（油气田开发工程专业论文）安塞油田长6储层裂缝分布规律研究.pdf

英文摘要 s u b j e c t ：t h es t u d yo fd i s t r i b u t i o nr u l eo ff r a c t u r e so na n s a io i lf i e l di nc h a n g6 r e s e r v o i r s p e c i a l i t y ： n a m e ： i n s t r u c t o r ： a b s t r a c i t h ee x p l o r a t i o na n dd e v e l o p m e n to ff r a c t u r e dr e s e r v o i ri sm o r ea n dm o r ei m p o r t a n ti n c h i n a 1 1 圮o u t p u to f o i li so v e r1 4 0 0 x 1 0 4t o nf o rt h ep r e s e n ta n n u a l l y s oh o w t oi m p r o v et h e e f f i c i e n c ya n de n h a n c et h e l e v e lo ff r a c t u r e dr e s e r v o i ri nt h ep r o c e s so fe x p l o r a t i o nh a s b e c o m et h eb u r n i n gq u e s t i o na tt h em o m e n t t h i sp a p e rt a k et h el o wp e r m e a b l er e s e r v o i ro f a n s a io i lf i e l di no r d o sb a s i nf o re x a m p l e ，w h i c hs t u d yt h ed i s t r i b u t i o nr u l eo ff r a c t u r e si n t h i sl o wp e r m e a b l er e s e r v o i r b a s e do nt h ec o r ea n ds l i c e ss t u d yt h ec h a r a c t e r i s t i c so ff r a c t u r e d e v e l o p m e n ta n dr e l a t e dp b y s i c a lp r o p e r t i e s ，a n a l y z e dt h ec a u s e so fr e s e r v o i rf r a c t u r e st o b e l i e v et h a tt h ef r a c t u r e si na n s a io i lf i e l di ss h e a rf r a c t u r e ，w h i c hi sf o r m e du n d e rt h e h o r i z o n t a ls t r u c t u r ec o m p r e s s i o ns t r e s s a p p l yt h ef r a c t a lt h e o r yt oe v a l u a t et h eg r o w t hl e v e l o ft h er e s e r v o i rf r a c t u r e so nq u a n t i t a t i v e ，c a l c u l a t e dt h a tt h ef r a c t u r ea r ec a p a b l eo fs t r o n g e r p e r c o l a t i o nc a p a c i t y i nt h i sr e g i o n s t u d yt h ef r a c t u r eo r i e n t a t i o n 、g e o m e t r i cs h a p e 、 p e r m e a b i l i t ya n ds oo nt h r o u g hi n j e c tt r a c e r s t u d yi t si m p a c to f t h ed e v e l o p m e n to nt h eb a s i s o ft h ef r a c t u r ed e s c r i p t i o n n l er e s u l t ss u p p l yr e f e r e n c e sa n dg u i d a n c ef o rt h ed e v e l o p m e n to ft h e s i m i l a ro i l f i e l d k e y w o r d s ：l o wp e r m e a b i l i t y ； f r a c t u r e ；f r a c t a l ；t r