低滲透儲層裂縫研究進展

王珂　張榮虎　戴俊生　郇志鵬　田福春

摘要：儲層裂縫對改善致密砂巖和碳酸鹽巖等低滲透儲層以及致密礫巖、火成巖、泥頁巖等非常規(guī)低滲透儲層的物性具有重要作用。通過總結近年來儲層裂縫的相關研究進展，對儲層裂縫的多種識別和預測方法進行了分析，并討論了儲層裂縫研究的幾個關鍵問題。結果表明：儲層裂縫的識別技術是點（巖芯、薄片）、線（測井）、面（相似地表露頭區(qū)）、體（地震資料）和時間（生產動態(tài)資料）組成的多維綜合體系；儲層裂縫的定性預測主要是根據裂縫與構造部位和巖性之間的關系進行，定量預測方法包括井間直接插值法、曲率法、能量法與巖石破裂法（二元法）、地震法、分形分維法、構造應力場數值模擬法和多參數判據法等，每種預測方法各有其優(yōu)勢與不足，因此，需要綜合多種方法才能實現儲層裂縫的有效預測；儲層裂縫研究的關鍵問題包括裂縫分布預測與精細表征、裂縫動態(tài)參數和裂縫三維地質建模等方面。最后，在油氣田勘探開發(fā)中進行儲層裂縫預測及建模等工作時，應以明確儲層裂縫的成因、演化及主控因素為基礎。

關鍵詞：低滲透儲層；裂縫識別；定性預測；定量預測；關鍵問題；動態(tài)參數；地質建模

中圖分類號：P618.130.2+1；TE122.2文獻標志碼：A

Review on Lowpermeability Reservoir FractureWANG Ke1， ZHANG Ronghu1， DAI Junsheng2， HUAN Zhipeng3， TIAN Fuchun4

（1. Hangzhou Research Institute of Geology， PetroChina， Hangzhou 310023， Zhejiang， China； 2. School of

Geosciences， China University of Petroleum， Qingdao 266580， Shandong， China； 3. Tabei Exploration and

Development Project， Tarim Oilfield Company， PetroChina， Korla 841000， Xinjiang， China； 4. Petroleum

Engineering Research Institute， Dagang Oilfield Company， PetroChina， Tianjin 300280， China）Abstract： Reservoir fractures have a significant effect on improving the physical property of tight sandstone reservoir， carbonate rock reservoir and unconventional lowpermeability reservoir such as tight conglomerate rocks， igneous rocks and shale rocks. The researches on reservoir fracture were summarized， several methods of recognition and prediction on reservoir fracture were analyzed， and several key questions in reservoir fracture research were discussed. The results show that the recognition technology of reservoir fracture is a multidivision synthetic system composed with point （core and slices）， line （logging）， surface （similar surface outcrops）， volume （seismic data） and time （dynamic production data）； the qualitative prediction of reservoir fracture is mainly based on the relationship between fracture and structural location， lithology； the quantitative prediction methods contain interwell direct interpolation， curvature， energy and rock failure （twofactor method）， seismic， fractal dimension， tectonic stress field numerical simulation and multiparameter criterion， etc.； each prediction method of reservoir fracture has its own advantage and disadvantage， thus the combination of multiple methods can realize the efficient prediction of reservoir fracture； the key questions of reservoir fracture research contain the fracture distribution prediction and elaborate characterization， fracture dynamic parameters and fracture 3D geological modeling. Finally， reservoir fracture prediction and modeling should be based on confirming the genesis， evolution and primary controlling factors of reservoir fracture in exploration and development of hydrocarbon fields.

Key words： lowpermeability reservoir； fracture recognition； qualitative prediction； quantitative prediction； key question； dynamic parameter； geologic modeling

0引言

多年來的油氣勘探實踐表明，裂縫性油氣藏是中國含油氣盆地中一種重要的油氣藏類型。這類油藏的探明地質儲量已經超過40×108 t，超過目前探明油氣資源總量的1/3；另據有關專家預測，在中國超過130×108 t的剩余油氣資源量中，約有60%的油氣資源量分布與儲層裂縫有關[1]。因此，裂縫性油氣藏的勘探開發(fā)在中國石油工業(yè)中的地位越來越重要。如何有效地勘探，合理地動用與高效地開發(fā)這些裂縫性油氣藏，對中國石油工業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展以及增強中國能源安全供應的保障能力，確保國家安全與經濟協調、持續(xù)快速發(fā)展具有長遠的戰(zhàn)略意義[1]。儲層裂縫研究已有近百年的歷史。以Смехов、Van GolfRacht、Nelson、Laubach、Olson、曾聯波、宋惠珍、袁士義、劉建中、穆龍新、戴俊生、周新桂以及侯貴廷等為代表的學者曾發(fā)表了大量的論文，并出版了一系列專著，為儲層裂縫研究奠定了良好的理論基礎[228]。由于儲層裂縫的復雜性以及人類認識水平和技術水平的限制，在很長一段時間內對儲層裂縫的研究一直以定性描述或半定量分析為主；近年來，隨著認識水平的提高與計算機模擬技術的發(fā)展，儲層裂縫空間分布特征的定量分析以及儲層裂縫地質建模逐漸成為該領域的研究熱點，離散化裂縫網格模型以及近幾年逐步發(fā)展起來的復合裂縫模型即為其典型代表[29]。目前，對儲層裂縫的研究多集中于低滲透的致密砂巖和碳酸鹽巖儲層[3032]，隨著非常規(guī)油氣藏的勘探開發(fā)，致密礫巖類、火成巖類、泥頁巖類儲層的裂縫研究也越來越受到重視[3351]。本文對現有儲層裂縫研究方法進行歸納總結，分析各種方法的優(yōu)缺點，并討論儲層裂縫研究的幾個關鍵問題，從而為儲層裂縫的相關研究提供參考。

