裂缝性储层预测新方法和新技术

裂缝性储层预测新方法和新技术西南石油大学胡明二00000000八年十一月目目目目录录录录前言、裂缝性储层研究及预测现状1、裂缝性储层的概念2、国外研究现状3、国内研究现状一、裂缝研究在油气田勘探开发中的意义二、有关裂缝的基础理论1、裂缝类型2、裂缝分类3、裂缝成因及与构造的关系4、裂缝的成因模式三、裂缝研究与预测方法简介四、物理模拟法预测裂缝五、构造曲率法预测碳酸盐岩储层1、碳酸盐岩储层裂缝的预测2、裂缝三维定量参数场形成及模型的建立六构造曲率法进行裂缝发育带预测实例1寒武系洗象池组气藏裂缝特征2、裂缝分布特征3、洗象池组储层综合预测七、构造应力模拟法预测裂缝的原理1、裂缝成因机制2、古构造应力模拟3、相似性原理在构造应力场及裂缝预测数值模拟中的重要性4、裂缝判据的确定5、破坏接近程度及其在裂缝预测中的应用6、裂缝指标的标定7、尚不能解决的问题8、方法的关键技术9、构造应力模拟法预测裂缝所需的资料八、构造应力模拟法预测裂缝的应用实例简介1、火山岩裂缝的预测研究2、碳酸盐岩裂缝的预测研究3、四川威远构造寒武系洗象池组裂缝预测主要参考文献前言前言前言前言裂缝性储层研究及预测现状裂缝性储层研究及预测现状裂缝性储层研究及预测现状裂缝性储层研究及预测现状随着石油天然气资源的开发利用，常规孔隙性油气藏储量日益减少，开发难度逐渐增大，石油与天然气勘探方向逐渐由浅部转向深部、由常规油气藏转向特殊油气藏。作为油气储集的重要场所—储层的研究也将从常规的孔隙性储层的研究逐渐发展到其他各种类型的储层研究（图1）。特别是裂缝性储层近年来引起了广大石油地质工作者的广泛兴趣，出现了较多的研究成果。图1油气储集层的主要类型1裂缝性储层的概念裂缝性储层是指以裂缝为主要储集空间、渗流通道的储集层，有的也对储集层中分散、孤立的孔隙起连通作用，增加有效孔隙度，一般具有高渗透特征。裂缝性储层一般有3种类型：一类是致密岩类，如四川盆地下二叠统（阳新统），其岩石基质孔隙度小于1%，渗透率小于0.1毫达西，因其构造裂缝发育形成而形成了有效的储、渗空间；第二类是古风化壳溶蚀孔、洞储集层，渗透率极低，一般小于0.01个毫达西，但与后期构造裂缝搭配，形成了裂缝—孔洞（穴）型储层，如四川盆地的震旦系和奥陶系储集层；第三类是低孔隙储集层，如四川东部的石炭系碳酸盐岩（孔隙度3%～4%）、上三叠统须家河组砂岩（孔隙度5%～6%），他们的基质孔隙渗透率很低，一般在0.01毫达西左右，只有当构造裂缝发育的地区，才能形成裂缝—孔隙型储集层，形成工业性的天然气藏。地层裂缝的影响因素众多，不外乎归结为内因和外因。所有裂缝的形成都是这两大因素的综合结果。评价地层裂缝发育与否，都是相对的。就内因而言，包括地层的岩石类型、岩性、矿物成分、结构和构造特征、岩石强度、岩石力学性质、厚度等。而外因则包含沉积和成岩环境，构造应力的性质、方向、大小，区域构造背景，边界条件等。一般情况下，在同一地质背景条件下，刚性岩类比塑性岩类，致密的比疏松的岩性，质纯的比含有杂质的，细结构的比粗结构的，沉积构造发育的比不发育的，薄层的比厚层的等等，前者的裂缝均比后者发育。从外因上看，准同生期易于暴露的比淹于水下环境的，成岩作用易溶蚀的比非溶蚀的，表生期遭受风化剥蚀的比非表生期的……，前者的非构造裂缝均比后者发育。在构造应力作用下，达到破裂变形的比未破裂变形的地层，构造应力集中或应力释放部位比应力非集中或非释放部位等，前者的裂缝要比后者的发育。另外，构造应力作用的滑脱层或刚性边界以及同一地层的埋藏深度（浅与深）等，都对地层中裂缝发育的程度产生重要的影响。总之，研究具体的地层裂缝发育特征、规律，要从具体的对象出发，注意区域构造、局部构造位置及其古构造演化特征的分析，依据地层露头、岩心观察、岩石样品试验、地球物理特性等，并利用力学分析方法，互相验证。在国外，一些盛产石油的国家也逐渐重视致密低渗透岩石中裂缝性储层的研究。