迪北气藏致密砂岩储集层裂缝发育特征及其对成藏的控制作用

魏红兴，谢亚妮，莫　涛，王佐涛，黎　立，史玲玲

（中国石油塔里木油田分公司勘探开发研究院，新疆库尔勒841000）

迪北气藏致密砂岩储集层裂缝发育特征及其对成藏的控制作用

魏红兴，谢亚妮，莫涛，王佐涛，黎立，史玲玲

（中国石油塔里木油田分公司勘探开发研究院，新疆库尔勒841000）

迪北气藏位于库车坳陷东部，其储集层为侏罗系阿合组致密砂岩。通过对侏罗系露头剖面的观测、岩心描述以及岩心薄片分析的统计，确定了迪北气藏致密砂岩储集层储集空间以粒间溶蚀孔隙为主，同时发育大量的裂缝。通过对露头裂缝的描述与统计，认为裂缝发育程度受区域位置、岩性、砂体厚度、构造应力强度等作用影响。对该区致密砂岩岩心开展气驱水实验，表明在致密储集层中裂缝能够显著提高气体的成藏充注效率，在裂缝发育区含气饱和度较高，控制了迪北气藏天然气的富集。

塔里木盆地；库车坳陷；迪北气藏；致密砂岩；裂缝；气驱水实验；含气饱和度

迪北气藏位于塔里木盆地库车坳陷东部依奇克里克构造带上（图1），气藏具有丰度低、局部富集的特征。依南2井在侏罗系阿合组获得高产工业油气流后，在其周围相继钻探了多口探井，均未获得工业产能。迪北气藏侏罗系储集层十分致密，依南2井产气层段实测平均孔隙度仅5%，基质渗透率大多小于1 mD.前人对该气藏的基本特征方面作过论述［1-2］，并认识到该区致密气藏的高产主要受裂缝的影响［3］，但对裂缝与储集层的储集性能的关系以及致密砂岩在成藏中作用，研究得甚少。本文基于露头和钻井岩心资料，对裂缝进行了定量统计，分析裂缝对致密砂岩气藏的影响和控制方式，为寻找库车坳陷致密砂岩气藏的甜点区提供理论指导。

1　迪北气藏致密砂岩储集空间特征

迪北气藏侏罗系阿合组砂岩储集层以岩屑砂岩为主，砂岩压实作用较强，基质孔隙度为0.30%～12.23%，平均5.59%；渗透率为0.01～2 670.00 mD，中值0.76 mD，总体属于特低孔、低渗—特低渗储集层。储集空间主要为颗粒间杂基溶蚀孔，其次是长石颗粒、岩屑颗粒粒内溶蚀孔。显微镜下可以看到杂基溶蚀孔呈微小孔，孤立状分散于整个薄片上，并占据主要的面孔率（图2a）。扫描电镜清晰可见长石颗粒呈蜂窝状、海绵状溶蚀特征；能谱分析显示，溶蚀颗粒主要由钾长石组成（图2b）。

统计表明，杂基微孔占迪北气藏砂岩储集层总面孔率的70%左右，而长石、岩屑等粒内孔仅占24%.颗粒溶蚀孔是迪北地区致密储集层有效的储集空间。杂基溶蚀孔虽然占据的比例大，但由于孔隙孤立且微小，仅在裂缝的沟通下才能形成储集和渗流空间。

图1　库车坳陷东部构造单元划分

图2　迪北气藏阿合组致密砂岩储集层微观特征

2　裂缝发育特征与规律

2.1库车坳陷东部地区阿合组裂缝发育特征

对野外露头剖面上的裂缝进行详细测量与描述后发现，阿合组发育大量的剪切破裂缝（图3a，图3b），早期形成的北东东—南西西向裂缝被晚期形成的北西西—南东东向以及北西—南东向裂缝所切割。但东部吐格尔明剖面裂缝不甚发育（图3c）。

岩心观察发现，迪北气藏致密储集层中裂缝发育。根据裂缝的形态特征可将裂缝分为高角度裂缝（角度大于45°）与低角度裂缝（角度小于45°）2大类。高角度裂缝主要发育在克孜1井区和阳霞1井区，裂缝密度较高，多数已被充填而呈半闭合状态，如克孜1井阳霞组中可见到大量的被方解石脉填充的高角度裂缝（图3d）。依深4井和依南4井岩心裂缝则以高角度斜交裂缝、垂直裂缝为主（裂缝未充填），同时发育少量水平裂缝，沿水平裂缝缝面溶蚀较发育。依南2井裂缝最为发育，多为高角度开启型裂缝（图3e），而依南5井岩心段高角度裂缝不发育，发育水平节理缝（图3f），裂缝为半闭合或填充闭合型。位于东部的明南1井区裂缝不发育，仅局部层段有少量的垂直裂缝和高角度斜交裂缝。

