儲(chǔ)層地質(zhì)學(xué)裂縫

1、 第五章儲(chǔ)層裂縫裂縫是油氣儲(chǔ)層特別是裂縫性儲(chǔ)層的重要儲(chǔ)集空間，更是良好的滲流通道。世界上許多大型、特大型油氣田的儲(chǔ)集層即為裂縫性儲(chǔ)層。作為一種特殊的孔隙類型，裂縫的分布及其孔滲特征具有其獨(dú)有的復(fù)雜性，它不象正?？紫赌菢油ㄟ^(guò)沉積相、成巖作用及巖心分析能夠較為容易地預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)。由于裂縫的存在對(duì)油氣儲(chǔ)層的勘探和開(kāi)發(fā)會(huì)導(dǎo)致很大的影響，因而對(duì)油氣儲(chǔ)層中裂縫的研究就顯得十分重要。本章主要介紹裂縫系統(tǒng)的成因、裂縫的基本參數(shù)、孔滲性以及裂縫的探測(cè)和預(yù)測(cè)方法。第一節(jié)裂縫的成因類型及分布規(guī)律所謂裂縫，是指巖石發(fā)生破裂作用而形成的不連續(xù)面。顯然，裂縫是巖石受力而發(fā)生破裂作用的結(jié)果。本節(jié)分別從力學(xué)和地質(zhì)方面簡(jiǎn)要介紹裂

2、縫的成因分類及分布規(guī)律。一、裂縫的力學(xué)成因類型在地質(zhì)條件下，巖石處于上覆地層壓力、構(gòu)造應(yīng)力、圍巖壓力及流體（孔隙）壓力等作用力構(gòu)成的復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)中。在三維空間中，應(yīng)力狀態(tài)可用三個(gè)相互正交的法向變量（即主應(yīng)力）來(lái)表示，以分量q、q、和2別代表最大主應(yīng)力、中間主應(yīng)力和最小主應(yīng)力（圖5-1）。在實(shí)驗(yàn)室破裂試驗(yàn)中，可以觀察到與三個(gè)主應(yīng)力方向密切相關(guān)的三種裂縫類型，即剪裂縫、張裂縫（包括擴(kuò)張裂縫和拉張裂縫）及張剪縫。巖石中所有裂縫必然與這些基本類型中的一類相符合。圖5-1實(shí)驗(yàn)室破裂實(shí)驗(yàn)中三個(gè)主應(yīng)力方向及潛在破裂面的示意圖圖中A示擴(kuò)張裂縫，B、C表示剪裂縫剪裂縫剪裂縫是由剪切應(yīng)力作用形成的。剪裂縫方向與最

3、大主應(yīng)力（q）方向以某一銳角相交（一般為30）,而與最小主應(yīng)力方向（q）以某一鈍角相交。在任何的實(shí)驗(yàn)室破裂實(shí)驗(yàn)中，都可以發(fā)育兩個(gè)方向的剪切應(yīng)力（兩者一般相交60）,它們分別位于最大主應(yīng)力兩側(cè)并以銳角相交（圖5-1）。當(dāng)剪切應(yīng)力超過(guò)某一臨界值時(shí)，便產(chǎn)生了剪切破裂，形成剪裂縫。根據(jù)庫(kù)倫破裂準(zhǔn)則，臨界剪應(yīng)力與材料本身的粘結(jié)強(qiáng)度（t）及作用于該剪切平面的正應(yīng)力（。）和on材料的內(nèi)摩擦系數(shù)（卩）有關(guān)，即，T臨界=Ton剪裂縫的破裂面與qq面呈銳角相交，裂縫兩側(cè)巖層的位移方向與破裂面平行，而且裂縫面上具有“擦痕”等特征。在理想情況下，可以形成兩個(gè)方向的共軛裂縫（即圖5-1中的B、C）。共軛裂縫中兩組剪裂縫

4、之間的夾角稱為共軛角。但實(shí)際巖層中的剪裂縫并不都是以共軛型式出現(xiàn)的，有的只是一組發(fā)育而另一組不發(fā)育。剪裂縫的發(fā)育型式與巖層均質(zhì)程度、圍巖壓力等因素有關(guān)。當(dāng)巖層較均勻、圍巖壓力較大時(shí)，可形成共軛的剪裂縫；而當(dāng)巖層均質(zhì)程度較差、圍巖壓力較小時(shí)，趨向于形成不規(guī)則的剪裂縫。張裂縫張裂縫是由張應(yīng)力形成的。當(dāng)張應(yīng)力超過(guò)巖石的擴(kuò)張強(qiáng)度時(shí)，便形成的張裂縫。張應(yīng)力方向（巖層裂開(kāi)方向）與最大主應(yīng)力9丿垂直，而與最小主應(yīng)力（q）平行，破裂面與qq平行，裂縫兩側(cè)巖層位移方向（裂開(kāi)方向）與破裂面垂直。張裂縫一般具有一定的開(kāi)度，有的被后期礦物充填或半充填。根據(jù)張應(yīng)力的類型，可將張裂縫分為二種，即擴(kuò)張裂縫和拉張裂縫。（1）

5、擴(kuò)張裂縫圖5-2擴(kuò)張裂縫的形成和應(yīng)力單元擴(kuò)張裂縫是在三個(gè)主應(yīng)力均為壓應(yīng)力的狀態(tài)下誘導(dǎo)的擴(kuò)張應(yīng)力所形成的裂縫。當(dāng)擴(kuò)張應(yīng)力超過(guò)巖石的抗張強(qiáng)度時(shí)，便形成擴(kuò)張裂縫。裂縫面與q和q平行，而與2垂直；裂縫張開(kāi)方向與裂縫面垂直（圖5-1，A；5-2）。擴(kuò)張裂縫經(jīng)常與剪裂縫共生。（2）拉張裂縫拉張裂縫是由拉張應(yīng)力形成的張裂縫，亦具有裂開(kāi)方向與破裂面垂直的特征。從裂縫形態(tài)來(lái)看，拉張裂縫與擴(kuò)張裂縫相同，但擴(kuò)張裂縫是在三個(gè)主應(yīng)力都是擠壓時(shí)（應(yīng)力值為正）形成的，而拉張裂縫形成時(shí)，至少有一個(gè)主應(yīng)力（q）是拉張的（即應(yīng)力值為負(fù)）。拉張應(yīng)力可以是區(qū)域性的，也可以是局部性的，如在巖層受到主壓應(yīng)力作用而形成褶皺時(shí)，在褶皺頂部可

6、派生出平行褶皺短軸方向的拉張應(yīng)力，從而形成平行褶皺長(zhǎng)軸的縱向裂縫，這種縱向裂縫即為一種拉張裂縫（圖5-3）。圖5-3與褶皺有關(guān)的三種裂縫型式（q與褶皺短軸方向一致）共軛裂縫一為剪裂縫；橫向裂縫一為擴(kuò)張裂縫；縱向裂縫一為拉張裂縫在圖5-3中，褶皺是在較大壓應(yīng)力作用狀態(tài)下形成的。最大主應(yīng)力q平行于褶皺短軸。在主壓應(yīng)力作用下，最先形成橫向裂縫即擴(kuò)張裂縫，然后形成共軛剪裂縫。在褶皺發(fā)展過(guò)程中，在褶皺橫截面上的局部應(yīng)力狀態(tài)可能發(fā)生變化，即褶皺上部發(fā)生拉張，褶皺下部壓縮，其間有一個(gè)中性面（即巖層受力前后長(zhǎng)度不變的面）。在褶皺上部發(fā)生拉張的巖層內(nèi)，即可形成拉張裂縫，裂縫延伸方向平行褶皺長(zhǎng)軸，故稱為縱向裂縫或

7、縱張裂縫。在向斜底部亦可能形成這種拉張裂縫。值得注意的是，并非所有的縱向裂縫都是拉張裂縫，如果最大主應(yīng)力平行于褶皺長(zhǎng)軸，則可能形成屬于擴(kuò)張裂縫性質(zhì)的縱向裂縫。一般地，將那些q是擠壓或符號(hào)未知且裂縫面平行于qq面而垂直于q的裂縫稱為擴(kuò)張裂縫，而只有當(dāng)有證據(jù)表明q為拉張（即符號(hào)為負(fù)）時(shí)才能稱為拉張裂縫。張剪縫除上述剪裂縫和張裂縫外，還存在一種過(guò)渡類型，即張剪縫。它是剪應(yīng)力和張應(yīng)力的綜合作用形成的，一般是兩種應(yīng)力先后作用，或先剪后張，或先張后剪。張剪縫的破裂面上可見(jiàn)擦痕，但裂縫具有一定的開(kāi)度。在很多情況下，孔隙流體壓力在裂縫的形成過(guò)程中起著一定的作用?？紫秹毫Γ≒）的作用在于它抵消了圍壓的作用。這時(shí)