a c e r ； i m p a c t t h e s i s ：a p p l i c a t i o ns t u d y ( t h ep a p e ri ss u p p o r t e db yf o u n d a t i o no fw e s t e r ne x p l o i t a t i o ns c i e n c ea n dt e c h n o l o g y a c t i o ni t e m 一 h i g he f f i c i e n c ye x p l o i t a t i o na n dw a t e rr e s o u r c es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t g o r d i a nt e c h n i q u ei n v e s t i g a t i o no fe x t r e m e l yl o wp e r m e a b i l i t yo i lf i e l do fs h a n - g a n - n i n g b a s i n ( 2 0 0 5 b a 9 0 1 a 1 3 ) ) i i i 学位论文创新性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安石油大学或其它教育机构的学位 或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做 了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作者签名： 日期：赵盘14 堕 学位论文使用授权的说明 本人完全了解西安石油大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读 学位期间论文工作的知识产权单位属西安石油大学。学校享有以任何方法发表、复制、 公开阅览、借阅以及申请专利等权利，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文收录 到中国学位论文全文数据库并通过网络向社会公众提供信息服务。本人离校后发表 或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为西安石油大 学。 论文作者签名： 导师签名： 日期：埘口 歹 日期：矽够，多，舌 注：如本论文涉密，请在使用授权的说明中指出( 含解密年限等) 。 重衫一 ，一 彳一 夕扯盖 立平 第一章绪论 第一章绪论 1 1 国内外研究现状及发展趋势 裂缝是当今地质研究的热点之一，研究范围包括工程、环境、防灾减灾、水利、国 防、市政建设以及能源等各个方面，虽然不同的专业、不同的研究者所采用的方法不尽 相同，但目的完全相同，即搞清裂缝在地下的空间分布规律。对于石油工作者而言，主 要是搞清油气储层中裂缝的分布规律及其渗流机制。 裂缝性储层油气产量占整个石油天然气产量的一半以上【l 】，随着各油田勘探成熟度 的提高，这类储层所占比重还会逐年增大。在这一类储层中，由于裂缝分布复杂，使其 开发具有特殊的复杂性而影响开发效果，因而，研究低渗透储层中裂缝分布及其与开发 的关系，对扩大这类低渗透储量的动用程度、改善已开发低渗透储层的开发效果、提高 我国低渗透油田开发的整体水平、提高采收率，具有重要的理论、现实及长远的意义。 裂缝性储集层的研究和开发已有上百年的历史，许多学者已发表了大量的研究成果。 如研究裂缝储层的知名外国学者有a g u i l e r a ，n e l s o n ，l o r e n z ，p o l l a r d ，n a r r 等，他们曾 出版专著和发表了大量的论文断1 ，为裂缝性储层的表征和开发提供了强有力的理论和技 术支持。特别是美国能源部的s a n d i a 国家实验室( n a t i o n a ll a b o r a t o r y ) ，在美国能源部 的大力资助下，开展了野外露头的系统研究和得克萨斯州s p e r a p e r a y 油田的m w x 实验 研究，对裂缝性油藏的开发提出了许多突破性的认识。近年来，国外油公司和大学、研 究机构着重在成象测井和多波多分量地震技术方面对裂缝进行监测，取得了重大进展。 成像测井技术日趋成熟，在井点裂缝识别方面发挥了巨大的作用。特别是裂缝发育段， 岩心收获率极低，成像测井是最好的裂缝检测手段。从国外裂缝油藏的研究情况来看， 对井点裂缝的识别比较有把握，对裂缝分布规律预测还没有很成熟的技术，但大家都在 从不同的角度对裂缝分布认识进行探索。 国内关于裂缝性储层开发和研究也有几十年的历史。自从2 0 世纪六七十年代四川碳 酸盐岩和华北古潜山油藏发现并大规模投入开发以来，揭开了中国关于裂缝性储层研究 的序幕。关于裂缝研究，2 0 世纪9 0 年代以前基本上限于传统的地质方法，只从井眼本 身的资料研究裂缝的识别方法。9 0 年代初，曾设立裂缝分布预测项目，以北京大学石油 与天然气研究中心钱祥麟教授为代表，探索出利用构造力学和数值模拟技术反演古构造 应力场进行裂缝预测的方法，并在油气田开发行业得到普遍应用。