超深层致密砂岩构造裂缝特征及其对储层的改造作用——以塔里木盆地库车坳陷克深气田白垩系为例

库车坳陷克深气田是塔里木盆地天然气上产增储的最重要战场之一,也是国家“一带一路”能源大通道的主要气源区,但产气储层埋深超过6 000m,网状缝—垂向缝发育、密度为3~12条/m,基质孔隙度平均为3.8%,基质渗透率平均为0.128×10^-3μm²。为揭示超深层裂缝对储层性质及天然气高产稳产的影响。综合岩心、薄片及成像测井资料,对库车坳陷克深气田巴什基奇克组致密砂岩储层构造裂缝特征进行了表征,并分析了构造裂缝对储层的改造作用。克深气田的构造裂缝包括近EW向、高角度为主的张性裂缝和近NS向、直立为主的剪切裂缝2组,前者充填率相对较高,后者多数未被充填;微观构造裂缝多为穿粒缝,缝宽10~100μm;构造裂缝在FMI成像测井图像上以平行式组合为主。构造裂缝对克深气田储层的改造作用主要体现在3个方面：构造裂缝直接提高了储层渗透率;沿构造裂缝发生溶蚀作用有效改善孔喉结构;早期充填裂缝仍可作为有效渗流通道。背斜高部位是构造裂缝渗透率的高值区,控制了天然气的富集高产。网状及垂向开启缝与储层基质孔喉高效沟通,形成视均质—中等非均质体,可使天然气产量高产且长期稳产。     

塔里木盆地克深2气田储层构造裂缝多方法综合评价

构造裂缝是改善克深2气田低渗透砂岩储层物性的重要因素,对构造裂缝的分布特征进行分析有利于提高钻井成功率,综合采用岩心描述、数值模拟、主曲率法、二元法以及天然气产能数据,对克深2气田巴什基奇克组的构造裂缝进行了多方法综合评价。结果表明:克深2气田的构造裂缝以直立和高角度的剪切裂缝为主,断层附近多发育密集网状缝,且具有较高的充填程度;深度越大,构造裂缝的分布越趋于分散;背斜高部位的构造裂缝线密度较低,但开度和孔隙度等物性参数较高,构造裂缝的整体发育程度较强,且充填程度较低,通常具有较高的产能,背斜翼部和构造低部位则与之相反;鞍部构造裂缝也较发育,但受较高的充填程度或其他未知因素的影响,天然气产能较低。研究还得出,构造裂缝密度并未考虑裂缝的开度,因此在油气田开发中单纯根据构造裂缝密度值来判断构造裂缝发育有利区并不合适,在粗略评价构造裂缝发育程度时,可采用构造裂缝的孔隙度或渗透率,精细评价时还要考虑裂缝产状、延伸距离、连通性和有效性等因素进行综合分析。构造裂缝发育程度的系统化和定量化综合评价仍然是一个有待攻关的前沿课题。     

超深层致密砂岩储层构造裂缝特征与有效性——以塔里木盆地库车坳陷克深8气藏为例

构造裂缝特征分析及有效性评价对库车坳陷克深8气藏致密砂岩储层有利区预测和开发措施的制定具有重要意义。综合利用岩心、成像测井和单井产能等资料,明确了克深8气藏构造裂缝的基本特征与形成序列,分析了构造裂缝发育的影响因素,最后对构造裂缝平面上和纵向上的有效性进行了评价,并提出了开发措施建议。结果表明：克深8气藏的构造裂缝以直立缝和高角度缝为主,部分裂缝被硬石膏、白云石和渗流砂颗粒充填,上新世库车组沉积期形成的第3期构造裂缝是克深8气藏最重要的一期构造裂缝;构造裂缝发育程度受断层、岩性、岩层厚度和沉积微相等因素的影响。背斜高部位的构造裂缝有效性好,是天然气的高产区,现今水平最大主应力方位与构造裂缝优势走向呈大角度相交时,会显著降低构造裂缝的有效性;不整合面对构造裂缝有效性的控制主要集中在距不整合面下方约70 m的范围内。对克深8气藏巴什基奇克组储层的开发措施应以压裂为主,并且优先开发第3砂层组,其次为第4砂层组及以下地层,最后考虑第1、第2砂层组。     

