王俊鵬,張惠良,張榮虎,楊學(xué)君,曾慶魯,陳希光,趙建權(quán)

[1.中國石油 杭州地質(zhì)研究院，浙江 杭州 310023； 2.中國石油 塔里木油田公司，新疆 庫爾勒 841003；3.中國石油大學(xué)(北京)，北京 102249]

塔里木盆地庫車坳陷克深氣田區(qū)屬背斜型氣田，構(gòu)造上位于庫車前陸沖斷帶中部(圖1)，為我國“西氣東輸”的重要?dú)庠吹?，截至目前，探明?chǔ)量超千億方區(qū)塊兩個(gè)。按照目前國內(nèi)外對超深層儲(chǔ)層的定義[1-5]，埋深超過6 000 m儲(chǔ)層為超深層儲(chǔ)層，研究區(qū)儲(chǔ)層(白堊系巴什基奇克組)，埋深6 000～8 000 m，屬超深層儲(chǔ)層。依據(jù)目前國內(nèi)油氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(SY/T 6285—2011)，該區(qū)不含裂縫巖心實(shí)測孔隙度平均約為5.5%,不含裂縫巖心實(shí)測滲透率約為0.05×10-3μm2，屬于致密砂巖儲(chǔ)層[6]。同時(shí)該區(qū)高產(chǎn)天然氣井普遍裂縫較發(fā)育，實(shí)測試井滲透率達(dá)20×10-3μm2，對該區(qū)22口試采井產(chǎn)能分析表明，裂縫對氣井產(chǎn)能貢獻(xiàn)率大于95%，縫網(wǎng)發(fā)育的氣井完井測試產(chǎn)量達(dá)100 × 104m3/d，無裂縫發(fā)育氣井的自然產(chǎn)量約1× 104～4× 104m3/d。裂縫發(fā)育也加劇了儲(chǔ)層的空間非均質(zhì)性，進(jìn)入開發(fā)階段，裂縫成為儲(chǔ)層有效性評(píng)價(jià)的關(guān)鍵參數(shù)之一，氣田區(qū)內(nèi)裂縫的溝通范圍，裂縫與儲(chǔ)層基質(zhì)孔喉是如何配置的等問題亟待解決。

塔里木盆地庫車坳陷白堊系沉積后，主要受燕山期弱伸展、早喜馬拉雅期弱構(gòu)造擠壓及晚喜馬拉雅期強(qiáng)構(gòu)造擠壓影響，白堊系巴什基奇克組構(gòu)造裂縫普遍發(fā)育。關(guān)于致密儲(chǔ)層中裂縫的評(píng)價(jià)方法，可大致分為露頭裂縫建模分析法[6]、巖心裂縫系統(tǒng)描述法[7]、地質(zhì)綜合統(tǒng)計(jì)法[8]、物理模擬實(shí)驗(yàn)法[9-10]、地震資料屬性分析法[11-15]、巖石破裂性質(zhì)分析法[16-18]、生產(chǎn)動(dòng)態(tài)分析法及數(shù)值模擬法[19-23]等，單一的裂縫評(píng)價(jià)方法具有一定的局限性。因此，往往采取多方法綜合分析[24-25]，且研究由定性分析轉(zhuǎn)向定量表征[26-27]，但整體缺少裂縫對儲(chǔ)層儲(chǔ)集性能改造、儲(chǔ)層孔喉結(jié)構(gòu)改造方面的定量評(píng)價(jià)，且未見針對超深層致密砂巖儲(chǔ)層類型的裂縫改造作用分析研究。同時(shí)研究區(qū)地震反射差，分辨率低，構(gòu)造變形復(fù)雜，難以利用地震屬性進(jìn)行裂縫預(yù)測及分析其對儲(chǔ)層改造的影響。本文利用碳氧同位素年代學(xué)分析、結(jié)合CT掃描定量分析、掃描電鏡、陰極發(fā)光、激光共聚焦顯微鏡、高壓壓汞、電子探針顯微鏡等實(shí)驗(yàn)分析方法，定量分析了裂縫的發(fā)育期次與充填差異性,表征了裂縫與微觀孔喉的配置關(guān)系,預(yù)測了裂縫高滲流區(qū)的分布。對該類儲(chǔ)層的精細(xì)勘探及開發(fā)具有一定啟示意義，同時(shí)為該類儲(chǔ)層的裂縫改造作用評(píng)價(jià)方法及流程提供了重要參考。

