魏紅興，謝亞妮，莫　濤，王佐濤，黎　立，史玲玲

（中國石油塔里木油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆庫爾勒841000）

迪北氣藏致密砂巖儲集層裂縫發(fā)育特征及其對成藏的控制作用

魏紅興，謝亞妮，莫濤，王佐濤，黎立，史玲玲

（中國石油塔里木油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆庫爾勒841000）

迪北氣藏位于庫車坳陷東部，其儲集層為侏羅系阿合組致密砂巖。通過對侏羅系露頭剖面的觀測、巖心描述以及巖心薄片分析的統(tǒng)計(jì)，確定了迪北氣藏致密砂巖儲集層儲集空間以粒間溶蝕孔隙為主，同時發(fā)育大量的裂縫。通過對露頭裂縫的描述與統(tǒng)計(jì)，認(rèn)為裂縫發(fā)育程度受區(qū)域位置、巖性、砂體厚度、構(gòu)造應(yīng)力強(qiáng)度等作用影響。對該區(qū)致密砂巖巖心開展氣驅(qū)水實(shí)驗(yàn)，表明在致密儲集層中裂縫能夠顯著提高氣體的成藏充注效率，在裂縫發(fā)育區(qū)含氣飽和度較高，控制了迪北氣藏天然氣的富集。

塔里木盆地；庫車坳陷；迪北氣藏；致密砂巖；裂縫；氣驅(qū)水實(shí)驗(yàn)；含氣飽和度

迪北氣藏位于塔里木盆地庫車坳陷東部依奇克里克構(gòu)造帶上（圖1），氣藏具有豐度低、局部富集的特征。依南2井在侏羅系阿合組獲得高產(chǎn)工業(yè)油氣流后，在其周圍相繼鉆探了多口探井，均未獲得工業(yè)產(chǎn)能。迪北氣藏侏羅系儲集層十分致密，依南2井產(chǎn)氣層段實(shí)測平均孔隙度僅5%，基質(zhì)滲透率大多小于1 mD.前人對該氣藏的基本特征方面作過論述［1-2］，并認(rèn)識到該區(qū)致密氣藏的高產(chǎn)主要受裂縫的影響［3］，但對裂縫與儲集層的儲集性能的關(guān)系以及致密砂巖在成藏中作用，研究得甚少。本文基于露頭和鉆井巖心資料，對裂縫進(jìn)行了定量統(tǒng)計(jì)，分析裂縫對致密砂巖氣藏的影響和控制方式，為尋找?guī)燔囒晗葜旅苌皫r氣藏的甜點(diǎn)區(qū)提供理論指導(dǎo)。

1　迪北氣藏致密砂巖儲集空間特征

迪北氣藏侏羅系阿合組砂巖儲集層以巖屑砂巖為主，砂巖壓實(shí)作用較強(qiáng)，基質(zhì)孔隙度為0.30%～12.23%，平均5.59%；滲透率為0.01～2 670.00 mD，中值0.76 mD，總體屬于特低孔、低滲—特低滲儲集層。儲集空間主要為顆粒間雜基溶蝕孔，其次是長石顆粒、巖屑顆粒粒內(nèi)溶蝕孔。顯微鏡下可以看到雜基溶蝕孔呈微小孔，孤立狀分散于整個薄片上，并占據(jù)主要的面孔率（圖2a）。掃描電鏡清晰可見長石顆粒呈蜂窩狀、海綿狀溶蝕特征；能譜分析顯示，溶蝕顆粒主要由鉀長石組成（圖2b）。

統(tǒng)計(jì)表明，雜基微孔占迪北氣藏砂巖儲集層總面孔率的70%左右，而長石、巖屑等粒內(nèi)孔僅占24%.顆粒溶蝕孔是迪北地區(qū)致密儲集層有效的儲集空間。雜基溶蝕孔雖然占據(jù)的比例大，但由于孔隙孤立且微小，僅在裂縫的溝通下才能形成儲集和滲流空間。

圖1　庫車坳陷東部構(gòu)造單元劃分

圖2　迪北氣藏阿合組致密砂巖儲集層微觀特征

2　裂縫發(fā)育特征與規(guī)律

2.1庫車坳陷東部地區(qū)阿合組裂縫發(fā)育特征

對野外露頭剖面上的裂縫進(jìn)行詳細(xì)測量與描述后發(fā)現(xiàn)，阿合組發(fā)育大量的剪切破裂縫（圖3a，圖3b），早期形成的北東東—南西西向裂縫被晚期形成的北西西—南東東向以及北西—南東向裂縫所切割。但東部吐格爾明剖面裂縫不甚發(fā)育（圖3c）。