1儲層裂縫的識別

1.1巖芯裂縫觀察

巖芯裂縫觀察是識別地下儲層裂縫最直接的方法[4]。通過巖芯裂縫的觀察與統計，可以獲得裂縫的產狀、密度、張開度、充填程度等參數，是含油氣盆地勘探開發(fā)中進行儲層裂縫相關研究的原始數據庫，也是檢驗儲層裂縫預測方法所得結果是否合理的標準之一[5253]。目前，巖芯裂縫觀察通常采用肉眼直接觀察，其優(yōu)點是成本低且效率高，但往往受到取芯長度、巖芯完整性以及人的主觀因素和識別精度的影響，而且肉眼直接觀察只能觀察到巖芯表面的裂縫，對于裂縫在巖芯內部的延伸情況無法觀察到。近年來，很多學者開始嘗試利用工業(yè)CT（計算機層析成像）掃描技術識別巖芯裂縫[54]。這種技術的優(yōu)點是可以在不破壞巖芯的情況下，將巖芯橫截面進行分段掃描，從而直觀地觀察裂縫在巖芯內部的延伸情況，并且可以將掃描截面重新組合，進行巖芯的三維重構，同時對巖芯裂縫的定量參數進行計算。這種方法彌補了肉眼觀察巖芯的不足，提高了巖芯的利用價值，是巖芯裂縫分析的發(fā)展方向。工業(yè)CT掃描技術已在塔里木盆地大北氣田和克深2氣田等地區(qū)得到了初步應用[5556]，但就目前來講，由于工業(yè)CT掃描技術試驗費用高，試驗周期長以及評價體系尚不完善等，在國內還沒有得到十分廣泛的應用。

1.2薄片裂縫分析

薄片裂縫分析的對象是儲層微觀裂縫，包括粒內縫、粒緣縫和穿粒縫等3種類型[57]。微觀裂縫對于改善低滲透儲層巖石物性具有重要作用，而且從裂縫演化的角度來看，微觀裂縫很可能是宏觀裂縫的雛形，因此，根據自相似性原理，研究微觀裂縫的分布對認識宏觀裂縫的分布規(guī)律也有重要的參考價值，有必要對儲層微觀裂縫的發(fā)育情況進行分析[1]。儲層微觀裂縫的張開度一般在微米級（通常小于50 μm），肉眼及測井手段均難以識別，因此，需要借助巖石薄片在顯微鏡下進行分析，一般采用普通薄片或鑄體薄片，其中鑄體薄片顯示微觀裂縫更加直觀，觀察更為方便。薄片微觀裂縫的觀察與描述對于認識含油氣區(qū)儲層裂縫的發(fā)育規(guī)律有非常明顯的不足：一方面受制于巖石薄片以及其中裂縫的數量，數量太少則不具有統計意義，難以準確反映儲層裂縫的實際發(fā)育特征；另一方面，巖石薄片的尺寸非常有限，由此統計得出的儲層裂縫參數與實際情況往往誤差較大，只能用作定性或半定量分析，因此，薄片微觀裂縫的描述統計與分析常作為認識某一地區(qū)儲層裂縫發(fā)育特征的輔助手段。

1.3測井資料裂縫識別

測井資料是識別儲層裂縫的一種重要方法，可分為常規(guī)測井和成像測井兩大類。對儲層裂縫響應較為敏感的常規(guī)測井系列包括電阻率、聲波速度、自然伽馬、自然電位、密度、中子、井徑及地層傾角測井等。利用常規(guī)測井系列識別裂縫的方法有單一測井特征參數法、多種測井參數綜合概率法、人工神經網絡法和灰色理論法等，其共同點是根據研究區(qū)的大量資料進行統計，提取對儲層裂縫較為敏感的特征參數，從而建立儲層裂縫與常規(guī)測井之間的響應關系模式，進一步對新區(qū)塊或新井段的儲層裂縫發(fā)育特征進行解釋[1]。采用常規(guī)測井系列識別裂縫成本相對較低，應用也較方便，但難度較大，需要從測井信息中提取可以反映裂縫的微弱信號，而且對于不同地區(qū)，對儲層裂縫敏感的特征參數不盡相同，儲層裂縫與測井資料之間的匹配模式也不盡一致，因此，常規(guī)測井方法往往只能定性地評價儲層裂縫發(fā)育程度，很難準確有效地對儲層裂縫的定量參數進行計算。

