郭旭升，胡東風(fēng)，魏祥峰，李宇平

(中國石化 勘探分公司，四川 成都 610041)

四川盆地焦石壩地區(qū)頁巖裂縫發(fā)育主控因素及對產(chǎn)能的影響

郭旭升，胡東風(fēng)，魏祥峰，李宇平

(中國石化 勘探分公司，四川 成都 610041)

以涪陵頁巖氣田焦石壩地區(qū)五峰組-龍馬溪組頁巖為研究對象，通過巖心觀察、FMI測井解釋和氬離子拋光掃描電鏡等手段，對頁巖裂縫發(fā)育的主要控制因素及其對產(chǎn)能的影響進(jìn)行分析。研究發(fā)現(xiàn)，焦石壩地區(qū)五峰組-龍馬溪組頁巖發(fā)育微觀裂縫(解理縫、晶間縫和貼?？p)和宏觀裂縫(高角度縫——斜交縫和垂直縫、水平縫——頁理縫和層間滑動(dòng)縫)。這兩類裂縫的發(fā)育程度明顯受到巖層的力學(xué)性質(zhì)、頁巖氣層異常高壓、距主滑脫面的距離、斑脫巖的發(fā)育程度以及構(gòu)造作用的控制，其中微觀裂縫和水平裂縫在五峰組和龍馬溪組底部最為發(fā)育，而高角度縫在遠(yuǎn)離斷裂帶的構(gòu)造穩(wěn)定區(qū)主要發(fā)育在五峰組，在靠近斷裂帶頁巖氣層均有發(fā)育。天然裂縫在縱橫向上發(fā)育程度的差異控制了頁巖氣單井產(chǎn)量，主要體現(xiàn)在：①影響了頁巖氣富集，微裂縫和水平裂縫在遠(yuǎn)離焦石壩構(gòu)造周邊斷裂的穩(wěn)定區(qū)總體表現(xiàn)出積極的貢獻(xiàn)，而開啟性高角度縫，易于形成頁巖氣逸散通道，造成頁巖氣藏豐度降低、實(shí)測地層壓力略有偏低；②影響了后期人工體積改造的有效性，開啟性高角度縫的發(fā)育不僅會(huì)造成鉆井液漏失量大，同時(shí)也不利于后期壓裂改造形成縫網(wǎng)，使人工體積改造有效性降低。

裂縫；產(chǎn)能；頁巖氣；五峰組；龍馬溪組；焦石壩地區(qū)；四川盆地

近年來北美地區(qū)以及中國四川盆地頁巖氣勘探開發(fā)的巨大成功,表明低孔、特低滲的致密泥頁巖層在一定的地質(zhì)條件下，經(jīng)過人工體積壓裂改造后形成的網(wǎng)狀裂縫系統(tǒng)，對泥頁巖的滲流能力有了極大的改善，頁巖氣井能夠獲得工業(yè)產(chǎn)能[1-6]。因此，國內(nèi)外學(xué)者對頁巖裂縫發(fā)育特征、成因與分布規(guī)律等方面的研究越來越受到高度重視，初步明確了裂縫與脆性礦物含量、構(gòu)造變形程度等因素有緊密的關(guān)系[7-14]，并探討了裂縫發(fā)育程度與頁巖氣藏品質(zhì)和產(chǎn)量高低[15-19]。近年來，隨著中國南方海相頁巖氣的勘探實(shí)踐，面對經(jīng)歷多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)疊加改造、處于高-過成熟度頁巖，裂縫對頁巖氣藏富集程度影響的研究顯得更為重要，但由于受掌握資料程度和勘探認(rèn)識(shí)的限制，頁巖裂縫發(fā)育的主控因素以及不同規(guī)模、不同角度的裂縫對頁巖氣層含氣性和頁巖氣井產(chǎn)能規(guī)律性研究仍顯得尤為不足，這極大限制了頁巖氣的高效勘探和開發(fā)。

