黃玉越 王貴文 宋連騰 王 松 張益粼 黃立良 賴 錦

1中國石油大學(xué)(北京)地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249 2中國石油大學(xué)(北京)油氣資源與探測國家重點(diǎn)實驗室，北京 102249 3中國石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083 4中國石油新疆油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆克拉瑪依 834000

近年來，隨著北美地區(qū)頁巖油氣革命取得巨大成功，頁巖油等非常規(guī)油氣逐漸成為全球油氣資源勘探開發(fā)的重點(diǎn)領(lǐng)域，為全球能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變和石油工業(yè)發(fā)展帶來深遠(yuǎn)影響(鄒才能等，2015；杜金虎等，2019；趙文智等，2020)。準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷風(fēng)城組發(fā)育一大套湖相泥頁巖與云質(zhì)巖沉積，具咸化湖盆、細(xì)粒沉積、源儲一體、強(qiáng)非均質(zhì)性等特征，目前已取得頁巖油的工業(yè)突破，成為準(zhǔn)噶爾盆地頁巖油的重點(diǎn)勘探領(lǐng)域(匡立春等，2012；支東明等，2021)。

裂縫作為儲集層的有效儲集空間和滲流通道，其發(fā)育程度影響油氣產(chǎn)能的高低(高霞和謝慶賓，2007)。國內(nèi)外學(xué)者對碳酸鹽巖及致密砂巖儲集層的裂縫研究較為充分(趙軍龍等，2012；賴錦等，2015;Joseetal.，2020)，隨著近年來頁巖油氣勘探開發(fā)的不斷深入，頁巖儲集層中的裂縫獲得了廣泛關(guān)注(丁文龍等，2011)。針對頁巖儲集層的裂縫發(fā)育特征與主控因素已取得了一定研究進(jìn)展(龍鵬宇等，2011；王濡岳等，2016)，形成了以常規(guī)測井為基礎(chǔ)，成像、陣列聲波等多種測井新技術(shù)相結(jié)合的裂縫識別方法(代鵬等，2015；Ghasemetal.，2016;Laietal.，2017)，但針對不同尺度裂縫的測井識別仍存在缺陷(呂文雅等，2016;Ghasemetal.，2020)。此外，裂縫有效性評價體系尚不完善，裂縫發(fā)育特征應(yīng)納入有效儲集層的分類評價標(biāo)準(zhǔn)(孫建孟等，2015)，裂縫對儲集層的貢獻(xiàn)也有待深入研究。

基于巖心觀察、薄片鑒定和掃描電鏡等方法，針對準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷二疊系風(fēng)城組頁巖儲集層的巖石學(xué)特征，利用常規(guī)測井和成像測井分析了裂縫發(fā)育特征，建立了頁巖儲集層裂縫測井綜合識別圖版。在此基礎(chǔ)上將裂縫參數(shù)與儲集層特征相結(jié)合，分析頁巖儲集層裂縫有效性，為頁巖儲集層裂縫研究提供方法支撐。

1 地質(zhì)背景

瑪湖凹陷位于準(zhǔn)噶爾盆地西北緣，屬于中央坳陷北端的次級構(gòu)造單元?，敽枷菥o鄰哈拉阿拉特山，西北部陡坡帶受烏夏斷裂帶及克百斷裂帶控制，西南部與中拐凸起相接，東部緩坡帶毗鄰達(dá)巴松凸起、夏鹽凸起、三個泉凸起、英西凹陷和石英灘凸起(圖1)。平面上瑪湖凹陷近橢圓形展布，走向為NE-SW向，東西長約50 km，南北長約120 km，面積約5000 km2，為盆地內(nèi)重要的生烴凹陷(雷德文等，2017；王小軍等，2018；支東明等，2019；張昌民等，2020)。

瑪湖凹陷是在前石炭紀(jì)褶皺基底上、受多期周緣沖斷活動控制而形成的石炭紀(jì)—第四紀(jì)凹陷，共經(jīng)歷海西、印支、燕山和喜山4期構(gòu)造運(yùn)動。二疊紀(jì)構(gòu)造運(yùn)動頻繁，烏夏斷裂帶與克百斷裂帶的轉(zhuǎn)換帶附近應(yīng)力變化復(fù)雜，大型邊界斷裂廣泛分布，裂縫極其發(fā)育(匡立春等，2021)。二疊系發(fā)育齊全，自下而上依次發(fā)育5個組：佳木河組(P1j)、風(fēng)城組(P1f)、夏子街組(P2x)、下烏爾禾組(P2w)和上烏爾禾組(P3w)(何登發(fā)等，2018a，2008b)。

