于 雷，陳建文，李 元，李偉華，陳振波

（1.中國石油長慶油田分公司超低滲透油藏研究中心；2.中國石油長慶油田第一采油廠）

姬塬油田堡子灣南長4+5儲層裂縫特征及其影響因素分析

于 雷1，陳建文1，李 元2，李偉華1，陳振波1

（1.中國石油長慶油田分公司超低滲透油藏研究中心；2.中國石油長慶油田第一采油廠）

鄂爾多斯盆地姬塬地區(qū)三疊系儲層中存在大量天然裂縫。該文通過巖心、顯微薄片、測井解釋多尺度裂縫描述方法，以及應(yīng)用古地磁、地應(yīng)力、均一化溫度測試等裂縫檢測技術(shù)對姬塬油田堡子灣南長4+5儲層天然裂縫特征和形成期次進行了分析，并對影響裂縫分布的因素進行了研究。結(jié)果表明：該區(qū)長4+5儲層天然裂縫發(fā)育密度大，裂縫有效程度高，并以高角度裂縫為主；裂縫方向受區(qū)域構(gòu)造運動影響，主要為北東—南西向；巖性、巖層厚度、沉積微相等是影響裂縫發(fā)育的主要因素。

長4+5儲層；超低滲透；裂縫；姬塬油田

0 引言

鄂爾多斯盆地是在華北克拉通地塊之上經(jīng)歷了長期演化過程的中生代沉積盆地，是我國第二大含油氣沉積盆地［1］。姬塬地區(qū)堡子灣南位于盆地中段西部，長4+5儲層構(gòu)造比較簡單，總體為一平緩的西傾單斜，坡降6～7 m/km。構(gòu)造對該區(qū)油藏控制作用較小，油氣圈閉主要受巖相和儲層物性變化控制。長4+5時期主要以三角洲前緣亞相沉積為主，沉積微相以水下分流河道和分流間灣為主，水下分流河道中沉積的細、粉砂巖是研究區(qū)的主要儲集層。粒度分析表明，研究區(qū)長4+5儲層以細砂為主，平均占94.53%，粉砂次之，中砂極少量，分選較好。儲層巖性為粉細—細粒巖屑質(zhì)長石砂巖，平均孔隙度為11.54%，滲透率為0.39 mD，儲層中天然裂縫發(fā)育程度較高，油藏類型為超低滲透裂縫性巖性油藏［2］。天然裂縫的發(fā)育和分布直接影響著油田注水開發(fā)的效果和最終采收率，因此，開展裂縫特征及影響因素的研究對該區(qū)油田穩(wěn)定高效開發(fā)至關(guān)重要。

1 裂縫發(fā)育特征

鄂爾多斯盆地中部陜北斜坡構(gòu)造活動較弱，地層平緩，斷層、褶皺等構(gòu)造均不發(fā)育［3-4］。通過鉆井取心發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)儲層中天然裂縫發(fā)育，產(chǎn)狀穩(wěn)定，裂縫面光滑平直（圖版Ⅰ-1、圖版Ⅰ-2）。

1.1 裂縫發(fā)育具有多方位性

通過野外露頭、巖心古地磁定向、成像測井及裂縫識別測井資料分析，研究區(qū)裂縫方向以北東—南西向為主，同時還存在一組近東西向的裂縫，這組裂縫發(fā)育程度次于北東向（圖1）。

圖1 姬塬油田長4+5儲層裂縫方位圖Fig.1 Fracture orientation of Chang 4+5 reservoir in Jiyuan Oilfield

1.2 裂縫傾角分布范圍大

按照裂縫與巖心橫截面夾角的大小，可以將裂縫分為水平縫（Φ≤5°）、斜交縫（5°＜Φ≤45°）、高角度縫（45°＜Φ≤85°）和垂直縫（Φ＞85°）［5-6］。 根據(jù)取心井巖心裂縫統(tǒng)計，研究區(qū)主要發(fā)育70°～90°的高角度縫和垂直縫，另外發(fā)育傾角約為45°的斜交縫，并且伴有少量層間縫（表1）。

表1 裂縫傾角統(tǒng)計表Table 1 Statistics of fracture dip

1.3 裂縫發(fā)育密度大

裂縫密度反映了儲層裂縫的發(fā)育程度。通過對研究區(qū)巖心進行統(tǒng)計可知，該區(qū)平均裂縫密度為0.95條/m，在個別井中裂縫密度甚至達到2.84條/m。與國內(nèi)同類型儲層相比，研究區(qū)裂縫發(fā)育程度較高。儲層裂縫密度越大，裂縫的間距、垂向高度和延伸長度就越小，表現(xiàn)出較強的負相關(guān)性。根據(jù)巖心觀察，裂縫主要發(fā)育在巖層內(nèi)，裂縫長度主要為3～4 m，高度為 5～45 cm（表 2、表 3）。