1 裂縫發(fā)育特征

1.1 裂縫類型及有效開啟度

按裂縫發(fā)育的力學(xué)成因，通過巖心構(gòu)造裂縫觀察描述，認(rèn)為該區(qū)主要發(fā)育逆沖擠壓背景下的剪切縫，裂縫面平直、光滑(表1)，該類裂縫以高角度縫(45°<與地層夾角≤75°)及直立縫(與地層夾角>75°)為主，以平行、雁列及斜交形式排列，多數(shù)低角度縫(與地層夾角≤45°)以斜交形式排列，可見裂縫交叉排列成網(wǎng)狀的裂縫段，該類裂縫密度較高，以克深207、克深2-2-3等井最為典型；鑄體薄片下可見到剪性微裂縫，裂縫面平直，且裂縫斷穿骨架顆粒(圖2)。其次為構(gòu)造張裂縫，裂縫面粗糙，見分叉、間斷(表1)，主要以直立縫為主(與地層夾角>75°)，該類裂縫整體密度較低，以克深501、克深8003、克深8-8最為典型；鑄體薄片下張性微裂縫，裂縫面粗糙，裂縫繞骨架顆粒而過，多見膠結(jié)充填物(圖2)。

圖1 塔里木盆地克深氣田構(gòu)造位置Fig.1 Tectonic location of Keshen gas field in Tarim Basin

按力學(xué)成因裂縫面特征排列方式傾角/(°)裂縫線密度有效開啟度/mm充填程度/%裂縫主要走向主要構(gòu)造位置主要發(fā)育期次代表井(克深-)剪切縫平直、光滑平行、雁列斜交網(wǎng)狀>7545～7545～75≤45低0．8～1．210～50近NS，NE，NW高部位中0．4～140～60NE，NW翼部高0．1～0．580～100無近斷裂中、晚期506，6，206，2-2-8，2-2-4，8，8-1，8-2，801505，503，601，205，203，802，8-11，902，9045，207，2-2-3，2-2-5，902張裂縫粗糙、分叉、間斷雁列>75低0．2～1．260～100近WE高部位早期501，503，602，8003，807>75低0．2～210～20近WE高部位晚期201，202，8004，8-8，9

圖2 克深氣田鑄體薄片下的剪裂縫與張裂縫Fig.2 Shear and tension micro-fractures in the cast thin sections of cores from Keshen gas fielda. 克深505，埋深6 788.74m,剪裂縫,鑄體薄片;b. 克深501，埋深6 514.14m,張裂縫，方解石膠結(jié),鑄體薄片

井下大尺度裂縫及密集裂縫網(wǎng)絡(luò)帶難以通過測井方法或完整取心來準(zhǔn)確定量表征其裂縫開度，在此不做考慮。巖心裂縫開度存在減壓膨脹的影響，但直接測量裂縫在井下的真實(shí)開度存在困難，因此巖心觀察及CT掃描選取完整巖心上發(fā)育的裂縫，且篩除取心后應(yīng)力釋放產(chǎn)生的新裂縫。觀察表明，克深氣田巖心構(gòu)造裂縫開啟度一般小于1 mm，為進(jìn)一步定量分析巖心裂縫有效開啟度，系統(tǒng)選取克深氣田巖心112塊，總長20.21 m，利用微米CT掃描236條巖心構(gòu)造裂縫。整體來看，巖心裂縫有效開啟度主值區(qū)間為0.2～1 mm，占所掃描裂縫的92.19%。以克深503井為例，分辨率為9 μm，掃描全直徑巖心(約6.5 cm)，截面圖顯示裂縫有效開啟部分為暗色條縫，裂縫充填物為亮色片狀、條狀物(圖3a)。在選區(qū)取樣后(樣品直徑2.5 cm)，采取0.9 μm掃描精度，CT定量分析及統(tǒng)計(jì)表明，裂縫張開空間被充填物分割，呈片狀不均勻連通(圖3b)，裂縫內(nèi)部空間溝通良好(圖3c)，有效開啟度介于0.2～1.5 mm，主值分布區(qū)間為0.2～0.6 mm(圖3d)。

1.2 裂縫空間分布及充填特征

裂縫空間分布與構(gòu)造位置具有較強(qiáng)相關(guān)性(表1)。結(jié)合FMI成像裂縫解釋成果及巖心裂縫統(tǒng)計(jì)，平面上，直立、高角度裂縫以平行、雁列方式排列，多分布于背斜高部位，克深8區(qū)塊、克深9區(qū)塊多數(shù)井位于構(gòu)造長軸高部位，因此高傾角裂縫比例相對更大(圖4)。背斜長軸高部位裂縫主要走向多與背斜長軸平行(圖5)，克深6區(qū)塊、克深2區(qū)塊、克深8區(qū)塊及克深9區(qū)塊背斜長軸高部位裂縫主要走向均以近SE向?yàn)橹?，克?區(qū)塊背斜長軸高部位裂縫主要走向以NE向?yàn)橹?，縱向上該類裂縫貫穿地層更厚，主要分布于巴什基奇克組上部地層，線密度低，開度相對較大(0.2～2 mm)，裂縫面粗糙，充填物不均勻，反映了典型張裂縫性質(zhì)；主要受擠壓環(huán)境下的張性應(yīng)變控制，與氣田區(qū)內(nèi)各區(qū)塊構(gòu)造曲率具有較好的相關(guān)性(圖4)。另外，該部位亦發(fā)育近NS，NE和NW向剪切縫，開度較大(0.8～1.2 mm)，反映了擠壓環(huán)境下強(qiáng)剪切應(yīng)變特征；且多與現(xiàn)今應(yīng)力交角較小，裂縫有效性更高。該類裂縫發(fā)育與其頂部不整合面緊密相關(guān)，裂縫多呈雁列式排列，間斷向下延伸、減少，溝通了不整合面下方約150 m厚的地層，利于天然氣在儲(chǔ)層層間滲流。

