十屋油田營城組儲層裂縫特征及有效性分析

宋文燕 (西南石油大學資源與環境學院,四川成都60500)

王繼文 (長慶油田第三采油技術服務處,寧夏銀川750006)

蘇培東,秦啟榮,甘學啟 (西南石油大學資源與環境學院,四川成都60500)

十屋油田位于吉林省公主嶺市境內,其構造形態為1個大型斷鼻構造,屬于梨樹斷陷的次1級構造單元。梨樹斷陷在形成的過程中,經歷了多次不同類型、不同方位、不同性質的構造運動,其裂縫組系十分發育。十屋油田營城組屬于低孔低滲儲層,儲層非均質性強,裂縫對儲層的儲集和滲流能力具有重要影響。研究區勘探程度較高,鉆井控制程度也比較高,但是由于其復雜的地質背景及多類型的成藏系統,很難清楚掌握十屋油田營城組不同構造位置的裂縫實際發育程度以及裂縫的類型、產狀、充填情況、發育期次等。為此,筆者充分利用研究區基礎地質資料,結合巖心觀察、測井數據等,對十屋油田營城組的裂縫特征及有效性進行了系統分析。

1 儲層裂縫特征

1.1 裂縫產狀

利用成像測井、地層傾角測井、巖心觀察方法確定裂縫產狀。研究表明,該區主要發育北東向(48±12°)、近南北向 (10±15°)、北西向 (320±12°)3組裂縫,局部發育近東西向 (285±15°)裂縫。依據裂縫傾角將裂縫分為水平縫 (＜15°)、低角度裂縫 (15～45°)、高角度裂縫 (45～75°)、直劈縫 (＞75°)。十屋油田營城組儲層直劈縫最多,接近50%,其次是高角度縫,而水平縫和低角度斜交縫相對較少 (見圖1)。

圖1 十屋油田營城組儲層裂縫傾角分布直方圖

1.2 裂縫充填情況

通過巖心觀察,發現裂縫多被半充填或全充填,所占比例分別為37.8%和32%。總體來說,高角度裂縫的充填程度相對高一些,特別是直立裂縫,大部分被全充填或者半充填,加上部分未充填裂縫在地層中處于閉合狀態,這樣會對流體的流動作用產生一定影響。

裂縫充填物主要以方解石為主,其次是泥質,然后是碳質 (包括煤),瀝青充填物最少。

1.3 裂縫力學性質與開度分析

不同性質的巖石受力后產生破裂的情況不一樣,這主要是受巖石力學性質差異的影響,通常裂縫的力學性質是決定其開啟或閉合的主要因素[1,2]。通過巖心觀察發現,剪切縫是研究區的主要裂縫,其縫面平直光滑,可見擦痕、階步,其中發育1組近南北向和北西西向的共軛剪切縫,同時還發育1組北東向和北西向的高角度剪切縫。扭張縫也是研究區的主要裂縫類型之一,其中部平直粗大,兩端彎曲、細小,其原因主要是早期的壓應力場轉化為晚期的壓扭應力場的結果。

圖2 十屋油田營城組井下巖心裂縫開度分布圖

研究發現,儲層裂縫開度變化范圍較大,從0.1mm到50mm都有分布,但巖心裂縫開度以1mm以下為主,其次是1～2mm,其它寬度裂縫相對較少。特別需要指出的是,研究區內寬度大于5mm的裂縫占相當的比例,說明裂縫開度變化較大 (見圖2);另外一方面,未充填的裂縫從巖心觀測的寬度看往往要大于地下實際裂縫寬度,而充填裂縫雖然寬度大,但其有效性差。因此,對于裂縫寬度等資料要謹慎使用。

圖3 十屋油田營城組SN55井巖心

1.4 裂縫發育期次

通過觀察巖心,發現至少發育3組裂縫切割 (見圖3)。根據切割關系來看,這3組裂縫形成的先后順序是①②③。再根據裂縫中充填的方解石不同,可判斷研究區裂縫至少有3個發育期次,這與構造運動期次相吻合。