超深层致密砂岩储层构造裂缝特征及影响因素——以塔里木盆地克深2气田为例

构造裂缝发育的影响因素是含油气盆地储层构造裂缝分布规律研究中的关键问题之一。通过岩心和成像测井等资料,分析了塔里木盆地克深2气田超深层致密砂岩储层构造裂缝的类型及基本特征,并在此基础上,探讨了构造位置、地层深度、岩层厚度、沉积微相、储层岩性、储层岩石组分和砂、泥岩互层结构对构造裂缝发育程度的影响。结果表明,克深2气田的构造裂缝以直立和高角度的剪切裂缝为主,主要包括NNW-SSE向、NW-SE向、NNE-SSW向和近EW向共4组走向。边界断层控制区构造裂缝线密度最高,以密集网状缝为主;其次为次级断层控制区、鞍部控制区;背斜高点与次级断层叠合控制区、背斜高点控制区和背斜翼部控制区相对较低。构造裂缝有效性分析表明,背斜高点以及背斜高点与次级断层叠合控制区的构造裂缝整体发育程度要高于翼部、鞍部和断层附近地层。随着地层深度的增加,构造裂缝线密度逐渐增大,而长度、开度和孔隙度逐渐下降;随着岩层厚度的增大,构造裂缝的线密度下降,长度和开度均有不同程度的增大或减小,但平均孔隙度基本不变,表明对于同一地区不同厚度的岩层,其弹性应变能的释放率大致相当。构造裂缝主要发育在水下分流河道及河口坝微相,水下分流河道间微相的构造裂缝发育程度较低;泥质粉砂岩和粉砂质泥岩中的构造裂缝线密度和长度较高,但开度较小,而泥质细砂岩、细砂岩和中砂岩中的构造裂缝线密度相对较低但长度和开度较高,泥岩中的构造裂缝线密度高但长度和开度较低,整体发育程度远低于砂岩构造裂缝,并且构造裂缝倾角通常低于砂岩构造裂缝倾角。脆性砂岩中钙质组分含量较高或含有一定量的泥质组分时,有利于构造裂缝的发育;对于克深2气田,当砂、泥岩厚度比值约为6.5时,构造裂缝发育程度最高。     

库车坳陷克深2 气田低渗透砂岩储层裂缝发育特征

综合利用岩心、薄片及成像测井资料,对库车坳陷克深2气田的单井裂缝发育特征进行分析,采用构造应力场数值模拟法对井间裂缝发育特征进行定量预测,并讨论裂缝发育主控因素及裂缝与产能的关系。结果表明：克深2气田主要发育NNW—NW走向的直立和高角度剪切构造裂缝,岩心裂缝开度主要分布在0~0.2 mm,微观裂缝开度一般为0.01~0.06 mm;裂缝充填物多为方解石,平均充填系数约为0.63。断层带裂缝性漏失量高,裂缝线密度和裂缝孔隙度均为高值,是裂缝的最有利发育区;背斜高点的裂缝线密度低,但裂缝开度、裂缝孔隙度和单井产能均为高值,裂缝整体发育程度较高;岩石中钙质组分的增加或泥质组分的减少有利于裂缝的发育;水下分流河道及河口坝微相裂缝发育程度较高,水下分流河道间微相裂缝发育程度相对较低。在裂缝性储层开发过程中,要注意对储层采取保护措施,避免产能下降过快。     

