王 珂，杨海军，张惠良，李 勇，张荣虎，杨学君，王俊鹏

(1. 中国石油 勘探开发研究院，北京 100083； 2. 中国石油 塔里木油田公司，新疆 库尔勒 841000；3. 中国石油 杭州地质研究院，浙江 杭州 310023)

在深层(>4 500 m)-超深层(>5 000 m)碎屑岩储层中，由于强烈的成岩压实作用和胶结作用，储层变得极为致密，即使存在溶蚀作用和异常流体高压，其基质孔隙度一般也不超过10%，渗透率不超过1.0×10-3μm2，难以构成高效的渗流系统，因此构造裂缝是改善储层物性和提高油气产能的重要因素[1-4]。中国东西部诸多裂缝性致密砂岩油气藏的勘探开发实践表明，构造裂缝虽然对于提高致密砂岩储层孔隙度贡献较小(一般<0.5%)，但可以使储层渗透率呈数量级式的增大(1～3个数量级甚至更高)，表明构造裂缝对油气的开发具有重要影响[5-10]。因此，致密砂岩储层构造裂缝的相关研究受到国内外地质学家的普遍重视。前人通过岩心、野外露头、成像测井、地震数据和试井数据等多种资料和曲率法、构造应力场数值模拟法、分形分维法等多种方法对致密砂岩储层构造裂缝的成因演化、分布规律和影响因素进行了大量研究，有效指导了裂缝性油气藏的勘探工作[3-13]。然而对于已进入开发阶段的油气藏，仅仅明确构造裂缝的分布规律已难以满足实际生产需求，还需要对构造裂缝的有效性进行评价，从而为开发措施的制定与调整提供更有效的地质依据[14]。

构造裂缝的有效性主要包括裂缝的张开程度和充填程度两个方面[14-15]。完全充填的构造裂缝通常为无效裂缝，无效裂缝不但无法提高储层的储集空间和渗流能力，反而会起到渗流屏障的作用；未被完全充填的裂缝一般为有效裂缝，有效开度(未被充填的开度)越大，裂缝对提高储层储集空间和渗流能力的贡献就越大。因此，系统评价构造裂缝的有效性，对致密砂岩储层“甜点”的预测及开发措施的制定具有重要指导作用。虽然前人针对构造裂缝的有效性开展了大量研究，但总体而言，该项研究仍处于探索和发展阶段[15]。

克深8气藏是塔里木盆地库车坳陷的一个大型裂缝性致密砂岩气藏，其主力含气层系白垩系巴什基奇克组为典型的裂缝性致密砂岩储层，构造裂缝对天然气的开发具有重要影响[16]，系统开展储层构造裂缝特征分析及有效性评价，对该气藏的高效开发具有一定的指导意义。因此，本文利用岩心、成像测井以及单井无阻流量等资料，分析克深8气藏巴什基奇克组构造裂缝的特征、形成序列和影响因素，并对平面有效性和纵向有效性进行评价，明确有效裂缝的有利分布区，以期为该气藏的开发提供一定的地质依据。

1 地质背景

克深8气藏位于塔里木盆地库车坳陷克拉苏构造带上(图1)，是克深区带的众多高效气藏之一，北部为克深2气藏，南部为克深9气藏，整体表现为一个呈近东西向长条形展布的长轴背斜(图2)，天然气资源丰富，总地质储量约为1 600×108m3。

