王希賢

（中國石化集團(tuán)國際石油工程有限公司墨西哥子公司，北京 100728）

裂縫-孔隙型灰?guī)r油藏由于具有孔縫雙重介質(zhì)，儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，裂縫預(yù)測(cè)成為研究難題之一［1-6］。中外學(xué)者對(duì)裂縫識(shí)別與預(yù)測(cè)［7-9］及裂縫的發(fā)育規(guī)律［10-13］進(jìn)行了大量研究，已形成較為成熟的技術(shù)和方法，促進(jìn)了碳酸鹽巖油藏開發(fā)水平的不斷提高。墨西哥EBANO 油田為淺層裂縫-孔隙型稠油灰?guī)r油藏，開發(fā)目的層為Ksf 和Kan 層。1911 年投入開發(fā)，初期采用直井開發(fā)Ksf 層，高峰期日產(chǎn)油量最高達(dá)1.2×104m3，隨后產(chǎn)量快速遞減。2008 年后利用水平井開發(fā)Kan 層，水平段長度選取600 m 左右，單井初期產(chǎn)油量和累積產(chǎn)油量大幅度回升。在開發(fā)過程中發(fā)現(xiàn)不同區(qū)域Ksf 和Kan 層裂縫連通性差異較大，部分井區(qū)局部上下連通，另外一些井區(qū)上下不連通。由此給開發(fā)布井帶來較大困惑，給堵水措施的選擇也造成困難，確定Ksf和Kan層的裂縫連通關(guān)系成為必須解決的問題。通過地震、測(cè)井、鉆錄井和生產(chǎn)測(cè)試的資料對(duì)裂縫發(fā)育規(guī)律進(jìn)行再認(rèn)識(shí)，闡明了裂縫發(fā)育的控制因素以及Ksf和Kan層裂縫連通狀況，為油田開發(fā)方案和布井原則的確定提供有力依據(jù)，為油田控水提出方向性指導(dǎo)。

1 油田概況

EBANO 油田位于墨西哥灣西岸中部，AMAULI?PAS 省、SAN LUIS POTOSI 省及VERACRUZ 省交界處。構(gòu)造位置上屬于Tampico-Misantla 盆地Tamau?lipas 臺(tái)地（圖1），總體為西北高、東南低的低幅背斜，發(fā)育大量北東-南西向斷層［14］。研究區(qū)主要開發(fā)目的層為白堊系Ksf和Kan層，為海相陸棚邊緣相的泥質(zhì)灰?guī)r和灰質(zhì)泥巖互層，掃描電鏡資料顯示，Ksf 和Kan 層為裂縫-孔隙雙重介質(zhì)，主要儲(chǔ)集空間為物體腔孔、鑄?？缀腿芪g孔。根據(jù)物性分析結(jié)果，平均孔隙度（基質(zhì)+裂縫）為6%～14%，平均滲透率為1～600 mD。EBANO 油田含油面積為302 km2，地質(zhì)儲(chǔ)量為6.9×108m3。EBANO 油田由于地層淺，原油性質(zhì)差，原油黏度高，地面原油密度為0.985 2～0.985 8 g/cm3，地層原油密度為0.948 3～0.953 2 g/cm3，屬重油-超重油，40 ℃下地面脫氣原油黏度約為4 000 mPa·s，地層原油黏度約為300～700 mPa·s。