因此，筆者以涪陵頁巖氣田五峰組-龍馬溪組海相頁巖為研究對象，通過巖心觀察、FMI測井解釋和氬離子拋光掃描電鏡等手段，對泥頁巖裂縫的成因類型、發(fā)育特征、控制因素以及天然裂縫發(fā)育程度的差異對產(chǎn)能的影響進(jìn)行研究，以期研究成果為四川盆地及周緣進(jìn)一步油氣地質(zhì)綜合研究及頁巖氣勘探部署等提供依據(jù)與借鑒。

1 地質(zhì)背景

涪陵頁巖氣田位于四川盆地東部川東隔擋式褶皺帶萬縣復(fù)向斜內(nèi)、盆地邊界斷裂齊岳山斷裂以西，行政區(qū)劃隸屬于重慶市涪陵區(qū)[20-23]。氣田目前主產(chǎn)氣區(qū)位于焦石壩構(gòu)造，地表主要出露三疊系嘉陵江組(圖1)。焦石壩構(gòu)造為一個(gè)受北東向和近南北向兩組斷裂控制、軸向北東的菱形斷背斜，主體變形較弱，表現(xiàn)出似箱狀斷背斜形態(tài)，即頂部寬緩、地層傾角小、斷層不發(fā)育，兩翼陡傾、斷層發(fā)育。區(qū)內(nèi)五峰組-龍馬溪組含氣泥頁巖層段厚度(TOC≥1%)為50～100 m，優(yōu)質(zhì)頁巖氣層段(TOC≥2%)厚度為35～45 m；含氣泥頁巖層段TOC平均約為2.66%，Ro為2.58%，孔隙度平均約為4.53%，含氣量平均約為 4.21m3/t，焦頁1井龍馬溪組頁巖氣層地層壓力系數(shù)為1.55[24]。截至2015年12 月31 日，涪陵頁巖氣田累計(jì)開鉆290口井，完井256口，投產(chǎn)180口，累計(jì)生產(chǎn)頁巖氣43.91×108m3，銷售42.13×108m3，這標(biāo)志著涪陵頁巖氣田順利完成了50×108m3/a產(chǎn)能建設(shè)目標(biāo)。

2 裂縫發(fā)育特征

2.1 裂縫類型及特征

裂縫既可為頁巖氣提供聚集空間，也可為頁巖氣的生產(chǎn)提供運(yùn)移通道，對頁巖氣的富集和產(chǎn)出都具有重要的影響。通過巖心觀察、FMI測井解釋和氬離子拋光掃描電鏡等手段發(fā)現(xiàn)焦石壩地區(qū)裂縫類型多樣。本文將需要借用電子顯微鏡觀察到的裂縫，統(tǒng)稱為微觀裂縫；而用肉眼直接能觀察到的裂縫統(tǒng)稱為宏觀裂縫。

圖1 四川盆地涪陵頁巖氣田焦石壩構(gòu)造地震剖面(a,b)及井位分布(c)Fig.1 Seismic profiles(a,b) of and well locations(c) on Jiaoshiba structure in Fuling shale gas field,the Sichuan Basin

2.1.1 微觀裂縫發(fā)育特征

微觀裂縫通常一般是指寬度小于10μm的微型裂縫，需借助氬離子拋光掃描電鏡等具有高分辨率的儀器進(jìn)行識(shí)別。氬離子拋光掃描電鏡下識(shí)別出的微裂縫主要有3種類型：解理縫、粘土礦物晶間縫和貼?？p。

解理縫主要發(fā)育于片狀礦物內(nèi)部或邊緣，縫面一般比較平直，曲度較小，少量有輕微彎曲，多數(shù)未見膠結(jié)物充填，裂縫寬度主要介于0.02～1 μm，裂縫長度一般與片狀礦物長度有關(guān)(圖2a)。

