唐小梅，曾聯(lián)波 （中國石油大學 （北京）地球科學學院，北京102249）

何永宏，樊建明 （中石油長慶油田分公司超低滲透油藏研究中心，陜西 西安710021）

許文國 （中石化勝利油田分公司西部新區(qū)研究中心，山東 東營257061）

鞏 磊，李曉英 （中國石油大學 （北京）地球科學學院，北京102249）

沉積與成巖作用對姬塬油田超低滲透油層構造裂縫發(fā)育的控制作用

唐小梅，曾聯(lián)波 （中國石油大學 （北京）地球科學學院，北京102249）

何永宏，樊建明 （中石油長慶油田分公司超低滲透油藏研究中心，陜西 西安710021）

許文國 （中石化勝利油田分公司西部新區(qū)研究中心，山東 東營257061）

鞏 磊，李曉英 （中國石油大學 （北京）地球科學學院，北京102249）

鄂爾多斯盆地姬塬油田長4＋5油層組為典型的超低滲透砂巖油層，天然構造裂縫發(fā)育，構造裂縫是流體滲流的主要通道和開發(fā)方案部署的重要地質(zhì)依據(jù)。利用巖心、薄片和測井等資料，在分析構造裂縫分布特征的基礎上，研究了沉積作用和成巖作用對構造裂縫發(fā)育的控制作用。沉積作用造成的巖石力學平面非均質(zhì)性控制了不同方向裂縫的發(fā)育程度，并使不同沉積微相裂縫的發(fā)育程度存在明顯差異。成巖作用的差異性造成的儲層非均質(zhì)性，使不同成巖相裂縫的發(fā)育程度不同。該區(qū)在2期構造應力作用下形成了4組構造剪切裂縫，由于沉積作用影響，南北向和北西向2支剪切裂縫被抑制，主要發(fā)育東西向和北東東向2支剪切裂縫，且在水下分流河道和河口壩微相中的發(fā)育程度明顯高于水下天然堤和分流間灣微相；由于成巖作用的影響，構造裂縫在強壓實高嶺石膠結相裂縫發(fā)育程度最高，而弱壓實長石溶蝕相裂縫發(fā)育程度最低。

沉積作用；成巖作用；構造裂縫；超低滲透砂巖油層；姬塬油田

超低滲透油層通常是指基質(zhì)的空氣滲透率小于1×10－3μm2的含油儲層［1］。隨著越來越多的以中、高滲透儲層為主的老油田逐漸進入高含水期開采，以及探明的超低滲透儲層數(shù)量和儲量越來越多，對超低滲透油田開發(fā)顯得越來越重要。鄂爾多斯盆地是我國超低滲透砂巖儲層的主要分布區(qū)，其超低滲透油藏的有效合理開發(fā)對我國石油工業(yè)發(fā)展具有十分重要意義［2～4］。超低滲透儲層的成巖作用強烈，孔隙結構復雜，儲層物性差，天然裂縫發(fā)育，開發(fā)難度大。天然裂縫控制了超低滲透儲層的滲流系統(tǒng)，影響超低滲透油田開發(fā)方案的部署及其開發(fā)效果［5～9］。因此，深入研究超低滲透儲層裂縫的發(fā)育規(guī)律及其控制因素，對鄂爾多斯盆地超低滲透油藏開發(fā)具有重要的指導作用。