圖1 EBANO油田構(gòu)造位置Fig.1 Structural location of EBANO Oilfield

2 裂縫發(fā)育機(jī)理

裂縫的發(fā)育受控于構(gòu)造運(yùn)動(dòng)［15］，是基底構(gòu)造運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致斷層附近上覆地層構(gòu)造變形產(chǎn)生的（圖2）。EBANO 油田的構(gòu)造演化為：晚三疊世—中侏羅世同生裂谷期，發(fā)育近南北向的正斷層，夾持形成東西向的壘塹相間結(jié)構(gòu)；晚侏羅世—白堊世被動(dòng)大陸邊緣期，區(qū)內(nèi)構(gòu)造穩(wěn)定，沉積連續(xù)漸變；古新世—中新世前陸盆地期，Laramide造山運(yùn)動(dòng)使區(qū)內(nèi)斷層活化，在南北向斷裂附近形成花狀構(gòu)造。從EBANO 油田的構(gòu)造演化史看，晚三疊世—中侏羅世的拉張應(yīng)力和古新世—中新世的擠壓應(yīng)力釋放形成斷層和伴隨的裂縫帶，裂縫可能存在2期，晚三疊世—中侏羅世的張性裂縫和古新世—中新世的剪切裂縫。由于泥質(zhì)灰?guī)r的脆性大于灰質(zhì)泥巖，裂縫首先在泥質(zhì)灰?guī)r中產(chǎn)生，隨著泥質(zhì)灰?guī)r中應(yīng)力不斷釋放，灰質(zhì)泥巖的應(yīng)力更加集中，達(dá)到破裂點(diǎn)時(shí)灰質(zhì)泥巖產(chǎn)生裂縫［16］。由于灰質(zhì)泥巖的塑形作用較強(qiáng)，破裂壓力遠(yuǎn)大于泥質(zhì)灰?guī)r，與泥質(zhì)灰?guī)r相比，在灰質(zhì)泥巖中產(chǎn)生大裂縫需要的應(yīng)力更高，在應(yīng)力相對(duì)較為集中的斷裂破碎帶或長期活動(dòng)的同生沉積斷層的灰質(zhì)泥巖中可能更易于發(fā)育宏觀大裂縫。

圖2 裂縫發(fā)育機(jī)理Fig.2 Fracture development mechanism

3 裂縫發(fā)育規(guī)律及影響因素

3.1 裂縫的發(fā)育規(guī)律

巖心觀察表明［17］，EBANO油田裂縫可以分為構(gòu)造縫和層理縫，儲(chǔ)層構(gòu)造縫近于垂直，以半開啟縫為主，其余為開啟縫和封閉縫，裂縫密度為0.2～0.8條/m，多數(shù)裂縫是半開啟的，其比例為74%；部分裂縫是開啟的，其比例為22%；少數(shù)裂縫是封閉的，完全充填封閉的裂縫比例為4%，封閉裂縫中的充填物為方解石。

據(jù)新鉆井的成像測(cè)井資料，主裂縫走向近南北向（圖3），次裂縫走向近東西向，同時(shí)水平縫也較為發(fā)育，水平縫主要為層理縫。層理縫和垂直縫形成網(wǎng)狀裂縫系統(tǒng)。

10 口直井和水平井的成像測(cè)井獲得的裂縫密度數(shù)據(jù)顯示，在Ksf 和Kan 層裂縫廣泛存在，各井裂縫發(fā)育程度差異較大，在EBANO-1226 井中，裂縫密度最大，其最大值為12條/m；在EBANO-1105D和EBANO-1057H 井中，裂縫密度較大；在EBANO-1081和EBANO-1055H井中，裂縫密度相對(duì)較小。

圖3 EBANO油田裂縫走向玫瑰花圖Fig.3 Rose diagram of fracture strike in EBANO Oilfield

EBANO-2001 井成像測(cè)井資料表明，從Ksf 層到Kan層全井段均分布裂縫，Ksf層底部區(qū)域灰質(zhì)泥巖段500～600 m處裂縫較為發(fā)育，裂縫密度為1～2條/m。EBANO-1040 井成像測(cè)井資料表明，在灰質(zhì)泥巖段440～470 m 處，裂縫密度為1～2 條/m，在泥質(zhì)灰?guī)r段510～530 m 處，裂縫密度達(dá)1～5 條/m（圖4）。

圖4 EBANO-1040和EBANO-2001井成像測(cè)井解釋裂縫密度Fig.4 Fracture density interpretation by imaging logging in Wells EBANO-1040 and EBANO-2001

3.2 裂縫發(fā)育影響因素

EBANO 油田影響裂縫發(fā)育的因素多樣，主要表現(xiàn)為構(gòu)造運(yùn)動(dòng)復(fù)雜，受斷裂和剝蝕影響，地層厚度橫向變化大，加之灰質(zhì)泥巖和泥質(zhì)灰?guī)r頻繁互層，橫向上巖性變化大，儲(chǔ)層非均質(zhì)性嚴(yán)重。