粘土礦物晶間縫主要在成巖作用過程中由粘土礦物的脫水作用形成，裂縫的長度一般都是小于50 μm(圖2b)。

貼?？p主要是沿碎屑顆粒、粘土礦物、有機(jī)質(zhì)界面處形成的裂縫，微裂縫多具有一定的弧度，部分呈近平行狀或羽列狀連續(xù)排列分布，縫寬0.01～10 μm(圖2c—f)。碎屑顆粒與粘土礦物間貼?？p，該類型裂縫連通性好，開度變化大，微裂縫方向沿碎屑顆粒和粘土礦物界面延伸(圖2c,d)；碎屑顆粒、粘土礦物和有機(jī)質(zhì)間的貼?？p，由于有機(jī)質(zhì)在演化過程中產(chǎn)生局部異常壓力使巖石破裂而形成的裂縫，在五峰組-龍馬溪組底部有機(jī)碳含量較高的碳質(zhì)泥頁巖中普遍發(fā)育，該種裂縫一般縫面不規(guī)則，不成組系，多充填有機(jī)質(zhì)(圖2e,f)。

2.1.2 宏觀裂縫發(fā)育特征

巖心觀察發(fā)現(xiàn)，焦石壩地區(qū)五峰組-龍馬溪組一段巖心中的宏觀裂縫，根據(jù)裂縫的傾角大小，可分為水平縫(頁理縫、層間滑動(dòng)縫等)和高角度縫(斜交縫和垂直縫)兩類(圖3)。

五峰組-龍馬溪組頁巖水平縫多貫穿巖心，其中除見到發(fā)育的頁理縫(圖3a)，還觀察到較發(fā)育的層間滑動(dòng)縫(圖3b)。

頁理縫主要為具剝離線理的平行層理紋層面間的孔縫，為沉積作用所形成。頁巖間頁理為力學(xué)性質(zhì)薄弱的界面，極易剝離，層間頁理縫為頁巖中最基本的裂縫類型。區(qū)內(nèi)該類型裂縫極為常見，開張度一般較小，在地層溫度和壓力條件下，通常認(rèn)為頁巖縫未張開，為一弱離面。XX6井巖心剖切觀察表明，在頁巖氣層中，底部的五峰組-龍馬溪組一段一亞段頁理最為發(fā)育，頁理縫密度大，縫寬較大，整體頁理縫極發(fā)育；中部龍馬溪組一段二亞段頁理不發(fā)育，頁理縫密度小，縫寬較小，整體頁理縫欠發(fā)育；上部龍馬溪組一段三亞段頁理發(fā)育，頁理縫密度大，但縫寬小，整體頁理縫較發(fā)育(圖4)。

層間滑動(dòng)縫是平行于層面且具有明顯滑移痕跡的裂縫，層面一般存在大量平整、光滑或具有劃痕與階步等特征(圖3b)，在整個(gè)川東南地區(qū)五峰組-龍馬溪組底部常見。層面結(jié)構(gòu)是頁巖最基本的巖石結(jié)構(gòu)，層面也是最薄弱的力學(xué)結(jié)構(gòu)面。無論在拉張盆地還是擠壓盆地中，層面滑移縫是頁巖中最基本的裂縫類型之一。受構(gòu)造作用影響，區(qū)內(nèi)層間滑動(dòng)縫較常見，裂縫寬度以0.5～1.0 mm居多，最寬可達(dá)6 mm，多被瀝青質(zhì)、有機(jī)質(zhì)充填。在焦石壩地區(qū)主體構(gòu)造區(qū)內(nèi)，層間滑動(dòng)縫裂縫密度主要介于0.1～4條/m，在五峰組-龍馬溪組一段底部更為發(fā)育，裂縫密度可達(dá)到20～40條/m(圖5)。

圖2 焦石壩地區(qū)五峰組-龍馬溪組一段頁巖中微觀裂縫特征Fig.2 Characteristics of micro-fractures in shale from the first member of the Wufeng-Longmaxi Formations in Jiaoshiba areaa.解理縫，XX1井，埋深2 411.84 m；b.粘土礦物晶間縫，XX1井，埋深2 385.42 m；c.有機(jī)質(zhì)內(nèi)部裂縫，XX7井，埋深2 400.81 m；d.碎屑顆粒與粘土礦物間貼?？p，XX4井，埋深2 537.38 m；e.碎屑顆粒與有機(jī)質(zhì)間貼?？p貼粒縫，XX1井，埋深2 406.32 m；f.粘土礦物與有機(jī)質(zhì)間 貼?？p，XX1井，埋深2 381.91 m

