鄂爾多斯盆地紅河油田長8 油藏天然裂縫特征 及其對開發的影響

羅衍靈

（中國石化華北油氣分公司，河南鄭州 450006）

紅河油田位于鄂爾多斯盆地西南邊緣天環坳陷南段，地層平緩，無明顯構造起伏，為一西傾單斜。受到多期構造應力作用，研究區斷層發育，主要發育NEE–SWW 和NWW–SEE 向斷層，局部為近E– W 向斷層。鄂爾多斯盆地致密油氣開發實踐證明，天然裂縫的存在必將成為油氣開發的雙刃劍[1–3]，一些儲層條件欠佳但獲得高產的井與天然裂縫關系密切，如ZJ5，ZJ25，HH26，HH105 井等；但也存在一些裂縫發育程度較好的井生產情況欠佳。造成差異的原因在于斷層及天然裂縫的發育和展布特征，但其對油氣開發的控制作用卻一直未能認識清楚。本文通過對紅河油田長8 儲層天然裂縫的深入研究，闡明長8 儲層裂縫特征、形成機理及其主控因素，揭示儲層裂縫在縱向上和平面上的發育特征，分析裂縫對長8 油藏產能、注水開發的影響，為紅河油田科學合理地開發提供地質認識依據，對紅河油田產能建設具有重要的指導作用。

1 裂縫類型

基于野外露頭、巖心觀察、成像測井等資料，按照地質成因，將紅河油田長8 儲層裂縫分為兩類：構造應力場作用下形成的構造裂縫和儲層沉積或成巖過程中形成的成巖裂縫[4]。

1.1 構造裂縫

構造裂縫是長8 儲層主要的裂縫類型，分布廣泛、延伸長、產狀穩定，發育在所有的巖性中[5]。根據裂縫分布形式，分為節理型裂縫和斷層型裂縫兩種基本形式。節理型裂縫規模較小，主要在層內發育，與層面垂直，并終止于層面上；斷層型裂縫規模相對較大，表現為穿層裂縫，可以切穿不同的巖層和薄層泥巖夾層，但受較厚的泥巖隔層限制，在砂層組內發育。按裂縫傾角劃分，區內構造裂縫主要為高角度裂縫。

1.2 成巖裂縫

成巖裂縫是在成巖過程中由于壓實和壓溶等地質作用產生的近水平順微層理面發育的裂縫[6]，主要受沉積微相及成巖作用控制。研究區成巖裂縫主要為水平層理縫和成巖收縮縫。

2 儲層裂縫參數定量研究

2.1 裂縫產狀

2.1.1 裂縫走向

長8 儲層主要發育NEE、NWW、SN 和近EW向四組裂縫。運用成像測井可將天然裂縫與偽裂縫進行區分，通過“去偽存真”明確了區內有效裂縫走向為NEE 向（圖1）。對照紅河油田的現今地應力方向（NEE–SWW），符合構造應力控制裂縫發育的規律。

圖1 長8 儲層有效裂縫方位（樣品數為238）

2.1.2 裂縫傾角

根據取心井巖心裂縫傾角統計分析，紅河油田長8 儲層天然裂縫以高角度裂縫為主，傾角大于60°的裂縫占裂縫總數的70%以上（圖2），且高角度裂縫大部分發育在低滲透砂巖儲層中。

圖2 長8 儲層巖心裂縫傾角分布頻率（樣品數為845）

2.2 裂縫規模與有效性

2.2.1 裂縫規模

裂縫規模主要指縱向上的延伸高度和平面上的延伸長度。野外觀察和統計結果表明，裂縫在平面上的延伸長度與在縱向上的延伸高度之間存在較好的正相關性，即裂縫在縱向上的延伸高度越大，在平面上的延伸長度越長；反之亦然。由于在巖心上難以得到裂縫在平面上的延伸長度，因而一般用裂縫在縱向上的延伸高度來評價裂縫的發育規模。根據巖心觀察結果并結合測井資料的統計分析，研究區長8 儲層裂縫延伸高度一般小于100 cm，大部分小于60 cm，集中發育于5～40 cm（圖3），裂縫主要在巖層內發育，只有少數切穿巖層。