8、對(duì)外形起作用的是有效應(yīng)P力。：o=opp因此，當(dāng)在巖石中存在異?？紫秹毫r(shí)，就產(chǎn)生了類似降低圍壓的效果，使巖石易于破裂。莫爾圓圖解可以很好地說(shuō)明孔隙壓力對(duì)巖石破壞的促進(jìn)（圖5-4）。圖中橫坐標(biāo)表示有效正應(yīng)力（正應(yīng)力與孔隙壓力之差）。圓I代表孔隙壓力為零時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)，這時(shí)巖石是穩(wěn)定的。隨著孔隙壓力的逐漸增大，雖然外加的總應(yīng)力不變，但有效正應(yīng)力逐漸減小，使應(yīng)力圓向左移動(dòng)。一般應(yīng)力圓移到圓II處，與摩爾包絡(luò)線相切，巖石就要遭受破壞。因此異常壓力的作用可使巖石發(fā)生破裂。圖54孔隙壓力的效應(yīng)圓I位于莫爾包絡(luò)線下，巖石處于穩(wěn)定狀態(tài)。隨著孔隙壓力P勺增加，應(yīng)力圓向左移動(dòng)。當(dāng)與莫爾包絡(luò)線相切時(shí)，形成剪裂（A）

9、或張裂（B）而破壞。在正常情況下，地殼內(nèi)任一深度的流體靜壓力相當(dāng)于這一深度到地表水柱的壓力，約為靜巖壓力的40%。由于某些原因，如快速沉積或構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使沉積物快速壓實(shí)而孔隙水不能及時(shí)排出時(shí)，可使孔隙壓力異常增大。在油田中曾測(cè)得，孔隙壓力與圍壓之比可達(dá)80%，甚至也存在接近的可能性（如“封存箱”中）。在這種情況下，巖石發(fā)生破裂形成裂縫的可能性大大地增加了。二、裂縫的地質(zhì)成因類型及分布規(guī)律從地質(zhì)角度來(lái)講，裂縫的形成受到各種地質(zhì)作用的控制，如局部構(gòu)造作用、區(qū)域應(yīng)力作用、收縮作用、卸載作用、風(fēng)化作用等，在不同的地區(qū)可能有不同的控制裂縫形成的因素。上述地質(zhì)作用是控制裂縫形成的主要地質(zhì)因素，并可分別形成構(gòu)造

10、裂縫、區(qū)域裂縫、收縮裂縫、卸載裂縫和風(fēng)化裂縫。構(gòu)造裂縫構(gòu)造裂縫指由局部構(gòu)造作用所形成或與局部構(gòu)造作用相伴生的裂縫，主要是與斷層和褶被有關(guān)的裂縫。裂縫的方向、分布和形成均與局部構(gòu)造的形成和發(fā)展相關(guān)。（1）與斷層有關(guān)的裂縫斷層實(shí)際上是裂縫的宏觀表現(xiàn)。斷層的兩盤(pán)巖層沿?cái)嗔衙姘l(fā)生了明顯相對(duì)位移。裂縫是斷層形成的雛形。一般地，在業(yè)已存在的斷層附近，總有裂縫與其伴生，兩者發(fā)育的應(yīng)力場(chǎng)是一致的。對(duì)于正斷層而言，最大主應(yīng)力q為垂直方向，中間主應(yīng)力q和最小主應(yīng)力q為水平方向（如圖5-5）。斷裂面實(shí)際上為剪切面，與正斷層伴生的主要裂縫有：張裂縫：平面上平行于斷層方向，而在剖面上則為垂直方向，即破裂面與q方向平行（

11、亦即平行于耳一g面，而與q垂直）。如果q為拉張應(yīng)力，則形成拉張裂縫；如果q為壓應(yīng)力，形成的張裂縫則為擴(kuò)張裂縫。剪裂縫：可發(fā)育兩組剪裂縫，一組平行于斷層，另一組與斷層共軛；這二組剪裂縫本身又呈共軛型式。但在實(shí)際巖層中，這二組裂縫并非都能均等發(fā)育。圖5-5與正斷層伴生的裂縫分布示意圖圖5-6與逆斷層伴生的裂縫分布示意圖對(duì)于逆斷層而言，最大主應(yīng)力9丿為水平方向，最小主應(yīng)力方向?yàn)榇怪狈较颉鄬用嬉酁榧羟忻?，巖層沿水平方向縮短（圖5-6），與逆斷層相伴生的裂縫則主要為擴(kuò)張裂縫和剪裂縫。擴(kuò)張裂縫：在平面上與斷層垂直，在剖面上則為水平方向，裂縫面與ai-c2面平行，與q垂直。在這種理想情況下，擴(kuò)張裂縫為水平

12、縫。剪裂縫：一組剪裂縫與斷裂面平行，另一組剪裂縫與斷層面共軛；兩組裂縫若均等發(fā)育可構(gòu)成共軛裂縫。以上分析了理想情況下的裂縫發(fā)育類型和發(fā)育方向與斷層的關(guān)系。實(shí)際上，斷層與裂縫的關(guān)系是十分復(fù)雜的，這與斷層發(fā)育的復(fù)雜性有關(guān)，特別是在考慮裂縫發(fā)育程度與斷層的關(guān)系時(shí)，情況更為復(fù)雜。與斷層作用相關(guān)的裂縫發(fā)育程度與下列因素有關(guān)：距斷層面的距離、斷層的位移量、巖性、巖體的總應(yīng)變、埋深及斷層類型。一般地，斷層附近裂縫較發(fā)育，隨著與斷層面距離的增加，裂縫發(fā)育程度降低。另外，根據(jù)力學(xué)實(shí)驗(yàn)可知，斷層末端、斷層交匯區(qū)及斷層外凸區(qū)是應(yīng)力集中區(qū)，因而也是裂縫相對(duì)發(fā)育帶。（2）與褶皺有關(guān)的裂縫系統(tǒng)巖層發(fā)生褶皺時(shí)，應(yīng)力和應(yīng)變歷

13、史十分復(fù)雜。不同的褶皺所經(jīng)受的應(yīng)力狀態(tài)不同，而對(duì)于同一褶皺來(lái)講，在其形成過(guò)程中亦可能會(huì)經(jīng)歷不同的應(yīng)力作用歷史。在不同的應(yīng)力狀態(tài)下，則可發(fā)育不同的裂縫型式。下面簡(jiǎn)述幾種主要的與褶皺有關(guān)的裂縫型式：類型I橫向擴(kuò)張裂縫與平面X剪切縫在長(zhǎng)軸背斜的彎曲變形過(guò)程中，應(yīng)力狀態(tài)一般為：最大主應(yīng)力q平行于傾向和層面，最小主應(yīng)力q平行于走向，中間主應(yīng)力垂直層面（圖5-7）。巖層沿傾向方向壓縮，此時(shí)，將形成沿傾向方向的擴(kuò)張裂縫及共軛剪裂縫。該類型中的擴(kuò)張裂縫為橫向裂縫。類型II縱向擴(kuò)張裂縫與平面X剪切縫最大主應(yīng)力q作用于褶皺軸的方向（走向），最小主應(yīng)力平行于構(gòu)造傾向和層理面，中間主應(yīng)力仍垂直于層面（如圖5-8）。這

14、時(shí)將導(dǎo)致背斜沿走向方向的縮短。在這種情況下，將產(chǎn)生沿走向方向的擴(kuò)張裂縫（此時(shí)擴(kuò)張裂縫為縱向裂縫）和平面X剪切縫。一般說(shuō)來(lái)，類型I先于類型II。在產(chǎn)生類型I裂縫的過(guò)程中，巖層發(fā)生褶皺；而在產(chǎn)生類型II裂縫的過(guò)程中，應(yīng)力作用是對(duì)已形成的褶皺進(jìn)行改造。圖5-8與褶皺有關(guān)的裂縫類型II類型III褶皺軸部的拉張裂縫在巖層發(fā)生褶皺過(guò)程中，巖層發(fā)生彎曲變形，這時(shí)，隨著彎曲過(guò)程的進(jìn)行，在褶皺軸部會(huì)發(fā)生局部應(yīng)力和應(yīng)變的轉(zhuǎn)化，即巖層上部發(fā)生拉張，巖層下部發(fā)生擠壓，中間為中性面（巖層受力前后長(zhǎng)度不變的面）。當(dāng)巖層上部拉張應(yīng)力超過(guò)巖石拉張強(qiáng)度時(shí)，則形成拉張裂縫，而中性面以下不形成裂縫，只可能形成一些縫合線。對(duì)于長(zhǎng)軸背

