总结7-储层裂缝研究之二
通常所说的宏观裂缝,主要是指其开度大于 50 m 的小裂缝和大裂缝,而微观裂缝一般相当于上述
的显微裂缝。 按照裂缝倾角大小,可分为垂直裂缝(倾角为 70°~90°),倾斜裂缝(20°~70)和水平裂缝(0°~20°),或者将
倾角大于 45°者称为中高角度裂缝,裂缝倾角小于 45°者称为中低角度裂缝。 按缝长度,天然裂缝的划分长裂缝、短裂缝和微裂缝。长裂缝指影响井网格局的大尺度裂缝(50~500m),
表2-1 构造裂缝所占比例
总井数 (口)
31 7 66
Байду номын сангаас比例 (%)
86.1 87.5 90.4
构造缝
剪切缝
总井数 (口)
比例 (%)
25
80.6
5
71.4
55
83.3
31
67.4
30
96.8
135
82.9
115
85.2
张性裂缝
总井数 (口)
比例 (%)
6
19.4
2
28.6
11
16.7
1
3.2
20
14.8
图 2-16 裂缝充填物包裹体均一温度分布频率图 2.2 储层裂缝定量参数的描述 2.2.1 裂缝的组系与方位
裂缝的组系与方向是超低渗透油田开发井网布置的基本参数和依据,也只有在确定裂缝的组系与方位 后,才可分组系对裂缝参数进行定量描述。全面而精确确定裂缝的延伸方向,最好是利用定向取芯。在没 有定向取芯的前提下,本次主要采用现今地磁结合微层面法进行定向。
根据该区裂缝充填物的切割关系看,主要有两期充填序列,反映了裂缝的两期成因,与裂缝充填物的 包裹体测年数据一致。裂缝充填扩张脉包裹体均一温度主要分布在 60℃—80℃,次要为 100℃—130℃ (图 2-16)。在裂缝切割关系与裂缝充填物的包裹体测温基础上,结合野外露头、岩心和薄片裂缝的地 质分析和岩石声发射测试分析,该区延长组特低渗透砂岩储层裂缝主要在燕山期和喜马拉雅期这两期形 成。
不同区带张性裂缝分布较少(表2-1),缝面粗糙不平,裂缝两壁张开且被矿物充填,充填的矿物晶体 垂直于裂缝面,从裂缝壁两侧向中心生长;裂缝尾端具树枝状分叉或具杏仁状结环等特征。
区带
层系
华庆
长63
吴旗
长63
西峰-合水 长6和长8
姬塬油田 堡子湾南
长4+5
合计
岩芯观察
总井数 (口)
36 8 73 46 163
钻遇时可大幅度提高初期产能,如为主向井,很快引起注水单向突进;短裂缝指基本不影响井网格局的天 然裂缝,近井发育时可有效提高单井初期产能(5~50m);微裂缝:指发育规模较小(<5m),影响整个基 质渗透率的方向性,使渗透率出现各向异性。 2.1.2 裂缝的力学性质
按力学性质划分,根据应力的作用方向和裂缝的扩展方向组合,将岩石中构造裂缝的形成划分为三种 扩展型式。Ⅰ型裂缝是垂直于裂缝面及其扩展方向的张应力作用下形成的;Ⅱ型裂缝是由平行于裂缝面和 扩展方向的剪应力形成的;Ⅲ型裂缝则是由剪应力和张应力联合作用下形成的。控制裂缝扩展的应力状态, 可将裂缝按力学性质分为三类:张性裂缝、剪切裂缝以及张剪性复合裂缝。根据163口井的岩心观察统计, 142口井观察到构造裂缝,115口井观察到剪切裂缝,观察到剪切裂缝的井数占观察到构造缝井数的81.0% (表2-1),因此,不同区带裂缝主要表现为构造剪切裂缝。剪切裂缝常表现出雁列式排列(图2-11、图2-12), 在裂缝面上常有明显的擦痕,或者在裂缝面上有矿物充填后因剪切而表现出的阶步等特征,或裂缝中有矿 物充填,矿物晶体的纤维状方向平行裂缝面或与裂缝壁斜交增长甚至弯曲。剪切裂缝产状稳定,缝面平直 光滑,在裂缝尾端常以尾折或菱形结环状消失。
耿8 耿80 耿81 耿83 耿84 耿89 耿96 罗13 罗4 罗43
100.0%
90.0% 80.0% 70.0% 60.0% 50.% 40.0% 30.0% 20.% 10.0%
0
图 2-14 吴旗地区不同井岩心构造裂缝充填频率图
充填 未充填
图 2-15 姬塬不同井长 4+5 裂缝充填频率图 (2)裂缝的形成时期
通过以上坐标转换,天然裂缝中剩磁矢量已转化到地理坐标系下,对于现今地磁偏角 D 和磁倾角 I 相 时有:
tgD=Y0/X0=tg(arctg(Y1/X1)+β ) tgI=Z0/(X02+Y02)=Z1/(X12+Y12) 则β =D-arctg(Y1/X1),为地理坐标系中样品上裂缝走向。 另外,岩心上存在许多微层理面,这些微层理面的产状可以通过地层倾角测井资料反映。因此,在利 用地层倾角测井确定微层面的产状以后,根据岩心上裂缝与微层理面的空间几何关系,同样可以比较准确 地对岩心及其裂缝的延伸方位进行定向。 根据华庆长 63、吴旗长 6、西峰-合水地区长 8、姬塬油田堡子湾南长 4+5 的岩心古地磁定向、薄片 及成像测井分析,并结合延河、铜川和平凉等地表露头资料统计,鄂尔多斯盆地上三叠统延长组超低渗透砂 岩储层分布有东西向、北西—南东向、南北向和北东—西南向 4 组裂缝,但不同方向裂缝发育的程度不同 (或有差异性)。 (1)华庆地区 通过白 478 井等 10 口井成像测井裂缝识别统计结果分析,延长组与长 6 裂缝优势方位为 NEE 向(图 2-17、图 2-18)。通过华庆地区白 180 井等 32 口井古地磁裂缝定向结果分析,长 63 储层裂缝优势方位 为 NEE 向与 NNW 向(图 2-19)。
