鄂爾多斯盆地紅河油田長(zhǎng)8 油藏天然裂縫特征 及其對(duì)開發(fā)的影響

羅衍靈

（中國(guó)石化華北油氣分公司，河南鄭州 450006）

紅河油田位于鄂爾多斯盆地西南邊緣天環(huán)坳陷南段，地層平緩，無明顯構(gòu)造起伏，為一西傾單斜。受到多期構(gòu)造應(yīng)力作用，研究區(qū)斷層發(fā)育，主要發(fā)育NEE–SWW 和NWW–SEE 向斷層，局部為近E– W 向斷層。鄂爾多斯盆地致密油氣開發(fā)實(shí)踐證明，天然裂縫的存在必將成為油氣開發(fā)的雙刃劍[1–3]，一些儲(chǔ)層條件欠佳但獲得高產(chǎn)的井與天然裂縫關(guān)系密切，如ZJ5，ZJ25，HH26，HH105 井等；但也存在一些裂縫發(fā)育程度較好的井生產(chǎn)情況欠佳。造成差異的原因在于斷層及天然裂縫的發(fā)育和展布特征，但其對(duì)油氣開發(fā)的控制作用卻一直未能認(rèn)識(shí)清楚。本文通過對(duì)紅河油田長(zhǎng)8 儲(chǔ)層天然裂縫的深入研究，闡明長(zhǎng)8 儲(chǔ)層裂縫特征、形成機(jī)理及其主控因素，揭示儲(chǔ)層裂縫在縱向上和平面上的發(fā)育特征，分析裂縫對(duì)長(zhǎng)8 油藏產(chǎn)能、注水開發(fā)的影響，為紅河油田科學(xué)合理地開發(fā)提供地質(zhì)認(rèn)識(shí)依據(jù)，對(duì)紅河油田產(chǎn)能建設(shè)具有重要的指導(dǎo)作用。

1 裂縫類型

基于野外露頭、巖心觀察、成像測(cè)井等資料，按照地質(zhì)成因，將紅河油田長(zhǎng)8 儲(chǔ)層裂縫分為兩類：構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)作用下形成的構(gòu)造裂縫和儲(chǔ)層沉積或成巖過程中形成的成巖裂縫[4]。

1.1 構(gòu)造裂縫

構(gòu)造裂縫是長(zhǎng)8 儲(chǔ)層主要的裂縫類型，分布廣泛、延伸長(zhǎng)、產(chǎn)狀穩(wěn)定，發(fā)育在所有的巖性中[5]。根據(jù)裂縫分布形式，分為節(jié)理型裂縫和斷層型裂縫兩種基本形式。節(jié)理型裂縫規(guī)模較小，主要在層內(nèi)發(fā)育，與層面垂直，并終止于層面上；斷層型裂縫規(guī)模相對(duì)較大，表現(xiàn)為穿層裂縫，可以切穿不同的巖層和薄層泥巖夾層，但受較厚的泥巖隔層限制，在砂層組內(nèi)發(fā)育。按裂縫傾角劃分，區(qū)內(nèi)構(gòu)造裂縫主要為高角度裂縫。

1.2 成巖裂縫

成巖裂縫是在成巖過程中由于壓實(shí)和壓溶等地質(zhì)作用產(chǎn)生的近水平順微層理面發(fā)育的裂縫[6]，主要受沉積微相及成巖作用控制。研究區(qū)成巖裂縫主要為水平層理縫和成巖收縮縫。

2 儲(chǔ)層裂縫參數(shù)定量研究

2.1 裂縫產(chǎn)狀

2.1.1 裂縫走向

長(zhǎng)8 儲(chǔ)層主要發(fā)育NEE、NWW、SN 和近EW向四組裂縫。運(yùn)用成像測(cè)井可將天然裂縫與偽裂縫進(jìn)行區(qū)分，通過“去偽存真”明確了區(qū)內(nèi)有效裂縫走向?yàn)镹EE 向（圖1）。對(duì)照紅河油田的現(xiàn)今地應(yīng)力方向（NEE–SWW），符合構(gòu)造應(yīng)力控制裂縫發(fā)育的規(guī)律。

圖1 長(zhǎng)8 儲(chǔ)層有效裂縫方位（樣品數(shù)為238）

2.1.2 裂縫傾角

根據(jù)取心井巖心裂縫傾角統(tǒng)計(jì)分析，紅河油田長(zhǎng)8 儲(chǔ)層天然裂縫以高角度裂縫為主，傾角大于60°的裂縫占裂縫總數(shù)的70%以上（圖2），且高角度裂縫大部分發(fā)育在低滲透砂巖儲(chǔ)層中。

