裂縫性儲層

裂縫性儲層是指以裂縫為主要儲集空間、滲流通道的儲集層，有的也對儲集層中分散、孤立的孔隙起連通作用，增加有效孔隙度，一般具有高滲透特徵。

基本介紹

• 中文名：裂縫性儲層
• 外文名：fractured reservoir
• 提出時間：1968年
• 學科：石油工程
• 類型：3種類型
• 影響因素：內因和外因

研究現狀

國外研究現狀

1968年，G.H. Murry將構造橫剖面看作彎曲的“梁”，用幾何方法導出了剖面曲率值與裂縫孔隙度之間的計算公式，對裂縫作了初步定量研究。1971年，他進行了關於構造主曲率和裂縫發育的關係的研究。1982年日本的Masanobu Oda引進裂隙張量來研究各向異性裂隙岩體的孔隙性指數。80年代初，美國的范.高爾夫─拉特才寫成了關於裂縫油藏工程的專著，基本形成了裂縫型儲層研究的理論和方法，但專著卻不是針對裂縫本身的研究。

上世紀70年代，隨著分形幾何學概念的提出，國外學者逐漸把這一理論引入儲層裂縫研究領域。 1980年P.L.Gong Dilland從理論上證明分形理論可用於碳酸鹽岩地區裂縫的研究，並介紹了用分形理論建立裂縫分布的實際模型。隨後Barton C.C. (1985)、Hirata(1989)、Thomas and Blin-lacroix(1989)、Velde B. and Duboes J (1990)、Main(1990)等人又把這一理論用於其他岩石裂縫的研究，並在斷層幾何形態的描述、裂縫數與裂縫長度、裂縫寬度和密度、裂縫平面分布的研究方面取得了較大進展。到1995年，Barton C.C.通過研究認為，當裂縫的分維D大於1.34，裂縫就能構成互相滲流的裂縫網路。

除了理論上的發展外，國外專家學者在儲層裂縫的識別上也作出了突出的貢獻。90年代後，國外在裂縫的測井識別、地震識別上取得了長足的進步。測井方面新方法和新設備主要體現在：電磁測向儀、CT掃瞄器、微Lambda測井、環形聲波測井、成像測井(FMI)、全井眼地層微電阻率成像(FMI)、DSI偶極橫波成像儀和井下電視儀(BHTV)等，這些方法和設備能測量出儲層裂縫的傾角、走向、寬度、長度、視孔隙度，以及裂縫的充填與開啟程度，甚至能識別出微裂縫及亞微觀裂縫。

國內研究現狀

國內對儲層裂縫研究工作開展得較早，技術手段處於較先進的水平，具體表現在以下幾個方面：

（1）定性分析和生產經驗總結的預測裂縫方法

50年代後期開始，四川油氣田的地質工作者根據構造形態特徵和斷層部位等構造組合特徵，提出尋找裂縫的“一占一沿”（即布置油氣井位置時要占褶皺構造的高點，沿褶皺的長軸，），“三占三沿”（占高點、沿長軸，占鞍部、沿扭曲，占鼻突、沿斷裂），“三打三不打”（打凸不打凹，打拱不打彎，對斷層打上盤不打下盤）等經驗方法。這種方法主要是基於構造特徵定性分析和生產經驗總結的預測裂縫方法。

（2）利用測井手段和地震信息識別和預測裂縫

80年代以來，由於國際交流與合作加劇，國內大量引進了國外先進的儀器和設備。在引進國外先進技術與設備的同時，國內專家學者也在數據的處理上有所發展，如在分析處理地震S波分析資料上，國外提出了旋轉方法(Ando,1983)、偏振法(Crampin,1985)、旋轉相關法(Bowman,1987)和縱橫比方法(Smith,1989)四種方法，而在國內也相應提出了四種方法，即最大似然法、最大特徵向量法、波形算法和自適應慢S波法。

利用測井和地震手段來識別裂縫，準確地說不能叫預測裂縫。同時測井與地震識別裂縫費用也高，且存在多解性，很難對裂縫進行準確的定量預測。

（3）非線性理論方法檢測和識別地下裂縫

和國外一樣，非線性理論也主要套用分形理論、神經網路等技術方法對裂縫進行檢測和識別，但總體來說也不成熟。如1992年趙陽升在研究煤岩體裂縫分布規律後指出，小尺寸岩體與大尺寸岩體裂縫數存在一種自相似性。1995年彭仕宓等利用分形理論對柴達木盆地南翼山E₃儲層裂縫進行了預測，指出裂縫發育與構造及斷層有著直接關係。

（4）據構造應力的分析研究預測裂縫

構造應力作用是裂縫形成的根本原因，根據對構造應力研究來預測裂縫的發育分布，應該是裂縫預測的主要方向。國內不少學者對此問題作過探索，但對於構造應力的求解方式、構造應力與裂縫的關係問題上，以及相關方法的適用性方面，也存在較大分歧或問題。

1982年和1988年，成都理工大學曾錦光教授先後提出了“套用構造面主曲率研究油氣藏裂縫問題”和“用屈曲薄板模擬縱彎褶皺的力學模型”，建立了分析褶皺應力場的計算方法。隨後在1994年他建立了斷層古應力場解析計算方法，從而提出了斷層裂縫系統分布的預測方法。這些工作，為用力學理論來解決裂縫預測問題提供了一個良好的開端。但由於其基礎或理論依據過於理想化，所使用的解析計算方法在實際套用中存在的問題，實際使用效果不太理想。