图 2-17 延长组裂缝优势方位分布图
图 2-18 长 6 裂缝优势方位分布图
图 2-19 白 180 井等 32 口井古地磁裂缝定向 (2)吴旗地区
吴旗地区主要发育 NW 与 NE 向两组与层面近于垂直构造裂缝,为共轭裂缝系统;同时存在其它方向裂 缝系统,如近 SN、近 EW-NEE 向裂缝;与同一变形层下白垩统裂缝观测结果(NE 和 NW 向为主)大致相 同,构造裂缝发育特点相近(图 2-20、图 2-21)。
庄 33 井 2222.5m 图 2-5 构造缝特征
耿 189 2222.5m
图 2-6 白 281 井 1911.5m
图 2-7 耿 239, 2470.9m
与异常高压有关的裂缝通常表现为被碳质或沥青质充填的脉群,表现为宽而短,无规律性(图 2-8)。 它们在垂向范围不超过 1m,脉群内各脉体密集,相互截切或限制。单条石油脉,呈透镜状、薄板状或不 规则状,且末端分叉或不分叉,逐渐变细尖灭或截然终止于其它脉体上;宽度主要在 0.2-2m 范围,最大 可达 6mm;受岩芯揭露的限制,长度相对短小,一般为数毫米至数厘米;具有各种倾角,其中以与层面近 平行且近水平者为主。脉体的分布明显受到岩性和地层层面的制约,多数脉体具有与层理大致平行的趋势。 脉体主要集中发育在一些颗粒粒度较粗的岩层中,并且不同岩性的地层中脉体的平均尺度有所差异。这些 裂缝的形成反映出当时处于高的异常超压状态,地下流体压力达到或超过了静岩压力,与断层带活动或频 繁的地震活动有关。虽然这类裂缝被脉体充填,对储层性能的贡献小,但它们的存在反映了该区曾经经历 过异常高压流体的作用,并对指示油气运移与成藏具有重要的意义。
图 2-11 白 410 井 2168.2m
图 2-12 耿 40 2401.4m
2.1.3 裂缝的期次与形成时期 (1)裂缝的充填性 裂缝中的矿物充填,使裂缝的孔隙体积变小,有效性变差。根据裂缝中矿物的充填程度,一般可分为全充 填、半充填和局部充填三种类型,反映其充填程度由强变弱,有效性由差变好。根据岩芯和薄片裂缝统计, 华庆长 6 裂缝充填情况:约占 30.%,吴旗长 6 裂缝充填情况:约占 69.66%,堡子湾南长 4+5 裂缝被矿物 充填者占 13.6%(图 2-13~图 2-15),其中以方解石充填为主,占 10.9%,石英占 2.7%,表明大多数裂缝 为有效裂缝。吴旗地区(7 口井 12 个点)薄片中 65%(13/20 条)的微裂缝被充填。合水长 8 薄片中无充填 微裂缝 55.5%被填充。微裂缝以泥炭质和方解石充填为主,裂缝连通性较差;裂缝大多不平直;溶孔发育。充 填矿物主要为方解石和石英,主要为半充填或局部充填,全充填者甚少,被矿物充填的裂缝的主要分布在 砂泥互层的粉砂岩中,而含油性好的细砂岩裂缝极少见矿物充填。
在实验室内,首先建立 oxyz 样品相对坐标系,将 x 轴样品所在地层投影做为 x1 轴,再建立 O1X1Y1Z1 层面坐标系,则 oxy 面与 O1X1Y1 面的夹角θ 为 x 轴的夹角,即样品所在地层倾角。在得出剩磁矢量在样
品坐标系下各轴的分量(X,Y,Z)以后,将 x、z 轴绕 y 轴顺时针旋转θ ,即得到样品在层面坐标系下的 磁化矢量分量(X1,Y1,Z1)为:
100.0% 80.0% 60.0% 40.0% 20.0% 0.0%
高角 斜交 低角
图 2-13 华庆地区不同井长 63 裂缝充填频率图
华631 白209 白270 白150 白166 白191 白410 白411 白162 元177 元281 元295 元285 白140 白280 白281 白239
图 2-9 粒内缝和粒缘缝
图 2-10 穿粒缝。(A)庄 13,(B)西 19,(C)庄 42,(D)庄 13 根据裂缝的规模大小,一般可将裂缝分为宏观裂缝和微观裂缝。所谓宏观裂缝是指在岩心或手标本上 肉眼能清晰识别的裂缝。而微观裂缝是指肉眼无法识别,必须依靠显微镜才可识别的裂缝。 通过对有关油田大量裂缝研究总结,结合砂岩储层的特征和实测统计结果,提出了适应于低渗致密砂 岩储层的裂缝分四级:大裂缝:开度>100μm;小裂缝:开度为 50~100μm;显微裂缝:开度为 10~50μm; 毛细管裂缝:开度<10μm。
(A )
(B )
(C )
(D )
图 2-3 平凉策底镇剖面延长组 (A)北东和北西向裂缝,(B)北东向裂缝,(C) 北西向裂缝限制南北向裂缝,(D)东西裂缝的 菱形结环。