富臺(tái)油田巖心裂縫研究

鄒 娟，戴俊生，商 琳，田 博

(1.中國(guó)石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東青島266580;2.中國(guó)石油冀東油田公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，河北唐山063004;3.中海石油 (中國(guó))有限公司湛江分公司，廣東湛江524057)

裂縫研究是目前構(gòu)造油氣藏勘探的重點(diǎn)。裂縫的識(shí)別方法有多種，如:巖心裂縫識(shí)別、相似野外露頭類比、薄片微觀裂縫識(shí)別等地質(zhì)方法［1］及各種測(cè)井、地震識(shí)別裂縫方法［2～4］，其中巖心觀測(cè)是最直觀、最可靠的裂縫識(shí)別方法。通過(guò)巖心觀測(cè)，可以描述出裂縫的幾何特征 (長(zhǎng)度、開(kāi)度、產(chǎn)狀)、充填特征、力學(xué)性質(zhì)等，進(jìn)而可計(jì)算裂縫的密度、孔隙度等參數(shù)，對(duì)裂縫的形成期次也可以有一個(gè)基本的認(rèn)識(shí)。但由于機(jī)械和人工因素影響，取心過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一些人工裂縫，在巖心觀測(cè)中應(yīng)該剔除［5］。本文以富臺(tái)油田為例，選取具有代表性的幾口鉆井的巖心柱子，通過(guò)對(duì)巖心裂縫參數(shù)的統(tǒng)計(jì)，分析富臺(tái)油田裂縫發(fā)育特征，指導(dǎo)油氣勘探。

1 裂縫識(shí)別

天然裂縫主要識(shí)別標(biāo)志:①多被礦物、瀝青、泥質(zhì)等不同程度充填［6］;②裂縫面常見(jiàn)擦痕、階步、反階步等，可據(jù)此指示斷面兩側(cè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向;③裂縫具有明顯的組系關(guān)系，同一期構(gòu)造應(yīng)力作用下產(chǎn)生的裂縫多呈平行或者共軛關(guān)系;④裂縫具有向?qū)觾?nèi)延伸性。

富臺(tái)油田南北與二臺(tái)階斷層、埕南斷層相鄰，內(nèi)部包含多條北東東向、近南北向斷層［7］。研究區(qū)內(nèi)鉆采了車古20、201、202、203、204、205等井巖心。各取心井全部為非定向取心，因此在進(jìn)行巖心裂縫識(shí)別時(shí)需要先將巖心歸位。主要采用地層傾角測(cè)井資料對(duì)巖心進(jìn)行定向，在構(gòu)造比較完整、地層產(chǎn)狀比較穩(wěn)定的沉積巖區(qū)，巖層層面傾向與地層傾角測(cè)井圖上所反映的構(gòu)造產(chǎn)狀是一致的，將巖心上層面傾向與構(gòu)造產(chǎn)狀對(duì)應(yīng)，進(jìn)行巖心歸位［8］。對(duì)研究區(qū)各口井進(jìn)行巖心裂縫識(shí)別，發(fā)現(xiàn)該區(qū)發(fā)育多期裂縫，常被不完全充填，裂縫多呈共軛剪切關(guān)系，可見(jiàn)網(wǎng)狀縫等 (見(jiàn)圖1)。

圖1 富臺(tái)油田巖心裂縫Fig.1 Core fractures in Futai oilfield

2 裂縫參數(shù)測(cè)量與統(tǒng)計(jì)

識(shí)別天然裂縫及對(duì)天然裂縫定向后，就可對(duì)有關(guān)裂縫參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。巖心裂縫參數(shù)主要包括裂縫的產(chǎn)狀、長(zhǎng)度、開(kāi)度、密度、充填、力學(xué)性質(zhì)等。