井壁成像測井是利用聲波束或電流束對井壁進行掃描，從而得到井壁展開的圖像。前者稱為聲成像測井，主要包括井下聲波電視測井（BHTV）、DSI偶極聲波成像和井周聲波測井（CBIL）；后者稱為電成像測井，主要包括微電阻率掃描測井（FMS）和全井眼地層微電阻率成像（FMI），其中較為常用的是全井眼地層微電阻率成像。成像測井資料可以提供單井在垂向上連續(xù)的儲層裂縫發(fā)育剖面，通過巖芯裂縫刻度，可以對全井段的裂縫發(fā)育情況進行解釋，并定量計算出不同層段裂縫的線密度、長度、張開度、孔隙度等參數[58]。儲層裂縫在成像測井圖上通常表現為正弦曲線，其中開啟縫表現為暗色的正弦曲線，低阻充填縫表現為不連續(xù)的暗色正弦曲線，高阻充填縫表現為亮色正弦曲線。需要注意的是，天然裂縫、沉積界面和誘導裂縫等都會在成像測井圖上有所反映，因此，在定量計算天然裂縫參數時要將沉積界面和誘導裂縫剔除[4]。成像測井識別裂縫的缺點是易受測井分辨率的影響。一些規(guī)模較小的小裂縫和微裂縫無法識別或識別不清，而且往往受到地層分界面的干擾，導致某些井點（如靠近斷層大量發(fā)育網狀縫的井）的裂縫參數解釋結果有較大誤差；此外，鉆井時若采用油基泥漿也會干擾成像測井資料的精度。因此，如何進一步提高成像測井資料分辨率以及排除泥漿因素的干擾，是利用成像測井識別裂縫的主要研究方向。

1.4相似地表露頭區(qū)裂縫識別

相似地表露頭區(qū)是全面了解天然裂縫在平面上的展布特征以及不同組系裂縫之間相互關系最直觀的場所[5961]。通過對相似地表露頭區(qū)裂縫的觀察分析，不僅可以研究裂縫的產狀和規(guī)模、裂縫成因類型及其形成環(huán)境、不同組系裂縫的分布特征及其相互關系、裂縫形成期次及其與構造應力場之間的關系，而且可以研究裂縫不同參數之間的相互關系，總結控制裂縫形成與分布的主要地質因素[1，62]。對于出露地表的巖層，可以肉眼直接觀察測量，而對于地表淺層（深度小于10 m）的巖層，則需借助探地雷達（或稱地質雷達）進行觀測[6364]。

通過野外地表露頭區(qū)的裂縫研究，可以根據力學類型和走向特征對裂縫進行分組，分析裂縫與背斜、斷層等構造之間的關系[6566]，從而建立露頭區(qū)裂縫分布的地質模型及裂縫參數信息庫；并通過地表露頭與油氣田地下儲層地質條件的相似性分析和類比，建立油氣田地下儲層裂縫分布的概念模型；然后，再結合油氣田巖芯和測井等方法所獲取的單井裂縫資料以及實際地質條件，通過相似類比性分析，指導對油氣田目的層儲層裂縫發(fā)育規(guī)律及其分布模式的認識，以彌補油氣田巖芯和測井等井點研究的不足[1]。這種方法的缺點在于：地面地質條件與實際地層條件往往差別很大，由此統計出的裂縫特征難以由點到面、由淺到深地定量應用到地下油氣儲層。

1.5地震裂縫識別

儲層裂縫發(fā)育帶會引起地震波的動力學特征（振幅、能量、吸收衰減、頻率等）和運動學特征（走時、速度、時差等）發(fā)生變化。通過檢測地震波的這些變化，便可以對儲層裂縫發(fā)育帶進行識別。目前，儲層裂縫的地震識別技術包括橫波分裂技術、三維三分量技術、縱波AVO技術、疊前AVAz技術、VVAz技術、VSP（垂直地震剖面）技術以及相干體技術等[6768]。

地震資料識別裂縫的優(yōu)勢在于覆蓋面積廣且探測深度大，但很容易受到地震分辨率的影響。例如，在塔里木盆地克拉蘇構造帶的克拉—克深地區(qū)主要含氣層位之上覆蓋有1 000～2 000 m的巨厚膏鹽層，導致地震資料品質變差，同相軸反射雜亂，無法應用于地下儲層裂縫的識別。另一方面，地震資料的多解性也是制約地震資料識別儲層裂縫精度的重要因素。因此，裂縫性儲層的復雜性和特殊性決定了采用地震資料識別裂縫仍然是一個有待深入解決的難題，需要在地震響應機理和識別方法等方面不斷探索[1]。

