地质力学学报  2019, Vol. 25 Issue (2): 177-186
引用本文
张继标, 刘士林, 戴俊生, 张仲培. 塔里木盆地玉北地区奥陶系储层构造裂缝定量预测[J]. 地质力学学报, 2019, 25(2): 177-186.
ZHANG Jibiao, LIU Shilin, DAI Junsheng, ZHANG Zhongpei. THE QUANTITATIVE PREDICTION OF STRUCTURAL FRACTURES IN ORDOVICIAN RESERVOIR IN YU-BEI AREA, TARIM BASIN[J]. Journal of Geomechanics, 2019, 25(2): 177-186.
塔里木盆地玉北地区奥陶系储层构造裂缝定量预测
张继标1 , 刘士林1 , 戴俊生2 , 张仲培1     
1. 中国石化石油勘探开发研究院西北勘探研究中心, 北京 100083;
2. 中国石油大学(华东)地球科学与技术学院, 山东 青岛 266580
摘要:在应用有限元法对塔里木盆地玉北地区不同裂缝发育期古构造应力场进行数值模拟的基础上,根据岩石破裂准则及应变能守恒,构建裂缝参数与构造应力间定量模型,开展储层裂缝定量预测。研究结果表明:玉北地区奥陶系储层内部裂缝以构造缝为主,其发育受构造位置控制作用明显,主要在加里东晚期—海西早期及海西晚期发育,加里东晚期—海西早期裂缝密度主要介于0.04~0.2条/m之间,海西晚期裂缝密度主要介于0.2~2.0条/m之间,且海西晚期构造运动对早期裂缝改造作用明显,受海西晚期构造运动改造,早期裂缝开启性明显提高,裂缝开度平均提高78.6%;加里东晚期—海西早期及海西晚期两期裂缝继承性发育区,裂缝发育程度及开启性高,更有利于油气运移与聚集,为油气富集有利区。
关键词裂缝    定量预测    应力    数值模拟    玉北地区    
DOI10.12090/j.issn.1006-6616.2019.25.02.016     文章编号:1006-6616(2019)02-0177-10
THE QUANTITATIVE PREDICTION OF STRUCTURAL FRACTURES IN ORDOVICIAN RESERVOIR IN YU-BEI AREA, TARIM BASIN
ZHANG Jibiao1 , LIU Shilin1 , DAI Junsheng2 , ZHANG Zhongpei1     
1. Research Institute of Petroleum Exploration and Development, SINOPEC, Beijing 100083, China;
2. School of Geoscience, China University of Petroleum(East China), Qingdao 266580, Shandong, China
Abstract: Based on the finite element method, the numerical simulation of the paleo tectonic stress field in different fracture development stages in Yu-bei area was carried out. Further more, according to the rock failure criterion and strain energy conservation, the fracture parameters were calculated based on the quantitative relationship between the stress and fracture. The results show that the fractures in Ordovician reservoirs in Yu-bei area are mainly structural fractures, and their development are obviously controlled by the structural position. The structural fractures mainly developed in late Caledonian-early Hercynian and late Hercynian period. The fracture density is dominant between 0.04~0.2 strip/m in late Caledonian-early Hercynian, and between 0.2~2.0 strip/m in late Hercynian. The stress in late Hercynian has an obvious influence on the early fractures. With the influence of structural movement in late Hercynian, the aperture increased obviously by 78.6% on average. The fractures developed both in late Caledonian-early Hercynian and late Hercynian have high density and aperture, which are more favorable for hydrocarbon migration and accumulation as potential oil and gas enrichment area.
Key words: fracture    quantitative prediction    stress    numerical simulation    Yu-bei area    