据美国能源部预测：在2010年前，约20%的天然气将产自碳酸盐岩和致密砂岩等裂缝性储层；在2030年以前，美国国内一半以上的天然气产量将来自低渗透的裂缝性储层。在国内，今后一段时期内，致密储层中的裂缝性油气藏将是主要勘探开发目标。目前在四川、华北、长庆、塔里木、克拉玛依、胜利、吉林、辽河、青海、玉门等许多油田都发现了裂缝性油气田。裂缝性油气藏的储集体几乎都是致密岩体，其共同的特点是基质孔隙度和渗透率都很低，如四川油气的主要产层——二叠茅口组灰岩，其基质孔隙度大多低于1%，基质渗透率甚至小于0.1毫达西。在这样致密的岩体中，如果没有裂缝的储集和导流作用，不可能形成有效的油气藏和高产油气流。裂缝性油气藏勘探、开发的最大难点，是对储层岩体中裂缝发育程度和分布范围的预测。目前在国内各油田用于裂缝探测（地震、测井）研究的费用，每年在50亿元以上，但由于缺乏有效的预测手段，对裂缝发育和分布规律的研究不够准确，而使油气井钻探和油气田开发方案达不到预期目的，从而造成的间接损失更是难以完全统计。如克拉玛依的小拐油田，因对裂缝预测研究认识不足，油田建设投入的数十亿元资金基本上全部落空。裂缝（特别是地下岩体中的裂缝）分布复杂、规律性差，又受到观测、探测手段以及研究方法的限制，所以对这个题目的研究国内外起步都较晚。但从50年代末期以来，随着世界上裂缝性油气藏的不断发现，关于裂缝的研究工作在国内外地质界逐渐开展起来，并取得了一系列成果，为进一步深入研究奠定了良好的基础。下面主要介绍国内外关于裂缝性储层研究的一些现状。2国外研究现状1968年，G.H.Murry将构造横剖面看作弯曲的“梁”，用几何方法导出了剖面曲率值与裂缝孔隙度之间的计算公式，对裂缝作了初步定量研究。1971年，他进行了关于构造主曲率和裂缝发育的关系的研究。1982年日本的MasanobuOda引进裂隙张量来研究各向异性裂隙岩体的孔隙性指数。80年代初，美国的范.高尔夫─拉特才写成了关于裂缝油藏工程的专著，基本形成了裂缝型储层研究的理论和方法，但专著却不是针对裂缝本身的研究。上世纪70年代，随着分形几何学概念的提出，国外学者逐渐把这一理论引入储层裂缝研究领域。1980年P.L.GongDilland从理论上证明分形理论可用于碳酸盐岩地区裂缝的研究，并介绍了用分形理论建立裂缝分布的实际模型。随后BartonC.C.(1985)、Hirata(1989)、ThomasandBlin-lacroix(1989)、VeldeB.andDuboesJ(1990)、Main(1990)等人又把这一理论用于其他岩石裂缝的研究，并在断层几何形态的描述、裂缝数与裂缝长度、裂缝宽度和密度、裂缝平面分布的研究方面取得了较大进展。到1995年，BartonC.C.通过研究认为，当裂缝的分维D大于1.34，裂缝就能构成互相渗流的裂缝网络。除了理论上的发展外，国外专家学者在储层裂缝的识别上也作出了突出的贡献。90年代后，国外在裂缝的测井识别、地震识别上取得了长足的进步。测井方面新方法和新设备主要体现在：电磁测向仪、CT扫描仪、微Lambda测井、环形声波测井、成像测井(FMI)、全井眼地层微电阻率成像(FMI)、DSI偶极横波成像仪和井下电视仪(BHTV)等，这些方法和设备能测量出储层裂缝的倾角、走向、宽度、长度、视孔隙度，以及裂缝的充填与开启程度，甚至能识别出微裂缝及亚微观裂缝。3国内研究现状国内对储层裂缝研究工作开展得较早，技术手段处于较先进的水平，具体表现在以下几个方面：（1）定性分析和生产经验总结的预测裂缝方法50年代后期开始，四川油气田的地质工作者根据构造形态特征和断层部位等构造组合特征，提出寻找裂缝的“一占一沿”（即布置油气井位置时要占褶皱构造的高点，沿褶皱的长轴，），“三占三沿”（占高点、沿长轴，占鞍部、沿扭曲，占鼻突、沿断裂），“三打三不打”（打凸不打凹，打拱不打弯，对断层打上盘不打下盘）等经验方法。这种方法主要是基于构造特征定性分析和生产经验总结的预测裂缝方法。