通過對研究區進行構造解析和巖心觀察,并結合區域構造運動史,確認該區主要發育4期裂縫,其中明水組沉積末期構造運動只對早期裂縫進行了改造(見表1)。

表1 十屋油田裂縫期次劃分

1.5 裂縫發育程度

根據裂縫巖心觀測結果的統計結果,取長度和密度的權重積值作為裂縫發育程度系數 (長度/密度=8/2),然后對裂縫發育程度進行分析。研究表明,各井裂縫發育程度分布不均,一般位于研究區小寬斷裂和其他幾條大斷裂附近。從整體上看,該區裂縫的低角度縫和高角度縫在小寬斷裂附近最為發育(見圖4)。

圖4 十屋油田營城組儲層裂縫發育程度

2 裂縫有效性

裂縫在儲層中主要有儲集和滲流的作用[3,4]。十屋油田營城組儲層裂縫十分發育,但只有那些為數較少的非封閉裂縫 (即有效裂縫)決定著液體的流動。因而在油氣生產開發的過程中,充分利用裂縫的有效性來保證油氣田的開采速度和采出程度至關重要[5]。筆者在總結前人研究成果的基礎上,從構造運動、現今地應力2方面對研究區儲層裂縫的有效性進行分析。

2.1 構造運動

研究區儲層裂縫大部分是在早期 (營城組、登婁庫組沉積末期)構造運動中形成的。營城組期的構造運動是斷陷階段演化鼎盛時期的一次小規模構造反轉運動[6],造成各斷陷盆地不同程度的隆升和地層剝蝕。在北西-南東向壓應力的作用下,研究區儲層發育一組近南北向 (10±15°)和北西西向(290±15°)高角度共軛剪切縫和北西向 (330±15°)張裂縫,并在小寬斷裂附近發育北東向 (45±15°)低角度伴生剪切縫。近南北向 (10±15°)高角度共軛剪切縫在早期充填、晚期擴張,為高角度直立的半充填縫或者全充填縫,其有效性較好;北西西向 (290±15°)高角度共軛剪切縫發育程度較弱;北東向 (45±15°)低角度伴生剪切縫在小寬斷裂附近發育比較密集,在斷裂活動的各個時期都有形成 (或者改造),該裂縫密度大、充填實、閉合性好。

2.2 現今地應力

現今構造應力的方向與裂縫延伸方向的關系對裂縫的開啟程度有明顯影響,其主要表現是當裂縫面與最大主應力方向垂直時,會使裂縫的張開度減小甚至閉合。與現代應力場最大主應力方向平行的裂縫由于受相對拉張作用,其開度最大,連通性最好,滲透率也最高;與現代應力場最大主壓應力方向斜交的裂縫,其滲透性介于兩者之間,但隨著交角增大,其滲透性變差[7]。

圖5 十屋油田營城組現今地應力方向

十屋油田營城組區域最大水平主應力方向為270～280°(即近東西向)(見圖5)。在現代應力場作用下,近東西向裂縫的開度最大,即該組裂縫的滲透率最大,而近南北向裂縫的開度和滲透率最小。因此,在油田開發中以近東西向裂縫中流體的滲流速度最快,其動態反應最明顯,而近南北向裂縫中流體的滲流速度最慢,其動態反應不明顯;北西向和北東向裂縫滲流速度和動態反應介于上述2組裂縫之間。由于儲層中裂縫滲透率的各向異性,在開發井網部署時,要充分考慮不同組系裂縫的滲流作用。根據上述分析,可適當加大東西方向的井距。

3 結 論

1)十屋油田營城組儲層裂縫發育主要為北東向、近南北向和北西向,以高角度縫和直劈縫為主。裂縫多被半充填或全充填,充填物主要為方解石,其次為泥質、碳質。有效儲層段裂縫以剪切縫和扭張縫為主,裂縫開度變化較大。

2)早期構造運動中形成的南北向高角度剪切縫、晚期構造運動中形成的北東向和北西向高角度剪切縫以及扭張性裂縫有效性較好。近東西向構造裂縫導流能力最強,為最有效裂縫組系。

[1]王允誠,周文,朱永銘,等.裂縫性致密油氣儲集層[M].北京:地質出版社,1990.

[2]林輝.川東北達縣-宣漢地區雙廟場構造嘉二段儲層特征 [J].巖性油氣藏,2009,2(21):59-63.

[3]王平.含油盆地構造力學原理[M].北京:石油工業出版社,2001.

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