圖3 巖心構(gòu)造裂縫CT掃描與定量評(píng)價(jià)(克深503井，埋深6 901.21 m)Fig.3 CT scanning and quantitative evaluation of structural fractures in cores(Keshen 503 well,6 901.21 m)a. 全直徑巖心CT掃描橫截面,分辨率為9 μm，圖a紅圈部分為選定取樣區(qū);b. 2.5 cm取樣CT掃描，紅色框部分為定量分析區(qū);c. 定量分析分 析區(qū)裂縫、孔喉3D分布，紅色為孔隙、白色為喉道;d.全直徑巖心CT掃描構(gòu)造裂縫有效開度分布

圖4 克深氣田各區(qū)塊裂縫傾角分布(a)及構(gòu)造長軸近似平行裂縫百分比與曲率關(guān)系(b)Fig.4 Dip distribution of fractures (a) and percentage of fractures approximately paralleling to structure long axis vs.structure curvature for different blocks in Keshen gas field

圖5 克深氣田裂縫主要走向、現(xiàn)今應(yīng)力分布與充填特征Fig.5 Distribution of main strikes,present stress and filling characteristics of fractures in Keshen gas field

斜交排列裂縫密度中等平面上多分布于背斜翼部，縱向上多分布于巴什基奇克組中下部，開度為0.4～1 mm，裂縫主要走向以NE、NW向?yàn)橹?，反映了擠壓環(huán)境下多期剪切應(yīng)變特征。網(wǎng)狀排列裂縫平面上多分布于斷裂附近，裂縫密度高，開度小，縱向上多分布于巴什基奇克組下部，亦反映了擠壓變形過程中，地層剪應(yīng)力的疊加釋放及斷裂發(fā)育的影響作用。

一般來說，裂縫走向與水平最大主應(yīng)力平行，裂縫面正應(yīng)力最小，利于其保持開啟，成為流體滲流的通道；而裂縫走向與水平最大主應(yīng)力垂直，裂縫面正應(yīng)力最大，則裂縫易被關(guān)閉，不利于流體滲流。誘導(dǎo)裂縫為鉆井完成后現(xiàn)今應(yīng)力釋放形成，因此依據(jù)FMI成像上誘導(dǎo)縫的分布位置及巖石破裂準(zhǔn)則，可反推出克深氣田區(qū)現(xiàn)今水平主應(yīng)力方向(圖5)。現(xiàn)今水平主應(yīng)力與裂縫走向交角越大，裂縫面所受正應(yīng)力越大，裂縫地下有效開啟度將降低；反之，將有利于裂縫的有效開啟。從平面來看，背斜高部位裂縫主要走向與現(xiàn)今主應(yīng)力交角較小，一般為10°～30°，背斜翼部裂縫主要走向與現(xiàn)今主應(yīng)力交角相對較大，一般大于45°。

裂縫充填方面，研究區(qū)構(gòu)造裂縫以半充填為主，各區(qū)塊間充填裂縫所占比例有所不同。北部區(qū)塊整體裂縫充填程度相對較高，充填裂縫占比約65%，具體來說克深5區(qū)塊為70%，克深6區(qū)塊為68%，克深2區(qū)塊為63%，相比之下，克深8區(qū)塊充填裂縫占比約27%，克深9區(qū)塊充填裂縫占比約26%(圖5)。充填物類型主要為方解石及白云石，平面上，北部克深5區(qū)塊、克深6區(qū)塊及克深2區(qū)塊大部分井的巖心裂縫充填物主要為方解石，而南部克深8區(qū)塊、克深9區(qū)塊巖心裂縫充填物主要為白云石及硬石膏(圖5)?？松顨馓锇褪不婵私M為辮狀河(扇)三角洲沉積環(huán)境，為山前物源，淡水搬運(yùn)入寬淺湖的沉積背景。前人研究表明，克深氣田北部為淡水-半堿水介質(zhì)成巖環(huán)境，南部為偏堿性水介質(zhì)(鹽湖)成巖環(huán)境，綜合克深氣田各井巖心裂縫充填物類型統(tǒng)計(jì)結(jié)果及沉積微相平面分布，厘定該區(qū)裂縫充填物分布界限及成巖環(huán)境邊界線(圖5)。整體來看，克深5區(qū)塊以南，克深1井區(qū)以南，克深8井區(qū)以南，克深2井區(qū)以南基本為偏堿性水介質(zhì)(鹽湖)成巖環(huán)境，裂縫充填物類型以白云石、硬石膏為主；其以北地區(qū)為淡水-半堿水介質(zhì)成巖環(huán)境，裂縫充填物類型以方解石為主。

