致密砂岩储层多尺度裂缝渗透率定量表征及开发意义

唐雁刚，张荣虎，魏红兴，王俊鹏，王 珂,

(1.中国石油塔里木油田分公司，新疆 库尔勒 841000；2.中国石油杭州地质研究院，浙江 杭州 310023)

0 引 言

致密砂岩储层泛指空气渗透率小于1×10-3μm2、孔隙度小于10%的砂岩储层[1-2]。由于强烈的压实作用和胶结作用，致密砂岩储层仅靠基质孔隙难以形成高效的渗流系统，而构造裂缝往往是改善此类储层渗透率的关键因素[3- 4]。针对致密砂岩储层构造裂缝，前人从成因、分布规律、控制因素等诸多方面开展了大量研究，形成了较为系统的裂缝评价体系[5-9]。但前人多将不同尺度的裂缝进行整体描述，并未考虑裂缝尺度不同造成的渗透率差异，导致在开发实践中往往出现裂缝的分布与单井产能不匹配甚至相反的情况出现，制约了油气田的高效开发。以库车坳陷克深5气藏致密砂岩储层为例，将不同尺度的裂缝划分为4个级别，定量计算每个级别裂缝的渗透率，并探讨其与产能的关系及对开发井位部署的指导作用，以期为克深5气藏的高效开发提供一定的理论指导。

1 地质背景

克深5气藏位于塔里木盆地库车坳陷克拉苏构造带上，是连接大北段和克深段的纽带，整体表现为NE—SW走向的长轴背斜，南北两侧均为NW倾向的边界断裂所分割。克深5气藏的含气层位为下白垩统巴什基奇克组的致密砂岩，埋深大于6 200 m，与上覆古近系库姆格列木群的膏盐岩层呈角度不整合接触，与下伏下白垩统巴西改组整合接触。目的层巴什基奇克组以粉—细砂岩、泥质粉—细砂岩和薄层泥岩为主，总厚度约为240 m，上部为辫状河三角洲前缘沉积，下部为扇三角洲前缘沉积[10-11]。岩心物性测试显示，目的层基质孔隙度平均为3%，基质渗透率平均为0.018×10-3μm2，属于超深层致密砂岩储层。岩心、成像测井及开发资料均表明，克深5气藏巴什基奇克组构造裂缝发育，是改善储层渗流性能的主要因素。

2 多尺度裂缝渗透率定量表征

裂缝的尺度主要指裂缝的有效开度与长度，参考VAN Golf-Racht的裂缝分级方案[12]，并结合克深5气藏的实际情况，将裂缝按照有效开度和长度不同划分为Ⅰ—Ⅳ共4个级别。各个级别裂缝的渗透率可根据式(1)进行计算[13]：

K=b3D/12

(1)

式中：K为裂缝渗透率，10-3μm2；b为裂缝有效开度，mm；D为裂缝线密度，条/m。

Ⅰ级裂缝长度通常大于10.0 m，有效开度通常大于10.0 mm，数量较少，在野外露头较常见(图1)，成像测井图像上偶见，但在岩心上很少见到。露头上Ⅰ级裂缝的有效开度一般为1.0～3.0 cm，线密度约为0.10条/m，根据式(1)，可以计算出Ⅰ级裂缝的渗透率约为8 300.0×10-3～225 000.0×10-3μm2。

Ⅱ级裂缝的长度为1.0～10.0 m，有效开度为1.0～10.0 mm，在岩心和成像测井图像上均能很好地识别出来，通常为直立缝或高角度缝，可见部分方解石充填(图2)。以克深505井为例，该井成像测井识别出的Ⅱ级裂缝线密度约为0.21条/m，平均有效开度约为1.5 mm，利用式(1)计算出的裂缝渗透率约为59.1×10-3μm2。

Ⅲ级裂缝的长度在0.1～1.0 m，有效开度为0.1～1.0 mm，在岩心上肉眼可见，但在成像测井图像上不能很好地识别出来，通常也为直立缝或高角度缝，部分裂缝被方解石充填(图3)。仍以克深505井为例，该井岩心上识别出的Ⅲ级裂缝线密度约为1.00条/m，平均有效开度约为0.4 mm，利用式(1)计算出的裂缝渗透率为5.3×10-3μm2。

Ⅳ级裂缝的长度一般小于0.1 m，有效开度小于0.1 mm。克深5气藏的Ⅳ级裂缝以穿粒缝为主，粒内缝和粒缘缝发育较少(图4)。仍以克深505井为例，该井Ⅳ级裂缝平均有效开度约为25.0 μm，若假设线密度为1.00条/m，根据式(1)计算出的裂缝渗透率仅约为1.3×10-6μm2。这表明Ⅳ级裂缝对提高储层渗透率的贡献较小。

