马岭油田长7致密油储层裂缝特征及分布规律

赵国玺　刘浩宇　张瀚丹　何小娟

（1．中国石油长庆油田分公司勘探开发研究院　陕西　西安　710018；2.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室　陕西　西安　710018；3.长庆油田第四采油厂　陕西　靖边　718500）



马岭油田长7致密油储层裂缝特征及分布规律

赵国玺1,2刘浩宇3张瀚丹1,2何小娟1,2

（1．中国石油长庆油田分公司勘探开发研究院陕西西安710018；2.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室陕西西安710018；3.长庆油田第四采油厂陕西靖边718500）

摘要本文通过地质露头及岩心观察、岩石声发射实验、古地磁裂缝定向，岩石压缩实验、差应变实验、波速各向异性实验等方法,对马岭油田长7储层裂缝开展定性和定量研究。确定马岭长7储层主要发育层理缝、张性缝、压扭缝、张扭缝。裂缝发育优势方位为NEE向和NNW向。应用数值模拟方法开展裂缝定量预测，划分了裂缝相对发育区、次发育区和不发育区,为今后马岭油田长7致密油制定规模开发技术政策提供了地质依据。

关键词马岭油田；长7致密油；裂缝特征；裂缝分布规律

1　引言

近年来致密油逐渐成为全世界非常规油气勘探开发的新热点[1～4]。美国、加拿大、澳大利亚等国家都已经对致密油进行了大规模商业开发[5～7]。中国的致密油气资源很丰富，目前还处于堪探开发试验阶段[8～9]。根据勘探开发实际，长庆油田将空气渗透率小于0.3mD的储层称为致密储层，赋存于其中的石油称为致密油，主要分布于鄂尔多斯盆地长7储层[10]。

马岭油田长7储层空气渗透率0.19mD，属于典型的致密油储层，室内试验和现场实践证实马岭油田长7储层孔喉细微，物性差，但天然裂缝普遍较发育。天然裂缝发育特征及分布规律是影响单井产量的主要因素之一。天然裂缝特征及分布规律的研究对于认识油气成藏机理、制定开发技术政策及储层压裂工艺等方面均具有重要意义。

2　长7致密油储层裂缝特征

2.1裂缝发育特征参数

根据野外露头及室内岩心观察，马岭油田长7储层裂缝根据产状和形成机理可划分为4种类型。包括高角度张扭缝、压扭缝，低角度张性缝、层理缝和滑脱缝。

研究区46口井长7目的层段开展岩心观察，其中41口井观察到不同程度的宏观裂缝发育，裂缝钻遇率达89.1%。观测到的各类裂缝总计1080条。其中，高角度压扭缝钻遇率最高为60.87%，张扭缝钻遇率为34.78%，低角度张性缝钻遇率为43.48%，层理缝钻遇率为36.96%（图1）。

图1　马岭油田长7储层裂缝类型分布图

在高角度裂缝中有75%被方解石充填。所有46口井岩心裂缝中，有39口井发现油迹，所占比例为84.8%。所有类型的裂缝均有可能成为油气运移通道。

2.2储层构造裂缝优势方位

图2　马岭油田长7储层岩石密度等值线

鄂尔多斯盆地中生界构造裂缝主要形成于晚中生代燕山期构造运动[11]。根据野外露头观察，延长组长7段砂岩构造裂缝大多成组出现，主要为未穿层裂缝，共轭裂缝近于垂直地层层面分布，主要发育NEE向和NNW向两组裂缝，次发育NE向裂缝，裂缝产状稳定，延伸较远，为区域性裂缝。

表1　马岭油田长7储层力学模型岩石力学参数选择

图3　格里非斯张破裂扩展方向示意图

图4　岩石剪切破裂分析图（a-莫尔圆；b-剪切破裂）

图5　马岭油田长7裂缝有利区预测图

根据马岭油田22口井长7储层岩芯裂缝古地磁定向结果，压扭缝走向分为NEE (60.6°～79.9°)和NWW(96.7°～123°)两组，具有较为明显的共轭特征；张扭缝主要为近EW向（81°～88.5°），近似为共轭压扭缝的平分线。与相似露头区裂缝系统优势方位一致。

3　构造裂缝分布定量预测

致密油储层裂缝定量预测的关键是地质模型、力学模型和数学模型的建立[12]。

3.1地质模型建立

储层岩石密度能较好的反映储层的非均质性。因此，模拟对象的地质体用不同的岩石密度区带来表示，并对不同的岩石密度区带赋予不同的岩石力学参数。根据马岭油田130余口井密度解释成果，建立了长7储层构造裂缝预测地质模型（图2）。

3.2力学模型建立

力学模型是将地质模型转化为数值计算的关键，包括岩石力学参数的综合选取，边界力的作用方式、方向及边界约束条件等[13]。

岩石力学参数的选取是根据马岭油田不同岩性岩石力学性质测量数据，萃取不同地区泥岩、砂岩端元参数，包括弹性模量、泊松比、岩石抗拉强度、内聚力和内摩擦角等参数。依据研究区地质模型岩石密度，参考实测数据，赋予不同地区不同岩石物理力学属性(表1)。

