鄂尔多斯盆地红河油田长8 油藏天然裂缝特征及其对开发的影响

2020-06-24罗衍灵

石油地质与工程 2020年3期

罗衍灵

（中国石化华北油气分公司，河南郑州 450006）

红河油田位于鄂尔多斯盆地西南边缘天环坳陷南段，地层平缓，无明显构造起伏，为一西倾单斜。受到多期构造应力作用，研究区断层发育，主要发育NEE–SWW 和NWW–SEE 向断层，局部为近E– W 向断层。鄂尔多斯盆地致密油气开发实践证明，天然裂缝的存在必将成为油气开发的双刃剑[1–3]，一些储层条件欠佳但获得高产的井与天然裂缝关系密切，如ZJ5，ZJ25，HH26，HH105 井等；但也存在一些裂缝发育程度较好的井生产情况欠佳。造成差异的原因在于断层及天然裂缝的发育和展布特征，但其对油气开发的控制作用却一直未能认识清楚。本文通过对红河油田长8 储层天然裂缝的深入研究，阐明长8 储层裂缝特征、形成机理及其主控因素，揭示储层裂缝在纵向上和平面上的发育特征，分析裂缝对长8 油藏产能、注水开发的影响，为红河油田科学合理地开发提供地质认识依据，对红河油田产能建设具有重要的指导作用。

1 裂缝类型

基于野外露头、岩心观察、成像测井等资料，按照地质成因，将红河油田长8 储层裂缝分为两类：构造应力场作用下形成的构造裂缝和储层沉积或成岩过程中形成的成岩裂缝[4]。

1.1 构造裂缝

构造裂缝是长8 储层主要的裂缝类型，分布广泛、延伸长、产状稳定，发育在所有的岩性中[5]。根据裂缝分布形式，分为节理型裂缝和断层型裂缝两种基本形式。节理型裂缝规模较小，主要在层内发育，与层面垂直，并终止于层面上；断层型裂缝规模相对较大，表现为穿层裂缝，可以切穿不同的岩层和薄层泥岩夹层，但受较厚的泥岩隔层限制，在砂层组内发育。按裂缝倾角划分，区内构造裂缝主要为高角度裂缝。

1.2 成岩裂缝

成岩裂缝是在成岩过程中由于压实和压溶等地质作用产生的近水平顺微层理面发育的裂缝[6]，主要受沉积微相及成岩作用控制。研究区成岩裂缝主要为水平层理缝和成岩收缩缝。

2 储层裂缝参数定量研究

2.1 裂缝产状

2.1.1 裂缝走向

长8 储层主要发育NEE、NWW、SN 和近EW向四组裂缝。运用成像测井可将天然裂缝与伪裂缝进行区分，通过“去伪存真”明确了区内有效裂缝走向为NEE 向（图1）。对照红河油田的现今地应力方向（NEE–SWW），符合构造应力控制裂缝发育的规律。

图1 长8 储层有效裂缝方位（样品数为238）

2.1.2 裂缝倾角

根据取心井岩心裂缝倾角统计分析，红河油田长8 储层天然裂缝以高角度裂缝为主，倾角大于60°的裂缝占裂缝总数的70%以上（图2），且高角度裂缝大部分发育在低渗透砂岩储层中。

图2 长8 储层岩心裂缝倾角分布频率（样品数为845）

2.2 裂缝规模与有效性

2.2.1 裂缝规模

裂缝规模主要指纵向上的延伸高度和平面上的延伸长度。野外观察和统计结果表明，裂缝在平面上的延伸长度与在纵向上的延伸高度之间存在较好的正相关性，即裂缝在纵向上的延伸高度越大，在平面上的延伸长度越长；反之亦然。由于在岩心上难以得到裂缝在平面上的延伸长度，因而一般用裂缝在纵向上的延伸高度来评价裂缝的发育规模。根据岩心观察结果并结合测井资料的统计分析，研究区长8 储层裂缝延伸高度一般小于100 cm，大部分小于60 cm，集中发育于5～40 cm（图3），裂缝主要在岩层内发育，只有少数切穿岩层。

2.2.2 裂缝有效性

图3 长8 储层裂缝延伸高度频率

裂缝的充填特征决定了裂缝的有效性，尤其是在低渗透和超低渗透储层中，由于基质岩性致密，其储集和渗流性能较差，此时裂缝的作用不可忽视，可为油气提供储集空间和渗流通道。裂缝的有效性，取决于裂缝张开程度、延伸情况、充填情况及连通状况[7–12]。裂缝的张开程度越大、延伸越远、充填越差、连通状况越好，则流体在其中的流动能力越强，裂缝的有效性就越好。根据岩心观察统计，红河油田长8 储层裂缝主要被钙质矿物充填，还有少量的石英及泥质。其中，钙质胶结砂岩中天然裂缝全充填占56%，半充填占17%，局部充填占7%，无充填占20%；非钙质胶结砂岩中，天然裂缝全充填占34%，半充填占10%，局部充填占8%，无充填占48%（图4）。这表明研究区钙质胶结砂岩中已充填裂缝占80%，有效裂缝较少。钙质胶结充填裂缝的砂岩的抗压强度较未发育裂缝的砂岩的抗压强度小，注水开发中要充分考虑钙质胶结无效裂缝将会优先开启而变成优势渗流通道，从而大大降低注水开发效果。

