周 鵬，周 露，朱文慧，羅海寧，王佐濤

(中國石油塔里木油田分公司，新疆 庫爾勒 841000)

0 引 言

庫車坳陷克拉蘇構造帶白堊系巴什基奇克組儲集層埋藏深度較大(普遍大于6 000 m)、垂向壓實及水平擠壓作用較強，巖性致密，基質孔隙度低，一般為4%～8%。前人在克拉蘇構造帶的儲層研究中做了大量工作，認為裂縫在儲集層的流體滲流過程中起到了重要作用。大多數(shù)學者對克拉蘇構造帶的裂縫研究主要集中在裂縫的分類、平面預測及與產(chǎn)能之間的關系等方面[1-5]，對垂向上裂縫的發(fā)育特征研究較少。隨著克拉蘇構造帶勘探程度的加深，部分井的裂縫密度與產(chǎn)能之間出現(xiàn)了矛盾。理論研究表明，當裂縫走向與最大主應力的夾角超過45 °時，裂縫有效性降低，但測試資料表明，仍存在裂縫走向與最大主應力走向存在大夾角而獲得高產(chǎn)工業(yè)氣流的現(xiàn)象。基于以上矛盾，以巖心及FMI成像測井資料為基礎，在明確不同應力環(huán)境裂縫特征的基礎上，提出規(guī)模大、有效性強、與褶皺同時期形成的構造型裂縫才是真正的高產(chǎn)滲流通道，并通過構造傾角校正的方法將裂縫的視產(chǎn)狀還原到地層水平條件下，從大量伴生縫或者早期形成的裂縫中剝離出規(guī)模較大的構造主裂縫。在當今低油價的情勢下，構造主裂縫的識別為射孔井段優(yōu)選、儲層改造方案優(yōu)化、降低勘探成本提供理論依據(jù)?；谝陨厦?，以巖心及FMI成像測井資料為基礎，在理清不同應力環(huán)境裂縫特征的基礎上，提出了構造主裂縫的裂縫評價研究思路，明確了裂縫發(fā)育規(guī)模的差異性原因。構造主裂縫的識別為射孔井段優(yōu)選、儲層改造方案優(yōu)化、降低勘探成本提供了理論依據(jù)。

1 研究區(qū)地質特征

研究區(qū)位于塔里木盆地庫車坳陷中部的克拉蘇構造帶，根據(jù)目前的鉆井資料顯示，克拉蘇構造帶鉆遇地層自上而下分別為第四系，古近系庫車組、康村組、吉迪克組、蘇維依組、庫姆格列木群及下白堊統(tǒng)巴什基奇克組(圖1)。其中，下白堊系巴什基奇克組為主要勘探目的層，埋深普遍超過6 000 m，巖性以細砂巖為主，局部發(fā)育泥巖夾層，屬于辮狀河三角洲、扇三角洲前緣沉積，儲集層厚度為250～320 m[6-12]。儲集層上覆的古近系庫姆格列木群膏鹽巖是區(qū)域性的優(yōu)質蓋層，也是區(qū)域性的滑脫層[13]；儲集層之下為下白堊系巴西改組、舒善河組，巴西改組是以細砂巖為主的“硬性”地層，舒善河組為厚度在1 200 m左右的大套泥巖地層，是一套區(qū)域性的次級滑脫層。受新生代晚期強烈擠壓作用的影響，克拉蘇構造帶廣泛發(fā)育高角度的逆沖疊瓦狀構造，夾持在上下2套滑脫層之間的巴什基奇克組及巴西改組的砂巖地層產(chǎn)生塑性變形，應力環(huán)境產(chǎn)生差異。根據(jù)電阻率測井、地應力、巖心、巖石學特征等綜合研究[14-16]，自上而下將白堊系儲集層分為張性段(距儲集層頂部80～160 m)、過渡段(距儲集層頂部100～200 m)、壓扭段(距儲集層頂超過200 m)，其中，張性段儲集層儲層品質最高，過渡段次之，壓扭段最差。

圖1 克深井區(qū)典型井斷背斜應力中和面垂向分段特征

2 構造主裂縫的識別

2.1 研究區(qū)裂縫發(fā)育特征

2.1.1 巖心裂縫發(fā)育特征

根據(jù)克深、大北地區(qū)巖心觀察，巖心中主要發(fā)育高角度雁列狀裂縫、“T字型”、“π字型”、“牙刷型”等[17-18]組合型裂縫及低角度網(wǎng)狀縫(圖2)。一般情況下，在儲層頂部的張性段，受局部拉張應力的影響，裂縫以高角度雁列狀為主，裂縫縱深長、開度大，以方解石半充填為主，裂縫線密度為0.5～3.0 條/m，溶蝕現(xiàn)象明顯，裂縫線密度較低，局部在高傾角裂縫之間或縫的端部發(fā)育數(shù)量較多的伴生縫，但裂縫開度小，規(guī)模有限。