塔里木盆地玉北地区经历多期构造运动,奥陶系碳酸盐岩储层储集空间主要以孔洞、裂缝为主[1],储层孔渗特征与裂缝关系密切,裂缝型储层普遍发育,基于岩心裂缝观察及成像测井解释结果认为[2],该区主要发育构造缝、溶蚀缝和成岩缝3种类型裂缝,其中构造缝占主导,且具有多期性,但其空间展布规律一直认识不清,这也制约了该地区油气勘探成果的进一步扩大,因而需要开展储层裂缝预测工作。目前常用的裂缝预测方法主要有井点约束法[3]、分形几何法[4]、基于地震属性的裂缝预测方法及应力场数值模拟法等[5~6],井点约束法精度有限,分形几何法及基于地震属性的裂缝预测方法受地震资料品质、分辨率及处理方法限制,且不能实现分期预测。目前常用的应力场数值模拟法主要以有效张应力的概念刻度裂缝,难以实现定量预测,因而文章在常规应力场数值模拟的基础上,根据断裂力学的相关理论,基于岩石破裂准则,通过构建地应力与裂缝开度、密度等参数之间的定量关系,并考虑后期构造运动对早期裂缝参数的改造,力争实现储层构造裂缝的分期定量预测。

1 地质概况及裂缝发育特征

玉北地区位于塔里木盆地西南部麦盖提斜坡区东部(图 1),主力勘探层位为奥陶系,断裂控储控藏作用明显,目前已在玉北1高陡断裂—褶皱构造带获得工业油气流,中西部平台区、东部高陡断裂—褶皱构造带及主干断裂带间的构造低部位均获得良好油气显示[7~8]。玉北地区东部自西向东主要发育6条北东走向的高陡断裂—褶皱构造带(图 2),断裂类型主要为逆冲断裂、走滑断裂及逆冲—走滑复合型断裂,分段特征明显。受控于塔里木盆地的多旋回构造演化,该区主要经历3期断裂活动,分别为加里东中期、加里东晚期—海西早期与海西晚期[9],其中加里东晚期—海西早期为断裂主要活动期,海西晚期仅西部断裂继承性活动(玉北7及玉北1构造带等)。基于该地区9口井岩心、12口井成像测井及镜下薄片资料分析[2],认为玉北地区奥陶系储层内部裂缝发育,主要有构造缝、溶蚀缝和成岩缝三种,其中构造缝占主导。受控于不同断裂带活动强度及分段特征差异,构造缝发育特征不尽相同,其中玉北1构造带主要发育高角度—近垂直剪切裂缝,走向以北东向为主(图 2),裂缝开度大,被方解石全充填—半充填;玉东3构造带主要发育两组高角度剪切裂缝,其中一组被方解石充填,另一组被沥青质充填,且沿缝面具有弱溶蚀特征,走向以北西—近南北走向为主,另沿玉东3构造带局部密集发育网状缝,推测为断裂附近破碎带;玉北7构造带主要发育一组走向北西西—北西的被方解石全充填的高角度剪切裂缝;主干断裂带间的构造低部位主要发育一组高角度—近垂直剪切裂缝,北北西走向为主,沥青质充填。总体玉北地区沿高陡断裂—褶皱构造带裂缝发育程度明显高于主干断裂带之间的构造低部位,构造裂缝发育特征与程度的差异主要与所处构造位置有关。

图 1 研究区构造位置 Fig. 1 The structural location of the research area

图 2 玉北地区东部断裂平面展布及裂缝方位[2] Fig. 2 The fault distribution in plane and fracture azimuth in Yu-bei area
2 构造应力与裂缝参数间定量模型

岩石受力达到破裂极限时会发生破裂形成裂缝,这一破裂极限需要一定的破裂准则来判定,一般在压应力条件下选用库伦-莫尔准则,张应力条件下选用格里菲斯准则[10~11]

压应力环境下,岩石三向主应力均大于零,岩石发生剪切破裂,根据库伦-莫尔准则有:

$ \frac{{{\sigma _1} - {\sigma _3}}}{2} \ge {C_0}{\rm{cos}}\varphi + \frac{{{\sigma _1} + {\sigma _3}}}{2}{\rm{sin}}\varphi $ (1)

公式中:C0为岩石的内聚力,φ为内摩擦角,这两个参数对特定岩石而言为常数,可以通过岩石物理测试得到。压应力条件下岩石主要发生剪切破裂,因而重点以最大与最小主应力之间的差应力作为判别依据。

张应力环境下,岩石所受最小主应力小于零,根据最大主应力与最小主应力的相对大小关系,具有以下两种不同判据[12]