表2 裂縫長度統(tǒng)計表Table 2 Statistics of fracture length

表3 裂縫高度統(tǒng)計表Table 3 Statistics of fracture height

1.4 裂縫有效程度高

裂縫的充填特征包括裂縫的充填程度、充填物以及充填物的晶形、結(jié)晶程度等。充填程度分為完全充填和半充填；充填物視巖性的不同分為泥質(zhì)、鈣質(zhì)和炭質(zhì)等［5-7］。巖心觀察表明，研究區(qū)儲層中裂縫被礦物充填者占13.6%，其中方解石充填占10.9%，石英充填占2.7%，表明大多數(shù)裂縫為有效裂縫。

2 裂縫與構(gòu)造運動的關(guān)系

研究表明，姬塬油田堡子灣南長4+5儲層中的裂縫為燕山期和喜山期形成的［8-10］。巖心觀察有明顯的裂縫切割關(guān)系，在巖心中存在2條切割明顯的裂縫（圖版Ⅰ-3）。鏡下觀察表明，儲層砂巖中同一微裂縫也具有2期充填特征，早期裂縫充填的粗粒方解石又被后期微晶石英脈貫穿，表現(xiàn)出同一微裂縫出現(xiàn)2次開合的現(xiàn)象。這反映研究區(qū)的確存在2期構(gòu)造活動（圖版Ⅰ-4）。巖石的聲發(fā)射試驗也證實了該區(qū)域存在2期構(gòu)造應(yīng)力（圖2）。

圖2 聲發(fā)射試驗曲線Fig.2 Test curve of acoustic emission

裂縫中充填石英的流體包裹體均一化溫度頻率集中范圍與裂縫高頻范圍呈正相關(guān)性。如表4所示，均一化溫度高頻范圍，即130～150℃和90～110℃所對應(yīng)的儲層中裂縫出現(xiàn)頻率較高。結(jié)合鄂爾多斯盆地構(gòu)造演化背景及應(yīng)力特征，認為裂縫發(fā)育程度較高的2個時期分別與燕山期和喜山期盆地的構(gòu)造運動時期相一致，說明燕山期和喜山期是該區(qū)裂縫的主要形成時期，由此可知，2期構(gòu)造應(yīng)力場是形成該區(qū)裂縫多方向性的主要原因。

表4 均一化溫度（石英包裹體）與裂縫頻率統(tǒng)計表Table 4 Statistics of homogenization temperature and fracture frequency

3 裂縫分布受控因素分析

在2期構(gòu)造應(yīng)力作用下，地層中裂縫發(fā)育，且分布廣泛，但并不均一。裂縫的發(fā)育程度、組系存在差別，而這些差異的形成受控于多種因素，如巖性、巖層厚度、沉積微相等。

3.1 裂縫與巖性的關(guān)系

沉積巖中裂縫發(fā)育程度與巖性關(guān)系密切。巖性包括巖石組分、粒度狀況、膠結(jié)狀況等，這些因素直接決定巖石的抗壓、抗張和抗剪強度，進而影響到地層受力時巖石斷裂破壞的難易以及斷裂破壞的程度。巖石類型不同，變形程度也不同，所顯現(xiàn)出來的力學(xué)性質(zhì)和受力后產(chǎn)生破裂的情況也不一樣。當(dāng)巖石處于相似應(yīng)力和環(huán)境條件時，脆性組分百分比含量高的巖石要比含量低的巖石具有更發(fā)育的裂縫［11］。據(jù)巖心觀察，在研究區(qū)長4+5儲層中細砂巖中裂縫最為發(fā)育，粉砂巖中裂縫發(fā)育程度次之，而純泥巖中裂縫發(fā)育程度最差（表5）。

表5 不同巖性裂縫分布頻率統(tǒng)計表Table 5 Statistics of fracture frequency in different lithologies