圖2 克深井區(qū)不同應力段巖心裂縫特征

過渡段儲集層中，由于擠壓應力逐漸增強，抵消了部分拉張應力，在過渡段儲集層中發(fā)育的裂縫規(guī)模有所降低，線密度有所提高，一般為1.0～5.0 條/m。組合型裂縫逐漸增多，縫寬較小，以方解石半充填-全充填為主，有效裂縫的發(fā)育數(shù)量有限，無效裂縫的數(shù)量有所增加。

壓扭段儲集層中，裂縫密度顯著升高。擠壓應力進一步增強，巖性致密，早期形成的有效縫進一步受到擠壓而閉合，并形成裂縫線密度為10.0～26.0條/m的傾角雜亂的網(wǎng)狀裂縫帶，裂縫數(shù)量雖多，但有效性明顯降低。

2.1.2 FMI成像測井中裂縫發(fā)育特征

FMI成像測井中的裂縫發(fā)育特征與巖心相似。以水基鉆井液環(huán)境下的KS2A井為例，在122 m的張性段儲集層中，裂縫線密度為3.0 條/m，裂縫平均開度為0.35 mm；99 m的過渡段儲集層中，裂縫線密度為4.1 條/m，裂縫平均開度為0.22 mm；78 m的壓扭段儲集層中，裂縫線密度為9.1 條/m，裂縫平均開度為20.13 mm。成像測井資料顯示，白堊系巴什基奇克組儲集層垂向上裂縫發(fā)育程度逐漸變大，但裂縫規(guī)模卻越來越小。

基于巖心及FMI成像測井資料的裂縫解析研究表明，由于垂向上儲集層應力環(huán)境差異，儲集層品質及裂縫的發(fā)育特征存在一定的分層性。巴什基奇克組儲集層中張性段、過渡段裂縫發(fā)育數(shù)量少，但裂縫有效性高；壓扭段儲集層出現(xiàn)大量網(wǎng)狀縫，線密度大但有效性差。

2.2 構造主裂縫的定義及研究思路

由于巖心資料過少，代表性差，巖心裂縫描述無法真實地體現(xiàn)裂縫在地下儲層中的真實規(guī)模；而FMI成像測井雖然能體現(xiàn)儲層裂縫發(fā)育的連續(xù)性，但多解性強。大量的巖心及FMI成像測井資料顯示，裂縫數(shù)量并不是決定裂縫有效性的關鍵因素(圖3)，F(xiàn)MI成像識別出15條傾角在40～70 °之間的裂縫，從巖心歸位標定后發(fā)現(xiàn)，該處僅發(fā)育2條規(guī)模較大的裂縫，其余均以伴生縫的形式存在。

通過對不同構造位置的鉆井巖心、成像測井資料的分析，張性段及過渡段中規(guī)模較大的裂縫總體與地層近似垂直、傾向相反，而規(guī)模較小的裂縫常與地層斜交，傾角雜亂，多為規(guī)模較大裂縫的伴生縫；壓扭段儲層較少發(fā)育有效裂縫，傾角、傾向均雜亂。

圖3 基于巖心標定下FMI成像測井裂縫組合

儲集層垂向的有效溝通需要相對規(guī)模大、滲流特征明顯的裂縫。因此，借鑒構造地質學中主節(jié)理的研究內(nèi)容，定義構造主裂縫是由于構造運動作用下產(chǎn)生的規(guī)模明顯大于研究區(qū)平均裂縫規(guī)模的、有效性高的、滲透率大的構造型裂縫。構造主裂縫基本上與地層垂直，裂縫傾向與地層傾向相反(圖4)；而伴生縫常與地層斜交，裂縫傾向與地層傾向之間夾角可呈任意角度。

圖4 應力環(huán)境差異下裂縫發(fā)育特征

3 基于地層傾角的FMI成像測井裂縫傾角校正

根據(jù)上述研究思路，通過FMI成像裂縫傾角校正方法，將地層還原到水平條件下，在剔除大量次生裂縫的基礎上，找出儲層中構造主裂縫的相應位置，還原真正的裂縫發(fā)育規(guī)模，為儲層改造提供合理的理論基礎。具體做法如下[19-20]。

(1) 將巖層界面的單位法向矢量分解為大地坐標系中的3個分量。

(2) 經(jīng)過坐標軸旋轉后，求出分量在地層傾角坐標系中的視傾角、視傾向，通過整理可得到地層的視傾角，進而求得裂縫在地層傾角坐標系中的視傾角。

(3) 裂縫校正方法與地層傾角校正方法相似，經(jīng)過旋轉、坐標變換后，得到裂縫法線矢量在大地坐標系中的3個分量轉換為地層傾角坐標系矢量的分量。得到裂縫法線矢量在大地坐標系中的分量，將其再轉換至地層傾角坐標系中。