当(σ1+3σ3)≥0时:

$ \left\{ {\begin{array}{*{20}{c}} \begin{array}{l} {({\sigma _1} - {\sigma _2})^2} + {({\sigma _2} - {\sigma _3})^2} + {({\sigma _3} - {\sigma _1})^2} \ge \\ {\rm{ }}\;\;\;24{\sigma _{\rm{T}}}({\sigma _1} + {\sigma _2} + {\sigma _3}) \end{array}\\ {{\rm{cos}}2\theta = \frac{{{\sigma _1} - {\sigma _3}}}{{2({\sigma _1} + {\sigma _3})}}\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;} \end{array}} \right. $ (2)

当(σ1+3σ3) < 0时:

$ \left\{ {\begin{array}{*{20}{c}} {{\sigma _3} = - {\sigma _{\rm{T}}}}\\ {\theta = 0\;\;\;\;} \end{array}} \right. $ (3)

公式中:σT为岩石抗张强度,对特定岩石为常数;θ为岩石破裂角。

根据弹性力学相关理论,弹性材料受力发生变形时,其内部积聚弹性应变能,当弹性应变能释放率达到产生单位面积裂缝体表面所需能量时,岩石发生破裂,产生裂缝,释放的应变能等于新增裂缝表面能与断面能之和,其中断面能主要以弹性波的形式释放,且能量很小,可忽略不计,因此可以认为岩石破裂释放的弹性应变能约等于裂缝表面能[13~14]。如果把ωf看作是单元体当前应变能密度减去要产生裂缝必须克服的弹性应变能密度ωe后剩余的应变能密度,则裂缝体积密度Dvf的计算公式[15~17]为:

$ {D_{{\rm{vf}}}} = \frac{{{S_{\rm{f}}}}}{V} = \frac{{{{\bar \omega }_{\rm{f}}}}}{J} = \frac{{\bar \omega - {{\bar \omega }_{\rm{e}}}}}{{{J_0} + \Delta J}} $ (4)

公式中:ω为当前裂缝应变能密度;ωe为产生裂缝必须克服的应变能密度;J0为零围压表面能密度,常数,可通过物理测试得到;ΔJ为围压条件下最小主应力阻力产生的表面能密度;Sf为岩石裂缝面积;V为单元体积;J为表面能密度。根据广义虎克定律,产生裂缝克服的应变能密度ωe、裂缝表面能密度J可以用对应状态下的应力、应变表示,考虑岩石在不同应力状态下破裂方式有差异,因而分别构建不同应力状态下对应产生裂缝的开度、密度等参数计算模型。

挤压应力条件下:

$ \left\{ {\begin{array}{*{20}{c}} {{\sigma _{\rm{p}}} = \frac{{2{C_0}{\rm{sin}}2\theta + (1 + {\rm{cos}}2\theta ){\sigma _3}}}{{1 - {\rm{cos}}2\theta }}\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;}\\ {{D_{{\rm{vf}}}} = \frac{{E({\sigma _1}{\varepsilon _1} + {\sigma _2}{\varepsilon _2} + {\sigma _3}{\varepsilon _3}) - k{\sigma _{\rm{p}}}(k{\sigma _{\rm{p}}} - 2\mu ({\sigma _2} + {\sigma _3}))}}{{2E({J_0} + {\sigma _3}b)}}}\\ {{D_{{\rm{lf}}}} = \frac{{2{D_{{\rm{vf}}}}{L_1}{L_3}{\rm{sin}}\theta {\rm{cos}}\theta - {L_1}{\rm{sin}}\theta - {L_3}{\rm{cos}}\theta }}{{{L^2}_1{\rm{si}}{{\rm{n}}^2}\theta + {L^2}_3{\rm{co}}{{\rm{s}}^2}\theta }}\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;}\\ {b = \frac{{{\varepsilon _{\rm{f}}}}}{{{D_{{\rm{lf}}}}}} = \frac{{|{\varepsilon _3}| - |{\varepsilon _0}|}}{{{D_{{\rm{lf}}}}}}\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;} \end{array}} \right. $ (5)

拉张应力条件下:

$ \left\{ {\begin{array}{*{20}{l}} {{D_{{\rm{vf}}}} = \frac{{E({\sigma _1}{\varepsilon _1} + {\sigma _2}{\varepsilon _2} + {\sigma _3}{\varepsilon _3}) - {\sigma ^2}_{\rm{t}}}}{{2E({J_0} + {\sigma _3}b){\rm{ }}}}}\\ {{D_{{\rm{lf}}}} = \frac{{2{D_{{\rm{vf}}}}{L_1}{L_3}{\rm{sin}}\theta {\rm{cos}}\theta - {L_1}{\rm{sin}}\theta - {L_3}{\rm{cos}}\theta }}{{{L^2}_1{\rm{si}}{{\rm{n}}^2}\theta + {L^2}_3{\rm{co}}{{\rm{s}}^2}\theta }}, 或{D_{{\rm{lf}}}} = {D_{{\rm{vf}}}}}\\ {b = \frac{{|{\varepsilon _3}| - |{\varepsilon _{\rm{t}}}|}}{{{D_{{\rm{lf}}}}}}} \end{array}} \right. $ (6)

公式(5)、(6)中:σ1σ2σ3为三轴主应力,ε1ε2ε3为对应主应变,εf为岩石所处应力条件下对应裂缝应变,可以通过应力场数值模拟结果提取,k为常数(p对应产生前兆裂缝时的最大主应力),σt为岩石抗张强度,εt为对应岩石弹性变形的最大张应变,ε0为前兆裂缝时对应的最小主应变,μ为泊松比,E为弹性模量,C0为岩石的内聚力,θ为岩石破裂角,以上参数可以通过物理测试得到;L1L3为最大主应力、最小主应力方向的单元网格长度,取决于数值模拟单元长度,一般取值L1为1 m,L3小于L1。公式中4个目标未知量分别为最大主应力临界值σp、裂缝体密度Dvf、裂缝线密度Dlf、裂缝开度b,方程组存在固定解,从而可以建立不同应力条件下裂缝开度、密度与应力、应变的定量模型。

3 裂缝参数定量计算

玉北地区主要经历3期构造运动,不同构造时期构造应力场方向、构造运动的性质及强度有差异。加里东中期,玉北地区主要受到来自盆地东南部的挤压力作用,逆冲断裂开始发育,同时伴生相关褶皱;加里东晚期—海西早期,盆地东南部持续遭受挤压,断裂强烈逆冲,地层变形强烈,高陡断裂—褶皱构造带基本定型;海西晚期,应力场方向发生偏转,以近南北向挤压应力作用为主,受此控制,玉北地区西部玉北7、玉北1等构造带继承性活动,而东部则基本停止活动。在多期构造运动的控制下,玉北地区一系列北东向构造带发生差异构造变形,局部应力状态有差异,因而其控制的裂缝发育规律也不尽相同。文章通过有限元法,基于构建的地应力与裂缝开度、密度等参数之间的定量模型,在数值模拟不同地质历史时期古构造应力的基础上,开展了构造裂缝的分期定量预测。

基于有限元的应力场数值模拟,其基本思路是将不规则地质体离散成有限个连续的规则单元,通过对每个规则单元内的应力、应变分别计算,进而求得整个复杂模型的近似解[18],主要步骤包括地质及力学模型构建、网格划分、模型约束及加载和求解运算。地质模型的构建是数值模拟的基础,重点依据不同地质时期的古地貌和断裂展布,考虑到不同岩石性质、结构及断裂带内外岩石强度的差异,需要对其赋予不同的岩石力学参数[19],力学参数可以通过钻井样品试验获得(表 1)。在此基础上,根据岩石所处的温压条件及变形特性,选择合适的单元进行网格剖分,进一步,根据不同地质历史时期古构造应力场条件对模型进行加载求解,模拟得到模型内部局部最大、最小、中间主应力及剪应力等的分布。

