济阳坳陷不同岩性组合储集层裂缝形成研究

侯静宇

济阳坳陷不同岩性组合储集层裂缝形成研究

侯静宇

（西北大学 大陆动力学国家重点实验室/地质学系，陕西 西安 710069）

裂缝是良好的油气储集空间，但是针对不同岩性组合储集层类型所产生的裂缝研究有所不足。济阳坳陷储集层按岩性可分为：砂岩-细粒岩组合型储集层、细粒岩组合型储集层、不同粒度砂岩储集层和基岩储集层。通过岩心观察和薄片分析，可知不同粒度砂岩对于细粒岩有着不同程度的影响，在相同应力条件下，砂岩随着粒度的变大，形变量也变大，与接触的刚性细粒岩应变差值也变大，裂缝的数量和大小会增大。同时砂岩相对于细粒岩厚度越大，对于与之相接触的细粒岩破坏程度和范围越大，细粒岩会发育出更多的裂缝，有利于改善储层的储集性能。断层经过的地层附近会产生大量的裂缝，形成有利的储集空间，对于四种类型的储集层的储集性能具有重要的改善意义。

裂缝； 岩性组合； 储集层； 断层

油气赋存于储层之中，人们一般将砂岩、碳酸盐岩作为传统意义上的储层。但是，近年来随着非常规油气勘探的不断深入，特别是页岩油气、致密砂岩油气、煤层气等勘探开发的快速发展，传统意义上的储集层也发生了变化。济阳坳陷泥岩储集层成为了勘探热点，也发现了一大批高产的泥岩高产井，如罗42井、大18井和义151井等。而在三角洲、浊积扇等沉积区域，在沙三段、沙四上亚段存在着砂岩-细粒岩组合型的储集层，具有良好的储集性能。

前人评价储层主要是通过岩心、薄片、扫描电镜、Ｘ-射线衍射、物性、有机碳含量、岩石热解等分析测试工作去研究储层的物性特征、孔渗特征以及孔喉结构等。但是，不同岩性组合接触界面附近产生的裂缝以及断层穿过的地层附近产生的裂缝对于储集层储集性能的改善研究不够，本文将进一步研究断层和岩性构造变形对于不同岩性组合储集层影响下裂缝发育的情况，完善非常规储集层评价，促进油气勘探。

1 济阳坳陷储集层岩性组合类型

表1 基于矿物成分的沉积岩岩性与岩石粒度的关系

济阳坳陷储集层按岩性（表1、表2）可分为：砂岩-细粒岩组合型储集层、细粒岩组合型储集层、不同粒度砂岩储集层、基岩储集层。砂岩-细粒岩储集层可分为：砂岩-泥岩组合型储集层和砂岩-碳酸盐岩组合型储集层。细粒岩组合型储集层可分为：粘土杂岩-碳酸盐岩组合型储集层、有机质-碳酸盐岩组合型储集层和膏盐岩-碳酸盐岩组合型储集层。基岩储集层分为：火成岩储集层和碳酸盐岩储集层。

表2 沉积岩粒度与矿物成分的关系

2 构造变形对不同岩性组合储层的影响

2.1 砂岩-细粒岩组合型储集层裂缝

2.1.1 不同粒度砂岩-细粒岩组合型储集层裂缝

由砂岩、细粒岩应力应变曲线可知（图1），当岩石样品在同样的压力条件下，细粒岩样品的径向应变值小于砂岩样品的径向应变值。因此，在同样应力环境下，砂岩形变量大于细粒岩形变量，而相对刚性的细粒岩首先破裂，在砂岩与细粒岩接触界面附近形成垂直缝、斜交缝和平行层面缝，增大了储集空间，改善了储集性能。

图1 砂岩、细粒岩应力应变曲线

图2 砂岩细粒岩模式图（粗砂-中砂-细沙）

图3 砂岩-细粒岩裂缝发育情况

通过薄片、应力应变曲线观察，不同粒度的砂岩与细粒岩组合接触界面附近产生的裂缝发育情况也不一样。在相同应力条件下，砂岩随着粒度的变大，形变量也变大，与接触的细粒岩应变差值也变大，会形成数量更多、范围更大的裂缝，从而影响砂岩-细粒岩组合型储集层储集性能（图2、图3）。砂岩-细粒岩储集层储集性能排列：粗粒砂岩-细粒岩组合型储集层＞中粒砂岩-细粒岩组合型储集层＞细粒砂岩-细粒岩组合型储集层。

2.1.2 不同厚度砂岩-细粒岩组合型储集层裂缝

（1）砂厚细粒岩薄：砂岩厚度大，细粒岩厚度小。在同样压力下，砂岩应变值大于细粒岩，对于厚度小的相对刚性的细粒岩，影响范围更大，细粒岩破裂程度更大，其中细粒岩对于砂岩-细粒岩组合型储集层裂隙贡献度大。

（2）砂薄细粒岩厚：砂岩厚度小，细粒岩厚度大。在同样压力下，由于相对刚性的细粒岩厚度大，虽然砂岩应变值大于细粒岩，但是砂岩对于细粒岩影响范围和强度有限，在与砂岩接触的细粒岩界面附近的细粒岩中产生有限规模的裂缝。