巖心觀察發(fā)現(xiàn)，迪北氣藏致密儲集層中裂縫發(fā)育。根據(jù)裂縫的形態(tài)特征可將裂縫分為高角度裂縫（角度大于45°）與低角度裂縫（角度小于45°）2大類。高角度裂縫主要發(fā)育在克孜1井區(qū)和陽霞1井區(qū)，裂縫密度較高，多數(shù)已被充填而呈半閉合狀態(tài)，如克孜1井陽霞組中可見到大量的被方解石脈填充的高角度裂縫（圖3d）。依深4井和依南4井巖心裂縫則以高角度斜交裂縫、垂直裂縫為主（裂縫未充填），同時發(fā)育少量水平裂縫，沿水平裂縫縫面溶蝕較發(fā)育。依南2井裂縫最為發(fā)育，多為高角度開啟型裂縫（圖3e），而依南5井巖心段高角度裂縫不發(fā)育，發(fā)育水平節(jié)理縫（圖3f），裂縫為半閉合或填充閉合型。位于東部的明南1井區(qū)裂縫不發(fā)育，僅局部層段有少量的垂直裂縫和高角度斜交裂縫。

據(jù)薄片觀察，迪北氣藏致密砂巖儲集層發(fā)育大量的微裂縫。裂縫之間相互平行或者相互穿切，多數(shù)裂縫都穿過顆粒溝通微孔隙和粒間溶蝕孔，形成了各式各樣的裂縫類型。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，迪北氣藏致密砂巖儲集層存在粒間的收縮縫、溶蝕縫以及構(gòu)造縫。其中構(gòu)造縫占絕大多數(shù)，它們呈開啟狀，且多數(shù)無雜基填隙。

綜上所述，庫車坳陷東部地區(qū)阿合組砂巖儲集層裂縫在平面上的分布不均衡：西部地區(qū)裂縫的發(fā)育程度大于東部地區(qū)；西部裂縫以高角度裂縫為主，少量水平裂縫；向東裂縫密度逐漸減少，高角度裂縫僅局部地區(qū)少量發(fā)育。這一認(rèn)識與文獻(xiàn)［4］認(rèn)為庫車坳陷下侏羅統(tǒng)巖石古應(yīng)力西強(qiáng)東弱的觀點(diǎn)一致。

2.2裂縫發(fā)育的主控因素

除受構(gòu)造應(yīng)力場的控制外，砂巖的粒度、砂體厚度以及構(gòu)造位置等都會對裂縫的發(fā)育程度造成影響［4-6］。

圖3　庫車坳陷東部地區(qū)裂縫發(fā)育特征

（1）砂巖粒徑前人研究認(rèn)為［6-8］，隨著巖石顆粒粒徑的減小，巖石變得致密，脆性變強(qiáng)，在較小的應(yīng)變時就表現(xiàn)出破裂變形的特征，因而較細(xì)顆粒的巖石裂縫更發(fā)育。文獻(xiàn)［9］在研究吐哈盆地北部凹陷低滲透砂巖儲集層裂縫時發(fā)現(xiàn)，不同粒徑砂巖中裂縫密度不同，裂縫密度與顆粒粒徑呈反比。迪北氣藏阿合組砂巖裂縫密度與巖性的關(guān)系較為復(fù)雜，從野外剖面實(shí)測數(shù)據(jù)來看，裂縫密度與粒徑關(guān)系具有與前人認(rèn)識類似的特征，具體表現(xiàn)為粒徑越小，裂縫越發(fā)育，裂縫密度越大。然而，從顯微鏡下對薄片的裂縫統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)裂縫密度隨粒徑的增大而增加，裂縫在粗砂巖及以上級別的砂巖中發(fā)育的程度較高，而細(xì)砂巖中裂縫幾乎不發(fā)育（表1）。這是因?yàn)榇蟮念w粒在強(qiáng)烈的構(gòu)造擠壓過程中易于破碎，形成粒內(nèi)微裂縫；而較小的顆?？顾槟芰?qiáng)，顆粒內(nèi)裂縫不發(fā)育。陰極發(fā)光顯微鏡下可清晰地見到較大顆粒的石英內(nèi)裂縫破裂后又重新愈合的現(xiàn)象。

