伊拉克A油田Asmari組碳酸鹽巖儲(chǔ)層裂縫特征及其對(duì)油藏開(kāi)發(fā)的影響

孫福亭，何 娟，王 龍，汪洪強(qiáng)，郭麗娜

( 中國(guó)海洋石油國(guó)際有限公司，北京 100028 )

0 引言

裂縫是碳酸鹽巖儲(chǔ)層常見(jiàn)的儲(chǔ)集空間類(lèi)型，其發(fā)育強(qiáng)度及填充狀態(tài)對(duì)油井單井產(chǎn)能及油田高效開(kāi)發(fā)具有重要影響[1-4]。不同于常規(guī)的碎屑巖儲(chǔ)層，碳酸鹽巖儲(chǔ)層脆性強(qiáng)且易受酸性水溶蝕改造，易形成非均質(zhì)性極強(qiáng)的復(fù)雜孔、洞、縫滲流系統(tǒng)[5-8]。裂縫作為重要的儲(chǔ)集空間類(lèi)型，對(duì)改善碳酸鹽巖儲(chǔ)層物性具有重要意義。Asmari組碳酸鹽巖是中東主要含油氣盆地——扎格羅斯前陸盆地的重要儲(chǔ)集單元之一[9-11]，形成的油氣田主要分布于伊拉克、伊朗和阿聯(lián)酋[12]。目前，對(duì)Asmari組碳酸鹽巖的研究主要集中于成藏模式[11,13-14]、沉積環(huán)境及沉積相[15-19]、成巖作用[19]、孔隙結(jié)構(gòu)和巖石類(lèi)型[20]等，有關(guān)Asmari組儲(chǔ)層裂縫研究相對(duì)較少[21-22]，尚未對(duì)研究區(qū)天然裂縫開(kāi)展系統(tǒng)分析。

目前，伊拉克東南部A油田正處于快速上產(chǎn)的關(guān)鍵時(shí)期，其主力產(chǎn)層為古近系漸新統(tǒng)—新近系中新統(tǒng)的Asmari組碳酸鹽巖儲(chǔ)層[23]。油井產(chǎn)能差異大，水淹規(guī)律復(fù)雜是A油田開(kāi)發(fā)面臨的主要矛盾。自2015年油田實(shí)施下泵提液以來(lái)，含水率快速上升，多口高部位新井出現(xiàn)投產(chǎn)后快速高含水，制約油田正常開(kāi)發(fā)生產(chǎn)。觀察A油田3口取心井巖心照片，Asmari組儲(chǔ)層局部發(fā)育裂縫，但裂縫規(guī)模較小，在成像測(cè)井上的響應(yīng)并不明顯。以A油田巖心、薄片、成像測(cè)井、偶極聲波測(cè)井資料為基礎(chǔ)，分析A油田Asmari組碳酸鹽巖儲(chǔ)層裂縫特征，結(jié)合生產(chǎn)井產(chǎn)能及生產(chǎn)測(cè)井資料探討裂縫對(duì)油藏開(kāi)發(fā)的影響，明確研究區(qū)Asmari組碳酸鹽巖儲(chǔ)層裂縫特征、控制因素及其對(duì)油藏開(kāi)發(fā)的影響，為后續(xù)油田開(kāi)發(fā)調(diào)整提供地質(zhì)依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

A油田位于伊拉克東南部米桑省，毗鄰伊朗邊界，距離巴士拉市約為175 km，構(gòu)造上處于扎格羅斯山前坳陷南部邊緣的低角度褶皺帶，毗鄰美索不達(dá)米亞盆地(見(jiàn)圖1(a))。受扎格羅斯造山運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的巨大北東—南西向水平擠壓應(yīng)力影響[24-28]，A油田表現(xiàn)為北西—南東向的長(zhǎng)軸擠壓背斜構(gòu)造。

圖1 A油田區(qū)域構(gòu)造及Asmari組地層綜合柱狀圖Fig.1 Regional tectonic location and stratigraphic section in Asmari Formation of A Oilfield