圖2 長(zhǎng)8 儲(chǔ)層巖心裂縫傾角分布頻率（樣品數(shù)為845）

2.2 裂縫規(guī)模與有效性

2.2.1 裂縫規(guī)模

裂縫規(guī)模主要指縱向上的延伸高度和平面上的延伸長(zhǎng)度。野外觀察和統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，裂縫在平面上的延伸長(zhǎng)度與在縱向上的延伸高度之間存在較好的正相關(guān)性，即裂縫在縱向上的延伸高度越大，在平面上的延伸長(zhǎng)度越長(zhǎng)；反之亦然。由于在巖心上難以得到裂縫在平面上的延伸長(zhǎng)度，因而一般用裂縫在縱向上的延伸高度來評(píng)價(jià)裂縫的發(fā)育規(guī)模。根據(jù)巖心觀察結(jié)果并結(jié)合測(cè)井資料的統(tǒng)計(jì)分析，研究區(qū)長(zhǎng)8 儲(chǔ)層裂縫延伸高度一般小于100 cm，大部分小于60 cm，集中發(fā)育于5～40 cm（圖3），裂縫主要在巖層內(nèi)發(fā)育，只有少數(shù)切穿巖層。

2.2.2 裂縫有效性

圖3 長(zhǎng)8 儲(chǔ)層裂縫延伸高度頻率

裂縫的充填特征決定了裂縫的有效性，尤其是在低滲透和超低滲透儲(chǔ)層中，由于基質(zhì)巖性致密，其儲(chǔ)集和滲流性能較差，此時(shí)裂縫的作用不可忽視，可為油氣提供儲(chǔ)集空間和滲流通道。裂縫的有效性，取決于裂縫張開程度、延伸情況、充填情況及連通狀況[7–12]。裂縫的張開程度越大、延伸越遠(yuǎn)、充填越差、連通狀況越好，則流體在其中的流動(dòng)能力越強(qiáng)，裂縫的有效性就越好。根據(jù)巖心觀察統(tǒng)計(jì)，紅河油田長(zhǎng)8 儲(chǔ)層裂縫主要被鈣質(zhì)礦物充填，還有少量的石英及泥質(zhì)。其中，鈣質(zhì)膠結(jié)砂巖中天然裂縫全充填占56%，半充填占17%，局部充填占7%，無充填占20%；非鈣質(zhì)膠結(jié)砂巖中，天然裂縫全充填占34%，半充填占10%，局部充填占8%，無充填占48%（圖4）。這表明研究區(qū)鈣質(zhì)膠結(jié)砂巖中已充填裂縫占80%，有效裂縫較少。鈣質(zhì)膠結(jié)充填裂縫的砂巖的抗壓強(qiáng)度較未發(fā)育裂縫的砂巖的抗壓強(qiáng)度小，注水開發(fā)中要充分考慮鈣質(zhì)膠結(jié)無效裂縫將會(huì)優(yōu)先開啟而變成優(yōu)勢(shì)滲流通道，從而大大降低注水開發(fā)效果。

圖4 長(zhǎng)8 儲(chǔ)層中裂縫充填頻率

2.2.3 裂縫地下開度

裂縫在地層圍壓條件下的開度是決定裂縫滲流作用的一項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)，也是目前儲(chǔ)層裂縫研究中的一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。儲(chǔ)層裂縫在地層圍壓條件下的開度比巖心取到地表減壓膨脹后直接實(shí)測(cè)的開度或裂縫經(jīng)多次脈沖式充填形成的脈體寬度小許多，因此，需要根據(jù)裂縫開度與靜巖封閉壓力的關(guān)系，將地表?xiàng)l件下實(shí)測(cè)的裂縫開度恢復(fù)至地層圍壓條件下的真實(shí)開度（曾聯(lián)波，1998）。通過巖心、薄片觀察并結(jié)合成像測(cè)井資料分析發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過校正以后裂縫地下開度大多小于100 μm，主要為0～50 μm，極少量裂縫的地下開度大于100 μm，表明儲(chǔ)層裂縫的地下開度主要為微米級(jí)。

