十屋油田营城组储层裂缝特征及有效性分析

宋文燕 (西南石油大学资源与环境学院,四川成都60500)

王继文 (长庆油田第三采油技术服务处,宁夏银川750006)

苏培东,秦启荣,甘学启 (西南石油大学资源与环境学院,四川成都60500)

十屋油田位于吉林省公主岭市境内,其构造形态为1个大型断鼻构造,属于梨树断陷的次1级构造单元。梨树断陷在形成的过程中,经历了多次不同类型、不同方位、不同性质的构造运动,其裂缝组系十分发育。十屋油田营城组属于低孔低渗储层,储层非均质性强,裂缝对储层的储集和渗流能力具有重要影响。研究区勘探程度较高,钻井控制程度也比较高,但是由于其复杂的地质背景及多类型的成藏系统,很难清楚掌握十屋油田营城组不同构造位置的裂缝实际发育程度以及裂缝的类型、产状、充填情况、发育期次等。为此,笔者充分利用研究区基础地质资料,结合岩心观察、测井数据等,对十屋油田营城组的裂缝特征及有效性进行了系统分析。

1 储层裂缝特征

1.1 裂缝产状

利用成像测井、地层倾角测井、岩心观察方法确定裂缝产状。研究表明,该区主要发育北东向(48±12°)、近南北向 (10±15°)、北西向 (320±12°)3组裂缝,局部发育近东西向 (285±15°)裂缝。依据裂缝倾角将裂缝分为水平缝 (＜15°)、低角度裂缝 (15～45°)、高角度裂缝 (45～75°)、直劈缝 (＞75°)。十屋油田营城组储层直劈缝最多,接近50%,其次是高角度缝,而水平缝和低角度斜交缝相对较少 (见图1)。

图1 十屋油田营城组储层裂缝倾角分布直方图

1.2 裂缝充填情况

通过岩心观察,发现裂缝多被半充填或全充填,所占比例分别为37.8%和32%。总体来说,高角度裂缝的充填程度相对高一些,特别是直立裂缝,大部分被全充填或者半充填,加上部分未充填裂缝在地层中处于闭合状态,这样会对流体的流动作用产生一定影响。

裂缝充填物主要以方解石为主,其次是泥质,然后是碳质 (包括煤),沥青充填物最少。

1.3 裂缝力学性质与开度分析

不同性质的岩石受力后产生破裂的情况不一样,这主要是受岩石力学性质差异的影响,通常裂缝的力学性质是决定其开启或闭合的主要因素[1,2]。通过岩心观察发现,剪切缝是研究区的主要裂缝,其缝面平直光滑,可见擦痕、阶步,其中发育1组近南北向和北西西向的共轭剪切缝,同时还发育1组北东向和北西向的高角度剪切缝。扭张缝也是研究区的主要裂缝类型之一,其中部平直粗大,两端弯曲、细小,其原因主要是早期的压应力场转化为晚期的压扭应力场的结果。

图2 十屋油田营城组井下岩心裂缝开度分布图

研究发现,储层裂缝开度变化范围较大,从0.1mm到50mm都有分布,但岩心裂缝开度以1mm以下为主,其次是1～2mm,其它宽度裂缝相对较少。特别需要指出的是,研究区内宽度大于5mm的裂缝占相当的比例,说明裂缝开度变化较大 (见图2);另外一方面,未充填的裂缝从岩心观测的宽度看往往要大于地下实际裂缝宽度,而充填裂缝虽然宽度大,但其有效性差。因此,对于裂缝宽度等资料要谨慎使用。

图3 十屋油田营城组SN55井岩心

1.4 裂缝发育期次

通过观察岩心,发现至少发育3组裂缝切割 (见图3)。根据切割关系来看,这3组裂缝形成的先后顺序是①②③。再根据裂缝中充填的方解石不同,可判断研究区裂缝至少有3个发育期次,这与构造运动期次相吻合。