表 1 不同岩石样品力学参数 Table 1 Mechanical parameters of different rock samples
3.1 加里东中期

加里东中期构造应力场数值模拟地质模型的建立主要根据玉北地区鹰山组顶面良里塔格组沉积前(加里东中期Ⅰ幕)古地貌图,并结合力学参数构建力学模型,进一步根据不同岩石的应变特性选用不同的单元类型进行网格划分以得到有限元模型。针对玉北地区,主要选用solid45单元将实体地质模型网格化,该单元通过8节点构建三维有限元模型,单元具大变形及大应变能力,最接近于实际地质体,并最终划分出48350个单元,参与运算的节点数为9849个。

塔里木盆地中奥陶世时由伸展体制转变为挤压体制,发生强烈的逆冲推覆—褶皱变形,玉北地区在北西—南东向的挤压力作用下,发育一系列北东向的逆冲断裂—褶皱构造。为方便加载,在目的模型外构建辅助模型,实现应力传递,并可减少边界效应的影响。根据加里东中期古构造应力场方向及玉北地区受力情况(图 3),在辅助模型南部及东部边界施加挤压力,固定其北部边界的南北方向位移和西部边界的东西方向位移,同时约束模型底面的垂向位移,上覆岩层重力通过岩层厚度及密度等参数自动计算。

图 3 模拟区有限元模型及受力方式示意图 Fig. 3 The finite element model and schematic diagram of stress mode in the simulation area

在以上模型约束和加载条件下对模型进行求解运算,模拟得到三轴主应力大小及方向的分布,进一步根据裂缝与地应力间定量模型,定量计算储层裂缝密度及开度,由预测结果(图 4)可以看出,加里东中期裂缝线密度普遍较小,小于0.02条/m,裂缝发育程度低,东南部裂缝发育程度较西北部高;裂缝开度也较小,一般小于0.22 mm,局部达0.4 mm,且东南部裂缝开启程度更低。

a-裂缝密度; b-裂缝开度 图 4 鹰山组顶面加里东中期裂缝密度及开度分布图 Fig. 4 The distribution of fracture density and aperture in top Yingshan formation in middle Caledonian
3.2 加里东晚期—海西早期

加里东晚期—海西早期地质模型的建立主要根据玉北地区鹰山组顶面志留系沉积前古地貌图,确定力学参数后,选择solid45单元将实体模型网格化,共划分出105999个单元,22617个节点。奥陶纪末,库地洋消减闭合,塔里木地块与中昆仑地体拼合,在塔里木地块南缘形成了塔里木南部前陆冲断带,受南部持续挤压作用,玉北地区受来自东南部的挤压力(图 3),发育北东向扭动构造,因而对该时期模型的加载条件为在模型东南边界施加挤压力,以此为基础开展应力场数值模拟与裂缝预测。

根据加里东晚期—海西早期裂缝预测结果(图 5),裂缝线密度呈北东—南西向条带状展布,模型东南部裂缝密度大,西北部裂缝密度小,整体小于0.2条/m,主要介于0.04~0.2条/m之间,沿断裂带裂缝密度明显增大,断裂带内裂缝线密度主要介于0.11~0.22条/m之间,主要与断裂带内岩石弹性模量小、泊松比大、岩石易于变形产生破裂有关;裂缝开度也呈北东—南西向条带状展布,但分布趋势同裂缝线密度分布趋势相反,模型东南部裂缝开度小,西北部裂缝开度大,整体小于0.6 mm,沿断裂带裂缝开度明显变小,推测可能为沿断裂带裂缝走向与主应力方向近垂直,岩石易于形变闭合。

a-裂缝密度; b-裂缝开度 图 5 鹰山组顶面加里东晚—海西早期裂缝密度及开度分布图 Fig. 5 The distribution of fracture density and aperture in top Yingshan formation in late Caledonian-early Hercynian
3.3 海西晚期

海西晚期构造应力场数值模拟地质模型的建立主要根据玉北地区鹰山组顶面海西早期古地貌图,在确定力学参数的基础上,应用solid45单元共划分出51148个单元,9825个节点。根据构造解析结果,玉北地区海西晚期断裂主要为继承性活动的断裂,呈北东走向,且北东向断裂活动强度自西向东(玉北7—玉北1—玉东3断裂)有逐渐减弱的趋势。动力学成因上,这类断裂的发育主要受控于塔里木盆地北部南天山洋的俯冲消减以及闭合后的碰撞造山运动,与南天山洋海西早期开始的自东向西“剪刀式”闭合造成的挤压作用有关,挤压应力导致该时期断裂的发育。因而玉北地区在该时期主要挤压方向为近南北向(图 3),东西方向为次。因而对海西晚期古地质模型加载情况为在模型北边界及东西边界施加差异挤压力。