但由于该方法所采用 的模型对地下非均质性的描述存在一定的局限性，所以该方法的应用受到一定的限制。 与此同时国内以王仁【7 8 】、曾锦光【9 i 等为代表从构造应力场入手，根据岩石破裂准则 开展了定量预测裂缝分布规律的数值模拟方法( 简称“岩石破裂法 ) 的探讨( 王仁，1 9 7 9 ， 1 9 9 4 ；曾锦光等，1 9 8 2 ) 。9 0 年代，该领域研究才有了较大的进展，以文世鹏l l 、丁中 一【1 1 】、宋慧珍【1 2 - 1 4 等为代表，将二维、三维构造应力场数值模拟和地质基础工作紧密结 两安石油大学硕上学位论文 合，初步形成和发展了一套以有限元数值模拟方法为基础的裂缝分布规律预测研究方法， 认为构造裂缝常常配套出现，要综合运用张破裂准则和剪破裂准则进行计算，根据岩石 破裂率圈出裂缝发育区域及裂缝发育方位。分形( 多重分形) 理论【i5 j 的引入，可采用宏观 断裂和岩心裂缝的分维数值定量地描述储层中裂缝的空间发育程度。另外，基于p r i c e 提出的原理，9 0 年代初提出了另外一种数值模拟裂缝的方法一能量法【l6 1 ，此方法认为具 有相对较高应变能的岩石比同样厚度但较低应变能的岩石有更多的裂缝。丁中等通过 岩石破裂法和能量法对油田储集层中的构造裂缝发育情况进行了数值模拟，发现岩石破 裂法结果与能量法结果两者互为补充。相继提出了用破裂值和能量值两者共同来定量预 测裂缝发育的新方法，即二元法。破裂值代表了裂缝发育的可能性，能量值代表了裂缝 发育能力的大小。应用实践表明预测效果相对较好。此外，f 指标法【l7 1 、平面断裂因子 法【1 8 1 、构造缝综合强度指数法【19 1 、渗透率异常频率法【2 0 1 、异常流体压力斯曲率法【2 l 】以及 高斯分析法预测泥岩中裂缝【2 2 】等方法也丰富了油气盆地中储集体裂缝研究方法。 近年来，随着测井和地震技术的飞速发展，国内外利用测井和地震等地球物理资料 对裂缝进行识别及预测有了很大进展。在测井方面，传统的“三低两高一大”的测井识 别及评价方法已经远远满足不了油气勘探开发迅猛的发展。近年来各种成像测井技术的 应用使人们对裂缝及裂缝性油气藏有的更直观的认识，利用成像测井不但可以识别裂缝， 也能更直观地对裂缝面的倾斜角度、方位、开度和密度等进行解释 2 3 - 2 7 】。在地震方面， 主要有横波地震勘探检测裂缝、转换横波探测裂缝、v s p 法、纵波地震勘探、多波多地 震勘探等识别裂缝技术，尤其是纵波地震勘探识别及定量预测裂缝发育的方位及密度方 面有了很大进展。由于储层裂缝的存在，会造成多种属性( 振幅、层速度、时差、方位、 方位a v o 梯度、方位层频率、层频率差、叠加振幅及振幅方位差等) 的变化，测量这些 变化可以识别及预测裂缝 2 8 - 3 1 j 。另外，多波多分量勘探地震对裂缝在地下造成的强烈非 均质性有很好的敏感性，但这项技术目前还处于探索性阶段。 因此，面对当前裂缝性油藏勘探开发的具体问题，单一的、传统的、经典的思维方 式、研究方法已很难解决这一复杂的特殊的地质问题。当前的基本思路是：立足于现有 的三维地震资料和野外露头资料、岩心资料，从地质思路入手，合理利用数学统计学的 方法，综合应用各种有效的裂缝指示信息，是目前裂缝性储层描述和建模的当务之急。 1 2 选题的目的与意义 目前，我国已发现和投入开发的低渗透率储层，大部分都伴生有裂缝。在低渗透储层 中，裂缝不仅控制着油气藏的分布，而且是油气藏开发方案研究的重点。裂缝发育规律决 定着裂缝油气藏的分布规律，裂缝是低渗透油气藏中流体的主要渗流通道，对油气井的产 能有直接的影响，决定了基质的泄油能力和油井的供油面积。因此，在低渗储层中进行 裂缝特征和分布规律研究预测，对扩大低渗透储量的动用程度、改善已开发低渗透储层 第一章绪论 的开发效果、提高我国低渗透油田勘探开发的整体水平，均具有重要的理论、现实及长 远的战略意义。 陕甘宁盆地即鄂尔多斯盆地，位于我国大陆中西部，是一个稳定沉降，凹陷迁移， 扭动明显的多旋回沉积型克拉类含油气盆地。盆地构造稳定、地段构造稳定，地层平缓； 地下油气储集多变，渗透率极低，主要为隐蔽性圈闭。盆地油藏主要为岩性构造油藏。 在注水开发的过程中，由于裂缝的影响，注水后局部井区或区块见效慢，单井产量 低，沿裂缝走向的油井含水上升快、水淹快；研究低渗透砂岩储层裂缝特征、分布规律 及探讨裂缝对开发的影响对于制订开发方案，科学合理地布置井网，防止早期水淹与水 窜，增加无水开采期，提高最终采收率具有重要的现实意义，同时对这类储层的研究提 供一定的指导意义。本论文以安塞油田为例研究该地区砂岩储层裂缝的分布规律。 1 3 本文工作思路和主要工作任务 1 3 1 本文工作思路 本文拟运用地质统计技术、实验技术、从石油地质学、油藏工程、非线性科学、油 田化学、计算机科学等多学科对上述研究内容进行深入研究和探讨。本文所采用的研究 路线为： 1 通过岩心和显微薄片研究，结合数理统计、实验分析，定性、定量表征储层裂缝各 项参数，分析储层裂缝的成因及其类型； 2 运用分形理论对裂缝的分布规律进行研究； 3 引入示踪剂对裂缝进行定量评价； 4 在裂缝描述的基础上，分析裂缝在油藏动态上的反映，研究裂缝对开发中的影响。 