李長海，趙 倫，劉 波，趙文琪，王淑琴，李建新，鄭天宇，李偉強

（1.中國石化國際石油勘探開發(fā)有限公司，北京 100029；2.中國石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083；3.北京大學地球與空間科學學院，北京 100871；4.中國石油杭州地質研究院，杭州 310023）

0 引言

碳酸鹽巖儲層中的原油地質儲量約占世界原油地質儲量的40%，天然氣地質儲量約占世界天然氣地質儲量的60%［1-3］。碳酸鹽巖儲層中的高產油氣井均與裂縫有關，因此裂縫的研究是碳酸鹽巖儲層研究的重點［4］。以往學者針對裂縫的識別、分類、成因及預測等開展了大量研究［5-7］，但有關裂縫網絡連通性的問題則研究較少且屬于初級探索階段。鄔光輝等［8］通過統(tǒng)計交點和端點的比值研究了塔中奧陶系碳酸鹽巖儲層的裂縫網絡連通性；李瑋等［9］基于拓撲學理論研究了松遼盆地南部下白堊統(tǒng)青山口組一段和二段頁巖裂縫的網絡連通性；Ghosh等［10］研究了不同裂縫連通體對儲層連通性的貢獻；S?vik 等［11］和Sanderson 等［12］將裂縫線的節(jié)點劃分為X 型、Y 型和I 型，并基于拓撲學理論提出了計算裂縫網絡連通性評價參數(shù)的方法。雖然研究人員針對裂縫網絡連通性提出了使用諸如拓撲學理論等技術方案，但目前尚缺少對油田裂縫網絡連通性分析的系統(tǒng)性評價方法。

濱里海盆地東緣北特魯瓦油田發(fā)育裂縫-孔隙型碳酸鹽巖儲層，大量高角度裂縫和低角度裂縫并存［13］，地下裂縫相互連通形成裂縫網絡系統(tǒng)，油田地下水及注入水沿著裂縫網絡迅速推進，生產井在短時間內快速見水，油田水竄問題嚴峻，井網部署及調整極其困難［14］。由于高角度裂縫和低角度裂縫切割非常發(fā)育，裂縫網絡系統(tǒng)極其復雜，僅通過裂縫預測確定裂縫分布特征難以有效解決水竄問題。基于巖心、成像測井及裂縫網絡建模結果，對濱里海盆地東緣北特魯瓦油田石炭系碳酸鹽巖儲層裂縫網絡連通性進行評價，并對影響裂縫網絡連通性的主控因素進行分析，以期為解決該區(qū)油田水竄問題提供一定借鑒。

1 地質概況

北特魯瓦油田位于哈薩克斯坦西部，構造上屬于濱里海盆地東緣的延別克—扎爾卡梅斯古隆起東斜坡的中央地區(qū)，為斷背斜構造（圖1a），發(fā)育一條北東—南西向的大斷層及大量裂縫（圖1b）。該油田石炭系KT-Ⅰ和KT-Ⅱ油層組是重要的產油層，KT-Ⅰ油層組自上而下發(fā)育蒸發(fā)臺地、局限臺地和開闊臺地相沉積［15］，可劃分為A2，A3，b1，b2，B1，B2，B3，B4 和B5 共9 個小層，其中A2 和A3 小層主要發(fā)育白云巖，其他小層以灰?guī)r為主；KT-Ⅱ油層組發(fā)育開闊臺地相沉積，以灰?guī)r沉積為主（圖1c）。研究區(qū)目的層儲層物性較好，KT-Ⅰ油層組孔隙度平均為16.9%，滲透率平均為84 mD；KT-Ⅱ油層組孔隙度平均為12.1%，滲透率平均為35.9 mD［16］。北特魯瓦油田于2013 年轉注水開發(fā)，目前綜合含水率為30%，單井含水率為0～98%。

圖1 濱里海盆地構造單元劃分（a）、北特魯瓦油田頂面構造圖（b）及石炭系巖性地層綜合柱狀圖（c）Fig.1 Tectonic unit division of Precaspian Basin（a），top structure of North Truva Oilfield（b）and stratigraphic column of Carboniferous（c）