通过对研究区进行构造解析和岩心观察,并结合区域构造运动史,确认该区主要发育4期裂缝,其中明水组沉积末期构造运动只对早期裂缝进行了改造(见表1)。

表1 十屋油田裂缝期次划分

1.5 裂缝发育程度

根据裂缝岩心观测结果的统计结果,取长度和密度的权重积值作为裂缝发育程度系数 (长度/密度=8/2),然后对裂缝发育程度进行分析。研究表明,各井裂缝发育程度分布不均,一般位于研究区小宽断裂和其他几条大断裂附近。从整体上看,该区裂缝的低角度缝和高角度缝在小宽断裂附近最为发育(见图4)。

图4 十屋油田营城组储层裂缝发育程度

2 裂缝有效性

裂缝在储层中主要有储集和渗流的作用[3,4]。十屋油田营城组储层裂缝十分发育,但只有那些为数较少的非封闭裂缝 (即有效裂缝)决定着液体的流动。因而在油气生产开发的过程中,充分利用裂缝的有效性来保证油气田的开采速度和采出程度至关重要[5]。笔者在总结前人研究成果的基础上,从构造运动、现今地应力2方面对研究区储层裂缝的有效性进行分析。

2.1 构造运动

研究区储层裂缝大部分是在早期 (营城组、登娄库组沉积末期)构造运动中形成的。营城组期的构造运动是断陷阶段演化鼎盛时期的一次小规模构造反转运动[6],造成各断陷盆地不同程度的隆升和地层剥蚀。在北西-南东向压应力的作用下,研究区储层发育一组近南北向 (10±15°)和北西西向(290±15°)高角度共轭剪切缝和北西向 (330±15°)张裂缝,并在小宽断裂附近发育北东向 (45±15°)低角度伴生剪切缝。近南北向 (10±15°)高角度共轭剪切缝在早期充填、晚期扩张,为高角度直立的半充填缝或者全充填缝,其有效性较好;北西西向 (290±15°)高角度共轭剪切缝发育程度较弱;北东向 (45±15°)低角度伴生剪切缝在小宽断裂附近发育比较密集,在断裂活动的各个时期都有形成 (或者改造),该裂缝密度大、充填实、闭合性好。

2.2 现今地应力

现今构造应力的方向与裂缝延伸方向的关系对裂缝的开启程度有明显影响,其主要表现是当裂缝面与最大主应力方向垂直时,会使裂缝的张开度减小甚至闭合。与现代应力场最大主应力方向平行的裂缝由于受相对拉张作用,其开度最大,连通性最好,渗透率也最高;与现代应力场最大主压应力方向斜交的裂缝,其渗透性介于两者之间,但随着交角增大,其渗透性变差[7]。

图5 十屋油田营城组现今地应力方向

十屋油田营城组区域最大水平主应力方向为270～280°(即近东西向)(见图5)。在现代应力场作用下,近东西向裂缝的开度最大,即该组裂缝的渗透率最大,而近南北向裂缝的开度和渗透率最小。因此,在油田开发中以近东西向裂缝中流体的渗流速度最快,其动态反应最明显,而近南北向裂缝中流体的渗流速度最慢,其动态反应不明显;北西向和北东向裂缝渗流速度和动态反应介于上述2组裂缝之间。由于储层中裂缝渗透率的各向异性,在开发井网部署时,要充分考虑不同组系裂缝的渗流作用。根据上述分析,可适当加大东西方向的井距。

3 结 论

1)十屋油田营城组储层裂缝发育主要为北东向、近南北向和北西向,以高角度缝和直劈缝为主。裂缝多被半充填或全充填,充填物主要为方解石,其次为泥质、碳质。有效储层段裂缝以剪切缝和扭张缝为主,裂缝开度变化较大。

2)早期构造运动中形成的南北向高角度剪切缝、晚期构造运动中形成的北东向和北西向高角度剪切缝以及扭张性裂缝有效性较好。近东西向构造裂缝导流能力最强,为最有效裂缝组系。

[1]王允诚,周文,朱永铭,等.裂缝性致密油气储集层[M].北京:地质出版社,1990.

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[3]王平.含油盆地构造力学原理[M].北京:石油工业出版社,2001.

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[5]孙贻铃,王秀娟.朝阳沟油田构造裂缝及其有效性研究[J].大庆石油地质与开发,2005,24(1):33-34.

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