15、斜來(lái)講，拉張裂縫沿背斜長(zhǎng)軸延伸，為縱向裂縫；對(duì)于短軸背斜和穹窿而言，則可能形成二組相互正交的拉張裂縫，構(gòu)成拉張裂縫網(wǎng)絡(luò)；對(duì)于向斜來(lái)說(shuō)，在其彎曲底部亦可形成拉張裂縫（圖5-9）。民袖背社型擔(dān)誡：駕璽）刊辭呈向斜刮圖5-9與褶皺有關(guān)的裂縫類型III類型w平行層面的擴(kuò)張裂縫及與其呈銳角相交的剖面X剪切縫當(dāng)最大主應(yīng)力Q平行傾向和層面（Q方向與類型I情況相同），最小主應(yīng)力垂直于層面，中間主應(yīng)力平行于層面走向時(shí)，將產(chǎn)生平行層面的擴(kuò)張裂縫及與其呈銳角相交的剖面X剪切縫（圖510）。類型V垂直層面的擴(kuò)張裂縫與剖面X剪切縫如果最大主應(yīng)力作用于垂直層面的方向上，將產(chǎn)生垂直層面的擴(kuò)張裂縫及與其呈銳角相交的剖面X剪切

16、縫（如圖5-11）。類型與層間滑動(dòng)相伴生的裂縫在褶皺過(guò)程中，可能發(fā)生層間滑動(dòng)，并可能導(dǎo)致層間脫空縫和層間剪切縫的形成。此時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)為：q和q分別與層面呈一定角度相交，而q平行于巖層走向。圖5-10與褶皺有關(guān)的裂縫類型IV圖5-11與褶皺有關(guān)的裂縫類型區(qū)域裂縫區(qū)域裂縫是指那些在區(qū)域上大面積內(nèi)切割所有局部構(gòu)造的裂縫。在大面積內(nèi)，裂縫方位變化相對(duì)較小，破裂面兩側(cè)沿裂縫延伸方向無(wú)明顯水平錯(cuò)移，而且總是垂直于主層面。這些裂縫與上述構(gòu)造裂縫的主要差別在于：區(qū)域裂縫的幾何形態(tài)簡(jiǎn)單且穩(wěn)定、裂縫間距相對(duì)較大，一般為二組正交裂縫，多為垂直縫，并且在大面積內(nèi)切割所有局部構(gòu)造。區(qū)域裂縫一般以二組正交裂縫的形式發(fā)育。

17、Price（1974）指出，在沉積盆地中，這兩組正交方向分別平行于盆地的長(zhǎng)軸和短軸，其成因是由于巖層的負(fù)載和卸載歷史造成的。然而，對(duì)于區(qū)域裂縫的成因機(jī)理目前并不十分清楚。在許多油氣田中，區(qū)域裂縫作為油氣儲(chǔ)集空間，如美國(guó)的BigSandy氣田是在發(fā)育區(qū)域裂縫的頁(yè)巖中產(chǎn)氣。區(qū)域裂縫在油氣儲(chǔ)層中的重要性僅次于構(gòu)造裂縫。當(dāng)構(gòu)造裂縫系統(tǒng)與區(qū)域裂縫系統(tǒng)互相疊加時(shí)，將形成極好的裂縫性儲(chǔ)集層。收縮裂縫收縮裂縫是與巖石總體積減小相伴生的張性裂縫的總稱。這些裂縫的形成與構(gòu)造作用無(wú)關(guān)，而為成巖收縮縫。形成這些裂縫的原因主要有：干縮作用（形成干縮裂縫，即泥裂）、脫水作用（形成脫水收縮裂縫）、礦物相變（形成礦物相變裂縫

18、）和熱力收縮作用（形成熱力收縮裂縫）。（1）干縮裂縫干縮裂縫實(shí)際上就是我們所熟悉的泥裂。這種裂縫是在炎熱氣候條件下，粘土沉積物或灰泥沉積物出露地表因干燥失水收縮(Desiocation)而形成。裂縫斷面呈上寬下窄的楔狀“V”字形或“U”字形，裂縫上部寬度一般小于23cm,深度為幾毫米至幾十厘米；在平面上，裂縫系統(tǒng)呈多邊形。由于這種裂縫系統(tǒng)局限發(fā)育于較薄的地形暴露面上，且往往被后期沉積物所充填，因此對(duì)油氣儲(chǔ)集的意義不大。脫水收縮裂縫脫水作用(Syneresis)是沉積物體積減小的一種化學(xué)過(guò)程，它包括粘土的失水和體積減小以及凝膠或膠體的失水和體積減小。它與前述的干燥作用不同，干燥作用僅發(fā)生于地表，

19、且為一種機(jī)械過(guò)程，而脫水作用既可發(fā)生于地表，又可發(fā)生于水下或地下，且為一種化學(xué)過(guò)程。脫水收縮裂縫在沉積物三維空間內(nèi)發(fā)育成三維多邊形的網(wǎng)絡(luò)，且裂縫間隔小，形成所謂的“雞籠狀”，在三維空間上均勻分布，裂縫系統(tǒng)在三維空間中互相連通(圖5-12)；這種裂縫不僅可出現(xiàn)于泥頁(yè)巖中，還可出現(xiàn)于粉砂巖、細(xì)砂巖、粗砂巖、石灰?guī)r和白云巖中。發(fā)育這種裂縫的巖層可形成很好的油氣儲(chǔ)層。礦物相變裂縫礦物相變裂縫是由于沉積物中碳酸鹽或粘土組分的礦物相變引起的體積減小而形成的裂縫。例如，方解石向白云石的化學(xué)轉(zhuǎn)變、蒙脫石向伊利石的相變可導(dǎo)致體積的減小，可能形成裂縫。熱力收縮裂縫熱力收縮裂縫是指那些受熱巖石在冷卻過(guò)程中發(fā)生收縮而

20、形成的裂縫?；鸪蓭r(如玄武巖)中的柱狀節(jié)理是典型的熱力收縮裂縫。卸載裂縫卸載裂縫是由于上覆地層的侵蝕而誘導(dǎo)的裂縫。其形成機(jī)理至少有以下二種：由于上覆地層的侵蝕，巖層的負(fù)載減小，應(yīng)力釋放，巖層內(nèi)部則通過(guò)力學(xué)上薄弱的界面產(chǎn)生膨脹、隆起和破裂，從而形成裂縫；如果在一定范圍內(nèi)侵蝕厚度變化較大，即地形起伏較大，地下巖層所承受的靜水壓力在橫向上出現(xiàn)了差異，于是造成流體的橫向運(yùn)移，若運(yùn)移的流體與深部高壓剖面或連續(xù)含水層相通，則會(huì)大大增加流體壓力梯度，從而可能形成天然水壓裂縫。風(fēng)化裂縫風(fēng)化裂縫是指那些在地表或近地表與各種機(jī)械和化學(xué)風(fēng)化作用(如凍融循環(huán)、小規(guī)模的巖石崩解、礦物的蝕變和成巖作用)及塊體坡移有關(guān)的裂

21、縫。圖5-12巖心中的“雞籠狀”收縮裂縫（據(jù)納爾遜，1985）第二節(jié)裂縫性儲(chǔ)層特征一、裂縫的基本參數(shù)對(duì)于一個(gè)裂縫組系來(lái)說(shuō)，裂縫的基本參數(shù)是指裂縫的寬度、大小、產(chǎn)狀、間距、密度、充填性質(zhì)等。這些參數(shù)可在野外露頭和巖心上直接測(cè)量。裂縫寬度（張開(kāi)度）裂縫的寬度，也叫張開(kāi)度（或叫開(kāi)度），是指裂縫壁之間的距離。這個(gè)參數(shù)是定量描述裂縫的重要參數(shù)，它與裂縫孔隙度和滲透率，特別是滲透率的關(guān)系很大。在實(shí)際的油藏巖石中，裂縫寬度往往變化很大。在研究裂縫時(shí)，往往要根據(jù)裂縫寬度的觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并作出分布圖（如圖5-13），以了解裂縫寬度的主要分布范圍。裂縫的大小裂縫的大小是指裂縫的長(zhǎng)度及其與巖層的關(guān)系。平面上

