， ，，，王育， .

(1.延長(zhǎng)油田股份有限公司勘探開發(fā)技術(shù)研究中心，陜西延安 716000；2.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，陜西西安 710069)

裂縫是巖石中由于構(gòu)造變形或物理成巖作用而形成的面狀不連續(xù)體。裂縫型油氣藏是21世紀(jì)石油增儲(chǔ)上產(chǎn)的重要領(lǐng)域之一。在我國(guó)，裂縫型低滲儲(chǔ)層油氣產(chǎn)量占整個(gè)石油天然氣產(chǎn)量的一半以上[1-2]。裂縫的存在不但可為流體提供額外的流通通道，也可作為油氣的部分儲(chǔ)集空間，改善儲(chǔ)層物性，同時(shí)裂縫的分布規(guī)律是影響合理選擇注水方式的重要因素。前人對(duì)研究區(qū)地層、沉積相和儲(chǔ)層特征做了大量工作，然而未對(duì)裂縫的發(fā)育和裂縫與注水開發(fā)的影響進(jìn)行深入的分析。為了進(jìn)一步明確志丹油田正359井區(qū)儲(chǔ)層裂縫的方向及發(fā)育特征，為下一步該區(qū)注水開發(fā)方案部署提供支撐，很有必要對(duì)該區(qū)三疊系延長(zhǎng)組裂縫的分布規(guī)律進(jìn)行系統(tǒng)的研究。

1 裂縫的類型及方向

根據(jù)裂縫的成因分析研究區(qū)目前存在的兩類裂縫：天然裂縫和人工裂縫。天然裂縫是指由于構(gòu)造作用、成巖作用、壓實(shí)作用等地質(zhì)作用而形成的裂縫[3-5]。根據(jù)天然裂縫的成因，通常將天然裂縫分為構(gòu)造成因縫、成巖成因縫以及溶蝕縫等。根據(jù)裂縫的開啟性或充填程度，一般將裂縫分為開啟裂縫、充填裂縫和閉合裂縫3種類型。開啟裂縫是指裂縫兩壁間無礦物充填且具有一定張開度的裂縫；充填裂縫指已被次生礦物或成巖物質(zhì)所充填的裂縫，充填物質(zhì)可以為泥質(zhì)、次生的石英及碳酸鹽巖礦物等。根據(jù)礦物的充填程度，又將充填裂縫分為完全充填裂縫和不完全充填裂縫。閉合裂縫則是指在地下處于閉合狀態(tài)的裂縫，它們?cè)诘叵率軜?gòu)造作用影響，在應(yīng)力薄弱面上產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性的破裂，在地下較強(qiáng)的圍壓條件下處于閉合狀態(tài)，取出地面后由于應(yīng)力的釋放導(dǎo)致原閉合縫開啟。

前人研究成果表明：陜北地區(qū)天然裂縫以構(gòu)造成因的裂縫為主[6-9]。陜北地區(qū)延長(zhǎng)組地層沉積后經(jīng)歷了多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，現(xiàn)今裂縫展布格局主要是燕山運(yùn)動(dòng)和喜山運(yùn)動(dòng)兩期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)綜合作用的結(jié)果。在構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中，燕山運(yùn)動(dòng)對(duì)鄂爾多斯盆地影響較大，不僅形成了盆地西緣逆沖帶，而且奠定了盆地現(xiàn)在基本的構(gòu)造形態(tài)。因構(gòu)造運(yùn)動(dòng)屬左旋剪切性質(zhì)，必然形成北東—南西向雁列式排列的褶皺，方位60°～70°，兩組共軛裂縫，一組為北東—南西向的壓性裂縫，另一組為北西—南東向的張性裂縫(圖1)。

通過巖心觀察，研究區(qū)的裂縫主要有不完全充填縫、完全充填縫、鈣質(zhì)膠結(jié)張裂縫以及縫寬較大的小裂縫(圖2)。

鏡下觀察，研究區(qū)裂縫主要分布在礦物邊緣，延伸較長(zhǎng)，呈條帶狀(圖3)。

圖1 鄂爾多斯盆地燕山期、喜馬拉雅期和現(xiàn)今應(yīng)力場(chǎng)分布Fig.1 The stress fields distribution of Yanshan and Himalaya and now in Ordos basin

