尖北氣田基巖構(gòu)造裂縫特征及其對(duì)儲(chǔ)層的影響

程 鑫 ，柴小穎，楊會(huì)潔，王海成，肖 鑫

1.中國(guó)石油青海油田分公司勘探開發(fā)研究院，甘肅 敦煌 736200 2.北京阿什卡技術(shù)開發(fā)有限公司，北京 朝陽 100101

引言

基巖油氣藏是指以盆地結(jié)晶基底巖石為儲(chǔ)層的一種特殊類型油氣藏[1]，在國(guó)內(nèi)外均有分布，目前已發(fā)現(xiàn)具商業(yè)價(jià)值的基巖油氣田達(dá)數(shù)百個(gè)[2-3]。已發(fā)現(xiàn)的基巖油氣田具有油多氣少的特征，天然氣探明儲(chǔ)量?jī)H僅伴隨著原油勘探偶有發(fā)現(xiàn)。近年來，隨著勘探的不斷深入，基巖天然氣領(lǐng)域不斷獲得新突破[4-7]，2012－2016 年在柴達(dá)木盆地阿爾金山前相繼發(fā)現(xiàn)了東坪、尖北基巖氣田[5-7]，基巖風(fēng)化殼儲(chǔ)層成為柴達(dá)木盆地天然氣增儲(chǔ)上產(chǎn)的重要領(lǐng)域。

阿爾金山前帶基底巖石主要包括早元古代變質(zhì)巖（以片麻巖、片巖、板巖為主）及新元古代以來的巖漿侵入巖石[8]，東坪地區(qū)基巖主要為花崗巖和片麻巖[5，9]，尖北地區(qū)主要為花崗閃長(zhǎng)巖[10]。一般來說，基巖需在地質(zhì)歷史時(shí)期曾發(fā)生強(qiáng)烈構(gòu)造抬升，長(zhǎng)期暴露地表，經(jīng)受風(fēng)化、剝蝕、淋濾、溶解形成大量次生孔縫，才能形成有效儲(chǔ)層。作為油氣聚集的場(chǎng)所，儲(chǔ)層研究是油氣田勘探開發(fā)的重要環(huán)節(jié)，許多學(xué)者對(duì)阿爾金山前基巖儲(chǔ)層進(jìn)行了大量研究工作，如，巖石類型與風(fēng)化殼識(shí)別[11-12]、基巖內(nèi)幕劃分[13]、儲(chǔ)集空間類型及充填特征[9-17]。但對(duì)該區(qū)基巖的裂縫研究仍然較為薄弱，文獻(xiàn)[18-19]描述了東坪氣田裂縫類型，運(yùn)用地震屬性開展了裂縫預(yù)測(cè)與地質(zhì)建模研究，郭正權(quán)等[20]介紹了尖北氣田成像測(cè)井裂縫解釋方法。目前，對(duì)尖北氣田構(gòu)造裂縫特征、發(fā)育規(guī)律及其對(duì)儲(chǔ)層品質(zhì)的改善作用尚缺乏系統(tǒng)研究。由于這類儲(chǔ)層基質(zhì)物性差，裂縫是氣藏高產(chǎn)與穩(wěn)產(chǎn)的關(guān)鍵因素[5]，因而是氣藏開發(fā)的重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象。尖北地區(qū)儲(chǔ)層埋藏深度超過4 600 m，地質(zhì)條件復(fù)雜，地震資料品質(zhì)差，難以用來進(jìn)行裂縫預(yù)測(cè)。

本次研究以尖北氣田為重點(diǎn)研究對(duì)象，利用鉆完井巖芯、薄片及成像測(cè)井等資料，并結(jié)合生產(chǎn)動(dòng)態(tài)資料，分析了尖北基巖裂縫發(fā)育特征及其對(duì)儲(chǔ)層與產(chǎn)能的控制作用，對(duì)尖北氣田開發(fā)優(yōu)化及周緣勘探部署具有指導(dǎo)意義。

