侯靜宇

濟(jì)陽坳陷不同巖性組合儲(chǔ)集層裂縫形成研究

侯靜宇

（西北大學(xué) 大陸動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/地質(zhì)學(xué)系，陜西 西安 710069）

裂縫是良好的油氣儲(chǔ)集空間，但是針對不同巖性組合儲(chǔ)集層類型所產(chǎn)生的裂縫研究有所不足。濟(jì)陽坳陷儲(chǔ)集層按巖性可分為：砂巖-細(xì)粒巖組合型儲(chǔ)集層、細(xì)粒巖組合型儲(chǔ)集層、不同粒度砂巖儲(chǔ)集層和基巖儲(chǔ)集層。通過巖心觀察和薄片分析，可知不同粒度砂巖對于細(xì)粒巖有著不同程度的影響，在相同應(yīng)力條件下，砂巖隨著粒度的變大，形變量也變大，與接觸的剛性細(xì)粒巖應(yīng)變差值也變大，裂縫的數(shù)量和大小會(huì)增大。同時(shí)砂巖相對于細(xì)粒巖厚度越大，對于與之相接觸的細(xì)粒巖破壞程度和范圍越大，細(xì)粒巖會(huì)發(fā)育出更多的裂縫，有利于改善儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性能。斷層經(jīng)過的地層附近會(huì)產(chǎn)生大量的裂縫，形成有利的儲(chǔ)集空間，對于四種類型的儲(chǔ)集層的儲(chǔ)集性能具有重要的改善意義。

裂縫； 巖性組合； 儲(chǔ)集層； 斷層

油氣賦存于儲(chǔ)層之中，人們一般將砂巖、碳酸鹽巖作為傳統(tǒng)意義上的儲(chǔ)層。但是，近年來隨著非常規(guī)油氣勘探的不斷深入，特別是頁巖油氣、致密砂巖油氣、煤層氣等勘探開發(fā)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)意義上的儲(chǔ)集層也發(fā)生了變化。濟(jì)陽坳陷泥巖儲(chǔ)集層成為了勘探熱點(diǎn)，也發(fā)現(xiàn)了一大批高產(chǎn)的泥巖高產(chǎn)井，如羅42井、大18井和義151井等。而在三角洲、濁積扇等沉積區(qū)域，在沙三段、沙四上亞段存在著砂巖-細(xì)粒巖組合型的儲(chǔ)集層，具有良好的儲(chǔ)集性能。

前人評(píng)價(jià)儲(chǔ)層主要是通過巖心、薄片、掃描電鏡、Ｘ-射線衍射、物性、有機(jī)碳含量、巖石熱解等分析測試工作去研究儲(chǔ)層的物性特征、孔滲特征以及孔喉結(jié)構(gòu)等。但是，不同巖性組合接觸界面附近產(chǎn)生的裂縫以及斷層穿過的地層附近產(chǎn)生的裂縫對于儲(chǔ)集層儲(chǔ)集性能的改善研究不夠，本文將進(jìn)一步研究斷層和巖性構(gòu)造變形對于不同巖性組合儲(chǔ)集層影響下裂縫發(fā)育的情況，完善非常規(guī)儲(chǔ)集層評(píng)價(jià)，促進(jìn)油氣勘探。

1 濟(jì)陽坳陷儲(chǔ)集層巖性組合類型

表1 基于礦物成分的沉積巖巖性與巖石粒度的關(guān)系

濟(jì)陽坳陷儲(chǔ)集層按巖性（表1、表2）可分為：砂巖-細(xì)粒巖組合型儲(chǔ)集層、細(xì)粒巖組合型儲(chǔ)集層、不同粒度砂巖儲(chǔ)集層、基巖儲(chǔ)集層。砂巖-細(xì)粒巖儲(chǔ)集層可分為：砂巖-泥巖組合型儲(chǔ)集層和砂巖-碳酸鹽巖組合型儲(chǔ)集層。細(xì)粒巖組合型儲(chǔ)集層可分為：粘土雜巖-碳酸鹽巖組合型儲(chǔ)集層、有機(jī)質(zhì)-碳酸鹽巖組合型儲(chǔ)集層和膏鹽巖-碳酸鹽巖組合型儲(chǔ)集層。基巖儲(chǔ)集層分為：火成巖儲(chǔ)集層和碳酸鹽巖儲(chǔ)集層。