表1　迪北氣藏不同巖性薄片裂縫面孔率所占比例%

因此，巖性的差異造成裂縫發(fā)育的差異。宏觀上，細(xì)粒砂巖中易于發(fā)育較大的裂縫，肉眼可以清晰辨別；微觀上，較大的顆粒內(nèi)容易形成粒內(nèi)構(gòu)造縫，使得裂縫面孔率增大。

（2）砂體厚度受取心長度的限制，巖心上未能辨別出裂縫密度與厚度的關(guān)系，僅觀察出裂縫與巖性的關(guān)系，但是通過露頭剖面的觀察與測量，發(fā)現(xiàn)裂縫密度與厚度密切相關(guān)（圖4）。在厚度大于100 cm的塊狀層砂體中整體裂縫較少，而厚度小于10 cm的薄層砂體中裂縫較為發(fā)育。在構(gòu)造簡單且?guī)r性相近的條件下，薄層砂巖裂縫發(fā)育，厚層、塊狀砂體裂縫不發(fā)育。

圖4　庫車坳陷東部地區(qū)露頭剖面砂體厚度與裂縫密度統(tǒng)計(jì)

（3）構(gòu)造作用野外剖面的實(shí)測數(shù)據(jù)表明，裂縫密度在斷層周圍最大，隨著與斷面距離的增大，裂縫密度逐漸減小。逆斷層周圍的裂縫密度大于走滑斷層，在逆斷層中裂縫密度隨著與斷層距離的增大呈指數(shù)下降，在距斷層50 m以內(nèi)，裂縫集中大量發(fā)育，而在距斷層100 m以外，裂縫的發(fā)育受斷層的控制影響很小，主要受區(qū)域構(gòu)造與巖性等控制。走滑斷層對裂縫發(fā)育的控制方式與逆斷層具有明顯的區(qū)別：走滑帶內(nèi)裂縫密度大，裂縫受控于巖層的滑動剪切力；走滑帶以外裂縫發(fā)育程度突然降低，與區(qū)域裂縫密度相似。同時，裂縫密度在背斜和向斜核部明顯大于兩翼的密度。核部和巖層轉(zhuǎn)折端處裂縫最發(fā)育，依南2井位于受北部依南斷裂帶控制的背斜核部，巖心高角度裂縫發(fā)育，裂縫密度總體大于斜坡帶上的依南5井。

3　裂縫對致密砂巖氣藏成藏的控制作用

受壓實(shí)作用、構(gòu)造擠壓作用和膠結(jié)作用的影響，迪北氣藏阿合組砂巖儲集層十分致密。儲集層的埋藏演化史與生烴、排烴史分析認(rèn)為，研究區(qū)儲集層的致密化時間早于生烴的高峰期，氣藏具晚期充注成藏的特征。致密程度較高的儲集層中，孔隙的連通性變差，氣體充注成藏較常規(guī)儲集層更加困難。因此，在氣體的充注過程中需要克服的毛細(xì)管壓力更大，增加了成藏的難度。迪北氣藏具強(qiáng)烈的非均質(zhì)性，依南2井、迪西1井為高產(chǎn)井，而相鄰的依南5井僅獲少量氣流。這種非均質(zhì)性中，氣體高效聚集的部位才是有利的勘探區(qū)域。如何識別并預(yù)測出高效的成藏區(qū)，是致密砂巖氣藏勘探的關(guān)鍵。筆者認(rèn)為，裂縫是造成低豐度的致密砂巖氣藏內(nèi)局部高效富集成藏的關(guān)鍵因素，裂縫對致密砂巖成藏的貢獻(xiàn)表現(xiàn)為以下兩個階段。