3 开发意义

3.1 裂缝与产能的关系

以往的大量研究都将裂缝线密度高值区作为油气高效开发的潜力区，但裂缝线密度并不能准确地反映裂缝的真正渗流能力，因为相比于裂缝线密度，裂缝有效开度对渗透率的影响更大，因此，根据裂缝线密度高值区判断出的高效开发潜力区可能与实际情况有较大偏差。由式(1)可知，裂缝的渗透率与线密度呈线性正相关，但与有效开度的三次方呈正相关，表明裂缝有效开度对渗透率的贡献要高于裂缝线密度。

通过对克深5气藏多尺度裂缝的渗透率定量计算后发现，大尺度裂缝的有效开度较大，对储层渗透率的贡献明显大于小尺度裂缝，尽管前者的线密度可能远小于后者。例如，克深505井Ⅱ级裂缝的平均有效开度为1.5 mm，线密度为0.21条/m，提供的渗透率为59.1×10-3μm2，而Ⅲ级裂缝的线密度虽然可达1.00条/m，但平均有效开度仅为0.4 mm，可提供的渗透率仅为5.3×10-3μm2。这表明较高的裂缝线密度并不总是意味着较高的产能，而裂缝有效开度对产能的影响更大。因此，在对致密砂岩储层裂缝进行评价时，不仅要分析裂缝的线密度，还应采用FMI成像测井解释、岩心ICT扫描等方法获得裂缝的有效开度，并根据式(1)计算裂缝的渗透率，这样才能尽可能客观地评价裂缝对储层物性的改造作用。

图1 卡普沙良河露头区Ⅰ级裂缝特征

图2 克深505井Ⅱ级裂缝特征

裂缝的有效开度主要受充填程度和现今主应力方位的影响。充填程度的影响因素较复杂，可能与裂缝的形成早晚、后期流体活动等有关，一般来说裂缝形成越早，经历的胶结作用时间就越长，相应的充填程度也就越高，后期酸性流体的作用会对早期裂缝充填物溶蚀改造，一定程度上降低裂缝的充填程度，提高裂缝有效性。当裂缝走向与现今水平最大主应力方位呈大角度相交时，裂缝会在应力作用下逐渐闭合，使裂缝有效开度降低，有效性变差；反之，当裂缝走向与现今水平最大主应力方位呈小角度相交时，裂缝的有效开度可得到较好的保存，有效性较好。克深5气藏单井裂缝走向与现今地应力方位的对比表明，两者基本一致，因此，影响裂缝有效开度的主要因素为裂缝的充填程度。通过岩心观察发现，克深5气藏的西侧裂缝充填程度较高，有效开度较小，产能相对较低，而东侧的裂缝充填程度相对较低，有效开度较大，产能相对较高。

图3 克深505井Ⅲ级裂缝特征

图4 克深505井Ⅳ级裂缝特征

3.2 裂缝与开发井位部署

成像测井上识别出的裂缝主要为Ⅱ级裂缝，因此，根据成像测井解释得到的裂缝线密度也主要是Ⅱ级裂缝的线密度(表1)。岩心观察统计表明，不同井点Ⅱ级裂缝的有效开度也有一定差异。由表1可知，单井日产量与裂缝线密度并不成正比关系，但与裂缝有效开度对应较好，也表明裂缝有效开度对产能的影响大于裂缝线密度。另外，根据表1并结合构造图可知，位于背斜东侧的井(克深504井和克深505井)具有较高的裂缝有效开度，日产量最高，其次为背斜高点的克深506井，其他部位的井(克深501井和克深503井)裂缝有效开度较小，日产量低。因此，克深5气藏背斜东侧的裂缝有效性较好，具有高产潜力，应作为后续开发井部署的重点区域。

表1 克深5气藏单井裂缝线密度、有效开度与日产量关系

4 结 论

(1) 按照裂缝尺度，可将克深5气藏的裂缝分为4个级别:Ⅰ级裂缝线密度最小，但提供的渗透率最大；Ⅱ级裂缝和Ⅲ级裂缝数量较多，提供的渗透率中等；Ⅳ级裂缝对渗透率的贡献较小，主要起改善孔隙结构的作用。

(2) 裂缝线密度不能准确地反映裂缝的真正渗流能力，裂缝线密度高不一定代表产能也高，而裂缝有效开度对产能的影响更大，应作为裂缝性储层评价的一个重要参数。

(3) 克深5气藏背斜东侧裂缝充填程度较低，裂缝有效开度较大，日产量高，应作为后续开发井部署的重点区域。