1 3 2 主要工作任务 本文的主要工作任务是： a 、储层裂缝的发育特征及物性参数的定量研究； b 、储层微裂缝成因及其发育主控因素分析； c 、储层裂缝分形分布预测研究与评价； d 、示踪剂井间动态监测裂缝技术； e 、低渗透砂岩储层裂缝对开发的影响。 1 4 课题的来源 本课题受国家科技攻关计划“陕甘宁盆地特低渗油田高效开发与水资源可持续发展 两安石油大学硕士学位论文 关键技术研究”( 2 0 0 5 b a 9 0 1 a 1 3 ) 项目资助。 4 第二章安塞油田基本地质特征 第二章安塞油田基本地质特征 2 1 地理位置和构造位置 ii，二f一7b杂f；一k ，矿。毒醭； 2 2 构造特征 图2 - 1 研究区范围及研究区地理概况 安塞油田区域构造背景为一平缓的西倾大单斜p z 】，地层倾角仅半度左右，未发现断 层。由于岩性差异，在局部地区发育着近东西向的低缓鼻状隆起带，隆起幅度一般小于 l o m ，侯市、王窑两个鼻隆上还有局部圈闭，幅度1 6 3 8 1 m 。从长6 砂层顶部构造图 可看出( 图2 - - 2 ) ，自北而南存在大路沟坪桥、杏河谭家营、志丹一王窑三排鼻褶 带，这些鼻隆起伏与砂体岩性交化配合，形成目前长6 油藏的油气富集区。 长2 层顶都构造与长6 顶部构造有一定继承性，其鼻隆与近南北向呈条带状展布的 平原分流河道砂体配合，对长2 、长3 油藏的油气富集起到一定的控制作用。 5 西安石油大学硕士学位论文 2 3 储层特征 2 3 1 储层沉积特征 图2 2 长6 砂层顶部构造图 安塞油田三叠系延长组地层以内陆淡水湖泊三角洲沉积为主，为一套灰绿、灰黑泥 页岩、泥质粉砂岩与灰绿、灰白色中细长石砂岩互层。厚约5 0 0 - - - 6 0 0 m ，地层序列发育 完整，演化特征明显。 按沉积旋回、岩性组合及电性特征，将延长组已发现的油层细分为长2 、长3 、长 4 + 5 、长6 四个油层组。长1 0 - - 长7 是湖盆发生、发展到全盛时期，长7 为湖泊全盛时 深一半深湖沉积，是理想的生油层，长6 长3 为湖盆进入三角洲建设期，随着沿岸三 角洲砂体的充填，湖域开始收缩，沉积具有水退型反旋回特点。其中长6 为本区主要油 组，是盆地由盛转衰阶段出现的三角洲沉积，地层厚约l o o m ，顶、底部分别与长4 + 5 和长7 连续接触。长4 + 5 、长3 继长6 沉积之后，主要为湖沼沉积，砂体不发育，物性 进一步变差，仅局部发育油层。长2 时期，三角洲平原分流河道，砂岩十分发育，其砂 体走向与长6 相近，砂岩粒度有所变粗，在岩性控制下可形成一些小油藏。长l 时期。 湖盆衰退，形成沼泽平原，煤系地层发育。 长6 三角洲沉积分前三角洲、三角洲前缘、三角洲平原，其特点非常典型( 图2 3 ) 。 主力油层长6 ，为三角洲前缘相沉积，可划分为水下分流河道、河口坝、远砂坝、前缘席 6 第二章安塞油田基本地质特征 状砂、分流间湾等沉积微相，平均油层厚度5 2 2 m 。由于主要含油小层多以三角洲前缘 水下分流河道、河口砂坝为主，各小层叠加，同时小层又由数目不等( 2 6 个) 的单砂 体叠置而成( 单旋回厚2 5 - 5 m ，偶见薄泥质粉砂岩隔层，厚0 2 - - - , 1 o m 的钙质夹层发 育) ，因此一般含油范围较大( 单层含油面积1 4 6 1 1 4 9 k m2 ) ，油层分布稳定。 图2 - - 3 安塞油田王窑区长6 三角洲沉积模式图 2 3 2 储层岩性与物性特征 延长统储层岩性总的特点是：结构成熟度高，矿物成熟度低。长6 油层属成岩型为 主的沉积一成岩型硬砂质长石细砂岩，根据岩矿薄片资料分析，长石含量4 9 8 ，石英 含量2 0 1 ，岩屑含量8 6 。岩石颗粒分选中等( 分选系数0 4 3 ) ，粒径细( 平均粒径 0 1 0 2 m m ) 。薄膜孔隙型胶结，胶结物含量1l 1 4 ，主要为次生绿泥石，次为浊 沸石和方解石。 长6 油层目前孔隙结构是在成岩过程中演变而成的。成岩史研究表明，大量化学不 稳定矿物在富氧、富二氧化碳、低矿化度水的成岩环境中，形成了大量的绿泥石晶片， 以薄膜形式附着在砂岩颗粒表面，含量可达3 8 ，以充填、交代、自形晶产状出现 的浊沸石，含量达1 5 , - - 6 0 。当砂体沉积的时候，随颗粒沉积下来的胶结成分主要为 粘土，含量仅l 左右，砂岩是纯净的，原始孔隙度可达3 5 4 0 。但在绿泥石析出和 浊沸石沉淀及压实胶结作用的影响下，孔隙度曾一度降至7 9 ，使储层变得十分致 密。随着储层埋深增加，在有机质逐渐成熟的过程中，产生的有机酸对浊沸石、长石等 产生溶蚀作用，孔隙度恢复到目前的l1 , - - - 1 4 。 镜下观察表明，长6 油层面孔率仅6 4 8 ，其中粒间孔占3 8 7 ，浊沸石溶孔占1 6 5 ， 长石溶孔占0 8 ，其他粒内孔占0 1 6 ，详见表2 一l 。 7 两安石油大学硕十学位论文 表2 1 安塞长6 油层孔隙类型表 油田层位样品块面孔率粒间孔( )长石溶孔( )浊沸石溶孔 其他孔隙 数( )( ) 面孔占总面孔占总面孔占总面孔占总 盔 孔 盎 孔 盐i 孔 盗 孔 安塞长6 1 7 2 6 4 8 3 8 75 9 7o 81 2 31 6 5 2 5 5 o 1 6 2 5 长6 储层孔隙类型属小孔细喉型，平均喉道半径为0 4 7 9 m ，中值半径0 2 5 1 a m ，平 均孔隙直径2 6 1 a m 。