漸新世，海平面下降，阿拉伯板塊幾乎全部暴露于地表，新特提斯快速關(guān)閉，沿板塊東北邊界扎格羅斯前淵演變成一個(gè)狹窄的海槽[29]。Asmari組沉積于該時(shí)期的扎格羅斯前淵陸棚，主要由淺色、膠結(jié)較好的有孔蟲(chóng)灰?guī)r沉積物組成。Asmari組沉積晚期，受干熱的古氣候影響，局部地區(qū)灰?guī)r發(fā)生白云石化，在Asmari組頂部形成白云巖儲(chǔ)層，其上覆地層為區(qū)域穩(wěn)定分布的Lower Fars組巨厚膏鹽巖蓋層。

A油田Asmari組主力產(chǎn)層分為A、B兩段，A段沉積厚度約為70 m，根據(jù)沉積旋回進(jìn)一步劃分為3個(gè)油組，主要為白云巖；B段沉積厚度約為120 m，劃分為4個(gè)油組，主要為灰?guī)r，局部夾雜少量砂巖(見(jiàn)圖1(b))。

2 裂縫成因類(lèi)型及特征

2.1 構(gòu)造裂縫

構(gòu)造成因的高角度裂縫(構(gòu)造裂縫)是A油田主要發(fā)育的裂縫類(lèi)型，巖心觀察顯示，構(gòu)造裂縫以剪切裂縫為主(見(jiàn)圖2(a-c))，少見(jiàn)張性裂縫(見(jiàn)圖2(d))，縫面相對(duì)平直穩(wěn)定，傾角多在70°～90°之間，多未充填或弱充填，縫間多數(shù)被油氣充注，可見(jiàn)明顯的油氣顯示，充填物主要為方解石或石膏膠結(jié)物。裂縫規(guī)模相對(duì)較小，開(kāi)度一般在50～100 μm之間，縫長(zhǎng)一般在20～60 cm之間，在垂向上斷續(xù)分布，局部區(qū)段發(fā)育強(qiáng)度較大、數(shù)量多，巖心因裂縫發(fā)育強(qiáng)度大而碎裂。

圖2 A油田Asmari組碳酸鹽巖構(gòu)造裂縫特征Fig.2 Tectonic fracture characteristics of carbonates in Asmari Formation of A Oilfield

2.2 成巖裂縫

根據(jù)成因不同，成巖裂縫可進(jìn)一步細(xì)分為水平層理縫、壓溶縫、溶蝕縫和脫水收縮縫等。

(1)水平層理縫。水平層理縫通常表現(xiàn)為沿層理面或順層的水平或低角度裂縫，是在壓實(shí)壓溶過(guò)程中沿層理薄弱面形成的裂縫(見(jiàn)圖3(a))。巖心觀察顯示，水平層理縫開(kāi)度小，多小于50 μm，常呈半充填狀，充填物主要為方解石或石膏膠結(jié)物。

圖3 A油田Asmari組碳酸鹽巖成巖裂縫特征Fig.3 Diagenetic fracture characteristics of carbonates in Asmari Formation of A Oilfied

(2)壓溶縫。壓溶縫是碳酸鹽巖常見(jiàn)的成巖裂縫(又稱(chēng)縫合線)，是在壓實(shí)作用下、由巖石不穩(wěn)定組分局部溶解而形成的，縫面多表現(xiàn)為不規(guī)則的鋸齒狀，通常發(fā)育在相對(duì)較致密的泥晶灰?guī)r或泥晶白云巖中。壓溶縫延伸距離較短，縫長(zhǎng)小于10 cm，常孤立分布。縫間多被壓溶作用產(chǎn)物充填，也有泥質(zhì)或有機(jī)質(zhì)充填，滲透性較差(見(jiàn)圖3(b-c))。