（3）砂细粒岩互层：砂岩与细粒岩厚度较小，厚度的差异也较小。在同样压力下，砂岩对于细粒岩有一定的影响，与砂岩接触的细粒岩界面附近会发生一定程度的破裂，产生裂缝。

2.2 细粒岩组合型储集层裂缝

由不同岩石应力应变曲线可知，当岩石样品在同样的压力条件下，细粒岩样品中有机质的径向应变值＞泥岩的径向应变值＞碳酸盐岩样品的径向应变值。

对于泥岩和碳酸盐岩，在同样应力环境下，泥岩形变量大于碳酸盐岩形变量，而相对刚性的碳酸盐岩首先破裂，在泥岩与碳酸盐岩接触界面附近形成平行层面缝与少量的垂直缝和斜交缝，增大了储集空间，改善了储集性能。

对于有机质和碳酸盐岩，在同样应力环境下，由于有机质延展性很强，有机质会镶嵌到碳酸盐岩内存在的孔隙中去，减少了储集空间，削弱了储集性能。

2.3 不同粒度砂岩组合型储集层裂缝

在同样压力下，不同粒度砂岩形变量也会存在差异，粗粒砂岩形变量＞细粒砂岩形变量，在粗粒砂岩与细粒砂岩接触面附近的细粒砂岩中会发育一定平行于层面的裂缝，增大储集空间。

2.4 基岩储集层裂缝

基岩储集层可能是由缝隙发育且有运移通道连接烃源岩的碳酸盐岩、火成岩等构成的。由于基岩处于岩石的破裂段，会发育大量的裂缝，形成良好的储集空间，储集性能比较好。

3 断层对于不同岩性组合储层的影响

断层通过的地层附近会发育大量的裂缝，无论对于常规储层还是非常规储层都具有重要的意义，会极大改善储集性能。砂岩储集层具有一定孔隙度，储集性能较好，当有断层通过时，会增加储集空间，改善储集性能。细粒岩组合型储集层孔隙、裂隙不发育，本身储集性能差，当有断层通过时，会形成大量裂缝，使细粒岩储集性能极大改善。砂岩-细粒岩组合型储集层中，由于具有一定孔隙度的砂岩对于与之接触的细粒岩的影响，会在接触界面附近发育一定程度的裂缝，但裂缝对于有效孔隙度的贡献有限。如果有断层通过，在经过的地层附近会发育大量裂缝，改善储集性能。

4 结 论

（1）济阳坳陷存在砂岩-细粒岩组合型储集层（砂岩-泥岩组合型储集层、砂岩-碳酸盐岩组合型储集层）、细粒岩组合型储集层（粘土杂岩-碳酸盐岩组合型储集层、有机质-碳酸盐岩组合型储集层、膏盐岩-碳酸盐岩组合型储集层）、不同粒度砂岩储集层、基岩储集层（火成岩储集层、碳酸盐岩储集层）四种储集层类型。

（2）不同粒度的砂岩对于细粒岩有着不同程度的影响，在相同应力条件下，砂岩随着粒度的变大，形变量也变大，与接触的刚性细粒岩应变差值也变大，会形成数量更多、范围更大的裂缝，从而影响砂岩-细粒岩组合型储集层储集性能。

（3）砂岩相对于细粒岩厚度越大，对于与之相接触的细粒岩破坏程度和范围越大，细粒岩会发育出更多的裂缝，有利于改善储层的储集性能。

（4）断层经过的地层附近会产生大量的裂缝，形成有利的储集空间。当断层经过砂岩-细粒岩组合型储集层、细粒岩组合型储集层、不同粒度砂岩储集层、基岩储集层时，也会不同程度地改善其储集性能。

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Study on the Formation of Fractures in Different Lithologic Combination Reservoirs in Jiyang Depression

（Department of Geology, Northwest University, Shaanxi Xi’an 710069, China）

Fractures are good oil and gas storage space, but the research on fracture caused by different lithologic combination reservoir types is insufficient. According to the lithology, the reservoirs in Jiyang depression can be divided into three types: sandstone fine-grained rock combination reservoir, fine-grained rock combination reservoir, sandstone reservoir with different granularity and bedrock reservoir. Through core observation and thin section analysis, it can be seen that different grain size sandstones have different degrees of influence on fine-grained rocks. Under the same stress condition, with the increase of grain size, the shape variable becomes larger, the strain difference between the contact rigid fine-grained rocks becomes larger, and the number and size of fractures increase. At the same time, the greater the thickness of sandstone relative to fine-grained rock, the greater the damage degree and scope of fine-grained rock in contact with it, the more fractures develop in fine-grained rock, which is conducive to improving the reservoir performance. There are a lot of fractures near the strata where the faults pass, forming favorable reservoir space, which is of great significance to improve the reservoir performance of four types of reservoirs.

crack; lithological association; reservoir; fault

2019-11-26

侯静宇（1994-），男，硕士在读，陕西西安市人，研究方向：储层评价。

TE122

A

1004-0935（2020）02-0166-04