据薄片观察，迪北气藏致密砂岩储集层发育大量的微裂缝。裂缝之间相互平行或者相互穿切，多数裂缝都穿过颗粒沟通微孔隙和粒间溶蚀孔，形成了各式各样的裂缝类型。统计发现，迪北气藏致密砂岩储集层存在粒间的收缩缝、溶蚀缝以及构造缝。其中构造缝占绝大多数，它们呈开启状，且多数无杂基填隙。

综上所述，库车坳陷东部地区阿合组砂岩储集层裂缝在平面上的分布不均衡：西部地区裂缝的发育程度大于东部地区；西部裂缝以高角度裂缝为主，少量水平裂缝；向东裂缝密度逐渐减少，高角度裂缝仅局部地区少量发育。这一认识与文献［4］认为库车坳陷下侏罗统岩石古应力西强东弱的观点一致。

2.2裂缝发育的主控因素

除受构造应力场的控制外，砂岩的粒度、砂体厚度以及构造位置等都会对裂缝的发育程度造成影响［4-6］。

图3　库车坳陷东部地区裂缝发育特征

（1）砂岩粒径前人研究认为［6-8］，随着岩石颗粒粒径的减小，岩石变得致密，脆性变强，在较小的应变时就表现出破裂变形的特征，因而较细颗粒的岩石裂缝更发育。文献［9］在研究吐哈盆地北部凹陷低渗透砂岩储集层裂缝时发现，不同粒径砂岩中裂缝密度不同，裂缝密度与颗粒粒径呈反比。迪北气藏阿合组砂岩裂缝密度与岩性的关系较为复杂，从野外剖面实测数据来看，裂缝密度与粒径关系具有与前人认识类似的特征，具体表现为粒径越小，裂缝越发育，裂缝密度越大。然而，从显微镜下对薄片的裂缝统计发现裂缝密度随粒径的增大而增加，裂缝在粗砂岩及以上级别的砂岩中发育的程度较高，而细砂岩中裂缝几乎不发育（表1）。这是因为大的颗粒在强烈的构造挤压过程中易于破碎，形成粒内微裂缝；而较小的颗粒抗碎能力强，颗粒内裂缝不发育。阴极发光显微镜下可清晰地见到较大颗粒的石英内裂缝破裂后又重新愈合的现象。

表1　迪北气藏不同岩性薄片裂缝面孔率所占比例%

因此，岩性的差异造成裂缝发育的差异。宏观上，细粒砂岩中易于发育较大的裂缝，肉眼可以清晰辨别；微观上，较大的颗粒内容易形成粒内构造缝，使得裂缝面孔率增大。

（2）砂体厚度受取心长度的限制，岩心上未能辨别出裂缝密度与厚度的关系，仅观察出裂缝与岩性的关系，但是通过露头剖面的观察与测量，发现裂缝密度与厚度密切相关（图4）。在厚度大于100 cm的块状层砂体中整体裂缝较少，而厚度小于10 cm的薄层砂体中裂缝较为发育。在构造简单且岩性相近的条件下，薄层砂岩裂缝发育，厚层、块状砂体裂缝不发育。

图4　库车坳陷东部地区露头剖面砂体厚度与裂缝密度统计

（3）构造作用野外剖面的实测数据表明，裂缝密度在断层周围最大，随着与断面距离的增大，裂缝密度逐渐减小。逆断层周围的裂缝密度大于走滑断层，在逆断层中裂缝密度随着与断层距离的增大呈指数下降，在距断层50 m以内，裂缝集中大量发育，而在距断层100 m以外，裂缝的发育受断层的控制影响很小，主要受区域构造与岩性等控制。走滑断层对裂缝发育的控制方式与逆断层具有明显的区别：走滑带内裂缝密度大，裂缝受控于岩层的滑动剪切力；走滑带以外裂缝发育程度突然降低，与区域裂缝密度相似。同时，裂缝密度在背斜和向斜核部明显大于两翼的密度。核部和岩层转折端处裂缝最发育，依南2井位于受北部依南断裂带控制的背斜核部，岩心高角度裂缝发育，裂缝密度总体大于斜坡带上的依南5井。