1.6生產動態(tài)資料裂縫識別

當油氣藏中發(fā)育儲層裂縫時，便會在鉆井和開發(fā)過程中有所體現。油氣田的生產動態(tài)資料包括泥漿漏失、井壁崩落、壓裂施工、試油試井和鉆時鉆具等資料[16]。泥漿在儲層裂縫發(fā)育層段往往發(fā)生漏失，漏失量越高，表明裂縫可能越發(fā)育，但要注意區(qū)分裂縫性漏失和非裂縫性漏失，以免產生錯誤判斷；裂縫的存在使儲層巖石穩(wěn)定性變差，在鉆井中便會發(fā)生井壁崩落或垮塌，井壁崩落或垮塌的方向通常與裂縫走向一致；在進行壓裂施工作業(yè)的地層若發(fā)育有大量裂縫，那么在壓裂施工曲線上便不會出現典型的破裂壓力點，而只出現擴展壓力點；裂縫發(fā)育層段的試井曲線上會出現明顯的雙重介質特征，在試井中可通過流體流動特征反映出來，因此，根據試井曲線可以對儲層裂縫進行定性和定量識別，以評價儲層裂縫在油氣藏開發(fā)中的作用；在鉆井過程中鉆遇儲層裂縫發(fā)育帶時，往往出現鉆進加快和鉆具放空等現象，從而可根據鉆時鉆具信息對裂縫進行識別。此外，識別裂縫的生產動態(tài)資料法還包括氣測錄井、固井質量、試油試采、示蹤劑分析、注水動態(tài)分析和壓力分析等方法[52]。

1.7小結

綜上所述，儲層裂縫的識別技術是由點（巖芯觀察、薄片分析）、線（測井資料解釋）、面（相似地表露頭區(qū)）、體（地震資料）和時間（生產動態(tài)資料）組成的多維綜合體系。巖芯和薄片的裂縫分析是基礎，測井資料解釋可以提供單井剖面上的裂縫特征，相似地表露頭區(qū)反映了裂縫的平面展布，地震資料可以識別裂縫在三維空間的發(fā)育規(guī)律，生產動態(tài)資料則反映了裂縫滲流性能隨時間的變化情況。

2儲層裂縫的預測

2.1定性預測

儲層裂縫預測的定性方法主要是根據儲層裂縫的發(fā)育程度與構造部位和巖性之間的關系進行預測。儲層裂縫往往在斷層帶兩側、斷層端部、斷層交會處、斷層產狀發(fā)生改變的局部構造區(qū)域、構造隆起的頂部及其陡坡處較為發(fā)育。隨著斷層距離增加，儲層裂縫發(fā)育程度減弱；對于斷層帶而言，其內外巖石的力學性質差別越大，儲層裂縫越發(fā)育。另外，儲層裂縫發(fā)育程度還與斷層的力學類型有關，一般認為壓扭斷層的裂縫發(fā)育程度最高，其次為逆沖斷層或逆掩斷層，而正斷層和平移（走滑）斷層的裂縫發(fā)育程度相對較低。對于背斜構造，在軸線方向上的裂縫密度、規(guī)模和連通性通常都要高于背斜翼部[69]。

儲層巖性與裂縫發(fā)育程度之間存在明顯的相關性，是影響儲層裂縫發(fā)育程度的一個重要因素。一般認為，致密的白云巖、灰?guī)r、粉砂巖和細砂巖中的儲層裂縫發(fā)育程度要高于泥巖和礫巖的儲層裂縫發(fā)育程度[11，7072]，因此，可以通過相似地表露頭區(qū)或巖芯裂縫的分析，明確儲層巖性與裂縫發(fā)育程度之間的關系，然后結合油氣田內儲層巖性的空間分布特征對儲層裂縫的發(fā)育情況進行定性預測。

2.2定量預測

2.2.1井間直接插值法

井間直接插值法，又稱已知井點約束法，是指利用多個井點的實測裂縫數據，按照線性或非線性插值預測儲層裂縫的井間分布[21]。這種方法是預測油氣區(qū)儲層裂縫井間分布最樸素的方法，但其適用條件十分有限：首先，研究區(qū)的構造形態(tài)要比較簡單，構造起伏較小，沒有斷層或只有少量斷距不大的小斷層；其次，有裂縫資料的井點要足夠多且分布相對均勻；第三，目的儲層的巖性和厚度在平面上穩(wěn)定分布，沒有較強的非均質性。顯然，只有一些簡單的小型含油氣區(qū)帶才能滿足以上條件，而大多數油氣田均發(fā)育有數量不等的斷層，且儲層非均質性明顯，井點也很難達到均勻分布，因此，該方法在實際工作中較少運用。

2.2.2曲率法

曲率法是預測儲層裂縫的一種常用方法，包括最大主曲率、最小主曲率、高斯曲率和歐拉曲率等[73]。Murray首次采用曲率法對美國Spanish油田的儲層裂縫進行了成功預測[74]，隨后該方法在中國逐漸得到廣泛應用。李志勇等利用主曲率法對江漢盆地潛江凹陷王場地區(qū)潛二段的儲層裂縫進行了預測，預測結果與實際情況基本一致[75]；孫尚如將構造主曲率法與高斯曲率法進行了對比分析，發(fā)現高斯曲率法的裂縫預測結果與地質資料以及鉆井和測井資料對應較好，并認為在構造面相對平緩、變形幅度不大的地區(qū)使用主曲率法預測得到的裂縫分布與實際情況吻合較差，而高斯曲率法的計算結果則符合地質規(guī)律，可廣泛應用于裂縫性油氣藏儲層裂縫的平面預測[76]。

