魏繁榮，張志東，吳向陽，付國民

(1.延長油田股份有限公司，陜西 延安 716000；2.長安大學(xué) 地球科學(xué)與資源學(xué)院，陜西 西安 710054)

0 引 言

鄂爾多斯盆地延長組長8段是典型的特低滲碎屑巖儲(chǔ)層，在印支至喜山多幕構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中發(fā)育不同程度的天然裂縫，裂縫的發(fā)育極大的改善了儲(chǔ)層物性特征，增加了滲透性及非均質(zhì)性，在注水開發(fā)井網(wǎng)部署及其技術(shù)政策制定中，微裂縫的方向和發(fā)育程度是主要考慮因素[1-2]。

安塞地區(qū)位于鄂爾多斯盆地陜北斜坡中東部，主要含油層系是中生界侏羅系延安組及其三疊系延長組，油藏類型主要為低-特低滲透碎屑巖巖性油藏，均需壓裂改造才能獲得產(chǎn)能，延長組長8段是近年來勘探開發(fā)的新層系，也是油田增加后備儲(chǔ)量、實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)的主要領(lǐng)域，在王界、坪橋一帶圈定探明儲(chǔ)量近2 000萬t，長8油藏構(gòu)造平緩，總體為一局部發(fā)育鼻狀隆起的單斜，儲(chǔ)層成因類型主要為三角洲分流河道砂體，巖性以細(xì)粒長石砂巖為主，孔隙度平均為8.69%，滲透率平均為0.48×10-3μm2，孔喉細(xì)小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，非均質(zhì)性嚴(yán)重，存在較強(qiáng)應(yīng)力敏感性，為典型特低滲致密油儲(chǔ)層，巖心觀測及其注水開發(fā)動(dòng)態(tài)均反映安塞地區(qū)長8儲(chǔ)層天然裂縫較發(fā)育，在壓裂儲(chǔ)層改造下與人工裂縫疊加擴(kuò)張，造成不同井組注水暴行水淹，導(dǎo)致開發(fā)效益低下，明確裂縫發(fā)育程度及其方位，井網(wǎng)部署極其壓裂裂縫長度與之相適應(yīng)是當(dāng)前針對(duì)該類巖性油藏注水開發(fā)主要問題[3]。

儲(chǔ)層裂縫研究方法體系已經(jīng)較成熟，特別是地層傾角、FMI、EMI等裂縫井下探測技術(shù)應(yīng)用極大的提高了儲(chǔ)層裂縫定量識(shí)別和表征的技術(shù)水平[4-11]，但由于該類測井技術(shù)應(yīng)用成本昂貴，對(duì)于采用低成本開發(fā)的陜北淺層特低滲油田極少投入，因而制約裂縫研究精度[12-16]，近年來，不同學(xué)者針對(duì)不同油田資料現(xiàn)狀采用不同的技術(shù)手段對(duì)鄂爾多斯盆地延長組儲(chǔ)層天然裂縫特征進(jìn)行研究[17-20]，岳樂平采用巖心古地磁定向技術(shù)結(jié)合地層傾角測井認(rèn)為延長組裂縫主要以東西向?yàn)橹?，南北向次之[21]，付國民認(rèn)為雖然同處于陜北斜坡同一二級(jí)構(gòu)造單元，由于受基底斷層極其構(gòu)造邊界遠(yuǎn)近不同影響，不同油田延長組儲(chǔ)層裂縫發(fā)育程度差異懸殊，裂縫方位極其組合形式不同，同時(shí)結(jié)合生產(chǎn)動(dòng)態(tài)分析認(rèn)為，在現(xiàn)今應(yīng)力下近東西向、東北向裂縫開啟，注水突進(jìn)，南北向裂縫開啟程度弱，致使南北方向油井注水見效差[22]，王乃軍采用常規(guī)測井裂縫解釋技術(shù)建立裂縫響應(yīng)模式解釋裂縫發(fā)育特征[23]，曾聯(lián)波論述了鄂爾多斯中生界地層裂縫的發(fā)育情況，以及其作為油氣進(jìn)行運(yùn)移的通道[24]。安塞地區(qū)缺乏裂縫測井識(shí)別資料，裂縫發(fā)育程度及其特征一直為深入研究，特別對(duì)于裂縫方位認(rèn)識(shí)不清，爭議較大[25-30]，大多研究引用臨區(qū)資料，論據(jù)欠佳，鑒于此，作者分析對(duì)比相似應(yīng)力場背景的鄰區(qū)測試資料，動(dòng)靜態(tài)研究相結(jié)合，主要應(yīng)用相似露頭及巖心裂縫統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)、地下裂縫古地磁定向技術(shù)、油藏注水開發(fā)動(dòng)態(tài)監(jiān)測技術(shù)對(duì)天然裂縫及其人工裂縫發(fā)育特征進(jìn)行研究，明確該區(qū)裂縫方位，分析裂縫發(fā)育對(duì)注水開發(fā)影響。