與吉木薩爾凹陷不同，瑪湖凹陷風(fēng)城組沉積向凹陷內(nèi)傾斜，為西北厚、東南薄的不對稱箕狀凹陷。風(fēng)城組地層總厚度為200～800 m，分為風(fēng)城組一段(P1f1)、二段(P1f2)和三段(P1f3)(圖1)。受古氣候變化和火山活動影響，風(fēng)城組形成了一套富含堿性礦物的咸化湖盆沉積體系(汪夢詩等，2018)。風(fēng)一段沉積早期，火山活動劇烈，陸源物質(zhì)供給較少，發(fā)育凝灰?guī)r等火山碎屑巖；隨湖平面升高及火山活動減弱，風(fēng)一段頂部發(fā)育云質(zhì)頁巖、泥巖沉積。風(fēng)二段沉積時期，氣候變干旱，湖盆萎縮，鹽度增大，水體分層，呈現(xiàn)云質(zhì)頁巖與長英質(zhì)頁巖交替出現(xiàn)的特征；在熱液作用下，深大斷裂附近發(fā)育堿性礦物。風(fēng)三段沉積時期，氣候變濕潤，鹽度減小，陸源碎屑供給增多，發(fā)育泥質(zhì)粉砂巖、云質(zhì)頁巖等(張志杰等，2018)。

2 儲集層特征

2.1 巖石學(xué)特征

瑪湖凹陷風(fēng)城組頁巖儲集層的礦物成分豐富，巖性變化復(fù)雜，沉積構(gòu)造多變。基于MY1井13塊巖心樣品的XRD測試結(jié)果顯示，瑪湖凹陷風(fēng)城組頁巖儲集層具有以下特征：黏土礦物含量較低，約占10%以下，主要為伊蒙混層；長英質(zhì)礦物含量較高，基本在40%以上，長石類型主要為斜長石；碳酸鹽礦物含量較高，為30%～40%，以白云石和方解石為主，鐵白云石較少；此外，硅硼鈉石等堿性礦物發(fā)育，偶見分散狀自生黃鐵礦(圖2)。整體上瑪湖凹陷風(fēng)城組頁巖儲集層的非均質(zhì)性極強(qiáng)，呈現(xiàn)出明顯的細(xì)?；旆e特征。

根據(jù)礦物組分差異，瑪湖凹陷風(fēng)城組頁巖儲集層劃分為云質(zhì)頁巖、灰質(zhì)頁巖、長英質(zhì)頁巖、黏土質(zhì)頁巖和混合質(zhì)頁巖5種主要巖石類型(張益粼等，2021)。(1)云質(zhì)頁巖：研究區(qū)內(nèi)廣泛發(fā)育，常與長英質(zhì)頁巖互層。巖石表面常見不規(guī)則云化，裂縫發(fā)育。鏡下白云石顆粒細(xì)小且晶形較好，偶見硅硼鈉石條帶(圖3-a，3-d，3-e)。(2)灰質(zhì)頁巖：在風(fēng)二段較發(fā)育，常與長英質(zhì)頁巖互層。巖心偶見縫合線，鏡下可見條帶狀方解石層(圖3-b)。(3)長英質(zhì)頁巖：研究區(qū)內(nèi)最發(fā)育，常與云質(zhì)頁巖互層。巖心可見長英質(zhì)條帶及團(tuán)塊(圖3-c)。(4)黏土質(zhì)頁巖：研究區(qū)內(nèi)發(fā)育較少，多呈薄夾層出現(xiàn)(圖3-f)。(5)混合質(zhì)頁巖：礦物組分混雜，沉積構(gòu)造較少。巖心多呈厚層塊狀產(chǎn)出，鏡下長英質(zhì)與碳酸鹽礦物雜亂分布。