22、的裂縫長(zhǎng)度數(shù)據(jù)在地下巖層中往往難于準(zhǔn)確獲取，但裂縫與巖層的關(guān)系則較容易觀測(cè)。根據(jù)裂縫切穿巖層中的情況，可將裂縫分為二類：一級(jí)裂縫：切穿若干巖層的裂縫；二級(jí)裂縫：局限于單層內(nèi)的裂縫。裂縫的間距裂縫間距是指兩條裂縫之間的距離。對(duì)于巖石中同一組系的裂縫，應(yīng)對(duì)其間距進(jìn)行測(cè)量。所謂同一組系裂縫，是指那些具有成因聯(lián)系的、產(chǎn)狀相近的多條裂縫的組合。裂縫間距變化較大，由幾毫米可變化到幾十米。圖5-13裂縫寬度的統(tǒng)計(jì)頻率分布圖裂縫密度裂縫密度反映了裂縫的發(fā)育程度，是十分重要的裂縫參數(shù)。它與裂縫孔隙度和滲透率直接相關(guān)，根據(jù)測(cè)量的參照系的不同，可分為三種密度類型：線性裂縫密度(LfD，簡(jiǎn)稱線密度)指與一條直線(垂直

23、于流動(dòng)方向的直線或巖心中線)相交的裂縫條數(shù)與該直線長(zhǎng)度的比值。nL=亠fDLB式中L性裂縫密度，也稱為裂縫頻率或裂縫率；fDLB所作直線的長(zhǎng)度；Bnf與所作直線相交的裂縫數(shù)目。面積裂縫密度(AfD，簡(jiǎn)稱面密度)指流動(dòng)橫截面上裂縫累計(jì)長(zhǎng)度(L)與該橫截面積(SB)的比值。Ln-1A=fDSSBB式中A面積裂縫密度；fDL裂縫總長(zhǎng)度；nf裂縫總條數(shù)；l裂縫平均長(zhǎng)度；s流動(dòng)橫截面積。B體積裂縫密度(VfD，簡(jiǎn)稱體密度)指裂縫總表面積(S)與巖石總體積(V)的比值。BV=fDVB上述三種裂縫密度的單位均為長(zhǎng)度的倒數(shù)，常以m-1來(lái)表示。裂縫體積密度是靜態(tài)參數(shù)，而面積密度和線性密度都與流體流動(dòng)的方向有關(guān)。

24、影響裂縫密度的因素很多，其中地質(zhì)因素有巖石成分、粒度、孔隙度、層厚、構(gòu)造位置等?？偟膩?lái)說(shuō)，相對(duì)堅(jiān)硬、致密、層薄的巖層，在應(yīng)力集中或曲率大的構(gòu)造部位具有較高的裂縫密度。裂縫產(chǎn)狀裂縫產(chǎn)狀指裂縫的走向、傾向和傾角。在巖心描述中，根據(jù)裂縫與巖心橫截面的夾角將裂縫分為四個(gè)類別：水平縫：夾角為015。低角度斜交縫：夾角為1545高角度斜交縫：夾角4575垂直縫：夾角為7590裂縫產(chǎn)狀在野外露頭、巖心上可直接測(cè)量，通過(guò)測(cè)井亦可獲取裂縫產(chǎn)狀。裂縫產(chǎn)狀有助于裂縫的預(yù)測(cè)，且在油藏開(kāi)采過(guò)程中對(duì)流體流動(dòng)有很大的影響，因此準(zhǔn)確測(cè)定裂縫產(chǎn)狀(走向、傾向和傾角)對(duì)于裂縫性儲(chǔ)層的勘探和開(kāi)發(fā)具有十分重要的意義。裂縫的性質(zhì)裂縫的

25、性質(zhì)主要涉及裂縫張開(kāi)與閉合性質(zhì)、裂縫充填情況和裂縫壁特性等。根據(jù)裂縫的張開(kāi)與閉合性質(zhì)及充填情況，可將裂縫分為四類。張開(kāi)縫：縫寬較大，基本無(wú)充填物，為有效裂縫，流體可在其中流動(dòng)。閉合縫：基本閉合，基本無(wú)充填物。對(duì)這類裂縫的有效性要慎重分析。在油藏條件下充滿流體的張開(kāi)裂縫，當(dāng)取芯至地面或因構(gòu)造運(yùn)動(dòng)抬升至地面時(shí)，由于孔隙壓力被釋放，裂縫寬度可能變小甚至閉合。因此在巖芯和地面露頭上觀察到的閉合裂縫在油藏條件下有可能是張開(kāi)的，即有效的。另外，即使在地下條件下為閉合的裂縫，當(dāng)油田注水開(kāi)發(fā)或在壓裂過(guò)程中，這些裂縫可能會(huì)被啟動(dòng)而張開(kāi)。半充填縫：裂縫間隙被充填物部分地充填。常見(jiàn)的充填礦物有石英、方解石和泥質(zhì)。實(shí)

26、際的有效裂縫為未被礦物充填的部分空間。這類裂縫也是有效縫。全充填縫：裂縫完全被充填物質(zhì)充填，有效縫寬為零，為無(wú)效縫。實(shí)際上，這種裂縫是流體滲流的隔板。二、裂縫孔隙度裂縫性儲(chǔ)集巖一般具有兩種孔隙度系統(tǒng)，即雙重孔隙介質(zhì)，一種為基質(zhì)巖塊的孔隙介質(zhì)，一種為裂縫和(或)溶洞的孔隙介質(zhì)。基巖孔隙分布比較均勻，而裂縫與溶洞孔隙分布則很不均勻，這就造成了裂縫性儲(chǔ)集巖的孔隙分布的非均質(zhì)性。巖石裂縫孔隙度定義為裂縫孔隙體積與巖石體積之比。用下式表示：V0=-fx100%fV式中0f裂縫孔隙度，小數(shù)；V裂縫孔隙體積，m3；V巖石體積，m3。裂縫孔隙度一般較小，大都小于。因此，當(dāng)基巖孔隙度較大時(shí)，評(píng)價(jià)Q的精確度無(wú)多大

27、意義，而只有當(dāng)巖石孔隙度很小時(shí)(0V5%),評(píng)價(jià)0才是重要的。裂縫孔隙度可通過(guò)裂縫寬度與密度、特殊巖心分析、三維巖心試驗(yàn)等方法求得，亦可用測(cè)井方法間接求取。下面簡(jiǎn)單介紹利用裂縫寬度和密度求取裂縫孔隙度的方法。如果通過(guò)巖心觀測(cè)獲得了裂縫的平均寬度和體積密度資料，則可直接計(jì)算裂縫孔隙度。因?yàn)轶w積裂縫密度(VfD)為：“裂縫總表面積(S)fD巖石總體積(V)B而裂縫總體積為裂縫總表面積與平均裂縫寬度的乘積，即Vf=S-b,因此，VS-be=f=V-bfVVfD實(shí)際上，巖心的體積密度并不容易測(cè)得，而測(cè)定裂縫面積密度則較容易,因此常用面積裂縫密度和裂縫平均寬度來(lái)求取裂縫的面孔率。-f-S罟=AfD式中e

28、f裂縫面孔率，小數(shù)；Sf裂縫面積，m2；S測(cè)量截面積；m2b裂縫平均寬度，m；L測(cè)量截面積上裂縫總長(zhǎng)度。由此可見(jiàn)，裂縫孔隙度的大小與裂縫寬度和密度成正比。三、裂縫滲透率裂縫性儲(chǔ)集巖由裂縫和基質(zhì)巖塊組成，具有雙重孔隙介質(zhì)，因此存在兩種滲透率，即裂縫滲透率和基巖滲透率。巖石總滲透率是這兩種滲透率之和。通常，裂縫滲透率很高，而基巖滲透率相對(duì)較低，裂縫滲透率往往要高于基巖滲透率數(shù)百倍至數(shù)千倍以上。裂縫性儲(chǔ)層的孔隙度與滲透率之間沒(méi)有任何唯一的正比關(guān)系。例如，裂縫孔隙度很小，但由于裂縫連通性很好，因而滲透率很高；而基巖孔隙度雖然比裂縫孔隙度大，但它的孔隙連通性相對(duì)較差，因此基巖滲透率較低。裂縫滲透率具有兩

