川东北YB地区须家河组裂缝特征及主控因素

2014-06-17何志勇刘海涛肖伟

断块油气田 2014年1期

何志勇，刘海涛，肖伟

（中国石化勘探南方分公司研究院，四川成都610041）

YB 地区构造上处于龙门山北段前缘，米仓山-大巴山前陆构造带以南，横跨九龙山背斜的西南倾覆端与中部低缓构造带，区内整体构造活动相对较弱，北部和东部构造形变较强［1-2］。研究区须家河组储层主要为辫状三角洲沉积，孔隙度一般为5%～14%，渗透率一般小于0.1×10－3μm2，属于典型低孔、低渗的致密砂岩、砂砾岩储层。从已有的测试资料看，裂缝大大提高了该区单井的产能，因此，查明该区裂缝的发育特征，找出裂缝发育的主控因素显得尤为重要。

1 裂缝发育特征

1.1 裂缝类型

川东北YB 地区须家河组裂缝包括构造缝、成岩缝和异常高压缝。从取心资料看，本区构造缝最发育且分布于各种岩性，常成组出现，切穿深度较大，分布规则，充分表现出裂缝面特征［3-4］（见图1a，1b），镜下薄片常裂缝表现为切穿岩石、矿物颗粒，部分被碳质和沥青质充填（见图1c，1d）。成岩缝是沉积物在成岩过程或后期成岩作用改造过程中发育的与构造作用无关或间接相关的裂缝，主要特征是分布受层理限制，多平行层面发育，不穿层，形状不规则［5］（见图1e）。与异常高压有关的裂缝通常表现为被碳质或沥青质充填的脉群，脉群内各脉体密集相互截切或限制［6］（见图1f）。

图1 YB 地区须家河组岩心裂缝特征

1.2 裂缝平面发育特征

对研究区须二、须四段的成像测井资料进行统计表明，须二段裂缝倾角15～45°，为中低角度缝，走向主要为NW—SE 向，与现今最大主应力方向一致，有利于裂缝保持开启状态；须四段以倾角0～45°的中低角度缝为主，走向以NW—SE 向为主，并发育一些近EW向和SN 向的裂缝。

利用地震属性方差体和蚂蚁追踪［7］预测裂缝发育带，结果表明，总体上研究区西北部背斜翼部转折段、背斜倾没端和中东部大型断层附近裂缝较发育，且中东部地区裂缝的发育程度有随距断层的距离增大而减少的趋势。裂缝的发育与背斜和大型断层有较好的相关性。第1 类裂缝位于yl8—yl6—yb22 井以西，属于与背斜相关的裂缝；第2 类裂缝位于yl1—yb5—yl5—yb9 井一线和yl3—yb4—yl4 井一线，基本上沿NS 向、NNW 向的主控断层呈条带状分布，主要发育高角度剪切缝和高角度张性缝（见图2）。

1.3 裂缝发育机制

通过对YB 地区西北部和中东部典型井的成像测井资料进行分析可知，西北部的yl8，yl9，yl10 井须家河组的裂缝全段均匀发育，没有明显的裂缝密集发育层段；中东部的yl5，yb5 井裂缝发育有明显的优势层段，具有成层性，裂缝密度［8-9］远远高于西北部的井。yb5 井须二段共发育裂缝220 条，裂缝平均线密度为1.76 条/m，局部裂缝密集发育段线密度高达15.00 条/m；而yl10 井须二段共发育裂缝76 条，裂缝平均线密度为0.10 条/m。

以上现象表明，YB 西北部井的裂缝受控于区域构造应力。伴随着九龙山的抬升持续形成裂缝，裂缝的形成时期为九龙山背斜开始形成的时期。中东部断褶带的井裂缝发育明显受控于大型断裂，且伴随着断裂形成而具有期次性，断层活动时期形成的裂缝密度要远远高于不活动时期。

2 裂缝发育主控因素

构造缝的发育及分布与地层构造位置、断层发育状况、断褶组合情况、岩石物理性质，以及裂缝发育处的曲率等因素有关［10］。研究表明，YB 地区须家河组储层裂缝发育的主控因素主要有以下几个方面。