1 地質(zhì)概況

柴達(dá)木盆地是由東昆侖左行走滑斷裂和阿爾金左行走滑斷裂聯(lián)合控制的走滑擠壓疊合盆地[7]。裂變徑跡年齡數(shù)據(jù)[21]和古地磁數(shù)據(jù)表明[22]，中－新生代以來，阿爾金山前沖斷帶主要經(jīng)歷了燕山晚期的斷陷、喜馬拉雅早期的斷拗和中 晚期的擠壓反轉(zhuǎn)3 個(gè)構(gòu)造演化階段[22]。中生代以來，總體處于壓性或壓扭性構(gòu)造力學(xué)環(huán)境之中，侏羅紀(jì)柴北緣處于華北地塊向南逆行的擠壓環(huán)境，白堊紀(jì)至古近紀(jì)，由于華北地塊快速北移，柴北緣出現(xiàn)拉張環(huán)境，新近紀(jì)處于緩慢的擠壓隆升狀態(tài)。強(qiáng)烈的構(gòu)造活動(dòng)在阿爾金山前帶形成一系列向盆內(nèi)突出的弧形山體，在盆地西北部形成多個(gè)向盆內(nèi)傾伏的鼻狀構(gòu)造帶，受阿爾金左行走滑斷作用影響，自西向東形成月牙山斜坡、尖北 東坪鼻隆、牛北斜坡、牛東鼻隆及冷北斜坡（圖1），各構(gòu)造內(nèi)部被一系列NNW、EW 或NE 向小斷層切割形成背斜、斷背斜及斷塊等圈閉形態(tài)。

尖北氣田尖探1 區(qū)塊是位于尖北 東坪隆起之上的一個(gè)翻轉(zhuǎn)“S”型斷背斜構(gòu)造，是繼東坪氣藏后，阿爾金山前基巖氣藏的又一重大發(fā)現(xiàn)。尖北地區(qū)以花崗閃長(zhǎng)巖為主，其次為石英閃長(zhǎng)巖，少量花崗巖和閃長(zhǎng)巖[8，17-18]。儲(chǔ)層孔隙度多分布在1%～7%，滲透率多低于0.1 mD[13]。在多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)作用下，在基巖中形成大量構(gòu)造裂縫，改善了基巖儲(chǔ)集性能與滲流能力。

2 裂縫發(fā)育特征

2.1 裂縫類型與充填特征

尖北基巖裂縫以構(gòu)造縫為主（圖2，圖3），既有張裂縫（圖2a），也有剪切縫（圖2b），呈多期次、平行、共軛或網(wǎng)狀交叉切割（圖2c，圖2d），常伴有溶蝕現(xiàn)象（圖2e），裂縫密度在3.3～21.4 條/m。根據(jù)4 口取芯井（基巖芯長(zhǎng)21.04 m）統(tǒng)計(jì)，直立縫（傾角≥75°）、高角度縫（≤45°傾角＜75°）分別占裂縫總數(shù)的42.4% 和28.5%，低角度縫(15°≤傾角＜45°)和水平縫（傾角≤15°）占總比例的29.1%。巖芯上裂縫貫穿長(zhǎng)度不一，多數(shù)在5～50 cm，裂縫寬度一般為0.10～3.00 mm，部分裂縫寬度達(dá)10.00 mm（圖2e）。微裂縫常與溶蝕孔伴生（圖3a），鏡下可見長(zhǎng)石節(jié)理發(fā)生溶蝕（圖3b），微觀構(gòu)造裂縫通常切穿巖石顆粒（圖3c，圖3d），裂縫寬度0.01～0.10 mm。裂縫充填物包括石膏（圖2b）、方解石（圖3e）、石英（圖3f，圖3g）、泥質(zhì)（圖2a）及暗色礦物（圖3d，圖3h），全充填縫比例36.1%，未充填與半充填縫比例為63.9%（表1）。分析認(rèn)為，部分裂縫在古近系路樂河組沉積前形成，其中的石膏和泥質(zhì)充填物可能形成于古近系路樂河組沉積、成巖排水時(shí)期。

