鄂爾多斯盆地延長組超低滲儲層天然裂縫發(fā)育特征

鄂爾多斯盆地延長組超低滲儲層天然裂縫發(fā)育特征

0儲集層裂縫發(fā)育情況由于巖石性質致密，特低滲透儲層通常沒有天然生產(chǎn)能力，因此需要進行手動壓裂變換，才能獲得較高的初始產(chǎn)量。注水開發(fā)保持地層能量,是目前實現(xiàn)油田穩(wěn)產(chǎn)的有效手段之一。而這類儲集層通常裂縫發(fā)育,裂縫提高了儲集層的滲透性,尤其是基質滲透率小于1.0×10-3μm2的超低滲透儲集層,裂縫是儲集層中油氣運移和流體滲流的主要通道,同時可能導致注水開發(fā)過程中油井水淹。目前為低滲透油田開發(fā)而進行的儲集層裂縫的研究,主要集中在兩個方面:一是天然裂縫的分布特征、形成機制及其發(fā)育規(guī)律的研究[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10];二是人工壓裂縫的研究,包括壓裂施工參數(shù)的優(yōu)化及壓裂裂縫與現(xiàn)今地應力的最大主應力關系的研究[11,12,13,14,15,16]。而在天然裂縫對人工壓裂縫的控制作用方面的研究較少。本文以陜北沿河灣長6、隴東長8—長6為例,從野外露頭、巖心、成像測井等方面對鄂爾多斯盆地長6、長8超低滲天然裂縫發(fā)育特征進行了研究,結合微地震監(jiān)測結果,對人工裂縫與天然裂縫和現(xiàn)今地應力的最大主應力的關系進行了分析,并對其開發(fā)意義進行了探討。1巖心、儲集層組成鄂爾多斯盆地中生界上三疊統(tǒng)延長組是一套以大型內陸凹陷盆地為背景,以河流和湖泊相為主的陸源碎屑巖沉積。湖盆底形呈西陡東緩的箕狀,在東北、西南兩大物源控制下,形成了以東北河流三角洲、西南扇三角洲為代表的兩大沉積體系。在兩大物源沉積體系前緣的延長組主要由細砂巖、粉砂巖和砂質泥巖組成,由于沉積水體較深,受波浪影響較小,沉積物顆粒細,分選差,導致非均質性強,物性差,巖心孔隙度8%~10%左右,滲透率通常小于1.0×10-3μm2。本次研究重點對東北物源沿河灣和西南物源的長8、長6儲集層天然裂縫特征進行研究(見圖1)。沿河灣長6儲集層位于東北沉積體系前端,為三角洲前緣水下分流河道沉積,儲集層物性差,其平均孔隙度為7.5%,巖心的平均滲透率為0.17×10-3μm2。隴東地區(qū)位于盆地西南部,屬鄂爾多斯盆地西南的扇三角洲沉積體系。長9、長7、長4+5亞期是延長組湖盆演化中的三大湖侵期,在三大湖侵期之間發(fā)育了長8、長6兩套特低滲儲集層。如莊9井區(qū)長28儲集層的平均滲透率為0.36×10-3μm2、合水地區(qū)長6儲集層的平均孔隙度8.47%,平均滲透率僅0.11×10-3μm2。2自然裂縫的發(fā)育特征通過地表與地下構造裂縫的定量觀察描述,對沿河灣地區(qū)長6、隴東長8—長6儲集層天然裂縫發(fā)育程度進行了研究,厘定了裂縫發(fā)育的優(yōu)勢方位。2.1斷裂分布及發(fā)育程度根據(jù)野外中侏羅統(tǒng)露頭觀測,沿河灣地區(qū)主要存在近EW及近SN向兩組與層面近于垂直的共軛天然裂縫系統(tǒng),裂縫產(chǎn)狀穩(wěn)定,延伸較遠,為區(qū)域性裂縫,主要發(fā)育NE和NW兩組裂縫。隴東地區(qū)平?jīng)霾叩祖?zhèn)、平?jīng)霭部凇~城、銅川金鎖關延長組剖面的天然裂縫觀察,三個剖面裂縫均發(fā)育NE和NW向兩組裂縫,以NE向裂縫最為發(fā)育。