(4) 計算裂縫相對地層的傾角、視傾向，利用FMI成像測井可以識別出地層的視傾角、視傾向，則計算裂縫在成像圖中識別的裂縫視傾角、裂縫相對地層的視傾向差，最終求出裂縫在地層傾角坐標系中的視傾向。

(5) 通過坐標變換及計算，校正裂縫相對于地層的傾角。

4 構造主裂縫識別結果及地質意義

4.1 構造主裂縫識別結果

通過上述方法將裂縫的視傾角校正到地層水平條件下的真傾角后，與褶皺同時期形成的構造型裂縫傾角會普遍增大，構造主裂縫傾角總體與地層垂直，一般在校正后大于80 °；而非構造形成的次級裂縫或伴生裂縫在校正后裂縫傾角普遍減小，校正后裂縫傾角為20～60 °。根據(jù)這一規(guī)律，以克深2井區(qū)構造高部位的KS201井為例，目的層頂部6 492～6 784 m的井段共發(fā)育290條裂縫，地層傾角、傾向按照白堊系巴什基奇克組頂部庫姆格列木群下泥巖段中識別的泥巖層理進行裂縫傾角校正，識別KS201井處的地層傾角為11 °、傾向為355 °。結果表明，該井共識別出20條構造主裂縫(圖5)，僅占裂縫總數(shù)量的6.9%；該井裂縫走向總體以WE、NW、NS向為主，而構造主裂縫卻以WE方向為主，主裂縫傾角普遍大于80 °，裂縫傾向與地層傾向相反，反映構造縫特征；非構造主裂縫的發(fā)育數(shù)量較大，會掩蓋主裂縫的真實走向，在裂縫評價過程中，須注意剝離非構造裂縫。

4.2 構造主裂縫與產(chǎn)量之間的關系

克拉蘇構造帶由于儲層埋藏深度大、巖性致密，裂縫較發(fā)育，一般需對裂縫集中發(fā)育段進行射孔優(yōu)選、酸化、壓裂等作業(yè)，才能保證氣井高產(chǎn)。部分學者[8，20]認為，如果裂縫走向與最大水平主應力夾角大于45 °，裂縫面會受到擠壓而發(fā)生閉合，繼而降低裂縫的有效性；裂縫走向與最大水平主應力夾角小于45 °，裂縫才能保持有效性，通常對地應力與裂縫走向夾角較小的位置進行射孔。裂縫優(yōu)勢方向代表數(shù)量眾多的伴生縫、次級裂縫的走向，該種裂縫數(shù)量多、規(guī)模小、有效性差、滲流能力有限；而構造主裂縫的數(shù)量少，規(guī)模卻明顯大的多，裂縫的優(yōu)勢方向會掩蓋構造主裂縫的真實方向。因此，構造主裂縫與最大主應力方向的夾角評價，才是氣藏評價井高產(chǎn)的關鍵，而非裂縫的優(yōu)勢方向與最大主應力方向的夾角評價。實鉆資料表明，克拉蘇構造帶儲層裂縫走向與最大水平主應力夾角大于45 °的井仍然獲得高產(chǎn)氣流，如KS202井，裂縫走向以WWN、NWW 2個優(yōu)勢方向為主，與最大主應力走向之間的夾角為40～50 °，通過裂縫傾角校正后，剝離出構造主裂縫的走向與最大主應力的夾角為10 °；位于南翼近斷裂的KS2-2-3井，裂縫優(yōu)勢方向為NW—SE、EW，裂縫優(yōu)勢方向與最大主應力方向夾角為40～50 °，理論上裂縫有效性差，較難獲得高產(chǎn)工業(yè)氣流。測試資料表明，該井測試中獲得日產(chǎn)氣為25.32×104m3/d(表1)。

通過構造傾角校正后，主裂縫方向與最大主應力方向夾角僅為12 °。因此，在儲集層改造中，需識別出構造主裂縫的發(fā)育位置，為射孔方案、壓裂層段優(yōu)選提供理論支持。

5 結 論

(1) 白堊系巴什基奇克組儲集層垂向應力分布存在差異，從上至下分為張性段、過渡段、壓扭段。張性段以拉張應力為主，裂縫發(fā)育密度低，有效性高；過渡段拉張應力有所減弱，裂縫發(fā)育密度有所提高，但有效性降低；壓扭段儲集層以擠壓應力為主，裂縫發(fā)育密度顯著提高，有效性最差。

