低滲透砂礫巖儲層裂縫發育特征及主控因素

李紹華，何汶鍶，吳育鵬

（1.西南石油大學，四川成都610500；2.中石油長慶油田公司第六采油廠，陜西西安710200）

低滲透砂礫巖儲層裂縫發育特征及主控因素

李紹華*1，何汶鍶2，吳育鵬2

（1.西南石油大學，四川成都610500；2.中石油長慶油田公司第六采油廠，陜西西安710200）

在低滲透砂礫巖儲層中裂縫既是油氣滲流的主要通道也是重要的儲集空間，研究裂縫的發育程度和分布特征對油田的生產開發有重要意義。大量的研究成果表明：構造裂縫是影響低滲透儲層油氣勘探開發的主要裂縫類型；延伸長度和高度較大的裂縫，一般密度較小、間距較大；裂縫的發育程度隨著巖性的不同會發生變化；斷層作用影響著構造裂縫的形成；裂縫的發育程度隨巖石埋藏深度的增加而減弱。

低滲透砂礫巖；裂縫；發育特征；主控因素

砂礫巖在我國廣泛分布，一般是在靠近物源的位置快速堆積，由多期扇體疊置而成，縱向上沉積厚度以及巖相的變化顯著，儲層非均質性較強，巖石成分成熟度和結構成熟度較低，巖石孔隙空間小滲透性差，為致密儲層。裂縫是低滲透砂礫巖儲層中的主要滲流通道，甚至可作為油氣的重要儲集空間，對裂縫發育規律的研究直接影響著油氣田開發方案的部署和開發效果。本文對砂礫巖儲層裂縫發育特征進行了系統總結，探討其影響因素，從而為低滲透砂礫巖油氣藏勘探與開發提供參考。

1 裂縫發育特征

1.1 裂縫類型

根據成因機理可將裂縫分為成巖裂縫和構造裂縫[1]。構造裂縫的特征主要有成組平行出現、分布規則、礦物充填、方向性明顯等。成巖裂縫具有彎曲、斷續、分枝、尖滅等特點，通常發育于泥質巖類中，由于地下開度小，規模不大，滲透性差，在砂礫巖油氣田開發中影響較小。構造裂縫通常具有較大規模可作為油氣聚集空間以及運移的主要通道，對低滲透砂礫巖儲層油氣勘探開發起主導作用。成巖裂縫雖有儲集空間的限制，但其面密度較大，在儲層中可以起到滲流通道的作用。

砂礫巖中裂縫廣泛發育，隨著巖性的改變其中發育的裂縫類型也會隨之變化。相對疏松砂礫巖中主要形成水平縫、交織網狀縫以及低角度斜交縫；而以礫巖、砂巖或細砂巖呈夾層分布的互層狀巖性剖面中的裂縫主要為直劈縫和高角度斜交縫。

1.2 裂縫傾角

低滲透砂礫巖儲層中存在的基本為構造裂縫，以及順層面發育的成巖裂縫和滑脫裂縫。地層傾角是影響構造裂縫傾角的主要因素，近直立角度的裂縫基本存在于地層較平緩的油氣田儲層，傾斜角度的裂縫多發育在地層角度較大的油氣田儲層。中國大多數低滲透砂巖儲層中的裂縫多為高角度裂縫，低角度裂縫相對較少[2]。高角度裂縫大致分為兩種，一種為與最大主壓應力平行的擴張裂縫，另外就是與伸展正斷層相關的中—高角度裂縫。高角度裂縫的特點主要為縫面粗糙不平、延伸距離短以及產狀不穩定。而低角度裂縫大多為低角度剪切裂縫和順層滑脫裂縫。低角度剪切裂縫縫面光滑平順，產狀平穩，有突出的磨光鏡面及擦痕，少數縫面兩側有部分的剪切錯動，并且具有階步，方解石等礦物填充在部分縫面。順層滑脫裂縫大多發育于泥巖或粉砂質泥巖中，產狀和巖層產狀基本無異，縫面平整度較低，礦物基本不填充在縫內，密度分布不均，開度不大。

1.3 裂縫密度

裂縫密度通常指與裂縫面垂直的單位長度巖石段內所能觀察到的裂縫條數。因為巖芯中的裂縫面基本很少與巖芯柱垂直，故定義裂縫視密度為在巖芯上觀測到的單位長度的裂縫條數。影響裂縫視密度值的因素除了實際裂縫密度外，還包括鉆井軌跡以及裂縫產狀。由于分辨率的限制，利用成像測井技術只能識別出縫寬較大的裂縫，因此模擬出的裂縫發育程度可能存在一定的誤差。巖芯觀察統計得到的裂縫密度比利用成像測井得到的裂縫密度高，說明砂礫巖儲層裂縫實際的發育程度可能比測井預測結果更好。

1.4 裂縫高度與延伸長度

裂縫的延伸長度和高度通常用來評價其三維分布。由于巖石力學層影響著裂縫的形成，故常規上是在劃分巖石力學層后再在巖芯上對其高度進行統計。研究表明，裂縫分布隨斷層分布而改變，二者具有自相似性[3-4]。因此，可以根據斷層高度與長度的相關性對裂縫的延伸長度進行判斷。相同的受力條件下，越薄的砂礫巖越容易產生構造裂縫，且裂縫開度、密度和孔隙度均越大，但砂礫巖裂縫在泥巖中延伸長度受砂礫巖厚度的影響很小[5]。

