儲(chǔ)層裂縫預(yù)測(cè)研究

第一章 裂縫及裂縫性?xún)?chǔ)層

第一節(jié) 儲(chǔ)層裂縫類(lèi)型及特征

一、裂縫的定義

二、裂縫類(lèi)型及特征

第二節(jié) 裂縫形成的力學(xué)機(jī)制

一、應(yīng)力分析

二、應(yīng)力—變形關(guān)系

三、應(yīng)力、應(yīng)變與破裂的關(guān)系

四、巖石破裂過(guò)程的一般特征和格里菲斯裂紋

五、裂縫的擴(kuò)展形式

六、巖性和圍壓對(duì)變形特征和破裂擴(kuò)展的影響

第三節(jié) 裂縫性?xún)?chǔ)層及其特征

一、裂縫性?xún)?chǔ)層的定義

二、裂縫性?xún)?chǔ)層的分類(lèi)

三、各類(lèi)儲(chǔ)層主要特征

第四節(jié) 裂縫發(fā)育的主要控制因素

一、巖性

二、層厚

三、構(gòu)造部位

四、應(yīng)力

第五節(jié) 裂縫對(duì)油田開(kāi)發(fā)的影響

一、裂縫對(duì)油氣井生產(chǎn)能力的影響

二、裂縫對(duì)注水效果的影響

三、裂縫對(duì)油氣藏分布規(guī)律的影響

第六節(jié) 我國(guó)裂縫性油田的裂縫特征

一、成因上以構(gòu)造裂縫為主

二、產(chǎn)狀上以高角度縫為主

三、方位上與所處盆地的構(gòu)造體制有明顯的關(guān)系

四、裂縫發(fā)育程度受構(gòu)造部位、層厚和巖性控制明顯

五、裂縫規(guī)模總體較小

六、以閉合縫為主

七、裂縫孔滲較小以增加儲(chǔ)層導(dǎo)流能力為主

八、動(dòng)態(tài)上油井自然產(chǎn)能低但后期作用明顯

第二章 儲(chǔ)層裂縫研究方法和裂縫識(shí)別

第一節(jié) 儲(chǔ)層裂縫研究歷史和發(fā)展趨勢(shì)

一、儲(chǔ)層裂縫研究發(fā)展史

二、國(guó)外儲(chǔ)層裂縫研究的主要方法和特點(diǎn)

三、我國(guó)儲(chǔ)層裂縫研究的主要方法及特點(diǎn)

四、儲(chǔ)層裂縫研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)

第二節(jié) 裂縫研究的主要方法和流程

一、裂縫研究的主要方法

二、裂縫研究的復(fù)雜性

三、裂縫研究的主要技術(shù)路線(xiàn)和評(píng)價(jià)內(nèi)容

第三節(jié) 巖心和露頭裂縫觀(guān)測(cè)方法

一、巖心裂縫觀(guān)測(cè)方法及內(nèi)容

二、露頭裂縫觀(guān)測(cè)方法及內(nèi)容

三、裂縫觀(guān)測(cè)資料的分析整理

第四節(jié) 裂縫的動(dòng)態(tài)識(shí)別標(biāo)志

一、鉆井顯示

二、試井顯示

三、壓裂曲線(xiàn)顯示

四、注水顯示

五、油田生產(chǎn)顯示

第五節(jié) 利用儲(chǔ)層物性數(shù)據(jù)間的異常關(guān)系間接判斷裂縫的存在

一、巖心孔隙度與滲透率關(guān)系

二、全巖心的垂直與水平滲透率關(guān)系

三、巖心滲透率與試井滲透率

四、通過(guò)分析孔隙度間接判斷裂縫的存在

第六節(jié)裂縫的存在利用巖石力學(xué)特征確定應(yīng)力和預(yù)測(cè)裂縫

一、巖石聲發(fā)射實(shí)驗(yàn)與裂縫形成期次、強(qiáng)度的關(guān)系

二、受載巖石破裂試驗(yàn)與形成構(gòu)造裂縫和斷裂的關(guān)系

三、利用巖石應(yīng)力特征確定就地三向應(yīng)力的大小

四、用古地磁方法確定巖心在地層中方向

五、其他確定地層中天然裂縫及應(yīng)力分布的方法

第三章 裂縫表征參數(shù)及其確定方法

第一節(jié) 裂縫密度

一、概念

二、裂縫間距指數(shù)法確定構(gòu)造裂縫密度

三、利用裂縫與層厚的關(guān)系求構(gòu)造裂縫密度或間距

四、利用裂縫的切穿深度求構(gòu)造裂縫密度或間距

五、利用地層傾角估計(jì)裂縫密度

六、利用裂縫與斷裂的關(guān)系估計(jì)裂縫密度

七、利用構(gòu)造曲率法或裂縫數(shù)值模擬方法計(jì)算裂縫密度

八、分形方法求取裂縫密度

九、利用示蹤劑計(jì)算裂縫參數(shù)

