川西坳陷大邑构造须三段储层裂缝类型及控制因素

2014-06-17刘崇瑞颜丹平李书兵

断块油气田 2014年1期

刘崇瑞，颜丹平，李书兵

（1.中国石化胜利油田分公司石油开发中心有限公司，山东东营257000；2.中国地质大学（北京）地球科学与资源学院，北京100083；3.中国石化西南油气分公司勘探开发研究院，四川成都610000）

0 引言

低渗透储层中，裂缝是油气运移的主要通道，控制着油气藏的形成与分布［1-5］，对油气成藏起着关键性的作用［6-8］，裂缝的存在可以大大提高储层的储集和渗透能力。

川西坳陷大邑构造须家河组三段典型的低渗透性砂岩储层中，裂缝同样是流体渗流和油气运移的主要通道，控制着该区油气藏的形成与分布［9-14］，但目前对此研究较少，对裂缝的发育特征及控制因素还认识不清。本文通过岩心裂缝的系统观测和岩石力学实验，对该区须三段储层的裂缝类型及发育特征进行描述和分析，探讨了构造裂缝发育的控制因素，为该区裂缝性低渗透油气藏的勘探开发提供依据。

1 区域地质概况

大邑构造位于成都市大邑县城西部，行政隶属于成都市大邑县与崇州市，构造上位于川西坳陷西南部，西邻雾中山-三河场构造，东为什邡-邛崃中央向斜带，北与金马-鸭子河构造斜列相接，南与邛西构造相接（见图1）。图中①为雾中山构造，②为大邑构造，③为火井构造，④为邛西构造，⑤为三河场构造，⑥为平落坝构造。

图1 大邑构造区域构造位置

2 裂缝类型及发育特征

根据岩心观察，该区低渗透砂岩储层裂缝可以分为构造裂缝、成岩裂缝和异常高压裂缝等3 种类型。

2.1 构造裂缝

构造裂缝形成于区域构造应力作用下［15-18］。由于多期构造运动的叠加，该区构造裂缝走向主要有近EW、NEE—SWW、NW—SE 和近SN 4 个优势方位，裂缝延伸较远，分布比较规则（见图2a，2b），对油气的形成与分布影响最大。

2.2 成岩裂缝

成岩裂缝是在岩石形成的过程中，由于上覆岩层的压力和本身失水收缩、干裂或重结晶等作用产生的。受层理限制，成岩裂缝多平行于层面发育，缝面常弯曲，形状不规则，且有分枝现象（见图2c）。成岩裂缝在该区发育程度有限，而且由于埋藏较深，在静岩压力作用下常呈闭合状态，对油气的控制作用较小。

2.3 异常高压裂缝

异常高压裂缝在特定应力状态下形成，而这种应力状态主要是由于异常流体高压形成的。在该区，异常高压裂缝通常表现为被碳质或沥青充填的裂缝脉群，裂缝脉群以近水平者为主，且与层面近平行。单条缝脉大多呈透镜状、薄板状或不规则状，末端分叉或不分叉，逐渐变细尖灭或截然终止，多条缝脉互相交织呈网状（见图2d）。裂缝脉群的分布明显受到岩性和层面的制约，多数脉体具有与层面近平行的趋势，在该区主要发育在中粒砂岩和粗砂岩中。由于异常高压裂缝反映了该区曾经经历过异常高压的作用，对认识该区油气成藏过程与成藏规律具有重要意义。

图2 大邑地区岩心裂缝

3 裂缝发育的控制因素

通过岩心观察认为，成岩裂缝和异常高压裂缝在本区发育程度不高，对油气的渗透和运移影响较小。构造裂缝为该区的主要裂缝类型，而且是将3 种裂缝相互联系的有利渠道，对油气的形成与分布影响最大。本文研究认为，该区构造裂缝发育程度主要与构造应力场、构造位置、岩石力学性质有关。

3.1 构造应力场

裂缝的发育程度与古构造应力的大小密切相关。从大邑1 井和大邑2 井岩心样品岩石单轴压缩应力-应变关系曲线（见图3）可以看出，随着轴向应力的不断增强，岩心样品的径向应变和轴向应变均逐渐增大。这说明在其他条件相同的情况下，构造应力越大，构造裂缝越发育，反映了该区构造裂缝的发育程度受到古构造应力的控制。