圖1 準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷構(gòu)造位置與風(fēng)城組地層柱狀圖及構(gòu)造剖面圖(據(jù)朱世發(fā)等，2015；有修改)Fig.1 Structural location，stratigraphic histogram of the Fengcheng Formation and structural profile in Mahu sag，Junggar Basin(modified from Zhu et al.，2015)

圖2 瑪湖凹陷風(fēng)城組頁巖儲集層全巖 X 射線衍射分析(MY1井)Fig.2 Whole rock X-ray diffraction analysis of the Fengcheng Formation shale reservoir in Mahu sag(Well MY 1)

2.2 儲集空間特征

根據(jù)薄片鑒定與掃描電鏡分析結(jié)果，瑪湖凹陷風(fēng)城組頁巖儲集層儲集空間包括粒間孔、晶間孔、溶蝕孔和有機(jī)質(zhì)孔4種孔隙類型及裂縫。風(fēng)城組埋藏較深且為細(xì)粒沉積，長期機(jī)械壓實作用下保留形成的原生粒間孔形態(tài)多呈不規(guī)則狀，孔徑較小且連通性較差(圖3-g)。云化形成的白云石晶間孔孔徑較小但常與裂縫、溶蝕孔伴生，連通性較好(圖3-h)。溶蝕孔包括晶間溶孔和粒內(nèi)溶孔。晶間溶孔孔徑大小不等，在微裂縫溝通條件下可有效改善儲集層物性(許琳等，2019)。粒內(nèi)溶孔在長石、碳酸鹽礦物中可見，零星分布且連通性差，對儲集層物性貢獻(xiàn)較小(圖3-i)。有機(jī)質(zhì)孔發(fā)育較少，呈近圓形和狹縫狀，分布較分散。裂縫和溶孔的良好配置關(guān)系以及廣泛發(fā)育的微裂縫可有效改善儲集層的儲集空間，后期溶蝕還為流體提供了有利運(yùn)移通道(陳磊等，2012；鄒妞妞等，2015)。

a—云質(zhì)頁巖，可見明顯“碳酸鹽+長英質(zhì)+有機(jī)質(zhì)”三元紋層結(jié)構(gòu)，4789.56 m，正交偏光；b—灰質(zhì)頁巖，可見方解石層被茜素紅染成紅色，4755.35 m，正交偏光；c—長英質(zhì)頁巖，可見長英質(zhì)紋層與暗色有機(jī)質(zhì)紋層互層，4694.23 m，正交偏光；d—云質(zhì)頁巖，可見硅硼鈉石條帶，4755.36 m，正交偏光；e—白云石、石英顆粒間充填伊蒙混層，部分溶蝕，4702.33 m，掃描電鏡；f—白云石晶間孔隙中充填片狀伊蒙混層，部分溶蝕，4762.25 m，掃描電鏡；g—粒間孔，4709.43 m，掃描電鏡；h—晶間孔，邊緣溶蝕，4849.25 m，掃描電鏡；i—白云石粒內(nèi)溶孔，4709.43 m，掃描電鏡。圖中代號說明：Q為石英，D為白云石，I/S為伊蒙混層圖3 瑪湖凹陷風(fēng)城組MY1井頁巖儲集層巖石發(fā)育特征與儲集空間類型Fig.3 Rock development characteristics and reservoir space types of the Fengcheng Formation shale reservoir of Well MY1 in Mahu sag

圖4 瑪湖凹陷風(fēng)城組頁巖儲集層孔滲交匯圖Fig.4 Cross-plot of porosity and permeability of shale reservoir of the Fengcheng Formation in Mahu sag

2.3 儲集層物性特征

儲集層物性影響儲集層的儲集性能與流體滲流能力。MY1井48塊樣品的物性分析顯示，瑪湖凹陷風(fēng)城組頁巖儲集層孔隙度較低，滲透率變化較大。儲集層總孔隙度為0.17%～5.99%，平均為2.04%；滲透率為0.0005×10-3μm2～232.36×10-3μm2，平均為5.743×10-3μm2，近90%的樣品滲透率小于1×10-3μm2，屬于低孔低滲型頁巖儲集層(圖4)。低孔隙度區(qū)間的部分樣品仍表現(xiàn)出較高的滲透率，反映了裂縫對儲集層物性的改善(王松等，2018)。

