姬塬油田堡子湾南长4+5储层裂缝特征及其影响因素分析

于 雷，陈建文，李 元，李伟华，陈振波

（1.中国石油长庆油田分公司超低渗透油藏研究中心；2.中国石油长庆油田第一采油厂）

姬塬油田堡子湾南长4+5储层裂缝特征及其影响因素分析

于 雷1，陈建文1，李 元2，李伟华1，陈振波1

（1.中国石油长庆油田分公司超低渗透油藏研究中心；2.中国石油长庆油田第一采油厂）

鄂尔多斯盆地姬塬地区三叠系储层中存在大量天然裂缝。该文通过岩心、显微薄片、测井解释多尺度裂缝描述方法，以及应用古地磁、地应力、均一化温度测试等裂缝检测技术对姬塬油田堡子湾南长4+5储层天然裂缝特征和形成期次进行了分析，并对影响裂缝分布的因素进行了研究。结果表明：该区长4+5储层天然裂缝发育密度大，裂缝有效程度高，并以高角度裂缝为主；裂缝方向受区域构造运动影响，主要为北东—南西向；岩性、岩层厚度、沉积微相等是影响裂缝发育的主要因素。

长4+5储层；超低渗透；裂缝；姬塬油田

0 引言

鄂尔多斯盆地是在华北克拉通地块之上经历了长期演化过程的中生代沉积盆地，是我国第二大含油气沉积盆地［1］。姬塬地区堡子湾南位于盆地中段西部，长4+5储层构造比较简单，总体为一平缓的西倾单斜，坡降6～7 m/km。构造对该区油藏控制作用较小，油气圈闭主要受岩相和储层物性变化控制。长4+5时期主要以三角洲前缘亚相沉积为主，沉积微相以水下分流河道和分流间湾为主，水下分流河道中沉积的细、粉砂岩是研究区的主要储集层。粒度分析表明，研究区长4+5储层以细砂为主，平均占94.53%，粉砂次之，中砂极少量，分选较好。储层岩性为粉细—细粒岩屑质长石砂岩，平均孔隙度为11.54%，渗透率为0.39 mD，储层中天然裂缝发育程度较高，油藏类型为超低渗透裂缝性岩性油藏［2］。天然裂缝的发育和分布直接影响着油田注水开发的效果和最终采收率，因此，开展裂缝特征及影响因素的研究对该区油田稳定高效开发至关重要。

1 裂缝发育特征

鄂尔多斯盆地中部陕北斜坡构造活动较弱，地层平缓，断层、褶皱等构造均不发育［3-4］。通过钻井取心发现，研究区储层中天然裂缝发育，产状稳定，裂缝面光滑平直（图版Ⅰ-1、图版Ⅰ-2）。

1.1 裂缝发育具有多方位性

通过野外露头、岩心古地磁定向、成像测井及裂缝识别测井资料分析，研究区裂缝方向以北东—南西向为主，同时还存在一组近东西向的裂缝，这组裂缝发育程度次于北东向（图1）。

图1 姬塬油田长4+5储层裂缝方位图Fig.1 Fracture orientation of Chang 4+5 reservoir in Jiyuan Oilfield

1.2 裂缝倾角分布范围大

按照裂缝与岩心横截面夹角的大小，可以将裂缝分为水平缝（Φ≤5°）、斜交缝（5°＜Φ≤45°）、高角度缝（45°＜Φ≤85°）和垂直缝（Φ＞85°）［5-6］。 根据取心井岩心裂缝统计，研究区主要发育70°～90°的高角度缝和垂直缝，另外发育倾角约为45°的斜交缝，并且伴有少量层间缝（表1）。

表1 裂缝倾角统计表Table 1 Statistics of fracture dip

1.3 裂缝发育密度大

裂缝密度反映了储层裂缝的发育程度。通过对研究区岩心进行统计可知，该区平均裂缝密度为0.95条/m，在个别井中裂缝密度甚至达到2.84条/m。与国内同类型储层相比，研究区裂缝发育程度较高。储层裂缝密度越大，裂缝的间距、垂向高度和延伸长度就越小，表现出较强的负相关性。根据岩心观察，裂缝主要发育在岩层内，裂缝长度主要为3～4 m，高度为 5～45 cm（表 2、表 3）。

表2 裂缝长度统计表Table 2 Statistics of fracture length

表3 裂缝高度统计表Table 3 Statistics of fracture height

1.4 裂缝有效程度高

裂缝的充填特征包括裂缝的充填程度、充填物以及充填物的晶形、结晶程度等。充填程度分为完全充填和半充填；充填物视岩性的不同分为泥质、钙质和炭质等［5-7］。岩心观察表明，研究区储层中裂缝被矿物充填者占13.6%，其中方解石充填占10.9%，石英充填占2.7%，表明大多数裂缝为有效裂缝。