圖3 焦石壩地區(qū)五峰組-龍馬溪組一段頁巖中宏觀裂縫特征Fig.3 Characteristics of macro-fractures in shale from the first member of the Wufeng-Longmaxi Formations in Jiaoshiba areaa.頁理縫，XX6井，埋深2 319.46～2 319.76 m；b.層間滑動(dòng)縫，見擦痕和鏡面現(xiàn)象，XX4井，埋深2 586.05 m；c.裂縫網(wǎng)絡(luò)，被方解石全充填，XX1井，埋深2 400.81 m；d.斜交縫，呈雁列式排列，被方解石全充填，XX4井，埋深2 319.21～2 320.39 m

高角度裂縫發(fā)育主要受構(gòu)造作用影響。在焦石壩背斜構(gòu)造主體，構(gòu)造變形較弱，高角度縫總體不發(fā)育，規(guī)模較小，且僅在五峰組相對集中出現(xiàn)。而在焦石壩構(gòu)造周邊靠近斷裂帶區(qū)域，由于構(gòu)造作用強(qiáng)烈，高角度裂縫不僅更加發(fā)育，且規(guī)模變大；在縱向上，除在五峰組常見外，龍馬溪組中上部局部也能見到高角度縫。巖心觀察統(tǒng)計(jì)明顯能證明上述的規(guī)律特征，處于構(gòu)造穩(wěn)定區(qū)的XX3井高角度縫，在頁巖氣層段主要發(fā)育于五峰組-龍馬溪組一段的底部，且裂縫規(guī)模明顯較小，縫長主要介于20～150 mm，縫寬主要介于0.5～1.0 mm，多被方解石充填或半充填，基本未見到開啟的裂縫；而靠近斷裂較發(fā)育區(qū)的XX5井高角度縫在頁巖氣層均有發(fā)育，裂縫規(guī)模具有變大的趨勢，縫長主要介于60～1 000 mm，裂縫密度增加，縫寬0.5～3 mm，多被方解石、泥質(zhì)、有機(jī)質(zhì)半充填-全充填，但同時(shí)也見到未被充填的裂縫(圖6)。

2.2 裂縫發(fā)育控制因素

通過前文焦石壩地區(qū)掃描電鏡、巖心的觀察與描述，并結(jié)合FMI成像測井資料可以判斷，頁巖氣層裂縫在平面上和縱向上具有一定的差異性。影響裂縫發(fā)育和分布的因素有很多，根據(jù)裂縫的發(fā)育規(guī)律，認(rèn)為裂縫的發(fā)育明顯受到巖層的力學(xué)性質(zhì)、頁巖氣層異常高壓、距主滑脫面的距離、斑脫巖的發(fā)育程度以及構(gòu)造作用所控制。

2.2.1 巖層力學(xué)性質(zhì)

巖石成分和結(jié)構(gòu)決定了地層巖石力學(xué)性質(zhì)特有的塑性和脆性，是巖石能產(chǎn)生裂縫的內(nèi)因。通常當(dāng)頁巖中脆性礦物的含量越高、膨脹性粘土礦物含量較少，頁巖造縫能力強(qiáng)，容易產(chǎn)生裂縫[25]。XX1井五峰組-龍馬溪組TOC≥1%頁巖氣層脆性礦物以硅質(zhì)礦物、長石、碳酸鹽礦物為主，平均含量達(dá)到60.7%。脆性礦物含量總體具有從上到下逐漸增加的趨勢，在頁巖氣層下部TOC≥2%厚約38 m的優(yōu)質(zhì)頁巖層段，脆性礦物含量平均到達(dá)62.4%，相比頁巖氣層上部層段增大約9%。脆性礦物含量的增加造成優(yōu)質(zhì)頁巖氣層破裂壓力平均僅為62.57 MPa(頁巖氣層中上部達(dá)到75 MPa以上)，其在相同受力的情況下，納米級(jí)的微觀裂縫和肉眼可觀察到的宏觀裂縫相應(yīng)地更加發(fā)育，這也是焦石壩地區(qū)五峰組-龍馬溪組底部水平縫和高角度縫相互交織(圖3)，形成網(wǎng)狀裂縫的原因之一。XX6井頁巖氣層頁理縫綜合指數(shù)(裂縫密度×裂縫寬度)與硅質(zhì)礦物含量呈正相關(guān)，與粘土礦物含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系也證明了該觀點(diǎn)。

