富台油田岩心裂缝研究

邹 娟，戴俊生，商 琳，田 博

(1.中国石油大学地球科学与技术学院，山东青岛266580;2.中国石油冀东油田公司勘探开发研究院，河北唐山063004;3.中海石油 (中国)有限公司湛江分公司，广东湛江524057)

裂缝研究是目前构造油气藏勘探的重点。裂缝的识别方法有多种，如:岩心裂缝识别、相似野外露头类比、薄片微观裂缝识别等地质方法［1］及各种测井、地震识别裂缝方法［2～4］，其中岩心观测是最直观、最可靠的裂缝识别方法。通过岩心观测，可以描述出裂缝的几何特征 (长度、开度、产状)、充填特征、力学性质等，进而可计算裂缝的密度、孔隙度等参数，对裂缝的形成期次也可以有一个基本的认识。但由于机械和人工因素影响，取心过程中会产生一些人工裂缝，在岩心观测中应该剔除［5］。本文以富台油田为例，选取具有代表性的几口钻井的岩心柱子，通过对岩心裂缝参数的统计，分析富台油田裂缝发育特征，指导油气勘探。

1 裂缝识别

天然裂缝主要识别标志:①多被矿物、沥青、泥质等不同程度充填［6］;②裂缝面常见擦痕、阶步、反阶步等，可据此指示断面两侧相对运动的方向;③裂缝具有明显的组系关系，同一期构造应力作用下产生的裂缝多呈平行或者共轭关系;④裂缝具有向层内延伸性。

富台油田南北与二台阶断层、埕南断层相邻，内部包含多条北东东向、近南北向断层［7］。研究区内钻采了车古20、201、202、203、204、205等井岩心。各取心井全部为非定向取心，因此在进行岩心裂缝识别时需要先将岩心归位。主要采用地层倾角测井资料对岩心进行定向，在构造比较完整、地层产状比较稳定的沉积岩区，岩层层面倾向与地层倾角测井图上所反映的构造产状是一致的，将岩心上层面倾向与构造产状对应，进行岩心归位［8］。对研究区各口井进行岩心裂缝识别，发现该区发育多期裂缝，常被不完全充填，裂缝多呈共轭剪切关系，可见网状缝等 (见图1)。

图1 富台油田岩心裂缝Fig.1 Core fractures in Futai oilfield

2 裂缝参数测量与统计

识别天然裂缝及对天然裂缝定向后，就可对有关裂缝参数进行统计。岩心裂缝参数主要包括裂缝的产状、长度、开度、密度、充填、力学性质等。

2.1 裂缝产状

2.1.1 裂缝走向

裂缝走向是岩心裂缝观察统计过程中的重要参数，通过分析裂缝走向，绘制裂缝走向玫瑰花图，可以判断造缝期古应力场的方向。研究区内车古201井中主要发育一组北西—南东和北东—南西走向的共轭剪裂缝及接近东西走向的裂缝，其中北东—南西走向裂缝占优势;向北过渡到车古203井，主要发育一组北西西—南南东和北东—南西走向共轭剪裂缝，以北西西—南南东走向裂缝更为发育;车古205井中主要发育一组北西西—南南东和北北东—南南西走向共轭剪裂缝，以北西西—南南东走向裂缝更为发育，另外发育近东西走向的裂缝。因此富台油田在近南北向拉张作用下，主要发育一组北东—南西和北西—南东走向共轭剪裂缝，其中北部地区北西—南东走向占优势，南部地区北东—南西走向裂缝更为发育，另外全区发育少量近东西走向的裂缝 (见图2)。

2.1.2 裂缝倾角

依据裂缝倾角相对大小将裂缝分为水平缝 (倾角小于10°)、低角度斜交缝 (倾角10°—40°)、高角度斜交缝 (倾角40°—70°)和垂直缝 (倾角大于70°)等4类［9］。富台地区发育裂缝几乎全为垂直缝，偶见高角度斜交缝，低角度缝、水平缝基本不发育 (见图3)。

2.2 裂缝开度

图2 富台油田岩心裂缝走向Fig.2 Core fracture strike in Futai oilfield

图3 车古203井取心井段裂缝发育综合柱状图Fig.3 Comprehensive histogram of core fractures in the Well Chegu 203