3　裂缝对致密砂岩气藏成藏的控制作用

受压实作用、构造挤压作用和胶结作用的影响，迪北气藏阿合组砂岩储集层十分致密。储集层的埋藏演化史与生烃、排烃史分析认为，研究区储集层的致密化时间早于生烃的高峰期，气藏具晚期充注成藏的特征。致密程度较高的储集层中，孔隙的连通性变差，气体充注成藏较常规储集层更加困难。因此，在气体的充注过程中需要克服的毛细管压力更大，增加了成藏的难度。迪北气藏具强烈的非均质性，依南2井、迪西1井为高产井，而相邻的依南5井仅获少量气流。这种非均质性中，气体高效聚集的部位才是有利的勘探区域。如何识别并预测出高效的成藏区，是致密砂岩气藏勘探的关键。笔者认为，裂缝是造成低丰度的致密砂岩气藏内局部高效富集成藏的关键因素，裂缝对致密砂岩成藏的贡献表现为以下两个阶段。

（1）储集层致密过程中或致密化后的早期充注阶段在这个阶段裂缝以微裂缝为主，在显微镜下可见到裂缝与微孔隙相连。文献［3］在对迪北气藏侏罗系阿合组储集层研究后认为，裂缝沟通了储集层中相对独立的微小次生溶孔，形成了裂缝-次生孔隙型储集空间；认为次生溶蚀孔的形成早于微裂缝的发育，后期形成的微裂缝沟通早期形成的孤立孔隙，形成了致密储集层中连通的储集空间和渗流通道。大量的铸体薄片观察统计数据表明，在压实强烈、原生孔隙几乎未能保存的情况下，次生扩大孔隙的发育受控于微裂缝。在显微镜下可观察到微裂缝沟通微孔隙的现象，次生孔的分布具一定的方向性，在微裂缝存在的地方，次生溶蚀孔隙相对比较发育。研究区的煤系储集层在埋藏的早期，遭受过有机酸的溶蚀，形成了部分的粒间次生溶孔和粒内溶蚀孔，但在后期深埋情况下，早期次生溶蚀孔逐渐被晚期的石英加大、方解石胶结物、泥质等填充，次生孔隙受到破坏。现今保存下来的颗粒内溶蚀孔以及粒间杂基溶蚀孔多数是受后期裂缝的影响而形成的。裂缝的存在使得流体可以将溶蚀的物质带出，从而形成有效的次生溶蚀孔。从整个区域上分析，次生孔隙主要发育在断层带附近受流动水影响的范围内；从微观上分析，在微裂缝存在的部位，次生溶蚀孔较为发育。因此，在这个阶段，微裂缝的发育是改善致密化储集层储集空间的关键因素。

微裂缝的存在也为致密砂岩储集层中气体的充注提供了优势通道，提高了致密储集层中气体的充注效率。本次选取致密砂岩岩心样品，开展气驱水实验对迪北气藏中不同孔、渗条件下储集层的驱替效率进行研究，表2列出了本次分析样品的基本参数。

表2　迪北气藏阿合组砂岩岩心样品常规分析数据

由表3可看出，随着注气体积的增加，样品中含水饱和度逐渐下降，表明气体开始充注到饱含水的致密砂岩样品中，气体的饱和度开始逐渐增加。从图5气驱水实验含水饱和度的曲线上可看出，含水饱和度下降最快的分别是Y4，Y1和Y2样品，而K6样品含水饱和度下降最慢；当注气体积为50 PV时，仍然是Y4，Y1和Y2样品的含气饱和度相对较高，K6含气饱和度最小。对照表2和表3可看出，渗透率值较高的样品，气驱后含气饱和度值也较高，表明相对气驱效率较高。因此，致密砂岩中渗透率值是气体充注效率的关键因素，而研究区这种相对低孔高渗的储集层主要是由于杂基微溶孔与微裂缝造成的。微裂缝是溶蚀过程中流体的通道，也是气体充注的优势通道。

