含灰質(zhì)和火山碎屑質(zhì)泥巖段515～520 m 處，測試日產(chǎn)油量為3.7 m3/d，該裂縫距Ksf 層頂面距離大于30 m。在灰質(zhì)泥巖段617～622 m 處，測試日產(chǎn)油量為10.2 m3/d，由此可見，灰質(zhì)泥巖中存在大的裂縫，可以溝通Ksf層和Kan層。

利用地震相干體對裂縫連通性進行分析，在裂縫發(fā)育帶有良好的響應(yīng)［25］。從EBANO-2056 和EBANO-2064 井相干體剖面看，Ksf和Kan 層存在連通和不連通2種情況，在部分井區(qū)裂縫穿透Ksf層底部區(qū)域灰質(zhì)泥巖層（圖6），在其他區(qū)域Ksf 和Kan 層上下裂縫不連通。Ksf 和Kan 層裂縫縱向上不同連通情況在相干體剖面上有不同的地震響應(yīng)特征，根據(jù)相干體的不同反射特征、斷裂發(fā)育特征以及開發(fā)動態(tài)特征劃分3 類裂縫發(fā)育區(qū)（圖7）。Ⅰ類裂縫區(qū)相干體縱向貫穿、橫向規(guī)模大，Ksf 和Kan 層上下裂縫系統(tǒng)連通好；Ⅱ類裂縫區(qū)相干體有異常但范圍小，Ksf 和Kan 層上下裂縫系統(tǒng)連通性一般；Ⅲ類區(qū)目的層主要為微細裂縫區(qū)，Ksf 和Kan 層為層狀油藏，Ksf和Kan層上下裂縫系統(tǒng)不連通。從地震相干體預測裂縫平面分布圖看，Ⅰ和Ⅱ類裂縫區(qū)主要分布于較大規(guī)模的斷層或斷裂帶附近，這與較大規(guī)模斷層和斷裂帶應(yīng)力更為集中，應(yīng)力釋放時更易于在區(qū)域泥質(zhì)灰?guī)r層中形成宏觀裂縫相關(guān)。

圖6 過EBANO-2056和EBANO-2064井相干體地震剖面Fig.6 Seismic profile of coherence cube passing through Wells EBANO-2056 and EBANO-2064

圖7 EBANO油田東部三類裂縫分布預測Fig.7 Distribution prediction of three classes of fractures in eastern EBANO Oilfield

4.2 開發(fā)應(yīng)用及建議

根據(jù)Ksf和Kan層裂縫特征及連通性的認識，針對Ksf和Kan層裂縫不同的連通情況，考慮鉆井施工的難易程度，采取不同的開發(fā)戰(zhàn)略。

在北部地區(qū)由于儲量未動用，Kan 層的基質(zhì)儲層物性好于Ksf 層，加之受構(gòu)造形態(tài)的控制，北部地層抬升，地層埋深相對較淺，水平段若設(shè)計在Ksf 優(yōu)質(zhì)基質(zhì)儲層中，鉆井施工難度大，加之北部地區(qū)的裂縫以離散裂縫和微裂縫為主，裂縫規(guī)模較南部小，因此在北部地區(qū)水平井位優(yōu)先選擇Ⅰ和Ⅱ類裂縫發(fā)育區(qū)，水平段設(shè)計在Kan層中，后期開發(fā)調(diào)整時可以考慮水平井開發(fā)Ksf層。

在南部地區(qū)，Ⅰ類裂縫區(qū)水平段位于Ksf 層，在Ⅱ類裂縫發(fā)育區(qū)，水平段設(shè)計在Kan層，利用斜井段溝通Ksf 層底部的裂縫發(fā)育段，同時開發(fā)Kan 和Ksf層，提高油井產(chǎn)能；對于Ⅲ類裂縫區(qū)，采用斜井溝通縱向上各小層合采，以提高油井產(chǎn)能。

2013—2014 年和2020 年根據(jù)裂縫連通性及裂縫預測成果，分別鉆井116 口和7 口，2013—2014 年鉆井成功率由92%提高到97%，2020 年鉆井成功率為100%，測試投產(chǎn)7 口井初期日產(chǎn)量平均達18.5 m3/d，是原計劃初期日產(chǎn)量11.1 m3/d的167%。

在EBANO 油田未來的開發(fā)中，對于Ksf 和Kan層連通區(qū)域可以嘗試采用小斜度井貫穿上下2 層，井底設(shè)計在Kan 層頂部。小斜度井在Ksf 和Kan 層頂部裂縫中穿行，一是可實現(xiàn)雙層合采增加產(chǎn)量；二是遠離Kan 層底水，延遲出水時間，延長采油期限，增加單井累積產(chǎn)油量；三是降低鉆井成本。

5 結(jié)論

在裂縫發(fā)育機理、發(fā)育規(guī)律、影響因素分析的基礎(chǔ)上對裂縫連通性進行研究，確定EBANO 油田Ksf和Kan層裂縫存在3種不同的連通類型。

根據(jù)裂縫不同連通類型，采用3 種不同的開發(fā)策略，Ⅰ類裂縫發(fā)育區(qū)Ksf和Kan層采用水平井合采方式，Ⅱ類裂縫發(fā)育區(qū)采用大斜度井溝通Ksf 層底部和Kan 層裂縫，同時開發(fā)Kan 和Ksf 層，Ⅲ類裂縫發(fā)育區(qū)采用水平井分層開采。3 種策略的實施，取得了一定成果，2013—2014 年鉆井成功率由92%提高到97%，2020 年新井初期日產(chǎn)量提高到原計劃初期日產(chǎn)量的167%。

裂縫-孔隙型灰?guī)r油藏裂縫連通性關(guān)系研究，直接影響開發(fā)層系的開發(fā)方式和井身結(jié)構(gòu)的選擇，對于油田中后期的開發(fā)調(diào)整具有重要的指導作用。