(2) 通過構造傾角校正方法可以較好地識別出構造主裂縫的發(fā)育位置，一般情況下，校正后傾角大于80°的裂縫，才是克拉蘇地區(qū)鹽下超深儲層中的構造主裂縫，氣測顯示好；非構造主裂縫的發(fā)育數(shù)量大，通過地層傾角校正后，裂縫傾角普遍集中在20～60 °，規(guī)模較小。

(3) 當最大主應力方向與構造主裂縫走向夾角小于45 °時，構造主裂縫才能保持有效性，在構造主裂縫位置處射孔測試及儲層改造才是氣井高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的關鍵。

圖5 克拉蘇構造帶典型井裂縫傾角校正綜合柱狀圖

表1 克拉蘇構造帶克深2氣藏裂縫走向與最大主應力方向統(tǒng)計

[1] 王碩，戴俊生，王珂，等.基于數(shù)值模擬分析構造作用對裂縫發(fā)育的控制[J].特種油氣藏，2016，23(1)：76-80.

[2] 蒲靜，秦啟榮.油氣儲層裂縫預測方法綜述[J].特種油氣藏，2008，15(3)：10-13.

[3] 王俊鵬， 張榮虎， 趙繼龍， 等. 超深層致密砂巖儲層裂縫定量評價及預測研究——以塔里木盆地克深氣田為例[J]. 天然氣地球科學， 2014，25(11):1735-1745.

[4] 王凱， 王貴文， 徐渤， 等. 克深2井區(qū)裂縫分類及構造裂縫期次研究[J]. 地球物理學進展， 2015(3):1251-1256.

[5] 周鵬， 唐雁剛， 馬玉杰， 等. 運用彈性位移理論預測鹽下超深儲層裂縫有效性——以克深 2， 8 號構造為例[J]. 斷塊油氣田， 2016，23(1):25-30.

[6] 郝明強，胡永樂，劉先貴.裂縫性低滲透油藏特征綜述[J].特種油氣藏，2007，14(3)：12-15.

[7] 馮潔，宋巖，姜振學，等.塔里木盆地克深區(qū)巴什基奇克組砂巖成巖演化及主控因素[J].特種油氣藏，2017，24(1)：70-73.

[8] 孫永河，王鐸，付曉飛，等.庫車坳陷克拉蘇構造帶斷圈含氣性影響因素及目標優(yōu)選[J].特種油氣藏，2013，20(4)：5-8.

[9] 王洪浩，李江海，維波，等.庫車克拉蘇構造帶地下鹽巖變形特征分析[J].特種油氣藏，2016，23(4)：20-23.

[10] 趙力彬， 石石， 肖香姣， 等. 庫車坳陷克深2氣藏裂縫-孔隙型砂巖儲層地質建模方法[J]. 天然氣工業(yè)， 2012，32(10):10-13.

[11] 陳戈， 黃智斌， 張惠良， 等. 塔里木盆地庫車坳陷白堊系巴什基奇克組物源精細分析[J]. 天然氣地球科學， 2012，23(6):1025-1033.

[12] 王招明. 試論庫車前陸沖斷帶構造頂蓬效應[J]. 天然氣地球科學， 2013，24(4):671-677.

[13] 卓勤功， 李勇， 宋巖， 等. 塔里木盆地庫車坳陷克拉蘇構造帶古近系膏鹽巖蓋層演化與圈閉有效性[J]. 石油實驗地質， 2013，35(1):42-47.

[14] 楊憲彰，毛亞昆，鐘大康，等.構造擠壓對砂巖儲層垂向分布差異的控制——以庫車前陸沖斷帶白堊系巴什基奇克組為例[J].天然氣地球科學，2016，27(4)：591-598.

[15] 史玲玲，唐雁剛，汪斌，等.庫車坳陷克深2井區(qū)巴什基奇克組應力垂向分層特征[J].新疆石油地質，2016，37(4)：430-434.

[16] 許麗，李江海，王洪浩，等.庫車坳陷大北地區(qū)古近紀沉積特征及鹽湖演化[J].特種油氣藏，2015，23(5)：56-59.

[17] 周鵬，唐雁剛，尹宏偉，等.塔里木盆地克拉蘇構造帶克深2氣藏儲層裂縫帶發(fā)育特征及與產(chǎn)量的關系[J].天然氣地球科學，2017，28(1):135-141.

[18] 于璇，侯貴廷，能源，等.庫車坳陷構造裂縫發(fā)育特征及分布規(guī)律[J].高校地質學報，2016，22(4)：644-656.

[19] 劉敬壽，戴俊生，王珂，等.斜井巖心裂縫產(chǎn)狀校正方法及其應用[J].石油學報，2015，36(1)：67-70.

[20] 鄒長春，史謌.斜井成像測井資料處理中地層產(chǎn)狀的校正方法及應用[J].物探與化探，2002，26(6)：463-465.