储层中大于0 8 0 9 m 的喉道连通孔隙体积占2 2 ；o 1 - , 0 8 l g m 的喉 道连通孔隙体积占3 8 ；小于0 1 9 m 的喉道连通孔隙体积占4 0 ，这些孔隙体积在地层 条件下完全为束缚水所占据，所以油层饱和度低。 2 4 油藏开发特征 ( 1 ) 油层基本无自然产能，经压裂改造可较大幅度提高单井产量 安塞油田采用油基泥浆、泡沫负压钻井试验时进行中途测试，油层的初产仅0 3 一- 0 5 t d 。由于油层的低渗，油井须经压裂改造方可获得工业油流。经过优化压裂，单井产 量可大幅度提高。 ( 2 ) 利用自然能量开采递减大、采收率低，早期注水开发可提高采收率 由于油藏以岩性控制为主，仅局部有边水，但不活跃，所以缺乏天然能量补给。采 用自然能量开发，以弹性溶解气驱为主，油层供液能力不足，脱气严重，油井产能低且 递减大。如安塞油田塞6 井区地层压力由9 1 m p a 降至6 3 m p a 时，采出程度仅0 7 1 ， 采出l 的地质储量地层压力下降3 9 4 m p a 。安塞油田先导性开发试验区未注水的2 2 口 采油井，1 9 8 9 年3 月投产，至1 9 8 9 年底，单井日产油由3 2 t 降为2 5 8 t ，年递减达2 5 8 ， 至1 9 9 0 年底，单井日产油降为1 7 5 t ，年递减3 2 2 ；工业化开发试验区5 5 口采油井， 投产仅一年，单井日产油由4 2 3 t 降为2 8 5 t ，年递减达3 2 6 。 ( 3 ) 利用油层天然微裂缝走向与井网合理匹配，可提高开发效果 三叠系油层中天然微裂缝较发育，应用古地磁法测试该地区古水流方向为北东一西 南向，即砂体轴向( 北东一西南向) 物性较好，渗流阻力小。油层经压裂改造、注水开发 后，局部井区注水压力超过裂缝开启压力后，易沿砂体轴向形成裂缝水窜，造成平面矛 盾及纵向上注采剖面的不均衡。 二针对长庆特低渗透油藏物性差、产能低、储层具有裂缝、吸水能力较强等地质特征， 如何充分利用微裂缝增加油层渗流通道的特点，扬长避短，提高单井产量及最终采收率 是井网部署的关键。 ( 4 ) 油层启动压差及驱替压力梯度大 根据研究成果，低渗油田一般呈非达西渗流特征，即存在启动压差。靖安、安塞油 田长6 油层室内试验、矿场测试资料均表明，此类储层在驱动压差较低时，液体不能流 8 第二章安塞油田基本地质特征 动，只有当驱动压差达到一定的临界值( 即启动压差) 后，液体才开始流动。根据注水 井吸水指示曲线计算，安塞油田长6 油层启动压差为l 1 0 m p a ，一般为6 m p a 左右。 ( 5 ) 油井见水后采液、采油指数下降 由于特低渗油层中性一弱亲水的润湿性，加之水驱过程中局部地区出现水敏、水锁、 速敏等问题，以及注水滞后，地层压力下降，使油层产生渗透率下降的不可逆转性，因 而油水相对渗透率曲线呈现出随含水饱和度增加，油相渗透率急剧下降，水相渗透率缓 慢上升，水的相对渗透率最大不到0 6 ，最终导致了随含水上升，采液、采油指数下降( 图 2 _ 4 ) 。根据矿场实际资料统计，开发时间较长的安塞油田王窑区，综合含水由2 9 0 上 升为3 8 3 ，采液指数由0 8 8 m 3 ( d m p a ) 降为0 4 9 m 3 ( d m p a ) ，采油指数由 0 6 9 t ( d m p a ) 下降为0 2 8 t ( d m p a ) 。 糍 磐 餐 怒 鲤 鬈 留 蠲 ol o 狮 鞠4 05 0鼬黝l 禽糸t 町 图2 _ 一4 安塞油田无量纲采液、采油指数与含水关系曲线 安塞油田的开发特征表明该区低渗透砂岩储层存在裂缝，裂缝是以上开发问题存在 的原因，该地区低渗透砂岩储层存在的问题即是裂缝性低渗透砂岩储层普遍存在的问题。 因此，弄清研究区储层裂缝发育规律是解决以上开发问题的基础，研究裂缝对开发的影 响及开发对策是解决以上开发问题的关键。本文针对以上问题，研究该地区储层裂缝的 发育规律、裂缝对开发的影响及对策，旨在解决本区开发矛盾，同时对这类储层的研究 提供一定的指导意义。 9 l饥饥瓴晚瓴仇乳啦仉m 西安石油大学硕： ：学位论文 第三章安塞油田储层裂缝特征 低渗透储层中，由于岩石致密程度增加，岩石的强度和脆性加大，因而在构造应力 场的作用下，岩石会不同程度的产生裂缝，常常使裂缝和低渗透储层相伴生，形成裂缝 性低渗透储层【玎】。 低渗透砂岩储层一般孔隙较小，自身的渗透性很差。由于裂缝的存在，其孔隙能够 连通，渗透性会因微裂缝的存在而大大改善。由于裂缝发育程度及其分布的复杂性，使 低渗透油田开发较为闲难。因此裂缝研究对于低渗透油田开发具有重要意义，裂缝的研 究日益收到人们的高度重视p 引。 3 1 低渗透储层裂缝概述 3 1 1 裂缝的分类及特征 天然裂缝的定义分广义和狭义两种。按岩石力学的观点，所谓裂缝是指岩石中失去 结合力的一种地质界面。因为岩石的破裂是导致其失去结合力的过程，于是裂缝被视为 破裂作用的结果。油藏工程上的裂缝是指破裂面两侧岩体未发生明显位移时的情况，可 以由构造变形作用或物理成岩作用形成。 