（1）儲集層致密過程中或致密化后的早期充注階段在這個階段裂縫以微裂縫為主，在顯微鏡下可見到裂縫與微孔隙相連。文獻(xiàn)［3］在對迪北氣藏侏羅系阿合組儲集層研究后認(rèn)為，裂縫溝通了儲集層中相對獨(dú)立的微小次生溶孔，形成了裂縫-次生孔隙型儲集空間；認(rèn)為次生溶蝕孔的形成早于微裂縫的發(fā)育，后期形成的微裂縫溝通早期形成的孤立孔隙，形成了致密儲集層中連通的儲集空間和滲流通道。大量的鑄體薄片觀察統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，在壓實(shí)強(qiáng)烈、原生孔隙幾乎未能保存的情況下，次生擴(kuò)大孔隙的發(fā)育受控于微裂縫。在顯微鏡下可觀察到微裂縫溝通微孔隙的現(xiàn)象，次生孔的分布具一定的方向性，在微裂縫存在的地方，次生溶蝕孔隙相對比較發(fā)育。研究區(qū)的煤系儲集層在埋藏的早期，遭受過有機(jī)酸的溶蝕，形成了部分的粒間次生溶孔和粒內(nèi)溶蝕孔，但在后期深埋情況下，早期次生溶蝕孔逐漸被晚期的石英加大、方解石膠結(jié)物、泥質(zhì)等填充，次生孔隙受到破壞?，F(xiàn)今保存下來的顆粒內(nèi)溶蝕孔以及粒間雜基溶蝕孔多數(shù)是受后期裂縫的影響而形成的。裂縫的存在使得流體可以將溶蝕的物質(zhì)帶出，從而形成有效的次生溶蝕孔。從整個區(qū)域上分析，次生孔隙主要發(fā)育在斷層帶附近受流動水影響的范圍內(nèi)；從微觀上分析，在微裂縫存在的部位，次生溶蝕孔較為發(fā)育。因此，在這個階段，微裂縫的發(fā)育是改善致密化儲集層儲集空間的關(guān)鍵因素。

微裂縫的存在也為致密砂巖儲集層中氣體的充注提供了優(yōu)勢通道，提高了致密儲集層中氣體的充注效率。本次選取致密砂巖巖心樣品，開展氣驅(qū)水實(shí)驗(yàn)對迪北氣藏中不同孔、滲條件下儲集層的驅(qū)替效率進(jìn)行研究，表2列出了本次分析樣品的基本參數(shù)。

表2　迪北氣藏阿合組砂巖巖心樣品常規(guī)分析數(shù)據(jù)

由表3可看出，隨著注氣體積的增加，樣品中含水飽和度逐漸下降，表明氣體開始充注到飽含水的致密砂巖樣品中，氣體的飽和度開始逐漸增加。從圖5氣驅(qū)水實(shí)驗(yàn)含水飽和度的曲線上可看出，含水飽和度下降最快的分別是Y4，Y1和Y2樣品，而K6樣品含水飽和度下降最慢；當(dāng)注氣體積為50 PV時，仍然是Y4，Y1和Y2樣品的含氣飽和度相對較高，K6含氣飽和度最小。對照表2和表3可看出，滲透率值較高的樣品，氣驅(qū)后含氣飽和度值也較高，表明相對氣驅(qū)效率較高。因此，致密砂巖中滲透率值是氣體充注效率的關(guān)鍵因素，而研究區(qū)這種相對低孔高滲的儲集層主要是由于雜基微溶孔與微裂縫造成的。微裂縫是溶蝕過程中流體的通道，也是氣體充注的優(yōu)勢通道。

表3　迪北氣藏阿合組儲集層樣品氣驅(qū)水與飽和度數(shù)據(jù)