圖4 焦石壩地區(qū)XX6井五峰組-龍馬溪組一段頁理縫發(fā)育特征柱狀圖Fig.4 Column chart showing the features of foliation fractures in shale from the first member of the Wufeng-Longmaxi Formations in well XX6 in Jiaoshiba area

2.2.2 頁巖氣層異常高壓

頁巖氣層異常高壓有利于微觀裂縫的產(chǎn)生。焦石壩五峰組-龍馬溪組優(yōu)質(zhì)頁巖在沉積后，隨著埋深的增加及成巖作用的增強(qiáng)，粘土礦物轉(zhuǎn)化脫水、烴類生成以及水熱增壓等綜合因素會(huì)造成頁巖內(nèi)部形成異常高的孔隙流體壓力。當(dāng)孔隙流體壓力增大到大于泥巖破裂壓力時(shí)，便產(chǎn)生微裂縫，使頁巖內(nèi)大量孔隙流體通過裂縫向外排出，壓力降低。當(dāng)壓力下降至靜水壓力的1.2～1.3倍時(shí)，泥巖中的超壓釋放作用停止[26]，裂縫閉合。通常情況下，異常高壓內(nèi)裂縫的開啟與閉合是一個(gè)多次循環(huán)往復(fù)的過程。而氬離子拋光掃描電鏡能夠?qū)δ囗搸r中的超壓微裂縫進(jìn)行高辨率識(shí)別。氬離子拋光掃描電鏡下識(shí)別出的超壓微裂縫主要有兩種類型，一種為礦物或有機(jī)質(zhì)內(nèi)部裂縫；一種是礦物或有機(jī)質(zhì)顆粒邊緣縫。片狀礦物內(nèi)部或邊緣的微裂縫一般比較平直，少量裂縫有輕微彎曲裂縫寬度主要介于0.02～1 μm(圖2)。

2.2.3 距主滑脫面距離

巖層構(gòu)造形變的發(fā)生總伴隨層間滑動(dòng)，尤其當(dāng)兩套地層間的巖性發(fā)生明顯變化時(shí)，層間滑動(dòng)越容易產(chǎn)生，且在相對塑性更強(qiáng)的地層中，更容易發(fā)生層間滑動(dòng)，而作為五峰組-龍馬溪組一段頁巖氣層恰好具備以上因素。從縱向上看，上奧套統(tǒng)五峰組、下志留統(tǒng)的龍馬溪組和小河壩組是一套厚度達(dá)到400～500 m以泥巖為主的地層，其下是數(shù)百米厚、不易變形的下古生界碳酸鹽巖地層，兩套地層巖石物理性質(zhì)的差異較大。

圖5 焦石壩地區(qū)XX3井五峰組-龍馬溪組一段層間滑動(dòng)縫發(fā)育特征柱狀圖Fig.5 Colum chart showing the features of interlayer slipping fractures in shale from the first member of the Wufeng-Longmaxi Formations in well XX3 in Jiaoshiba area

圖6 焦石壩地區(qū)XX6井-XX3井-XX5井五峰組-龍馬溪組一段高角度縫分布對比Fig.6 Comparison of high-angle fractures in shales from the first member of the Wufeng-Longmaxi Formations among well XX6,XX3 and XX5 in Jiaoshiba area

圖7 焦石壩地區(qū)XX6井頁理縫綜合指數(shù)與粘土礦物(b)、硅質(zhì)礦物(a)含量交匯圖Fig.7 Foliation fracture index vs. contents of clay minerals(b) and silica(a) of well XX6 in Jiaoshiba area