利用全息激光掃描技術(shù)對索罕村露頭區(qū)進(jìn)行掃描，建立露頭區(qū)裂縫數(shù)字化模型剖面(圖6)。具體分析各砂體內(nèi)部、砂體間裂縫發(fā)育特征，建模區(qū)地層為巴什基奇克組第三段(K1bs3)，為扇三角洲沉積。露頭區(qū)單砂體厚度約1～4 m，橫向展布寬度大，主砂體寬/厚比大于27.7，一般為40～80，泥質(zhì)夾層分布零散，層厚一般小于0.8 m，橫向展布不大。對比砂體分布，根據(jù)裂縫發(fā)育位置，露頭區(qū)裂縫發(fā)育兩種類型：層內(nèi)裂縫與層間裂縫(圖6c，d)，均為擠壓構(gòu)造背景下的剪切裂縫性質(zhì)。層內(nèi)裂縫主要發(fā)育于薄層砂體層內(nèi)，砂體厚度一般小于1 m，該類裂縫線密度較高，約1.5～3 條/m，裂縫間距為0.2～0.5 m，主值長度為0.5～0.8 m(圖6)，為層內(nèi)滲流的主要通道。層間裂縫多貫穿3～4 層單砂體，整體裂縫線密度較低，約1 條/m，裂縫間距較大，約1～3 m，主值長度1.5～5 m(圖6)，有效溝通單砂體，為層間滲流的主要通道。

2 裂縫對致密儲(chǔ)層儲(chǔ)集物性的改造

2.1 裂縫孔隙度及滲透率的測定

裂縫孔隙度的測定主要利用FMI成像裂縫解釋成果——裂縫視面積法、CT掃描定量分析及氮?dú)鈱?shí)驗(yàn)實(shí)測3類方法。裂縫滲透率主要通過CT掃描定量計(jì)算裂縫滲透率、含裂縫巖心實(shí)測裂縫滲透率和完井實(shí)測井下裂縫發(fā)育段滲透率。研究區(qū)有2口井下實(shí)測裂縫滲透率數(shù)據(jù)，其余完井實(shí)測裂縫滲透率數(shù)據(jù)為井口實(shí)測折算。

2.2 提升致密儲(chǔ)層孔隙度

超深層致密砂巖儲(chǔ)層裂縫發(fā)育對儲(chǔ)層基質(zhì)孔隙度的提升非常有限。從FMI成像裂縫視孔隙度及CT掃描定量計(jì)算的裂縫孔隙度數(shù)據(jù)來看(圖7)，裂縫孔隙度小于0.1%。在整個(gè)氣田區(qū)域，上部地層受擠壓彎曲拉張變形，拉張縫占比大，裂縫開度大，同時(shí)裂縫充填物受上部不整合面流體淋濾溶蝕改造，使不整合面下方150 m以內(nèi)裂縫孔隙度整體較高，主值區(qū)間為0.003%～0.04%；不整合面150 m以深，流體淋濾溶蝕改造作用減弱，同時(shí)擠壓彎曲變形中，多發(fā)育網(wǎng)狀、斜交裂縫，且開度較小，因此不整合面150 m以深裂縫孔隙度小于0.02%。從巖心裂縫CT掃描數(shù)據(jù)來看，裂縫孔隙度對儲(chǔ)層整體孔隙度的整體提升是有限的，裂縫孔隙度≤0.1%，占比為60.87%。

圖6 克深氣田索罕村露頭區(qū)全息激光掃描裂縫建模實(shí)測剖面Fig.6 Holographic laser scanning of fractures in Sohan Village outcrop，Keshen gas fielda. 露頭區(qū)全息激光掃描剖面及砂體分布;b. 各砂體中裂縫參數(shù)及展布;c. 加密掃描區(qū)實(shí)測砂體分布;d. 加密掃描區(qū)全息激光掃描剖面

圖7 克深氣田井下裂縫孔隙度分布及占比Fig.7 Distribution of fracture porosity and its proportion in total porosity of subsurface reservoirs in Keshen gas fileda. FMI成像裂縫孔隙度與不整合距離;b. CT掃描不同裂縫孔隙度占比

2.3 改善致密儲(chǔ)層滲透率

對于超深層致密砂巖儲(chǔ)層而言，裂縫發(fā)育可顯著改善其滲透率。通過實(shí)測對比含裂縫巖心及不含裂縫巖心滲透率、CT掃描全直徑巖心構(gòu)造裂縫滲透率、完井測試實(shí)測井下裂縫滲透率及試采資料分析，發(fā)現(xiàn)裂縫發(fā)育可有效提升儲(chǔ)層滲透率1～3個(gè)數(shù)量級(jí)(圖8)，研究區(qū)儲(chǔ)層基質(zhì)滲透率主要為0.01×10-32～0.1×10-3μm2，約占76.6%，實(shí)測儲(chǔ)層裂縫滲透率普遍介于1×10-3～100×10-3μm2，其中實(shí)測基質(zhì)滲透率數(shù)據(jù)351個(gè)，裂縫滲透率數(shù)據(jù)29個(gè)。