巖性 巖性是控制EBANO 油田致密灰?guī)r裂縫發(fā)育的重要因素之一［18］。影響裂縫-孔隙型灰?guī)r儲(chǔ)層裂縫發(fā)育的巖性主要因素是巖石的礦物成分。粒泥灰?guī)r中裂縫最發(fā)育，而泥晶灰?guī)r、灰質(zhì)泥巖和泥巖的裂縫密度依次降低。這是由于沉積過程中海平面的升降變化導(dǎo)致泥質(zhì)與灰質(zhì)頻繁交互，塑性礦物（如泥質(zhì)）含量和脆性礦物（如方解石）含量不同，巖石本身的力學(xué)性質(zhì)存在差異，在同一構(gòu)造應(yīng)力條件下，裂縫的發(fā)育程度亦存在差異。巖心觀察表明從Ksf 到Kan 層裂縫密度增加，主要原因是Kan層泥質(zhì)含量低于Ksf層（表1）。

表1 Ksf和Kan層礦物含量Table1 Mineral content of Ksf and Kan layers %

斷層 斷層既能作為油氣運(yùn)移的通道，又能作為遮擋體形成圈閉，同時(shí)斷層帶周圍裂縫的發(fā)育可改善致密儲(chǔ)層的儲(chǔ)集物性［19-20］。EBANO 油田裂縫主要沿?cái)鄬臃植?，斷裂破碎帶（花狀斷裂）裂縫最為發(fā)育；縱向上，上部上白堊統(tǒng)Ksf 層裂縫級(jí)別小，越往下斷距越大，裂縫級(jí)別逐漸變大。南北斷裂發(fā)育特征明顯不同，南部斷裂級(jí)別大，縱向上表現(xiàn)為斷距大、切割層位多深入基底，平面上表現(xiàn)為延伸距離長，裂縫帶更發(fā)育；北部斷裂級(jí)別小，縱向上表現(xiàn)為斷距小、切割層位相對(duì)少，離散裂縫和微裂縫發(fā)育。

巖性組合關(guān)系 根據(jù)巖心不同巖性和不同巖層層厚條件下裂縫發(fā)育的差異，通過對(duì)比歸納分類，根據(jù)泥質(zhì)灰?guī)r和灰質(zhì)泥巖的厚度［21］，EBANO 油田可以劃分為3 種組合模式（圖5）。模式1 泥質(zhì)灰?guī)r和灰質(zhì)泥巖互層，灰?guī)r厚度較大，泥質(zhì)灰?guī)r厚度為4～8 m，灰質(zhì)泥巖厚度小于3 m；模式2 泥質(zhì)灰?guī)r和灰質(zhì)泥巖薄互層，泥質(zhì)灰?guī)r厚度為2～4 m，灰質(zhì)泥巖厚度小于1 m；模式3主要為區(qū)域灰質(zhì)泥巖夾薄層頁巖層，灰質(zhì)泥巖厚度為2～3 m，頁巖厚度一般小于0.5 m。3 種巖性組合中，模式2，巖石力學(xué)性質(zhì)差異明顯，在區(qū)域應(yīng)力的作用下，容易形成裂縫，而且泥質(zhì)灰?guī)r和灰質(zhì)泥巖單層厚度較小，裂縫間距小，裂縫密度大；模式1，由于巖石力學(xué)性質(zhì)存在差異，在區(qū)域應(yīng)力作用下，較易形成裂縫，但由于泥質(zhì)灰?guī)r厚度相對(duì)較大，裂縫間距大于模式2，密度相對(duì)較低；模式3 灰質(zhì)泥巖和頁巖的塑形強(qiáng)，裂縫密度低。

儲(chǔ)層非均質(zhì)性 曾聯(lián)波通過大量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，地層在縱向和平面上均存在明顯的巖石力學(xué)非均質(zhì)性，這種非均質(zhì)性特征控制了不同方向裂縫的發(fā)育程度［22］。EBANO 油田在古新世—中新世前陸盆地期，Laramide造山運(yùn)動(dòng)形成擠壓作用，理論上應(yīng)該存在NNE 和NNW2 個(gè)方向的一組共扼斷裂體系，但從成像側(cè)井裂縫走向玫瑰花圖（圖3）看，幾乎無NNW向裂縫；地震資料解釋斷層走向也表明，斷層呈現(xiàn)NNE 走向或近SN 走向展布特征，極少存在NNW 向的斷層，這可能與儲(chǔ)層強(qiáng)非均質(zhì)性有關(guān)，抑制了另一組裂縫的產(chǎn)生。

圖5 EBANO油田泥儲(chǔ)層巖性3種組合模式Fig.5 Three association models of reservoir lithology in EBANO Oilfield