3 裂縫成因類型與發(fā)育特征

3.1 裂縫成因類型

基于巖心及薄片觀察分析結(jié)果，瑪湖凹陷風(fēng)城組頁巖儲集層主要發(fā)育構(gòu)造裂縫和成巖裂縫2種成因類型。構(gòu)造裂縫是研究區(qū)頁巖儲集層中最常見的裂縫類型。根據(jù)力學(xué)機(jī)制差異，可進(jìn)一步劃分為剪裂縫與張裂縫。(1)剪裂縫：裂縫較平直，裂縫面光滑，產(chǎn)狀較穩(wěn)定，以高角度裂縫為主，延伸較遠(yuǎn)，一般未被充填(圖5-a)。(2)張裂縫：裂縫面較粗糙，產(chǎn)狀不穩(wěn)定，延伸距離短，常切穿頁巖層面，常被方解石充填(圖5-b)。成巖裂縫包括層間頁理縫和超壓裂縫。層間頁理縫形成于具剝離線理的平行層理紋層面間，張開度較小，多數(shù)被方解石完全充填(圖5-c)。超壓裂縫是由生烴過程中的異常流體壓力產(chǎn)生，以低角度為主，延伸距離短，常被方解石充填(圖5-d)。

3.2 裂縫發(fā)育特征

巖心觀察作為研究裂縫最直觀的方法，直接反映儲集層裂縫發(fā)育特征。通過對研究區(qū)MY1井風(fēng)城組頁巖儲集層289 m長巖心的觀察發(fā)現(xiàn)，風(fēng)城組頁巖儲集層的不同尺度裂縫發(fā)育廣泛，局部因裂縫的密集發(fā)育而破碎嚴(yán)重。根據(jù)裂縫傾角，研究區(qū)裂縫劃分為高角度裂縫、斜交縫與低角度裂縫。構(gòu)造裂縫多為高角度裂縫，裂縫延伸長度為0.1～2 m，充填較少且開啟程度高，有利于儲集層的油氣運(yùn)聚(潘曉添等，2013)。成巖裂縫主要呈低角度裂縫和近水平裂縫出現(xiàn)，斜交縫發(fā)育較少。根據(jù)裂縫充填情況，研究區(qū)裂縫劃分為充填裂縫與未充填裂縫。通過巖心及薄片觀察發(fā)現(xiàn)，絕大部分裂縫未被充填，少部分被方解石、瀝青質(zhì)或泥質(zhì)充填，極少數(shù)裂縫可見油跡(圖6)。

4 裂縫測井識別

4.1 常規(guī)測井識別

a—剪裂縫，F(xiàn)N4井，4260.24 m；b—方解石充填張裂縫，MY1井，4835.35 m；c—層間頁理縫，MY1井，4808.59 m；d—超壓裂縫，MY1井，4829.41 m圖5 瑪湖凹陷風(fēng)城組頁巖儲集層巖心裂縫成因類型Fig.5 Genetic types of core fractures in shale reservoir of the Fengcheng Formation in Mahu sag

風(fēng)城組頁巖儲集層整體上為細(xì)粒沉積巖，風(fēng)城組沉積時期的高頻湖平面振蕩，使得頁巖儲集層在縱向上紋層與薄層相互疊置，顯示出極強(qiáng)的非均質(zhì)性(余寬宏等，2016)。因此巖性變化對自然電位(SP)和井徑(CAL)的影響遠(yuǎn)大于對裂縫的影響，無法利用SP和CAL識別裂縫。而孔隙度測井對裂縫表現(xiàn)出較明顯的響應(yīng)，其中裂縫處的聲波時差曲線(AC)常出現(xiàn)顯著增大，密度測井(DEN)一般出現(xiàn)微弱減小，而中子測井(CNL)表現(xiàn)出明顯增大。與巖性測井、孔隙度測井相比，電阻率測井對裂縫最為敏感，裂縫處對應(yīng)的電阻率曲線均表現(xiàn)出顯著降低。利用常規(guī)測井在MY1井4632.5～4657.5 m共識別出6個裂縫發(fā)育段(圖7)，與巖心和成像測井對比發(fā)現(xiàn)裂縫發(fā)育情況基本吻合，且孔隙度測井與電阻率測井的裂縫響應(yīng)最為明顯。此外，裂縫的傾角及開啟程度不同，其常規(guī)測井響應(yīng)特征不同，且各常規(guī)測井方法對裂縫的敏感程度亦有差異。常規(guī)測井對于識別裂縫發(fā)育段的約束效果較明顯，但無法對單一裂縫進(jìn)行精細(xì)識別。