2 裂縫網絡連通性評價

2.1 裂縫切割類型劃分

Zhao 等［17］根據(jù)裂縫的產狀將裂縫劃分為高角度裂縫（>60°）、斜縫（30°～60°）和低角度裂縫（≤30°）。北特魯瓦油田裂縫切割類型多且復雜，難以對該油田的復雜裂縫網絡開展有效評價。裂縫網絡的復雜性主要是由于低角度裂縫發(fā)育，因而需要重點考慮低角度裂縫對裂縫網絡連通性的影響。為了分析研究區(qū)裂縫切割關系，將裂縫劃分為高角度裂縫（>30°）和低角度裂縫（<30°），并將裂縫切割類型劃分為高高切割、高低切割和低低切割。高高切割是指高角度裂縫與高角度裂縫相互切割的地質現(xiàn)象，該切割類型主要出現(xiàn)在巖心垂直于井軌跡的橫截面上。高低切割是指高角度裂縫與低角度裂縫切割的地質現(xiàn)象，主要見于平行于井軌跡的巖心上。低低切割是指低角度裂縫與低角度裂縫切割的地質現(xiàn)象，主要見于平行于井軌跡的巖心上。該套裂縫切割關系的劃分方案相對簡單，同時可滿足不同類型的裂縫對裂縫網絡連通性評價的需求。由圖2可看出，在巖心上可識別出上述3 種裂縫切割類型，但成像測井上僅識別出高高切割和高低切割，未識別出低低切割。

圖2 北特魯瓦油田石炭系KT-Ⅰ油層組不同裂縫切割類型Fig.2 Different fracture cutting types of Carboniferous KT-Ⅰformation set in North Truva Oilfield

2.2 裂縫切割的空間分布特征

2.2.1 裂縫切割的平面分布特征

裂縫切割線密度是指單位長度上發(fā)育的裂縫切割交點的數(shù)目。根據(jù)研究區(qū)裂縫交點的數(shù)目，統(tǒng)計單井裂縫切割線密度，并將單井裂縫切割線密度的統(tǒng)計結果投影到平面圖上，分析裂縫切割類型的平面分布特征。圖3、圖4 中圓的直徑代表裂縫切割線密度的大小，不同顏色扇形的面積代表不同裂縫切割類型發(fā)育的比例。由表1、圖3、圖4 可看出，高低切割是研究區(qū)主要的切割類型，高高切割和低低切割主要發(fā)育在構造高部位。研究區(qū)構造高部位和構造低部位單井發(fā)育裂縫切割的比例基本一致，但由于構造高部位裂縫更發(fā)育，因此構造高部位裂縫網絡連通性更好。

表1 北特魯瓦油田單井裂縫切割發(fā)育的比例Table 1 Proportion of different types of fracture cutting of single well in North Truva Oilfield %

圖3 北特魯瓦油田KT-Ⅰ油層組不同裂縫切割類型的平面分布特征Fig.3 Plane distribution of different types of fracture cutting of KT-Ⅰformation in North Truva Oilfield

圖4 北特魯瓦油田KT-Ⅱ油層組不同裂縫切割類型的平面分布特征Fig.4 Plane distribution of different types of fracture cutting of KT-Ⅱformation in North Truva Oilfield

2.2.2 裂縫切割剖面分布特征

巖心和成像測井雖然可以對裂縫切割特征進行評價，但存在一定缺陷。巖心只能反映局部井段裂縫切割的發(fā)育特征，成像測井因受分辨率限制，對裂縫切割關系的響應相對較差，因此本文綜合巖心和成像測井資料來分析研究區(qū)的裂縫切割特征。

由表2 可見，B1—B5 小層缺少取心資料，所以缺少裂縫切割的相關信息，A2，A3，G2，G3，G4 小層裂縫切割線密度相對較大，裂縫連通性較好，這與北特魯瓦油田A2，A3 及G4 小層水竄問題嚴峻的結果一致。G1 小層在成像測井上裂縫切割十分發(fā)育，但在巖心上卻不發(fā)育，由于巖心是局部井段統(tǒng)計結果，因而認為G1 小層裂縫切割較發(fā)育，而G6小層在巖心上裂縫切割十分發(fā)育，但在成像測井上裂縫不發(fā)育，由此認為該層裂縫切割不發(fā)育。

表2 北特魯瓦油田不同切割類型裂縫切割線密度Table 2 Density of different types of fracture cutting in North Truva Oilfield

由表3 可看出，A2，A3，G1，G2，G3，G4，G5 及G6 小層裂縫切割較為發(fā)育，結合裂縫切割線的密度（表2）可知，A2，A3，G1，G2，G3 及G4 小層裂縫切割較為發(fā)育。

表3 北特魯瓦油田不同切割類型裂縫切割發(fā)育的比例Table 3 Proportion of different types of fracture cutting in North Truva Oilfield %

3 裂縫網絡切割特征評價

3.1 評價指標

裂縫網絡連通性的評價不僅可以基于巖心和成像測井進行分析，還可以基于裂縫網絡建模結果進行分析。本文利用裂縫連通體面積占比和裂縫體密度評價裂縫網絡連通性對研究區(qū)的影響，并提出利用裂縫的平均長度和平均節(jié)點數(shù)評價裂縫網絡的連通程度。連通體面積占比是指連通體面積占研究區(qū)總面積的比值；裂縫體密度是指單位體積內發(fā)育的裂縫片的面積［18］（圖5）。

