趙國石，徐 健，邱金平

(大慶油田有限責(zé)任公司第八采油廠地質(zhì)大隊(duì)，黑龍江大慶 163514)

1 前言

蒙古國塔木查格盆地及中國黑龍江省海拉爾盆地同屬于第三沉降帶，其油田有大體相同的生成原因及地層結(jié)構(gòu)，產(chǎn)油層位主要為銅缽廟組、南屯組及布達(dá)特群，均屬于低孔、低滲油田，所有井均需壓裂投產(chǎn)。微地震監(jiān)測(cè)是檢查壓裂質(zhì)量及為油田布井提供依據(jù)的重要手段，筆者進(jìn)行了大量的微地震壓裂監(jiān)測(cè)。壓裂裂縫的優(yōu)勢(shì)方向北東60°～80°，給出了區(qū)域最大水平主應(yīng)力方向。也有個(gè)別井人工裂縫方向不在這個(gè)范圍，出現(xiàn)左旋或右旋，表現(xiàn)出異常人工裂縫方向，多數(shù)異常人工裂縫方向?yàn)楦弋a(chǎn)液井。把異常人工裂縫方向井與構(gòu)造部位、構(gòu)造走向、等深線變化趨勢(shì)進(jìn)行了比較。研究認(rèn)為，區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)的應(yīng)力方向是人工裂縫方向的普遍控制因素，原生裂縫走向、構(gòu)造端部、構(gòu)造交匯部位、介質(zhì)間斷面也影響人工裂縫方向。受原生裂縫走向、構(gòu)造端部、構(gòu)造交匯部位影響改變?nèi)斯ち芽p方位的井，因?yàn)榕c地下原有裂縫相連、或處于壓應(yīng)力相對(duì)較低的位置，通常會(huì)高產(chǎn)液。受介質(zhì)間斷面影響改變?nèi)斯ち芽p方向的井通常不影響產(chǎn)液量。

2 監(jiān)測(cè)區(qū)最大水平主應(yīng)力方向

壓裂時(shí)，如果干擾強(qiáng)度不是足夠大，人工裂縫面應(yīng)該沿垂直最小主應(yīng)力方向擴(kuò)展，如果裂縫直立，走向應(yīng)該沿最大水平主應(yīng)力方向。筆者統(tǒng)計(jì)監(jiān)測(cè)區(qū)的人工裂縫方向，匯成直方圖(見圖1)。圖1中橫軸是從正北方向旋轉(zhuǎn)到正南方向的方位，20°一個(gè)間隔?？v軸是數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)，間隔是5個(gè);白色直方圖是人工裂縫方位個(gè)數(shù);深灰色直方圖是主裂縫方位個(gè)數(shù);淺灰色直方圖是支裂縫方位個(gè)數(shù);黑色直方圖是非構(gòu)造裂縫個(gè)數(shù)。由直方圖可以看出:人工裂縫方向分布在北東40°～100°范圍，所有地質(zhì)層位的優(yōu)勢(shì)方向均為北東60°～80°;人工裂縫的優(yōu)勢(shì)方向反映了現(xiàn)今應(yīng)力場(chǎng)的最大水平主應(yīng)力方向，為北東60°～80°范圍。表明塔木察格盆地的人工裂縫方向由多種因素決定，但應(yīng)力場(chǎng)的控制作用應(yīng)該比較強(qiáng)烈，人工裂縫方向呈單峰分布，優(yōu)勢(shì)方向明顯，離散的人工裂縫方向分布在優(yōu)勢(shì)方向二側(cè)，相對(duì)比較集中。這給塔木查格油田布井、開采帶來方便。北西向各類裂縫反映了原生裂縫的存在與走向，是歷史應(yīng)力場(chǎng)作用的結(jié)果。

海拉爾盆地貝爾凹陷人工裂縫方向復(fù)雜，人工裂縫方向分布在北東40°～140°度范圍，優(yōu)勢(shì)方向北東60°～80°;該方向反映了近北東東向主壓應(yīng)力方向的作用。人工裂縫方向呈雙峰分布，存在異常人工裂縫方向(見圖2)。