图4 长8 储层中裂缝充填频率

2.2.3 裂缝地下开度

裂缝在地层围压条件下的开度是决定裂缝渗流作用的一项关键参数，也是目前储层裂缝研究中的一个技术难点。储层裂缝在地层围压条件下的开度比岩心取到地表减压膨胀后直接实测的开度或裂缝经多次脉冲式充填形成的脉体宽度小许多，因此，需要根据裂缝开度与静岩封闭压力的关系，将地表条件下实测的裂缝开度恢复至地层围压条件下的真实开度（曾联波，1998）。通过岩心、薄片观察并结合成像测井资料分析发现，经过校正以后裂缝地下开度大多小于100 μm，主要为0～50 μm，极少量裂缝的地下开度大于100 μm，表明储层裂缝的地下开度主要为微米级。

2.3 裂缝成因及分布

研究区长8 储层裂缝主要为高角度构造裂缝，是在不同期次构造应力作用下产生的，裂缝的形成除了与古构造应力场有关外，还受到储层的岩性、岩层厚度、沉积微相、构造等因素影响。

按照裂缝分布与断层的关系，红河油田长8 储层裂缝可以分为与断层伴生的裂缝以及不受断层控制的裂缝两种类型。从三维地震相干体分析结果看，红河油田与断层伴生的裂缝较为发育，且多呈带状展布；从钻井岩心裂缝观察结果看，钻遇断层的钻井岩心裂缝明显发育，取心井距离断层越近，裂缝越发育，随着距断层的距离增大，裂缝密度降低。研究区断层以近直立的剪切断层为主，根据剪切断层活动的特点，其应力集中带主要发育于断层的端部及其两侧，但两侧的应力集中带宽度较窄。因此，裂缝发育带也主要分布在断层端部以及两侧较窄的范围内。

3 断层–裂缝对单井产能的影响

红河油田长8 储层主要受燕山期和喜马拉雅期两期构造作用，断层裂缝发育。研究区的断裂（断层–裂缝）主要以倾角近直立的断层和高角度构造裂缝为主，在平面上多呈雁列式排列，具有剪切成因的特征；在纵向上，断裂切割的层位明显不同，与其规模存在相关性，断裂对油气富集的作用也存在较大的差异。

3.1 断层方向

红河油田现今地应力的优势方向为 NEE–SWW 向，在地应力作用下，NEE 向断层和裂缝的地下开度大，连通性和渗透性好，是主渗流方向。当水平井的水平段近垂直于主渗流方向时，产能高，否则产能低。红河油田断层的形成可分为两期，在现今地应力场的作用下，早期（燕山期）形成的NWW向断层呈压扭性，导流性相对较差；晚期（喜马拉雅期）形成的NEE 向断层呈张扭性，导流性较好，对油气产能的贡献大。因此，钻遇NEE 向断层的生产井油气产能比钻遇NWW 向断层的生产井的油气产能高（图5）。

图5 钻遇不同方向断层的水平井油气产量对比

3.2 断层规模

通过对断层规模、切穿层位和油气产量大小的统计发现，断开长7 油页岩的断层对油气产量贡献最大，其次是断开长8 的断层，断开延10 顶部煤层的大断层容易造成油气散失，钻遇该类断层生产井的油气产量较低（图6）。断层规模太小，断层伴生的裂缝发育带宽度和发育程度有限，产量也低。由图7 可知，断层延伸长度为1 500～4 000 m 的断层油气产量相对较高。

图6 断开不同层位断层油气产量对比

图7 不同长度断层油气产量对比

3.3 不同断层部位

断层的不同部位裂缝发育程度不同，断层端部应力集中，裂缝最发育，故钻遇断层端部和两条断层重叠交叉部位的水平井的平均产量明显高于钻遇断层中部的水平井的平均产量（图8）。位于断层上盘的水平井的平均产量高于位于断层下盘的水平井的平均产量（图9）。

图8 钻遇断层不同部位的水平井的平均产量对比

图9 钻遇断层上盘与下盘的水平井的平均产量对比

3.4 天然裂缝

天然裂缝主要指天然构造裂缝。研究区内天然裂缝主要包括两类：一类是与断层伴生的裂缝，另一类是与断层无关的剪切裂缝。通过对水平井测井资料的裂缝解释及生产情况分析发现，产能不好的生产井的裂缝不发育，而产能高的生产井裂缝较发育，产量与裂缝发育程度之间具有明显的正相关关系。天然裂缝是低渗透砂岩储层的有效储集空间和主要的渗流通道，控制着低渗透油藏的渗流系统，裂缝发育程度是影响水平井产能的关键因素。

4 天然裂缝对注水的影响

裂缝的高导流性和储层基质的低渗透性，使得注入水容易沿裂缝快速流动，导致油井含水快速增长甚至水淹，因此，裂缝是造成低渗透油藏油井见水和快速水淹的主要因素。由于受裂缝性质、产状、围压、孔隙流体压力和现今地应力等因素的影响，不同走向不同倾角裂缝开启压力不同（图10）。随倾角增大，裂缝开启压力减小。注水开发过程中，NEE–SWW 向裂缝首先开启，这也是该方向裂缝在注水开发过程中表现为主渗流裂缝的原因。因此，在油藏注水时，注水压力值应主要取决于NEE 向裂缝的开启压力，使之略低于NEE 向裂缝开启压力，可以有效地防止NEE 向裂缝的开启和油藏因注水引起的水淹水窜。