克拉苏构造带超深储层构造主裂缝识别

周 鹏，周 露，朱文慧，罗海宁，王佐涛

(中国石油塔里木油田分公司，新疆 库尔勒 841000)

0 引 言

库车坳陷克拉苏构造带白垩系巴什基奇克组储集层埋藏深度较大(普遍大于6 000 m)、垂向压实及水平挤压作用较强，岩性致密，基质孔隙度低，一般为4%～8%。前人在克拉苏构造带的储层研究中做了大量工作，认为裂缝在储集层的流体渗流过程中起到了重要作用。大多数学者对克拉苏构造带的裂缝研究主要集中在裂缝的分类、平面预测及与产能之间的关系等方面[1-5]，对垂向上裂缝的发育特征研究较少。随着克拉苏构造带勘探程度的加深，部分井的裂缝密度与产能之间出现了矛盾。理论研究表明，当裂缝走向与最大主应力的夹角超过45 °时，裂缝有效性降低，但测试资料表明，仍存在裂缝走向与最大主应力走向存在大夹角而获得高产工业气流的现象。基于以上矛盾，以岩心及FMI成像测井资料为基础，在明确不同应力环境裂缝特征的基础上，提出规模大、有效性强、与褶皱同时期形成的构造型裂缝才是真正的高产渗流通道，并通过构造倾角校正的方法将裂缝的视产状还原到地层水平条件下，从大量伴生缝或者早期形成的裂缝中剥离出规模较大的构造主裂缝。在当今低油价的情势下，构造主裂缝的识别为射孔井段优选、储层改造方案优化、降低勘探成本提供理论依据。基于以上矛盾，以岩心及FMI成像测井资料为基础，在理清不同应力环境裂缝特征的基础上，提出了构造主裂缝的裂缝评价研究思路，明确了裂缝发育规模的差异性原因。构造主裂缝的识别为射孔井段优选、储层改造方案优化、降低勘探成本提供了理论依据。

1 研究区地质特征

研究区位于塔里木盆地库车坳陷中部的克拉苏构造带，根据目前的钻井资料显示，克拉苏构造带钻遇地层自上而下分别为第四系，古近系库车组、康村组、吉迪克组、苏维依组、库姆格列木群及下白垩统巴什基奇克组(图1)。其中，下白垩系巴什基奇克组为主要勘探目的层，埋深普遍超过6 000 m，岩性以细砂岩为主，局部发育泥岩夹层，属于辫状河三角洲、扇三角洲前缘沉积，储集层厚度为250～320 m[6-12]。储集层上覆的古近系库姆格列木群膏盐岩是区域性的优质盖层，也是区域性的滑脱层[13]；储集层之下为下白垩系巴西改组、舒善河组，巴西改组是以细砂岩为主的“硬性”地层，舒善河组为厚度在1 200 m左右的大套泥岩地层，是一套区域性的次级滑脱层。受新生代晚期强烈挤压作用的影响，克拉苏构造带广泛发育高角度的逆冲叠瓦状构造，夹持在上下2套滑脱层之间的巴什基奇克组及巴西改组的砂岩地层产生塑性变形，应力环境产生差异。根据电阻率测井、地应力、岩心、岩石学特征等综合研究[14-16]，自上而下将白垩系储集层分为张性段(距储集层顶部80～160 m)、过渡段(距储集层顶部100～200 m)、压扭段(距储集层顶超过200 m)，其中，张性段储集层储层品质最高，过渡段次之，压扭段最差。

图1 克深井区典型井断背斜应力中和面垂向分段特征

2 构造主裂缝的识别

2.1 研究区裂缝发育特征

2.1.1 岩心裂缝发育特征

根据克深、大北地区岩心观察，岩心中主要发育高角度雁列状裂缝、“T字型”、“π字型”、“牙刷型”等[17-18]组合型裂缝及低角度网状缝(图2)。一般情况下，在储层顶部的张性段，受局部拉张应力的影响，裂缝以高角度雁列状为主，裂缝纵深长、开度大，以方解石半充填为主，裂缝线密度为0.5～3.0 条/m，溶蚀现象明显，裂缝线密度较低，局部在高倾角裂缝之间或缝的端部发育数量较多的伴生缝，但裂缝开度小，规模有限。

