第２７卷 ２００５ 第５期 １０月 西南石油学院学报
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｖｏ１．２７ Ｎｏ．５
０ｃｔ ２Ｏｏ５
文章编号：１０００—２６３４（２００５）０５—００１４一ｏ４
储层裂缝预测研究现状与展望 苏培东 ，秦启荣２，黄润秋 （１．成都理工大学环境与土木工程学院，四川成都６１００５９；２．西南石油学院资源与环境工程学院，四川成都６１０５００）
摘要：储层裂缝研究是裂隙性油田勘探开发的一个难点。通过对目前国内外储层裂缝预测研究方法的概括小结，对 其今后的研究方向进行了展望，并指出对储层裂缝孔隙度、渗透性及裂缝有效性方面的预测研究是今后储层裂缝预 测的重点。 关键词：储层裂缝；预测；现状；展望 中图分类号：ＴＥｌ １２．２ 文献标识码：Ａ
引 言 随着石油天然气资源的开发利用，常规孔隙性 油气藏储量日益减少，开发难度逐渐增大，石油与天 然气勘探方向逐渐由浅部转向深部、由常规油气藏 转向特殊油气藏。 国外一些盛产石油的国家也逐渐重视致密低渗 透岩石中裂缝性储层的研究。据美国能源部预测： 在２０１０年前，约２０％的天然气将产自碳酸盐岩和致 密砂岩等裂缝性储层；在２０３０年以前，美国国内一 半以上的天然气产量将来自低渗透的裂缝性储层。 在国内，今后一段时期内，致密储层中的裂缝性 油气藏将是主要勘探开发目标。目前在四川、华北、 长庆、塔里木、克拉玛依、胜利、吉林、辽河、青海、玉 门等许多油田都发现了裂缝性油气田。裂缝性油气 藏的储集体几乎都是致密岩体，其共同的特点是基 质孔隙度和渗透率都很低，如四川油气的主要产 层一二叠茅口组灰岩，其基质孔隙度大多低于１％， 基质渗透率甚至小于０．１×１０一 ｍ 。在这样致密 的岩体中，如果没有裂缝的储集和导流作用，不可能 形成有效的油气藏和高产油气流。 裂缝性油气藏勘探、开发的最大难点，是对储层 岩体中裂缝发育程度和分布范围的预测。目前在国 内各油田用于裂缝探测（地震、测井）、研究的费用， 每年在５０亿元以上，但由于缺乏有效的预测手段， 对裂缝发育分布研究不准确而使油气井钻探和油气 田开发方案达不到预期目的而造成的间接损失难以 完全统计。如克拉玛依的小拐油田，因对裂缝预测 研究认识不足，油田建设投入的数十亿元资金基本 上全部落空 。 裂缝（特别是地下岩体中的裂缝）分布复杂、规 律性差，又受到观测、探测手段以及研究方法的限 制，所以对这个题目的研究国内外起步都较晚。但 从５０年代末期，以来，随着世界上裂缝性油气藏的 不断发现，关于裂缝的研究工作在国内外地质界逐 渐开展起来，并取得了一系列成果，为进一步深入研 究奠定了良好的基础。 １ 国外研究现状 １９６８年，Ｇ Ｈ Ｍｕｒｒｙ将构造横剖面看作弯曲的 “梁”，用几何方法导出了剖面曲率值与裂缝孔隙度 之间的计算公式，对裂缝作了初步定量研究【ｌ‘ 。 １９７１年，他进行了关于构造主曲率和裂缝发育关系 的研究¨引。１９８２年日本的Ｍａｓａｎｏｂｕ Ｏｄａ引进裂隙 张量来研究各向异性裂隙岩体的孔隙性指数。８０ 年代初，Ｐｒｏｆ Ｄｒ Ｉｎｇ Ｔ Ｖａｎ Ｇｏｌｆ—Ｒａｃｈｔ才撰写了关于 裂缝油藏工程的专著【加Ｊ，基本形成了裂缝型储层研 究的理论和方法，但专著却不是针对裂缝本身的研 究。 上世纪７０年代，随着分形几何学概念的提出，
｝收稿日期：２００４一ｌＯ—ｌ４ 基金项目：四川省重点学科建设项目（ＳＺＤ０４１４）。 作者简介：苏培东（１９７３一），男（汉族），四川眉山人，在读博士研究生，主要从事岩土工程、构造应力场模拟、裂缝预测方面的科研与教 学工作。