2.1 裂縫產(chǎn)狀

2.1.1 裂縫走向

裂縫走向是巖心裂縫觀察統(tǒng)計(jì)過(guò)程中的重要參數(shù)，通過(guò)分析裂縫走向，繪制裂縫走向玫瑰花圖，可以判斷造縫期古應(yīng)力場(chǎng)的方向。研究區(qū)內(nèi)車古201井中主要發(fā)育一組北西—南東和北東—南西走向的共軛剪裂縫及接近東西走向的裂縫，其中北東—南西走向裂縫占優(yōu)勢(shì);向北過(guò)渡到車古203井，主要發(fā)育一組北西西—南南東和北東—南西走向共軛剪裂縫，以北西西—南南東走向裂縫更為發(fā)育;車古205井中主要發(fā)育一組北西西—南南東和北北東—南南西走向共軛剪裂縫，以北西西—南南東走向裂縫更為發(fā)育，另外發(fā)育近東西走向的裂縫。因此富臺(tái)油田在近南北向拉張作用下，主要發(fā)育一組北東—南西和北西—南東走向共軛剪裂縫，其中北部地區(qū)北西—南東走向占優(yōu)勢(shì)，南部地區(qū)北東—南西走向裂縫更為發(fā)育，另外全區(qū)發(fā)育少量近東西走向的裂縫 (見(jiàn)圖2)。

2.1.2 裂縫傾角

依據(jù)裂縫傾角相對(duì)大小將裂縫分為水平縫 (傾角小于10°)、低角度斜交縫 (傾角10°—40°)、高角度斜交縫 (傾角40°—70°)和垂直縫 (傾角大于70°)等4類［9］。富臺(tái)地區(qū)發(fā)育裂縫幾乎全為垂直縫，偶見(jiàn)高角度斜交縫，低角度縫、水平縫基本不發(fā)育 (見(jiàn)圖3)。

2.2 裂縫開(kāi)度

圖2 富臺(tái)油田巖心裂縫走向Fig.2 Core fracture strike in Futai oilfield

圖3 車古203井取心井段裂縫發(fā)育綜合柱狀圖Fig.3 Comprehensive histogram of core fractures in the Well Chegu 203

裂縫開(kāi)度反映裂縫的規(guī)模，依據(jù)肉眼能否識(shí)別可將裂縫分為宏觀裂縫 (開(kāi)度大于0.1 mm)和微裂縫 (開(kāi)度小于0.1 mm)。巖心自地下取至地面，由于應(yīng)力釋放，會(huì)導(dǎo)致裂縫開(kāi)度增大，因此巖心裂縫開(kāi)度需要修正。先將巖心觀察中的視開(kāi)度bs校正為地表的真開(kāi)度b，再將裂縫在地表的真開(kāi)度校正為裂縫在地下的真開(kāi)度bu，公式為［10］:

式中θ為測(cè)量面與裂縫面的夾角，(°)。

富臺(tái)潛山裂縫開(kāi)度主要分布在0.6～0.8 mm，開(kāi)度大于1.0 mm和開(kāi)度在0.2～0.4 mm的裂縫發(fā)育也較多，開(kāi)度小于0.2 mm的裂縫發(fā)育較少 (見(jiàn)圖4)。

圖4 富臺(tái)油田裂縫開(kāi)度分布直方圖Fig.4 Histogram of fracture aperture in Futai oilfield

2.3 裂縫密度

裂縫密度分為線密度、面密度和體密度。裂縫線密度是單位長(zhǎng)度巖心觀測(cè)到的裂縫的條數(shù)，數(shù)值上等于裂縫間距的倒數(shù);面密度是單位巖心橫截面上裂縫的總長(zhǎng)度，體密度是裂縫總表面積與巖石總體積的比值。裂縫體密度不僅體現(xiàn)了裂縫的孔隙度大小，也反映了裂縫發(fā)育的密集程度，常作為反映裂縫發(fā)育程度的定量指標(biāo)，公式為:

式中:Dvf為裂縫體密度，m2/m3;Stf為裂縫總表面積，m2;Vt為巖心總體積，m3。

富臺(tái)油田發(fā)育裂縫基本為垂直縫，因此:

式中:Li為裂縫走向長(zhǎng)度，m;Ci為裂縫傾向長(zhǎng)度，m［11～12］。

本文在富臺(tái)地區(qū)觀測(cè)車古201、203、205井巖心總計(jì)約110 m，共觀測(cè)到裂縫1000多條，各井裂縫平均線密度約為10條/m，面密度平均在2～3 m/m2，體密度為5～10 m2/m3。其中北部地區(qū)裂縫密度較大，體密度平均為9～10 m2/m3;南部地區(qū)相對(duì)較小，裂縫體密度約為5 m2/m3(見(jiàn)表1)，即富臺(tái)油田北部較南部地區(qū)裂縫更為發(fā)育。