前人研究表明，安塞沿河灣地區(qū)現(xiàn)今最大主應(yīng)力方位介于北東68°～80°之間。坪橋北區(qū)裂縫檢測(cè)的水平最大主應(yīng)力方向即人工裂縫方向?yàn)楸睎|70°～80°之間；天然裂縫主要有兩組，分別是北東25°～45°和北西20°～45°。通過差應(yīng)變?cè)囼?yàn)，旦八地區(qū)現(xiàn)今最大主應(yīng)力方向應(yīng)該在北東60°～80°之間。本區(qū)儲(chǔ)層天然裂縫的主裂縫方向在北東60°～80°之間。

特低滲透儲(chǔ)層由于裂縫閉合或者油井與周圍天然裂縫之間溝通不理想，因而需進(jìn)行壓裂改造[8-9]。壓裂作用會(huì)產(chǎn)生人工裂縫，根據(jù)人工裂縫的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和監(jiān)測(cè)結(jié)果(表1、圖4、圖5)，研究區(qū)人工裂縫方位主要為北東方向，其中長(zhǎng)4+5儲(chǔ)層人工裂縫方位主要為北東60°～80°(圖4)；長(zhǎng)6儲(chǔ)層人工裂縫方位主要為北東40°左右，局部區(qū)域北西方向74.5°(圖4)。

圖2 研究區(qū)延長(zhǎng)組巖心觀察裂縫特征Fig.2 Fracture characteristics of core observation in Yanchang formation in the study area

圖3 鏡下微裂縫形態(tài)Fig.3 Fracture morphology under microscope

井位層位射開層段/單位裂縫類型裂縫方位/(°)裂縫長(zhǎng)度/m縫高/m裂縫形態(tài)3451-5長(zhǎng)4+51 597.0～1 602.0人工裂縫北東80.057.0020.00垂直3445-2長(zhǎng)4+51 570.0～1 572.0人工裂縫北東43.087.005.00垂直3445-2長(zhǎng)4+51 581.0～1 583.0人工裂縫北東76.077.0015.00垂直3474-2長(zhǎng)4+51 613.5～1 617.5人工裂縫北東58.385.3010.50垂直3474-2長(zhǎng)4+51 645.0～1 649.0人工裂縫北東58.979.2014.50垂直3425-7長(zhǎng)91 997.0～2 002.0人工裂縫北東68.055.0019.00垂直3453-13長(zhǎng)102 112.0～2 125.0人工裂縫北東65.0126.9412.92垂直

圖4 研究區(qū)3451-5井長(zhǎng)4+5微裂縫方位Fig.4 Microcracks azimuth of Chang-4+5 reservoir in well 3451-5 in the study area

圖5 研究區(qū)3425-7井長(zhǎng)6儲(chǔ)層微裂縫方位Fig.5 Microcracks azimuth of Chang-6 reservoir in well 3425-7 in the study area

2 裂縫與儲(chǔ)層物性的關(guān)系

微裂縫的形成除與構(gòu)造作用有關(guān)外，還與成巖作用有關(guān)[3-5]。在成巖作用期間，由于壓實(shí)作用、礦物重結(jié)晶作用等的發(fā)生，礦物顆粒發(fā)生收縮和膨脹以及礦物顆粒間的重新組合與排列，可以產(chǎn)生一些微裂縫。有些微裂縫中進(jìn)一步發(fā)生溶蝕可形成溶蝕縫。這些微裂縫及溶蝕縫使儲(chǔ)層孔隙得以溝通，滲透性增強(qiáng)。

據(jù)鑄體薄片和電鏡掃描照片觀察，儲(chǔ)集層中存在的微裂縫形狀多樣，多形成于碎屑顆粒內(nèi)部及顆粒間隙中。微裂縫長(zhǎng)度在0.01～200 μm范圍內(nèi)；張開度在1～100 μm之間，多在2～20 μm范圍內(nèi)且部分被充填；微裂縫分布密度一般。物性統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，微裂縫發(fā)育的地方所對(duì)應(yīng)的孔隙度平均值為10.70%、滲透率平均值為2.20 mD，其值大多接近于或者大于其平均值(表2)。因此，微裂縫對(duì)于儲(chǔ)集層滲透率的提高有一定的積極作用[9]。在注水開發(fā)時(shí)一定要考慮裂縫的影響[10]。