克深8气藏钻遇地层自上而下依次为第四系(Q)，新近系库车组(N2k)、康村组(N1-2k)、吉迪克组(N1j)，古近系苏维依组(E2-3s)、库姆格列木群(E1-2km)和白垩系巴什基奇克组(K1bs)，部分井钻至白垩系卡普沙良群(K1kp)的巴西改组(K1bx)。克深8气藏具有优质的生储盖组合，天然气主要来源于中下侏罗统和中上三叠统的湖沼相泥岩和煤系地层，平均厚度约为600 m，具有强大的生烃能力；主要含气层系为下白垩统巴什基奇克组的致密砂岩储层，是一套以粉砂岩、细砂岩为主的辫状河三角洲前缘和扇三角洲前缘沉积[17]，平均厚度约为320 m；巴什基奇克组上覆地层为古近系库姆格列木群的膏盐层，平均厚度约为510 m，是一套优质的区域性盖层。研究区侏罗系-下白垩统为连续沉积，晚白垩世的构造抬升剥蚀使研究区普遍缺失上白垩统，下白垩统也遭受一定程度的剥蚀[18]，造成巴什基奇克组与上覆库姆格列木群(E1-2km)呈角度不整合接触，与下伏下白垩统卡普沙良群的巴西改组(K1bx)整合接触。巴什基奇克组储层埋深大于6 700 m，且具有超高温、超高压、超低孔渗的“三超”特征，按照沉积旋回和岩性组合将其自上而下划分为7个砂层组，其中第1—第5砂层组为辫状河三角洲前缘亚相，第6—第7砂层组为扇三角洲前缘亚相。储集空间以残余原生粒间孔和粒间溶蚀扩大孔为主，岩心实测基质孔隙度为4%～8%，基质渗透率约为0.001×10-3～0.1×10-3μm2。岩心观察及成像测井解释显示，克深8气藏巴什基奇克组构造裂缝十分发育，试井解释渗透率为5×10-3～116×10-3μm2，远高于基质渗透率，表明构造裂缝的存在极大地改善了储层的渗流能力，是控制该气藏高产的重要因素。

2 构造裂缝特征与形成序列

2.1 构造裂缝特征

图1 库车坳陷克深8气藏构造位置与气藏剖面Fig.1 Structural location and gas pool profile of Keshen-8 gas pool,Kuqa Depressiona.库车坳陷构造单元;b.克深8气藏构造位置;c.克深8气藏地层剖面

图2 库车坳陷克深8气藏巴什基奇克组顶面构造Fig.2 Top structure of K1bs in Keshen-8 gas pool,Kuqa Depression

岩心观察表明，克深8气藏的构造裂缝以直立缝(倾角≥75°)和高角度缝(45°≤倾角<75°)为主(图3)，分别占总裂缝数量的59.5%和40.4%，低角度缝(15°≤倾角<45°)和水平缝(倾角<15°)几乎不发育，仅占总裂缝数量的0.1%；构造裂缝的开度一般在0.1～1.5 mm，最大可达3.0 mm。构造裂缝的整体充填程度不高，根据研究区8口取心井的统计，构造裂缝的平均充填率约为27%，充填物主要为硬石膏和少量白云石，部分充填裂缝重新裂开，并且与未充填缝共存，表明该区至少发育2期构造裂缝(图3c)。

图3 库车坳陷克深8气藏巴什基奇克组岩心构造裂缝Fig.3 Structural fractures in cores from K1bs in Keshen-8 gas pool,Kuqa Depressiona.克深802井，埋深7 235.9 m，高角度张性裂缝，硬石膏和白云石全充填；b.克深8003井，埋深6 778.5 m，高角度张性裂缝，硬石膏和白云石全充填；c.克深802井，埋深7 236.5 m，一条高角度全充填张性裂缝重新裂开和一条高角度无充填剪切裂缝，代表了至少2期构造裂缝；d.克深8-8井，埋深6 863.5 m，直立剪切裂缝，硬石膏和白云石半充填；e.克深8井，埋深6 738.4 m，直立剪切裂缝，无充填；f.克深8-11井，埋深7 369.5 m，多条直立剪切裂缝，无充填；g.克深8-11井，埋深7 371.6 m，直立剪切裂缝，无充填；h.克深8004井，埋深7 008.4 m，直立剪切裂缝，无充填；i.克深8004井，埋 深6 998.9 m，直立张性裂缝，无充填；j.克深8-8井，埋深6 864.7 m，直立张性裂缝，无充填

图4 库车坳陷克深8气藏巴什基奇克组微观构造裂缝Fig.4 Microscopic structural fractures of K1bs in Keshen-8 gas pool,Kuqa Depressiona.克深8井，埋深6 873.6 m，岩屑长石砂岩，缝宽约0.1 mm；b.克深801井，埋深7 227.3 m，岩屑长石砂岩，缝宽约0.1 mm；c.克深802井，埋深7 235.1 m，沿早期裂缝重新裂开，原缝宽约0.05 mm，新缝宽约0.02 mm；d.克深8004井，埋深7 004.2 m，沿早期渗流砂充填物颗粒重新裂开，原 缝宽约0.25 mm，新缝宽约0.02 mm