圖8 克深氣田儲(chǔ)層裂縫滲透率與基質(zhì)滲透率百分比Fig.8 Percentages of fracture permeability and matrix permeability of reservoirs in Keshen gas field

以克深201井、克深202井及克深8井為例，無裂縫巖心實(shí)測滲透率均值為0.043×10-3μm2，完井實(shí)測克深201井(發(fā)育裂縫網(wǎng)絡(luò))滲透率可達(dá)28×10-3μm2，克深202井巖心構(gòu)造裂縫實(shí)測滲透率可達(dá)8.26×10-3μm2。另外，目的層段泥巖及粉砂質(zhì)泥巖多以夾層的形式出現(xiàn)，泥巖及粉砂質(zhì)泥巖單層厚度一般小于2.5 m，而井下裂縫發(fā)育段厚度為一般為5～25 m，可完全穿過此類泥質(zhì)夾層。從露頭裂縫建模來看，層間裂縫大量發(fā)育亦可保證砂體間的有效溝通，同時(shí)大段測試資料及鉆井液漏失情況也反映了裂縫顯著提高了儲(chǔ)層整體連通性。通過巖心樣品的高壓壓汞實(shí)驗(yàn)對比分析，含裂縫樣品平均滲透率是不含裂縫樣品平均滲透率的10～1 000倍，含裂縫樣品排驅(qū)壓力小、低分選、粗歪度，都反映裂縫對儲(chǔ)層滲透率的提升明顯。

3 裂縫發(fā)育期次及對儲(chǔ)層孔喉結(jié)構(gòu)的改造

研究區(qū)儲(chǔ)層基質(zhì)儲(chǔ)集相對較小，孔隙主要為微米級(jí)，喉道為納米級(jí)[31]，因此裂縫對致密儲(chǔ)層孔喉結(jié)構(gòu)的改造研究，主要基于鑄體薄片顯微鏡觀察、CT掃描、陰極發(fā)光顯微鏡觀察、掃描電鏡、場發(fā)射掃描及激光共聚焦顯微鏡觀察等微觀實(shí)驗(yàn)資料的分析。

3.1 裂縫發(fā)育期次

前人通過對克深氣田露頭區(qū)裂縫發(fā)育特征研究，系統(tǒng)論述了該區(qū)應(yīng)力場演化及與裂縫發(fā)育關(guān)系[28-30]。白堊系沉積期以來，克深地區(qū)主要經(jīng)歷了3期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，通過古應(yīng)力場分析及巖石破裂規(guī)律，系統(tǒng)分析了FMI成像裂縫主要走向(圖5)、巖心構(gòu)造裂縫特征(裂縫面、開度、排列方式、充填程度)，認(rèn)為克深地區(qū)構(gòu)造裂縫發(fā)育3期：早期拉張裂縫、中期剪切縫與晚期剪-張縫(圖9)。同時(shí)，開展了裂縫充填物“碳氧同位素年代學(xué)分析”(通過測定充填物中C，O同位素相對含量推算對應(yīng)時(shí)期古地溫)，數(shù)據(jù)亦表明，早期構(gòu)造裂縫充填物碳同位素δ13C(VPDB)值為0.16‰，氧同位素δ18O(VPDB)值為-9.01‰，對應(yīng)裂縫發(fā)育期次中的早期張裂縫。中期構(gòu)造裂縫充填物碳同位素δ13C(VPDB)值為-1.1‰～-3.4‰，氧同位素 δ18O(VPDB)值為-14.1‰～-16.8‰，對應(yīng)早喜馬拉雅期的剪切縫。氣藏區(qū)內(nèi)的晚期構(gòu)造裂縫未見充填物。另外，利用前人關(guān)于“碳氧同位素年代學(xué)分析”古地溫的計(jì)算公式[T=31.9-5.55(δ18O-δ18Ow)+0.7(δ18O-δ18Ow)2,其中古湖水δ18Ow為-8‰][19]，武漢地質(zhì)院(1979)開展了古地溫的推算，進(jìn)一步印證了裂縫的發(fā)育期次。