許多學者對鄂爾多斯盆地上三疊統(tǒng)延長組超低滲透砂巖油層裂縫進行了研究［3，8，10～12］，認為該超低滲透砂巖油層中一般發(fā)育高角度構造裂縫和水平層理縫2種天然裂縫類型，其中高角度構造裂縫發(fā)育密度和規(guī)模更大，對超低滲透油藏的注水開發(fā)影響也更明顯。延長組超低滲透砂巖油層分布有4組高角度構造裂縫，但在某些部位主要表現(xiàn)為2組裂縫發(fā)育、而另外2組裂縫不發(fā)育的分布型式。構造裂縫的形成和發(fā)育程度除了受裂縫形成時期的古構造應力場控制以外，還受沉積作用和成巖作用的影響。目前對于構造運動對構造裂縫的控制作用研究較多［10，12，13］，而對沉積和成巖作用對構造裂縫的控制作用關注較少。鄂爾多斯盆地是構造相對穩(wěn)定的弱變形構造區(qū)，和其他盆地相比，其沉積和成巖作用對構造裂縫發(fā)育的控制更明顯，因此，闡明沉積作用和成巖作用對構造裂縫發(fā)育的控制作用更加重要。

筆者以46口井巖心和5口井成像測井資料為基礎，在分析姬塬油田長4＋5油層組超低滲透砂巖油層天然裂縫分布特征的基礎上，探討了砂體展布、沉積微相和成巖相組合與構造裂縫發(fā)育之間的相互關系，對深入認識鄂爾多斯盆地超低滲透砂巖油層裂縫的分布規(guī)律具有重要的指導意義。

1 地質(zhì)概況

鄂爾多斯盆地是中新生代盆地在古生代盆地上疊加形成的大型多旋回含油氣疊合盆地，面積約37×104km2。姬塬油田位于鄂爾多斯盆地的西部，為一平緩的單斜，地層傾角小于1°，構造簡單，褶皺、斷層不發(fā)育（圖1）。研究區(qū)上三疊統(tǒng)延長組是一套在湖盆發(fā)展全盛期形成的以河流和湖泊相為主的陸源碎屑巖沉積，發(fā)育了盆地主要的含油層系，從上到下可以劃分為10個油層組 （即長1～長10）［14］，其中長4＋5油層組是主要的開發(fā)層系之一，主要為三角洲前緣相沉積，其水下分流河道微相為主要的儲集砂體，砂體的分布范圍大、連續(xù)性好。

長4＋5油層組儲層巖性主要為細粒長石砂巖和巖屑長石砂巖，其次為粉砂巖和中砂巖；碎屑顆粒成分成熟度普遍較低，結構成熟度中等－較好；填隙物主要由粘土礦物、碳酸鹽礦物和雜基等組成。儲層的成巖作用較強烈，處于中成巖A期階段，主要經(jīng)歷了壓實作用、綠泥石粘土膜形成、石英次生加大、長石及火成巖屑溶蝕和晚期含鐵碳酸鹽巖膠結、交代作用的疊加改造等［15，16］。儲層的孔隙類型以粒間孔和次生溶孔為主，平均孔隙度為10%，平均滲透率小于1×10－3μm2，屬于典型的中低孔超低滲透砂巖儲層［17］。儲層天然裂縫發(fā)育，天然裂縫提供了儲層的主要滲流通道。

圖1 研究區(qū)構造位置簡圖

圖2 姬塬油田長4＋5油層組儲層高角度構造裂縫

2 裂縫分布特征

根據(jù)對46口井638.5m巖心的觀察、描述與統(tǒng)計分析和5口成像測井資料的裂縫分析，姬塬油田長4＋5油層組發(fā)育有高角度構造裂縫和水平層理縫2種天然裂縫類型，其中以高角度構造剪切裂縫為主，裂縫傾角大于70°者占90%以上 （圖2（a））。平均裂縫線密度為0.7條／m，但不同取心井的裂縫密度差異很大，反映不同部位裂縫發(fā)育程度存在較大差異性。利用Monte Carlo多次逼近的方法［18］來計算裂縫的平均孔隙度小于0.2%，宏觀裂縫平均滲透率為 （10～100）×10－3μm2，微觀裂縫滲透率主要小于1.0×10－3μm2，表明裂縫的儲集作用相對較小，主要是起滲流通道作用。高角度構造裂縫分布在各種巖性中，受巖層控制，與巖層面垂直，其方向性明顯，分布規(guī)則，切穿深度較大，并常有礦物充填。根據(jù)露頭、定向巖心和成像測井解釋，裂縫走向方位有東西向、北東－南西向、南北向和北西－南東向4組，其中東西向和北東－南西向構造裂縫分別占33%和40%，而南北向和北西－南東向構造裂縫只占少數(shù) （圖2（b））。根據(jù)巖心和薄片上的裂縫切割關系、裂縫充填物的包裹體分析和巖石聲發(fā)射試驗，該區(qū)構造裂縫主要在2期構造運動作用下形成，其中東西向和北西向裂縫在燕山期北西西－南東東向水平擠壓應力場作用下形成，南北向和北東向裂縫在喜馬拉雅期北北東－南南西向水平擠壓應力場作用下形成。