表1 尖北氣田巖芯裂縫充填特征Tab.1 Characteristics of fracture filling in cores in Jianbei Gas Field

圖2 尖北氣田典型巖芯裂縫特征Fig.2 Typical core fracture characteristics in Jianbei Gas Field

圖3 尖北氣田典型微觀裂縫特征Fig.3 Typical thin section fracture characteristics in Jianbei Gas Field

從巖芯裂縫充填情況（表1）可以看出，基巖上部，傾角≥75°的高角度縫或直立縫主要為石膏或泥質(zhì)充填（如JX9 井、JX12 井和JX3 井），傾角小于75°的裂縫充填物主要為石英、方解石或暗色礦物充填，基巖頂8 m 內(nèi)自上而下充填程度逐漸降低（JX9 井）；下部層位裂縫充填物主要為石英、方解石或暗色礦物，分析這些礦物的形成可能與深部熱液侵入有關(guān)，大量的富等離子的流體沿大斷層滲透到基巖裂縫中[10]，形成石英、黃鐵礦、菱鐵礦及鐵方解石等礦物沉淀。

巖芯描述為評(píng)估裂縫提供了最直接和直觀的方法，然而，由于成本高、工藝要求高，取芯一般在勘探井和評(píng)價(jià)井進(jìn)行，同時(shí)，井內(nèi)巖芯取樣的不連續(xù)性限制了對(duì)氣田裂縫空間分布特征的認(rèn)識(shí)。目前地層微電阻率掃描成像測(cè)井（Formation MicroScanner Image,FMI）方法在一定程度上實(shí)現(xiàn)了對(duì)井筒地層和裂縫的連續(xù)成像識(shí)別。研究表明，無論是常規(guī)測(cè)井還是成像測(cè)井，對(duì)識(shí)別鉆孔中的微裂縫都不敏感，因此，測(cè)井識(shí)別的裂縫數(shù)量通常低于巖芯描述識(shí)別的裂縫數(shù)量。在FMI 圖像上，開啟縫（高導(dǎo)縫）常表現(xiàn)為暗色正弦或余弦曲線，全充填縫（高阻縫）表現(xiàn)為淺色曲線。本區(qū)全充填縫在FMI 圖像上不易識(shí)別，全充填縫對(duì)儲(chǔ)層幾無貢獻(xiàn)，本文成像測(cè)井分析的裂縫為開啟構(gòu)造裂縫。主要表現(xiàn)為平行式、共軛式、網(wǎng)狀式和斜交式4 種組合形式，且常切穿層理面，單井裂縫密度（裂縫條數(shù)與解釋段長(zhǎng)度之比）為0.55～3.20 條/m，裂縫發(fā)育段密度在2.0～15.0 條/m，長(zhǎng)度為1～8 m/m2，裂縫孔隙度平均為0.007 0%。

2.2 裂縫平面分布特征

構(gòu)造裂縫空間分布常與構(gòu)造位置相關(guān)，構(gòu)造越高陡，相關(guān)性越明顯[23]。尖北地區(qū)構(gòu)造幅度低緩，但從不同構(gòu)造位置鉆井裂縫分析，仍可看出裂縫與構(gòu)造位置具有一定的相關(guān)性。根據(jù)成像測(cè)井解釋裂縫顯示，尖北地區(qū)裂縫走包括4 組：近EW 向、NW－SE 向、NE—SW 向和近SN 向，以近EW 向?yàn)橹?，?gòu)造主體部位優(yōu)勢(shì)裂縫走向與構(gòu)造線近平行（圖4），由于局部壓扭作用，東西兩端的井點(diǎn)裂縫優(yōu)勢(shì)走向?yàn)镹E—SW 向、NW－SE 向和近SN 向，與構(gòu)造線大角度斜交。依據(jù)FMI 成像誘導(dǎo)縫的產(chǎn)狀，確定尖北地區(qū)現(xiàn)今主應(yīng)力方向，現(xiàn)今主應(yīng)力與裂縫優(yōu)勢(shì)走向交角一般為小于30°（個(gè)別井段出現(xiàn)兩者交角大于45°），有利于裂縫開啟。