圖5 裂縫網絡表征體系［19］Fig.5 Fracture network characterization system

根據(jù)裂縫平均長度和裂縫平均節(jié)點數(shù)可以對裂縫網絡中不同裂縫的連通程度進行評價。裂縫平均節(jié)點數(shù)是指所有裂縫節(jié)點數(shù)與裂縫總長度的比值。確定裂縫平均節(jié)點數(shù)首先需要確定裂縫切割的類型，裂縫切割可以劃分為X 型、Y 型和I型［12］（圖6）。通過連通體面積占比、裂縫體密度、裂縫的平均長度和平均節(jié)點數(shù)可定量化評價裂縫網絡的連通性。

圖6 裂縫切割類型劃分［12］Fig.6 Classification of fracture cutting types

3.2 實例分析

3.2.1 裂縫網絡連通性定量評價

根據(jù)裂縫長度可以確定裂縫發(fā)育的尺度，裂縫長度大于500 m 為大尺度裂縫，裂縫長度100～500 m 為中尺度裂縫，裂縫長度小于100 m 為小尺度裂縫。大尺度裂縫數(shù)據(jù)體可通過螞蟻追蹤技術處理地震資料獲得［20］，中尺度裂縫可通過對成像測井和巖心資料的隨機模擬來預測［21］，小尺度裂縫可通過巖心和成像測井進行統(tǒng)計。北特魯瓦油田石炭系高角度裂縫最大延伸長度達4 250 m，低角度裂縫最大延伸長度僅40 m［22］，因此研究區(qū)低角度裂縫均為小尺度裂縫。根據(jù)裂縫尺度，建立研究區(qū)不同的裂縫網絡模型，即大尺度裂縫網絡模型、中尺度高角度裂縫網絡模型、中尺度斜縫網絡模型、小尺度高角度裂縫網絡模型、小尺度斜縫網絡模型及小尺度低角度裂縫網絡模型（圖7）。

圖7 北特魯瓦油田A2 小層不同尺度裂縫網絡建模結果Fig.7 Fracture network modeling results of sublayer A2 in North Truva Oilfield

基于Fracman 軟件對裂縫網絡連通性進行分析，以評價北特魯瓦油田不同小層裂縫網絡的連通程度。裂縫聚類中包含的最小裂縫數(shù)需要確定一個合理的值，如果該值過大會使很多連通體信息丟失，而該值過小則最小連通體很小，小連通體連通能力較弱，對該類連通體開展分析則無意義。本文將裂縫聚類中包含的最小裂縫數(shù)設置為1 000 條（圖8）

圖8 北特魯瓦油田A2 小層裂縫連通單元Fig.8 Fracture connecting units of sublayer A2 in North Truva Oilfield

通過分析研究區(qū)A2 小層的裂縫體密度與連通體面積的占比可知，A2 小層連通體的面積占比為72.48%，其中8 號、3 號和1 號連通體面積均大于10%，對研究區(qū)裂縫網絡連通性有較大影響，裂縫平均長度相對較大，且平均節(jié)點數(shù)較多，裂縫網絡連通性較好（圖9、圖10）。

圖9 北特魯瓦油田A2 小層裂縫體密度與連通單元面積占比交會圖Fig.9 Crossplot of fracture volume density and fracture connecting unit area of sublayer A2 in North Truva Oilfield

圖10 北特魯瓦油田A2 小層裂縫平均節(jié)點數(shù)與平均長度交會圖Fig.10 Crossplot of average fracture node number and average fracture length of sublayerA2 in NorthTruva Oilfield

3.2.2 裂縫網絡連通性的分類

根據(jù)裂縫連通體面積大小，可將研究區(qū)連通體劃分為小連通體、中連通體和大連通體。連通體面積占比小于1%為小連通體，對研究區(qū)連通性貢獻有限；連通體面積占比為1%～10%的是中連通體，對研究區(qū)連通性具有一定貢獻；連通體面積占比大于10%的為大連通體，對研究區(qū)連通性具有較大影響。本文以裂縫體密度0.005 m-1和0.010 m-1為界限將研究區(qū)裂縫體密度分為高、中、低3 種類型（圖11）。

圖11 北特魯瓦油田裂縫連通體分類方案Fig.11 Classification scheme of fracture connecting units in North Truva Oilfield

根據(jù)連通體面積大小、裂縫體密度大小及裂縫類型對研究區(qū)連通體進行命名。若連通體以高角度裂縫為主，高裂縫體密度且為大連通體，則將該連通體命名為“高高大連通體”，A2 小層所有的連通體的命名如表4 所示。