早期拉張裂縫：白堊系巴什基奇克組—古近系庫姆格列木群沉積末，受板塊構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，區(qū)域整體為拉張應(yīng)力環(huán)境，克深氣田區(qū)總體受近南北向伸展作用[28-30]，發(fā)育了一定數(shù)量的近東西向張裂縫(圖9,圖10)。該類裂縫不多，發(fā)育位置主要受巖石結(jié)構(gòu)及應(yīng)變量控制。此類裂縫發(fā)育后將成為后期巖石變形的軟弱面，一些規(guī)模較大的裂縫在后期的擠壓中，亦可能演化為各斷塊的邊界斷層。該期構(gòu)造裂縫在克深氣田整體數(shù)量不多，只在部分井區(qū)發(fā)育，但開度相對晚期裂縫較大。此時(shí)，碳、氧同位素年代學(xué)分析數(shù)據(jù)計(jì)算對應(yīng)古地溫為38.5 ℃(圖11)，地層埋深約1 000 m，反映了在巴什基奇克組沉積末期或深埋早期裂縫開始被充填(圖9)。另外，顯微鏡下微裂縫觀察表明充填物的成分為石英顆粒、長石顆粒，且分選、磨圓度與同期沉積物相當(dāng)(圖10)，表明了裂縫于早期形成的成因特征；同時(shí)在后期的構(gòu)造事件中，早期裂縫被多次改造，形成了局限于先期裂縫充填物范圍內(nèi)的后期改造裂縫(圖10)，此類裂縫有效性中等。

中期剪切縫：古近系蘇維依組—新近系庫車組沉積期末，受喜馬拉雅早期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，印度板塊北向擠壓效應(yīng)傳遞，塔里木板塊遭受來自南部擠壓，克深氣田區(qū)整體為近南北向擠壓應(yīng)力環(huán)境，最大有效主應(yīng)力約為80 MPa左右[28-30]。該時(shí)期水平最大主應(yīng)力方向近南北向，依據(jù)庫倫-莫爾巖石破裂準(zhǔn)則推測，由于該區(qū)巖石內(nèi)摩擦角約為28°，該時(shí)期可形成一定量的近NW-SE與NNE-SSW向剪切縫。另外，巖心構(gòu)造裂縫特征分析及FMI成像裂縫主要走向表明，該期裂縫主要發(fā)育于背斜翼部，背斜頂部亦有分布。同時(shí)擠壓彎曲導(dǎo)致背斜頂部拉張破裂，形成NEE-SWW向張裂縫(圖10)，早期裂縫在此時(shí)亦被拉張改造。在這一時(shí)期，由于地層埋深較淺，上覆重力可能較小，從而成為最小主應(yīng)力，產(chǎn)生少量近東西走向的低角度剪切縫。

圖9 克深氣田裂縫發(fā)育期次與儲(chǔ)層演化配置關(guān)系Fig.9 Timing of fracture development and reservoir evolution in Keshen gas field

圖10 克深氣田早期微裂縫及不同期次裂縫發(fā)育模式Fig.10 Development patterns of early-stage micro-fractures and fractures of different stages in Keshen gas fielda. 克深501，埋深6 506.03 m,鑄體薄片;b. 克深8004，埋深7 004.16 m,鑄體薄片;c. 裂縫分布模型

圖11 克深氣田巖心裂縫充填物碳、氧同位素分布及古地溫指示Fig.11 Distribution of carbon and oxygen isotopes and paleo-temperature indication from core fracture fillings

此時(shí)，碳、氧同位素年代學(xué)分析數(shù)據(jù)計(jì)算對應(yīng)古地溫為85.7～124.8 ℃(圖11)，反映了裂縫形成具有一定的時(shí)間跨度，地層深埋從2 000～5 000 m(圖9)。巖心裂縫觀察表明，充填的碳酸鹽礦物部分晶形完好，棱角突出，而部分充填礦物表面光滑、圓潤，反映了碳酸鹽類充填的同時(shí)，亦接受了地層流體的溶蝕改造。

晚期張-剪縫：第四系沉積時(shí)期，喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)晚期，印度板塊俯沖擠壓作用達(dá)到最大，整個(gè)庫車坳陷遭受強(qiáng)烈擠壓，最大主應(yīng)力方向在克深氣田區(qū)表現(xiàn)為近南北向，大量剪裂縫發(fā)育，區(qū)域最大主應(yīng)力約為100 MPa[28-31]。依據(jù)庫倫-莫爾巖石破裂準(zhǔn)則，由于該區(qū)巖石內(nèi)摩擦角約為28°，推測主要發(fā)育剪切縫，其主要走向?yàn)镹NW-SEE向(圖9)，發(fā)育在背斜翼部及背斜高部位。隨擠壓彎曲變形，背斜高部位拉張應(yīng)變進(jìn)一步加強(qiáng)，形成張裂縫，地層下部形成一定量剪裂縫(圖10)。另外，斷層附近發(fā)育NEE-SWW的剪切裂縫，相對數(shù)量大，有效性較好，地層下部地層擠壓剪切作用進(jìn)一步增強(qiáng)，亦形成了網(wǎng)狀剪切裂縫。此時(shí)儲(chǔ)層孔隙度約為12%，伴隨裂縫的大量產(chǎn)生，天然氣沿縫網(wǎng)快速充注后[32](圖9)，儲(chǔ)層內(nèi)流體活動(dòng)減弱，成巖膠結(jié)作用顯著減弱，因此巖心觀察該期裂縫一般未見裂縫充填物或僅見零星點(diǎn)狀碳酸鹽充填物，為氣田區(qū)內(nèi)有效性最好的一期裂縫。值得一提的是，天然氣充注在整個(gè)氣藏區(qū)內(nèi)有效保護(hù)了裂縫有效性，避免了大規(guī)模的充填影響，但氣水界面以下及深大斷裂附近，水體依然活躍，例如克深5區(qū)塊、克深6區(qū)塊和克深2區(qū)塊氣水界面的巖心裂縫觀察表明，氣水界面以下巖心裂縫充填程度明顯高于其上部巖心裂縫。