圖4 尖北氣田裂縫優(yōu)勢(shì)走向與現(xiàn)今應(yīng)力平面分布圖Fig.4 The dominant strike and present stress distribution of Jianbei Gas Field

從巖芯裂縫統(tǒng)計(jì)看（表1），構(gòu)造高部位的JX3井直立縫與高角度縫占比高于低部位的JX12 井和JX9 井，但根據(jù)FMI 圖像統(tǒng)計(jì)結(jié)果，這種差異性不是很明顯，原因可能是：1）測(cè)井技術(shù)難以識(shí)別與井眼平行的裂縫；2）構(gòu)造低緩，且井點(diǎn)位置距背斜長(zhǎng)軸距離差異不大。

不同構(gòu)造位置裂縫參數(shù)特征（表2）表明，構(gòu)造高部位裂縫密度相對(duì)較高，一般在1.00～3.00 條/m，開度較大、孔隙度較高，如JX3 井及JX4 井平均開度在500μm 以上，裂縫平均孔隙度在0.020 0%以上；構(gòu)造斜坡和鞍部裂縫密度、開度及孔隙度相對(duì)較低，斜坡部位單井裂縫密度一般1.00～1.50 條/m，開度12～150μm，裂縫孔隙度0.000 4%～0.012 0%，JH6 井水平段為上部的風(fēng)化淋濾帶，因而開度較大，孔隙度較高，JH3 井和JH2 井水平段位于構(gòu)造鞍部，裂縫密度分別為0.55 條/m 和1.10 條/m，開度分別為12μm 和5μm，裂縫孔隙度0.002 0%左右。

表2 尖北氣田不同構(gòu)造位置裂縫參數(shù)特征Tab.2 Fracture parameter characteristics of different structural positions in Jianbei Gas Field

值得注意的是，通常認(rèn)為斷層附近裂縫發(fā)育，但從FMI 圖像上看，距斷層較近的3 口井（JH2、JH4及JX1 井）中高導(dǎo)裂縫發(fā)育程度均較低，分析可能是尖北斷層形成時(shí)間較早，所派生裂縫被礦物質(zhì)大量充填，開啟縫數(shù)量較少。3 口井儲(chǔ)層物性均較差，產(chǎn)能低，JH2 井和JH4 井產(chǎn)能為2.8×104m3/d，JX1井壓裂后產(chǎn)氣量很小。

2.3 裂縫垂向分布特征

裂縫分布垂向具有分層性，基巖上部層位（厚度約90～150 m）以直立縫、高角度縫為主，裂縫優(yōu)勢(shì)走向?yàn)榻麰W 向，占比80%，可能與白堊紀(jì)至古近紀(jì)區(qū)域拉張作用及背斜的彎曲拱張作用有關(guān)；基巖下部層位直立縫、高角度縫略有減少，低角度縫、水平縫略有增加，裂縫走向分布較雜，近南北向擠壓應(yīng)力作用下容易形成NW SE 向和NESW 向共軛剪切縫（圖5），主要受燕山期及喜馬拉雅晚期的強(qiáng)擠壓構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)控制。

圖5 尖北氣田基巖儲(chǔ)層FMI 成像測(cè)井裂縫分布圖Fig.5 Distribution of FMI fractures in basement reservoir of Jianbei Gas Field