裂缝开度反映裂缝的规模，依据肉眼能否识别可将裂缝分为宏观裂缝 (开度大于0.1 mm)和微裂缝 (开度小于0.1 mm)。岩心自地下取至地面，由于应力释放，会导致裂缝开度增大，因此岩心裂缝开度需要修正。先将岩心观察中的视开度bs校正为地表的真开度b，再将裂缝在地表的真开度校正为裂缝在地下的真开度bu，公式为［10］:

式中θ为测量面与裂缝面的夹角，(°)。

富台潜山裂缝开度主要分布在0.6～0.8 mm，开度大于1.0 mm和开度在0.2～0.4 mm的裂缝发育也较多，开度小于0.2 mm的裂缝发育较少 (见图4)。

图4 富台油田裂缝开度分布直方图Fig.4 Histogram of fracture aperture in Futai oilfield

2.3 裂缝密度

裂缝密度分为线密度、面密度和体密度。裂缝线密度是单位长度岩心观测到的裂缝的条数，数值上等于裂缝间距的倒数;面密度是单位岩心横截面上裂缝的总长度，体密度是裂缝总表面积与岩石总体积的比值。裂缝体密度不仅体现了裂缝的孔隙度大小，也反映了裂缝发育的密集程度，常作为反映裂缝发育程度的定量指标，公式为:

式中:Dvf为裂缝体密度，m2/m3;Stf为裂缝总表面积，m2;Vt为岩心总体积，m3。

富台油田发育裂缝基本为垂直缝，因此:

式中:Li为裂缝走向长度，m;Ci为裂缝倾向长度，m［11～12］。

本文在富台地区观测车古201、203、205井岩心总计约110 m，共观测到裂缝1000多条，各井裂缝平均线密度约为10条/m，面密度平均在2～3 m/m2，体密度为5～10 m2/m3。其中北部地区裂缝密度较大，体密度平均为9～10 m2/m3;南部地区相对较小，裂缝体密度约为5 m2/m3(见表1)，即富台油田北部较南部地区裂缝更为发育。

表1 裂缝密度统计表Table 1 Statistical data of fracture density

2.4 裂缝充填情况

受周围环境等影响，裂缝常不同程度地被不同物质充填，对裂缝充填情况的研究是判断裂缝成因及有效性的关键。裂缝按开启程度及充填程度可分为闭合缝、张开缝、半充填缝及全充填缝;按充填物类型，又可分为钙质充填、泥质充填、碳质充填等［13］。富台地区裂缝大多为半充填缝，基本为钙质充填，其中以方解石充填为主，也可见少量白云石充填，泥质、碳质等罕见 (见图5)。

图5 富台油田裂缝充填物性质分布频率直方图Fig.5 Histogram of fracture fillings in Futai oilfield

2.5 裂缝力学性质

按照裂缝形成的力学条件，构造裂缝可分为剪切裂缝、张性裂缝和张剪性缝［14］。裂缝的力学性质在岩心观察中通过裂缝面、充填物及脉体生长情况可以初步判断。一般张性裂缝缝面弯曲、不光滑，高倾角，常被较高程度充填，剪切缝则相反。富台地区发育裂缝缝面平直、光滑，裂缝中常见阶步、反阶步、擦痕等，多为方解石半充填缝，主要为剪性缝。

3 结论

富台潜山发育大量构造裂缝，根据岩层产状对岩心进行定向，发现主要发育一组北东—南西和北西—南东走向共轭剪裂缝，北部地区北西—南东走向占优势，南部地区北东—南西走向裂缝更为发育，同时可见近东西走向裂缝。裂缝基本为近垂直的剪切缝，开度多为0.6～0.8 mm，以方解石半充填为主，体密度基本在5～10 m2/m3，北部较南部裂缝密度偏大，裂缝更为发育。

［1］ 曾联波，李跃纲，王正国，等.邛西构造须二段特低渗透砂岩储层微观裂缝的分布特征 ［J］.天然气工业，2007，27(6):45～47.ZENG Lian-bo，LI Yue-gang，WANG Zheng-guo，et al.Distribution of microfractures in ultralow permeability sandstone reservoirs of the second Member of Xujiahe Formation(T3x2)in Qiongxi structure［J］.Natural Gas Industry，2007，27(6):45 ～47.