（2）利用测井手段和地震信息识别和预测裂缝80年代以来，由于国际交流与合作加剧，国内大量引进了国外先进的仪器和设备。在引进国外先进技术与设备的同时，国内专家学者也在数据的处理上有所发展，如在分析处理地震S波分析资料上，国外提出了旋转方法(Ando,1983)、偏振法(Crampin,1985)、旋转相关法(Bowman,1987)和纵横比方法(Smith,1989)四种方法，而在国内也相应提出了四种方法，即最大似然法、最大特征向量法、波形算法和自适应慢S波法。利用测井和地震手段来识别裂缝，准确地说不能叫预测裂缝。同时测井与地震识别裂缝费用也高，且存在多解性，很难对裂缝进行准确的定量预测。（3）非线性理论方法检测和识别地下裂缝和国外一样，非线性理论也主要应用分形理论、神经网络等技术方法对裂缝进行检测和识别，但总体来说也不成熟。如1992年赵阳升在研究煤岩体裂缝分布规律后指出，小尺寸岩体与大尺寸岩体裂缝数存在一种自相似性。1995年彭仕宓等利用分形理论对柴达木盆地南翼山E32储层裂缝进行了预测，指出裂缝发育与构造及断层有着直接关系。（4）据构造应力的分析研究预测裂缝构造应力作用是裂缝形成的根本原因，根据对构造应力研究来预测裂缝的发育分布，应该是裂缝预测的主要方向。国内不少学者对此问题作过探索，但对于构造应力的求解方式、构造应力与裂缝的关系问题上，以及相关方法的适用性方面，也存在较大分歧或问题。1982年和1988年，成都理工大学曾锦光教授先后提出了“应用构造面主曲率研究油气藏裂缝问题”和“用屈曲薄板模拟纵弯褶皱的力学模型”，建立了分析褶皱应力场的计算方法。随后在1994年他建立了断层古应力场解析计算方法，从而提出了断层裂缝系统分布的预测方法。这些工作，为用力学理论来解决裂缝预测问题提供了一个良好的开端。但由于其基础或理论依据过于理想化，所使用的解析计算方法在实际应用中存在的问题，实际使用效果不太理想。上世纪80年代末90年代初，随着计算机技术的发展，构造应力的研究和数值模拟计算取得了重大进展，国内的殷有泉、陈子光、安欧、宋惠珍、黄润秋、胡明和秦启荣等人在这一领域里做了大量的工作，推动了相关学科的发展。90年代末至今，越来越多的人开始从构造应力场的角度应用数值模拟方法研究裂缝的定量预测，但这些工作大都是针对单个构造进行，或是仅为储层渗流的目的来研究裂缝[。而系统、全面地从理论角度研究应用构造应力场进行区域性裂缝预测却很少，所以，今后主要要在这一方面进行研究，进而摸索出一套进行区域性古构造应力场数值模拟的带规律性的理论与方法。一、裂缝研究在油气田勘探开发中的意义1111、裂缝的研究在下面几个方面有着非常重要的意义****油气勘探油气勘探油气勘探油气勘探*寻找裂缝型油气藏*确定定向井的钻井井位和钻井靶区****油气田开发油气田开发油气田开发油气田开发*开发注采井网的部署*注水方式的确定*酸化压裂方案的设计****石油钻井石油钻井石油钻井石油钻井*定向井井斜方位的确定及井眼轨迹的设计*套损和井壁失稳的机理研究及其预防措施的制定*套管以及套管组合设计2、裂缝（节理）研究在其他方面的意义节理的研究在理论上和实践上都具有重要意义，就石油行业而言，对节理的研究更为重要。�节理常是石油和天然气的主要运移通道和储集场所，在某些致密的储集层中，节理几乎是唯一的运移通道和储集场所。�节理发育的密度和开启程度，不仅影响油气的渗透运移和聚集，还会影响油气的采收率。�随着石油勘探开发的深入，相对简单的背斜型均质油藏已越来越少，而较复杂的非均质裂缝型油藏是今后一段时期内勘探的主要目标之一。�节理对地下水及其它一些矿床的分布有着重要影响。�构造节理的产状、性质和分布规律与褶皱、断层有密切的成因联系。二、有关裂缝的基础理论1111、裂缝类型*人工诱导裂缝（非天然裂缝）*钻井诱导裂缝*水压致裂缝*天然裂缝非构造缝*原生缝（成岩过程中形成的）*收缩缝(火山岩的柱状节理、沉积岩中的干裂等)*层间缝(层面、层理等)*压溶缝(缝合线，有的缝合线并非原生的、而是构造成