29、種含義，即固有裂縫滲透率和巖石裂縫滲透率。1固有裂縫滲透率(Kff)固有裂縫滲透率是流體沿單一裂縫或單一裂縫組系流動(dòng)而與其周?chē)鶐r無(wú)關(guān)的裂縫滲透率。流體流動(dòng)截面積只是裂縫孔隙面積。圖5-14給出了一個(gè)計(jì)算固有裂縫滲透率的簡(jiǎn)單模型。對(duì)于圖5-14中的裂縫1來(lái)說(shuō)，裂縫平行于流動(dòng)方向，根據(jù)流體驅(qū)動(dòng)力與粘滯力的平衡方程，可知通過(guò)該裂縫的單位時(shí)間的流量(Qf)b2(p-p)b3(p-p)Q=abi2=a+2f12卩l(xiāng)12卩l(xiāng)另一方面，根據(jù)達(dá)西定律，流經(jīng)截面ab的流量可表達(dá)為：K(pp)Q=abfpip2丿f卩L對(duì)比上述兩式，則可求得固有裂縫滲透率(Kff)K=b2f12對(duì)于裂縫2來(lái)說(shuō)，裂縫與流動(dòng)方向有一

30、夾角a,則裂縫2的固有裂縫滲透率(K)ffb2K=C0S2af12上式中，b為裂縫寬度，a為裂縫與流動(dòng)方向的夾角，(KJ為固有裂縫滲透率。從上可知，固有裂縫滲透率與裂縫寬度及裂縫與流動(dòng)方向的夾角有關(guān)。圖5-14計(jì)算裂縫滲透率的簡(jiǎn)單地質(zhì)模型2.巖石裂縫滲透率固有裂縫滲透率只與裂縫本身有關(guān)而與基質(zhì)巖塊沒(méi)有關(guān)系。而在常規(guī)計(jì)算滲透率時(shí)(根據(jù)達(dá)西方程)，是將孔隙空間與巖石骨架作為統(tǒng)一的流體動(dòng)力學(xué)單元來(lái)考慮的，因此，在以巖石為單元計(jì)算裂縫滲透率時(shí)，應(yīng)將裂縫與基質(zhì)巖塊作為統(tǒng)一的流體動(dòng)力學(xué)單元。這時(shí)所計(jì)算的裂縫滲透率為巖石裂縫滲透率。常用的裂縫滲透率即為巖石裂縫滲透率。在用達(dá)西方程計(jì)算流體流量時(shí)，流動(dòng)截面積就

31、不是ab了，而是ah(h為巖石厚度)，因此,(PP)12l將上式與前述Qf公式對(duì)比，則可求得巖石裂縫滲透率(Kf)b312h即對(duì)于圖5-14中的裂縫1來(lái)說(shuō)，巖石裂縫滲透率可表達(dá)為頁(yè)對(duì)于裂縫2來(lái)說(shuō)，巖石裂縫滲透率(Kf)b3C0S2a12h巖石裂縫滲透率(Kf)與固有裂縫滲透率的關(guān)系為:K=0Kffff前面介紹的是單一裂縫的滲透率。對(duì)于具多條裂縫的巖石，裂縫滲透率則為所有單一裂縫滲透率之和。如對(duì)于一個(gè)由兩組裂縫組系(以A組、B組表示)構(gòu)成的裂縫網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，巖石裂縫滲透率為：112hpEb3jj=1cos2a工b3+cos2ii=1式中Kf巖石裂縫滲透率；h巖層流動(dòng)截面的高度；a裂縫組系A(chǔ)與流動(dòng)方向

32、的夾角；b裂縫組系A(chǔ)中第i條裂縫的寬度，(i=l,2,，n)；1卩一一裂縫組系B與流動(dòng)方向的夾角；b裂縫組系B中第j條裂縫的寬度(j=l,2,，m)。J3.巖石總滲透率裂縫性巖石的總滲透率為巖石裂縫滲透率與基質(zhì)巖塊滲透率之和，即K=K+Ktfm式中Kt巖石總滲透率；Kf常規(guī)裂縫滲透率，簡(jiǎn)稱裂縫滲透率；K基質(zhì)巖塊滲透率；m由于裂縫滲透率與流動(dòng)方向有關(guān)，因此巖石總滲透率亦取決于流動(dòng)方向。在不同的流動(dòng)方向上，具有不同的總滲透率值。四、裂縫性儲(chǔ)層的分類根據(jù)巖石裂縫孔隙度和滲透率的相對(duì)大小以及基巖儲(chǔ)能和產(chǎn)能特征，可將裂縫性儲(chǔ)層分為三類：裂縫型儲(chǔ)層裂縫提供了基本的儲(chǔ)層孔隙度和滲透率。巖石裂縫孔隙度和滲透率

33、均大大于基質(zhì)巖塊的孔隙度和滲透率（Om,KfKm）?；|(zhì)巖塊既無(wú)儲(chǔ)能，又無(wú)產(chǎn)能，而裂縫既作為儲(chǔ)層的儲(chǔ)集空間（幾乎全為裂縫）又作為滲流通道。裂縫性泥巖儲(chǔ)層、變質(zhì)巖儲(chǔ)層、泥質(zhì)灰?guī)r儲(chǔ)層大都屬于此類。裂縫性特低滲一致密儲(chǔ)層裂縫提供了基本的滲透率，而基質(zhì)巖塊提供了基本的孔隙度。巖塊有一定孔隙度（屯Q）,具備儲(chǔ)能，但由于滲透率低，因而基本無(wú)產(chǎn)能，儲(chǔ)層的產(chǎn)能主要依據(jù)裂縫的連通作用（0屯）。因此，在這類儲(chǔ)層中，裂縫主要作為滲透通道，而作為儲(chǔ)集空間的意義不大。裂縫性常規(guī)儲(chǔ)層裂縫提高了本身可生產(chǎn)的儲(chǔ)層的滲透率?；|(zhì)巖塊為常規(guī)儲(chǔ)層，孔隙度較高（屯Q）,具有儲(chǔ)能，同時(shí)本身具有滲流能力，即具有產(chǎn)能。裂縫的作用僅是加大了

34、儲(chǔ)層的滲流能力，即主要作為滲流通道，增加基質(zhì)巖塊本身已具有的產(chǎn)能。這類儲(chǔ)層在我國(guó)東部第三系油田較多，而最為典型的當(dāng)屬中東地區(qū)第三系的阿斯馬利石灰?guī)r儲(chǔ)層，其灰?guī)r基巖孔隙度%左右，滲透率（1020）X10-3um2，本身具有較低的產(chǎn)能，但在裂縫的影響下，儲(chǔ)層滲透率達(dá)5000X10-3um2，從而使得儲(chǔ)層具有很高的產(chǎn)能。第三節(jié)裂縫的探測(cè)和預(yù)測(cè)方法裂縫的分布規(guī)律十分復(fù)雜，為此而提出的分析描述、探測(cè)和預(yù)測(cè)裂縫的方法也很多，主要有露頭裂縫的測(cè)量分析和地下裂縫的探測(cè)與預(yù)測(cè)。就地下裂縫的探測(cè)而言，直接探測(cè)方法有巖心觀察、井下照相、壓痕封隔器等；間接探測(cè)方法有測(cè)井、試井、地震等方法。就裂縫的預(yù)測(cè)而言，則是在裂縫

35、探測(cè)的基礎(chǔ)上，從裂縫的成因入手，應(yīng)用曲率法、地應(yīng)力法及數(shù)值模擬等方法對(duì)地下裂縫進(jìn)行預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)。本節(jié)對(duì)露頭裂縫的測(cè)量分析方法、巖心裂縫觀測(cè)研究方法（裂縫探測(cè)和預(yù)測(cè)）、測(cè)井方法（裂縫探測(cè)）、曲率法（裂縫預(yù)測(cè)）和通過(guò)應(yīng)力場(chǎng)的數(shù)值模擬方法進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。一、露頭裂縫的測(cè)量分析方法1露頭裂縫的測(cè)量?jī)?nèi)容露頭裂縫的測(cè)量是以巖層為單位進(jìn)行的。對(duì)系統(tǒng)裂縫和非系統(tǒng)裂縫有不同的測(cè)量手段。系統(tǒng)裂縫指相互平行、成組出現(xiàn)、組內(nèi)每個(gè)裂縫產(chǎn)狀相對(duì)穩(wěn)定的裂縫；非系統(tǒng)裂縫指空間展布無(wú)規(guī)律的裂縫。對(duì)系統(tǒng)裂縫的測(cè)量記錄工作。包括測(cè)點(diǎn)巖層特征(以下15項(xiàng))和裂縫基本參數(shù)(6-13項(xiàng))。測(cè)點(diǎn)序號(hào)：依測(cè)量順序，從1開(kāi)始；層位：盡量細(xì)分層；