表4 北特魯瓦油田A2 小層連通體命名Table 4 Name of fracture connecting units of sublayer A2 in North Truva Oilfield

通過分析不同連通體的裂縫體密度，發(fā)現(xiàn)A2小層連通體以低角度裂縫為主，發(fā)育6 個以低角度裂縫為主的連通體，其次是高角度裂縫，發(fā)育3 個以高角度裂縫為主的連通體，而斜縫的連通體僅發(fā)育2 個。A2 小層主力產油區(qū)以3 號連通體和8 號連通體為主，3 號連通體以高角度裂縫為主，而8 號連通體以低角度裂縫為主，但是不同傾角的裂縫體密度均占總裂縫體密度的33%（圖12）。

圖12 北特魯瓦油田A2 小層連通單元裂縫體密度Fig.12 Fracture volume density of fracture connecting units of sublayer A2 in North Truva Oilfield

3.3 裂縫網絡連通性對油田開發(fā)的影響

基于示蹤劑檢測結果，綜合儲層基質滲透率分布特征，分析裂縫網絡連通性對油田水竄的影響。研究結果表明：研究區(qū)543 井與532 井、184 井與555 井之間發(fā)育裂縫帶，出現(xiàn)水竄現(xiàn)象；555 井與765 井之間儲層物性較好，出現(xiàn)水竄（圖13）。水竄現(xiàn)象是裂縫網絡連通性和儲層物性綜合影響的結果，且裂縫網絡連通性是水竄現(xiàn)象最主要的決定因素。

圖13 裂縫網絡連通性對北特魯瓦油田開發(fā)的影響Fig.13 Influence of fracture network connectivity on the developmen of North Truva Oilfield

裂縫網絡連通性取決于裂縫網絡的切割程度，裂縫切割程度主要受裂縫長度和裂縫體密度的影響。由圖10 可看出，隨著裂縫長度增大，裂縫平均節(jié)點數(shù)增多，因此裂縫長度越大，越容易發(fā)育裂縫切割?；趲r心資料分析裂縫切割特征與巖心裂縫切割線密度的關系，結果表明高高切割與高角度裂縫的發(fā)育具有一定的相關性，高低切割與高角度裂縫和低角度裂縫的發(fā)育均存在一定相關性，低低切割與低角度裂縫不存在顯著相關性。這主要是由于低角度裂縫發(fā)育角度相近，裂縫相互平行的情況居多，因而相互切割的情況顯著減少（圖14）。

圖14 北特魯瓦油田裂縫切割與裂縫切割線密度的關系Fig.14 Relationship between fracture cutting and cutting density in North Truva Oilfield

由于裂縫切割線密度受到構造位置、巖性、斷層和地層厚度等因素的影響［6，23］。構造高部位裂縫更為發(fā)育，裂縫網絡連通性更好。巖性對裂縫連通性的影響可以基于北特魯瓦油田KT-I油層組進行分析。研究區(qū)KT-I油層組主要發(fā)育灰?guī)r和白云巖，白云巖中高高切割更發(fā)育，灰?guī)r中高低切割和低低切割更發(fā)育，這主要是由于白云巖脆性特征更明顯，主要發(fā)育高角度裂縫，而灰?guī)r塑性特征明顯，低角度裂縫更發(fā)育（圖15）。

圖15 不同巖性中裂縫切割類型發(fā)育特征Fig.15 Characteristics of fracture cutting types in different lithologies

4 結論

（1）巖心和成像測井上裂縫的切割類型可劃分為高高切割、高低切割和低低切割，該分類考慮了低角度裂縫對裂縫網絡連通性的影響，實現(xiàn)了對復雜裂縫網絡連通性的評價。北特魯瓦油田平面上在構造高部位裂縫切割更為發(fā)育，剖面上A2，A3，G1，G2，G3 及G4 小層裂縫切割更為發(fā)育，研究區(qū)主要以高低切割為主。

（2）利用裂縫連通體的面積占比、裂縫體密度的評價、裂縫的平均長度和平均節(jié)點數(shù)對裂縫網絡連通性進行了定量化評價。根據(jù)連通體面積大小、裂縫體密度大小及裂縫類型對裂縫連通體進行了命名，命名規(guī)則為“裂縫類型+裂縫體密度+連通體面積”，從而實現(xiàn)了對裂縫網絡連通體的定性描述。研究區(qū)A2 小層主要發(fā)育低低大連通體、高中大連通體和高高大連通體。

（3）裂縫切割主要受裂縫長度和裂縫體密度的影響，裂縫長度和裂縫體密度越大，越容易發(fā)育裂縫切割。構造位置、巖性、斷層和層厚等因素可影響裂縫切割線密度，進而影響裂縫網絡的連通性。