3 構造裂縫方位與砂體展布的關系

裂縫統(tǒng)計結果表明，姬塬油田長4＋5油層組超低滲透油層4組裂縫的發(fā)育程度差異明顯，主要與沉積作用造成的巖石力學性質(zhì)的平面非均質(zhì)性有關。沉積作用造成的巖石力學平面非均質(zhì)性是使該區(qū)不同方向裂縫發(fā)育程度不同的主要因素。砂體展布是沉積作用的結果。由于礦物顆粒在沉積過程中，受水流方向的控制，排列具有取向性差異。因此在三角洲前緣水下分流河道的條帶狀砂體展布中，礦物顆粒排列的方向性明顯，造成儲層平面上的巖石力學性質(zhì)的各向異性與砂體展布特征相關性很好。

圖3 姬塬油田X井長4＋5油層組不同方位巖石的單軸抗壓強度 （取樣深度2376.8～2379.8m）

姬塬油田延長組共發(fā)育了3支三角洲前緣水下分流河道砂體，3支砂體呈近南北向和北北東方向條帶狀展布。為了研究巖石力學的平面非均質(zhì)性與裂縫發(fā)育的關系［19］，在平面上沿著砂體展布方向、垂直砂體展布方向和與砂體展布方向呈一定夾角的方向分別取樣進行了單軸抗壓強度試驗。試驗結果顯示，與砂體展布方向呈一定夾角的東西方向（90°）和北東東方向 （60°）的巖石抗壓強度最弱，而與砂體展布方向一致的北北東方向（30°）的巖石抗壓強度最強 （圖3）。

因此，燕山期在北西西－南東東向水平擠壓應力作用下，理論上可以形成東西向和北西－南東向2組同等發(fā)育的共軛剪切裂縫，但由于東西向巖石的抗壓強度小，而北西－南東向的巖石抗壓強度大，使得東西方向裂縫發(fā)育，而北西－南東向裂縫發(fā)育強度弱。喜馬拉雅期在北北東－南南西向水平擠壓應力場作用下，理論上可以形成南北向和北東東－南西西向2組同等發(fā)育的共軛剪切裂縫，但由于北東東－南西西向巖石的抗壓強度小于南北向巖石，使得北東東－南西西方向裂縫更發(fā)育，而南北向裂縫發(fā)育強度弱。從而形成了與砂體展布方向呈一定夾角的東西方向 （90°）和北東東方向 （60°）的天然高角度構造裂縫最發(fā)育，而與砂體展布方向一致的北北東方向 （30°）的天然高角度構造裂縫最不發(fā)育的格局。

4 沉積微相對構造裂縫的控制作用

巖性、巖層厚度以及巖石物性是影響裂縫發(fā)育的基本因素。由于不同沉積微相的巖性、巖層厚度和巖石物性及其組合不同，造成不同沉積微相的巖石力學性質(zhì)的不均一性，從而導致其應力分布及裂縫發(fā)育程度存在明顯的差異。一般在相同的構造應力場作用下，巖石脆性組分含量越高，顆粒越細，裂縫的發(fā)育程度越高。在一定巖層厚度范圍內(nèi)，裂縫的平均間距隨著巖層厚度增大呈線性增大，與單層厚度呈較好的線性關系［20］。

