川西新场地区须二气藏天然裂缝分布综合预测及评价（上）

2012-10-29毕海龙谢润成邓虎成

物探化探计算技术 2012年6期

毕海龙，周文，谢润成，邓虎成

（1.成都理工大学能源学院，四川成都 610059；2.中国石化东北分公司，沈阳长春 130062；3.油气藏地质及开发工程国家重点实验室，四川成都 610059）

0 前言

新场气田位于四川省德阳市以北约20km，西邻孝泉气田，东接东泰～合兴场气田，西南距马井气田40km，南距洛带气田80km［1］。该气田须二层段自X851获高产工业气流以来，陆续在L150、X853、X856、X2等井获得了工业气流，从而表明了该气藏良好的开发前景［1］。但川西深层须家河组须二段储层基质致密、物性差，孔隙度多介于2%～4%之间，基质渗透率以小于0.1×10－3μm2为主。储层有效裂缝发育属于裂缝～孔隙型储层，通过近些年的开发实践表明了气藏产能差异大，其中天然裂缝是影响高产的一个关键因素［2］。前人叶泰然、黎华继、吴满生等［1、3、4］主要基于地球物理方法对研究区断裂带进行了预测，但限于物探资料分辨率的问题，小尺度裂缝的预测精度难以把握，同时对裂缝主控因素、成因及期次的认识不够明确。因此作者在本文需要在对新场地区须二气藏天然裂缝发育特征、主控因素研究的基础上，采用地质力学的方法来进行天然裂缝的分布预测及评价工作，为该区须二气藏的合理有效开发提供依据。

1 裂缝发育基本特征

通过对新场地区须二层段钻井、岩心、测井裂缝特征认识及野外相似露头区的调查结果进行归纳，其裂缝特征主要表现在以下几个方面。

（1）岩心及成像测井描述裂缝以高角度缝和垂直缝为主，低角度斜交缝次之，水平缝少见。发育北东、北西、近南北和东西向四个裂缝组系，其中以东西组系向裂缝最为发育，北东向和近东西向组系裂缝次之。

（2）岩心钻遇裂缝长度主要分布在10cm～20cm、20cm～30cm之间，野外露头上裂缝横向延伸长度为40cm～500cm，纵向延伸长度为20cm～110cm，裂缝发育限制于岩层内，一般不具穿层性，为中等规模裂缝。岩心、成像测井统计裂缝线密度为0.05 条／m～0.8 条／m，平均为0.29条／m，裂缝发育程度为中～高。

（3）裂缝主要以发育在中砂岩～细砂岩及中砂岩中为主，分别占统计裂缝总数的39.53%及24.03%，其次为细砂岩、中粗砂岩和泥质粉砂岩，粗砂岩中发育相对较少。

（4）裂缝充填程度低，主要以未充填和半充填裂缝为主，充填裂缝主要以方解石充填为主，见少量石英和有机质充填；垂直缝和高角度缝有效程度高，低角度斜交裂缝有效程度低。

（5）裂缝张开度集中分布在 0.1mm～0.2mm、1.0mm～2.0mm，其中未充填缝宽度均小于0.6mm，半充填缝宽度均大于1.0mm，全充填缝主要分布在1.0mm～2.0mm区间。裂缝张开度越大裂缝充填程度相对越高，对应其形成的时间越早。

（6）薄片下微观裂缝主要有应力改造破裂缝、溶蚀缝等几种类型，其产状以定向～半定向缝、粒缘缝、粒内缝（晶间缝、解理缝）为主（见图1），其宽度小于0.01mm，长度小于2mm，面孔率一般小于0.5%，往往与孔隙沟通充当喉道作用。