沿河灣長6地層天然裂縫主要發(fā)育在泥質粉砂巖和粉砂巖中,其裂縫線密度分別為11.5條/m、11.0條/m,其次是細砂巖,其裂縫線密度為3.8條/m。隴東長6、長8地層裂縫主要發(fā)育在粉砂巖、泥質粉砂巖中,裂縫線密度分別為1.7條/m、1.5條/m,以垂向裂縫為主。裂縫的分布及發(fā)育程度受巖相及構造應力場雙重因素影響。沿河灣長6儲集層、隴東長6和長8儲集層單砂體較薄,顆粒細小,巖層中天然裂縫發(fā)育,砂巖中裂縫密度與層厚呈乘冪負相關關系。兩個區(qū)塊受盆地構造運動共同作用,露頭裂縫特點基本一致,但沿河灣地區(qū)較隴東地區(qū)裂縫發(fā)育程度高,裂縫密度大。2.2心井裂縫發(fā)育程度通過現(xiàn)場巖心觀察,對天然裂縫幾何形態(tài)及發(fā)育程度進行了研究,并利用古地磁巖心定向技術,對巖心的天然裂縫方位進行了確定。根據(jù)沿河灣長6儲集層巖心觀測,該區(qū)所有觀測井均不同程度上發(fā)育天然裂縫,但裂縫發(fā)育程度有明顯差異。相對沿河灣而言,隴東長8、長6儲集層雖然在多數(shù)取心井見有天然裂縫,但天然裂縫發(fā)育程度相對較差。兩個區(qū)塊巖心觀察到的天然裂縫與野外露頭觀察結果一致,均以高角度裂縫為主,沿河灣巖心高角度裂縫、斜交裂縫和低角度裂縫所占比例分別為48.3%、32.9%和18.8%。沿河灣地區(qū)長6巖心裂縫的開度主要分布在0~0.3mm之間,約占70%,而開度為0.5~1.0mm的裂縫約占12%。隴東地區(qū)長8、長6巖心裂縫開度以0.04~0.1mm為主。巖心裂縫定向研究表明沿河灣地區(qū)長6巖心裂縫與延河剖面裂縫系統(tǒng)觀察結果相似,以近EW向和SN向裂縫為主。隴東長8、長6儲集層裂縫NE55°~60°最發(fā)育,其次為NW向裂縫,成像測井解釋結果表明該區(qū)天然裂縫走向也以NE55°~65°為主(見圖2)。整體上,兩個區(qū)塊巖心均以高角度天然裂縫為主,裂縫主要受構造作用的控制,發(fā)育NE和NW兩組裂縫系統(tǒng)。比較而言,沿河灣地區(qū)天然裂縫發(fā)育,裂縫開度也較大。3當前最大有效能量方向現(xiàn)今地應力方向主要是應用巖石差應變實驗、鉆孔崩落法、人工誘導縫等方法來確定的。3.1巖心恢復活動方向無天然裂縫巖心由于在地下所受三向主應力數(shù)值不等,卸載程度也不同,原應力產(chǎn)生了與卸載程度成比例的微裂隙應變。當重新用等圍壓加載時,不同方向的恢復應變也有所不同,具有最大應變值的方向即是巖心原來受到的最大主應力方向。因此,利用古地磁方法確定巖心在地下自然方位后,采用差應變實驗可以確定巖石在地下最大主應力方向。對沿河灣沿12、沿46井兩個巖樣進行了差應變測試,測試結果表明沿河灣長6現(xiàn)今最大主應力方位介于NE68°~76°之間(見表1)。3.2最小水平主應力方向在鉆井過程中,由于水平主應力的不平衡性造成井壁總是在最小主應力方向上崩落,在最大主應力方向上不崩落,因此鉆井井眼總是成橢圓形,其長軸與最小水平主應力方向一致。通過地層傾角測井(雙井徑)可將井眼橢圓刻畫出來,從而可用鉆孔崩落法測試現(xiàn)今主應力方向。根據(jù)莊53井鉆孔崩落法測試結果,該區(qū)現(xiàn)今應力最小方向NW10°,即最大主應力方向為NE80°(見圖3a)。