(3)溶蝕縫。溶蝕縫(又稱(chēng)構(gòu)造擴(kuò)溶縫)是在早期構(gòu)造成因裂縫的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)后期酸性流體沿縫面選擇性溶蝕改造而形成的，縫面受酸性流體的溶蝕改造而凹凸不平(見(jiàn)圖3(d))，裂縫開(kāi)度不均，裂縫開(kāi)度大小取決于溶蝕強(qiáng)度。鏡下觀察顯示，溶蝕縫多為未充填—半充填狀，充填物主要為方解石或石膏膠結(jié)物。

(4)脫水收縮縫。脫水收縮縫是硬石膏吸水變成石膏發(fā)生膨脹而體積變大，對(duì)周?chē)V物產(chǎn)生擠壓后溶解釋放壓力，通過(guò)壓力回彈在周邊礦物中形成微小的張性裂縫。裂縫常分布于石膏斑塊周邊，呈簇狀分布，規(guī)模小(多為百微米～毫米級(jí))，延伸距離短，常被石膏充填(見(jiàn)圖3(e))。

研究區(qū)對(duì)儲(chǔ)層改造作用較大的成巖裂縫主要為溶蝕縫，其形成之初也多為構(gòu)造裂縫。

2.3 裂縫測(cè)井響應(yīng)

巖心觀察顯示，裂縫發(fā)育段在常規(guī)測(cè)井曲線上的響應(yīng)特征不明顯，甚至小尺度裂縫在成像測(cè)井曲線上的響應(yīng)也不明顯，很難識(shí)別。橫波在各向異性地層傳播時(shí)有分裂現(xiàn)象，利用偶極聲波測(cè)井資料可以提取快、慢橫波信息，進(jìn)而分析由裂縫導(dǎo)致的地層各向異性大小[30]。首先，應(yīng)用偶極聲波測(cè)井資料提取縱、橫波時(shí)差，采用波形反演方法進(jìn)行地層各向異性處理，獲得可靠的地層各向異性大小及快橫波方位等參數(shù)；然后，將獲得參數(shù)及常規(guī)測(cè)井資料的密度曲線作為輸入?yún)?shù)，引入定向裂縫理論模型進(jìn)行裂縫參數(shù)處理，實(shí)現(xiàn)裂縫密度及裂縫孔隙度的定量評(píng)價(jià)[31]。研究區(qū)多口井具有偶極聲波測(cè)井資料，基于偶極聲波各向異性分析及裂縫參數(shù)反演，定量評(píng)估每口井縱向裂縫密度及裂縫孔隙度，研究區(qū)Asmari組各向異性較弱，裂縫平均孔隙度約為0.6%(見(jiàn)圖4)，整體表現(xiàn)為中—小尺度裂縫特征。

圖4 A油田A19井偶極聲波裂縫解釋成果Fig.4 Dipole acoustic logging fracture interpretation result of well A19 in A Oilfield

3 裂縫控制因素

3.1 巖性

由于A油田大多數(shù)取心資料被損毀，現(xiàn)存13口取心井的巖心描述數(shù)字化資料和3口井的巖心照片。按巖性統(tǒng)計(jì)巖心描述的高角度構(gòu)造裂縫發(fā)育段(見(jiàn)圖5(a))，將某巖性的裂縫發(fā)育段總厚度除以巖性總厚度作為裂縫的發(fā)育概率。白云巖的裂縫發(fā)育概率最高，其次是灰?guī)r、砂巖、泥巖，最低是石膏(見(jiàn)圖5(b))。巖石的成分、顆粒大小及排列方式等影響巖石的力學(xué)性質(zhì)，控制不同巖性在構(gòu)造應(yīng)力作用下的裂縫發(fā)育[32-33]。碳酸鹽巖巖石組分主要為方解石和白云石(鈣質(zhì)礦物)，砂巖巖石組分主要為硅質(zhì)和黏土礦物，泥巖主要由黏土礦物組成；鈣質(zhì)和硅質(zhì)礦物表現(xiàn)為脆性，黏土和石膏礦物表現(xiàn)為塑性[6]，不同性質(zhì)礦物含量的差異造成不同巖性巖石在相同應(yīng)力條件下的抗張、抗壓強(qiáng)度不同，進(jìn)而導(dǎo)致裂縫發(fā)育程度不同。