圖1 塔木查格盆地人工裂縫方位直方圖Fig.1 Direction histogram of the hydraulic fracturing in Tamtsag Basin

圖2 海拉爾盆地貝爾凹陷人工裂縫方向直方圖Fig.2 Direction histogram of the hydraulic fracturing in Hailaer Basin

3 監(jiān)測(cè)區(qū)受構(gòu)造影響改變?nèi)斯ち芽p方向的井

蒙古國塔木查格盆地及中國黑龍江省海拉爾盆地構(gòu)造復(fù)雜，油田內(nèi)切割強(qiáng)烈，存在不同走向、形態(tài)、性質(zhì)的斷層。斷層端部、交匯部位會(huì)形成不同于區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)的局部應(yīng)力場(chǎng)，影響人工裂縫方向。希2－1井位于北北東走向斷層與北西向斷層的交匯位置，在區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)作用下北北東走向斷層出現(xiàn)右旋滑動(dòng)趨勢(shì)，斷層交匯阻止滑動(dòng)的發(fā)生，在交匯位置的右下方會(huì)出現(xiàn)垂直于斷層走向的拉張作用，出現(xiàn)北西西向的人工裂縫，監(jiān)測(cè)人工裂縫方向北西76.8°(見圖3)。由于人工裂縫經(jīng)過拉張區(qū)，這類偏轉(zhuǎn)可能有較高的產(chǎn)液量，實(shí)際上該井為工業(yè)油層。

圖3 希2－1井人工裂縫監(jiān)測(cè)結(jié)果與地質(zhì)構(gòu)造圖Fig.3 Geological structure map and direction of hydraulic fracturing of Well Xi 2 －1

斷層端部有同樣的機(jī)制阻止斷層面出現(xiàn)相對(duì)滑動(dòng)，也可以改變?nèi)斯ち芽p方向。

4 監(jiān)測(cè)區(qū)受原生裂縫影響改變?nèi)斯ち芽p方向的井

低孔、低滲油田存在原生裂縫，人工裂縫延伸經(jīng)過規(guī)模較大的原生裂縫時(shí)，會(huì)轉(zhuǎn)向原生裂縫方向。以下原因均可形成原生裂縫:地層壓力支撐的張性裂縫，共扼分布的張剪性裂縫，共扼分布的壓剪性裂縫，邊界清楚的沉積條帶，非構(gòu)造成因裂縫，裂隙條帶，這些原生裂縫均會(huì)影響人工裂縫方向。圖4是烏108－112井人工裂縫方向與地質(zhì)構(gòu)造圖，裂縫方向與鄰近構(gòu)造大體平行。圖5是烏108－112井人工裂縫方位與形態(tài)，二段裂縫的轉(zhuǎn)向與銜接與鄰近構(gòu)造的走向趨勢(shì)非常一致，進(jìn)一步表明壓裂裂縫大體沿著伴隨構(gòu)造出現(xiàn)的裂縫延伸。烏108－112井鄰近北西走向的斷層，裂縫走向與斷層走向大體平行，北西59.9°。在斷層附近，經(jīng)常存在平行于斷層的伴隨裂縫，人工裂縫偏離優(yōu)勢(shì)方向，可能受到伴隨裂縫的影響，沿伴隨裂縫走向。由圖5可以看到，裂縫走向與拐點(diǎn)與鄰近斷層的走向與拐點(diǎn)有很好的一致性，佐證了人工裂縫方向異常是受到原生裂縫的影響。由于與原生裂縫相連，這類裂縫偏轉(zhuǎn)可能有較高的產(chǎn)液量，實(shí)際上，烏108－112井是工業(yè)油層。

圖4 烏108－112井人工裂縫監(jiān)測(cè)結(jié)果與地質(zhì)構(gòu)造圖Fig.4 Geological structure map and direction of hydraulic fracturing of Well Wu 108 －112