不同学者对于储层裂缝有不同的分类方法。大多数学者的分类方案都从不同侧面反 映了储层裂缝研究的目的。从不同的分类角度出发，裂缝大致有以下几种分类方法。 ( 1 ) 按裂缝的地质成因，可将裂缝分为构造裂缝、成岩裂缝和诱导缝。构造裂缝是指 岩石在构造力作用下形成的裂缝。成岩缝是沉积物在成岩作用过程中形成的裂缝。诱导 缝是指钻井及生产过程中人为产生的裂缝，也称人工缝。其中对油气藏形成起重要作用 的是天然裂缝( 包括构造缝和成岩缝) ，诱导缝对于油气的生产可以起到较为重要的作用。 ( 2 ) 按裂缝形成的力学性质可以分为张性缝、张扭( 剪) 性缝、压性缝、压扭( 剪) 性缝、 剪性缝。 张性缝：是张应力作用形成的，其方向性强，延伸长度较小，间距大，裂缝开度大 小不一，是较好的储集空间。 张扭( 剪) 性缝：由张性和剪性应力联合作用或在先期形成的张性缝的基础上，受后 期剪切应力场的改造作用形成的一种构造形迹。这种裂缝倾角较陡，切割较深、延伸较 小，缝面较平直，裂缝多数被充填。 压性、压扭性缝：主要是压性、压性和剪性应力的联合作用形成的，或先期的构造 裂缝受后期的压性、压扭性构造应力场的作用或联合作用，使其力学性质发生了变化， 形成压性缝或压扭性缝。该类裂缝的特征是缝面上常发育片状方解石脉，其形态多呈舒 l o 第三章安塞油田储层裂缝特征 缓波状、产状稳定，两缝壁间距较小，充填程度较高，常发育挤压镜面和擦痕。 剪性缝：是由于剪切作用形成的，其特征是延伸较远、缝面发育有擦痕、镜面、阶 步，倾角大、切割深，延伸大小不一，一般呈共轭产出。 ( 3 ) 按裂缝的开度，可将裂缝分为微裂缝和宏观裂缝。 微裂缝是指裂缝开度小于1 0 0 朋的裂缝。宏观裂缝是指裂缝开度大于1 0 0 朋的裂 缝。裂缝还可以进一步细分为宏观裂缝、微裂缝、显微裂缝和超显微裂缝( 表3 - 1 ) 。 表3 - i 裂缝按开度分类 储集空间类型空间形态裂缝开度 孔( 洞)短轴中轴 0 1 且短轴长轴 o i 宏观裂缝 1 0 0 m 缝微裂缝 短轴中轴0 1 ( i 0 1 0 0 ) j l t m 显微裂缝 短轴长轴0 1 ( 0 卜1 0 ) 胛 超显微裂缝0 1 朋 ( 4 ) 按裂缝破裂面的形态可分为开启缝、闭合缝、变形缝和充填缝。 开启缝：裂缝两壁之间具有一定的开度且无矿物充填。开启缝是油气运移、储藏的 有利场所。 闭合缝：裂缝处于闭合状态，两壁之间没有开度。 变形缝：岩石发生破裂时或后因滑动作用形成的裂缝。 充填缝：裂缝形成后，被矿物填充。 ( 5 ) 裂缝按产状可分为高角度缝、斜交缝、低角度缝、水平缝、网状缝。高角度缝是 指倾角大于7 5 。的裂缝。斜交缝是指倾角在4 5 。 - 7 5 。的裂缝。低角度缝是指倾角在 1 5 。 - - 4 5 。的裂缝。水平缝是指倾角小于1 5 。的裂缝。网状缝，裂缝分布组系较乱，呈 蜘蛛网状或放射状分布。 ( 6 ) 根据控制构造应力场的分布情况，构造裂缝可分为区域裂缝和局部构造裂缝两 类。 区域裂缝是指裂缝的形成直接受区域构造应力场控制的裂缝。这种裂缝的主要特征 是裂缝在地表大面积内发育，分布广泛。方位变化相对较小，产状稳定，不受局部构造 控制。裂缝两侧无明显水平错断，裂缝多与岩层层面垂直或高角度相交。如陕甘宁盆地 内广泛存在区域构造裂缝。 局部构造裂缝一般是指其形成与局部构造事件相伴生或受局部构造应力场控制的裂 缝。可分为与断层有关的裂缝和与褶皱有关的裂缝。 ( 7 ) 从低渗透砂岩油田裂缝规模对注水开发的影响程度来看，砂岩储层的裂缝可以分 为三类。 裂缝渗透率 基质渗透率( k i 尺。) ：裂缝宽度较宽，通常超过储层孔径一个 西安石油大学硕士学位论文 数量级以上；延伸较长，横向上可延伸至一个井距，纵向上可以达到厚层或接近厚层的 规模。 这类裂缝即通常所说的显裂缝，在原始状态下( 即未经压裂) 显裂缝就可以表现出裂 缝渗透率的主导作用。 裂缝渗透率 基质渗透率( k ， k ，) ：裂缝具有肉眼可观测到的宽度，通常大于岩 石孔径，延伸范围有限，通常几米至十余米，小于井距，不穿层，即小裂缝。小裂缝也 可以表现出裂缝渗透率的主导作用。 裂缝渗透率基质渗透率( 尺，k 。) ：裂缝宽度小，通常与岩石孔径在同一个数量 级，延伸范围小，一般呈孤立状态分布，裂缝互不连通，这类裂缝即微细裂缝，其提供 的方向性补充渗透率与基质渗透率在同一数量级。 3 1 2 裂缝的研究方法 对于裂缝性储集层直观的研究方法【3 5 弓6 l 是钻井取心，它可以获得地下储集层某一点 的详细裂缝资料，并做出相应的预测。但这一方法仅局限于井眼周围裂缝的情况。对于 整个油田来说，若想进行大面积全面合理的裂缝性储集层预测，需要对所掌握的地质、 物探、测井及钻井等资料进行综合分析，才能达到既经济又合理地勘探裂缝性储集层的 目的。常用的研究方法包括野外露头观察与分析、岩心观测法、测井法、地应力分析法 和地球物理勘探等方法，各种方法各有优缺点，存在一定的局限性。 ( 1 ) 露头区裂缝的观察和描述 野外露头是进行地质研究的最好实验室。通过野外露头进行裂缝研究，可以直观地、 全面的考察裂缝的发育特征，包括裂缝参数本身特征、裂缝在不同构造部位的发育特征、 裂缝与岩性岩相的关系及裂缝的总体发育特征。