當(dāng)雪峰山—湘鄂西發(fā)生逆沖推覆造山作用時(shí)，所產(chǎn)生的自南東向北西的擠壓應(yīng)力傳遞到川東地區(qū)，會(huì)在五峰組-龍馬溪組底部軟弱泥巖層會(huì)產(chǎn)生滑脫構(gòu)造，尤其是在距主滑脫面(五峰組與臨湘組之間地層界面)更近的泥頁巖層，滑脫現(xiàn)象更加明顯，相應(yīng)的層間滑動(dòng)縫更發(fā)育(圖5)。

2.2.4 斑脫巖發(fā)育程度

斑脫巖是由火山灰降落在海洋環(huán)境中經(jīng)水解而成的粘土巖，在焦石壩地區(qū)頁巖氣層內(nèi)較發(fā)育。由于斑脫巖的存在，這在一定程度上也影響著裂縫的發(fā)育。XX1井顯示，斑脫巖在五峰組-龍馬溪組縱向上發(fā)育程度并不相同。其在奧陶系和志留系界線附近尤其發(fā)育，其中五峰組中發(fā)育了多達(dá)26層的鉀質(zhì)斑脫巖，多呈薄層狀，單層厚2 ～ 30mm不等(圖8)，顏色與上、下灰黑色碳質(zhì)筆石頁巖明顯不同，多呈灰白色；礦物成分中以粘土礦物中的伊利石和伊蒙礦物為主，含少量的高溫透長石、自形的石英等斑晶礦物，粘土礦物中以伊利石和伊蒙礦物，在鏡下巖石粘土礦物作定向排列形成定向構(gòu)造(圖8)。由于斑脫巖與上、下灰黑色碳質(zhì)筆石頁巖在礦物成分上有顯著的差異，因此在兩種巖性界面之間易形成弱理面，在后期構(gòu)造作用下，可產(chǎn)生許多肉眼可見的裂隙。

2.2.5 構(gòu)造作用

宏觀裂縫形成的主控因素是各期次的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，其控制裂縫發(fā)育的數(shù)量和分布規(guī)律。焦石壩背斜由于受雪峰、大巴山等方向多期構(gòu)造影響，主要發(fā)育北東向和北西向兩組斷層。斷層主要位于焦石壩背斜的邊緣及西南部，離斷層越近的頁巖分布區(qū)裂縫越發(fā)育，裂縫密度越大，遠(yuǎn)離斷層則正好相反，裂縫相對不發(fā)育。而各斷層附近裂縫發(fā)育的密度差異明顯與斷裂的性質(zhì)、規(guī)模有關(guān)。其中北西向斷層(烏江斷層)主要受晚期左旋走滑的影響，走滑性質(zhì)嚴(yán)重，裂縫相對更加的發(fā)育。而在斷層規(guī)模上，北西翼的吊水巖斷層、天臺(tái)場斷層的斷距與長度最小，裂縫預(yù)測顯示，其附近裂縫密度也相應(yīng)的最小，而依次隨著斷距和長度的增大，石門斷層、大耳山斷層與烏江斷層附近裂縫密度也相應(yīng)的增加(圖9a，b)。

圖8 焦石壩五峰組斑脫巖典型特征Fig.8 Typical features of bentonites in the Wufeng Formation,Jiaoshiba areaa.灰色薄層斑脫巖，XX1井，埋深2 412.32～2 414.55 m；b.斑脫巖，褐色斑晶與似流紋狀結(jié)構(gòu)，XX1井；c.斑脫巖，粘土礦物作定向排列，XX1井

3 天然裂縫發(fā)育程度對產(chǎn)能的影響

焦石壩區(qū)塊五峰組-龍馬溪組一段為頁巖氣層的主要發(fā)育層段，特別是五峰組-龍馬溪組一段一亞段，厚度約38 m，表現(xiàn)為高TOC、高含氣量以及低密度等特征，為優(yōu)質(zhì)頁巖氣層段，目前焦石壩所有開發(fā)水平井均選擇五峰組—龍馬溪組一段一亞段作為水平井靶窗進(jìn)行鉆進(jìn)。根據(jù)目前的資料，總結(jié)了氣產(chǎn)量與各因素的相關(guān)關(guān)系，研究發(fā)現(xiàn)，焦石壩單井產(chǎn)量除與地質(zhì)因素(如TOC、脆性指數(shù)、含氣量和孔隙度等)和工程因素(總液量、總砂量、射孔簇?cái)?shù)、試氣段長等)均有相關(guān)性外，還與天然裂縫發(fā)育的程度有關(guān)。