4.2 成像測井識別

a—高角度未充填裂縫，MY1井，4817.3 m；b—低角度裂縫，可見油跡，MY1井，4744.27 m；c—充填裂縫，方解石充填，MY1井，4704.8 m；d—裂縫未被充填，鑄體薄片，F(xiàn)N14井，4023.04 m；e—低角度裂縫，MY1井，4770.43 m；f—充填裂縫，瀝青質(zhì)充填，MY1井，4776.11 m圖6 瑪湖凹陷風(fēng)城組頁巖儲集層裂縫發(fā)育特征Fig.6 Fracture development characteristics of shale reservoir of the Fengcheng Formation in Mahu sag

圖7 瑪湖凹陷MY1井風(fēng)城組頁巖儲集層裂縫常規(guī)測井識別Fig.7 Conventional logging identification of shale reservoir fractures in the Fengcheng Formation of Well MY1 in Mahu sag

微電阻率掃描成像測井(FMI)作為呈現(xiàn)環(huán)井壁巖石高分辨率圖像的測井新技術(shù)，是目前測井識別裂縫最有效的方法。成像測井可顯示環(huán)井壁巖石360°全方位的圖像信息，縱向分辨率高達(dá)5 mm，因此可基于井壁巖石的非均質(zhì)性而清晰反映裂縫、層理等不同地質(zhì)特征的差異(賴錦等，2015)。一般而言，裂縫在成像測井圖像中呈現(xiàn)出正弦曲線特征，且正弦曲線的寬度、幅度等特征受裂縫開度、傾角等影響。成像測井圖像的顏色體現(xiàn)的是電阻率差異，反映裂縫的充填情況，亮色反映高阻充填，暗色反映低阻充填。對于未充填裂縫，由于鉆井液的侵入導(dǎo)致裂縫的電阻率明顯低于圍巖，呈現(xiàn)低阻暗色條紋(Laietal.，2018)。

基于裂縫成因類型與發(fā)育特征研究結(jié)果，根據(jù)裂縫的傾角與充填情況，可將研究區(qū)主要裂縫發(fā)育類型總結(jié)為低角度未充填裂縫、高角度未充填裂縫和充填裂縫。通過對MY1井裂縫的成像測井識別發(fā)現(xiàn)，成像測井對高角度裂縫的響應(yīng)靈敏，圖像表現(xiàn)出極其明顯的高幅度正弦曲線特征。但由于風(fēng)城組頁巖薄紋層互層極其發(fā)育，低角度裂縫與層理面產(chǎn)狀相近，且頁巖裂縫的開度較小，兩者的成像測井圖像特征極其相似，因此對部分低角度裂縫的成像測井拾取工作較為困難。故作者將成像測井與巖心資料進(jìn)行對比與標(biāo)定，將巖心深度歸位到測井深度，從而使成像測井與巖心資料相匹配，提出了“常規(guī)+成像+巖心”的頁巖儲集層裂縫測井綜合識別方法。

4.3 裂縫測井識別圖版

通過歸納MY1井典型天然裂縫類型的測井響應(yīng)特征，建立瑪湖凹陷風(fēng)城組頁巖儲集層裂縫測井綜合識別圖版。(1)低角度未充填裂縫。巖心上可見明顯的多組近平行于紋層發(fā)育的未充填裂縫，裂縫開度較小，部分可見油跡；FMI動態(tài)圖像上可見多組不規(guī)則的狹窄黑色正弦條帶，整體幅度較小；常規(guī)測井曲線中GR值較高，CNL出現(xiàn)微弱增大，電阻率曲線呈現(xiàn)明顯降低(圖8-a)。(2)高角度未充填裂縫。巖心上可見明顯的高角度未充填裂縫切穿多組紋層，裂縫周圍可見油跡；FMI動態(tài)圖像上呈現(xiàn)為明顯的暗色正弦曲線特征，整體幅度較大；常規(guī)測井曲線中DEN出現(xiàn)明顯減小，AC基本無變化，電阻率曲線呈現(xiàn)明顯降低(圖8-b)。(3)充填裂縫。巖心可見高角度充填裂縫，方解石充填；FMI動態(tài)圖像為明顯亮色正弦曲線特征。常規(guī)測井曲線無明顯偏差，僅電阻率曲線略有降低(圖8-c)。