3.2 早-中期裂縫成為致密儲(chǔ)層成巖膠結(jié)的通道

不是所有裂縫都對儲(chǔ)層滲透率的提升做出了貢獻(xiàn)，早-中期裂縫則成為致密儲(chǔ)層成巖膠結(jié)的通道。早期拉張性構(gòu)造裂縫形成時(shí)，白堊系巴什基奇克組整體處于淺埋成巖期，埋深不到1 km，儲(chǔ)層孔隙度約為30%(圖9)，裂縫開度相對較大，可作為儲(chǔ)層新儲(chǔ)集空間接收上部沉積物。同時(shí)流體活動(dòng)頻繁，伴隨碳酸鹽與高嶺石膠結(jié)等成巖作用的影響，裂縫充填物形成(圖10)。此時(shí)，裂縫充填物多為被碳酸鹽類膠結(jié)的石英與巖屑顆粒形態(tài)。另外，表生溶蝕作用在一定程度上減弱了充填和膠結(jié)過程，裂縫整體對儲(chǔ)層孔喉結(jié)構(gòu)的改善有限，成巖膠結(jié)與溶蝕并存。

在喜馬拉雅期的強(qiáng)擠壓環(huán)境下，先期已經(jīng)膠結(jié)成巖的裂縫充填物由于與周邊巖石成巖的結(jié)構(gòu)差異，更易被再次改造，形成新的裂縫(圖10)。中期構(gòu)造裂縫的形成伴隨儲(chǔ)層快速深埋，地層中泥質(zhì)層自由水不斷釋放，孔隙度持續(xù)降低，碳酸鹽巖膠結(jié)成巖作用進(jìn)一步加強(qiáng)。此時(shí)裂縫網(wǎng)絡(luò)更利于流體的成巖活動(dòng)，成為碳酸鹽類(主要為方解石、白云石及硬石膏)對孔喉膠結(jié)的通道。此時(shí)儲(chǔ)層孔隙度相對較高，約為20%(圖9)。陰極發(fā)光顯微鏡下方解石膠結(jié)物為桔黃色，普通顯微鏡下方解石膠結(jié)物被染成紅色，微裂縫本身及其溝通的周圍大量孔隙、喉道一并被碳酸鹽巖膠結(jié)(圖12)。值得注意的是，開度較大且距離不整合面近的裂縫，流體活躍，碳酸鹽不容易沉淀或在未全充填之前進(jìn)行了溶蝕改造。如克深2區(qū)塊及克深8區(qū)塊的構(gòu)造高部位井的巖心裂縫都說明了這一點(diǎn)，從而在較大尺度上保留了一定的連通空間。早-中期形成的裂縫主要充當(dāng)了成巖膠結(jié)通道的作用，對裂縫附近儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間的保存及孔喉的連通都是不利的。

3.3 晚期裂縫的溶蝕及改造

庫車組沉積末期，距今約3 Ma，伴隨更大規(guī)模的構(gòu)造擠壓運(yùn)動(dòng)，儲(chǔ)層裂縫大量形成，同時(shí)先期形成的兩期裂縫被再次改造。天然氣開始逐步向白堊系儲(chǔ)層充注[32]，有機(jī)烴類沿?cái)鄬优c裂縫網(wǎng)絡(luò)等優(yōu)勢通道運(yùn)移，其攜帶的有機(jī)酸溶蝕了裂縫網(wǎng)絡(luò)中的部分碳酸鹽充填物，對儲(chǔ)層基質(zhì)孔喉的連通起到積極作用(圖13)，同時(shí)也為后期成巖溶蝕作用提供了一定通道。從鏡下資料來看，晚期裂縫有兩種存在形式：一為天然氣充注后，擠壓新形成的裂縫，該類裂縫未被充填，裂縫面干凈，周邊孔喉亦未被膠結(jié)充填，裂縫與孔喉溝通較好；二為早期裂縫改造后形成的新裂縫，該類裂縫裂縫面粗糙，見充填物溶蝕殘余，同時(shí)微裂縫與周邊孔喉溝通良好，可見粒緣微縫，隨有機(jī)烴充注，沿微縫亦發(fā)生溶蝕(圖13)。

圖12 克深氣田早期裂縫與儲(chǔ)層孔喉結(jié)構(gòu)配置示意圖及鏡下早期微裂縫與基質(zhì)孔喉溝通形態(tài)Fig.12 Schematic diagram showing configuration of early-stage micro-fracture and pore-throat configurations and the patterns of early-stage fractures connecting matrix pore throats under microscopea. 裂縫與儲(chǔ)層孔喉結(jié)構(gòu)配置示意圖;b. 克深202井，埋深6 766.16 m,陰極發(fā)光;c. 克深501井，埋深6 364.65 m,鑄體薄片