劉宏等在研究四川盆地大池干井構造帶三疊系嘉陵江組裂縫性儲集層時，采用趨勢面擬合法和差分法對面曲率進行計算，采用三點圓弧法及曲線擬合法對線曲率進行計算，然后在此基礎上將多種數學方法計算得到的曲率值進行歸一化處理，得到各方法的相對曲率值，并取其中的最大值（即“綜合曲率”）來對儲層裂縫的分布進行預測，即綜合曲率法[77]。該方法克服了單一曲率法預測裂縫分布的不足，通過與油氣顯示和氣井產能等資料的對比分析，認為綜合曲率法的裂縫預測效果要優(yōu)于單一曲率法，提高了利用曲率方法進行裂縫預測的準確程度，能更好地對地下裂縫的分布規(guī)律進行預測。劉金華等在研究商河油田淺層侵入巖中的裂縫時，發(fā)現直接利用曲率值進行裂縫預測并不合適，因此提出了采用曲率變化值進行裂縫預測的改良方法，采用縫面比對儲層裂縫的發(fā)育程度進行研究，并分析了曲率與裂縫發(fā)育程度之間的關聯性，從而達到了預測裂縫分布的目的[78]。

與三維應變（應力）分析相比，曲率通常只考慮了二維的構造面起伏，而沒有考慮垂向上的地層幾何形態(tài)，并且與生產數據（尤其是產能指數）之間的關系不如三維應變（應力）分析緊密[79]。另外，主曲率計算公式中所取的地層厚度值并未考慮層間滑動，而層間滑動對巖石應變和破裂具有明顯的控制作用[80]。按照主曲率的計算公式，地層厚度越大，則裂縫孔隙度越大，在厚度不大的前提下，這種結論是成立的，但如果厚度增加到一定程度，那么根據公式計算出來的裂縫孔隙度會大大超過油氣田的實測值，與實際嚴重不符。從原理上講，主曲率法的裂縫預測結果往往只適用于巖層受力彎曲變形而派生的縱張裂縫，而對于多數油氣田來講，低滲透儲層裂縫主要為構造擠壓作用下形成的剪切裂縫，即使在西部擠壓盆地一個完整的縱彎背斜構造中，這類縱張裂縫所占的比例也非常小，因而構造主曲率難以反映出一個地區(qū)裂縫的真實分布規(guī)律[60]。因此，單獨采用曲率法進行儲層裂縫的定性或半定量預測具有一定的優(yōu)勢[8182]，但進行定量預測難度較大。McLennan等將曲率和三維應變以及裂縫間距強度（FSI）相結合，采用貝葉斯修正對美國懷俄明州石油山背斜的裂縫進行了多變量綜合定量預測，其結果與實際地質情況對應較好[83]。

2.2.3能量法與巖石破裂法（二元法）

20世紀60年代，Price根據巖石破裂形成裂縫時表面能不斷增加的現象，將發(fā)育于巖石中的裂縫數量與巖石中的應變能作了定性聯系，提出裂縫的發(fā)育程度與儲存在巖石中的彈性應變能成正比[84]。基于上述原理，在20世紀90年代初出現了數值模擬預測裂縫的能量法[23]，此方法采用巖石應變能作為預測儲層裂縫的參數，認為巖石的應變能越高，裂縫越發(fā)育。

巖石破裂法是目前國內油氣田儲層構造裂縫預測的一種常用方法。20世紀90年代，宋惠珍等將基礎地質資料與構造應力場數值模擬進行結合，初步建立了基于有限元數值模擬的巖石破裂法儲層裂縫預測體系[1115，85]。該方法是在構造應力場研究的基礎上，結合巖石的破裂準則計算出巖石的破裂值，然后以單井實測的裂縫數據為約束，采用最小二乘法擬合出巖石破裂值與實測裂縫參數之間的關系式，從而進一步對儲層裂縫發(fā)育規(guī)律進行預測。由于剪切裂縫和張性裂縫通常同時出現，所以必須綜合巖石的剪切破裂準則和拉張破裂準則計算出巖石的總破裂值，然后以此為基礎判斷儲層裂縫發(fā)育的有利區(qū)域及優(yōu)勢方位[8687]。

丁中一等在對吐哈盆地丘陵油田的構造裂縫進行研究時，發(fā)現單獨利用能量法或巖石破裂法進行構造裂縫預測的結果均不能與實際情況較好地對應，但若同時考慮巖石的能量值和破裂值，則可以提高裂縫預測的準確性，因此提出了構造裂縫定量預測的二元法[85]。該方法通過擬合巖石能量值、破裂值與單井裂縫密度實測值之間的函數關系式，在構造應力場分布的基礎上對構造裂縫的分布進行預測；應用實踐表明，利用該方法進行構造裂縫的預測操作簡便，且效果顯著[8687]。

二元法的基本思想較容易理解，實現起來也比較方便，但由于施加在力學模型上的應力載荷是古構造應力場，沒有考慮現今應力場的作用，因此，通常只能得到裂縫線密度的分布，對于現今地應力場影響下的裂縫開度、裂縫孔隙度和裂縫滲透率等參數難以預測，而且由于該方法需要進行二元二次或一元二次擬合，對數據點的個數即井點數量有一定要求，井點數過少的情況下所得到的擬合方程與實際情況可能有較大出入。另外，由于裂縫線密度沒有考慮裂縫的規(guī)模，難以反映儲層裂縫的綜合發(fā)育程度，在油氣田開發(fā)中單純根據裂縫線密度值來判斷儲層裂縫有利發(fā)育區(qū)并不合適，所以二元法仍然是一種半定量預測儲層裂縫發(fā)育程度的方法，而且有一定的局限性。