4.4 單井裂縫識別

基于“常規(guī)+成像+巖心”的頁巖儲集層裂縫測井綜合識別方法，MY1井風(fēng)城組頁巖儲集層289 m共識別出112條裂縫，其中絕大多數(shù)為未充填裂縫，共87條，充填裂縫僅有25條。裂縫產(chǎn)狀統(tǒng)計結(jié)果顯示，研究區(qū)裂縫傾角范圍為3.17°～84.62°，高角度裂縫共56條，平均傾角為78°；低角度裂縫共34條，平均傾角為8°；斜交縫發(fā)育最少，僅22條(圖9)?？v向上，風(fēng)城組各小層段的裂縫發(fā)育特征亦存在一定差別。風(fēng)三段天然裂縫發(fā)育最為密集，其中低角度裂縫在頂部集中發(fā)育，高角度裂縫發(fā)育較為均勻；風(fēng)一段裂縫發(fā)育程度次之，主要以高角度裂縫為主；而風(fēng)二段中部裂縫的發(fā)育程度較低。

a—低角度未充填裂縫；b—高角度未充填裂縫；c—充填裂縫圖8 瑪湖凹陷風(fēng)城組頁巖儲集層裂縫測井綜合識別圖版(MY1井)Fig.8 Comprehensive identification chart of shale reservoir fracture logging of the Fengcheng Formation in Mahu sag(Well MY1)

圖9 瑪湖凹陷風(fēng)城組頁巖儲集層裂縫測井識別結(jié)果(MY1井)Fig.9 Fracture logging identification results of shale reservoir of the Fengcheng Formation in Mahu sag(Well MY1)

圖10 瑪湖凹陷風(fēng)城組頁巖儲集層成像測井裂縫參數(shù)統(tǒng)計(MY1井)Fig.10 Statistics of imaging logging fracture parameters of shale reservoir of the Fengcheng Formation in Mahu sag(Well MY 1)

5 裂縫有效性分析

5.1 裂縫參數(shù)

基于MY1井“常規(guī)+成像+巖心”的裂縫識別結(jié)果，對裂縫參數(shù)進(jìn)行定量計算。以裂縫面密度為1.5 m/m2為界限，從風(fēng)城組頁巖儲集層選取19個裂縫發(fā)育段，結(jié)合裂縫產(chǎn)狀與充填程度將其劃分為低角度未充填裂縫發(fā)育段、高角度未充填裂縫發(fā)育段和高角度充填裂縫發(fā)育段，進(jìn)而探討裂縫與儲集層的關(guān)系。

5.2 巖性及礦物組分

巖性及礦物組分的差異一定程度上影響儲集層裂縫的發(fā)育程度。根據(jù)巖心觀察及發(fā)育裂縫巖性統(tǒng)計結(jié)果，天然裂縫主要在云質(zhì)頁巖、長英質(zhì)頁巖和混合質(zhì)頁巖中發(fā)育，平均裂縫線密度可達(dá)3～4條/m，而灰質(zhì)泥頁巖和黏土質(zhì)泥頁巖相對不發(fā)育裂縫(圖11-a)。一般情況下，巖石中脆性礦物組分的含量越高，巖石的裂縫發(fā)育程度越高。結(jié)合元素俘獲測井巖性剖面數(shù)據(jù)及XRD分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著石英、白云石等脆性礦物含量的增加，裂縫線密度呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢，反映裂縫的集中發(fā)育程度增大(圖11-b，11-c)；而隨著黏土礦物等塑性成分的增加，巖石不易發(fā)生破裂，裂縫的發(fā)育程度降低(圖11-d)。其中在裂縫線密度大于4條/m以上的巖石中，石英、白云石的含量普遍高于30%，黏土礦物含量低于10%。