3.2 裂縫與巖層厚度的關(guān)系

鄂爾多斯盆地構(gòu)造發(fā)育程度較弱，因此巖層厚度對裂縫的影響就顯得尤為重要［12］。一方面，巖層中裂縫發(fā)育程度明顯受單層厚度的控制，即巖層越薄裂縫越發(fā)育；另一方面，單層厚度薄的巖層中巖石的顆粒更加細小，巖石顆粒和單層厚度的雙重影響控制著裂縫的發(fā)育程度，即巖層越薄，顆粒越細，裂縫就越發(fā)育［13-14］。在一定厚度范圍內(nèi)，裂縫的平均密度與巖層厚度呈負相關(guān)性，表明當(dāng)其它條件相同時薄巖層中的裂縫比厚巖層中的裂縫更為發(fā)育；而巖層厚度和裂縫間距具有正相關(guān)性，同一種巖層，厚度越大，則裂縫越稀疏，裂縫的規(guī)模越大；反之亦反。統(tǒng)計表明，該區(qū)無論是砂巖或泥巖，在薄層中裂縫發(fā)育程度均較高（圖3）。

3.3 裂縫與沉積微相的關(guān)系

沉積相的平面展布控制著裂縫的分布［15］。長4+5時期研究區(qū)為三角洲前緣沉積，在湖泊背景下，砂巖厚度、砂巖含量整體表現(xiàn)出自北東向南西減薄、變小的趨勢。巖心觀察統(tǒng)計證實，在水下分流河道微相中，砂巖顆粒較粗，成熟度較好，分選性較好，在該區(qū)域裂縫發(fā)育程度也較好；在分流河道間灣微相和河口壩微相，以砂巖、泥巖及其過渡巖性互層為主，雖然其巖石顆粒細，但泥質(zhì)含量高、砂體累積厚度相對較薄，因此該部位的裂縫發(fā)育程度次之；在水下天然堤微相中，主要以泥巖為主，裂縫發(fā)育程度最差（表6）。

圖3 裂縫密度與巖層厚度關(guān)系圖Fig.3 Relationship between fracture density and strata thickness

表6 沉積微相與裂縫發(fā)育程度關(guān)系Table 6 Relationship between sedimentary facies and fracture development

4 結(jié)論

（1）姬塬地區(qū)堡子灣南長4+5儲層區(qū)域上存在2組裂縫，其中北東—南西向為裂縫的主要方向，其次發(fā)育近東西向裂縫。

（2）該區(qū)域裂縫以高角度垂直縫為主，裂縫傾角主要為70°～90°，裂縫發(fā)育密度大，平均裂縫密度為0.95條/m，裂縫有效程度高，裂縫有效率達到86.4%。

（3）天然裂縫發(fā)育的主控因素包括巖石性質(zhì)及巖層厚度、沉積微相等，其中巖石性質(zhì)和巖層厚度為關(guān)鍵因素。裂縫在巖性較粗的砂巖中發(fā)育程度較高，而在粉砂巖、泥巖中發(fā)育程度較低；在相同條件下，巖層厚度越大，裂縫越不發(fā)育。

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Characteristics and influencing factors of fractures of Chang 4+5 reservoir in southern Puziwan area,Jiyuan Oilfield

YU Lei1， CHEN Jian-wen1， LI Yuan2， LI Wei-hua1， CHEN Zhen-bo1
（1.Research Center of Ultra-low Permeability Reservoir， Changing Oilfield Company， PetroChina， Xi’an 710021， China；2.The first Oil Production Plant， Changqing Oilfield Company， PetroChina， Yan’an 716000， China）

There are a large number of natural fractures in Triassic reservoir in Jiyuan area of Ordos Basin.Based on core,microscopic thin slice and logging interpretation,the palaeomagnetism,ground stress and homogenization temperature are applied toanalyze the characteristics and formingstages ofthe natural fractures ofChang4+5 reservoir in southern Puziwan area,and the influencing factors for fracture distribution are studied.The result shows that the natural fractures of Chang 4+5 reservoir developed well in the study area,and they are mainly of high-angle and effective fractures.The direction of fractures is affected by regional tectonic movement,and mainly of NE-SW.Lithology,strata thickness and sedimentarymicrofacies are the main influencingfactors for fracture development.

Chang4+5reservior； ultra-lowpermeability； fracture； JiyuanOilfield

TE122.1

A

2011-05-16；

2011-06-29

中國石油長慶油田分公司超低滲透油藏研究中心科研項目（編號：00123388）“姬塬油田堡子灣南精細油藏描述研究”部分成果。

于雷，1984年生，男，助理工程師，主要從事油氣田開發(fā)研究工作。地址：（710021）陜西省西安市未央?yún)^(qū)鳳城四路和文景路十字西北角蘇里格大廈 2603。 電話：（029）86978084。 E-mail：yulei_cq@petrochina.com.cn

1673-8926（2011）06-0069-04

圖版Ⅰ

楊琦）