2.1 构造幅度

构造缝的发育与构造位置关系密切，首先是构造曲率变化大的部位是裂缝发育的最佳部位，其次是断鼻、褶皱和断块轴向交点部位［11-12］。通常情况下，构造变形越大，裂缝发育程度越高，高曲率区与裂缝发育带具有正相关性，即曲率越高、变形程度越大的地方裂缝越发育。

研究区西北部发育大型的九龙山背斜，该区内主要为背斜的翼部和转折端。曲率分析表明，九龙山背斜构造正曲率值分布在背斜的高陡部位、两翼转折端和背斜倾没端附近，其中西北翼曲率大于东南翼。成像测井资料及岩心观察证实，西北翼附近的yl9，yl10，yb204 井裂缝的密度要明显高于东南部的yl8，yl6 井（见图2）。因此，在相同的构造应力条件下地形陡、曲率大，更容易形成裂缝。

图2 YB 地区须家河组裂缝发育预测

2.2 构造部位

构造活动的强弱影响裂缝的发育程度，构造是控制研究区裂缝发育的重要因素［13-14］。研究区中东部断褶带断层主要为高陡逆冲断层，受多期构造应力叠加，晚三叠世受龙门山和米仓山向南的推覆产生了与应力相适应的北东走向的逆断层，到喜马拉雅晚期受大巴山断褶带弧形推覆向西南发展，使得中东部北东向的断层发生扭转成近SN 向的逆冲断层和近NNW 走向的压扭性断层。

伴随着断层的产生，发育了多期构造裂缝，这些裂缝多出现在断层上盘，且在断层的尾端和转折端最为发育，因为断层尾端为强烈的应力释放区域，破裂严重；断层的转折端为多期构造应力叠加区，岩石的抗张抗剪强度低。同时，裂缝的发育程度与距断层的距离具有很好的相关性。通过对断层附近井所处的构造部位、离断层的垂直距离以及井附近断层的断距和延伸长度进行统计发现，位于断层上盘的井裂缝发育情况明显好于位于下盘的井，且井距离断层越近，裂缝越发育，含气性和单井产量也越好（见表1）。

2.3 岩石类型

沉积岩中裂缝发育程度与岩性关系密切。影响因素包括岩石的组分、粒度状况、胶结情况等，这些因素决定了岩石的抗压、抗张和抗剪强度，从而影响到地层受力时岩石的破裂强度和程度［15］。岩石类型不同，受力后产生的变形程度不同，所显现的力学性质也不同。当岩石处于相似应力和环境时，脆性组分体积分数高的岩石要比体积分数低的岩石裂缝更发育［16］。

表1 YB 中东部地区单井含气性与井附近断层关系

在相同的构造应力条件下，脆性矿物更容易发生破裂形成裂缝，而软组分体积分数高的岩屑砂岩以塑性变形为主。例如yl10 井须二下亚段顶部发育1 套石英砂岩、中下部发育岩屑砂岩，从成像测井资料上可以看到，在石英砂岩段发育的裂缝条数和裂缝密度明显大于中下部岩屑砂岩（见图3）。综合分析可知，裂缝发育程度由好至差为：石英砂岩—岩屑石英砂岩—岩屑砂岩。本次统计了YB 地区须二段取心井11 口，砂岩中共发育裂缝205 条，其中裂缝主要集中在石英砂岩、岩屑石英砂岩中（见图4）。

2.4 岩性组合

岩石颗粒和单层厚度双重控制裂缝的发育程度，岩层越薄、颗粒越细裂缝越发育［17-18］。通过对比研究区内各井的成像测井资料发现，在其他条件相同的情况下，一定厚度范围内裂缝的平均密度与岩层厚度呈负相关。薄层砂岩与砾岩互层段比大段的砂岩或者砾岩裂缝更为发育，同时薄的岩层裂缝密度大、规模小，而厚的岩层裂缝稀疏、规模大。例如yl10 井须四段成像测井资料显示，在砂砾岩互层段，砾岩和砂岩的单层厚度小，裂缝发育，而在厚度较大的砾岩段，裂缝发育较少（见图5）。