圖11 瑪湖凹陷風(fēng)城組頁巖儲集層裂縫與巖性及礦物組分的關(guān)系(MY1井)Fig.11 Relationship between fractures and lithology and mineral composition of shale reservoir of the Fengcheng Formation in Mahu sag(Well MY 1)

5.3 現(xiàn)今水平最大主應(yīng)力

由MY1井風(fēng)城組頁巖段的裂縫走向玫瑰圖(圖9)可以看出，裂縫整體走向為近放射狀，其中未充填裂縫的走向為NW-SE向，次之為近EW向；充填裂縫的走向集中在近EW向。井壁崩落方向為NE-SW向，反映水平最小主應(yīng)力方向，即水平最大主應(yīng)力方向為NW-SE向(圖9)。多數(shù)未充填裂縫走向與水平最大主應(yīng)力方向近平行及夾角在30°以內(nèi)，裂縫開度相對較大，裂縫連通性較好，裂縫有效性強(qiáng)，易于壓裂提高產(chǎn)能，與產(chǎn)液剖面結(jié)果對應(yīng)吻合；而充填裂縫及部分未充填裂縫對應(yīng)的夾角近垂直或大于30°，裂縫的有效性差，對應(yīng)產(chǎn)液較低(黃繼新等，2006；Laietal.，2021)(圖12)。

圖12 瑪湖凹陷風(fēng)城組頁巖儲集層裂縫測井綜合評價成果(MY1井)Fig.12 Comprehensive evaluation results of fracture logging of shale reservoir of the Fengcheng Formation in Mahu sag(Well MY1)

綜合巖性及礦物組分、裂縫發(fā)育特征及裂縫參數(shù)、現(xiàn)今水平最大主應(yīng)力等因素，分析了裂縫有效性對儲集層的貢獻(xiàn)。隨著石英、白云石等脆性礦物含量的增高，以長英質(zhì)頁巖、云質(zhì)頁巖為代表的巖石裂縫發(fā)育程度明顯增高。未充填裂縫的有效性明顯優(yōu)于充填裂縫，高角度未充填裂縫略優(yōu)于低角度未充填裂縫。裂縫走向與水平最大主應(yīng)力方向近平行及夾角在30°以內(nèi)的裂縫有效性好，易于壓裂以提高產(chǎn)能。MY1井4579～4852 m段試油結(jié)果顯示，日產(chǎn)油20.78 t，裂縫綜合評價結(jié)果與產(chǎn)液資料匹配基本吻合(圖12)。

6 結(jié)論

1)準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷二疊系風(fēng)城組頁巖儲集層礦物成分豐富，非均質(zhì)性強(qiáng)，裂縫發(fā)育。儲集層基質(zhì)孔隙度較低，滲透率變化較大，裂縫發(fā)育有效改善了儲集層的儲集性能。

2)風(fēng)城組頁巖儲集層裂縫主要發(fā)育構(gòu)造裂縫與層間縫，以高角度裂縫為主，低角度裂縫次之，斜交縫較少。裂縫多未被充填，少部分被碳酸鹽礦物充填。通過對裂縫成因類型與發(fā)育特征研究，實現(xiàn)了“常規(guī)+成像+巖心”的頁巖儲集層裂縫測井識別，建立了典型裂縫發(fā)育類型的測井綜合識別圖版。

3)基于裂縫參數(shù)定量表征結(jié)果，結(jié)合巖性與地應(yīng)力等因素綜合分析了儲集層裂縫有效性。結(jié)果表明，脆性礦物組分含量高、走向平行于現(xiàn)今水平最大主應(yīng)力的高角度未充填裂縫發(fā)育段對有效儲集層分布存在明顯的控制作用，與產(chǎn)液資料較為吻合。此裂縫測井綜合評價方法效果顯著，可為頁巖儲集層裂縫識別與有效性評價提供方法支撐。

致謝感謝國家自然科學(xué)基金(編號：41872133)以及中國石油—中國石油大學(xué)(北京)戰(zhàn)略合作協(xié)議(編號:ZLZX2020-01-05-03)對本研究的支持，感謝中國石油新疆油田分公司所提供的數(shù)據(jù)支撐，同時感謝審稿專家提出的寶貴意見和建議。