2.3 裂縫成因及分布

研究區(qū)長(zhǎng)8 儲(chǔ)層裂縫主要為高角度構(gòu)造裂縫，是在不同期次構(gòu)造應(yīng)力作用下產(chǎn)生的，裂縫的形成除了與古構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)有關(guān)外，還受到儲(chǔ)層的巖性、巖層厚度、沉積微相、構(gòu)造等因素影響。

按照裂縫分布與斷層的關(guān)系，紅河油田長(zhǎng)8 儲(chǔ)層裂縫可以分為與斷層伴生的裂縫以及不受斷層控制的裂縫兩種類型。從三維地震相干體分析結(jié)果看，紅河油田與斷層伴生的裂縫較為發(fā)育，且多呈帶狀展布；從鉆井巖心裂縫觀察結(jié)果看，鉆遇斷層的鉆井巖心裂縫明顯發(fā)育，取心井距離斷層越近，裂縫越發(fā)育，隨著距斷層的距離增大，裂縫密度降低。研究區(qū)斷層以近直立的剪切斷層為主，根據(jù)剪切斷層活動(dòng)的特點(diǎn)，其應(yīng)力集中帶主要發(fā)育于斷層的端部及其兩側(cè)，但兩側(cè)的應(yīng)力集中帶寬度較窄。因此，裂縫發(fā)育帶也主要分布在斷層端部以及兩側(cè)較窄的范圍內(nèi)。

3 斷層–裂縫對(duì)單井產(chǎn)能的影響

紅河油田長(zhǎng)8 儲(chǔ)層主要受燕山期和喜馬拉雅期兩期構(gòu)造作用，斷層裂縫發(fā)育。研究區(qū)的斷裂（斷層–裂縫）主要以傾角近直立的斷層和高角度構(gòu)造裂縫為主，在平面上多呈雁列式排列，具有剪切成因的特征；在縱向上，斷裂切割的層位明顯不同，與其規(guī)模存在相關(guān)性，斷裂對(duì)油氣富集的作用也存在較大的差異。

3.1 斷層方向

紅河油田現(xiàn)今地應(yīng)力的優(yōu)勢(shì)方向?yàn)?NEE–SWW 向，在地應(yīng)力作用下，NEE 向斷層和裂縫的地下開度大，連通性和滲透性好，是主滲流方向。當(dāng)水平井的水平段近垂直于主滲流方向時(shí)，產(chǎn)能高，否則產(chǎn)能低。紅河油田斷層的形成可分為兩期，在現(xiàn)今地應(yīng)力場(chǎng)的作用下，早期（燕山期）形成的NWW向斷層呈壓扭性，導(dǎo)流性相對(duì)較差；晚期（喜馬拉雅期）形成的NEE 向斷層呈張扭性，導(dǎo)流性較好，對(duì)油氣產(chǎn)能的貢獻(xiàn)大。因此，鉆遇NEE 向斷層的生產(chǎn)井油氣產(chǎn)能比鉆遇NWW 向斷層的生產(chǎn)井的油氣產(chǎn)能高（圖5）。

圖5 鉆遇不同方向斷層的水平井油氣產(chǎn)量對(duì)比

3.2 斷層規(guī)模

通過對(duì)斷層規(guī)模、切穿層位和油氣產(chǎn)量大小的統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，斷開長(zhǎng)7 油頁巖的斷層對(duì)油氣產(chǎn)量貢獻(xiàn)最大，其次是斷開長(zhǎng)8 的斷層，斷開延10 頂部煤層的大斷層容易造成油氣散失，鉆遇該類斷層生產(chǎn)井的油氣產(chǎn)量較低（圖6）。斷層規(guī)模太小，斷層伴生的裂縫發(fā)育帶寬度和發(fā)育程度有限，產(chǎn)量也低。由圖7 可知，斷層延伸長(zhǎng)度為1 500～4 000 m 的斷層油氣產(chǎn)量相對(duì)較高。

圖6 斷開不同層位斷層油氣產(chǎn)量對(duì)比

圖7 不同長(zhǎng)度斷層油氣產(chǎn)量對(duì)比

3.3 不同斷層部位

斷層的不同部位裂縫發(fā)育程度不同，斷層端部應(yīng)力集中，裂縫最發(fā)育，故鉆遇斷層端部和兩條斷層重疊交叉部位的水平井的平均產(chǎn)量明顯高于鉆遇斷層中部的水平井的平均產(chǎn)量（圖8）。位于斷層上盤的水平井的平均產(chǎn)量高于位于斷層下盤的水平井的平均產(chǎn)量（圖9）。