2.2.4地震法

預測儲層裂縫的地震技術包括橫波分裂法、相干體數據法和地震屬性分析法等[88]。對于裂縫較為發(fā)育的儲層來講，橫波在其內部傳播時會分裂成與裂縫走向平行的快橫波和垂直于裂縫走向的慢橫波（即橫波分裂或橫波雙折射現象），利用檢波器接收橫波數據并進行相關處理，便可以得到裂縫在儲層中的分布情況。張明等認為利用橫波分裂現象預測裂縫的方法主要包括最小熵旋轉法、正交基旋轉法和全局尋優(yōu)法等[89]。多波多分量技術可以直接將快、慢橫波分量進行分離，并從中提取反映裂縫發(fā)育情況的信息，實踐表明利用該方法進行裂縫預測具有良好的效果[52]。相干體數據法形成于20世紀90年代初，對于斷層和巖相變化的解釋效果比較好，因此，在判斷裂縫主控因素的基礎上，可以通過斷層和巖相的解釋成果來預測裂縫的有利發(fā)育區(qū)[16]。

地震屬性系指直接從地震數據中獲取的幾何學和統計學分析的定量參數[90]。目前的地震數據處理技術可以從地震資料中提取諸如頻率、振幅能力、均方根振幅、曲率等地震屬性[16]。與其他屬性相比，曲率屬性在儲層裂縫的識別方面更具優(yōu)勢。1994年，Lisle將曲率屬性引入到地質學領域[91]，隨后這一技術在地質學領域得到越來越廣泛的應用。王雷等利用曲率屬性法對柴達木盆地昆北地區(qū)某區(qū)塊的裂縫發(fā)育帶進行了預測，并對不同曲率屬性的特點進行了分析對比，指出識別裂縫有利發(fā)育區(qū)的最優(yōu)曲率屬性是最正曲率和最負曲率，同時指出曲率屬性法是識別裂縫發(fā)育區(qū)的有效方法，但不能單獨作為評價標準，必須結合其他屬性分析方可提高裂縫預測的精度[92]。Baytok等將曲率屬性與三維地震振幅數據、螞蟻追蹤屬性以及井壁成像測井相結合，對儲層裂縫發(fā)育強度的空間差異性及巖性對儲層裂縫分布的控制作用進行了分析，取得了較好的效果，但同時也指出，由于地震頻率特性隨深度而變化，并且頻率本身也會發(fā)生衰減，所以往往會出現與儲層裂縫強度無關的地震屬性差異[93]。

此外，縱波檢測技術、VSP資料、巖相高分辨率地震反演、廣義希爾伯特變換等方法也可用于儲層裂縫的預測[16]。

2.2.5分形分維法

分形分維的有關理論認為，巖石的破裂過程具有自相似性，裂縫和斷層均具有分形特征，僅在尺度上有所不同[94]，斷層組合的展布特征與巖芯裂縫密度分布之間具有明顯的相關性，因此，可以在斷層組合分布規(guī)律研究的基礎上，利用斷層組合的分維值對儲層裂縫在三維空間上的發(fā)育情況進行定量預測[95]。鄔光輝等對塔里木盆地中部地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖裂縫的研究表明，裂縫的密度越大，分布越雜亂，延伸長度越大，彎曲程度越高，則相應的裂縫分維值也越高[95]。馮陣東等在利用分形分維法評價克拉2氣田的儲層裂縫時指出，裂縫線密度與斷層的分維值之間呈正相關關系，并且斷層對裂縫發(fā)育的控制作用局限在一定范圍[96]。斷層的規(guī)模越大，則單條斷層所釋放的構造應力就越大，不利于次級斷層的形成，對斷層附近裂縫帶的貢獻也比較有限；斷層密度大但規(guī)模較小的區(qū)域，構造應力可通過多條斷層釋放，若斷層間距足夠小，那么相鄰斷層所控制的裂縫發(fā)育帶可能出現疊加，使得裂縫比較發(fā)育。采用分形分維法預測裂縫也有一定的前提條件，即研究區(qū)的斷層發(fā)育程度要較高，這一方面決定于研究區(qū)本身的斷層發(fā)育情況，另一方面還受制于地震資料的構造解釋精度。

2.2.6構造應力場數值模擬法

構造應力場數值模擬法是目前預測油氣田儲層裂縫分布的常用方法。天然構造裂縫通常是在構造應力的作用下產生的，并且一般取決于裂縫形成時期的古構造應力，因此，裂縫空間分布規(guī)律的預測可歸結為古構造應力場的反演問題。古構造應力場的反演具有多解性，由于地質體的力學性質和邊界條件等均屬于未知，所以必須借助合適的力學模型來進行模擬分析、反復驗證和逐步逼近。構造應力場分析一般采用有限單元法，其基本原理是天然裂縫能夠以基于永久形變的地質力學模型來解釋或反映[80]，因此，可以在褶皺形變力學和巖石斷裂力學分析的基礎上，以研究區(qū)的斷裂展布和構造形跡為依據，采用非線性有限元技術來對研究區(qū)在地質歷史時期中的構造應力場進行反演，并將數值模擬結果與庫倫莫爾準則或格里菲斯準則結合，即可對儲層裂縫的分布規(guī)律進行預測或評價。