构造裂缝在FMI成像测井图像上主要表现为平行式组合和斜交式组合，并且常切穿层理面(图5)，平均线密度为0.2～1.2 条/m，。综合岩心观察及成像测井解释结果表明，克深8气藏的构造裂缝按走向可分为两组，一组与背斜长轴近似平行，主要分布在背斜长轴东西两侧，以张性裂缝为主，另一组与背斜长轴呈大角度相交或近于垂直，主要分布在背斜长轴中部，以剪切裂缝为主(图2)，代表了两种不同力学成因的构造裂缝类型。

2.2 构造裂缝形成序列

构造裂缝的形成通常与主要的构造运动期次相对应，构造演化史分析表明克深地区自中生代以来主要经历了4期构造运动，即晚白垩世—早古新世的燕山运动、晚渐新世—早中新世的喜马拉雅早期运动、晚中新世—早上新世的喜马拉雅中期运动和晚上新世—第四纪的喜马拉雅晚期运动。对于经受多期次构造运动的地区，由于各个期次的构造应力场状态一般具有差异性，因此不同期次的构造裂缝的产状和形态也有明显不同。伸展应力环境下通常形成张开度相对较大的张性裂缝，挤压环境下通常以张开度相对较小的剪切裂缝为主。早期裂缝往往经历多次胶结作用，具有较高的充填程度，并且会限制后期裂缝的形成与扩展。

因此，根据岩心构造裂缝的产状、形态、交切限制关系和充填程度差异等特征，结合区域构造应力场演化，认为克深8气藏主要发育3期构造裂缝(图6)。第1期构造裂缝形成于白垩纪末期和古近纪的近南北向伸展作用，期间有短暂的近南北向挤压作用，水平最大有效构造应力约为35.2～59.9 MPa[19]，主要形成一些近东西向的张性裂缝及少量近南北向的剪切裂缝，裂缝开度大、充填程度高，多数为无效裂缝(图3a，b)，但少数无效裂缝在后期构造应力和异常流体高压作用下重新裂开成为有效裂缝(图3c)；第2期构造裂缝形成于中新世康村组沉积期，这一时期克深8气藏经受近南北向的挤压作用，水平最大有效构造应力约为74.8 MPa[19]，主要形成近南北走向的剪切裂缝，裂缝开度较小，通常为半充填缝，保留了一定的流体渗流能力(图3d)；第3期构造裂缝形成于上新世库车组沉积期，库车坳陷整体经受南天山的强烈逆冲推覆挤压，克拉苏构造带的叠瓦冲断构造样式最终定型，这一时期的水平最大有效构造应力可达80.9 MPa[19]，形成了大量近南北向的剪切裂缝(图3e—h)。同时由于挤压作用使背斜发生强烈弯曲变形，在背斜长轴上形成大量近东西向的拉张裂缝(图3i，j)，这一期的构造裂缝延伸长度大，且基本上未被充填，具有较强的流体渗流能力。并且，第3期构造裂缝与天然气的充注具有良好的匹配关系，其形成时期与天然气大量持续充注的时期相吻合[20]，是克深8工业规模性气藏最终形成的重要因素之一(图4)，也是第3期构造裂缝基本未被充填的一个重要原因。

3 构造裂缝影响因素

断层往往是构造应力的相对集中区，因此越靠近断层，构造裂缝相对越发育[2]。从克深8气藏构造裂缝与距断层距离的关系来看(图7a)，断层对构造裂缝的控制主要局限在0.5 km范围内，当距断层距离大于0.5 km时，构造裂缝受断层的影响已不明显。

图5 库车坳陷克深8气藏巴什基奇克组成像测井裂缝特征Fig.5 Fracture characterization of K1bs in Keshen-8 gas pool with image logs,Kuqa Depressiona.克深8井，一组平行裂缝；b.克深801井，一组斜交裂缝，切穿层理面(红色曲线)；c.克深8-1井，一组平行裂缝；d.克深8-2井，一组平行裂缝，切穿层理面(红色曲线)

图6 库车坳陷克深8气藏构造裂缝形成序列Fig.6 Formation sequence of structural fractures in Keshen-8 gas pool,Kuqa Depression

图7 库车坳陷克深8气藏构造裂缝影响因素Fig.7 Influential factors for developing structural fractures in Keshen-8 gas pool,Kuqa Depressiona.距断层距离;b.岩性;c.岩层厚度;d.沉积微相