超深层致密砂岩储层裂缝定量评价及预测研究——以塔里木盆地克深气田为例

塔里木盆地库车坳陷克深气田区白垩系巴什基奇克组是库车山前的主力产气层段,具有埋深大、基质物性差、构造裂缝整体发育的特征。利用钻井取心、FMI成像、钻完井漏失量、试采压力恢复资料,结合CT扫描定量分析、高压压汞、扫描电镜、裂缝充填物测年等实验分析方法,开展了低地震资料品质下的超深层致密砂岩储层裂缝的定量评价与预测。认为克深气田区总体发育3期构造裂缝,以高角度半充填剪切缝为主,有效开启度为50~300μm,主要走向以近SN向为主,见EW走向裂缝|主要受古应力的大小及方向控制,同时受地层原始岩性组构影响|第三期构造裂缝与储层演化配置关系最好,对储层渗透率的提升起到关键作用。裂缝的高渗流区主要分布在背斜高部位、断裂的转折端及次级断裂附近。构造裂缝有效沟通了单砂体,可整体提高储层渗透率1~3个数量级,构造裂缝派生的微裂缝可有效沟通其周围的基质孔喉,沿裂缝网络更易发育次生溶蚀孔隙。     

库车坳陷大北气田砂岩气层裂缝分布规律及其对产能的影响

在库车坳陷山前多期推覆叠瓦构造背景下,大北气田普遍发育裂缝。利用野外露头、岩心、成像测井和试井等资料,对大北气田巴什基奇克组砂岩气层裂缝特征、分布规律及其对产能的影响进行研究。研究区裂缝类型包括构造裂缝和非构造裂缝,其中构造裂缝占95%,以高角度单一裂缝和网状裂缝为主,低角度构造裂缝较少;近南北向裂缝最为发育,其次为近东西向,裂缝主体走向与现今主应力方向基本一致,总体具有密度大、张开度小、充填程度高等特征。垂向上,巴二段比巴三段裂缝更发育,储层渗透性能更好;平面上,裂缝主要分布于背斜翼部及断层附近等应力集中区,核部相对不发育。裂缝对单井产能的影响主要表现为对渗透率的改善,裂缝对渗透率的提升可达2~4个数量级,其中裂缝面缝率和裂缝密度与产能的相关性较好,裂缝张开度为产能的必要非充分条件。     

超深层裂缝—孔隙型致密砂岩储层特征与属性建模——以库车坳陷克深8气藏为例

库车坳陷克深8气藏巴什基奇克组为超深层裂缝—孔隙型双重介质致密砂岩储层,系统开展储层特征分析及属性建模研究,可为克深8气藏高产稳产开发井的部署及开发措施的制定提供地质依据。薄片观察、扫描电镜、激光共聚焦和电子探针综合分析表明,巴什基奇克组储层以岩屑长石砂岩为主,孔隙类型主要为粒间孔,其次为粒内溶孔;在构造建模和岩相建模的基础上,采用序贯高斯模拟方法建立了基质孔隙度模型,并利用孔渗关系曲线方程建立了基质渗透率模型,划分出3个基质孔渗发育区。克深8气藏的构造裂缝主要形成于喜马拉雅运动中晚期近南北向的构造挤压作用,以直立剪切缝和高角度张性缝为主,在成像测井图像上表现为平行式组合和斜交式组合,部分高角度张性缝被硬石膏和白云石等矿物充填;基于构造应力场有限元数值模拟对构造裂缝参数进行了数值模拟计算,并以此为基础,采用序贯高斯模拟方法建立了构造裂缝属性模型,识别出4个孔隙度高值区和5个渗透率高值区。最后将储层基质属性模型与构造裂缝属性模型进行加和运算建立了双重介质属性模型,平面上划分出KS807井区、KS8-5井区和KS8-8—KS806井区3个高产稳产区,纵向上第3砂层组为高产稳产层段,在开发中应优先考虑。     

塔里木盆地克深气田成藏条件及勘探开发关键技术

克深气田位于塔里木盆地库车坳陷中部,是继克拉2气田之后发现的又一大型气田。自2008年获得重大突破以来,克深气田相继发现了克深2、克深5和克深8等一批大—中型气藏,这些气藏具有超深、高压—超高压、特低孔和中—低渗等特征,其天然气地质储量达万亿立方米,建成产能近100×10⁸m³,是塔里木盆地的天然气主力产区。克深气田位于库车坳陷克拉苏构造带的叠瓦逆冲构造中,其结构包括由盐上顶蓬构造、塑形流变的盐岩以及盐下断背斜构造群构成的大型楔形冲断体。克深气田的白垩系巴什基奇克组三角洲砂岩广泛分布,与上覆古近系巨厚膏盐层形成优越的储-盖组合;深层三叠系—侏罗系的油气沿喜马拉雅晚期成排成带的断裂体系垂向运移,沿盐下储集层内的裂缝体系横向输导,从而形成背斜、断背斜型高压油气藏群。复杂山地三维地震采集处理、挤压型盐相关构造建模和裂缝型低孔砂岩储层评价等技术为克深气田勘探目标的落实奠定了基础;高温高压超深层低孔砂岩气藏测井采集与评价、裂缝型低孔砂岩气藏高效开发等技术为克深气田的高效勘探开发和快速上产提供了技术保障。     

