鄂尔多斯盆地安塞地区长6储层裂缝特征及主控因素

张玉银，赵向原，焦　军

(1. 中国石化石油勘探开发研究院，北京 100083；2. 中国石油长庆油田分公司勘探开发研究院，陕西 西安 710018)

低渗透油藏均不同程度地发育天然裂缝[1-5]，而国内大部分油田对这类油藏多采用注水开发，普遍认为裂缝系统对低渗透油田开发的影响具有双重性[6]。随着低渗透裂缝性油藏进入注水开发中后期，裂缝系统对开发影响的双重性表现出新的特征，即长期注水开发过程中随着注水压力不断提高，当超过裂缝的开启压力时，在现今应力场等因素的作用下，会使储层中某一组天然裂缝张开、扩展并相互连通，形成注水诱导裂缝，严重影响水驱效果[7-11]。为此，研究天然裂缝特征，弄清裂缝发育的主控因素，对进一步开展裂缝分布表征、弄清天然裂缝与注水诱导裂缝之间的关系具有重要意义。本文以鄂尔多斯盆地安塞地区长6低渗透砂岩油藏为例，充分利用岩心、露头及测井等资料，研究天然裂缝成因类型及特征，弄清裂缝发育的主控因素，为进一步研究裂缝对开发的影响提供地质依据。

1　地质概况

鄂尔多斯盆地为叠合的克拉通拗陷盆地[12-13]，盆地由6个一级构造单元构成，分别为伊盟隆起、渭北隆起、晋西挠褶带、伊陕斜坡、天环坳陷、西缘冲断带[14-15]。安塞地区位于伊陕斜坡的中东部，构造活动十分微弱，地层产状平缓，地层倾角0.5°左右，平均地层坡降(6～8) m/km，为一西倾单斜。由于差异压实作用，在局部形成起伏较小(隆起幅度10～20 m)且轴向为近东西或北东-西南向的鼻状隆起，对油气富集具有一定的控制作用。该地区三叠系延长组地层为一套典型的河流—三角洲—湖泊相沉积体系[16]，地层自上至下划分为长1～长10十个油层组，其中长6为主力油层组，在后期的成岩及构造改造作用下，长6储层较为致密，具有严重的非均质性，储层平均有效孔隙度11%～15%，空气渗透率(1～3)×10-3μm2，为典型的低孔特低渗砂岩储层(图1)。

图1研究区位置

2　天然裂缝特征

2.1　裂缝成因类型

根据岩心及相似露头观察，安塞地区长6储层主要发育构造裂缝和成岩裂缝两种成因类型，裂缝不仅在低渗透砂岩中发育，在泥岩中也有分布。砂岩中构造裂缝分布比较规则，裂缝面平直光滑，可见擦痕、阶步、羽饰等现象，产状稳定，常成组出现(图2a)，为典型的剪切裂缝。泥岩中构造裂缝主要为泥岩滑脱缝(图2b)，其主要特点是缝面光滑，具有镜面特征，缝面上明显可见顺裂缝倾向的划痕及微小陡坎，滑脱缝倾角一般中低角度为主。成岩裂缝主要有两种类型，其中一类发育在泥质岩类中，顺岩层微层面破裂产生的裂缝；另一类发育在砂岩类中，主要在细砂岩和粉砂岩中(图2c)，顺着砂岩的微层理分布，延伸长度短，多在厘米级，顺层理面发生弯曲、断续、尖灭。成岩裂缝主要是在埋深成岩过程中形成的，与压实和压溶作用具有密切的关系。

岩心上一般不能观察到构造裂缝的全貌，通过相似露头可以观察到裂缝的分布形式。延河露头剖面观察长6地层构造裂缝在平面上组系特征明显，多见两组裂缝之间(偶见两组以上)相互切割、限制，呈棋盘格状分布，多条裂缝以雁列式排列形成一条延伸较远的长缝，相邻两单条裂缝之间并不相互连通，而是存在较小的间距(图2d)。剖面上看，构造裂缝一般发育在单一岩层内且垂直于岩层面发育，其分布受岩层界面控制，很少见到穿层现象，相同规模的同组裂缝在单岩层内成等间距分布。

图2岩心及延河露头观察储层天然裂缝特征

2.2　裂缝参数特征

根据研究区成像测井资料及延河露头观察结果，分别绘制裂缝走向玫瑰花图来确定裂缝走向分布。从图中可以看出，安塞地区长6储层构造裂缝主要方位为北东向～北东东向、近东西向及北西向，发育程度依次减弱(图3a)，与延河剖面观察长6地层裂缝的走向存在较大的差异性(图3b)，主要与岩层平面上不同部位岩石力学性质的非均质性有关。裂缝倾角分布方面：综合岩心观察和成像测井裂缝识别成果，长6储层绝大多数裂缝以高角度缝为主，倾角大于60°的构造缝占80%左右(图4a)，大部分发育在砂岩储层中，只有少数发育在泥岩中；倾角小于60°的中—低角度裂缝(不包括成岩裂缝)数量占20%左右，主要为发育在泥质岩类中的泥岩滑脱缝。