裂縫密度、開度在垂向上存在分層性。采用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，將FMI 裂縫散點(diǎn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為裂縫密度曲線數(shù)據(jù)，即將每一深度的裂縫點(diǎn)數(shù)從上往下累加，然后在給定的裂縫密度統(tǒng)計(jì)窗口范圍內(nèi)，統(tǒng)計(jì)每個(gè)深度點(diǎn)的W/2（W窗口，m）范圍內(nèi)裂縫數(shù)，作為該段儲(chǔ)層的裂縫密度?？傮w上看，基巖上部層位裂縫密度較高，開度較大，中部裂縫欠發(fā)育，下部存在局部裂縫發(fā)育段。以鉆井揭示基巖厚度最大的JX10 井為例，該井鉆遇基巖厚度373 m（4 654～5 027 m），其中，4 654～4 800 m 裂縫發(fā)育（4 654～4 715 m 段更發(fā)育），裂縫相對(duì)線密度（整段地層中的構(gòu)造裂縫平均線密度）1.20 條/m，絕對(duì)線密度（構(gòu)造裂縫集中發(fā)育層段的線密度）平均5.60 條/m，開度一般在5.0～80.0μm，平均15.0μm，裂縫孔隙度0.004 0%；4 800～4 920 m 段裂縫相對(duì)線密度0.20 條/m，絕對(duì)線密度1.60 條/m，開度平均在6.0μm，裂縫孔隙度平均0.001 0%；4 920 m 之下裂縫非均質(zhì)性很強(qiáng)，裂縫密度、開度變化范圍很大，絕對(duì)線密度1.00～10.00 條/m，開度1.0～60.0μm，裂縫孔隙度0.000 1%～0.030 0%（圖6）。

制定計(jì)劃階段是讓學(xué)生對(duì)項(xiàng)目學(xué)習(xí)活動(dòng)的進(jìn)度有一個(gè)總體的掌握，同時(shí)也有利于教師在整個(gè)普通話教學(xué)中對(duì)項(xiàng)目學(xué)習(xí)有更好的引導(dǎo)、推進(jìn)和點(diǎn)評(píng)。在制定計(jì)劃時(shí)應(yīng)遵循規(guī)范、引領(lǐng)、實(shí)用的原則，講普通話課程與專業(yè)課程相結(jié)合，用先進(jìn)的職業(yè)教育課程開發(fā)理念和開發(fā)方法，以學(xué)生為中心，以技能培養(yǎng)為重點(diǎn)，進(jìn)行計(jì)劃的制定。因此，在計(jì)劃制定的過程中，重點(diǎn)工作應(yīng)以學(xué)生為主，教師起輔助、指導(dǎo)作用，師生相互合作來共同完成項(xiàng)目。

圖6 JX10 井FMI 成像測(cè)井裂縫參數(shù)與基質(zhì)物性垂向分布特征Fig.6 Vertical distribution characteristics of fracture parameters(FMI)and matrix physical properties in Well JX10

3 裂縫對(duì)儲(chǔ)層控制作用

3.1 沿裂縫溶蝕作用形成有效儲(chǔ)集空間

侵入巖原生孔隙不發(fā)育，須經(jīng)構(gòu)造破裂、風(fēng)化及溶蝕等地質(zhì)作用形成大量次生孔隙，才能形成有效儲(chǔ)層。無論地表水還是地下水，只有通過裂縫網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)才能進(jìn)入基巖體內(nèi)部，進(jìn)而使易溶礦物發(fā)生溶蝕作用。裂縫為溶蝕孔隙的形成提供了前提條件，可進(jìn)一步改善基巖儲(chǔ)層的滲透性能[24]。研究區(qū)儲(chǔ)集空間包括溶蝕孔、基質(zhì)微孔及裂縫[10，13]，薄片觀察常見粒間、粒內(nèi)溶蝕孔隙及形式多樣的基質(zhì)微孔和裂縫相伴而生（圖3a），沿長(zhǎng)石節(jié)理、黑云母片理等礦物溶蝕明顯（圖3b）。從FMI 圖像可以看出，溶蝕孔隙主要形成于裂縫網(wǎng)絡(luò)集中發(fā)育區(qū)或小斷層附近（圖7），而在裂縫不發(fā)育井段，次生孔隙亦不發(fā)育，巖石致密，不具備儲(chǔ)集能力。順縫溶蝕作用進(jìn)一步增加了裂縫開度，擴(kuò)大了儲(chǔ)集空間，連通基質(zhì)微孔，改善了儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)，大大提高了儲(chǔ)層物性。從儲(chǔ)層孔隙度與裂縫密度相關(guān)圖（圖8）也可以看出，二者相關(guān)性較好，裂縫越發(fā)育，基質(zhì)孔隙度越高。