圖8 鉆遇斷層不同部位的水平井的平均產(chǎn)量對(duì)比

圖9 鉆遇斷層上盤與下盤的水平井的平均產(chǎn)量對(duì)比

3.4 天然裂縫

天然裂縫主要指天然構(gòu)造裂縫。研究區(qū)內(nèi)天然裂縫主要包括兩類：一類是與斷層伴生的裂縫，另一類是與斷層無關(guān)的剪切裂縫。通過對(duì)水平井測(cè)井資料的裂縫解釋及生產(chǎn)情況分析發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)能不好的生產(chǎn)井的裂縫不發(fā)育，而產(chǎn)能高的生產(chǎn)井裂縫較發(fā)育，產(chǎn)量與裂縫發(fā)育程度之間具有明顯的正相關(guān)關(guān)系。天然裂縫是低滲透砂巖儲(chǔ)層的有效儲(chǔ)集空間和主要的滲流通道，控制著低滲透油藏的滲流系統(tǒng)，裂縫發(fā)育程度是影響水平井產(chǎn)能的關(guān)鍵因素。

4 天然裂縫對(duì)注水的影響

裂縫的高導(dǎo)流性和儲(chǔ)層基質(zhì)的低滲透性，使得注入水容易沿裂縫快速流動(dòng)，導(dǎo)致油井含水快速增長(zhǎng)甚至水淹，因此，裂縫是造成低滲透油藏油井見水和快速水淹的主要因素。由于受裂縫性質(zhì)、產(chǎn)狀、圍壓、孔隙流體壓力和現(xiàn)今地應(yīng)力等因素的影響，不同走向不同傾角裂縫開啟壓力不同（圖10）。隨傾角增大，裂縫開啟壓力減小。注水開發(fā)過程中，NEE–SWW 向裂縫首先開啟，這也是該方向裂縫在注水開發(fā)過程中表現(xiàn)為主滲流裂縫的原因。因此，在油藏注水時(shí)，注水壓力值應(yīng)主要取決于NEE 向裂縫的開啟壓力，使之略低于NEE 向裂縫開啟壓力，可以有效地防止NEE 向裂縫的開啟和油藏因注水引起的水淹水竄。

圖10 長(zhǎng)8儲(chǔ)層不同傾角裂縫開啟壓力分布（曾聯(lián)波，2007）

5 結(jié)論

（1）紅河油田長(zhǎng)8 儲(chǔ)層發(fā)育構(gòu)造裂縫和成巖裂縫，構(gòu)造裂縫包括節(jié)理型裂縫和斷層型裂縫，成巖裂縫包括層理縫和收縮縫，其中高角度剪切裂縫是該區(qū)的主要裂縫類型。

（2）長(zhǎng)8 儲(chǔ)層裂縫主要在低滲透砂巖儲(chǔ)層內(nèi)發(fā)育，只有少數(shù)切穿巖層，充填礦物主要為鈣質(zhì)（方解石等）、少量石英及泥質(zhì)，鈣質(zhì)膠結(jié)充填的裂縫較多，裂縫有效性較差，但鈣質(zhì)膠結(jié)充填裂縫的砂巖的抗壓強(qiáng)度不及未發(fā)育裂縫的砂巖。

（3）在NEE–SWW 向現(xiàn)今地應(yīng)力場(chǎng)的作用下，早期（燕山期）形成的NWW 向斷層呈壓扭性，導(dǎo)流性相對(duì)較差；晚期（喜馬拉雅期）形成的NEE 向斷層呈張扭性，導(dǎo)流性較好，對(duì)油氣產(chǎn)能的貢獻(xiàn)大。

（4）油氣產(chǎn)量與斷層斷開層位、斷層規(guī)模和斷層部位密切相關(guān)，其中，斷開長(zhǎng)7 油頁巖的斷層對(duì)油氣產(chǎn)量貢獻(xiàn)最大，斷層延伸長(zhǎng)度為1 500–4 000 m的斷層油氣產(chǎn)量相對(duì)較高；高產(chǎn)井也主要分布在斷層端部、斷層上盤和斷層之間的裂縫發(fā)育區(qū)。

（5）紅河油田長(zhǎng)8 油藏在進(jìn)行油藏注水開發(fā)時(shí)，應(yīng)結(jié)合天然裂縫的性質(zhì)、產(chǎn)狀等因素，通過控制注水壓力，有效地防止天然裂縫的開啟、擴(kuò)展和延伸，從而達(dá)到提高注水開發(fā)效果的目的。