圖5　迪北氣藏6塊巖心氣驅(qū)水實(shí)驗(yàn)不同階段含水飽和度曲線

（2）晚期成藏階段或成藏期后階段迪北氣藏致密砂巖儲集層中含氣飽和度，表現(xiàn)為整體低、局部富集，優(yōu)質(zhì)儲集層是控制致密砂巖中甜點(diǎn)分布的關(guān)鍵因素。然而對依南2井高產(chǎn)氣層阿合組致密砂巖儲集層巖心實(shí)測物性分析發(fā)現(xiàn)，依南2井含氣層段巖心物性差，但是由于高角度裂縫的存在，測井解釋出的阿合組致密砂巖層段整體物性比實(shí)測的要高。而相同砂層段中，鄰近的依南5井低產(chǎn)氣層巖心實(shí)測物性明顯地好于依南2井，平均孔隙度為8%，但巖心中未見高角度裂縫，僅在部分層段中發(fā)育水平節(jié)理縫，測井解釋出的全井段孔滲普遍小于實(shí)測數(shù)值。因此，從微觀尺度上，無法解釋在相近條件下物性好的儲集層含氣飽和度低于物性較差的儲集層。但是從全井段分析，依南2井阿合組受高角度裂縫的影響，砂層段物性總體好于依南5井（圖6）。同時，高角度裂縫的發(fā)育，在相對低含氣飽和度的砂體中形成了壓力低勢區(qū)，這種壓力低勢區(qū)是氣體運(yùn)移指向的有利聚集區(qū)。前人對庫車地區(qū)氣藏的模擬與研究認(rèn)為，低勢區(qū)是庫車地區(qū)主要的超壓流體運(yùn)移聚集區(qū)，也是形成庫車地區(qū)大氣田的關(guān)鍵因素［10］。阿合組致密砂體中由高角度裂縫所形成的壓力低勢區(qū)，對研究區(qū)致密氣甜點(diǎn)的發(fā)育同樣起到了控制作用，表現(xiàn)為對氣藏內(nèi)氣體的調(diào)整、再分配，從而形成了砂巖內(nèi)相對富集的高含氣飽和度帶?？梢?，晚期逆沖作用在背斜核部形成的裂縫發(fā)育帶，是迪北氣藏甜點(diǎn)發(fā)育的主要區(qū)域。

圖6　依南2井與依南5井儲集層物性分析對比

4　結(jié)論

（1）庫車坳陷迪北氣藏侏羅系阿合組致密砂巖氣藏儲集層基質(zhì)孔隙度低，以粒間溶蝕孔為主，物性較差，但儲集層中裂縫發(fā)育。

（2）迪北氣藏西部克孜1井區(qū)裂縫較為發(fā)育，迪北氣藏東部裂縫不發(fā)育；裂縫密度與顆粒粒徑呈反比；相同構(gòu)造條件下，薄層砂巖的裂縫發(fā)育，厚層、塊狀砂巖裂縫不發(fā)育；背斜和向斜核部的裂縫密度大于兩翼的裂縫密度。

（3）裂縫是研究區(qū)致密儲集層次生孔隙形成的溶蝕通道，裂縫控制了次生溶蝕帶的發(fā)育；同時裂縫對致密砂巖氣的成藏與富集具有顯著的改善與控制作用。高角度裂縫是形成致密砂巖儲集層中天然氣富集的關(guān)鍵，使得研究區(qū)致密砂巖儲集層中巖心實(shí)測基質(zhì)物性與測井解釋全井段的物性不符合。

（4）庫車坳陷東部侏羅系阿合組致密砂巖氣藏的勘探，應(yīng)重點(diǎn)尋找裂縫發(fā)育區(qū)。

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Fracture Characteristic and Its Contribution to Hydrocarbon Accumulation in Tight Sandstone Reservoir in Dibei Gas Pool in Kuqa Depression，Tarim Basin

WEI Hongxing，XIE Yani，MO Tao，WANG Zuotao，LI Li，SHI Lingling
（Research Institute of Exploration and Development，Tarim Oilfield Company，PetroChina，Korla，Xinjiang 841000，China）

Dibei gas pool is located in eastern Kuqa depression，its reservoir rock is tight sandstone of the Jurassic Ahe formation.This pa?per makes observation of the Jurassic outcrop section，description of the drilling core，and statistics of the casting thin?section analysis data，and then determines that the reservoir space is dominated by intergranular dissolution pores and a lot of fractures in this reservoir rock. Through description and statistics of the outcrop fractures，it suggests that the fracture?developed degree is controlled by the regional loca?tion，lithology，sand body thickness，and tectonic stress intensity，etc.The gas drive water experiment on the tight sandstone cores indicates that fractures can greatly improve the charging efficiency of gas accumulation，thus forming higher gas saturation in fracture?developed ar?ea，and controllingthe natural gas enrichment of Dibei gas pool.

Tarim basin；Kuqadepression；Dibei gas reservoir；tight sandstone；fracture；gas drive water experiment；gas saturation

TE112.23

A

1001-3873（2015）06-0702-06

10.7657/XJPG20150612

2015-08-21

2015-09-25

國家科技重大專項(xiàng)（2011ZX05003-004）

魏紅興（1979-），男，陜西寶雞人，工程師，碩士，油氣勘探，（Tel）0996-2174831（E-mail）weihx-tlm@petrochina.com.cn.