此外通過對莊111井人工誘導縫的測試,也表明隴東地區(qū)現(xiàn)今最大主應力方向為NE75°左右(見圖3b)。4人工壓裂工藝低滲儲集層由于巖性致密,通常沒有自然產(chǎn)能,必須進行人工壓裂才能獲得較高的產(chǎn)能。目前人工壓裂主要采用水力壓裂技術對低滲儲集層進行改造,而人工壓裂縫方位、空間幾何形態(tài)受到天然裂縫的控制作用。4.1井周波空間分布水力壓裂時,迅速升高的井筒射孔位置壓力超過巖石抗壓強度,巖石形成裂縫,裂縫擴展產(chǎn)生一系列向四周傳播的微震波,微震波被監(jiān)測井周圍的監(jiān)測分站接收到,根據(jù)各分站的接收時差形成方程組,然后求解就可確定微震波空間分布規(guī)律,用以描述人工裂縫輪廓,進而給出裂縫的方位、長度、高度、產(chǎn)狀及地應力方向等地層參數(shù)。沿120-17井長6層進行了兩次分層壓裂,微地震監(jiān)測結果表明沿河灣地區(qū)人工裂縫為垂直裂縫,縫長較長(160~170m),裂縫方位85°~90°(見表2)。4.2裂縫空間展布特征井下微地震裂縫測試是目前人工壓裂縫監(jiān)測最可信的技術,測試原理是通過監(jiān)測裂縫端部巖石的張性破裂和濾失區(qū)的微裂隙的剪切滑動造成的微地震信號,得出裂縫空間展布特征。應用井下微地震技術對隴東4口油井實施壓裂縫監(jiān)測,結果表明該區(qū)長8、長6儲集層人工壓裂縫以垂直對稱縫為主,裂縫方位主要為NE75°,受儲集層非均質性的控制,人工壓裂縫的類型以及縫長差異較大,莊61-23井監(jiān)測結果僅為單翼縫(見表3)。4.3人工裂縫與天然裂縫的關系沿河灣地區(qū)天然裂縫發(fā)育,人工壓裂縫方向(NE85°~90°)與天然裂縫方位(NE85°)基本一致,而與最大主應力方向(NE65°~75°)存在夾角。隴東地區(qū)天然裂縫相對不發(fā)育,人工壓裂縫方向(NE75°)與天然裂縫方位(NE50°~60°)有個明顯的夾角,而與最大主應力方向(NE75°)一致。通過將陜北沿河灣、隴東地區(qū)人工壓裂縫方位與天然裂縫及最大主應力對比研究,認為天然裂縫對人工裂縫具有重要的控制作用。油氣儲集層,特別是特低滲透儲集層中,一般發(fā)育有1~2組按一定規(guī)律分布的天然裂縫,且一般以高角度裂縫為主。在人工壓裂造縫時,由于天然裂縫的抗張強度小于巖石的抗張強度,若達到一定條件,天然裂縫會優(yōu)先張開并相互連通形成壓裂縫,使壓裂裂縫不再嚴格地沿著最大主應力方向延仲,并控制壓裂裂縫的空間特征。當天然縫相對不發(fā)育時,現(xiàn)今最大主應力對人工縫開啟方向具有控制作用,壓裂裂縫的方向、形態(tài)受現(xiàn)今地應力場的特征控制。5井排方向的確定人工壓裂造縫是特(超)低滲透油田具有產(chǎn)能的重要手段。通常認為在均質性儲集層中,人工裂縫的展布方向總是垂直于現(xiàn)今地應力場的最小主應力方向擴展。當超低滲油田裂縫發(fā)育時,由于基質和裂縫分布的強烈非均質性,人工裂縫的分布除了受現(xiàn)今地應力場的控制外,還受古構造應力場作用下形成的天然裂縫的控制。井網(wǎng)部署時,要充分考慮研究區(qū)天然裂縫發(fā)育程度、發(fā)育方位及其與現(xiàn)今地應力的最大主應力的匹配關系。若研究區(qū)天然裂縫發(fā)育,人工壓裂