表2 沉積巖粒度與礦物成分的關(guān)系

2 構(gòu)造變形對不同巖性組合儲(chǔ)層的影響

2.1 砂巖-細(xì)粒巖組合型儲(chǔ)集層裂縫

2.1.1 不同粒度砂巖-細(xì)粒巖組合型儲(chǔ)集層裂縫

由砂巖、細(xì)粒巖應(yīng)力應(yīng)變曲線可知（圖1），當(dāng)巖石樣品在同樣的壓力條件下，細(xì)粒巖樣品的徑向應(yīng)變值小于砂巖樣品的徑向應(yīng)變值。因此，在同樣應(yīng)力環(huán)境下，砂巖形變量大于細(xì)粒巖形變量，而相對剛性的細(xì)粒巖首先破裂，在砂巖與細(xì)粒巖接觸界面附近形成垂直縫、斜交縫和平行層面縫，增大了儲(chǔ)集空間，改善了儲(chǔ)集性能。

圖1 砂巖、細(xì)粒巖應(yīng)力應(yīng)變曲線

圖2 砂巖細(xì)粒巖模式圖（粗砂-中砂-細(xì)沙）

圖3 砂巖-細(xì)粒巖裂縫發(fā)育情況

通過薄片、應(yīng)力應(yīng)變曲線觀察，不同粒度的砂巖與細(xì)粒巖組合接觸界面附近產(chǎn)生的裂縫發(fā)育情況也不一樣。在相同應(yīng)力條件下，砂巖隨著粒度的變大，形變量也變大，與接觸的細(xì)粒巖應(yīng)變差值也變大，會(huì)形成數(shù)量更多、范圍更大的裂縫，從而影響砂巖-細(xì)粒巖組合型儲(chǔ)集層儲(chǔ)集性能（圖2、圖3）。砂巖-細(xì)粒巖儲(chǔ)集層儲(chǔ)集性能排列：粗粒砂巖-細(xì)粒巖組合型儲(chǔ)集層＞中粒砂巖-細(xì)粒巖組合型儲(chǔ)集層＞細(xì)粒砂巖-細(xì)粒巖組合型儲(chǔ)集層。

2.1.2 不同厚度砂巖-細(xì)粒巖組合型儲(chǔ)集層裂縫

（1）砂厚細(xì)粒巖?。荷皫r厚度大，細(xì)粒巖厚度小。在同樣壓力下，砂巖應(yīng)變值大于細(xì)粒巖，對于厚度小的相對剛性的細(xì)粒巖，影響范圍更大，細(xì)粒巖破裂程度更大，其中細(xì)粒巖對于砂巖-細(xì)粒巖組合型儲(chǔ)集層裂隙貢獻(xiàn)度大。

（2）砂薄細(xì)粒巖厚：砂巖厚度小，細(xì)粒巖厚度大。在同樣壓力下，由于相對剛性的細(xì)粒巖厚度大，雖然砂巖應(yīng)變值大于細(xì)粒巖，但是砂巖對于細(xì)粒巖影響范圍和強(qiáng)度有限，在與砂巖接觸的細(xì)粒巖界面附近的細(xì)粒巖中產(chǎn)生有限規(guī)模的裂縫。

（3）砂細(xì)粒巖互層：砂巖與細(xì)粒巖厚度較小，厚度的差異也較小。在同樣壓力下，砂巖對于細(xì)粒巖有一定的影響，與砂巖接觸的細(xì)粒巖界面附近會(huì)發(fā)生一定程度的破裂，產(chǎn)生裂縫。

2.2 細(xì)粒巖組合型儲(chǔ)集層裂縫

由不同巖石應(yīng)力應(yīng)變曲線可知，當(dāng)巖石樣品在同樣的壓力條件下，細(xì)粒巖樣品中有機(jī)質(zhì)的徑向應(yīng)變值＞泥巖的徑向應(yīng)變值＞碳酸鹽巖樣品的徑向應(yīng)變值。

對于泥巖和碳酸鹽巖，在同樣應(yīng)力環(huán)境下，泥巖形變量大于碳酸鹽巖形變量，而相對剛性的碳酸鹽巖首先破裂，在泥巖與碳酸鹽巖接觸界面附近形成平行層面縫與少量的垂直縫和斜交縫，增大了儲(chǔ)集空間，改善了儲(chǔ)集性能。

對于有機(jī)質(zhì)和碳酸鹽巖，在同樣應(yīng)力環(huán)境下，由于有機(jī)質(zhì)延展性很強(qiáng)，有機(jī)質(zhì)會(huì)鑲嵌到碳酸鹽巖內(nèi)存在的孔隙中去，減少了儲(chǔ)集空間，削弱了儲(chǔ)集性能。

2.3 不同粒度砂巖組合型儲(chǔ)集層裂縫

在同樣壓力下，不同粒度砂巖形變量也會(huì)存在差異，粗粒砂巖形變量＞細(xì)粒砂巖形變量，在粗粒砂巖與細(xì)粒砂巖接觸面附近的細(xì)粒砂巖中會(huì)發(fā)育一定平行于層面的裂縫，增大儲(chǔ)集空間。