構造應力場與儲層構造裂縫的三維有限元數值模擬是數學、力學和地學相互滲透與有機結合的系統，全過程是地質模型、力學模型和數學模型相互制約的過程[97]。大量研究表明，低滲透儲層中的裂縫往往以高角度構造裂縫為主，其形成與分布受構造部位、地層深度、儲層巖性及巖石組分、孔隙流體、巖層厚度、地層結構和沉積微相等諸多地質因素的共同控制。因此，從影響儲層構造裂縫形成與發(fā)育的地質因素入手，在構造裂縫形成時期古構造應力場數值模擬的基礎上，結合巖石破裂準則和單井裂縫描述成果，是目前定量預測構造裂縫分布規(guī)律的有效手段[1]。汪必峰等利用裂縫表面能理論、巖石應變能理論及能量守恒定律，通過選取合適的巖石破裂準則，建立了古今應力場與儲層構造裂縫參數之間的定量數學關系模型，該模型已應用到中國東、西部多個含油氣區(qū)塊的儲層裂縫定量預測上，取得了良好的效果[98105]。

就目前來看，通過建立研究目標區(qū)塊的地質模型和力學模型，利用構造應力場數值模擬方法進行儲層裂縫預測具有良好的理論基礎，是一種比較可靠的儲層裂縫預測方法。但由于該方法需要在建立精細地質模型和符合實際的巖石力學參數場以及施加合理邊界條件的基礎上，才能盡可能準確地對儲層裂縫的空間分布進行定量預測，而現有的技術條件和軟件環(huán)境還很難完全達到上述要求，所以該方法的儲層裂縫預測精度仍然非常有限，特別是在面對復雜地質條件下的儲層裂縫預測仍有很大難度。

2.2.7多參數判據法

閆相禎等在預測江蘇油田某區(qū)塊的裂縫時，利用優(yōu)化反分析方法獲得目標區(qū)地應力場的分布，并考慮儲層巖石的多軸應力狀態(tài)，提出了儲層裂縫預測的多參數判據法[106]。該方法采用基于多個巖石材料參數建立的破壞曲面作為邊界條件，通過研究應力狀態(tài)函數與破壞曲面間的相互關系對儲層裂縫的發(fā)育情況進行預測分析，并根據關鍵井點處的實測裂縫參數計算出儲層平面內各點處的裂縫密度。該方法采用了多個巖石強度參數作為巖石破裂準則，對儲層裂縫的預測比單參數巖石破裂準則具有更高的精度。結果表明，儲層裂縫的體密度與發(fā)育指數的常用對數之間具有較好的線性關系。

2.3小結

儲層裂縫的定量預測方法還有灰色評判法、構造有限變形轉動場法、人工神經網絡法、模糊聚類法、構造濾波分析法和裂縫間距指數法等[5960]。

目前來看，儲層裂縫的各種預測方法都有其自身的優(yōu)勢，但又不可避免地存在一定的缺陷或局限性，難以真正滿足勘探開發(fā)的需求。中國的含油氣盆地（尤其是西部前陸盆地）一般都經歷了多期構造運動，從而造成儲層裂縫的多期疊加，而目前對于多期裂縫預測的研究仍然較為薄弱；另一方面，目前所進行的儲層裂縫預測都是針對張性裂縫和剪切裂縫進行的，對于具有過渡性質的裂縫（如壓扭裂縫、張剪裂縫等）和非構造裂縫（如成巖收縮裂縫、溶蝕裂縫等）還不能很好地預測[24]。此外，對于致密礫巖、火成巖、泥頁巖和碳酸鹽巖儲層裂縫的預測方法仍然相對較少，難以達到理想的預測效果。

同時，由于影響儲層裂縫發(fā)育的因素很多，在不同研究區(qū)或者同一研究區(qū)的不同構造部位和演化階段，儲層裂縫的發(fā)育特征可能有較大差異，所以單獨采用某一種方法進行儲層裂縫預測往往難以做到與實際相符。李志明等指出，儲層裂縫的研究方向是不斷進行方法和技術的創(chuàng)新，結合多學科的研究成果，最大限度地發(fā)揮不同方法的特長，并進行多方法的綜合應用，從而形成一套完整有序的儲層裂縫預測研究體系[59]。