克拉苏构造带盐下超深层储层的构造改造作用与油气勘探新发现

塔里木盆地克拉苏构造带油气群下白垩统巴什基奇克组埋深超过6 000 m,储层基质渗透率低,裂缝普遍发育,构造对储层的改造作用明显,但博孜9井的勘探突破反映出不同区带间构造改造作用差异较大、非均质性极强,重新认识构造对储层的改造作用对于预测超深层储层、指导油气勘探生产具有重要的意义。为此,基于钻井取心、构造平衡恢复、裂缝充填物同位素测年、区块应力数值模拟等资料,结合流体包裹体、声发射古应力、铸体薄片等实验分析方法,从定性分析到定量计算、研究了克拉苏构造带油气群超深层储层的构造改造作用及其差异性。研究结果表明:①北部天山造山带及南部古隆起控制了该构造带储层的沉积格局及差异构造变形,形成巴什基奇克组储层"西薄东厚"的分布特征;②博孜区段古应力最小,构造变形主要为正向挤压、逆冲传播,局部井区为斜向压扭;③大北区段主要为斜向压扭,古应力较小,构造变形为逆冲叠置;克深区段古应力最大,构造变形主要为正向挤压、后缘逆冲抬升、前缘滑脱收缩;④差异构造变形使同一构造带不同构造变形样式的构造减孔量呈现出较大的差别,且控制了不同区段造缝期与成岩胶结的叠加影响、中晚期裂缝网络与油气成藏期的配置关系,加剧了储层的非均质性,是区段间产能差异的基础改造因素;⑤现今构造应力的大小及方向影响裂缝有效性,南部为强挤压应力区,背斜相对高部位裂缝走向与现今应力交角较小,裂缝有效性最好;⑥构造成岩环境决定了构造裂缝充填物的类型,北部区块以淡水—半碱水介质成岩环境为主,裂缝充填物类型为方解石,有利于对储层进行酸化压裂改造。     

塔里木盆地库车坳陷克拉苏构造带克深地区典型断背斜天然裂缝分布特征

为明确超深层储层断背斜内天然裂缝的分布特征,以库车坳陷克拉苏构造带克深地区白垩系巴什基奇克组为例,结合地质、地震、FMI成像测井、地应力以及岩石力学参数等资料,通过储层地质力学法明确了克深地区典型断背斜构造样式内天然裂缝的分布特征,为该区致密气的有利勘探提供了地质依据。结果表明：不同断背斜垂向上具有从顶部、中部到底部天然裂缝密度“高-低-高”的普遍特征;断背斜的翼间角越大,顶部和中部的裂缝分布越局限,底部裂缝分布越广泛;距断背斜轴部越远的部位,顶部和底部的裂缝分布越局限,中部的裂缝分布越广泛。断背斜顶部转折端相对中部与底部储层天然裂缝较发育,改善了储层的物性,为致密气提供储集空间和渗流通道。     