圖5 A油田不同巖性厚度、裂縫發(fā)育概率統(tǒng)計(jì)Fig.5 Statistics of thickness and fracture development probability of different lithology in A Oilfield

3.2 巖層厚度

裂縫發(fā)育程度與所在巖層厚度有關(guān)，通常裂縫在一個(gè)巖性相對(duì)穩(wěn)定的層內(nèi)發(fā)育，終止于巖性界面[34]。根據(jù)13口取心井的巖心描述數(shù)字化資料，統(tǒng)計(jì)不同巖層厚度的裂縫發(fā)育概率，在巖性較穩(wěn)定的薄層碳酸鹽巖中裂縫發(fā)育概率明顯大于厚層碳酸鹽巖的，裂縫發(fā)育概率隨巖層厚度增大而減小(見(jiàn)圖6)。

圖6 A油田巖層厚度與裂縫發(fā)育概率關(guān)系Fig.6 Relationship between rock thickness and fracture development probability in A Oilfield

3.3 構(gòu)造位置

構(gòu)造位置是影響A油田Asmari組碳酸鹽巖儲(chǔ)層裂縫分布的重要因素，不同構(gòu)造部位的局部應(yīng)力分布不同，影響裂縫發(fā)育程度[35]。

A油田Asmari組A段為白云巖，較B段灰?guī)r裂縫更為發(fā)育，統(tǒng)計(jì)A段偶極聲波測(cè)井平均裂縫密度解釋結(jié)果，在背斜軸部和轉(zhuǎn)折端等曲率較大的位置，裂縫更發(fā)育；在構(gòu)造翼部，裂縫相對(duì)欠發(fā)育。以A油田南區(qū)為例(見(jiàn)圖7)，在A油田南區(qū)構(gòu)造轉(zhuǎn)折端及構(gòu)造軸部的A36、A40、A33、A37等井，裂縫密度明顯大于構(gòu)造翼部的A24和A45井的。另外，斷層對(duì)裂縫有控制作用，斷層活動(dòng)造成的應(yīng)力擾動(dòng)使斷層附近應(yīng)力集中，斷層附近構(gòu)造縫更發(fā)育，如A油田南區(qū)北部，A19和A22井距離主斷層主體較近，裂縫密度大于位于斷層末端和距離斷層較遠(yuǎn)的A32和A26井的。

圖7 A油田Asmari組A段不同構(gòu)造位置裂縫發(fā)育程度Fig.7 Fracture development degree of different tectonic location of A Member of Asmari Formation in A Oilfield

構(gòu)造裂縫發(fā)育程度受巖性、巖層厚度和構(gòu)造位置等因素影響，是多因素綜合控制的結(jié)果，不同區(qū)域控制構(gòu)造裂縫發(fā)育程度的主要因素可能不同，因此大范圍單一控制因素分析時(shí)可能有少數(shù)異常井不符合一般規(guī)律，對(duì)于這部分異常井還需要結(jié)合其他控制因素進(jìn)行分區(qū)域分析。