3 裂縫對(duì)注水開發(fā)的影響

正359井區(qū)延長(zhǎng)組屬于低滲透率儲(chǔ)層，微裂縫發(fā)育[11-13]。在油田開發(fā)之前的評(píng)價(jià)階段，判斷儲(chǔ)層有無裂縫存在至關(guān)重要。除巖心分析外，利用壓裂施工曲線分析判斷比較準(zhǔn)確。沒有裂縫的儲(chǔ)層，壓裂時(shí)具有明顯的破裂壓力(峰值)；而存在裂縫(包括潛在縫)的儲(chǔ)層，一般沒有明顯的破裂壓力。微裂縫在低滲透油藏中普遍存在，儲(chǔ)層物性較差，滲流阻力較大，一般無自然產(chǎn)能，油井須經(jīng)壓裂改造形成人工裂縫，獲得工業(yè)油流。而裂縫的存在，提高了儲(chǔ)層的滲流能力，卻也是注水開發(fā)的不利因素。開發(fā)過程中應(yīng)充分利用裂縫的有利因素，提高油井單井產(chǎn)能，提高驅(qū)替效果和最終采收率，合理部署開發(fā)井網(wǎng)。

表2 微裂縫發(fā)育井段對(duì)應(yīng)的物性數(shù)據(jù)Table 2 The physical data corresponding to microcrack development section

3.1 裂縫對(duì)注水時(shí)機(jī)的影響

低滲透油藏天然能量不足，油井投產(chǎn)后地層壓力迅速下降，產(chǎn)量降低。若滯后注水，地層壓力不能及時(shí)恢復(fù)，生產(chǎn)壓差降低，裂縫閉合，滲透率降低；若此時(shí)注水，注入水將迅速沿裂縫方向運(yùn)移到低壓區(qū)的油井，形成水通道，基質(zhì)孔隙中的原油將滯留在孔隙中，形成殘余油。為了提高油井的產(chǎn)量，裂縫發(fā)育區(qū)需要及時(shí)補(bǔ)充地層能量，只能采用同步注水，提高地層能量，增加地層壓力，使注入水沿非主裂縫方向驅(qū)油，提高注入水波及體積和洗油效率，從而提高注水開發(fā)效果，以期獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 裂縫對(duì)注水方式的影響

對(duì)裂縫型低滲透砂巖油藏，周期注水可有效提高水驅(qū)效率和開發(fā)效果。水驅(qū)油時(shí)，注入水沿裂縫形成主要通道，當(dāng)停注后，由于初期裂縫壓力高于基質(zhì)孔隙壓力，因此裂縫中的水容易進(jìn)入基質(zhì)孔隙中；到停注后期，裂縫壓力降低，基質(zhì)彈性能量釋放，在毛管力作用下，基質(zhì)內(nèi)的油進(jìn)入裂縫中，而水則留在基質(zhì)孔隙中。當(dāng)再次注水后，地層壓力上升，裂縫中的油被驅(qū)替出，從而提高水驅(qū)效率和注水開發(fā)效果。上述作用的大小取決于毛管力、裂縫和基質(zhì)孔隙壓力差的大小。試驗(yàn)研究證明，周期(間歇)注水對(duì)低滲透裂縫型砂巖油藏具有較好的適用性，不僅可以節(jié)約注水成本，提高水驅(qū)效果，還可以防止裂縫壓力過高發(fā)生水竄。

研究區(qū)為非均質(zhì)性較強(qiáng)的低滲透砂巖油藏，裂縫的出現(xiàn)將帶來明顯的注水突進(jìn)，吸水強(qiáng)度在裂縫方向強(qiáng)于其他注水?dāng)U散方向。