36、巖性；巖層產(chǎn)狀；巖層層厚；裂縫的產(chǎn)狀：對(duì)平行的系統(tǒng)裂縫，測(cè)定其中任一裂縫的產(chǎn)狀作為這組裂縫的產(chǎn)狀；對(duì)于產(chǎn)狀略有變化的系統(tǒng)裂縫，測(cè)定3-4個(gè)有代表性產(chǎn)狀，取其平均值；裂縫的間隔：垂直裂縫面走向測(cè)量，所測(cè)數(shù)目越多越好，一般需取10個(gè)數(shù)據(jù)以上；裂縫的平整度；(9)裂縫的充填物及析出物：記錄其成分、厚度及充填的完整程度；裂縫力學(xué)性質(zhì)：張、剪、張剪、不確定；裂縫寬度；裂縫延伸性：測(cè)定裂縫面的延伸長(zhǎng)度。但由于露頭的限制，往往觀察不到裂縫的全長(zhǎng)，由此主要根據(jù)裂縫在露頭的貫通程度加以確定；裂縫貫穿性：測(cè)定裂縫切層方向的長(zhǎng)度，實(shí)際上是統(tǒng)計(jì)切穿層的數(shù)目以確定其貫穿性。運(yùn)用該方法測(cè)量得到的裂縫數(shù)據(jù)比較規(guī)則、系統(tǒng)，信

37、息也比較全面，也適合用數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行處理。在測(cè)量時(shí)，對(duì)于共軛關(guān)系比較明顯的剪裂縫(兩組裂縫表面上的擦痕都和裂縫面的交線垂直)，最好現(xiàn)場(chǎng)確定形成此剪裂縫的主壓應(yīng)力方向。對(duì)于非系統(tǒng)裂縫的測(cè)量，包括對(duì)稀疏發(fā)育的非系統(tǒng)裂縫和密集發(fā)育的非系統(tǒng)裂縫(泥巖破碎帶)的測(cè)量。前者選擇兩個(gè)垂直方向線測(cè)量裂縫的間隔，后者測(cè)量被裂縫分隔的基巖塊體尺度。露頭裂縫測(cè)量數(shù)據(jù)的分析方法裂縫產(chǎn)狀。區(qū)分裂縫形成于巖層褶皺傾斜之前還是其后。褶皺前形成的裂縫要作層面復(fù)原放平的處理。褶皺前形成的裂縫復(fù)原后可進(jìn)行區(qū)域性對(duì)比。裂縫發(fā)育的前后關(guān)系主要通過(guò)交切關(guān)系和應(yīng)力場(chǎng)的配套關(guān)系來(lái)分析。最后作出不同期次裂縫產(chǎn)狀復(fù)原后的真走向玫瑰花圖，放到測(cè)點(diǎn)上

38、，并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)勢(shì)方位的對(duì)比分析。裂縫密度。用直方圖統(tǒng)計(jì)不同巖性中裂縫的密度分布，包括面密度和線密度，并統(tǒng)計(jì)線密度的空間分布。在可能的情況下，進(jìn)行裂縫密度與斷層(包括與斷面距離、斷層位移、斷層性質(zhì)的關(guān)系)、褶皺不同構(gòu)造部位關(guān)系的統(tǒng)計(jì)分析，定量分析斷層和褶皺對(duì)裂縫發(fā)育程度的控制作用。裂縫的延伸性和貫穿性。分析其和裂縫性質(zhì)的關(guān)系，不同等級(jí)的比例，平面上是否能構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，不同層能否相互溝通。通過(guò)這樣的統(tǒng)計(jì)分析，可以初步確定油藏裂縫的滲透性能。裂縫與巖性和層厚的關(guān)系。裂縫的發(fā)育方式、發(fā)育程度與巖性及層厚關(guān)系的統(tǒng)計(jì)分析。裂縫的性質(zhì)與配套關(guān)系分析。這可以為裂縫的成因研究、構(gòu)造發(fā)育歷史及古構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)等的研究提供

39、參考資料。但由于裂縫成因的復(fù)雜性、發(fā)育的多階段性以及裂縫面很少有位移等原因，這方面的分析研究往往十分困難，屬于探索性的課題。裂縫與區(qū)域構(gòu)造及構(gòu)造部位的關(guān)系。分析裂縫與主壓應(yīng)力、斷層、褶皺等之間的關(guān)系。對(duì)于明顯受斷層或褶皺控制的裂縫，要定量分析裂縫方位、密度和斷面走向、斷層性質(zhì)、斷層位移與斷層距離等之間的關(guān)系；裂縫密度和褶皺構(gòu)造部位、巖層曲率等方面的關(guān)系。分析露頭構(gòu)造樣式與地下構(gòu)造樣式的相似性，如露頭構(gòu)造樣式與地下構(gòu)造相似，成因一致，而且出露的巖層為目的層巖石，相距不遠(yuǎn)，則這些露頭區(qū)，被稱為地下儲(chǔ)層的相似露頭區(qū)。相似露頭區(qū)的裂縫參數(shù)可直接與儲(chǔ)層作對(duì)比。二、巖心裂縫觀測(cè)研究法根據(jù)鉆井取出的巖心，可

40、以對(duì)地下巖層中的裂縫進(jìn)行直觀的觀察、描述和測(cè)量，據(jù)此可對(duì)地下裂縫進(jìn)行預(yù)測(cè)研究。巖心裂縫觀測(cè)內(nèi)容巖心裂縫觀測(cè)內(nèi)容至少應(yīng)包括以下四個(gè)方面：裂縫基本參數(shù)巖心裂縫觀測(cè)內(nèi)容與露頭裂縫觀測(cè)內(nèi)容大體相似。首先，對(duì)于連續(xù)的取芯段，劃分裂縫發(fā)育段，然后通過(guò)全巖芯和巖芯薄片觀測(cè)以下內(nèi)容：含裂縫巖層特征、裂縫組系、裂縫產(chǎn)狀、裂縫寬度、裂縫密度、裂縫充填特征、裂縫溶蝕情況、裂縫的相對(duì)大小及連續(xù)性等。裂縫面真實(shí)產(chǎn)狀的確定是非定向巖芯裂縫，測(cè)量、描述的難點(diǎn)。需識(shí)別裂縫所在的巖芯的層面及確定層面的傾向(針對(duì)非水平巖層)。后者可通過(guò)以下幾種途徑得到：從構(gòu)造等高線圖上量取某一層的產(chǎn)狀作為該層的層面產(chǎn)狀；利用地層傾角測(cè)井成果圖，

41、量取與巖芯相同深度段的產(chǎn)狀；利用古地磁定向。裂縫孔隙度和裂縫滲透率可采用二種方法確定裂縫孔隙度和裂縫滲透率，一種是全巖芯實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法，另一種是前面介紹的利用裂縫寬度、密度等參數(shù)計(jì)算孔隙度和滲透率的方法。裂縫系統(tǒng)的成因確定裂縫的成因類型、裂縫形成的主應(yīng)力方向、不同組系裂縫的形成時(shí)間及與構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。要注意區(qū)分天然裂縫和誘導(dǎo)裂縫。（4）裂縫分布與深度、巖石性質(zhì)的關(guān)系確定裂縫發(fā)育程度與深度的關(guān)系，及裂縫發(fā)育程度與巖石類型、巖石組構(gòu)（成分、粒度、層理、基巖孔隙度等）及巖層厚度的關(guān)系。利用巖心裂縫觀測(cè)資料預(yù)測(cè)井間裂縫分布（1）預(yù)測(cè)裂縫方向根據(jù)巖心觀測(cè)的裂縫產(chǎn)狀，將走向（或傾向）資料按井點(diǎn)統(tǒng)計(jì)成玫瑰花圖

42、或水平投影網(wǎng)圖，這樣，根據(jù)構(gòu)造上各井點(diǎn)的優(yōu)勢(shì)裂縫方向就可以判斷出構(gòu)造的裂縫方向。圖5-15為美國(guó)北達(dá)科他州小刀油田產(chǎn)油井定向巖心的裂縫玫瑰花圖。從圖可以看出，六口井的裂縫走向變化范圍為北東至南東東向，主要方位為南東東向，主裂縫方向與小刀背斜的軸線近于垂直。圖5-15小刀油田產(chǎn)油井定向巖心的裂縫玫瑰圖（據(jù)Narr,1984）（2）預(yù)測(cè)裂縫發(fā)育帶如果某一構(gòu)造有一定數(shù)量的的取心井，則可利用巖心裂縫觀測(cè)資料預(yù)測(cè)井間裂縫發(fā)育帶。通常是根據(jù)巖心裂縫密度（LfD編制某構(gòu)造的裂縫等密度圖，以反映構(gòu)造裂縫的發(fā)育情況。圖5-16為美國(guó)西部黃溪油田的裂縫密度分布圖。從圖可知，裂縫發(fā)育帶沿背斜軸向分布且與構(gòu)造變形曲率