圖7 JX12 井裂縫與溶蝕孔發(fā)育特征Fig.7 The dissolution pores associated with fractures in Well JX12

圖8 射孔段基質(zhì)孔隙度與裂縫密度相關(guān)圖Fig.8 Correlation between matrix porosity and fracture density of perforated section

3.2 作為高滲通道提高儲(chǔ)層滲透率

據(jù)工區(qū)4 口井189 塊樣品統(tǒng)計(jì)，尖北基巖儲(chǔ)層孔隙度主要分布于0.020 0%～9.510 0%，平均為2.740 0%，滲透率主要分布于0.01～3.81 mD，平均為0.67 mD，中值在0.05 mD。裂縫孔隙度低，對(duì)儲(chǔ)集空間貢獻(xiàn)較小，但其作為高效的滲流通道，極大地提高了儲(chǔ)層滲透率，在巖石樣品中，不含裂縫的樣品滲透率小于0.10 mD，含裂縫樣品滲透率一般大于1.00 mD（圖9），JX9 井和JX10 井試井解釋滲透率分別為1.30 mD 和1.50 mD，可見裂縫提高了儲(chǔ)層滲透率1～2 個(gè)數(shù)量級(jí)。

圖9 尖北氣田巖芯物性分布特征Fig.9 Distribution characteristics of core physical properties in Jianbei Gas Field

3.3 裂縫發(fā)育控制風(fēng)化淋濾帶分布

一般來說，基巖受風(fēng)化淋濾改造及構(gòu)造作用，縱向上可以形成殘積層、風(fēng)化淋濾帶、半風(fēng)化帶、未風(fēng)化帶。在尖北地區(qū)殘積層古隆起部位剝蝕嚴(yán)重，保存較少，鉆井主要鉆遇風(fēng)化淋濾帶和半風(fēng)化帶，目前尚未鉆遇未風(fēng)化帶[13]。風(fēng)化淋濾帶在測(cè)井曲線上變現(xiàn)為聲波時(shí)差相對(duì)高值、電阻率低值，裂縫整體發(fā)育，溶蝕孔發(fā)育，物性較好；半風(fēng)化帶在測(cè)井曲線上表現(xiàn)為聲波時(shí)差相對(duì)低值、電阻率高值，裂縫分布不均，溶蝕孔發(fā)育程度相對(duì)較弱，物性明顯低于風(fēng)化淋濾帶，孔隙度一般小于2.000 0%，多為無效儲(chǔ)層。隨著深度增加，裂縫和溶蝕孔發(fā)育程度逐漸減弱，儲(chǔ)層物性變差。例如，JX9 井風(fēng)化淋濾帶4 640～4 823 m，主要發(fā)育網(wǎng)狀高導(dǎo)縫，基質(zhì)孔隙度平均在5.100 0%，裂縫密度3.81 條/m、長(zhǎng)度5.6 m、裂縫孔隙度在0.030 0%；半風(fēng)化帶4 823～4 954 m 井段主要發(fā)育小裂縫，基質(zhì)孔隙度平均在1.200 0%，裂縫密度2.01 條/m、長(zhǎng)度2.5 m、裂縫孔隙度在0.002 0%。由此可見，風(fēng)化淋濾帶儲(chǔ)層比半風(fēng)化帶儲(chǔ)層物性好，是風(fēng)化殼中相對(duì)優(yōu)質(zhì)的儲(chǔ)層。風(fēng)化淋濾帶厚度在橫向具有一定變化，除與古地貌直接相關(guān)外[13-15]，還與基巖上部層位裂縫發(fā)育情況密切相關(guān)，研究區(qū)遭受了長(zhǎng)期的風(fēng)化剝蝕，大氣淡水沿早期形成的構(gòu)造裂縫向下滲流，促進(jìn)了鋁硅酸鹽礦物溶蝕，可使儲(chǔ)層物性進(jìn)一步改善。但是，受構(gòu)造裂縫發(fā)育程度及連續(xù)性變化的影響，大氣淡水向下滲流的范圍受到限制[25]，造成風(fēng)化的范圍有限及溶蝕程度的差異，構(gòu)造高部位巖石受風(fēng)化淋濾作用明顯強(qiáng)于低部位，優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層厚度大。例如，構(gòu)造高部位的JX3 井和JX4 井裂縫非常發(fā)育，強(qiáng)風(fēng)化淋濾帶厚度約150 m裂縫發(fā)育，有效孔隙度大于6.000 0%，構(gòu)造低部位的JX12 井、JX9 井和JX10 井裂縫發(fā)育程度相對(duì)較差，強(qiáng)風(fēng)化淋濾帶厚度40～58 m，有效孔隙度小于6.000 0%（表3）。