3.3 裂縫對(duì)井網(wǎng)部署的影響

井網(wǎng)部署是油田開發(fā)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，既關(guān)系到采油速度、穩(wěn)產(chǎn)年限，又與油田最終采收率和經(jīng)濟(jì)效益密切相關(guān)。油藏的地質(zhì)條件決定了油田的布井方式，而油藏的非均質(zhì)性和裂縫系統(tǒng)又在很大程度上影響著布井方式。裂縫的產(chǎn)狀特征直接影響著油田注水開發(fā)井網(wǎng)的形式。裂縫性砂巖油田注采井網(wǎng)部署的關(guān)鍵一環(huán)即注水井排方向的確定。注水井排方向受制于裂縫系統(tǒng)的特征，尤其是裂縫發(fā)育方向，而本區(qū)微裂縫方位與區(qū)域地應(yīng)力方向具有一致性，注水井排方向要最大限度地與主裂縫方向保持匹配。隨著油田的不斷開發(fā)，注水二次采油過程中，裂縫的作用愈加受到重視，不僅控制層系的劃分、井網(wǎng)部署，而且決定了油田注水開發(fā)效果的好壞。根據(jù)監(jiān)測(cè)的人工壓裂裂縫方向，可以確定儲(chǔ)層最大的主應(yīng)力方向。在油田開發(fā)過程中應(yīng)根據(jù)裂縫監(jiān)測(cè)成果，及時(shí)調(diào)整井排方向，部署科學(xué)合理的注水開發(fā)井網(wǎng)。

考慮到研究區(qū)裂縫的主要方向?yàn)楸睎|60°～80°，在布置井網(wǎng)時(shí)綜合油藏工程結(jié)果選擇與裂縫相匹配的方向北東60°作為井網(wǎng)布置主要方向。在注水開發(fā)時(shí)增大水驅(qū)控制程度，減少死油區(qū)。

由此，對(duì)于裂縫發(fā)育層段，首先應(yīng)該通過巖心觀察、裂縫監(jiān)測(cè)等技術(shù)，在明確儲(chǔ)層裂縫分布規(guī)律的基礎(chǔ)上，結(jié)合動(dòng)靜態(tài)資料確定合理的注水開發(fā)參數(shù)，可以有效控制儲(chǔ)層裂縫的不利影響，提高油田注水開發(fā)效果。在確定優(yōu)化壓裂方案時(shí)，應(yīng)避免因過度壓裂造成裂縫將油層切割，基巖彈性能量釋放后注入水沿裂縫竄流，導(dǎo)致油井暴性水淹，使基巖中形成殘余油。對(duì)于新井，投注時(shí)應(yīng)盡可能采取不壓裂的方式，或采取高能氣體爆燃、負(fù)壓復(fù)合射孔等技術(shù)，盡量避免人工裂縫與天然裂縫的溝通，減緩油井水竄、水淹。

4 結(jié)論

(1)裂縫的存在對(duì)儲(chǔ)層注水開發(fā)具有重要的影響，明確裂縫的分布規(guī)律具有重要的意義。巖心裂縫觀察和人工裂縫監(jiān)測(cè)結(jié)果分析本區(qū)延長(zhǎng)組儲(chǔ)層天然裂縫的主裂縫方向在北東60°～80°之間，其中主力層長(zhǎng)4+5儲(chǔ)層人工裂縫方位主要為北東60°～80°，長(zhǎng)6儲(chǔ)層人工裂縫方位主要為北東40°左右。儲(chǔ)層物性統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析表明，微裂縫發(fā)育段所對(duì)應(yīng)的孔隙度和滲透率值大多接近于或者大于其整個(gè)段的平均值，微裂縫對(duì)于儲(chǔ)集層滲透率的提高有一定的改善作用。

(2)裂縫對(duì)注水時(shí)機(jī)、注水方式以及井網(wǎng)部署具有很大的影響。裂縫發(fā)育區(qū)需要及時(shí)補(bǔ)充地層能量，只能采用同步注水和周期注水。裂縫的產(chǎn)狀特征直接影響著油田注水開發(fā)井網(wǎng)的形式。在油田開發(fā)過程中應(yīng)根據(jù)裂縫監(jiān)測(cè)成果及時(shí)調(diào)整井排方向，部署科學(xué)合理的注水開發(fā)井網(wǎng)，最終提高油田的注水開發(fā)效果。