1 露頭裂縫發(fā)育特征

鄂爾多斯盆地中、新生代地層經(jīng)歷了印支、燕山和喜山等三期大的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，盡管穩(wěn)定型盆地內(nèi)褶皺和斷層不發(fā)育，但作用于盆地周緣的應(yīng)力必然會(huì)對(duì)盆地內(nèi)部產(chǎn)生影響，即盆地在穩(wěn)定背景下具有不穩(wěn)定因素，表現(xiàn)為在盆地范圍內(nèi)廣泛存在裂縫。裂縫形成時(shí)期主要為燕山期和喜山期，燕山期裂縫主要為EW，SN向區(qū)域裂縫，喜山期裂縫則主要為NE向裂縫。

研究區(qū)東部80 km的延安至延川一帶因地層抬升，長8段出露良好，通過裂縫調(diào)查統(tǒng)計(jì)，長8地層中天然裂縫主要以區(qū)域新構(gòu)造裂縫為主，次為局部構(gòu)造裂縫及其收縮裂縫區(qū)域構(gòu)造裂縫分布規(guī)則，延伸較遠(yuǎn)，產(chǎn)狀穩(wěn)定、裂縫面近似直立光滑，少有羽列，多無充填，局部構(gòu)造裂縫多被切穿，分布有限，以高角度及其直立縫為主，偶爾見到方解石薄膜，統(tǒng)計(jì)分析表明：最發(fā)育的裂縫有EW及SN 2組，EW向裂縫最為發(fā)育(圖1)，延伸穩(wěn)定筆直，EW向裂縫多被切割和限制，裂縫面均直立、裂縫間距20～40 cm，無充填，裂縫開度2～3 mm，在泥質(zhì)巖中裂縫密度較大，常>5條/m，最高可達(dá)10～20條/m；在少數(shù)地區(qū)也見有NE45°～55°及NW45°～65°的裂縫；東部宜君等剖面裂縫最發(fā)育的仍為EW與SN向2組，存在NE-NW向裂縫，裂縫面均垂直于巖層面。EW向裂縫比SN向發(fā)育，裂縫的平均密度EW向?yàn)?.67條/m，SN向?yàn)?.8條/m，NE、NW向裂縫更不發(fā)育，裂縫密度平均為1.4條/m.不同的剖面裂縫發(fā)育程度和組系存在差異，主要受局部構(gòu)造應(yīng)力場控制。

圖1 延河剖面儲(chǔ)層裂縫分布統(tǒng)計(jì)Tab.1 Statistics of fracture distribution of reservoir in Yanhe section