43、分布具有一致性。巖心裂縫觀測(cè)研究法的局限性雖然通過(guò)巖心能直觀地觀測(cè)裂縫，且?guī)r心裂縫觀測(cè)資料往往作為其它間接探測(cè)和預(yù)測(cè)裂縫方法的基礎(chǔ)，但這種方法在研究裂縫分布中仍存在許多不足，主要表現(xiàn)在下述三個(gè)方面：對(duì)于裂縫十分發(fā)育的井段，鉆井時(shí)地層易破碎，取心收獲率不高，因而地下具裂縫的樣品不易取出；取心井段有限，取心所揭示的地層很薄,不能反映全井的裂縫發(fā)育情況；鉆井畢竟是“一孔之見(jiàn)”有些井雖然取心未見(jiàn)裂縫，但可能就在取心井周?chē)貙泳陀辛芽p存在，這與裂縫的密度有關(guān)。對(duì)于上述前兩個(gè)問(wèn)題，在一定程度上可用測(cè)井探測(cè)裂縫的方法來(lái)彌補(bǔ)其不足。百度文庫(kù)-讓每個(gè)人平等地提升自我百度文庫(kù)-讓每個(gè)人平等地提升自我 式中0裂縫孔

44、隙度； 圖5-16黃溪油田裂縫密度分布圖三、探測(cè)裂縫的測(cè)井方法測(cè)井方法主要是利用井眼周?chē)牧芽p對(duì)測(cè)井儀器的異常響應(yīng)（如井徑、電阻率、聲波等）來(lái)間接地探測(cè)裂縫（除井下聲波電視外）?？捎糜谔綔y(cè)裂縫的測(cè)井方法很多，如電阻率測(cè)井、地層傾角測(cè)井、地層微電阻率掃描測(cè)井、聲波全波測(cè)井、補(bǔ)償密度測(cè)井、電磁波測(cè)井、井徑測(cè)井、井溫測(cè)井、井下聲波電視等。對(duì)于不同的測(cè)井方法，探測(cè)裂縫的能力有所差別。下面主要介紹幾種常用的和（或）較為有效的探測(cè)裂縫的測(cè)井方法。1.電阻率測(cè)井在裂縫發(fā)育層段，因鉆井泥漿或泥漿濾液侵入地層，電阻率明顯低于圍巖電阻率，表現(xiàn)為高電阻率背景上的相對(duì)低值電阻率。為了更有效的探測(cè)裂縫發(fā)育帶，常使用雙側(cè)

45、向（DLL）和微球聚焦測(cè)井（MSFL）。這有二大優(yōu)點(diǎn)：側(cè)向測(cè)井使發(fā)射電流線集中流入地層，從而減小井眼和圍巖的影響；雙側(cè)向測(cè)井中的深、淺側(cè)向反映了不同探測(cè)范圍的電阻率，其中深側(cè)向主要反映原始地層電阻率，淺側(cè)向則反映裂縫帶受泥漿濾液侵入的地層電阻率，這樣，在裂縫發(fā)育層段，不僅深、淺側(cè)向電阻率均降低，而淺側(cè)向電阻率比深側(cè)向降低得更明顯，因而出現(xiàn)深、淺側(cè)向電阻率的差異（一般為正差異）（圖5-17），且裂縫愈發(fā)育，差異程度愈大。據(jù)此，可對(duì)裂縫發(fā)育程度（孔隙度）進(jìn)行半定量的估算。0=maR（C-C）fmfIlslidRf泥漿濾液電阻率；mfCll淺測(cè)向電導(dǎo)率；llsClld深側(cè)向電導(dǎo)率；lldm裂縫性地層

46、膠結(jié)指數(shù)，m為1；a經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，一般取1。當(dāng)然，電阻率（電導(dǎo)率）差異程度不僅與裂縫發(fā)育程度有關(guān)，還與裂縫角度、裂縫中的流體性質(zhì)、巖性、地應(yīng)力異常等因素有關(guān)。2.地層傾角測(cè)井地層傾角測(cè)井儀有四條相互垂直的極板，可測(cè)出四個(gè)極板上的四條微電阻率曲線以及方位、井斜、井徑等曲線（共九條）。當(dāng)?shù)貙映霈F(xiàn)裂縫時(shí)，觸及裂縫的極板會(huì)出現(xiàn)電導(dǎo)率異常。根據(jù)不同的電導(dǎo)異常響應(yīng)，可識(shí)別出不同的裂縫類型，如水平裂縫表現(xiàn)為4條微電導(dǎo)率曲線在同一深度上出現(xiàn)尖刺狀異常；斜交縫的特點(diǎn)是4條電導(dǎo)率曲線在不同深度出現(xiàn)異常；而垂直縫的響應(yīng)一般為一對(duì)對(duì)應(yīng)極板上出現(xiàn)電導(dǎo)異常，且異常井段相對(duì)較長(zhǎng)，這主要是由于垂直縫常在井壁上形成槽溝，極板常被限

47、制在槽溝內(nèi)運(yùn)動(dòng)，故對(duì)應(yīng)極板出現(xiàn)異常；網(wǎng)狀裂縫的響應(yīng)則是在4條微電導(dǎo)率曲線上均有高電導(dǎo)異常，但形狀和數(shù)值不完全相同，出現(xiàn)深度也不一樣（圖5-18）。AZCMC)301一一一a至SETfiECTC：tMIIHiI(m)KiT_剋Cm4肌CltinTtPMliFII1lllf1l|lalllltllHhn冠期?:認(rèn)冒m=sslhss:vw,sssB4MHIhnnnnnnnnh-nH-nn-H-HIIEalis*一缸mmuIIIH1I41B曲粥B:=_II_驅(qū)器：一腹円|:|:二.*圖5-17塔里木盆地輪南10井裂縫段測(cè)井響應(yīng)特征圖5-18裂縫的地層傾角測(cè)井響應(yīng)A-水平裂縫；B-斜交縫；C-垂直裂縫；

48、D-網(wǎng)狀裂縫為了更有效地識(shí)別裂縫，發(fā)展了一套裂縫識(shí)別測(cè)井方法，即在地層傾角測(cè)井的四條微電導(dǎo)率曲線上，對(duì)相鄰極板的曲線進(jìn)行疊加，如12極板和34極板疊加得到二條新的曲線，或1-2，2-3，3-4，4-1極板曲線疊加得到四條新的曲線。這樣，能更為容易地識(shí)別裂縫。如圖5-19為兩條曲線的疊合,據(jù)此可很容易地識(shí)別出垂直裂縫，疊合之兩條曲線的間隔與裂縫的發(fā)育程度成正比。地層傾角測(cè)井不僅能探測(cè)裂縫的存在，而且能確定裂縫的方向，由于極板帶有方位，因此根據(jù)觸及裂縫的極板的方位，便可求得裂縫的發(fā)育方向。這一工作可通過(guò)電導(dǎo)率異常檢測(cè)(DCA)程序用計(jì)算機(jī)完成，并可得出電導(dǎo)異常頻率圖(玫瑰花圖)和橢圓井眼長(zhǎng)軸方向圖

49、。3.地層微電阻率掃描測(cè)井(FMS)期用町I皿ETHMini|rrmEiiili-亠EL圖5-19裂縫識(shí)別測(cè)井圖地層微電阻率掃描亦利用四個(gè)相互垂直的極板進(jìn)行電阻率測(cè)定，但每個(gè)極板有16個(gè)電極，并測(cè)出16條微電阻率曲線，這16條曲線形成一個(gè)圖象，四個(gè)極板便可得到四條帶方位的圖象，通過(guò)處理，能夠更形象、更準(zhǔn)確地反映地層內(nèi)裂縫的方向(走向、傾向和傾角)，如圖5-20。聲波全波測(cè)井聲波全波測(cè)井能記錄從發(fā)射探頭出發(fā)經(jīng)泥漿和地層到達(dá)接受探頭的聲波波列，包括縱波、橫波、泥漿波和斯通利波等（依到達(dá)按收探頭的時(shí)間先后順序），其振幅和頻率各有特征（圖5-21）。圖5-20某井奧陶系上部油層微電阻率掃描測(cè)井成果圖圖