2.2.2 裂縫有效性

圖3 長8 儲層裂縫延伸高度頻率

裂縫的充填特征決定了裂縫的有效性，尤其是在低滲透和超低滲透儲層中，由于基質巖性致密，其儲集和滲流性能較差，此時裂縫的作用不可忽視，可為油氣提供儲集空間和滲流通道。裂縫的有效性，取決于裂縫張開程度、延伸情況、充填情況及連通狀況[7–12]。裂縫的張開程度越大、延伸越遠、充填越差、連通狀況越好，則流體在其中的流動能力越強，裂縫的有效性就越好。根據巖心觀察統計，紅河油田長8 儲層裂縫主要被鈣質礦物充填，還有少量的石英及泥質。其中，鈣質膠結砂巖中天然裂縫全充填占56%，半充填占17%，局部充填占7%，無充填占20%；非鈣質膠結砂巖中，天然裂縫全充填占34%，半充填占10%，局部充填占8%，無充填占48%（圖4）。這表明研究區鈣質膠結砂巖中已充填裂縫占80%，有效裂縫較少。鈣質膠結充填裂縫的砂巖的抗壓強度較未發育裂縫的砂巖的抗壓強度小，注水開發中要充分考慮鈣質膠結無效裂縫將會優先開啟而變成優勢滲流通道，從而大大降低注水開發效果。

圖4 長8 儲層中裂縫充填頻率

2.2.3 裂縫地下開度

裂縫在地層圍壓條件下的開度是決定裂縫滲流作用的一項關鍵參數，也是目前儲層裂縫研究中的一個技術難點。儲層裂縫在地層圍壓條件下的開度比巖心取到地表減壓膨脹后直接實測的開度或裂縫經多次脈沖式充填形成的脈體寬度小許多，因此，需要根據裂縫開度與靜巖封閉壓力的關系，將地表條件下實測的裂縫開度恢復至地層圍壓條件下的真實開度（曾聯波，1998）。通過巖心、薄片觀察并結合成像測井資料分析發現，經過校正以后裂縫地下開度大多小于100 μm，主要為0～50 μm，極少量裂縫的地下開度大于100 μm，表明儲層裂縫的地下開度主要為微米級。

2.3 裂縫成因及分布

研究區長8 儲層裂縫主要為高角度構造裂縫，是在不同期次構造應力作用下產生的，裂縫的形成除了與古構造應力場有關外，還受到儲層的巖性、巖層厚度、沉積微相、構造等因素影響。

按照裂縫分布與斷層的關系，紅河油田長8 儲層裂縫可以分為與斷層伴生的裂縫以及不受斷層控制的裂縫兩種類型。從三維地震相干體分析結果看，紅河油田與斷層伴生的裂縫較為發育，且多呈帶狀展布；從鉆井巖心裂縫觀察結果看，鉆遇斷層的鉆井巖心裂縫明顯發育，取心井距離斷層越近，裂縫越發育，隨著距斷層的距離增大，裂縫密度降低。研究區斷層以近直立的剪切斷層為主，根據剪切斷層活動的特點，其應力集中帶主要發育于斷層的端部及其兩側，但兩側的應力集中帶寬度較窄。因此，裂縫發育帶也主要分布在斷層端部以及兩側較窄的范圍內。

3 斷層–裂縫對單井產能的影響

紅河油田長8 儲層主要受燕山期和喜馬拉雅期兩期構造作用，斷層裂縫發育。研究區的斷裂（斷層–裂縫）主要以傾角近直立的斷層和高角度構造裂縫為主，在平面上多呈雁列式排列，具有剪切成因的特征；在縱向上，斷裂切割的層位明顯不同，與其規模存在相關性，斷裂對油氣富集的作用也存在較大的差異。

3.1 斷層方向

紅河油田現今地應力的優勢方向為 NEE–SWW 向，在地應力作用下，NEE 向斷層和裂縫的地下開度大，連通性和滲透性好，是主滲流方向。當水平井的水平段近垂直于主滲流方向時，產能高，否則產能低。紅河油田斷層的形成可分為兩期，在現今地應力場的作用下，早期（燕山期）形成的NWW向斷層呈壓扭性，導流性相對較差；晚期（喜馬拉雅期）形成的NEE 向斷層呈張扭性，導流性較好，對油氣產能的貢獻大。因此，鉆遇NEE 向斷層的生產井油氣產能比鉆遇NWW 向斷層的生產井的油氣產能高（圖5）。