3.1 微裂縫和水平裂縫

前文已詳細(xì)論述，焦石壩地區(qū)天然微裂縫和水平裂縫(頁理縫和層間滑動(dòng)縫)通過氬離子拋光掃描電鏡和巖心剖切觀察可以普遍見到，在平面上發(fā)育程度差異性較小，在縱向上則在五峰組-龍馬溪組下部更為發(fā)育。這兩種裂縫的寬度在地面上顯示通常較窄，推測這兩種裂縫的發(fā)育程度在地腹條件下不如地面上發(fā)育，這可能是由于巖心被取到地面上，由于應(yīng)力和壓力的釋放，巖石會(huì)沿一些弱理面發(fā)生破裂，從而造成地面上裂縫更為發(fā)育。在焦石壩地區(qū)，這兩種裂縫在遠(yuǎn)離主干斷裂較遠(yuǎn)的區(qū)域，對頁巖氣富集和產(chǎn)出具有積極的意義。其不但可以為頁巖氣的游離提供儲(chǔ)滲空間，增加游離態(tài)頁巖氣的含量，而且天然微裂縫和水平縫也易于與后期人工體積壓裂改造形成的裂縫形成裂縫網(wǎng)絡(luò)，從而使頁巖氣解吸-擴(kuò)散-滲流進(jìn)入井筒采出，最終獲得工業(yè)產(chǎn)能。但在距離主干斷裂較近的區(qū)域，則情況相反，天然微裂縫和水平裂縫一旦與大型斷裂連通，對于頁巖氣的保存條件極為不利，頁巖氣井含氣性、壓力系數(shù)明顯較低。

3.2 高角度縫

涪陵焦石壩區(qū)塊頁巖氣產(chǎn)能相對高的井基本分布于焦石壩構(gòu)造主體部位，產(chǎn)能相對低的井則緊靠周邊斷裂帶。統(tǒng)計(jì)表明，靠近裂縫發(fā)育帶已測試井平均測試產(chǎn)量為17.1×104m3/d，只有主體區(qū)的49.01%，同時(shí)產(chǎn)能相對較低井具有鉆井漏失量大、實(shí)測壓力略有偏低等特征。研究發(fā)現(xiàn)，以上現(xiàn)象的出現(xiàn)與斷裂附近發(fā)育的開啟性高角度宏觀裂縫的發(fā)育程度密切相關(guān)。而高角度裂縫的發(fā)育程度前文已詳細(xì)論述，明顯受斷裂的性質(zhì)和規(guī)模等的控制，在斷裂帶附近，由于裂縫的規(guī)模較大，加之開啟性裂縫較多，對頁巖氣的保存明顯啟到一定的破壞作用，頁巖氣會(huì)在濃度差的驅(qū)使下，向裂縫開啟區(qū)運(yùn)移與散失，從而會(huì)造成頁巖氣藏含氣豐度得降低。

圖9 焦石壩地區(qū)五峰組底界相干屬性(a)與曲率屬性(b)Fig.9 Physical property map at the bottom of the Wufeng Formation in Jiaoshiba areaa.相干屬性平面圖；b.曲率屬性平面圖

另外，開啟性高角度裂縫同樣可能會(huì)對頁巖氣層后期壓裂改造的有效性造成不利的影響，這是因?yàn)橐环矫骈_啟的裂縫可能會(huì)大量吸收壓裂液及其能量，阻礙了新裂縫的形成，僅僅形成單一的裂縫，而不會(huì)形成縫網(wǎng)；另一方面壓裂液及其能量也會(huì)沿著裂縫壁進(jìn)入上覆或下伏地層發(fā)生漏層，這樣大大地分散和減弱了壓裂液的壓力，影響了裂縫的延展性，降低了壓裂處理的效果。