图2 克深井区不同应力段岩心裂缝特征

过渡段储集层中，由于挤压应力逐渐增强，抵消了部分拉张应力，在过渡段储集层中发育的裂缝规模有所降低，线密度有所提高，一般为1.0～5.0 条/m。组合型裂缝逐渐增多，缝宽较小，以方解石半充填-全充填为主，有效裂缝的发育数量有限，无效裂缝的数量有所增加。

压扭段储集层中，裂缝密度显著升高。挤压应力进一步增强，岩性致密，早期形成的有效缝进一步受到挤压而闭合，并形成裂缝线密度为10.0～26.0条/m的倾角杂乱的网状裂缝带，裂缝数量虽多，但有效性明显降低。

2.1.2 FMI成像测井中裂缝发育特征

FMI成像测井中的裂缝发育特征与岩心相似。以水基钻井液环境下的KS2A井为例，在122 m的张性段储集层中，裂缝线密度为3.0 条/m，裂缝平均开度为0.35 mm；99 m的过渡段储集层中，裂缝线密度为4.1 条/m，裂缝平均开度为0.22 mm；78 m的压扭段储集层中，裂缝线密度为9.1 条/m，裂缝平均开度为20.13 mm。成像测井资料显示，白垩系巴什基奇克组储集层垂向上裂缝发育程度逐渐变大，但裂缝规模却越来越小。

基于岩心及FMI成像测井资料的裂缝解析研究表明，由于垂向上储集层应力环境差异，储集层品质及裂缝的发育特征存在一定的分层性。巴什基奇克组储集层中张性段、过渡段裂缝发育数量少，但裂缝有效性高；压扭段储集层出现大量网状缝，线密度大但有效性差。

2.2 构造主裂缝的定义及研究思路

由于岩心资料过少，代表性差，岩心裂缝描述无法真实地体现裂缝在地下储层中的真实规模；而FMI成像测井虽然能体现储层裂缝发育的连续性，但多解性强。大量的岩心及FMI成像测井资料显示，裂缝数量并不是决定裂缝有效性的关键因素(图3)，FMI成像识别出15条倾角在40～70 °之间的裂缝，从岩心归位标定后发现，该处仅发育2条规模较大的裂缝，其余均以伴生缝的形式存在。

通过对不同构造位置的钻井岩心、成像测井资料的分析，张性段及过渡段中规模较大的裂缝总体与地层近似垂直、倾向相反，而规模较小的裂缝常与地层斜交，倾角杂乱，多为规模较大裂缝的伴生缝；压扭段储层较少发育有效裂缝，倾角、倾向均杂乱。

图3 基于岩心标定下FMI成像测井裂缝组合

储集层垂向的有效沟通需要相对规模大、渗流特征明显的裂缝。因此，借鉴构造地质学中主节理的研究内容，定义构造主裂缝是由于构造运动作用下产生的规模明显大于研究区平均裂缝规模的、有效性高的、渗透率大的构造型裂缝。构造主裂缝基本上与地层垂直，裂缝倾向与地层倾向相反(图4)；而伴生缝常与地层斜交，裂缝倾向与地层倾向之间夹角可呈任意角度。

图4 应力环境差异下裂缝发育特征

3 基于地层倾角的FMI成像测井裂缝倾角校正

根据上述研究思路，通过FMI成像裂缝倾角校正方法，将地层还原到水平条件下，在剔除大量次生裂缝的基础上，找出储层中构造主裂缝的相应位置，还原真正的裂缝发育规模，为储层改造提供合理的理论基础。具体做法如下[19-20]。

(1) 将岩层界面的单位法向矢量分解为大地坐标系中的3个分量。

(2) 经过坐标轴旋转后，求出分量在地层倾角坐标系中的视倾角、视倾向，通过整理可得到地层的视倾角，进而求得裂缝在地层倾角坐标系中的视倾角。

(3) 裂缝校正方法与地层倾角校正方法相似，经过旋转、坐标变换后，得到裂缝法线矢量在大地坐标系中的3个分量转换为地层倾角坐标系矢量的分量。得到裂缝法线矢量在大地坐标系中的分量，将其再转换至地层倾角坐标系中。

(4) 计算裂缝相对地层的倾角、视倾向，利用FMI成像测井可以识别出地层的视倾角、视倾向，则计算裂缝在成像图中识别的裂缝视倾角、裂缝相对地层的视倾向差，最终求出裂缝在地层倾角坐标系中的视倾向。