维普资讯 http://www.cqvip.com 第５期 苏培东等： 储层裂缝预测研究现状与展望 ｌ５ 国外学者逐渐把这一理论引入储层裂缝研究领域。 １９８０年Ｐ Ｌ Ｇｏｎｇ Ｄｉｌｌａｎｄ从理论上证明分形理论可 用于碳酸盐岩地区裂缝的研究，并介绍了用分形理 论建立裂缝分布的实际模型。随后，Ｂａｒｔｏｎ Ｃ Ｃ （１９８５） 、Ｔ Ｈｉｒａｔａ（１９８９）［４７ ３、Ｔｈｏｍａｓ ａｎｄ Ｂｌｉｎ— ｌａｃｒｏｉｘ（１９８９）、Ｖｅｌｄｅ Ｂ ａｎｄ Ｄｕｂｏｅｓ Ｊ（１９９０，１９９９） ［４３－４４ ＪＭａｉｎ（１９９０）等人又把这一理论用于其他岩石 裂缝的研究，并在断层几何形态的描述、裂缝数与裂 缝长度、裂缝宽度和密度、裂缝平面分布等研究方面 取得了较大进展。１９９５年，Ｂａｒｔｏｎ Ｃ Ｃ通过研究认 为，当裂缝的分维Ｄ大于１．３４，裂缝就能构成互相 渗流的裂缝网络 。 除了理论上的发展外，国外专家学者在储层裂 缝的识别上也作出了突出的贡献。９０年代后，国外 在裂缝的测井识别、地震识别上取得了长足的进步。 测井方面新方法和新设备主要体现在：电磁测向仪、 ＣＴ扫描仪、微Ｌａｍｂｄａ测井、环形声波测井、成像测 井（ＦＭＩ）、全井眼地层微电阻率成像（ＦＭＩ）、ＤＳＩ偶 极横波成像仪和井下电视仪（ＢＨＴＶ）等，这些方法 和设备能测量出储层裂缝的倾角、走向、宽度、长度、 视孑Ｌ隙度，以及裂缝的充填与开启程度，甚至能识别 出微裂缝及亚微观裂缝。 ２国内研究现状 国内对储层裂缝研究工作开展得较早，技术手 段处于较先进的水平，具体表现在以下几个方面： ２．１ 定性分析和生产经验总结的预测裂缝方法 ５０年代后期，四川油气田的地质工作者根据构 造形态特征和断层部位等构造组合特征，提出寻找 裂缝的“一钻一沿”（即布置油气井位置时要钻褶皱 构造的高点，沿褶皱的长轴），“三钻三沿”（钻高点、 沿长轴，钻鞍部、沿扭曲，钻鼻突、沿断裂），“三打三 不打”（打凸不打凹，打拱不打弯，对断层打上盘不 打下盘）等经验方法。这种方法主要是基于构造特 征定性分析和生产经验总结的预测裂缝方法。 ２．２ 利用测井手段和地震信息识别和预测裂缝 ８０年代以来，由于国际交流与合作加剧，国内 大量引进了国外先进的仪器和设备。在引进国外先 进技术与设备的同时，国内专家学者也在数据的处 理上有所发展，如在分析处理地震ｓ波分析资料上， 国外提出了旋转法（Ａｎｄｏ，１９８３）、偏振法（Ｃｒａｍｐｉｎ， １９８５）、旋转相关法（Ｂｏｗｍａｎ，１９８７）和纵横比法 （Ｓｍｉｔｈ，１９８９）四种方法，而在国内也相应提出了四 种方法，即最大似然法、最大特征向量法、波形算法 和自适应慢ｓ波法。 利用测井和地震手段来识别裂缝，准确地说不 能叫预测裂缝。同时测井与地震识别裂缝费用也 高，且存在多解性，很难对裂缝进行准确的定量预 测。 ２．３ 非线性理论方法检测和识别地下裂缝 和国外一样，非线性理论也主要应用分形理论、 神经网络等技术方法对裂缝进行检测和识别，但总 体来说也不成熟。如１９９２年赵阳升在研究煤岩体 裂缝分布规律后指出，小尺寸岩体与大尺寸岩体裂 缝数存在一种自相似性。１９９５年彭仕宓等利用分 形理论对柴达木盆地南翼山Ｅ３２储层裂缝进行了预 测，指出裂缝发育与构造及断层有着直接关系。 ２．４根据构造应力的分析研究预测裂缝 构造应力作用是裂缝形成的根本原因，根据对 构造应力研究来预测裂缝的发育分布，应该是裂缝 预测的主要方向。国内不少学者对此问题作过探 索，但对于构造应力的求解方式，构造应力与裂缝的 关系问题上，以及相关方法的适用性方面，也存在较 大分歧或问题。 １９８２年和１９８８年，成都理工大学曾锦光教授先 后提出了“应用构造面主曲率研究油气藏裂缝问 题”和“用屈曲薄板模拟纵弯褶皱的力学模型”，建 立了分析褶皱应力场的计算方法。随后在１９９４年 他建立了断层古应力场解析计算方法，从而提出了 断层裂缝系统分布的预测方法 Ｊ。