3儲層裂縫研究的幾個關鍵問題

3.1裂縫的分布預測與精細表征

裂縫發(fā)育的復雜性提高了儲層裂縫的研究難度。曾聯波等指出，在儲層裂縫研究中需要重點解決的問題有裂縫形成機理及其地球物理響應機理、地質測井地震多學科綜合的裂縫預測與定量評價方法、不同類型與非均質性巖層裂縫分布定量模型、高精度裂縫及其滲流網絡的定量預測與評價體系、裂縫與基質孔隙之間的相互作用和匹配關系以及裂縫與地應力之間的相互耦合關系等[1]。徐會永等認為，復雜巖性組合地層（如砂泥巖互層）的裂縫預測以及多期次構造應力場作用下多期裂縫的參數定量表征是目前亟待解決的理論問題，并總結出今后裂縫研究的重點發(fā)展方向是構造沉積耦合對裂縫發(fā)育的控制作用的深入分析、基于巖石損傷力學理論的裂縫形成機制研究、多因素作用下的非線性復合巖石破裂準則和本構關系的建立以及應力應變和裂縫參數之間的線性或非線性定量關系模型的建立，從而實現儲層裂縫三維空間展布的精細表征[107]。

3.2裂縫的動態(tài)參數

目前來講，對于儲層裂縫參數的描述及預測主要側重于油田開發(fā)初期的裂縫靜態(tài)參數，但在注水開發(fā)過程中，由于巖石基質的滲透性較差，注入流體不易在井底擴散，導致地層能量補給困難，地層壓力快速下降，裂縫面受到的有效應力增大，進而導致裂縫開度和裂縫滲透率下降，即所謂裂縫的應力敏感性或壓力敏感性。裂縫的應力敏感性直接影響著低滲透油藏開發(fā)后期的方案調整和開發(fā)效果，因此，開展裂縫應力敏感性研究，對于低滲透油藏的開發(fā)具有十分重要的意義[108109]。曾聯波等將這種隨著油氣田開發(fā)而發(fā)生變化的裂縫參數稱為裂縫動態(tài)參數，并指出裂縫動態(tài)參數的評價及其預測方法對低滲透油藏的開發(fā)管理具有重要的理論與應用價值，其變化規(guī)律是低滲透油藏開發(fā)后期井網調整的重要地質依據[1]。目前，對于裂縫性儲層的應力敏感性研究仍然相對較少，沒有形成相對完善的評價體系，因此，裂縫性儲層的應力敏感性將是裂縫性油氣藏開發(fā)中有待突破的新課題。

3.3裂縫三維地質建模

隨著裂縫性油氣田開發(fā)的需要，儲層裂縫的三維地質建模逐步成為儲層裂縫領域的研究熱點，這也是裂縫的地質研究與油藏工程的結合點[110]。儲層裂縫的三維地質建?？煞譃榈刭|式建模和油藏式建模兩類。地質式建模主要是對儲層裂縫空間發(fā)育規(guī)律的抽象表述，較側重于地質分析，而油藏式建模則是為了對油氣田開發(fā)起指導作用，主要采用地表露頭區(qū)觀測、三維地震資料和成像測井數據建立地下儲層裂縫參數的三維數據體，從而直接用于裂縫性油藏數值模擬[111]。在裂縫性油氣田的開發(fā)中，主要應用的是油藏式建模，相關軟件有Petrel、FracMan及FracFlow等，然而由于相關技術和方法需要進一步發(fā)展和完善，特別是單井裂縫參數描述與井間裂縫預測方法的有機結合尚不成熟，所以能真正滿足開發(fā)需要的裂縫三維地質建模仍然是一個有待解決的問題。

3.4小結

總的來看，目前儲層裂縫的研究重點逐漸由勘探向開發(fā)轉變，因此，儲層裂縫的空間分布預測與定量表征、動態(tài)參數和三維地質建模是目前儲層裂縫研究的熱點。但油氣田開發(fā)中儲層裂縫相關工作的開展，必須以明確儲層裂縫的成因、演化和主控因素為基礎，只有在明確儲層裂縫的成因、演化及主控因素的基礎上，才能選擇相應方法和軟件進行儲層裂縫的預測，并進一步應用在開發(fā)中。就目前來講，這些基礎工作并不能說已經非常成熟，特別是在西部盆地（如塔里木盆地、四川盆地、鄂爾多斯盆地等）中，由于地質條件的復雜性和構造運動的多期性，導致儲層裂縫的成因、演化與主控因素相對于東部盆地更為復雜，所以在今后的儲層裂縫研究中，仍然要重視這些基礎工作，不能忽視其重要性。

4結語

（1）巖芯和薄片的裂縫分析是儲層裂縫研究的基礎，測井資料、相似地表露頭區(qū)、地震資料和生產動態(tài)資料分別反映了儲層裂縫在剖面、平面、三維空間的分布規(guī)律和隨時間的變化情況，上述幾個方面共同組成了儲層裂縫識別技術“點線面體時間”的多維綜合體系。

（2）儲層裂縫的定性預測主要根據裂縫發(fā)育程度與構造部位和巖性的關系，常用的定量預測方法包括曲率法、能量法與巖石破裂法（二元法）、分形分維法、構造應力場數值模擬法等，儲層裂縫的有效預測需綜合多種方法方能實現。

（3）儲層裂縫的分布預測與精細表征（包括多學科綜合的裂縫預測評價、多期次裂縫的參數定量表征等）、裂縫的動態(tài)參數（即裂縫的應力敏感性）和裂縫三維地質建模（包括地質式建模和油藏式建模）等方面是目前儲層裂縫研究的關鍵問題。參考文獻：

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