表3 尖北氣田典型井風(fēng)化淋濾帶特征參數(shù)Tab.3 Characteristic parameters of weathering leaching zone of typical wells in Jianbei Gas Field

4 裂縫對(duì)產(chǎn)能的控制作用及其對(duì)開發(fā)部署的指導(dǎo)意義

4.1 裂縫發(fā)育控制氣井產(chǎn)能

裂縫發(fā)育控制優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的分布，裂縫是天然氣的主要滲流通道，裂縫的分布與發(fā)育程度決定著氣井的產(chǎn)能。儲(chǔ)層中的高導(dǎo)裂縫越發(fā)育，產(chǎn)氣量就越高（圖10a），JX4 井4 662～4 672 m 段不同尺度的直立縫、高角度縫及微裂縫交織成網(wǎng)狀，測(cè)試平均日產(chǎn)氣6.98×104m3（圖10b），而JX1 井4 676～4 683 m段裂縫不發(fā)育，儲(chǔ)層致密，為干層（圖10c）。

圖10 尖北氣田單井產(chǎn)能與裂縫密度相關(guān)圖Fig.10 Correlation between single well productivity and fracture density in Jianbei Gas Field

氣井產(chǎn)量不僅與裂縫密度有關(guān)，而且取決于裂縫的有效性。研究發(fā)現(xiàn)，尖北氣田單井產(chǎn)量與裂縫有效正應(yīng)力呈較明顯的負(fù)相關(guān)，直觀體現(xiàn)在裂縫優(yōu)勢(shì)走向與水平最大主應(yīng)力方向之間的夾角θ，在其他地質(zhì)條件相近的情況下，θ 越大，作用在裂縫面的正應(yīng)力越大，裂縫趨向于閉合狀態(tài)，有效性變差，如JX1 井4 594～4 602 m 井段，裂縫密度0.8 條/m，θ 為66°，壓后測(cè)試結(jié)果為干層，JX9 井、JX11 井及JX10井測(cè)試井段θ 小于30°測(cè)試獲工業(yè)氣流，JX12 井位于構(gòu)造低部位，由于氣藏幅度低，氣水過渡帶厚度大，該井測(cè)試氣水同產(chǎn)（表4）。

表4 典型井產(chǎn)能與裂縫有效性關(guān)系Tab.4 Relationship between productivity and fracture effectiveness of typical wells