上世紀80年代末90年代初，隨著計算機技術的發展，構造應力的研究和數值模擬計算取得了重大進展，國內的殷有泉、陳子光、安歐、宋惠珍、黃潤秋、胡明和秦啟榮等人在這一領域裡做了大量的工作，推動了相關學科的發展。

90年代末至今，越來越多的人開始從構造應力場的角度套用數值模擬方法研究裂縫的定量預測，但這些工作大都是針對單個構造進行，或是僅為儲層滲流的目的來研究裂縫。而系統、全面地從理論角度研究套用構造應力場進行區域性裂縫預測卻很少，所以，今後主要要在這一方面進行研究，進而摸索出一套進行區域性古構造應力場數值模擬的帶規律性的理論與方法。

類型

裂縫性儲層一般有3種類型：

一類是緻密岩類，如四川盆地下二疊統（陽新統），其岩石基質孔隙度小於1%，滲透率小於0.1毫達西，因其構造裂縫發育形成而形成了有效的儲、滲空間；

第二類是古風化殼溶蝕孔、洞儲集層，滲透率極低，一般小於0.01個毫達西，但與後期構造裂縫搭配，形成了裂縫—孔洞（穴）型儲層，如四川盆地的震旦系和奧陶系儲集層；

第三類是低孔隙儲集層，如四川東部的石炭系碳酸鹽岩（孔隙度3%～4%）、上三疊統須家河組砂岩（孔隙度5%～6%），他們的基質孔隙滲透率很低，一般在0.01毫達西左右，只有當構造裂縫發育的地區，才能形成裂縫—孔隙型儲集層，形成工業性的天然氣藏。

裂縫成因及其與構造的關係

裂縫（除成岩縫外）形成與構造的形成與發展演化密不可分，在構造運動的不同階段，隨著構造形成與發展，會形成或派生出不同類型的構造裂縫。因此，在一次構造運動中，往往會形成多種類型的裂縫。裂縫的類型、發育程度等與構造應力場、裂縫發育的構造部位、以及構造運動的持續時期、期次、岩石的性質、厚度等多種因素有關。

任何岩石的彈性變形和塑性變形總是有一定限度，當應力達到或超過岩石的強度極限時，岩石內部的結合力遭到破壞，就會產生破裂面，岩石失去連續完整性，這時就發生斷裂變形，強度極限又稱破裂極限。

岩石在外力作用下抵抗破壞的能力稱為強度。同一岩石的強度極限值，在不同性質的應力作用下，差別很大。

通常岩石的強度有如下特點：岩石的抗壓強度大於抗剪強度大於抗張強度。

岩石的斷裂變形有兩種方式：張裂和剪裂

張裂：是在外力作用下，當張應力達到或超過岩石的抗張強度時，在垂直於主張應力軸或平行於主壓應力軸方向上產生的斷裂。形成張裂縫（張節理）。

剪裂：是岩石在剪應力作用下發生剪下破壞時所產生的斷裂。形成剪裂縫（剪節理）。

岩石性質不同，破裂方式也不同，在韌性材料中，當張應力達到D點時，開始出現細頸化現象。此時外力不增加，變形仍就繼續發展，達E點時，出來在細頸處斷裂，斷口呈不平坦形態。

脆性材料在拉伸狀態下的破裂方式，沒有細頸化現象，多直接表現為張裂。

自然界的各種天然裂縫（主要是構造裂縫）就是在岩層受到構造應力場作用時，當應力超過其強度極限時，而產生和發育的，所以裂縫與其他構造是相互伴生的，在成因上是密不可分的。

影響因素

地層裂縫的影響因素眾多，不外乎歸結為內因和外因。所有裂縫的形成都是這兩大因素的綜合結果。評價地層裂縫發育與否，都是相對的。就內因而言，包括地層的岩石類型、岩性、礦物成分、結構和構造特徵、岩石強度、岩石力學性質、厚度等。而外因則包含沉積和成岩環境，構造應力的性質、方向、大小，區域構造背景，邊界條件等。

一般情況下，在同一地質背景條件下，剛性岩類比塑性岩類，緻密的比疏鬆的岩性，質純的比含有雜質的，細結構的比粗結構的，沉積構造發育的比不發育的，薄層的比厚層的等等，前者的裂縫均比後者發育。

從外因上看，準同生期易於暴露的比淹於水下環境的，成岩作用易溶蝕的比非溶蝕的，表生期遭受風化剝蝕的比非表生期的，前者的非構造裂縫均比後者發育。

在構造應力作用下，達到破裂變形的比未破裂變形的地層，構造應力集中或應力釋放部位比應力非集中或非釋放部位等，前者的裂縫要比後者的發育。另外，構造應力作用的滑脫層或剛性邊界以及同一地層的埋藏深度（淺與深）等，都對地層中裂縫發育的程度產生重要的影響。

總之，研究具體的地層裂縫發育特徵、規律，要從具體的對象出發，注意區域構造、局部構造位置及其古構造演化特徵的分析，依據地層露頭、岩心觀察、岩石樣品試驗、地球物理特性等，並利用力學分析方法，互相驗證。