2.4 基巖儲(chǔ)集層裂縫

基巖儲(chǔ)集層可能是由縫隙發(fā)育且有運(yùn)移通道連接烴源巖的碳酸鹽巖、火成巖等構(gòu)成的。由于基巖處于巖石的破裂段，會(huì)發(fā)育大量的裂縫，形成良好的儲(chǔ)集空間，儲(chǔ)集性能比較好。

3 斷層對于不同巖性組合儲(chǔ)層的影響

斷層通過的地層附近會(huì)發(fā)育大量的裂縫，無論對于常規(guī)儲(chǔ)層還是非常規(guī)儲(chǔ)層都具有重要的意義，會(huì)極大改善儲(chǔ)集性能。砂巖儲(chǔ)集層具有一定孔隙度，儲(chǔ)集性能較好，當(dāng)有斷層通過時(shí)，會(huì)增加儲(chǔ)集空間，改善儲(chǔ)集性能。細(xì)粒巖組合型儲(chǔ)集層孔隙、裂隙不發(fā)育，本身儲(chǔ)集性能差，當(dāng)有斷層通過時(shí)，會(huì)形成大量裂縫，使細(xì)粒巖儲(chǔ)集性能極大改善。砂巖-細(xì)粒巖組合型儲(chǔ)集層中，由于具有一定孔隙度的砂巖對于與之接觸的細(xì)粒巖的影響，會(huì)在接觸界面附近發(fā)育一定程度的裂縫，但裂縫對于有效孔隙度的貢獻(xiàn)有限。如果有斷層通過，在經(jīng)過的地層附近會(huì)發(fā)育大量裂縫，改善儲(chǔ)集性能。

4 結(jié) 論

（1）濟(jì)陽坳陷存在砂巖-細(xì)粒巖組合型儲(chǔ)集層（砂巖-泥巖組合型儲(chǔ)集層、砂巖-碳酸鹽巖組合型儲(chǔ)集層）、細(xì)粒巖組合型儲(chǔ)集層（粘土雜巖-碳酸鹽巖組合型儲(chǔ)集層、有機(jī)質(zhì)-碳酸鹽巖組合型儲(chǔ)集層、膏鹽巖-碳酸鹽巖組合型儲(chǔ)集層）、不同粒度砂巖儲(chǔ)集層、基巖儲(chǔ)集層（火成巖儲(chǔ)集層、碳酸鹽巖儲(chǔ)集層）四種儲(chǔ)集層類型。

（2）不同粒度的砂巖對于細(xì)粒巖有著不同程度的影響，在相同應(yīng)力條件下，砂巖隨著粒度的變大，形變量也變大，與接觸的剛性細(xì)粒巖應(yīng)變差值也變大，會(huì)形成數(shù)量更多、范圍更大的裂縫，從而影響砂巖-細(xì)粒巖組合型儲(chǔ)集層儲(chǔ)集性能。

（3）砂巖相對于細(xì)粒巖厚度越大，對于與之相接觸的細(xì)粒巖破壞程度和范圍越大，細(xì)粒巖會(huì)發(fā)育出更多的裂縫，有利于改善儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性能。

（4）斷層經(jīng)過的地層附近會(huì)產(chǎn)生大量的裂縫，形成有利的儲(chǔ)集空間。當(dāng)斷層經(jīng)過砂巖-細(xì)粒巖組合型儲(chǔ)集層、細(xì)粒巖組合型儲(chǔ)集層、不同粒度砂巖儲(chǔ)集層、基巖儲(chǔ)集層時(shí)，也會(huì)不同程度地改善其儲(chǔ)集性能。

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Study on the Formation of Fractures in Different Lithologic Combination Reservoirs in Jiyang Depression

（Department of Geology, Northwest University, Shaanxi Xi’an 710069, China）

Fractures are good oil and gas storage space, but the research on fracture caused by different lithologic combination reservoir types is insufficient. According to the lithology, the reservoirs in Jiyang depression can be divided into three types: sandstone fine-grained rock combination reservoir, fine-grained rock combination reservoir, sandstone reservoir with different granularity and bedrock reservoir. Through core observation and thin section analysis, it can be seen that different grain size sandstones have different degrees of influence on fine-grained rocks. Under the same stress condition, with the increase of grain size, the shape variable becomes larger, the strain difference between the contact rigid fine-grained rocks becomes larger, and the number and size of fractures increase. At the same time, the greater the thickness of sandstone relative to fine-grained rock, the greater the damage degree and scope of fine-grained rock in contact with it, the more fractures develop in fine-grained rock, which is conducive to improving the reservoir performance. There are a lot of fractures near the strata where the faults pass, forming favorable reservoir space, which is of great significance to improve the reservoir performance of four types of reservoirs.

crack; lithological association; reservoir; fault

2019-11-26

侯靜宇（1994-），男，碩士在讀，陜西西安市人，研究方向：儲(chǔ)層評(píng)價(jià)。

TE122

A

1004-0935（2020）02-0166-04