4 裂縫連通性分析及應(yīng)用

4.1 裂縫連通性

裂縫能否穿透泥巖層，是決定灰?guī)r、泥巖互層的儲(chǔ)層質(zhì)量好壞的關(guān)鍵。EBANO油田Ksf層底部存在20～30 m 的灰質(zhì)泥巖層，裂縫能否將灰質(zhì)泥巖層穿透連通上下2套開發(fā)層系，直接影響EBANO 油田的開發(fā)戰(zhàn)略，即繼續(xù)目前的分層系開發(fā)還是合層開采。但是能夠穿透泥巖界面的大裂縫本身來講數(shù)量是有限的，無論是巖心觀測(cè)或是成像測(cè)井，都難以觀察到泥巖中大量的穿透性裂縫，更無法對(duì)其發(fā)育規(guī)律進(jìn)行研究，因此不能利用直接觀察方法來確定泥質(zhì)灰?guī)r和灰質(zhì)泥巖互層中裂縫的穿透性。

中外學(xué)者對(duì)裂縫的穿層性進(jìn)行了較多研究［23-24］，張江暉等利用有限元數(shù)值模擬法對(duì)和田河氣田含夾層碳酸鹽巖儲(chǔ)層泥巖的穿透性進(jìn)行了研究，認(rèn)為當(dāng)灰?guī)r中泥質(zhì)隔夾層厚度超過4～6 m 時(shí)，由于裂縫難以穿透泥巖，裂縫發(fā)育不再符合規(guī)律，破裂應(yīng)力急劇增加，大型裂縫較難發(fā)育。

Ksf 層底部區(qū)域夾層的巖性主要為灰質(zhì)泥巖夾薄層頁巖，灰質(zhì)泥巖層由于含鈣質(zhì)，其脆性程度較泥巖大，據(jù)文獻(xiàn)［22］可知，在砂泥巖剖面中，鈣質(zhì)或白云質(zhì)等脆性組分含量較高的泥巖的裂縫發(fā)育程度甚至有可能高于砂巖，而灰質(zhì)泥巖含灰質(zhì)成分較多，據(jù)巖石薄片資料，灰質(zhì)泥巖層方解石含量普遍大于40%，脆性礦物含量高，據(jù)此推測(cè)，灰質(zhì)泥巖層中也應(yīng)發(fā)育大裂縫連通Ksf層和Kan層。

據(jù)PLT測(cè)試資料，EBANO-1057井在Ksf層的區(qū)域蓋層Mendez 含灰質(zhì)和火山碎屑質(zhì)泥巖段515～520 m 處，測(cè)試日產(chǎn)油量為3.7 m3/d，該裂縫距Ksf 層頂面距離大于30 m。在灰質(zhì)泥巖段617～622 m 處，測(cè)試日產(chǎn)油量為10.2 m3/d，由此可見，灰質(zhì)泥巖中存在大的裂縫，可以溝通Ksf層和Kan層。

利用地震相干體對(duì)裂縫連通性進(jìn)行分析，在裂縫發(fā)育帶有良好的響應(yīng)［25］。從EBANO-2056 和EBANO-2064 井相干體剖面看，Ksf和Kan 層存在連通和不連通2種情況，在部分井區(qū)裂縫穿透Ksf層底部區(qū)域灰質(zhì)泥巖層（圖6），在其他區(qū)域Ksf 和Kan 層上下裂縫不連通。Ksf 和Kan 層裂縫縱向上不同連通情況在相干體剖面上有不同的地震響應(yīng)特征，根據(jù)相干體的不同反射特征、斷裂發(fā)育特征以及開發(fā)動(dòng)態(tài)特征劃分3 類裂縫發(fā)育區(qū)（圖7）。Ⅰ類裂縫區(qū)相干體縱向貫穿、橫向規(guī)模大，Ksf 和Kan 層上下裂縫系統(tǒng)連通好；Ⅱ類裂縫區(qū)相干體有異常但范圍小，Ksf 和Kan 層上下裂縫系統(tǒng)連通性一般；Ⅲ類區(qū)目的層主要為微細(xì)裂縫區(qū)，Ksf 和Kan 層為層狀油藏，Ksf和Kan層上下裂縫系統(tǒng)不連通。從地震相干體預(yù)測(cè)裂縫平面分布圖看，Ⅰ和Ⅱ類裂縫區(qū)主要分布于較大規(guī)模的斷層或斷裂帶附近，這與較大規(guī)模斷層和斷裂帶應(yīng)力更為集中，應(yīng)力釋放時(shí)更易于在區(qū)域泥質(zhì)灰?guī)r層中形成宏觀裂縫相關(guān)。