图3安塞地区长6储层裂缝走向玫瑰花图

图4安塞地区长6储层构造裂缝倾角(a)和岩层厚度(b)分布

裂缝规模特征方面：通过岩心标定、测井资料，进而对裂缝性岩层厚度进行识别可知，长6储层构造裂缝的高度主要分布在2 m以内，大部分小于1.2 m(图4b)，裂缝平面长度一般不超过21 m，部分裂缝高度可达2 m以上，平面延伸长度超过28 m。裂缝开度决定着裂缝的导流能力，通过对安塞地区长6储层岩心构造裂缝的地面开度进行了测量，根据裂缝在地表和地下开度之间的校正关系，得到该区裂缝地下围压条件下的开度一般小于100 μm，主要分布在50～90 μm之间。岩心观察显示长6储层裂缝矿物充填情况较少，占10%左右，充填矿物主要为方解石，以部分充填为主，少量全充填，无矿物充填的裂缝多被石油充填，反映了研究区大多数裂缝为有效裂缝。

3　裂缝发育的主控因素

通过对安塞地区长6储层岩心及相似露头观察可知，平面上不同部位天然裂缝发育差异性很大，即使是同一地区的同一口取心井，不同层位上裂缝发育程度也存在较大差别。这是由于裂缝的形成除了与古构造应力有关外，还受到储层的岩性、层厚、沉积微相、岩层岩石力学性质等因素影响。构造应力控制裂缝的力学性质，其他因素主要影响了裂缝的发育特征及分布规律。

3.1　岩性

主要通过岩石成分、颗粒大小、岩石孔隙度等分析裂缝发育的影响因素。岩性不同，岩石力学性质便会存在较大差别，即使受到相同构造应力作用，不同岩性的岩层发生破裂的情况也会产生差别。岩石成分主要是指岩石中脆性矿物组分的含量[17]，含脆性组分较多的岩石中裂缝通常较为发育，这类岩石如含钙质较高的砂岩、粉砂岩，或含石英、长石、白云石组分较高的岩石等，相比之下由于泥岩中几乎不含脆性组分使得构造裂缝基本不发育[18-19]。岩石颗粒大小及岩石孔隙度对岩性的影响体现在岩石致密程度上，一般来说，同一类岩性的不同岩层，颗粒成分小且孔隙度低的，岩石就越加致密，更容易发育裂缝。

根据安塞地区长6储层岩心裂缝资料，对取心井单井裂缝纵向发育情况进行了评价，并对各类岩性裂缝平均线密度分别进行了计算。结果表明，裂缝发育程度受岩性控制明显，其中钙质砂岩和粉砂岩中裂缝最为发育(平均裂缝线密度分别为1.0 条/m和0.94 条/m)，其次为细砂岩(0.61 条/m)，泥岩中裂缝最不发育(0.48 条/m)(图5)。总体来说，若将长6储层岩性划分为两大类，即砂岩(含细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩)与泥岩(包括粉砂质泥岩)，则砂岩中裂缝发育程度要远大于泥岩，基本反映了随着泥质含量的增加，岩石中裂缝的发育程度由高变低；而在砂岩中，粉砂岩裂缝相比细砂岩更为发育，体现了随着岩石粒度变粗，裂缝发育程度有从高变低的趋势。需要说明的是，该区钙质砂岩内裂缝的发育程度最高，主要与钙质砂岩中的脆性矿物含量高有关。钙质砂岩一般为分选较好的细粉砂岩，当脆性矿物含量较高而矿物颗粒的差别较小时，可能前者决定了岩石本身的破裂能力。

图5长6储层各岩性裂缝平均密度对比

3.2　层厚

根据相似露头裂缝观察统计，裂缝的发育受岩层层厚控制明显[20]，在同一岩层内发育的同组裂缝一般具有近似的规模，相邻裂缝呈等间距分布，裂缝的间距及规模随层厚的增大而增大，裂缝线密度变小，裂缝平均间距与岩层厚度之间呈较好的线性关系(图6)。当岩层厚度超过一定规模以后(>2.5 m)，裂缝基本不再发育。

图6延河露头观察长6储层裂缝平均间距与岩层厚度关系

层厚对裂缝的控制，本质上讲是岩石力学层控制裂缝的发育。岩石力学层指一套岩石力学行为相近或岩石力学性质相一致的岩层，岩石力学层一般但不总是岩性均一层，即与通常所说的岩性层不完全一致[21]。长6储层大多数岩性单一层与岩石力学层对应较好，只有极少数岩石力学层同时包含了几个不同的岩性层。裂缝平均间距与岩石力学层之间表现出良好的线性关系，在某一地区，裂缝通常只在某个厚度范围内的单个岩层内发育，与岩层面斜交或垂直并终止于岩层界面上，当超过这一厚度范围时，由于岩层抵御构造应力破坏的能力变强，构造应力不足以使其发生破裂，裂缝基本不再发育。