研究区主要形变期燕山期应力场最大主压方位由地层共轭配套节理和区域地层形变规律而得来。马岭油田燕山期水平投影方位为84°；相应最小主应力倾伏角近似于水平，其方位为174°，此次模拟σ1方向取值为84°。

根据研究区岩石差应变实验结果，现今水平最大有效主应力方向约为76°，水平最小有效主应力方向约为166°。

根据声发射法应力测试结果，裂缝发育期的水平最大有效主应力约44MPa，水平最小有效主应力约24MPa。现今水平最大有效主应力约27MPa，水平最小有效主应力约15Mpa。

在选取岩石力学参数确定应力场边界条件的基础上，建立了马岭油田长7致密油储层的力学模型。

3.3数学模型建立

根据研究区长7储层岩心裂缝观察的力学性质既有张性，又有剪性，故有必要对这两种裂缝发育和分布分别进行预测研究。在力学模型的基础上，利用岩石破裂法[8]建立数学模型，定量预测构造裂缝分布规律。按照库伦-摩尔准则[14]和格里菲斯准则[15]分别计算出剪破裂系数（R）、张破裂系数(η)。

（1）格里菲斯张破裂准则

根据格里菲斯张破裂准则,脆性物体的破坏是由内部存在裂隙决定的。岩石内存在很多微小裂隙，在裂隙的尖端存在应力集中，使裂隙扩展，以至破坏形成张裂缝（图3）。

当σ1+3σ3≥0(压应力为正,张应力为负) 时,判断张破裂的格里菲斯准则的二维修正表达式如下：

式中:σ1为最大主应力，σ3为最小主应力，σT为二维等效张应力。张破裂系数(η)表述为:

式中:σTC为岩石的张破裂强度,通过实验确定。当η≥1时,发生张破裂。η值愈大,张裂缝愈发育。张裂缝的破裂方位可根据破裂面与σ1之间的夹角β来确定,表示为:

当（σ1+σ3）＜0时,σT=-σ3。这时张破裂方向与最大主应力σ1的方向一致。

（2）库仑—莫尔剪破裂准则

根据库仑—莫尔剪破裂准则，岩石的破裂主要是某一个面上发生的剪切破坏，这种剪切破坏与作用在该面上的正应力σN和剪应力τN的相对状态有关。表达式为:

式中:σN为岩石破裂面的剪应力;C为岩石粘聚力,MPa;φ是岩石的内摩擦角,°,均由实验测定。当某一面上的正应力σN和剪应力τN满足关系式(5)时，该面上达到极限剪切平衡，开始发生剪破裂（图4），形成共轭剪切面。

其方向可用破裂面的法线N与最大主应力σ1的夹角α来表示，两组破裂面空间方位不同，发生在垂直于σ1-σ3组成的平面内，且最大主应力平分两组剪破裂的夹角。破裂面与最大主应力的夹角α= （45°-φ/2）。式（5）可用主应力表示为：

R为剪破裂系数，反映剪破裂发育程度。R＜1时地层破裂不会发生，越接近1，岩石破裂可能性增大，当R＝1时，即岩石发生破裂；R＞1时，地层破裂可能性愈大，也就是说地层破裂的几率愈大。同时，可以预测共轭剪破裂方位。

3.4构造裂缝分布定量预测

根据岩心裂缝统计和力学性质分析,马岭油田长7储层中有效剪裂缝与有效张裂缝分别约占92.2%和7.8%。定义裂缝综合评价指标(Fy)表达式：

然后根据裂缝综合评价指标(Fy)对长7储层裂缝发育情况进行综合评价。一般而言,Fy愈大,裂缝发育几率或发育程度愈大。

结合裂缝发育强度统计、裂缝发育方向和裂缝综合评价指标，对马岭油田长7裂缝发育有利区进行预测（图5）。

根据马岭油田长7的裂缝预测结果，大致以研究区的NW- SE向对角线为界，高角度裂缝发育区主要分布在NE半区块，低角度裂缝发育区主要分布在SW半区块；裂缝不发育区仅分布在西南角,局部地区也具有穿插分布的关系。

3　结论

（1）马岭油田长7致密油储层露头地层和岩心裂缝定量观测表明,研究区长7段储层主要发育NEE向和NNW向两组裂缝，次发育NE向裂缝，裂缝产状稳定，延伸较远，为区域性裂缝。研究区裂缝类型包括高角度张扭缝、压扭缝，低角度张性缝和层理缝。以高角度裂缝发育为主，钻遇率84.6%。所有类型的裂缝均有可能成为油气运移通道。

（2）以统计学研究为基础,综合岩石破裂法和能量法,以构造应力场数值模拟为桥梁,对马岭油田长7储层构造裂缝特征和分布规律进行了系统研究,建立了长7储层构造裂缝分布定量预测数学模型,合理预测了目的层裂缝相对发育区、次发育区和不发育区。陕西水利

参考文献

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（责任编辑：畅妮）

中图分类号：TE122.2

文献标识码：A