通过野外露头裂缝与地下相应储层裂缝 比较可以指导对地下裂缝的认识。 通过露头裂缝观察和裂缝成因划分，可以建立起地下裂缝的宏观概念模型，一方面 通过构造力学数值模拟方法，反演古构造应力场进行裂缝发育程度预测；另一方面把握 裂缝发育的地质规律，便于利用地球物理资料进行裂缝发育规律的预测。 ( 2 ) 岩心裂缝观测、描述和分析 利用岩心统计裂缝，是一种直观有效的储集层评价手段，岩心中的裂缝方位在定 程度上代表了储集层的裂缝方位。如果定向取心过程中出现岩心方位扭转，可以利用岩 心表面的钻杆擦痕进行方位恢复，保证定向取心的有效性，才能进行裂缝性储层的进一 步预测和评价。 岩心经钻井取心至地表状态下，由于卸载及积聚的应力和应变的释放或外部机械破 裂作用等因素将导致岩心产生次生裂缝。如果发生泥浆污染岩心裂缝，造成次生裂缝与 第三章安塞油田储层裂缝特征 岩石在地下围压状态下固有裂缝之间在岩心表面难以区分，可以通过裂缝口内部特征( 例 如缝面构造) 分析裂缝成因，达到去伪存真的目的。根据钻井取心可以对地层中的裂缝进 行直观描述。 ( 3 ) 裂缝性储层的测井预测方法 测井方法主要是利用井眼周围的裂缝对测井仪器所产生的异常响应来间接地探测地 下的裂缝。这些测井方法包括电阻率测井、地层倾角测并、声波测井、密度测井等方法。 以声波及放射性为主的裂缝测井系列与地震资料结合，进行横向预测，可以划分裂 缝发育带及其分布，对裂缝发育带应用微电极扫描和井下声波电视测井，可以直观地把 裂缝形态、宽度、长度、走向，以及它们的含油产状展示在人们面前。近年来，成像测 井技术的出现，为裂缝储层的认识提供了很大的帮助，极大地推动了利用常规测井资料 识别裂缝技术的发展。 ( 4 ) 裂缝性储层的地震预测方法 地震资料是直接反映井间裂缝信息的唯一资料。地震剖面是地震信号在储层中传播 时间处理后的正弦信号集合体，但地震资料通常只能识别出大的裂缝即断层。 通常地震剖面是区域规模的资料，其分辨率主要由地震波的波长和振幅决定，可在 几米到几百米变化。利用地震资料可以描述储层的岩性、构造、层厚以及曲率等各种信 息，同时也可识别断层和大的裂缝，由于地震响应可以指示岩石的渗透性和岩石的低强 度带，因此也可以用来描述岩石的强度和水力特征。 3 2 安塞油田储层微裂缝的发育特征及物性参数的定量研究 裂缝发育特征研究主要从岩心观察和砂岩镜下薄片鉴定统计入手。岩心观察从宏观 上观察微裂缝与显裂缝的关系、微裂缝的组系、微裂缝的含油特征、微裂缝充填程度等； 薄片镜下统计主要研究微裂缝之间的连通性、微裂缝的方向性。 本节裂缝的发育特征研究中所涉及的研究区主要为安塞油田x 区块延长统长6 油层 储层。 3 2 1 储层裂缝的发育特征 根据裂缝划分级次并结合不同级别裂缝在油田开发中的作用，将裂缝系统界定为由 开度大于5 0 w n 的显裂缝组成。岩块系统界定为被裂缝系统所切割，由开度小于5 0j u ，l 的 微裂缝( 即通常所说的毛细管裂缝，地球物理方法很难识别) 和基质组成的微裂缝一基质系 统，这一系统是本文研究的主要对象( 见图3 一1 ) 。 综合研究区域所有井下的薄片镜下鉴定统计及扫描电镜资料，裂缝长度在 西安石油大学颐二l ：学位论文 0 0 2 朋5 0 朋之间，开度在1 5 0 胛之间，多在1 0 p mj 左右。 a x 5 0 井1 0 4 0 3 mx1 8 0 0 浊沸石溶蚀产生微裂缝 c x 1 2 井8 5 9 2 2x 6 钾长石溶蚀产生粒内溶孔及溶缝 e x 3 井8 钿1 8 0 0 偶见少量长石具微裂缝 g x 7 井8 6 6 4 2 j a 6 0 0 微裂缝及浊沸石溶蚀残昌充填粒间孔喉 1 4 b x 3 4 井9 3 8 1 黼1 0 碎屑因溶蚀产生微裂缝 d x 7 井7 1 7 2 3 7 0 0 部分碎屑溶蚀产生粒内孔及微裂缝 f x 3 井8 9 5 6 5 m 3 5 0 部分碎屑产生徽裂缝 h x 7 井8 6 6 4 2 j a 4 0 0 碎屑因溶蚀产生微裂缝 第三章安塞油田储层裂缝特征 i x 3 4 井9 1 9 8 8 m5 0 0 x 碎屑溶蚀产生粒内微裂缝 k x 3 3 井9 1 9 8 8 15 0 0 长石溶蚀产生粒内微裂缝 j x 7 井7 6 1 8 4 15 0 0 x 碎屑颗粒内部闭合微裂缝 i x 1 2 井8 5 9 2 3 5 m5 0 0 x 碎屑颗粒内部微裂缝 图3 1x 区块扫描电镜及显微镜下的砂岩照片 ( 1 ) 微裂缝的方向性 岩心观察发现，微裂缝组系与显裂缝组系相同，微裂缝发育具有一定的方向性，并 且和组系的方向近于平行，反映微裂缝的形成机理和显裂缝相同，均为一定应力场作用 下的产物。应用古地磁测试、构造裂缝三维数值模拟等方法，分析认为p 2 】安塞地区长6 油层中主要发育近东西向和近南北向的天然微裂缝，次为北东向、北西向，这与延长县 张家滩一呼家川剖面、佳县一西梁峁剖面观察结果一致。 美国c e r 公司对安塞油田长6 油层试井资料分析和n i p e r 研究所的岩心室内试验结 果均表明，在原始地层压力条件下，上述微裂缝一般呈闭合状态，对初期油气渗流影响 不大，但由于压裂改造和注水开发，导致部分微裂缝开启，对注水开发会产生重要影响。 