表3　迪北气藏阿合组储集层样品气驱水与饱和度数据

图5　迪北气藏6块岩心气驱水实验不同阶段含水饱和度曲线

（2）晚期成藏阶段或成藏期后阶段迪北气藏致密砂岩储集层中含气饱和度，表现为整体低、局部富集，优质储集层是控制致密砂岩中甜点分布的关键因素。然而对依南2井高产气层阿合组致密砂岩储集层岩心实测物性分析发现，依南2井含气层段岩心物性差，但是由于高角度裂缝的存在，测井解释出的阿合组致密砂岩层段整体物性比实测的要高。而相同砂层段中，邻近的依南5井低产气层岩心实测物性明显地好于依南2井，平均孔隙度为8%，但岩心中未见高角度裂缝，仅在部分层段中发育水平节理缝，测井解释出的全井段孔渗普遍小于实测数值。因此，从微观尺度上，无法解释在相近条件下物性好的储集层含气饱和度低于物性较差的储集层。但是从全井段分析，依南2井阿合组受高角度裂缝的影响，砂层段物性总体好于依南5井（图6）。同时，高角度裂缝的发育，在相对低含气饱和度的砂体中形成了压力低势区，这种压力低势区是气体运移指向的有利聚集区。前人对库车地区气藏的模拟与研究认为，低势区是库车地区主要的超压流体运移聚集区，也是形成库车地区大气田的关键因素［10］。阿合组致密砂体中由高角度裂缝所形成的压力低势区，对研究区致密气甜点的发育同样起到了控制作用，表现为对气藏内气体的调整、再分配，从而形成了砂岩内相对富集的高含气饱和度带。可见，晚期逆冲作用在背斜核部形成的裂缝发育带，是迪北气藏甜点发育的主要区域。

图6　依南2井与依南5井储集层物性分析对比

4　结论

（1）库车坳陷迪北气藏侏罗系阿合组致密砂岩气藏储集层基质孔隙度低，以粒间溶蚀孔为主，物性较差，但储集层中裂缝发育。

（2）迪北气藏西部克孜1井区裂缝较为发育，迪北气藏东部裂缝不发育；裂缝密度与颗粒粒径呈反比；相同构造条件下，薄层砂岩的裂缝发育，厚层、块状砂岩裂缝不发育；背斜和向斜核部的裂缝密度大于两翼的裂缝密度。

（3）裂缝是研究区致密储集层次生孔隙形成的溶蚀通道，裂缝控制了次生溶蚀带的发育；同时裂缝对致密砂岩气的成藏与富集具有显著的改善与控制作用。高角度裂缝是形成致密砂岩储集层中天然气富集的关键，使得研究区致密砂岩储集层中岩心实测基质物性与测井解释全井段的物性不符合。

（4）库车坳陷东部侏罗系阿合组致密砂岩气藏的勘探，应重点寻找裂缝发育区。

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Fracture Characteristic and Its Contribution to Hydrocarbon Accumulation in Tight Sandstone Reservoir in Dibei Gas Pool in Kuqa Depression，Tarim Basin

WEI Hongxing，XIE Yani，MO Tao，WANG Zuotao，LI Li，SHI Lingling
（Research Institute of Exploration and Development，Tarim Oilfield Company，PetroChina，Korla，Xinjiang 841000，China）

Dibei gas pool is located in eastern Kuqa depression，its reservoir rock is tight sandstone of the Jurassic Ahe formation.This pa⁃per makes observation of the Jurassic outcrop section，description of the drilling core，and statistics of the casting thin⁃section analysis data，and then determines that the reservoir space is dominated by intergranular dissolution pores and a lot of fractures in this reservoir rock. Through description and statistics of the outcrop fractures，it suggests that the fracture⁃developed degree is controlled by the regional loca⁃tion，lithology，sand body thickness，and tectonic stress intensity，etc.The gas drive water experiment on the tight sandstone cores indicates that fractures can greatly improve the charging efficiency of gas accumulation，thus forming higher gas saturation in fracture⁃developed ar⁃ea，and controllingthe natural gas enrichment of Dibei gas pool.

Tarim basin；Kuqadepression；Dibei gas reservoir；tight sandstone；fracture；gas drive water experiment；gas saturation

TE112.23

A

1001-3873（2015）06-0702-06

10.7657/XJPG20150612

2015-08-21

2015-09-25

国家科技重大专项（2011ZX05003-004）

魏红兴（1979-），男，陕西宝鸡人，工程师，硕士，油气勘探，（Tel）0996-2174831（E-mail）weihx-tlm@petrochina.com.cn.