圖5 烏108－112井壓裂裂縫方向與形態(tài)Fig.5 Geometry and direction of hydraulic fracturing of Well Wu 108－112

5 監(jiān)測(cè)區(qū)受介質(zhì)間斷面影響改變?nèi)斯ち芽p方向的井

蒙古國塔木查格盆地及中國黑龍江省海拉爾盆地地形起伏明顯，等深線間距小、密度大。通常，等深線一側(cè)的地層是底部、較老的地層，另一側(cè)是上覆、較新的地層;二側(cè)介質(zhì)的模量不同，底部、較老地層介質(zhì)的模量大，上覆、較新地層介質(zhì)的模量小，形成介質(zhì)間斷面。圖6中，左側(cè)是底部地層，模量偏大;右邊是上覆地層，模量偏小。在沉積承壓過程中，地層受到壓縮;模量偏大的地層壓縮變形小;模量偏小的地層壓縮變形大。假定兩者的連接面是焊接面，不發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，則把這樣的面稱為介質(zhì)間斷面。間斷面沿面的變形應(yīng)該較底部地層沒有受到上覆地層影響時(shí)大、間斷面尺度趨短，間斷面附近地層受到沿間斷面的壓縮。間斷面沿面的變形應(yīng)該較上覆地層沒有受到底部地層影響時(shí)小、間斷面尺度趨長，間斷面附近地層受到沿間斷面的拉伸。人工裂縫從底部地層穿過間斷面進(jìn)入上覆地層應(yīng)該轉(zhuǎn)向平行間斷面法向方向，介質(zhì)間斷面影響了裂縫方向。

圖6 介質(zhì)間斷面示意圖Fig.6 Cross section view of the fault

希68－58井位于等深線急劇變化的位置。等深線二側(cè)應(yīng)該是模量不同的介質(zhì)，這可以使裂縫轉(zhuǎn)向沿等深線走向或沿等深線梯度方向，希68－58井的人工裂縫方向轉(zhuǎn)向沿等深線的梯度方向，北東40.7°方向，相對(duì)區(qū)域最大水平主應(yīng)力方向左旋。人工裂縫的這類偏轉(zhuǎn)不與產(chǎn)量相關(guān)，發(fā)現(xiàn)的兩個(gè)受介質(zhì)間斷面影響改變裂縫方向的井，希65－51井是干層、差油層，希68－58井是中產(chǎn)水層、低產(chǎn)油層(見圖7)。

圖7 希68－58井壓裂裂縫監(jiān)測(cè)結(jié)果Fig.7 Microseismic monitoring result for Well Xi 68 －58

6 結(jié)語

對(duì)蒙古國塔木查格盆地及中國黑龍江省海拉爾盆地進(jìn)行了一批人工裂縫監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)給出區(qū)域最大水平主應(yīng)力方向，也發(fā)現(xiàn)了一批異常人工裂縫方向的井，異常人工裂縫方向的井通常占監(jiān)測(cè)井?dāng)?shù)的10%～20%。監(jiān)測(cè)表明，控制人工裂縫方向有很多因素:區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)、區(qū)域最大水平主應(yīng)力方向是最普遍的控制因素，統(tǒng)計(jì)各油田區(qū)塊的人工裂縫方向，優(yōu)勢(shì)方向經(jīng)常沿最大水平主應(yīng)力方向。地質(zhì)構(gòu)造、原生裂縫也影響人工裂縫方向，受地質(zhì)構(gòu)造、原生裂縫影響改變?nèi)斯ち芽p方向的井，通常有較高的產(chǎn)液量。介質(zhì)間斷面也改變?nèi)斯ち芽p方向，這類裂縫方向改變通常與產(chǎn)液量無關(guān)。

油田布井，應(yīng)該考慮構(gòu)造、原生裂縫、介質(zhì)間斷面對(duì)人工裂縫方向的影響，在特殊的位置采用有區(qū)別的布井方案。