表1 裂縫密度統(tǒng)計(jì)表Table 1 Statistical data of fracture density

2.4 裂縫充填情況

受周圍環(huán)境等影響，裂縫常不同程度地被不同物質(zhì)充填，對(duì)裂縫充填情況的研究是判斷裂縫成因及有效性的關(guān)鍵。裂縫按開(kāi)啟程度及充填程度可分為閉合縫、張開(kāi)縫、半充填縫及全充填縫;按充填物類型，又可分為鈣質(zhì)充填、泥質(zhì)充填、碳質(zhì)充填等［13］。富臺(tái)地區(qū)裂縫大多為半充填縫，基本為鈣質(zhì)充填，其中以方解石充填為主，也可見(jiàn)少量白云石充填，泥質(zhì)、碳質(zhì)等罕見(jiàn) (見(jiàn)圖5)。

圖5 富臺(tái)油田裂縫充填物性質(zhì)分布頻率直方圖Fig.5 Histogram of fracture fillings in Futai oilfield

2.5 裂縫力學(xué)性質(zhì)

按照裂縫形成的力學(xué)條件，構(gòu)造裂縫可分為剪切裂縫、張性裂縫和張剪性縫［14］。裂縫的力學(xué)性質(zhì)在巖心觀察中通過(guò)裂縫面、充填物及脈體生長(zhǎng)情況可以初步判斷。一般張性裂縫縫面彎曲、不光滑，高傾角，常被較高程度充填，剪切縫則相反。富臺(tái)地區(qū)發(fā)育裂縫縫面平直、光滑，裂縫中常見(jiàn)階步、反階步、擦痕等，多為方解石半充填縫，主要為剪性縫。

3 結(jié)論

富臺(tái)潛山發(fā)育大量構(gòu)造裂縫，根據(jù)巖層產(chǎn)狀對(duì)巖心進(jìn)行定向，發(fā)現(xiàn)主要發(fā)育一組北東—南西和北西—南東走向共軛剪裂縫，北部地區(qū)北西—南東走向占優(yōu)勢(shì)，南部地區(qū)北東—南西走向裂縫更為發(fā)育，同時(shí)可見(jiàn)近東西走向裂縫。裂縫基本為近垂直的剪切縫，開(kāi)度多為0.6～0.8 mm，以方解石半充填為主，體密度基本在5～10 m2/m3，北部較南部裂縫密度偏大，裂縫更為發(fā)育。

［1］ 曾聯(lián)波，李躍綱，王正國(guó)，等.邛西構(gòu)造須二段特低滲透砂巖儲(chǔ)層微觀裂縫的分布特征 ［J］.天然氣工業(yè)，2007，27(6):45～47.ZENG Lian-bo，LI Yue-gang，WANG Zheng-guo，et al.Distribution of microfractures in ultralow permeability sandstone reservoirs of the second Member of Xujiahe Formation(T3x2)in Qiongxi structure［J］.Natural Gas Industry，2007，27(6):45 ～47.

［2］ Nelson R A.Geologic analysis of naturally fractured reservoirs［M］.Houston:Gulf Publishing Company，1985:23～27.

［3］ 劉勝建.FMI成像測(cè)井在車古20潛山裂縫儲(chǔ)層評(píng)價(jià)中的應(yīng)用［J］.油氣地球物理，2003，1(2):47～50.LIU Sheng-jian.FMI imaging logging in the evaluation of Chegu 20 buried hill fracture reservoir［J］.Petroleum Geophysics，2003，1(2):47 ～50.

［4］ 劉振峰，曲壽利，孫建國(guó)，等.地震裂縫預(yù)測(cè)技術(shù)研究進(jìn)展［J］.石油物探，2012，51(2):191～198.LIU Zhen-feng，QU Shou-li，SUN Jian-guo，et al.Progress of seismic fracture characterization technology ［J］.Geophysical Prospecting for Petroleum，2012，51(2):191～198.