岩石类型方面，由于砂岩的脆性较强，在受到构造应力作用时更易产生破裂，因此构造裂缝发育程度一般要高于塑性泥岩，但在钙质、硅质等脆性组分含量较高时，泥岩也可能具有与砂岩相当甚至高于砂岩的构造裂缝发育程度；砂岩越致密、基质孔隙度越低，构造裂缝通常越发育[2]。统计克深8气藏不同岩性的构造裂缝线密度表明，粉砂岩中构造裂缝最发育，线密度约为1.52 条/m，其次为细砂岩和中砂岩，线密度分别为1.01 条/m和0.61 条/m，泥岩中的构造裂缝线密度最低，仅约0.51 条/m(图7b)。

在岩性一致且处于同一构造应力环境的前提下，岩层厚度越小则构造应力相对越集中，岩石发生破裂的概率也就越大，构造裂缝的发育程度越高，相反岩层厚度越大，构造裂缝的发育程度相对越低，但当岩层厚度大于一定值时，构造裂缝与岩层厚度之间不再具有明显的相关关系[21-22]。克深8气藏不同厚度岩层的构造裂缝线密度统计(图7c)表明，构造裂缝线密度随岩层厚度增大而逐渐减小，当岩层厚度大于7.5 m时，二者之间的相关性已不明显。

克深8气藏巴什基奇克组的沉积微相包括水下分流河道微相、水下分流间湾微相和河口坝微相，其中水下分流河道和河口坝以砂岩为主，构造裂缝线密度较高，约为1.24 条/m；而水下分流间湾主要为泥岩，构造裂缝线密度较低，仅约0.58 条/m(图7d)。

4 构造裂缝有效性

4.1 平面有效性

由于背斜高部位变形强烈，储层岩石的破裂程度高，因而背斜高部位的构造裂缝线密度整体高于背斜翼部(图8a)；构造裂缝主要形成于喜马拉雅运动晚期(上新世库车组沉积期)，此时伴随着天然气的强充注，使背斜高部位的地层水向下驱替，避免了地层水矿物的大量析出并充填裂缝，因此背斜高部位的构造裂缝充填程度相对较低，而背斜翼部靠近气水界面，在一定程度上仍受地层水的影响，因此构造裂缝的充填程度整体上略高于背斜高部位(图8b)；背斜高部位的强烈变形使构造裂缝的开度相对较大，并且充填程度低，使得构造裂缝的有效开度整体上高于背斜翼部(图8c)，因此背斜高部位是天然气的高产区，单井无阻流量397×104～523×104m3/d，而翼部产能相对较差，单井无阻流量272×104～328×104m3/d。

图8 库车坳陷克深8气藏单井构造裂缝线密度及有效性Fig.8 Linear density and effectiveness of structural fractures in single well of Keshen-8 gas pool,Kuqa Depressiona.裂缝线密度(成像测井)；b.裂缝充填率(岩心);c.裂缝有效开度(成像测井)

构造裂缝的优势走向与现今水平最大主应力方向的关系也是影响构造裂缝有效开度的一个重要因素。克深8气藏多数井的构造裂缝优势走向与现今水平最大主应力方向近似平行或呈小角度相交，但少数井呈大角度相交或近于垂直(图2)，造成构造裂缝的有效开度降低。例如克深8004井，其构造裂缝充填率为14%，而与其相近的克深8井可达26%，约为前者的两倍，但由于克深8004井构造裂缝优势走向与现今水平最大主应力方向呈大角度相交，造成构造裂缝的有效开度仅为0.246 mm，略低于克深8井的0.275 mm。再如克深8-10井，该井未取心，因此无法通过岩心观察确定构造裂缝的充填率，但根据所处的构造线位置(-7 050 m)推断，可能与克深801井和克深8-11井相近，约为10%～35%，与邻近的克深8-8井大致相当，甚至可能更低；并且其构造裂缝的线密度与克深8-8井也基本相同(图8a)。但测试数据表明克深8-8井的无阻流量为502×104m3/d，而克深8-10井仅为282×104m3/d，虽然该井未采用成像测井解释出构造裂缝有效开度，但从上述数据推断应低于克深8-8井，由图2可见，该井构造裂缝的优势走向与现今水平最大主应力方向呈大角度相交，表明现今构造挤压应力降低了克深8-10井构造裂缝的有效性。