［2］ Nelson R A.Geologic analysis of naturally fractured reservoirs［M］.Houston:Gulf Publishing Company，1985:23～27.

［3］ 刘胜建.FMI成像测井在车古20潜山裂缝储层评价中的应用［J］.油气地球物理，2003，1(2):47～50.LIU Sheng-jian.FMI imaging logging in the evaluation of Chegu 20 buried hill fracture reservoir［J］.Petroleum Geophysics，2003，1(2):47 ～50.

［4］ 刘振峰，曲寿利，孙建国，等.地震裂缝预测技术研究进展［J］.石油物探，2012，51(2):191～198.LIU Zhen-feng，QU Shou-li，SUN Jian-guo，et al.Progress of seismic fracture characterization technology ［J］.Geophysical Prospecting for Petroleum，2012，51(2):191～198.

［5］ 戴俊生，汪必峰.综合方法识别和预测储层裂缝［J］.油气地质与采收率，2003，10(1):1～2.DAI Jun-sheng，WANG Bi-feng.Integrated approach of identifying and predicting fracture in reservoir［J］.Petroleum Geology and Recovery Efficiency，2003，10(1):1 ～2.

［6］ 袁士义，宋新民，冉启全.裂缝性油气藏开发技术［M］.北京:石油工业出版社，2004:23～24.YUAN Shi-yi，SONG Xin-min，RAN Qi-quan.Fractured reservoirs development technology ［M］.Beijing:Petroleum Industry Press，2004:23 ～24.

［7］ 童亨茂，郑磊.三维地震资料在古应力场反演和裂缝预测中的应用——以胜利油田富台潜山为例 ［J］.地质科学，2007，42(1):45～57.TONG Heng-mao，ZHENG Lei.Applications of 3D seismic data in pale-tectonic stress field backward modeling and fissures prediction:a case study from the Futai buried hill，Shengli oilfield ［J］.Chinese Journal of Geology，2007，42(1):45 ～57.

［8］ 戴俊生，李理.油区构造分析［M］.东营:石油大学出版社，2002:142～143.DAI Jun-sheng，LI li.Structural analysis of oil province［M］.Dongying:Petroleum University Press，2002:142～143.

［9］ 党犇，赵虹，付金华，等.鄂尔多斯盆地沉积盖层构造裂缝特征研究［J］.天然气工业，2005，25(7):14～16.DANG Ben，ZHAO Hong，FU Jin-hua，et al.Characteristics of structural fractures in sedimentary strata of E’erduosi Basin ［J］.Natural Gas Industry，2005，25(7):14 ～16.

［10］ 汪必峰.储集层构造裂缝描述与定量预测 ［D］.青岛:中国石油大学 (华东)，2007:64～78.WANG Bi-feng.Description and quantitative predication of reservoir tectoclase［D］.Qingdao:China University of Petroleum(East China)，2007:64～78.

［11］ 戴俊生，李理.油区构造分析［M］.东营:中国石油大学出版社，2002:54～77.DAI Jun-sheng，LI Li.Structural analysis of oil province［M］.Dongying:Petroleum University Press，2002:54～77.

［12］ 商琳.富台碳酸盐岩潜山多期裂缝发育规律研究［D］.青岛:中国石油大学 (华东)，2014:14～29.SHANG Lin.Research on developing regularity of multiperiod structural fractures in futai carbonate buried hill［D］.Qingdao:China University of Petroleum(East China)，2014:14～29.

［13］ 白斌，邹才能，朱如凯，等.四川盆地九龙山构造须二段致密砂岩储层裂缝特征、形成时期与主控因素［J］.石油与天然气地质，2012，33(4):526～535.BAI Bin，ZOU Cai-neng，ZHU Ru-kai，et al.Characteristics，timing and controlling factors of structural fractures in tight sandstones of the 2ndmember of Xujiahe Formation in Jiulong Mountain structure，Sichuan Basin ［J］.Oil＆Gas Geology，2012，33(4):526～535.

［14］ 曾联波，漆家福，王永秀.低渗透储层构造裂缝的成因类型及其形成地质条件［J］.石油学报，2007，28(4):52 ～56.ZENG Lian-bo，QI Jia-fu，WANG Yong-xiu.Origin type of tectonic fractures and geological conditions in low-permeability reservoirs［J］.Acta Petrolei Sinica，2007，28(4):52～56.