［5］ 戴俊生，汪必峰.綜合方法識(shí)別和預(yù)測(cè)儲(chǔ)層裂縫［J］.油氣地質(zhì)與采收率，2003，10(1):1～2.DAI Jun-sheng，WANG Bi-feng.Integrated approach of identifying and predicting fracture in reservoir［J］.Petroleum Geology and Recovery Efficiency，2003，10(1):1 ～2.

［6］ 袁士義，宋新民，冉啟全.裂縫性油氣藏開(kāi)發(fā)技術(shù)［M］.北京:石油工業(yè)出版社，2004:23～24.YUAN Shi-yi，SONG Xin-min，RAN Qi-quan.Fractured reservoirs development technology ［M］.Beijing:Petroleum Industry Press，2004:23 ～24.

［7］ 童亨茂，鄭磊.三維地震資料在古應(yīng)力場(chǎng)反演和裂縫預(yù)測(cè)中的應(yīng)用——以勝利油田富臺(tái)潛山為例 ［J］.地質(zhì)科學(xué)，2007，42(1):45～57.TONG Heng-mao，ZHENG Lei.Applications of 3D seismic data in pale-tectonic stress field backward modeling and fissures prediction:a case study from the Futai buried hill，Shengli oilfield ［J］.Chinese Journal of Geology，2007，42(1):45 ～57.

［8］ 戴俊生，李理.油區(qū)構(gòu)造分析［M］.東營(yíng):石油大學(xué)出版社，2002:142～143.DAI Jun-sheng，LI li.Structural analysis of oil province［M］.Dongying:Petroleum University Press，2002:142～143.

［9］ 黨犇，趙虹，付金華，等.鄂爾多斯盆地沉積蓋層構(gòu)造裂縫特征研究［J］.天然氣工業(yè)，2005，25(7):14～16.DANG Ben，ZHAO Hong，F(xiàn)U Jin-hua，et al.Characteristics of structural fractures in sedimentary strata of E’erduosi Basin ［J］.Natural Gas Industry，2005，25(7):14 ～16.

［10］ 汪必峰.儲(chǔ)集層構(gòu)造裂縫描述與定量預(yù)測(cè) ［D］.青島:中國(guó)石油大學(xué) (華東)，2007:64～78.WANG Bi-feng.Description and quantitative predication of reservoir tectoclase［D］.Qingdao:China University of Petroleum(East China)，2007:64～78.

［11］ 戴俊生，李理.油區(qū)構(gòu)造分析［M］.東營(yíng):中國(guó)石油大學(xué)出版社，2002:54～77.DAI Jun-sheng，LI Li.Structural analysis of oil province［M］.Dongying:Petroleum University Press，2002:54～77.

［12］ 商琳.富臺(tái)碳酸鹽巖潛山多期裂縫發(fā)育規(guī)律研究［D］.青島:中國(guó)石油大學(xué) (華東)，2014:14～29.SHANG Lin.Research on developing regularity of multiperiod structural fractures in futai carbonate buried hill［D］.Qingdao:China University of Petroleum(East China)，2014:14～29.

［13］ 白斌，鄒才能，朱如凱，等.四川盆地九龍山構(gòu)造須二段致密砂巖儲(chǔ)層裂縫特征、形成時(shí)期與主控因素［J］.石油與天然氣地質(zhì)，2012，33(4):526～535.BAI Bin，ZOU Cai-neng，ZHU Ru-kai，et al.Characteristics，timing and controlling factors of structural fractures in tight sandstones of the 2ndmember of Xujiahe Formation in Jiulong Mountain structure，Sichuan Basin ［J］.Oil＆Gas Geology，2012，33(4):526～535.

［14］ 曾聯(lián)波，漆家福，王永秀.低滲透儲(chǔ)層構(gòu)造裂縫的成因類型及其形成地質(zhì)條件［J］.石油學(xué)報(bào)，2007，28(4):52 ～56.ZENG Lian-bo，QI Jia-fu，WANG Yong-xiu.Origin type of tectonic fractures and geological conditions in low-permeability reservoirs［J］.Acta Petrolei Sinica，2007，28(4):52～56.