50、5-21聲波全波波形示意圖目前主要應(yīng)用縱波、橫波和斯通利波的幅度衰減和波形擾動(dòng)特征來(lái)識(shí)別裂縫帶。（1）幅度衰減對(duì)于致密層段，聲波能量衰減少，不同深度的波形曲線幾乎一致。但對(duì)于裂縫的來(lái)說(shuō)，聲波幅度則發(fā)生較大程度的衰減，從而可指示裂縫的存在（圖5-22）；裂縫越發(fā)育，衰減程度越大?？v波、橫波都是體波，其能量衰減程度是對(duì)地層吸收聲波能力大小的反映?？v、橫波幅度衰減程度既與裂縫發(fā)育程度有關(guān)，亦與裂縫傾角有關(guān)。對(duì)于高角度裂縫，縱波能量衰減較大，橫波能量衰減相對(duì)較小，而對(duì)于水平縫和低角度縫，橫波能量衰減較大，縱波能量衰減相對(duì)較小。斯通利波是一種管波（在井眼內(nèi)沿井壁傳播的界面波），其幅度衰減機(jī)理與縱、橫波不

51、同。在傳播過(guò)程中，斯通利波與裂縫中的流體發(fā)生能量交換，從而導(dǎo)致了幅度的衰減。在沒(méi)有泥餅的情況下，斯通利波幅度的衰減可很好地指示裂縫段的存在及其發(fā)育程度，據(jù)此還可半定量地計(jì)算裂縫滲透率。（2）波形擾動(dòng)波形擾動(dòng)情況往往在聲波變密度圖上進(jìn)行識(shí)別。在聲波變密度圖上，時(shí)間和深度用黑白相間的條帶表示，聲波波形的正幅度（正半周）為深色，其明暗程度與聲波幅度（或）能量成正比（幅度越大，顏色越深），負(fù)幅度（負(fù)半周）為白色。在致密無(wú)裂縫段，變密度圖為筆直的黑白條帶，且幅度衰減??；而在裂縫段，由于裂縫切割井眼，形成上下兩個(gè)拐角，因此無(wú)論發(fā)射探頭還是接受探頭，都會(huì)因拐角的繞射作用、裂縫對(duì)聲波的吸收作用等，使全波波形發(fā)

52、生擾動(dòng)，反映在變密度圖上是條帶發(fā)生扭曲畸變或中斷現(xiàn)象。如圖5-23。圖5-23在聲波變密度圖上識(shí)別裂縫圖5-22在聲波波形圖上通過(guò)幅衰減識(shí)別裂縫圖中裂縫均為水平裂縫井下聲波電視井下聲波電視實(shí)際上是一種聲波掃描器。它基于聲波的反射、散射原理，用定向高頻電波束對(duì)井壁進(jìn)行360掃描，然后接收從井壁反射回來(lái)的回波信號(hào)（聲波幅度和返回時(shí)間），最后利用電子束在示波器上掃描，將回波信號(hào)強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)換成熒光屏上掃描線亮度的變化，從而得到井壁圖象（即井壁展開(kāi)圖象）。在無(wú)裂縫的致密段，地層吸收聲波的能力弱，回波信號(hào)強(qiáng)，井壁圖象顯示為白色；而當(dāng)井壁出現(xiàn)裂縫時(shí)，聲幅衰減，對(duì)應(yīng)于裂縫處的井壁圖象部位顯示為深色。因此，在

53、井壁圖象上可直接觀測(cè)裂縫（圖5-24）。這是迄今唯一能“看見(jiàn)”地下裂縫的測(cè)井方法。接收科）示童生圖5-24井下聲波電視儀及井壁圖象四、預(yù)測(cè)構(gòu)造裂縫的曲率法曲率是反映某一線、面彎曲程度的數(shù)學(xué)參數(shù)Murray（1968）首次應(yīng)用曲率法研究和評(píng)價(jià)構(gòu)造裂縫。這一方法自70年代初引入我國(guó)以來(lái)，經(jīng)過(guò)20多年的不斷探索，已得到進(jìn)一步的完善。曲率法所研究的裂縫是巖層彎曲變形而形成的拉張裂縫（即本章第一節(jié)所描述的與褶皺有關(guān)的裂縫類型III）。巖層受力彎曲后，中性面以上的地層承受拉張應(yīng)力，當(dāng)拉張應(yīng)力超過(guò)巖石的抗拉強(qiáng)度時(shí)，便形成拉張裂縫。巖石的拉張應(yīng)力與巖層彎曲程度成正比（假設(shè)巖層為完全的彈性體），即當(dāng)巖層彎曲達(dá)到

54、一定程度后，巖層開(kāi)始破裂，且彎曲程度越大，巖層應(yīng)變?cè)黾?，巖層破碎強(qiáng)度愈大，裂縫就愈發(fā)育。由于曲率是彎曲程度的表征，因此可用巖層的曲率來(lái)預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)構(gòu)造裂縫。曲率是一個(gè)矢量，既有大小，又有方向。巖層彎曲變形出現(xiàn)拉張裂縫時(shí)，裂縫走向垂直于主曲率方向，裂縫發(fā)育程度則與主曲率大小成正比。1.曲率與裂縫孔隙度的關(guān)系圖5-25為簡(jiǎn)化的褶皺一破裂作用橫剖面圖。設(shè)巖層中性面以上的厚度為H,巖層彎曲的曲率半徑為R,則根據(jù)巖層變形前后的面積變化，可求得巖層裂縫孔隙度(Q)：由于RH,則可將上式分母中的H忽略，則,式中拉張裂縫的孔隙度，小數(shù);H巖層中性面以上厚度，m；R巖層彎曲的曲率半徑m。圖5-25簡(jiǎn)化的褶皺一破裂

55、作用橫剖面圖1巖層的構(gòu)造曲率為曲率半徑的倒數(shù)，即不，在X-Z座標(biāo)內(nèi)，亦可用Rd2z/dx2表示，因此裂縫孔隙度亦可表述為H0=(d2z/dx2)f2上式表明，裂縫孔隙度與巖層構(gòu)造曲率呈正比關(guān)系，因此可以用曲率來(lái)反映裂縫的相對(duì)發(fā)育程度。上面討論的是單一方向拉張裂縫的情況。當(dāng)在幾個(gè)方向變形的情況下，可形成幾個(gè)方向的拉張裂縫，這時(shí)裂縫孔隙度是各單一方向拉張裂縫孔隙度的代數(shù)和。如在正交拉張裂縫體系中(圖5-9)，拉張裂縫孔隙度為：=+H(d2z/dx2+d2z/dy2)ffxf2式中fX方向的裂縫率；fx比一一Y方向的裂縫率；fyd2z/dx2X方向地層曲率;d2z/dy2Y方向地層曲率。2.曲率與滲

56、透率的關(guān)系根據(jù)Lamen(1932)提出的流量平板公式，可推導(dǎo)出曲率與滲透率的關(guān)系為：K=丄e2（H空）3f48dx2它可以進(jìn)一步化為有量綱參數(shù):d2zK沁0.2x1011e2(H)3/dx2式中Kf裂縫滲透率，卩m2e裂縫間距，m；H中性面以上巖層厚度，m；d2zX方向曲率值，1/m。dx23臨界曲率臨界曲率為巖層彎曲過(guò)程中形成拉張裂縫所要求的最小曲率值。形成裂縫所需的最小應(yīng)力可以表示為巖石彈性模量(E)、產(chǎn)層厚度(H)和曲率的關(guān)系：對(duì)于給定的巖層厚度，當(dāng)已知巖石抗拉強(qiáng)度和彈性模量時(shí)(可通過(guò)巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)得到)，便可根據(jù)上式計(jì)算臨界曲率值。通常，計(jì)算值比實(shí)際值相比可能偏小，原因是地下巖層處于高溫、高壓狀態(tài)因而并非完全彈性，而且破裂作用還與應(yīng)力作用的時(shí)間長(zhǎng)短有關(guān)，這些都是在計(jì)算臨界曲率值時(shí)所忽略的。因此，要確定一個(gè)地區(qū)的實(shí)際臨界曲率值要充分考慮實(shí)際地質(zhì)資料，即用巖心調(diào)查和生產(chǎn)測(cè)試等資料對(duì)臨界曲率計(jì)算值進(jìn)行驗(yàn)證和修改。4.曲率圖的編制和應(yīng)用在應(yīng)用曲率法評(píng)價(jià)構(gòu)造裂縫時(shí)需要編繪構(gòu)造曲率等值線圖