2 裂縫發育的主要控制因素

2.1 巖性對裂縫發育的影響

儲層巖性及巖性剖面組合的屬性控制了砂礫巖油氣藏裂縫的微觀分布模式。由于不同巖相的巖性和物性具有一定的差異，因此其巖石力學性質不同，抗剪、抗拉能力也有一定的差異。因此，在相同構造應力場的作用下的裂縫在不同巖性中發育程度明顯不同。巖石成份及結構、構造、顆粒大小對低滲透儲層裂縫發育的巖性影響作用顯著。脆性組分（石英、方解石、白云石等）含量的高低及成巖作用的強弱是巖石破裂難易程度以及裂縫密度高低的重要影響因素。脆性組分越多，成巖作用越強，巖石的強度和彈性模量會越大，巖石越容易破裂，即較小的應變就會產生裂縫。

2.2 層厚對裂縫發育的影響

巖層厚度對裂縫發育程度具有較大的作用。裂縫通常以與巖層垂直的形態存在于巖層內，最終結束于巖性界面上。巖層的抗壓強度由于薄層巖石的層理而降低，易于集中應力，因此裂縫容易在受力時產生，反之厚層巖石以整體形式存在，受力均勻而應力難以集中，故基本不產生裂縫。裂縫的平均間距與巖層厚度在一定層厚范圍內具有線性相關關系，即在相同條件下，厚巖層中的裂縫發育程度低于薄巖層；而巖層厚度和裂縫間距呈正相關關系，在相同巖層中，巖層厚度變大時，裂縫規模增大，但密度降低；反之也成立。

2.3 構造部位對裂縫發育的影響

一般認為，裂縫的發育程度與構造部位密切相關，斷層附近、斷鼻、褶皺和斷塊軸向交點部位是裂縫發育的最佳部位。

如果巖性、巖相基本相同，裂縫的發育程度受構造形態和構造部位影響。這是由于區域上的構造應力主要為水平側向擠壓，在縱向彎曲過程中，巖石受到中和面的上下拉伸和壓縮發生破裂，從而形成裂縫，這一現象表現最為明顯的區域為構造轉折段、局部構造高點、斷層末梢及陡緩變異帶等受力較強的部位[6-7]。

2.4 深度對裂縫發育的影響

裂縫發育程度隨著巖石埋藏深度的增加明顯降低，裂縫分布的這種特征與擠壓構造作用有關。破裂方式隨深度和巖石強度的增加而轉變，最終形成的壓剪性、剪切性破裂是由張剪性和張性破裂變化而來的，而脆性碎裂流動和塑性流動將出現在更深處。此外，裂縫寬度和孔隙度會隨深度增加而變小，而圍壓則會增大。圍壓的增大會使得巖石的極限強度和韌性隨之增大。巖石在圍壓較低時表現為脆性，在發生彈性變形或者少量韌性變形后就會被破壞。不同的巖石韌性和極限強度受圍壓的影響是不同的。在裂縫的發育過程中存在一個極限深度，超過極限后裂縫就不再開啟，從而不能作為有效的油氣藏儲層。

3 裂縫對砂礫巖儲層產能的貢獻

大量的實驗分析結果表明，砂礫巖儲層巖石水平滲透率與垂直滲透率存在明顯差異。結合巖芯裂縫觀察分析可知：當儲層中不發育裂縫時，孔隙度極低，滲透率基本不存在差異；反之發育裂縫時，水平、垂直滲透率差異變大；說明較多的裂縫為滲透率做出了貢獻。在砂礫巖儲層中，孔隙度和滲透率的相關性較小，尤其在高滲透地層中的相關關系基本可以忽略。由巖石鏡下孔喉特征分析和巖芯裂縫觀察可知，孔隙度與滲透率基本不存在線性相關關系，主要是由于儲層中存在大量裂縫。孔、滲二者之間的相關關系隨裂縫發育程度的降低而增強。由此可見，裂縫對提高致密儲層滲透性有十分重要的作用。對于微裂縫而言雖然滲透率值較大，提高了儲層的滲透性，但由于在延伸距離上的限制、相互之間不能夠連通，很難形成有效的油氣運移的網絡系統，從而對于油氣產量影響很小，但當微裂縫與宏觀裂縫疊加形成網絡時，對于儲層滲透性的改善會起到很大貢獻。

4 結論

（1）構造裂縫是在低滲透儲層油氣開發中起決定性作用的裂縫。相同的受力條件下，越薄的砂巖越容易產生構造裂縫，且裂縫開度、密度和孔隙度均越大；裂縫的高度和延伸長度隨裂縫密度的增大、間距的變小而降低；未充填—半充填裂縫是致密砂礫巖油氣藏的主要儲滲空間。

（2）影響裂縫的發育程度的因素主要有巖性、深度、層厚、構造部位等。裂縫發育程度隨巖性的改變而變化；裂縫的平均間距與巖層厚度之間為線性相關關系；斷層作用影響大多數構造裂縫的發育；裂縫的類型隨褶皺形成階段的不同而不同；巖層深度越大時，裂縫發育程度反而會逐漸降低。

（3）裂縫對提高砂礫巖儲層滲透性有十分重要的作用，裂縫發育程度一般與油氣產能成正相關關系。儲層微裂縫單獨存在時基本不會影響儲層產能，但當其與宏觀裂縫連通時，可極大地改善儲層的滲透性。

[1]宋惠珍,賈承造,歐陽健，等.裂縫性儲集層研究理論與方法——塔里木盆地碳酸鹽巖儲集層裂縫預測[M].北京:石油工業出版社,2001.

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TE122

A

1004-5716(2015)01-0073-03

2014-02-26

李紹華（1988-），女（漢族），四川綿陽人，西南石油大學礦產普查與勘探專業在讀碩士研究生，研究方向：儲層沉積及開發。