圖5 鉆遇不同方向斷層的水平井油氣產量對比

3.2 斷層規模

通過對斷層規模、切穿層位和油氣產量大小的統計發現，斷開長7 油頁巖的斷層對油氣產量貢獻最大，其次是斷開長8 的斷層，斷開延10 頂部煤層的大斷層容易造成油氣散失，鉆遇該類斷層生產井的油氣產量較低（圖6）。斷層規模太小，斷層伴生的裂縫發育帶寬度和發育程度有限，產量也低。由圖7 可知，斷層延伸長度為1 500～4 000 m 的斷層油氣產量相對較高。

圖6 斷開不同層位斷層油氣產量對比

圖7 不同長度斷層油氣產量對比

3.3 不同斷層部位

斷層的不同部位裂縫發育程度不同，斷層端部應力集中，裂縫最發育，故鉆遇斷層端部和兩條斷層重疊交叉部位的水平井的平均產量明顯高于鉆遇斷層中部的水平井的平均產量（圖8）。位于斷層上盤的水平井的平均產量高于位于斷層下盤的水平井的平均產量（圖9）。

圖8 鉆遇斷層不同部位的水平井的平均產量對比

圖9 鉆遇斷層上盤與下盤的水平井的平均產量對比

3.4 天然裂縫

天然裂縫主要指天然構造裂縫。研究區內天然裂縫主要包括兩類：一類是與斷層伴生的裂縫，另一類是與斷層無關的剪切裂縫。通過對水平井測井資料的裂縫解釋及生產情況分析發現，產能不好的生產井的裂縫不發育，而產能高的生產井裂縫較發育，產量與裂縫發育程度之間具有明顯的正相關關系。天然裂縫是低滲透砂巖儲層的有效儲集空間和主要的滲流通道，控制著低滲透油藏的滲流系統，裂縫發育程度是影響水平井產能的關鍵因素。

4 天然裂縫對注水的影響

裂縫的高導流性和儲層基質的低滲透性，使得注入水容易沿裂縫快速流動，導致油井含水快速增長甚至水淹，因此，裂縫是造成低滲透油藏油井見水和快速水淹的主要因素。由于受裂縫性質、產狀、圍壓、孔隙流體壓力和現今地應力等因素的影響，不同走向不同傾角裂縫開啟壓力不同（圖10）。隨傾角增大，裂縫開啟壓力減小。注水開發過程中，NEE–SWW 向裂縫首先開啟，這也是該方向裂縫在注水開發過程中表現為主滲流裂縫的原因。因此，在油藏注水時，注水壓力值應主要取決于NEE 向裂縫的開啟壓力，使之略低于NEE 向裂縫開啟壓力，可以有效地防止NEE 向裂縫的開啟和油藏因注水引起的水淹水竄。

圖10 長8儲層不同傾角裂縫開啟壓力分布（曾聯波，2007）

5 結論

（1）紅河油田長8 儲層發育構造裂縫和成巖裂縫，構造裂縫包括節理型裂縫和斷層型裂縫，成巖裂縫包括層理縫和收縮縫，其中高角度剪切裂縫是該區的主要裂縫類型。

（2）長8 儲層裂縫主要在低滲透砂巖儲層內發育，只有少數切穿巖層，充填礦物主要為鈣質（方解石等）、少量石英及泥質，鈣質膠結充填的裂縫較多，裂縫有效性較差，但鈣質膠結充填裂縫的砂巖的抗壓強度不及未發育裂縫的砂巖。

（3）在NEE–SWW 向現今地應力場的作用下，早期（燕山期）形成的NWW 向斷層呈壓扭性，導流性相對較差；晚期（喜馬拉雅期）形成的NEE 向斷層呈張扭性，導流性較好，對油氣產能的貢獻大。

（4）油氣產量與斷層斷開層位、斷層規模和斷層部位密切相關，其中，斷開長7 油頁巖的斷層對油氣產量貢獻最大，斷層延伸長度為1 500–4 000 m的斷層油氣產量相對較高；高產井也主要分布在斷層端部、斷層上盤和斷層之間的裂縫發育區。

（5）紅河油田長8 油藏在進行油藏注水開發時，應結合天然裂縫的性質、產狀等因素，通過控制注水壓力，有效地防止天然裂縫的開啟、擴展和延伸，從而達到提高注水開發效果的目的。