(5) 通过坐标变换及计算，校正裂缝相对于地层的倾角。

4 构造主裂缝识别结果及地质意义

4.1 构造主裂缝识别结果

通过上述方法将裂缝的视倾角校正到地层水平条件下的真倾角后，与褶皱同时期形成的构造型裂缝倾角会普遍增大，构造主裂缝倾角总体与地层垂直，一般在校正后大于80 °；而非构造形成的次级裂缝或伴生裂缝在校正后裂缝倾角普遍减小，校正后裂缝倾角为20～60 °。根据这一规律，以克深2井区构造高部位的KS201井为例，目的层顶部6 492～6 784 m的井段共发育290条裂缝，地层倾角、倾向按照白垩系巴什基奇克组顶部库姆格列木群下泥岩段中识别的泥岩层理进行裂缝倾角校正，识别KS201井处的地层倾角为11 °、倾向为355 °。结果表明，该井共识别出20条构造主裂缝(图5)，仅占裂缝总数量的6.9%；该井裂缝走向总体以WE、NW、NS向为主，而构造主裂缝却以WE方向为主，主裂缝倾角普遍大于80 °，裂缝倾向与地层倾向相反，反映构造缝特征；非构造主裂缝的发育数量较大，会掩盖主裂缝的真实走向，在裂缝评价过程中，须注意剥离非构造裂缝。

4.2 构造主裂缝与产量之间的关系

克拉苏构造带由于储层埋藏深度大、岩性致密，裂缝较发育，一般需对裂缝集中发育段进行射孔优选、酸化、压裂等作业，才能保证气井高产。部分学者[8，20]认为，如果裂缝走向与最大水平主应力夹角大于45 °，裂缝面会受到挤压而发生闭合，继而降低裂缝的有效性；裂缝走向与最大水平主应力夹角小于45 °，裂缝才能保持有效性，通常对地应力与裂缝走向夹角较小的位置进行射孔。裂缝优势方向代表数量众多的伴生缝、次级裂缝的走向，该种裂缝数量多、规模小、有效性差、渗流能力有限；而构造主裂缝的数量少，规模却明显大的多，裂缝的优势方向会掩盖构造主裂缝的真实方向。因此，构造主裂缝与最大主应力方向的夹角评价，才是气藏评价井高产的关键，而非裂缝的优势方向与最大主应力方向的夹角评价。实钻资料表明，克拉苏构造带储层裂缝走向与最大水平主应力夹角大于45 °的井仍然获得高产气流，如KS202井，裂缝走向以WWN、NWW 2个优势方向为主，与最大主应力走向之间的夹角为40～50 °，通过裂缝倾角校正后，剥离出构造主裂缝的走向与最大主应力的夹角为10 °；位于南翼近断裂的KS2-2-3井，裂缝优势方向为NW—SE、EW，裂缝优势方向与最大主应力方向夹角为40～50 °，理论上裂缝有效性差，较难获得高产工业气流。测试资料表明，该井测试中获得日产气为25.32×104m3/d(表1)。

通过构造倾角校正后，主裂缝方向与最大主应力方向夹角仅为12 °。因此，在储集层改造中，需识别出构造主裂缝的发育位置，为射孔方案、压裂层段优选提供理论支持。

5 结 论

(1) 白垩系巴什基奇克组储集层垂向应力分布存在差异，从上至下分为张性段、过渡段、压扭段。张性段以拉张应力为主，裂缝发育密度低，有效性高；过渡段拉张应力有所减弱，裂缝发育密度有所提高，但有效性降低；压扭段储集层以挤压应力为主，裂缝发育密度显著提高，有效性最差。

(2) 通过构造倾角校正方法可以较好地识别出构造主裂缝的发育位置，一般情况下，校正后倾角大于80°的裂缝，才是克拉苏地区盐下超深储层中的构造主裂缝，气测显示好；非构造主裂缝的发育数量大，通过地层倾角校正后，裂缝倾角普遍集中在20～60 °，规模较小。

(3) 当最大主应力方向与构造主裂缝走向夹角小于45 °时，构造主裂缝才能保持有效性，在构造主裂缝位置处射孔测试及储层改造才是气井高产、稳产的关键。

图5 克拉苏构造带典型井裂缝倾角校正综合柱状图

表1 克拉苏构造带克深2气藏裂缝走向与最大主应力方向统计

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