4.2 纵向有效性

由于目的层巴什基奇克组和上覆古近系膏盐层之间不整合面的存在，使储层上部距不整合面一定范围内形成大量的硬石膏和白云石。巴什基奇克组沉积期形成的方解石胶结物也随着埋深增大而向白云石转化[23]。这些硬石膏和白云石可以直接充填于早期裂缝，也可以在后期地层水作用下发生溶解，并在裂缝中再次沉淀胶结，从而形成现今所观察到的硬石膏和白云石充填物。因此构造裂缝充填率主要受储层硬石膏和白云石含量的影响，二者具有较好的吻合性(图9)，高充填率和硬石膏、白云石含量的层段主要集中于距不整合面下方约70 m的范围内。由此可见，不整合面对构造裂缝有效性的控制主要为距不整合面下方约70 m的范围，在该范围内，构造裂缝的充填程度较高，有效性差，不利于天然气在储层中的渗流。

图9 库车坳陷构造裂缝充填率纵向变化特征与储层硬石膏和白云石含量关系Fig.9 Relationship between vertical variation of structural fracture filling ratio and contents of anhydrite and dolomite in reservoirs,Kuqa Depression

构造裂缝的连井剖面(图10)表明，储层上部(第1、第2砂层组)的构造裂缝主要发育在背斜高部位的井，翼部的井中相对不发育，横向连续性不好，并且处于不整合面控制的高充填率段，裂缝有效性差，产能较低。储层中部(第3砂层组)的构造裂缝在不同构造部位均比较发育，横向连续性最好，充填程度也相对较低，形成平面上连片分布的储层“甜点”区，现有开发数据也表明该段地层的产能明显优于其他层段，因此储层中部(第3砂层组)是克深8气藏开发中的重点层位。储层下部(第4砂层组及以下地层)与储层上部有相似之处，构造裂缝主要发育在背斜高部位而翼部相对不发育，横向连续性也较差，裂缝充填率低但开度较小，自然产能相对不高。

由于硬石膏和白云石为难溶矿物，也不易与酸发生反应，因此即使采取酸化措施，提产效果也十分有限。例如在某井厚约47 m的某段地层采用5 mm油嘴测试，完井常规日产量约为30.2×104m3，酸化后日产量仅提高到31.1×104m3。而压裂作业可使开启裂缝开度增大、紧闭裂缝和部分充填裂缝张开，从而增大裂缝的开度渗透率，提高天然气的产能。例如在某井厚约22 m的某段地层采用10 mm油嘴测试，完井常规日产量几乎为0，体积压裂后日产量提高到104.9×104m3。因此，对巴什基奇克组储层的开发措施应以压裂为主，并且优先开发第3砂层组，其次为第4砂层组及以下地层，最后考虑第1、第2砂层组。

5 结论

1) 克深8气藏的构造裂缝以直立缝和高角度缝为主，线密度为0.2～1.2 条/m，开度为0.1～1.5 mm，部分构造裂缝被硬石膏、白云石或渗流砂颗粒充填，平均充填率约为27%；成像测井图像上主要表现为平行式组合和斜交式组合，上新世库车组沉积期形成的第3期构造裂缝有效性最高，并且与天然气充注期吻合，是克深8工业规模性气藏最终形成的重要因素。

2) 断层对构造裂缝的控制主要局限在0.5 km范围内，距断层越近，构造裂缝越发育；不同岩性构造裂缝发育程度粉砂岩>细砂岩>中砂岩>泥岩；当岩层厚度小于7.5 m时，构造裂缝线密度与岩层厚度成反比；构造裂缝在水下分流河道和河口坝微相发育程度较高，在水下分流间湾欠发育。

3) 背斜高部位构造裂缝线密度高，并且充填程度低，有效开度大，因此裂缝有效性好，是天然气的高产区；现今水平最大主应力方位与构造裂缝优势走向呈大角度相交时，会显著降低构造裂缝的有效性。

4) 不整合面对构造裂缝有效性的控制主要集中在距不整合面下方约70 m的范围，在该范围内构造裂缝的充填程度较高，有效性差；第3砂层组的构造裂缝横向连续且有效性好，硬石膏和白云石充填物限制了酸化效果，因此对巴什基奇克组储层的开发措施应以压裂为主，并且优先开发第3砂层组，其次为第4砂层组及以下地层，最后考虑第1、第2砂层组。