2 裂缝发育主控因素分析

2.1 岩层厚度对裂缝发育的控制

室内岩石力学模拟实验表明，在岩石参数和负载条件相同的条件下，薄岩层比厚岩层更容易破裂［5］。根据成像测井裂缝识别结果，分岩性段统计裂缝发育密度与岩层厚度之间关系表明，二者之间呈现明显的负相关趋势，表明岩层厚度越大，裂缝线密度值越小（见下页图2）。岩层厚度是该区裂缝发育一个后面重要控制因素。

2.2 构造变形对裂缝发育的控制

当岩石受构造应力挤压时，会沿某一方向发生弯曲（初始情况是无弯曲的岩层），中性面以上部位承受拉张应力而形成张裂缝［5、6］。新场地区位于川西构造活动强烈区，从目前的构造来看，局部具有一定的变形强度［4］。通过对各井点常规测井解释裂缝结果对应构造变形曲率的统计来看，基于常规测井解释裂缝发育指数（裂缝发育段／地层厚度）与构造曲率之间具有明显的正相关关系，相关系数为0.37，其偏低的原因主要是受该区断层发育的影响（见下页图3）。但从目前新场地区须二地层的形态来看，其局部变形强度是存在的，因此在构造变形区，构造变形对裂缝的发育具有明显的控制作用。

2.3 断层对裂缝发育的控制

由于断层本身是裂缝逐渐发展的产物，其形成过程往往也会在其附近形成共生或伴生裂缝，因此断层附近裂缝的发育往往与断层息息相关［7］。从新场地区须二顶部的构造图上的断层发育情况来看，断裂走向复杂，主要为近SN、NE、EW向，均为逆断层，规模较大的断层主要为SN及EW向，断裂横向延伸距离一般小于5km，断距一般低于50 m，均切穿了须二地层（见下页图4）。前人研究认为，由断层共生或伴生裂缝系统常常与断层之间的距离有一定的相关关系，即裂缝发育程度与距离断层的距离呈负相关关系，其关系类型往往因断层规模、类型呈现出指数关系、对数关系、幂函数关系等。通过对新场地区须二单井裂缝发育程度与断层之间距离的统计关系来看，裂缝发育指数与EW向断层距离呈现较好的负指数相关关系（见下页图5），相关系数达到0.86；而与SN向断层距离呈现负对数相关关系，相关系数达到0.68（见下页图6）。

图1 新场地区须二段微观裂缝主要类型Fig.1 Main micro－fracture types in 2nd Xu member，Xinchang area

在图6中，XC8井为异常点，与所处强构造变形区有关。因此从断层的控制作用来看，研究工区断层发育，断层是其附近裂缝发育及分布的主要控制因素。

2.4 其它控制因素

岩性不同其强度不同，在同样的应力环境中，破裂程度也存在差异，新场须二段中～细砂岩、中～粗砂岩的岩石抗张强度相对较低，平均为5.87 MPa，细砂岩的岩石抗张强度平均为10.14MPa，泥岩的岩石抗张强度为9.50MPa。抗压强度及弹性模量测试结果亦表明，中砂岩的岩石抗压强度及弹性模量比细砂岩相对要低，而且泥岩的弹性模量是相对最高（见后面图7）。这表明在相同地质力学环境下，粒度粗的岩石相对于粒度细的岩石更容易产生破裂，野外露头样品测试结果也得此结论。

另外，根据岩石力学参数与岩石体积密度之间的关系可以看出，随着岩石密度的增加，岩石抗张、抗压参数具有正相关关系（见后面的图8和图9）。这表明随着岩石密度的降低，岩石破裂应力越低，更易产生破裂。所以相对而言，如果应力环境相同，这种致密砂岩地层中相对低密度层（如物性相对好岩层）比高密度层跟容易破裂。

综上所述，新场地区须二段中天然裂缝的发育是受岩层厚度、构造变形强度、断层、岩性、物性等多方面因素综合影响和控制的。相对而言，岩层厚度、构造变形强度、断层是新场地区须二段天然裂缝发育的重要控制因素，因此应该主要考虑这三个因素来指导后续裂缝的综合预测及评价工作。