姬塬油田長4＋5油層組為三角洲前緣亞相，儲集體主要分布在水下分流河道、分支河口砂壩、分流間灣、水下天然堤等微相，其中水下分流河道沉積作為其骨架相十分發(fā)育。結合區(qū)域沉積相，依據(jù)46口井單井沉積微相劃分，對比相應深度的巖心觀察裂縫，統(tǒng)計結果表明姬塬油田長4＋5油層組不同沉積微相裂縫發(fā)育程度差異較大。沉積微相對構造裂縫發(fā)育程度的控制作用主要表現(xiàn)為：三角洲前緣水下分流河道側向遷移和縱向疊置形成的砂巖復合體厚度大，但單砂體薄，以砂質(zhì)較純的細粒長石砂巖為主，故天然高角度構造裂縫最發(fā)育，構造裂縫密度為0.97條／m，且規(guī)模大；分支河口壩主要由分選好、質(zhì)純的中細砂和粉砂組成，但砂體厚度為中、厚層，故構造裂縫發(fā)育程度低于水下分流河道微相，構造裂縫密度為0.87條／m，規(guī)模中等；水下分流間灣為水下分支河道之間相對低洼的海灣地區(qū)，主要由泥巖、粉砂質(zhì)泥巖及泥質(zhì)粉砂巖組成，泥巖一般呈塊狀，砂體物性差，厚度薄，構造裂縫雖然比較發(fā)育，構造裂縫密度為0.78條／m，但規(guī)模很?。凰绿烊坏淌欠植荚谒路至骱拥纼蓚鹊纳凹?，主要為極細的砂和粉砂，常具有少量粘土夾層，故構造裂縫不發(fā)育，構造裂縫密度為0.22條／m。

5 成巖作用對構造裂縫的控制

強烈的成巖作用是形成超低滲透砂巖儲層的重要因素。由于成巖作用的差異，使得不同成巖相巖石的致密程度、孔隙結構、粘土礦物分布、物性及其流體分布不同，從而導致巖石力學性質(zhì)、應力分布和裂縫發(fā)育程度的不同［21］。

姬塬油田長4＋5油層組砂巖儲層主要處于中成巖A期階段，主要經(jīng)歷了壓實作用、綠泥石粘土膜形成、石英次生加大、長石及火成巖屑溶蝕和晚期含鐵碳酸鹽巖膠結、交代作用的疊加改造等［15，16］。通過96塊顯微薄片、115張掃描電鏡照片和113張陰極發(fā)光照片的觀察和分析，姬塬油田延長組長4＋5油層組成巖相組合可劃分為：強壓實高嶺石膠結相、高嶺石－鐵方解石膠結相、中等壓實高嶺石膠結相、中等壓實長石溶蝕相及弱壓實長石溶蝕相等5種成巖相組合 （圖4）。根據(jù)顯微薄片中54條微裂縫與成巖相的相互關系，統(tǒng)計不同成巖相組合對應的微裂縫密度，結果顯示：強壓實高嶺石膠結相裂縫發(fā)育程度最高，構造裂縫密度為1.7條／m，高嶺石－鐵方解石膠結相次之，構造裂縫密度為1.25條／m；而弱壓實長石溶蝕相裂縫發(fā)育程度最低，構造裂縫密度為0.15條／m。成巖作用對裂縫發(fā)育的控制作用主要是由于壓實作用和膠結作用使巖石顆粒和孔隙體積減小變得致密，巖石強度變大，經(jīng)過彈性變形后，在較小的應變時就表現(xiàn)出脆性破裂變形而形成裂縫；長石溶蝕作用可形成一定數(shù)量的粒內(nèi)溶孔，甚至是沿解理方向的溶蝕縫，增加致密砂巖的儲集空間，減小巖石強度，經(jīng)過彈性變形后，在較大的應變時才表現(xiàn)出剪切破裂變形。