4.2 對(duì)開發(fā)部署的指導(dǎo)意義1）井位優(yōu)選

構(gòu)造高部位裂縫密度高、開度大，次生溶蝕孔隙帶厚度大，遠(yuǎn)離邊底水，是開發(fā)井部署的有利區(qū)。位于構(gòu)造高部位的JX5 井和JX3 井產(chǎn)能達(dá)13.2×104m3/d 和16.0×104m3/d，位于斜坡部位的JX9 井和JX10 井產(chǎn)量只有4.8×104m3/d 和3.8×104m3/d，JX12 井位置更低，以產(chǎn)水為主，鞍部產(chǎn)能則更低，水平井JH2 產(chǎn)能只有2.4×104m3/d。

2）井型優(yōu)化

尖北基巖儲(chǔ)層構(gòu)造裂縫及次生溶蝕孔隙分層性明顯，強(qiáng)風(fēng)化淋濾溶蝕帶厚度40～150 m，尤以距基巖頂40 m 內(nèi)儲(chǔ)層物性更佳。優(yōu)選水平井開發(fā)，目的層段設(shè)計(jì)為基巖上部40 m 強(qiáng)風(fēng)化淋濾帶內(nèi)，既可保證鉆遇優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層，又能起到避水效果，確保氣井高產(chǎn)與穩(wěn)產(chǎn)。如，尖北氣田生產(chǎn)效果較好的7 口直井平均產(chǎn)量5.9×104m3/d，4 口水平井平均產(chǎn)量15.5×104m3/d，為直井產(chǎn)量的2.6 倍。

3）射孔井段優(yōu)化

裂縫的有效性與裂縫面所受正應(yīng)力有關(guān)，θ 越大，裂縫面所受正應(yīng)力大，裂縫趨于閉合，儲(chǔ)層改造獲高產(chǎn)難度大。因此，射孔時(shí)盡可能多打開低裂縫正應(yīng)力帶，以確保壓裂效果。

5 結(jié)論

1）尖北氣田基巖裂縫以直立縫和高角度縫為主，巖芯裂縫密度3.30～21.40 條/m，裂縫寬度0.01～3.00 mm，裂縫孔隙度一般小于0.100 0%；基巖上部裂縫充填物主要為石膏和泥質(zhì)，下部層主要為石英、方解石及暗色礦物；全充填縫比例平均為36.7%。

2）裂縫分布具有平面分帶、縱向分層性，平面上，構(gòu)造高部位裂縫最發(fā)育，單井平均裂縫密度1.00～3.00 條/m，平均裂縫開度15～520μm，構(gòu)造低部位次之，單井裂縫密度0.50～1.50 條/m，裂縫開度5～150μm，斷層控制區(qū)有效裂縫發(fā)育差；縱向上，基巖上部層位裂縫整體較發(fā)育，優(yōu)勢(shì)走向?yàn)榻麰W 向，裂縫密度高、開度大，下部層位的裂縫分布較雜，多為NW SE 向及NE－SW 向網(wǎng)狀前切縫，裂縫開度小。

3）裂縫對(duì)儲(chǔ)層性質(zhì)的改造作用主要表現(xiàn)在3個(gè)方面：裂縫發(fā)育對(duì)風(fēng)化淋濾帶分布具有控制作用；沿構(gòu)造裂縫發(fā)生的大氣淡水淋濾作用形成大量次生溶蝕孔隙，使致密儲(chǔ)層變?yōu)橛行?chǔ)層；裂縫本身作為天然氣運(yùn)移通道直接提高了儲(chǔ)層滲透率1～2 個(gè)數(shù)量級(jí)。

4）裂縫是控制氣井產(chǎn)能的關(guān)鍵因素，裂縫越發(fā)育，氣井產(chǎn)能越高。為確保氣藏高產(chǎn)與穩(wěn)產(chǎn)，應(yīng)做好井位、井型及打開層段的優(yōu)化設(shè)計(jì)：井位部署優(yōu)先考慮構(gòu)造高部位；優(yōu)選水平井開發(fā)，水平段設(shè)置為距基巖頂40 m 內(nèi)；射孔時(shí)多打開低裂縫正應(yīng)力帶。