4 裂縫對(duì)油藏開(kāi)發(fā)的影響

4.1 油井產(chǎn)能

A油田Asmari組A段主要發(fā)育白云巖，儲(chǔ)層物性較差，孔隙度分布在0.1%～21.3%之間，滲透率分布在(0.01～454.00)×10-3μm2之間，平均孔隙度為9.0%，平均滲透率為10.60×10-3μm2，孔滲相關(guān)關(guān)系極差，主要為低孔中低滲儲(chǔ)層。A油田有多口單采A段油井，在投產(chǎn)初期，這部分井產(chǎn)能差異較大(自噴)，最低約為130 m3/d，最高可達(dá)630 m3/d。裂縫評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，A段白云巖儲(chǔ)層局部中小尺度裂縫較發(fā)育，裂縫密度相對(duì)較大(見(jiàn)圖4、圖8)，在投產(chǎn)初期，裂縫發(fā)育程度是導(dǎo)致單采A段油井產(chǎn)能差異大的重要因素。分析油井初期產(chǎn)能與射孔層段裂縫發(fā)育強(qiáng)度的相關(guān)關(guān)系，在基質(zhì)孔隙發(fā)育尚可的儲(chǔ)層段，裂縫相對(duì)發(fā)育的層段是主力產(chǎn)液層段。如A油田A33井是一口單采A段油井，PLT(Production Logging Tool)測(cè)試時(shí)產(chǎn)能約為460 m3/d，不含水，PLT解釋結(jié)果顯示A3頂部油層為該井主要產(chǎn)油層，占該井產(chǎn)油量的83.9%；偶極聲波裂縫參數(shù)定量解釋結(jié)果顯示，A段裂縫密度大，裂縫較發(fā)育(見(jiàn)圖8)，裂縫發(fā)育可改善局部?jī)?chǔ)層的滲流能力，滲流能力成為油井高產(chǎn)的關(guān)鍵因素。

圖8 A油田A33井生產(chǎn)測(cè)井揭示裂縫發(fā)育段為主要產(chǎn)油段Fig.8 Production logging of well A33 in A Oilfield revealing main oil production layer with high fracture development degree

4.2 油藏水淹規(guī)律

裂縫除改善儲(chǔ)層的滲流能力、提高油井產(chǎn)能外，對(duì)油藏水淹規(guī)律也有重要影響。A油田有多口單采A段的構(gòu)造高部位油井，在射孔段底部距離動(dòng)態(tài)油水界面30～50 m時(shí)，油井投產(chǎn)后快速高含水，分析井上成像測(cè)井裂縫評(píng)價(jià)結(jié)果及偶極聲波裂縫密度定量評(píng)價(jià)結(jié)果，以及遠(yuǎn)探測(cè)井周相對(duì)大尺度裂縫的定性評(píng)價(jià)結(jié)果，這些井的生產(chǎn)段至含水層往往在井上或井周發(fā)育裂縫，有的甚至為中大尺度裂縫。因此，這部分水淹異常井為構(gòu)造裂縫導(dǎo)致的異常水錐或水突破。這類(lèi)采油井在中低含水時(shí)期調(diào)整生產(chǎn)制度、降低生產(chǎn)壓差能夠有效抑制含水快速上升，增加油井的中低含水采油期，從而提高單井累積產(chǎn)量。

5 結(jié)論

(1)伊拉克A油田Asmari組碳酸鹽巖儲(chǔ)層發(fā)育裂縫主要為中小尺度的構(gòu)造裂縫。構(gòu)造裂縫的發(fā)育程度主要受巖性、巖層厚度和構(gòu)造位置因素影響。白云巖裂縫發(fā)育程度高于灰?guī)r的；薄層碳酸鹽巖裂縫發(fā)育程度高于厚層碳酸鹽巖的；構(gòu)造軸部和轉(zhuǎn)折端等曲率較大的位置及主斷層主體周邊是裂縫發(fā)育的有利區(qū)帶。

(2)裂縫發(fā)育能夠改善儲(chǔ)層的滲流能力，提高油井產(chǎn)能，但也易引發(fā)水突破，使油井快速高含水。采取有效方法評(píng)價(jià)裂縫并預(yù)測(cè)裂縫發(fā)育區(qū)，控制裂縫發(fā)育區(qū)生產(chǎn)井的生產(chǎn)制度，在保障油井產(chǎn)能的同時(shí)盡量延緩裂縫可能導(dǎo)致的水突破，可以有效提高單井累積產(chǎn)量。