6 結 論

1）姬塬油田超低滲透砂巖儲層主要發(fā)育高角度構造剪切裂縫，有東西向、北東東向、南北向和北西向4組，但東西向和北東東向裂縫發(fā)育程度明顯高于北西向和南北向裂縫。

2）沉積作用造成的巖石力學平面非均質(zhì)性是使該區(qū)不同方向裂縫發(fā)育程度不同的主要因素。因此受近南北向和北東向的三角洲前緣水下分流河道的條帶狀砂體展布的影響，姬塬油田延長組長4＋5油層組超低滲透砂巖儲層主要發(fā)育東西向和北東東向2支剪切裂縫，而南北向和北西向2支剪切裂縫被抑制。

3）沉積作用通過控制砂體成分、粒度、分選性、雜基含量及單層及累積層厚度等方面，使得不同沉積微相的砂體中巖石力學性質(zhì)存在差異。故姬塬油田長4＋5油層組儲層的水下分流河道、河口砂壩和分流間灣微相的構造裂縫發(fā)育；水下天然堤微相中構造裂縫不發(fā)育。

4）強烈成巖作用產(chǎn)生的次生孔隙和粘土礦物，使巖石的孔隙結構及其流體分布復雜，且不均一，進一步造成巖石在不同方向的結構和構造存在差異性。因此受成巖相組合影響，姬塬油田長4＋5油層組儲層強壓實高嶺石膠結相構造裂縫發(fā)育程度最高，高嶺石－鐵方解石膠結相次之，而弱壓實長石溶蝕相構造裂縫發(fā)育程度最低。

圖4 陰極發(fā)光照片顯示的姬塬油田長4＋5油層組成巖相組合

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Effect of Deposition and Diagenesis on Tectonic Fractures of Sandstone Reservoirs with Ultra-low Permeability in Jiyuan Oilfield

TANG Xiao-mei，ZENG Lian-bo，HE Yong-hong，F(xiàn)AN Jian-ming，XU Wen-guo，GONG Lei，LI Xiao-ying （First Author’s Address：Faculty of Geosciences，China University of Petroleum，Beijing102249，China）

The Chang 4＋5members of the Triassic Yanchang Formation in Jiyuan Oilfield of Ordos Basin were typical sandstone oil reservoirs with ultra-low permeability.Natural tectonic fractures were developed widely，the tectonic fractures were the main pathes of peculation and crucial geological basis was provided for production project deployment.Based on data of cores，thin slices and well logging data，on the basis of analyzing the distribution of tectonic fractures，the effects of the deposition and diagenesis on the distribution of the tectonic fractures were studied.The deposition caused the heterogeneity of rock mechanics on the plane，which resulted in different tectonic fractures in different directions and in different sedimentary facies.The diagenesis caused the heterogeneity of reservoir properties，which resulted in different tectonic fractures in different diagenesis facies.In the studed area，two terms of tectonic stress caused 4groups of tectonic fractures.But affected by deposition，two groups in N-S and NW-SE directions were not developed，and the other two groups in E-W and NEE-SWW directions were widely developed and distributed more in the underwater distributary channels than in other micro-facies.Affected by diagenesis，the tectonic fracture density is the highest in the diagenesis facies compacted strongly and cemented by kaolinite，but the lowest is the diagenesis facies compacted weakly and dissolved by feldspar.

deposition；diagenesis；tectonic fracture；sandstone reservoir with ultra-low permeability；Jiyuan Oilfield

TE122.2

A

1000-9752 （2012）04-0021-05

2012-02-11

中國石油科技風險創(chuàng)新基金項目 （07-06D-01-04-01-08）。

唐小梅 （1979-），女，2002年大學畢業(yè)，講師，博士生，現(xiàn)主要從事致密儲層油氣勘探開發(fā)方面的研究工作。

［編輯］ 宋換新