根据海西晚期裂缝预测结果(图 6),裂缝线密度主要介于0.2~2.0条/m之间,整体该时期裂缝密度较大,特别是沿北东向主干断裂带,局部达3.5条/m。裂缝开度亦较早期明显增大,特别是在西部地区,局部大于1.2 mm,较强的裂缝发育强度及开启程度,更有利于油气运移与聚集。

a-裂缝密度; b-裂缝开度 图 6 鹰山组顶面海西晚期裂缝密度及开度分布图 Fig. 6 The distribution of fracture density and aperture in top Yingshan formation in late Hercynian

对比不同时期裂缝预测结果可以看出,玉北地区奥陶系储层内部裂缝主要在加里东晚期—海西早期及海西晚期两期发育,其中海西晚期裂缝发育程度最高,裂缝密度主要介于0.2~2.0条/m之间,加里东晚期—海西早期裂缝密度主要介于0.04~0.2条/m之间,加里东中期裂缝基本不发育,裂缝密度小于0.02条/m。

3.4 预测结果验证

数值模拟方法是为了对裂缝的井间分布进行预测,模拟出的结果应该尽可能的实现井点的拟合,井点裂缝参数的符合程度是检验数值模拟结果好坏的直接标准。由于裂缝密度受后期构造应力影响较小,因而通过对比预测裂缝密度与通过测井统计的裂缝密度对模拟结果进行验证。根据上述玉北地区各时期裂缝预测结果,奥陶系储层内部裂缝主要在海西晚期发育,且在海西晚期之后,该区断裂基本不活动,少有裂缝发育,海西晚期裂缝发育密度接近于现今裂缝密度,因而主要通过对比该时期裂缝密度预测结果与岩心、成像解释结果来对预测结果进行验证(表 2)。根据单井裂缝实测值与预测值对比可以看出,裂缝密度预测值与统计值之间吻合性高,误差在10%左右,说明预测结果真实可信。裂缝预测密度值一般较大,这是因为成像测井识别的裂缝数量要小于实际裂缝数量,且仅对宏观裂缝进行统计,没有统计微观裂缝,因而裂缝线密度统计结果相对较小。

表 2 海西晚期裂缝预测密度与统计密度对比表 Table 2 Comparison table between predicted and statistical parameters in late Hercynian
4 后期构造运动对早期裂缝参数的改造

玉北地区经历多期构造运动,多期裂缝发育,各期裂缝相互影响,后期构造运动对古裂缝的改造作用明显:垂直裂缝破裂面挤压应力条件下,裂缝趋于闭合,虽然现实条件下裂缝不可能完全闭合,裂缝密度变化不大,但裂缝开度却明显变小,而在平行裂缝破裂面挤压应力条件下,裂缝可能进一步开启,从而导致裂缝开度变大。因而在考虑多期应力场叠加对裂缝参数的改造条件下进行的储层裂缝参数定量预测才是可信且具有实用价值的。后期挤压应力场条件下,考虑正应力和剪应力对裂缝开度的影响,R.Willis等[21]、Jing等[22]及Hicks等[23]提出了基于古裂缝开度的开度修正模型:

$ {b_m} = \frac{{{b_0}}}{{1 + 9\sigma _{^n}^\prime /{\sigma _{nref}}}} $ (7)

公式中,σn为有效正应力,为正应力与裂缝中流体压力之差,Pa;σnref为使裂缝开度降低90%的有效正应力[24],Pa;bm为经后期构造运动改造后的裂缝开度,b0为裂缝初始开度。