3.3　沉积微相

沉积微相对裂缝发育程度的控制主要体现在不同微相控制不同部位地层的岩石成分、粒度、岩层厚度、岩层组合关系等[22-23]，使得不同微相中地层的岩石力学性质存在较大差异，进而影响了不同微相内裂缝的发育程度。

安塞地区长6储层沉积相类型主要为三角洲前缘亚相，又可分为水下分流河道、水下天然堤、水下分流间湾、河口坝及席状砂等几个微相，不同微相内裂缝发育程度差别较大。根据岩心及露头观察，分别统计并计算了不同沉积微相内构造裂缝平均线密度(图7)，其中席状砂内裂缝最为发育(裂缝线密度为2.6 条/m)，河口坝次之(平均为0.68 条/m)，水下分流间湾微相裂缝发育程度最差(0.32 条/m)。这是因为对于三角洲前缘席状砂来说，岩石颗粒组分细，分选较好，泥质含量低，砂体厚度薄，更易发育裂缝；而水下分流河道砂体岩石颗粒组分相对较粗，不同类型河道砂体厚度差异性较大，厚层砂体内裂缝基本不发育，只有小于一定厚度的砂体内才发育裂缝，造成了该类砂体裂缝平均密度值较小；对于水下天然堤等一些以沉积泥质为主的微相来说，由于泥质含量较高，脆性较差，不易于裂缝的产生。钙质砂岩主要分布在部分水下分流河道砂体的中部或下部以及河口坝砂体的中部或上部，在分选较好、颗粒支撑的薄层细砂岩(如席状砂)中也较为发育。与水下分流河道及河口坝中的钙质夹层厚度相比，薄层细砂岩中的钙质夹层规模一般相对较小，因此厚度较薄的钙质夹层中一旦发育裂缝，则具有较大的裂缝线密度。

图7长6储层不同沉积微相内裂缝发育密度对比

3.4　岩石力学性质

通过对安塞地区20余口井目的层岩心的岩性描述及裂缝统计发现，砂岩中主要以发育高角度构造裂缝(倾角≥60°)为主，占裂缝总数的65%；而在泥岩和含泥质砂岩中主要发育中—低角度裂缝(倾角<60°)，反映了不同岩性除了控制裂缝发育程度以外，还影响着裂缝的参数特征，这主要与不同岩性的岩石力学性质有关。

通过测井资料及岩石力学实验获取了20余口井单井岩石力学(参数包括杨氏模量、泊松比及脆性指数)剖面[3]，并统计分析了不同岩性的岩石力学参数特征，由此可知：纯砂岩的杨氏模量和脆性指数参数值均较大，而纯泥岩的则相对较小，含泥质砂岩的杨氏模量和脆性指数介于纯砂岩和纯泥岩之间，说明从纯砂岩至纯泥岩的岩性序列中，随着砂质成分百分含量降低及泥质成分百分含量的升高，其脆性越来越小。因此可判断，岩石的脆性程度影响着自身的破裂特征，当脆性指数较大时，以产生高角度缝为主，当脆性指数逐渐降低时，岩石破裂更易产生斜交缝或低角度缝、滑脱缝。此外，不同岩性的裂缝发育程度存在较大差异性，也主要与岩石力学性质有关，钙质砂岩和粉砂岩中裂缝最为发育，其脆性指数值在几类岩性中最大，而泥岩的脆性指数最小，相应的裂缝发育程度也最差(图8)。

图8WS1-1井储层岩石力学参数与岩心裂缝关系

4　结论

(1)安塞地区长6储层主要发育构造裂缝、泥岩滑脱缝及成岩裂缝等类型。构造裂缝走向以北东向～北东东向为主，少量近东西向及北西向。构造裂缝纵向高度主要分布在1.2 m以内，裂缝平面延伸长度一般不超过21 m，地下围压条件下构造裂缝开度一般小于100 μm，主要分布在50～90 μm之间；裂缝矿物充填情况较少，占10%左右，有效性较好。

(2)裂缝在储层中的分布特征具有较强的非均质性，主要受岩性、层厚、沉积微相、岩层岩石力学性质等地质因素综合控制。钙质砂岩和粉砂岩中裂缝最为发育，其次为细砂岩，泥岩中裂缝最不发育。一般在不超过2.5 m厚的岩层范围内，裂缝间距及规模随层厚增大呈线性增大。席状砂内裂缝最为发育，其次为水下分流河道、河口坝，水下分流间湾裂缝最不发育。脆性较大的岩层裂缝发育程度较高，且多以高角度缝为主，而脆性较小的岩层裂缝发育程度差，且多发育低角度缝。