这些工作，为 用力学理论来解决裂缝预测问题提供了一个良好的 开端。但由于其基础或理论依据过于理想化，所使 用的解析计算方法在实际应用中存在的问题，实际 使用效果不太理想。 上世纪８０年代末到９０年代初，随着计算机技 术的发展，构造应力的研究和数值模拟计算取得了 重大进展，国内的殷有泉 ＂］、陈子光 、安欧 、宋 惠珍 培］、黄润秋 驯和秦启荣 。 等人在这一领域 里做了大量的工作，推动了相关学科的发展。 ９０年代末至今，越来越多的人开始从构造应力 场的角度应用数值模拟方法研究裂缝的定量预测， 但这些工作大都是针对单个构造进行，或是仅为储 层渗流的目的来研究裂缝 Ｊ。而系统、全面地从 理论角度研究应用构造应力场进行裂缝定量预测的 工作却开展很少。而且，这些研究也都还停在定性 与半定量上，对裂缝的有效性、孔隙度进行预测更是
维普资讯 http://www.cqvip.com １６ 西南石油学院学报 ２００５拄 很少。２００２年，秦启荣、苏培东等人在对川中公山 庙构造构造应力场有限元数值模拟中对裂缝孔隙度 和渗透性进行了初步探讨 。 ３储层裂缝预测研究展望 ３．１ 现有储层裂缝识别与预测方法 和手段存在的缺点与不足 （１）在裂缝识别的方法中，目前还没有一种方 法能单独有效地用于裂缝预测。相对而言，岩芯与 地面露头裂缝观察虽然准确，但却很难由点到面，由 浅到深地准确推演；测井方法较地震方法成熟、有 效，应用也更广泛。但用测井或地震来识别裂缝，其 成本也较高，且存在多解性。 （２）在裂缝预测方面，由于地质因素变化的多 样性，用于裂缝预测的理论都存在简单化、理想化的 特点。 （３）在现有裂缝预测工作中，几乎都是定性的 预测。所谓的定量，也只不过是用一个简单的数据 对一个区域的裂缝发育程度进行分区而已。 （４）裂缝产状及空间分布规律在石油勘探与开 发中有着重要意义，有关这一方面研究工作却做得 相对较少。 （５）裂缝的定量预测主要体现在裂缝孔隙度和 渗透率上，而目前在这方面的研究工作做得较少。 ３．２储层裂缝识别与预测方法和手段展望 裂缝预测的主要内容包括预测裂缝的平面与垂 直分布规律，预测裂缝的产状，以及裂缝孔隙度与渗 透率的预测。从理论角度看，构造应力是形成裂缝 最主要的影响因素，因此构造应力（包括古构造应力 和现代地应力）分析应该是裂缝预测的根本途径。 根据现今储层裂缝识别与预测中存在的不足，可以 从以下几方面进行改进与发展： （１）改变以往裂缝识别过程中采用单一技术方 法的不足。在提高测井与地震技术设备精度的同 时，也应加强岩芯和地表露头裂缝的观察。岩芯和 地表露头裂缝数据可以验证裂缝识别与预测的精 度。 （２）由于构造应力场是裂缝形成的主要影响因 素，所以通过构造应力场来预测裂缝应该是有效的 方法。而非线性理论在裂缝预测中也有积极意义， 其预测结果可以和构造应力场有限元模拟结合使 用。 （３）裂缝与构造关系研究：由于构造运动持续 时间的长期性与多期性，在构造应力的聚积和构造 变形的过程中，常有局部伴生或派生应力产生，可能 产生不同类型裂缝，而这些裂缝的性质、规模、产状 等因所处的构造部位、形成时间的不同而有较大的 差异，从而增加了对裂缝预测的难度，所以详细地研 究裂缝与构造运动的关系，是运用构造应力场数值 模拟的基础。 （４）裂缝发育程度的定量化评价标准问题：裂 缝发育程度的定量评价至今没有一个统一的标准， 而影响裂缝发育的因素多，各因素间关系复杂，因此 裂缝定量评价标准的制定还有较大的难度，但裂缝 孔隙度与渗透性应该是最好的两个定量指标。 （５）裂缝形成后的成岩后生改造问题：地质历 史时期形成的裂缝可能因充填而闭合，或是被溶蚀 而扩大，所以在裂缝有效性方面的预测也应该是发 展方向；同时，裂缝的有效性与孑Ｌ隙度与渗透率也息 息相关。