圖6 過EBANO-2056和EBANO-2064井相干體地震剖面Fig.6 Seismic profile of coherence cube passing through Wells EBANO-2056 and EBANO-2064

圖7 EBANO油田東部三類裂縫分布預(yù)測(cè)Fig.7 Distribution prediction of three classes of fractures in eastern EBANO Oilfield

4.2 開發(fā)應(yīng)用及建議

根據(jù)Ksf和Kan層裂縫特征及連通性的認(rèn)識(shí)，針對(duì)Ksf和Kan層裂縫不同的連通情況，考慮鉆井施工的難易程度，采取不同的開發(fā)戰(zhàn)略。

在北部地區(qū)由于儲(chǔ)量未動(dòng)用，Kan 層的基質(zhì)儲(chǔ)層物性好于Ksf 層，加之受構(gòu)造形態(tài)的控制，北部地層抬升，地層埋深相對(duì)較淺，水平段若設(shè)計(jì)在Ksf 優(yōu)質(zhì)基質(zhì)儲(chǔ)層中，鉆井施工難度大，加之北部地區(qū)的裂縫以離散裂縫和微裂縫為主，裂縫規(guī)模較南部小，因此在北部地區(qū)水平井位優(yōu)先選擇Ⅰ和Ⅱ類裂縫發(fā)育區(qū)，水平段設(shè)計(jì)在Kan層中，后期開發(fā)調(diào)整時(shí)可以考慮水平井開發(fā)Ksf層。

在南部地區(qū)，Ⅰ類裂縫區(qū)水平段位于Ksf 層，在Ⅱ類裂縫發(fā)育區(qū)，水平段設(shè)計(jì)在Kan層，利用斜井段溝通Ksf 層底部的裂縫發(fā)育段，同時(shí)開發(fā)Kan 和Ksf層，提高油井產(chǎn)能；對(duì)于Ⅲ類裂縫區(qū)，采用斜井溝通縱向上各小層合采，以提高油井產(chǎn)能。

2013—2014 年和2020 年根據(jù)裂縫連通性及裂縫預(yù)測(cè)成果，分別鉆井116 口和7 口，2013—2014 年鉆井成功率由92%提高到97%，2020 年鉆井成功率為100%，測(cè)試投產(chǎn)7 口井初期日產(chǎn)量平均達(dá)18.5 m3/d，是原計(jì)劃初期日產(chǎn)量11.1 m3/d的167%。

在EBANO 油田未來的開發(fā)中，對(duì)于Ksf 和Kan層連通區(qū)域可以嘗試采用小斜度井貫穿上下2 層，井底設(shè)計(jì)在Kan 層頂部。小斜度井在Ksf 和Kan 層頂部裂縫中穿行，一是可實(shí)現(xiàn)雙層合采增加產(chǎn)量；二是遠(yuǎn)離Kan 層底水，延遲出水時(shí)間，延長采油期限，增加單井累積產(chǎn)油量；三是降低鉆井成本。

5 結(jié)論

在裂縫發(fā)育機(jī)理、發(fā)育規(guī)律、影響因素分析的基礎(chǔ)上對(duì)裂縫連通性進(jìn)行研究，確定EBANO 油田Ksf和Kan層裂縫存在3種不同的連通類型。

根據(jù)裂縫不同連通類型，采用3 種不同的開發(fā)策略，Ⅰ類裂縫發(fā)育區(qū)Ksf和Kan層采用水平井合采方式，Ⅱ類裂縫發(fā)育區(qū)采用大斜度井溝通Ksf 層底部和Kan 層裂縫，同時(shí)開發(fā)Kan 和Ksf 層，Ⅲ類裂縫發(fā)育區(qū)采用水平井分層開采。3 種策略的實(shí)施，取得了一定成果，2013—2014 年鉆井成功率由92%提高到97%，2020 年新井初期日產(chǎn)量提高到原計(jì)劃初期日產(chǎn)量的167%。

裂縫-孔隙型灰?guī)r油藏裂縫連通性關(guān)系研究，直接影響開發(fā)層系的開發(fā)方式和井身結(jié)構(gòu)的選擇，對(duì)于油田中后期的開發(fā)調(diào)整具有重要的指導(dǎo)作用。