4 結(jié)論

1) 焦石壩地區(qū)五峰組-龍馬溪組頁巖發(fā)育微觀裂縫(解理縫、晶間縫和貼粒縫)和宏觀裂縫(高角度縫——斜交縫和垂直縫、水平縫——頁理縫和層間滑動(dòng)縫)。

2) 不同裂縫在縱橫向上發(fā)育程度明顯不同。微觀裂縫和宏觀裂縫中的水平縫(頁理縫和層間滑動(dòng)縫)在縱向上都有發(fā)育，但在頁巖氣層底部最為發(fā)育；高角度縫在遠(yuǎn)離斷裂帶的構(gòu)造穩(wěn)定區(qū)主要發(fā)育在五峰組，而靠近斷裂帶在頁巖氣層均有發(fā)育。

3) 焦石壩地區(qū)五峰組-龍馬溪組頁巖裂縫的發(fā)育明顯受到巖層的力學(xué)性質(zhì)、頁巖氣層異常高壓、距主滑脫面的距離、斑脫巖的發(fā)育程度以及構(gòu)造作用所控制。

4) 焦石壩地區(qū)頁巖氣井單井產(chǎn)量與天然裂縫發(fā)育的程度密切有關(guān)。頁巖氣產(chǎn)能相對低的井多靠近于斷裂帶，開啟性高角度裂縫與斷裂溝通形成斷縫耦合系統(tǒng)，造成頁巖氣藏豐度降低、實(shí)測地層壓力略有偏低、鉆井漏失量大、人工體積改造有效性降低等特征。

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(編輯 董 立)

Main controlling factors on shale fractures and their influences on production capacity in Jiaoshiba area,the Sichuan Basin

Guo Xusheng,Hu Dongfeng,Wei Xiangfeng,Li Yuping

(Exploration Company,SINOPEC,Chengdu,Sichuan 610041,China)

Shale samples were taken from the Wufeng-Longmaxi Formations in Jiaoshiba Block of Fuling shale gas field to study the key controlling factors of shale fractures and their influences upon gas production capacity through analysis methods including core observation,FMI logging interpretation,Ar-ion Milling SEM images and etc.The results show two main types of fractures: micro-fractures (cleavage fractures,intergranular fractures and grain-around fractures) and macro-fractures (high angle fractures-oblique fractures and vertical fractures,horizontal fractures- foliation fractures,interlayer slipping fractures).Their growth is clearly under the joint control of mechanical properties,abnormal high pressure,distance from the main decollement surface,and bentonite and tectonism.The micro-fractures and horizontal fractures are best developed at the bottom of both Formations,while high angle fractures are mainly developed in the Wufeng Formation in structurally stable regions far from fault belts and occur in all the shale gas formations in areas near the fault belts.The differential development of natural fractures in horizontal and vertical directions is found to control the productivity of single shale gas wells through the following ways.First,it controlled shale gas enrichment as the micro-fractures and horizontal fractures far from faults around Jiaoshiba Tectonic contributed greatly to the accumulation of shale gas in the stable structural zones.In contrast,the open fractures with high angles possibly acted as channels for shale gas to escape,thus leading to a low gas abundance and a low formation pressure.Secondly,it may lower the effectiveness of volume fracturing as the high-angle open fractures not only can cause severe drilling mud leakage,but also deter the formation of fracture networks through fracturing.

fracture,production capacity,shale gas,Wufeng Formation,Longmaxi Formation,Jiaoshiba area,Sichuan Basin

2016-03-23;

2016-07-07。

郭旭升(1965—)，男，博士、教授級(jí)高級(jí)工程師，石油地質(zhì)。E-mail:guoxs.ktnf@sinopec.com。

中國石油化工股份有限公司科技部基礎(chǔ)研究項(xiàng)目(P15074)。

0253-9985(2016)06-0799-10

10.11743/ogg20160601

TE122.2

A