2 裂缝与构造运动的关系

研究表明，姬塬油田堡子湾南长4+5储层中的裂缝为燕山期和喜山期形成的［8-10］。岩心观察有明显的裂缝切割关系，在岩心中存在2条切割明显的裂缝（图版Ⅰ-3）。镜下观察表明，储层砂岩中同一微裂缝也具有2期充填特征，早期裂缝充填的粗粒方解石又被后期微晶石英脉贯穿，表现出同一微裂缝出现2次开合的现象。这反映研究区的确存在2期构造活动（图版Ⅰ-4）。岩石的声发射试验也证实了该区域存在2期构造应力（图2）。

图2 声发射试验曲线Fig.2 Test curve of acoustic emission

裂缝中充填石英的流体包裹体均一化温度频率集中范围与裂缝高频范围呈正相关性。如表4所示，均一化温度高频范围，即130～150℃和90～110℃所对应的储层中裂缝出现频率较高。结合鄂尔多斯盆地构造演化背景及应力特征，认为裂缝发育程度较高的2个时期分别与燕山期和喜山期盆地的构造运动时期相一致，说明燕山期和喜山期是该区裂缝的主要形成时期，由此可知，2期构造应力场是形成该区裂缝多方向性的主要原因。

表4 均一化温度（石英包裹体）与裂缝频率统计表Table 4 Statistics of homogenization temperature and fracture frequency

3 裂缝分布受控因素分析

在2期构造应力作用下，地层中裂缝发育，且分布广泛，但并不均一。裂缝的发育程度、组系存在差别，而这些差异的形成受控于多种因素，如岩性、岩层厚度、沉积微相等。

3.1 裂缝与岩性的关系

沉积岩中裂缝发育程度与岩性关系密切。岩性包括岩石组分、粒度状况、胶结状况等，这些因素直接决定岩石的抗压、抗张和抗剪强度，进而影响到地层受力时岩石断裂破坏的难易以及断裂破坏的程度。岩石类型不同，变形程度也不同，所显现出来的力学性质和受力后产生破裂的情况也不一样。当岩石处于相似应力和环境条件时，脆性组分百分比含量高的岩石要比含量低的岩石具有更发育的裂缝［11］。据岩心观察，在研究区长4+5储层中细砂岩中裂缝最为发育，粉砂岩中裂缝发育程度次之，而纯泥岩中裂缝发育程度最差（表5）。

表5 不同岩性裂缝分布频率统计表Table 5 Statistics of fracture frequency in different lithologies

3.2 裂缝与岩层厚度的关系

鄂尔多斯盆地构造发育程度较弱，因此岩层厚度对裂缝的影响就显得尤为重要［12］。一方面，岩层中裂缝发育程度明显受单层厚度的控制，即岩层越薄裂缝越发育；另一方面，单层厚度薄的岩层中岩石的颗粒更加细小，岩石颗粒和单层厚度的双重影响控制着裂缝的发育程度，即岩层越薄，颗粒越细，裂缝就越发育［13-14］。在一定厚度范围内，裂缝的平均密度与岩层厚度呈负相关性，表明当其它条件相同时薄岩层中的裂缝比厚岩层中的裂缝更为发育；而岩层厚度和裂缝间距具有正相关性，同一种岩层，厚度越大，则裂缝越稀疏，裂缝的规模越大；反之亦反。统计表明，该区无论是砂岩或泥岩，在薄层中裂缝发育程度均较高（图3）。

3.3 裂缝与沉积微相的关系

沉积相的平面展布控制着裂缝的分布［15］。长4+5时期研究区为三角洲前缘沉积，在湖泊背景下，砂岩厚度、砂岩含量整体表现出自北东向南西减薄、变小的趋势。岩心观察统计证实，在水下分流河道微相中，砂岩颗粒较粗，成熟度较好，分选性较好，在该区域裂缝发育程度也较好；在分流河道间湾微相和河口坝微相，以砂岩、泥岩及其过渡岩性互层为主，虽然其岩石颗粒细，但泥质含量高、砂体累积厚度相对较薄，因此该部位的裂缝发育程度次之；在水下天然堤微相中，主要以泥岩为主，裂缝发育程度最差（表6）。

图3 裂缝密度与岩层厚度关系图Fig.3 Relationship between fracture density and strata thickness

表6 沉积微相与裂缝发育程度关系Table 6 Relationship between sedimentary facies and fracture development

4 结论

（1）姬塬地区堡子湾南长4+5储层区域上存在2组裂缝，其中北东—南西向为裂缝的主要方向，其次发育近东西向裂缝。

（2）该区域裂缝以高角度垂直缝为主，裂缝倾角主要为70°～90°，裂缝发育密度大，平均裂缝密度为0.95条/m，裂缝有效程度高，裂缝有效率达到86.4%。

（3）天然裂缝发育的主控因素包括岩石性质及岩层厚度、沉积微相等，其中岩石性质和岩层厚度为关键因素。裂缝在岩性较粗的砂岩中发育程度较高，而在粉砂岩、泥岩中发育程度较低；在相同条件下，岩层厚度越大，裂缝越不发育。

［1］梁晓伟，韩永林，王海红，等.鄂尔多斯盆地姬塬地区上三叠统延长组裂缝特征及其地质意义［J］.岩性油气藏，2009，21（6）：49-53.

