鄂尔多斯盆地姬塬油田上三叠统延长组长4+5油藏微裂缝特征及成因

鄂尔多斯盆地姬塬油田上三叠统延长组长4+5油藏微裂缝特征及成因

微裂缝对低渗透油藏的水保护开发具有“双重影响”。另一方面，它可以提高油的吸水能力，弥补渗透的不足。另一方面，水流容易发生，导致早期挖掘机洪水。本文以鄂尔多斯盆地姬塬油田上三叠统延长组长4+5油藏为例,探讨超低渗透砂岩油藏储层微裂缝发育程度及微裂缝成因。研究区位于陕西定边县和宁夏盐池县,区域构造处于陕北斜坡、天环坳陷两个构造单元。地表为黄土丘陵,海拔1500～1800m(图1)。1储层质量特征鄂尔多斯盆地姬塬油田上三叠统延长组长4+5油藏储层主要为长石砂岩,其次为岩屑质长石砂岩、长石质岩屑砂岩、长石岩屑质石英砂岩。矿物成分成熟度指数Q/(F+R)为0.61,成分成熟度较低。储层中重矿物含量较少(<5%),填隙物为粘土杂基,碳酸盐、硅质胶结物。砂岩以细砂为主,其次为粉砂和中砂,粘土含量极少。胶结类型以孔隙胶结和接触胶结为主,结构成熟度较高。2储层微裂缝开度和间距根据裂缝划分级次并结合不同级次裂缝在油田开发中的作用,将裂缝系统界定为由开度大于50μm的显裂缝组成。岩块系统界定为被裂缝系统切割,由开度小于50μm的微裂缝(即毛细管裂缝,地球物理方法难以识别)和基质组成的微裂缝—基质系统,这一系统是本次研究的主要对象。由薄片及扫描电镜资料,微裂缝长度在0.02～50mm之间,开度多在1～10μm之间。此次微裂缝物性参数研究应用薄片镜下观测统计技术。统计微裂缝线密度(DL)、微裂缝开度(e)等参数,通过DL、e计算微裂缝孔隙度(ϕf)、微裂缝渗透率(Kf)。微裂缝线密度(DL):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)。式中N——微裂缝条数;L——测量段长度。薄片鉴定及物性分析发现,凡存在微裂缝的样品,其渗透率均较大。紧邻有微裂缝的样品,其渗透率也呈增大趋势。储层微裂缝分布具有较强的非均质性。微裂缝是超低渗透致密储层存在高渗带的主要原因。微裂缝渗透率是指沿微裂缝走向的渗透率,也即是油气在微裂缝中渗流最大渗透率方向的值。图2为姬塬油田长4+5储层微裂缝开度频率分布图,表1为薄片镜下微裂缝统计结果。姬塬油田长4+5油层组微裂缝线密度为7.86条/cm,微裂缝开度为3.70μm,微裂缝间距为1.2723mm,微裂缝孔隙度为0.29%,微裂缝渗透率为3.32×10-3μm2。微裂缝孔隙度是基质孔隙度(ϕ)的2.74%,微裂缝渗透率是基质渗透率(K)的12.15倍。基质渗透率小于1.0×10-3μm2,属于典型的超低渗透油藏(李道品,2003)。储层微裂缝发育较差,其原因在于姬塬地区靠近盆地西缘中部构造转换带(刘池洋等,2005),地层相对盆地中部压实更为强烈,微裂缝开度小。因其靠近盆地边缘,沉积物来源受西部扇三角洲影响较大,碎屑矿物中岩屑含量偏高,对微裂缝发育不利。微裂缝开度和间距是确定微裂缝物性的关键,也是很难获准的两个参数,目前尚无较好方法。薄片镜下统计的微裂缝开度、微裂缝间距比地下真实值偏大,所计算的孔隙度可能稍偏大,但渗透率会较真实值大得多。王发长等(2003)研究巴喀油田西山窑组储层微裂缝发现,岩块系统地下微裂缝孔隙度为0.18%,微裂缝渗透率是基质渗透率的29倍。本文所取得的认识与其大体一致。微裂缝参数定量研究表明,微裂缝对储层储集性能影响不大,对渗透性影响较大。姬塬油田长4+5超低渗透油藏能够开发的原因在于微裂缝提供了主要渗流通道。3关于微裂缝形成的研究3.1张裂缝的类型构造成因的裂缝可以划分为剪切裂缝和张裂缝,张裂缝包括扩张裂缝、拉张裂缝(图3)。压应力状态下产生剪切裂缝、扩张裂缝,存在张应力时产生拉张裂缝(曾联波等,2007a)。