库车坳陷克拉苏构造带白垩系储层孔喉组合类型定量表征与展布

原位定量分析与统计储层孔隙的毫米-微米-纳米级孔径、喉径等参数,是现阶段深层储层储集空间评价及预测的重要方法与内容。结合铸体薄片分析技术,对14口井40余块储层样品开展了QEMSCAN扫描电镜矿物原位定量评价分析、聚焦电子-离子双束扫描电镜（FIB-SEM）分析以及SEM图像大面积扫描与合成分析,发现库车坳陷克拉苏构造带博孜、大北和克深等井区白垩系巴什基奇克组储层的粒间孔隙内有大量的岩盐与盐泥胶结物,岩盐多呈晶粒状集合体分布于颗粒之间。储集层发育碱性成岩环境下的岩盐-白云石-硬石膏胶结物组合和方解石-岩盐胶结物组合。储层微观孔喉组合在平面上具有"分段分带"的特征,并划分出5种类型。统计表明,孔隙直径十分关键,可能对气层、差气层或干层的性质有较重要影响,而隙和喉道的影响相对孔径要弱。这种分析技术的应用可初步实现储层微观孔喉特征的原位定量测定,为深层储集空间精细表征与天然气增产提供一定地质基础。     

川东南丁山构造龙马溪组页岩构造裂缝期次及演化模式

川东南丁山构造龙马溪组的页岩气蕴藏量巨大,裂缝对页岩气的富集及产能具有重要影响。综合利用野外露头、岩心、成像测井、包裹体分析、声发射实验以及（U-Th）/He年龄测定等,对该区构造裂缝形成期次及演化模式开展综合研究。研究表明：野外露头和岩心裂缝均主要以构造成因的剪切缝为主,以高角度、大切深、高充填为特征,据其交切关系及产状特征可划分为平面剪切缝和剖面剪切缝。龙马溪组构造裂缝可分为3期：第1期构造裂缝形成于燕山运动中-晚期（82.5~72.1 Ma）,裂缝充填物主要为方解石,充填程度较高,均一温度为295.6~325.2℃,古地应力的最大有效主应力为97.06 MPa,主应力方向为135°±15°,裂缝方位主要为NWW-SEE、NNE-SSW向平面"X"型共轭剪切缝以及NE向剖面剪切缝;第2期构造裂缝形成于燕山运动末期-喜马拉雅运动中期（72.1~31.2 Ma）,裂缝充填物为方解石,其次为硅质或铁质,均一温度为189.1~232.4℃,古地应力的最大有效主应力为90.71 MPa,主应力方向为45°±15°,裂缝方位主要为近SN向、NEE向平面剪切缝以及NW向剖面剪切缝;第3期构造裂缝形成于喜马拉雅运动晚期-现今（31.2~0 Ma）,仅形成少量的NW向剖面剪切缝,裂缝充填程度低,充填物为少量方解石,古地应力的最大有效主应力为76.55 MPa。第1期和第2期为主要的成缝期,第3期主要对前期裂缝进行叠加和改造。结合地质力学理论,最终建立了3期裂缝发育的演化模式。     

四川盆地龙门山前构造带中三叠统雷口坡组四段碳酸盐岩储层裂缝形成机理

研究储层裂缝特征并弄清裂缝形成机理,对于明确储层类型和性质、开展裂缝分布预测、优化井位部署及明确裂缝对气藏开发的影响等都具有重要的意义。为此,以四川盆地龙门山前构造带中三叠统雷口坡组四段碳酸盐岩储层为例,利用岩心、薄片、成像测井及分析测试等资料,对该区碳酸盐岩储层天然裂缝的成因类型和发育特征进行研究,并结合埋藏史及构造演化史,在研究裂缝分期配套的基础上,分析成岩裂缝及构造裂缝的形成机理。研究结果表明:(1)龙门山前构造带雷四段碳酸盐岩储层主要发育构造裂缝和成岩裂缝两种成因类型,其中构造裂缝包括张性裂缝和剪切裂缝,以剪切缝为主,成岩裂缝包括溶蚀缝、构造—溶蚀缝以及缝合线;(2)溶蚀裂缝主要在准同生期、古表生期及埋藏期不同溶蚀流体溶蚀作用下形成,构造裂缝主要在印支晚期第二幕、印支晚期第三幕—燕山早中期、燕山中期—燕山晚期和喜马拉雅期龙门山构造带形成以及不断演化下的北西向挤压应力场作用下形成。结论认为,该区雷口坡组构造裂缝与成岩裂缝在各主要形成时期相互穿插,相互切割、限制,形成了储层中复杂的裂缝系统,有利于改善储层局部物性和提高气藏开发效果。