上述储层条件增加了安塞特低渗透油田开发的难度，对开发技术政策和配套工艺技术提 出了更高的要求。 ( 2 ) 微裂缝的条带性 储层微裂缝分布平面上具有条带性的特点，微裂缝呈平行或燕式、放射状、羽状排 列，其方向大体与区域构造缝走向相同，即以北东方向为主。且显裂缝发育的地方，微 裂缝也发育。见图3 - 1 。 ( 3 ) 微裂缝的充填性 微裂缝依其对渗流的有效性可分为有效缝和无效缝，有效缝充填原油、对油气的渗 两安石油大学硕 ：学位论文 流起主导作用。无效缝被石英、方解石和泥质充填，对油气渗流不起作用或者所起作用 甚微。微裂缝中矿物充填之后，若其介质环境发生变化，局部常产生溶蚀作用。被充填 的微裂缝在后期构造应力作用下还可以重新活动张开，甚至再次被矿物充填。 ( 4 ) 微裂缝发育与岩性的关系 大量岩石力学实验研究表明，岩性对裂缝发育程度有很大的影响。不周类型岩石， 其抗张、抗压、抗剪强度相差很大，这直接影响到岩石的破坏程度和破坏方式。影响裂 缝发育的岩性因素包括岩石成分、颗粒大小与岩石孔隙度等方面的内容【3 7 1 。通常含脆性 组分较高的岩石裂缝通常较发育，如钙质砂岩、粉砂岩等岩石中裂缝发育，而泥岩中裂 缝相对较小。岩石的颗粒和孔隙大小也影响着裂缝的发育程度，随着岩石颗粒和孔隙的 减小，岩石变得致密而更容易形成裂缝。 ( 5 ) 裂缝与层厚的关系 盆地失去了褶皱、断层等强烈构造运动对裂缝的控制因素后，岩层厚度对裂缝的影 响变得较为重要。一方面，岩层中裂缝的发育程度明显受单层岩层厚度的控制，即岩层 越薄裂缝越发育。另一方面，单层厚度薄的岩层中岩石的颗粒更为细小，岩石颗粒和单 层厚度的双重影响控制微裂缝的发育程度，即岩层越薄，颗粒越细，裂缝就越发育。 3 2 2 储层微裂缝物性参数的定量研究 据薄片镜下鉴定和扫描电镜资料，x 区块长6 储层中的微裂缝形式多样，多形成与 碎屑颗粒内部、颗粒间( 图3 - 1 ，i ，1 ) 。经过溶蚀作用的改造，有些微裂缝被溶蚀变宽， 有些靠近微裂缝的长石受到明显的溶蚀( 图3 1 ，k ) 。一些微裂缝被次生或成岩物质充填 而成充填缝( 图3 一l ，g ) 。 此次研究所统计的微裂缝参数主要是微裂缝线密度、微裂缝开度，通过微裂缝线密 度( d 三) 、开度( p ) 计算裂隙率( 咖，) 、微裂缝渗透率( 足，) 。 样品的镜下鉴定及物性分析发现，凡存在微裂缝的岩心样品，其渗透率都较大，紧 邻有微裂缝的岩心样品渗透率也呈增大趋势。微裂缝是导致岩块系统渗透率升高的主要 因素，微裂缝对于储层渗透率性能的改善具有举足轻重的作用。 微裂缝线密度 微裂缝线密度( d ，) ：指单位长度内垂直于一组给定方位的平行微裂缝所测量的、规 则相同的微裂缝条数。微裂缝线密度的倒数即为微裂缝间距( d ) 。 j d ，：竺( 3 1 ) 。 l 1 d = 一( 3 2 ) dt 1 6 第三章安塞油田储层裂缝特征 式中一微裂缝条数； 一测量线长度( 硎) 。 妒，：上1 0 0 ( 3 3 ) 办2 e + d l 3 3 j k ，：二-( 3 4 ) 1 2 d 式中p 一微裂缝开度( 朋) ； d 一微裂缝间距( 胛) 。 需要说明的是微裂缝是有方向的，其渗透率也是有方向的。这里的微裂缝渗透率是 指沿微裂缝走向的渗透率，也即是微裂缝在油气渗流过程中最大渗透率方向的值。 微裂缝开度及参数统计结果 图3 2 、为x 区块长6 储层微裂缝开度频率分布图。由统计结果可知，该区块微裂 缝主要分布在l 1 0 朋开度范围内。 l 叩 叩 卸 芝 瓣 燕加 2 0 口 1 - i d忸- 2 d2 d 司口加一坩岫卸 宽度, i 图3 - 2x 区块微裂缝开度频率分布图 由储层微裂缝统计及相关计算可知( 这里取平均值) ，x 区块微裂缝线密度为5 7 8 条伽，开度为6 4 6 6 朋，间距为1 7 3 0 1 1 胛，微裂缝孔隙度为0 3 7 3 ，微裂缝渗透 率为1 3 0 2 1 0 - 3 胛2 ，基质孔隙度( 妒) 在2 3 1 4 2 之间，平均值为9 8 9 ；基质渗 透率( k ) 在( 0 0 1 3 - - 1 5 9 ) x 1 0 3 朋2 之间，平均值为0 3 0 8 x 1 0 - 3 胛2 。 这里需要说明的是微裂缝物性参数计算中，微裂缝开度和间距是确定微裂缝孔隙度、 渗透率及其油气产能的关键参数，也是直接评价微裂缝对油田开发效果影响的重要因素 之一，但同时也是两个很难获得的参数，目前尚无较好的解决方法。本文所采用的是薄 两安石油大学硕一 ：学位论文 片镜下观测统计法。但地表所观测到的岩心是减压或膨胀之后的岩心，且裂缝空间的膨 胀系数远大于岩石孔隙的膨胀系数，故岩心薄片上实测的微裂缝开度和间距是它们在地 面减压之后的值，其值大小一般要比它们在地下的真实值偏大。对于孔隙度参数，统计 值较真实值可能稍稍偏大；渗透率的统计值较真实值可能会大得更多。 微裂缝参数计算表明，微裂缝对储层储集性能影响不大，但对于储层渗透性的影响 较大。本章所涉及油田均属于超低渗透储层，其只所以能够开发、具有一定的经济效益， 储层微裂缝对于油气的渗流起到了重要作用。 3 3 安塞油田储层裂缝成因分析 3