3.2断裂发育特征据前人研究(张泓,1996;高山林等,2000;邸领军等,2003;张莉,2003;刘池洋等,2005;YangYongtai,etal,2005;张岳桥等,2006;赵文智等,2006;曾联波等,2007b;赵重远等,2007),盆地燕山期构造应力场具有盆缘四周向盆内挤压的特点,主压应力轴迹为NW—SE向,研究区处于EW向挤压应力场和太平洋板块与欧亚板块间左旋剪切应力场的作用;喜马拉雅期,盆地处于NE—SW向挤压应力场及太平洋板块向NW俯冲右旋剪切应力场的作用。由裂缝形成的力学机制,研究区燕山期形成EW向扩张裂缝和NW向剪切裂缝(图4a)、喜马拉雅期形成NE向扩张裂缝和近SN向剪切裂缝(图4b)。研究区野外观测表明,燕山期裂缝(EW、NW)对喜马拉雅期裂缝(NE、SN)具有限制作用,喜马拉雅期裂缝切割燕山期裂缝。长4+5油层组两期四组裂缝中,NW、NE两组剪切裂缝相对较为发育,这与其他研究者(张义楷等,2006;高剑波等,2007)的观测结果基本吻合。沉积、成岩作用造成的岩层强烈非均质性(曾联波等,2007b)是本区NE、NW向裂缝较EW、SN向裂缝发育的主要原因。3.3储层构造界面虽然盆地内褶皱和断层不发育,但盆地周缘的应力场必然对盆地内部产生影响,表现为盆地范围内广泛存在裂缝。构造应力作用下,当偏应力达到层内局部破裂条件时,产生长度和开度很小的微裂缝;当偏应力达到或接近单层破裂条件时,产生显裂缝,裂缝开度有数量级的增加;当偏应力超过间互层的破裂条件时,裂缝发展成断层。微裂缝的形成与成岩过程中古构造应力场有关。微裂缝的形成除与构造作用有关外,还与成岩作用有关。成岩过程中,因沉积物压实失水、矿物胶结、交代、重结晶等,使岩层发生收缩、膨胀以及矿物间的重新组合、转化,都可以产生微裂缝。有些微裂缝进一步溶蚀形成溶蚀缝。研究区储层成岩阶段处于中成岩A期(杨仁超等,2007),经历了压实(压溶)、胶结、溶蚀、交代作用。对微裂缝形成有较大影响的是早期压实及后期溶蚀作用。压实作用形成压裂缝(郭沫贞等,2006;朱如凯等,2007),溶蚀作用形成沿解理方向的溶蚀缝。微裂缝发育还与沉积微相带有关。不同的沉积微相带,碎屑颗粒大小不同。研究区水下分流河道、河口砂坝微相,碎屑颗粒较粗且刚性成分多、填隙物少。粗颗粒、刚性组分因接触时压应力较为集中,故压裂缝发育。埋藏较深的储层,因其上覆岩层载荷大,易形成压裂缝。因盆地现今构造应力场的最大水平主应力为NE向,故NE向裂缝开启程度高,为高效导流缝。基底断裂控制的沉积体系及砂体展布方向为NE向(赵文智等,2003;汪泽成等,2005),储层在该方向具有相对较高的渗透率,与NE向裂缝共同作用也表现为NE向裂缝发育。微裂缝发育状况是沉积微相带及基底断裂基础上成岩过程中多期古构造应力场与现今构造应力场共同作用的结果。4投资及成藏模式燕山期是盆地油气运移和聚集的主要时期。喜马拉雅期是油气成藏的调整期,也是影响现今应力场的主要时期。因两期应力场差异较大,后期应力场对前期微裂缝具有改造作用。燕山期微裂缝对盆地油气分布意义重大,喜马拉雅期微裂缝对油气勘探开发更具有现实意义。含氮化合物分析表明,姬塬地区上三叠统延长组石油运移与该地区的区域裂缝发育具有一致性,与裂缝的距离越近,石油运移路径越短,NE、NW两组共轭剪切裂缝是石油运移的主要通道。油藏具有储层先期致密、油藏多点充注、补丁式拼接、无重力分异的成藏特点,成藏模式为高压源岩—裂缝通道—致密储层—活塞式注入—无分异石油成藏❶。基于盆地裂缝、微裂缝对油气分布及已发现油田开发的控制作用,笔者认为在油气勘探、开发中应加强对微裂缝带的重视,油气储集相中应加入微裂缝这一重要因素。以寻找有利的沉积相—成岩相—微裂缝带为勘探目标,会加大勘探成功率。以往油气勘探对成藏中的“生”、“储”两个因素比较重视,在此笔者认为更应加大对“运”因素的重视。微裂缝不仅改善储集层的渗透性,而且控制次生孔隙空间的形成和分布(王勇等,2008)。高渗透砂体与裂缝、微裂缝在空间的配置是油气富集成藏的有利场所,也是勘探开发的直接目标。5微裂缝分布及发育的重要性通过对鄂尔多斯盆地姬塬油田上三叠统长4+5超低渗透砂岩储层微裂缝研究,取得如下认识:(1)姬塬油田长4+5油