［2］赵靖舟，吴少波，武富礼.论低渗透储层的分类与评价标准［J］.岩性油气藏，2007，19（3）：28-31.

［3］史成恩，万晓龙，赵继勇，等.鄂尔多斯盆地超低渗透油层开发特征［J］.成都理工大学学报：自然科学版，2007，34（5）：538-542.

［4］王崇孝，田多文，魏军，等.酒泉盆地窟窿山油藏裂缝分布特征［J］.岩性油气藏，2008，20（4）：20-25.

［5］周文.裂缝性油气储层评价方法［M］.成都：四川科学技术出版社，1998.

［6］张娟，周文，邓虎成，等.麻黄山地区延安组、延长组储层裂缝特征及识别［J］.岩性油气藏，2009，21（4）：53-57.

［7］袁云峰，才业，樊佐春，等.准噶尔盆地红车断裂带石炭系火山岩储层裂缝特征［J］.岩性油气藏，2011，23（1）：47-51.

［8］王瑞飞，孙卫.鄂尔多斯盆地姬塬油田上三叠统延长组超低渗透砂岩储层裂缝研究［J］.地质论评，2009，55（3）：444-448.

［9］刘格云.长庆油田华庆地区延长组长63储层裂缝发育特征研究［D］.兰州：兰州大学，2010.

［10］郭川，朱玉双，李文清，等.安塞油田坪桥地区长6储层裂缝特征研究［J］.西北大学学报：自然科学版，2009，39（1）：97-101.

［11］袁士义，宋新民，冉启权.裂缝性油藏开发技术［M］.北京：石油工业出版社，2004.

［12］南郡祥，王素荣，姚卫华，等.鄂尔多斯盆地陇东地区延长组长6—8 特低渗透储层微裂缝研究［J］.岩性油气藏，2007，19（4）：40-44.

［13］周新桂，操成杰，袁嘉音.储层构造裂缝定量预测与油气渗流规律研究现状和进展［J］.地球科学进展，2003，18（3）：398-404.

［14］Groshong R H.Forced folds and fractures：Geological society special publication［J］.Tectonophysics，2001，334（1）：57-59.

［15］曲春霞，杨秋莲，刘登飞，等.长庆油田延长组特低渗透储层物性影响因素分析［J］.岩性油气藏，2008，20（2）：43-47.

Characteristics and influencing factors of fractures of Chang 4+5 reservoir in southern Puziwan area,Jiyuan Oilfield

YU Lei1， CHEN Jian-wen1， LI Yuan2， LI Wei-hua1， CHEN Zhen-bo1
（1.Research Center of Ultra-low Permeability Reservoir， Changing Oilfield Company， PetroChina， Xi’an 710021， China；2.The first Oil Production Plant， Changqing Oilfield Company， PetroChina， Yan’an 716000， China）

There are a large number of natural fractures in Triassic reservoir in Jiyuan area of Ordos Basin.Based on core,microscopic thin slice and logging interpretation,the palaeomagnetism,ground stress and homogenization temperature are applied toanalyze the characteristics and formingstages ofthe natural fractures ofChang4+5 reservoir in southern Puziwan area,and the influencing factors for fracture distribution are studied.The result shows that the natural fractures of Chang 4+5 reservoir developed well in the study area,and they are mainly of high-angle and effective fractures.The direction of fractures is affected by regional tectonic movement,and mainly of NE-SW.Lithology,strata thickness and sedimentarymicrofacies are the main influencingfactors for fracture development.

Chang4+5reservior； ultra-lowpermeability； fracture； JiyuanOilfield

TE122.1

A

2011-05-16；

2011-06-29

中国石油长庆油田分公司超低渗透油藏研究中心科研项目（编号：00123388）“姬塬油田堡子湾南精细油藏描述研究”部分成果。

于雷，1984年生，男，助理工程师，主要从事油气田开发研究工作。地址：（710021）陕西省西安市未央区凤城四路和文景路十字西北角苏里格大厦 2603。 电话：（029）86978084。 E-mail：yulei_cq@petrochina.com.cn

1673-8926（2011）06-0069-04

图版Ⅰ

杨琦）