根据裂缝预测结果,玉北地区奥陶系储层内部加里东中期裂缝发育较少,裂缝主要在加里东晚期—海西早期及海西晚期发育,而海西晚期后玉北地区再无经历大的构造运动,因而重点考虑海西晚期构造运动对加里东晚期—海西早期裂缝参数的改造作用。对比两期裂缝开度预测结果可以看出(图 5b图 6b表 3),除玉北2井裂缝开度降低以外,其余7口井海西晚期裂缝开度比早期均有不同程度增加,加里东晚期—海西早期预测8口钻井奥陶系顶面裂缝开度平均约0.175 mm,经海西晚期构造运动改造,平均裂缝开度约0.3125 mm,整体提高78.6%,据此可以认为,海西晚期构造运动对早期裂缝参数改造作用明显,裂缝开度明显增大,有效性明显提高。

表 3 海西晚期构造运动改造后裂缝开度对比表 Table 3 Comparison table between the fracture aperture in late Caledonian-early Hercynian and late Hercynian
5 有利裂缝发育区优选

根据裂缝预测结果,玉北地区奥陶系储层内部加里东中期裂缝发育较少,裂缝主要在加里东晚期—海西早期及海西晚期发育,且海西晚期构造运动对早期裂缝的改造作用明显,受海西晚期构造改造,裂缝开启性明显提高,利于油气聚集,且海西晚期发育裂缝线密度及开度也均较高。因而可以认为,沿叠加发育加里东晚期—海西早期及海西晚期两期构造运动的高陡断裂—褶皱区,裂缝发育程度高、开度大,裂缝更有效。

综合玉北地区构造解析及裂缝预测结果,玉北地区东部主要发育加里东中期及加里东晚期—海西早期裂缝,加里东中期裂缝密度小,发育程度低,加里东晚期—海西早期裂缝虽然发育程度较高,但由于缺乏海西晚期构造运动的改造,开启程度低,难以构成有效的流体渗流网络,对岩溶储层的发育贡献小,且由于东部构造变形更强烈,地层冲断较高,有效裂缝发育区可能已被剥蚀殆尽,而残留裂缝基本被方解石全充填,因而不利于油气的运聚成藏。而西部主要发育加里东晚期—海西早期及海西晚期两期裂缝,裂缝发育程度高,且海西晚期构造运动使早期北东向和南北向裂缝进一步开启,为大气淡水的下渗提供了良好的通道,利于岩溶缝洞型储层的发育,也为后期油气运聚与保存提供了良好的通道与储集空间,因而更利于油气富集[25~27]。根据以上分析,玉北地区沿叠加发育加里东晚期—海西早期及海西晚期两期构造运动的高陡断裂—褶皱带分布、且与断裂走向近平行的北东、近南北走向高角度裂缝开启程度更高,对奥陶系储层发育贡献最大,更有利于油气聚集。由于玉北1、玉北7构造带经历加里东晚期—海西早期及海西晚期两期构造运动的叠加改造,且根据裂缝统计结果,玉北1构造带发育北东走向裂缝,玉北7构造带蓬莱坝组发育近南北走向裂缝,因而这两类地区应为下一步勘探重点。

6 结论

(1) 裂缝预测结果显示,玉北地区奥陶系储层内部构造裂缝主要在加里东晚期—海西早期及海西晚期发育,其中海西晚期裂缝发育程度最高,裂缝密度主要介于0.2~2.0条/m之间,加里东晚期—海西早期裂缝密度主要介于0.04~0.2条/m之间,加里东中期裂缝基本不发育,裂缝密度小于0.02条/m。预测结果与成像测井解释结果吻合性高,预测结果真实可信。

(2) 对比裂缝开度预测结果可知,加里东晚期—海西早期奥陶系顶面裂缝开度平均约0.175 mm,经海西晚期构造运动改造,平均裂缝开度约0.3125 mm,整体提高78.6%,海西晚期构造应力对早期裂缝改造作用明显,受海西晚期近南北向挤压应力作用,早期近南北或北东走向裂缝进一步开启,裂缝开度明显增大。

(3) 综合玉北地区构造解析及裂缝预测结果可知,沿叠加发育加里东晚期—海西早期及海西晚期两期构造运动的高陡断裂—褶皱带分布,且与断裂走向近平行的北东、近南北走向高角度裂缝开启程度更高,更利于奥陶系岩溶缝洞型储层的发育及油气富集。

参考文献/References
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