2 巖心裂縫分布特征

對(duì)研究區(qū)12口井120日巖心進(jìn)行裂縫發(fā)育規(guī)律觀測，在6口井中發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)層裂縫，占觀察井的50%，統(tǒng)計(jì)裂縫21條，上述裂縫均發(fā)育在細(xì)粒砂巖中，厚度相對(duì)適中，巨厚砂層裂縫發(fā)育較少，泥巖主要以層間滑脫縫為主，裂縫長度一般介于0.5～1.5 m，密度平均為0.084條/m，主要以垂直裂縫及高角度裂縫為主，裂縫面多光滑，少有方解石薄膜附著，局部尾部具有羽飾，裂縫開度介于0.2～06 mm，裂縫大多以單裂縫出現(xiàn)，偶爾見平行縫及其共軛裂縫，共軛裂縫多為低角度剪切縫，縫面平直，發(fā)育方解石薄膜。坪128-1井長8巖心發(fā)育平行裂縫.裂縫直立，延伸1.3 m，裂縫間距60 mm(圖2)。

圖2 王界油區(qū)長8段裂縫玫瑰花圖(坪128-1井)Fig.2 Fracture rose diagram of Chang 8 oil layer，Wangjie Area(Ping 128-1)

圖3 川口長6儲(chǔ)層微裂縫與東西向主裂縫夾角統(tǒng)計(jì)Fig.3 Statistics on included angles between reservoir micro-fracture and EW trending major fractures of Chang 6 member，Chuankou Area

對(duì)坪128-1井長8段裂縫發(fā)育層段取24塊巖心柱進(jìn)行古地磁測定，統(tǒng)計(jì)分析巖心裂縫方位，樣品由西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室古地磁室測量完成。磁性測量使用捷克制造的J-R6磁力儀，退磁測量使用英國制造的MMDT80熱退磁儀，如圖2所示發(fā)育4組裂縫，其中東北及其東南方向裂縫最位發(fā)育，平均方位角分別為64.5°及141.5°，次為東西向裂縫，次為東西向裂縫，平均方位角為190°；南北向裂縫不發(fā)育，平均方位為2.5°.

圖4 延長組長8段組裂縫發(fā)育特征Fig.4 Development characteristics of natural fractures in Chang 8 member in Yanchang Formation

3 鏡下微裂縫發(fā)育特征

對(duì)鏡下微裂縫發(fā)育特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì)：統(tǒng)計(jì)井21口，11口井見裂縫、統(tǒng)計(jì)薄片137塊，23塊薄片發(fā)育微裂縫，微裂縫多與層面垂直，常呈孤立狀，偶見一段與孔隙相連，平均面密度0.05 mm/mm2，延伸不穩(wěn)定，多數(shù)呈彎曲狀，少數(shù)平直，多切穿碎屑，少數(shù)追蹤裂縫邊緣延伸，微裂縫開度介于5～40 μm，大多數(shù)充填瀝青，局部見方解石膠結(jié)，瀝青質(zhì)充填微裂縫證實(shí)微裂縫曾經(jīng)有油氣經(jīng)過，是油氣進(jìn)行運(yùn)移的通道。通過定向薄片統(tǒng)計(jì)觀察表明，微裂縫的發(fā)育方向比較散亂，但主要方向?yàn)榻叫杏诖罅芽p的方向，即與大裂縫的夾角小于10°(圖3)，說明微裂縫仍以東北、東南向?yàn)橹鳌?/p>

此外通過取心井巖性物性分析，長8段7塊巖樣裂縫特征明顯(表1)，裂縫發(fā)育的巖樣，孔隙度較低，但滲透率比常規(guī)樣品明顯增高。

4 儲(chǔ)層裂縫的開發(fā)動(dòng)態(tài)特征

安塞地區(qū)延長組長8段組為超低滲儲(chǔ)層，均加砂水力壓裂投產(chǎn)，注水井同樣壓裂投注，從壓裂裂縫監(jiān)測成果表可知(表2)，在現(xiàn)今北東60°～80°最大主應(yīng)力作用下，人工裂縫優(yōu)先沿北東向天然裂縫開啟延伸，此方向也為砂體延伸方向，人工裂縫主要為北東方向，此外尚發(fā)育北西向、東西向人工裂縫，南北線裂縫多隱蔽，從研究區(qū)及其鄰區(qū)注水開發(fā)動(dòng)態(tài)資料也反映這一點(diǎn)。