图3 岩石单轴压缩应力与应变关系

此外，现今应力场对早期裂缝的保存状态有较大影响。一般来说，当裂缝走向与现今应力场最大主压应力近平行时，裂缝呈张开状态，连通性好，储层渗透率较高；当裂缝走向与现今应力场最大主压应力近垂直时，裂缝呈闭合状态，连通性差，储层渗透率较低；而当裂缝走向与现今应力场最大主压应力斜交时，裂缝开度介于上述两者之间，并随着二者夹角的增大逐渐降低［19-24］。所以，可以根据裂缝走向与现今应力场主应力方向的关系来推断裂缝的张、闭性质，从而为开发布井提供较为可靠的依据。

根据岩心观测及构造应力场模拟结果，大邑构造5 口井的主要裂缝走向与现今应力场最大主应力方向见表1，相关关系见图4。据此可以推断，大邑1、大邑101 和大邑3 井的大部分裂缝开度较大，连通性较好；大邑103 井的大部分裂缝应呈闭合状态；而大邑6 井的裂缝开度应该比较小。生产资料显示，大邑1、大邑3井和大邑101 井的油气产量较高，这与上述推断是相吻合的。

表1 大邑各井主要裂缝走向与现今应力场最大主应力方向

图4 大邑构造现今应力场最大主应力方向与裂缝走向关系

3.2 构造位置

褶皱、断层等构造是影响裂缝发育的重要因素，尤其是非均匀裂缝，直接受褶皱、断层等构造的控制。褶皱引起的裂缝主要集中在褶皱轴部等构造变形较大的部位；断层不但可以产生与主断裂方向一致的次级张性裂缝，还可以形成一套与主断裂方向不一致的次级张剪性或剪切裂缝。

大邑构造是一个同时受背斜构造和两翼断层控制的断层遮挡背斜构造圈闭，该区储层裂缝的发育受到了褶皱和断层的双重控制。大邑1 井位于大邑主体构造的构造高点，且受到附近断层的控制，所以该井须三段裂缝比较发育；大邑4、大邑5 及大邑101 井位于构造轴的鞍部，构造较平缓，岩层构造变形较弱，并且离断层较远，所以裂缝发育程度不高；大邑3 井也位于构造轴的平缓部位，背斜构造对其裂缝发育程度影响不大，但是，由于该井与断层紧邻，所以裂缝发育程度也比较高（见图4）。

3.3 岩石力学性质

不同岩性的岩石具有不同的岩石力学性质。大邑1 井、大邑2 井岩心单轴抗压强度实验结果（见表2，由北京科技大学土木与环境工程学院岩石力学实验室测定）显示，随着弹性模量的增大，泊松比的减小，岩石的单轴抗压强度不断增强。这说明，在相同的构造应力场下，脆性成分较多的岩石容易破裂，从而具有较高的裂缝密度。

岩石中裂缝的发育还与其组分的粒度有关，一般颗粒较细的岩石，裂缝发育程度较高，分布也比较稳定；颗粒较粗的岩石，裂缝密度较低，分布不稳定，走向变化较大。岩心观测表明，该区中细粒砂岩及粉砂岩中裂缝比较发育，粗砂岩中裂缝发育程度较低。

表2 岩石单轴抗压强度试验结果

4 结论

1）研究区须三段低渗透砂岩储层主要发育构造裂缝、成岩裂缝和异常高压裂缝等3 种类型的裂缝，其中构造裂缝为该区的主要裂缝类型，对油气的形成与分布影响最大。

2）该区构造裂缝的发育主要受构造应力场、构造位置、岩石力学性质的控制。古构造应力的大小影响了该区构造裂缝的发育程度，构造应力越大，构造裂缝越发育，现应力场因控制早期裂缝的保存状态而影响其渗透性。岩心观察资料显示，该区构造裂缝的发育受褶皱和断层的控制比较明显。由于岩石力学性质不同，该区中细粒砂岩及粉砂岩中裂缝比较发育，粗砂岩中裂缝发育程度较低。

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