圖13 克深氣田中、晚期裂縫與儲(chǔ)層孔喉結(jié)構(gòu)配置示意圖及鏡下中、晚期微裂縫與基質(zhì)孔喉溝通形態(tài)Fig.13 Schematic diagram showing configuration of late- ormiddle-stage micro-fracture and pore-throat configurations and the patterns of late- or middle-stage fractures connecting matrix pore throats under microscopea. 裝縫與儲(chǔ)層孔喉結(jié)構(gòu)配置示意圖;b. 克深501井，埋深6 360.16 m,鑄體薄片;c. 克深207井，埋深6 801.74 m,場發(fā)射掃描電鏡

圖14 克深氣田儲(chǔ)層微裂縫對基質(zhì)孔喉溝通范圍鏡下觀察照片F(xiàn)ig.14 Microscopic observation of the range of matrix pore throats connected by micro-fractures in reservoirs of Keshen gas fielda. 克深504井，埋深6 360.15 m,掃描電鏡;b. 克深501井，埋深6 513.17 m,激光共聚焦;c. 克深8井，埋深6 761.3 m,CT掃描,分辨率0.9 μm

3.4 微裂縫對孔喉溝通具有選擇性及局限性

盡管中、晚期裂縫的發(fā)育有利于儲(chǔ)層的溶蝕改造及孔喉連通，但這種溝通作用具有一定選擇性及局限性。鏡下資料觀察表明，微裂縫可有效連通裂縫周圍孔喉，但有效溝通距離約為微裂縫開度的20～100倍范圍，在微裂縫周圍呈聚團(tuán)聚帶分布(圖14)，隨著距離微裂縫的距離加大，顯孔明顯減少。同時(shí)，鏡下微觀觀察表明，在微裂縫溝通的孔喉范圍內(nèi)，流體活動(dòng)的溶蝕改造作用具有一定選擇性，在巖石的差異礦物之間(一般為石英顆粒及長石顆粒)礦物更易被溶蝕，從而產(chǎn)生新的連通喉道。

總之，克深氣田目的層埋深大，成巖作用強(qiáng)，不同期次發(fā)育的裂縫對儲(chǔ)層的影響及改造是不同的。早-中期裂縫發(fā)育密度不大，但成巖膠結(jié)沿小開度的裂縫網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，不利于儲(chǔ)層孔喉的保存和連通；而晚期裂縫的發(fā)育及天然氣的充注對儲(chǔ)層孔隙空間保存、喉道的連通都起到了關(guān)鍵的改造作用。但對于氣水界面附近裂縫而言，因溝通了底水，則不利于天然氣的效益開采。因此，晚期裂縫的發(fā)育區(qū)將是滾動(dòng)勘探的潛力區(qū)，同時(shí)也應(yīng)看到，鏡下觀察到的微裂縫對儲(chǔ)層孔喉的溝通具有一定的范圍，因此這對于該類氣藏的開發(fā)亦具有一定啟示意義。

4 結(jié)論

1) 克深氣田構(gòu)造裂縫以半充填剪切縫為主，有效開啟度為0.2～1.5 mm；平行、雁列排列裂縫主要分布于構(gòu)造高部位，整體開度較大，貫穿地層厚，有效性好，縱向上主要分布中上部地層；斜交排列裂縫主要分布于構(gòu)造翼部，開度中等，縱向上主要分布于中下部地層；網(wǎng)狀排列裂縫平面多分布于斷裂附近，裂縫密度高，開度小，縱向上多分布于下部地層；平面上，受沉積、成巖環(huán)境控制，裂縫充填物呈現(xiàn)北部方解石為主，南部白云石、硬石膏為主特征。

2) 超深層致密砂巖儲(chǔ)層裂縫能有效溝通單砂體，裂縫孔隙度小于0.1%，提升儲(chǔ)層滲透率1～3個(gè)數(shù)量級(jí)，成為氣井高產(chǎn)的關(guān)鍵因素；晚期發(fā)育的微裂縫可有效連通裂縫周圍孔喉，有效溝通范圍約為裂縫開度的10～100倍，但對儲(chǔ)層孔喉溝通具有一定的選擇性及局限性。

3) 克深氣田主要發(fā)育3期構(gòu)造裂縫：早期張裂縫、中期剪切縫、晚期張-剪縫；早-中期裂縫成為致密儲(chǔ)層成巖膠結(jié)的通道，裂縫周圍基質(zhì)孔喉被膠結(jié)，不利于基質(zhì)孔喉保存；晚期張-剪裂縫在氣藏區(qū)內(nèi)有效開啟度好，未見明顯充填，同時(shí)伴隨油氣充注期，對儲(chǔ)層孔隙空間保存、喉道的連通都起到了關(guān)鍵的改造作用。

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