表1 含裂縫巖樣物性特征Table 1 Physical properties characteristics of fracture-containing core samples

表2 安塞地區(qū)裂縫監(jiān)測成果Table 2 Fracture monitoring results of Ansai Area

對(duì)坪橋區(qū)17個(gè)注水井組93口注水受益井水淹方向進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(表3)，注水水淹方向較復(fù)雜，主要集中在NE，SE，NE，NW等方向，優(yōu)勢方向?yàn)镹E-SW方向，此方向油井(如坪57-5，坪56-5，坪56-6)爆性水淹。

表3 坪橋區(qū)注水水淹方向統(tǒng)計(jì)Table 3 Statistics on waterflooded directions of Piangqiao Area

因此可見，安塞地區(qū)延長組地下天然裂縫以及分工裂縫及其復(fù)雜，多組系分布，遠(yuǎn)較地面露頭裂縫復(fù)雜多變。從裂縫古地磁定向資料及示蹤劑監(jiān)測資料充分證明這一點(diǎn)，在不同井區(qū)，裂縫優(yōu)勢方向不同，例如王184井區(qū)北西向?yàn)閮?yōu)勢人工裂縫方向(圖5)，示蹤劑推進(jìn)速度大9.3 m/d，坪148井區(qū)優(yōu)勢方向不明顯，北西及其西南、正北同時(shí)存在人工裂縫(圖6)。

圖5 王184井組示蹤劑產(chǎn)出動(dòng)態(tài)監(jiān)測響應(yīng)Fig.5 Dynamic monitoring response diagram of tracer production of Wang 184 well group

圖6 坪148井組示蹤劑產(chǎn)出動(dòng)態(tài)監(jiān)測響應(yīng)Fig.6 Dynamic monitoring response diagram of tracer production of Ping 148 well group

安塞地區(qū)已有3個(gè)較完善的注水區(qū)域，如果由于注水后裂縫的影響而使采油井水淹的，可以根據(jù)裂縫發(fā)育方向適當(dāng)調(diào)整注水井，必要時(shí)可以將采油井轉(zhuǎn)變?yōu)樽⑺?；?duì)于油水井連線方向與裂縫方向相差很大的井，在經(jīng)濟(jì)效益許可的條件下適當(dāng)可加大油井壓裂規(guī)模；在注水井周圍的采油井盡量要避開裂縫；油水井連線方向與裂縫方位盡量錯(cuò)開15°以上，如果實(shí)在不能錯(cuò)開，即油水井連線方向與裂縫方位基本一致的井，要控制油水井的壓裂縫長，并適當(dāng)增大注采井之間的井距(鞏磊等，2015)。

5 結(jié) 論

1)安塞地區(qū)延長組長8特低滲透砂巖儲(chǔ)層不同程度的發(fā)育天然顯裂縫及微裂縫，有4組，最發(fā)育的裂縫有EW及SN 2組，主要集中在64.5°方位，其次為141.5°方位。以直立的構(gòu)造裂縫為主；

2)在現(xiàn)今北東60°～80°最大主應(yīng)力作用下，人工裂縫優(yōu)先沿北東向天然裂縫開啟延伸，此方向也為砂體延伸方向，人工裂縫主要為北東方向，此外尚發(fā)育北西向、東西向人工裂縫。南北向裂縫相對(duì)不發(fā)育;

3)對(duì)于裂縫發(fā)育的特低滲儲(chǔ)層注水開發(fā)應(yīng)建立與裂縫方位、規(guī)模相適宜的井網(wǎng)型式及其優(yōu)化壓裂參數(shù)，防止注入水沿壓裂縫方向水竄，形成油井水淹。