十、微觀(guān)裂縫密度及其確定方法

第二節(jié) 裂縫延伸長(zhǎng)度

一、基本方程建立的假設(shè)條件

二、基本方程

三、裂縫三維延伸模型的解

四、結(jié)果分析

五、裂縫切穿深度

第三節(jié) 裂縫寬度

一、巖石模擬實(shí)驗(yàn)法

二、根據(jù)裂縫的體積壓縮系數(shù)計(jì)算

三、利用有限元數(shù)值模擬方法計(jì)算裂縫寬度

四、利用凈應(yīng)力和裂縫滲透率之間的關(guān)系預(yù)測(cè)裂縫寬度

第四節(jié) 裂縫傾角

第五節(jié) 裂縫方位

第四章 裂縫孔隙度和滲透率及其確定方法

第一節(jié) 孔隙度

一、體積法

二、開(kāi)度法

三、曲率法

四、面積法

五、裂縫體積密度法

六、測(cè)井法

七、試井法

八、綜合法

第二節(jié) 滲透率

一、滲透率計(jì)算方法

二、理論計(jì)算法

三、數(shù)值模擬法

四、構(gòu)造變形法

五、經(jīng)驗(yàn)估計(jì)法

六、開(kāi)度法

七、圖版法

八、面積法

九、根據(jù)生產(chǎn)測(cè)井和試井資料確定滲透率

十、動(dòng)態(tài)資料約束下的滲透率計(jì)算方法

十一、裂縫滲透率與地應(yīng)力和壓力的關(guān)系

……

第五章 裂縫性?xún)?chǔ)層的測(cè)井探測(cè)和解釋

第六童 裂縫的地震識(shí)別和預(yù)測(cè)

第七章 構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)及裂縫數(shù)值模擬技術(shù)

第八章 裂縫地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)和裂縫地質(zhì)建模

第九章 儲(chǔ)層裂縫識(shí)別與預(yù)測(cè)研究實(shí)例

第十章 當(dāng)今主要裂縫建模軟件介紹

參考文獻(xiàn)

《儲(chǔ)層裂縫預(yù)測(cè)研究》比較全面地闡述了我國(guó)裂縫性砂巖油田裂縫的主要特征及其研究方法，在裂縫識(shí)別、描述、預(yù)測(cè)及建模等方面都反映了裂縫研究的最新成果?？晒氖聝?chǔ)層裂縫研究、油藏描述和地質(zhì)理論研究的專(zhuān)業(yè)研究人員、油田勘探開(kāi)發(fā)工作者及相關(guān)專(zhuān)業(yè)的高校師生參考和借鑒。

裂縫性?xún)?chǔ)層國(guó)外研究現(xiàn)狀

1968年，G.H. Murry將構(gòu)造橫剖面看作彎曲的“梁”，用幾何方法導(dǎo)出了剖面曲率值與裂縫孔隙度之間的計(jì)算公式，對(duì)裂縫作了初步定量研究。1971年，他進(jìn)行了關(guān)于構(gòu)造主曲率和裂縫發(fā)育的關(guān)系的研究。1982年日本的Masanobu Oda引進(jìn)裂隙張量來(lái)研究各向異性裂隙巖體的孔隙性指數(shù)。80年代初，美國(guó)的范.高爾夫─拉特才寫(xiě)成了關(guān)于裂縫油藏工程的專(zhuān)著，基本形成了裂縫型儲(chǔ)層研究的理論和方法，但專(zhuān)著卻不是針對(duì)裂縫本身的研究。

上世紀(jì)70年代，隨著分形幾何學(xué)概念的提出，國(guó)外學(xué)者逐漸把這一理論引入儲(chǔ)層裂縫研究領(lǐng)域。 1980年P(guān).L.Gong Dilland從理論上證明分形理論可用于碳酸鹽巖地區(qū)裂縫的研究，并介紹了用分形理論建立裂縫分布的實(shí)際模型。隨后Barton C.C. (1985)、Hirata(1989)、Thomas and Blin-lacroix(1989)、Velde B. and Duboes J (1990)、Main(1990)等人又把這一理論用于其他巖石裂縫的研究，并在斷層幾何形態(tài)的描述、裂縫數(shù)與裂縫長(zhǎng)度、裂縫寬度和密度、裂縫平面分布的研究方面取得了較大進(jìn)展。到1995年，Barton C.C.通過(guò)研究認(rèn)為，當(dāng)裂縫的分維D大于1.34，裂縫就能構(gòu)成互相滲流的裂縫網(wǎng)絡(luò)。

除了理論上的發(fā)展外，國(guó)外專(zhuān)家學(xué)者在儲(chǔ)層裂縫的識(shí)別上也作出了突出的貢獻(xiàn)。90年代后，國(guó)外在裂縫的測(cè)井識(shí)別、地震識(shí)別上取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。測(cè)井方面新方法和新設(shè)備主要體現(xiàn)在：電磁測(cè)向儀、CT掃描儀、微Lambda測(cè)井、環(huán)形聲波測(cè)井、成像測(cè)井(FMI)、全井眼地層微電阻率成像(FMI)、DSI偶極橫波成像儀和井下電視儀(BHTV)等，這些方法和設(shè)備能測(cè)量出儲(chǔ)層裂縫的傾角、走向、寬度、長(zhǎng)度、視孔隙度，以及裂縫的充填與開(kāi)啟程度，甚至能識(shí)別出微裂縫及亞微觀(guān)裂縫。

裂縫性?xún)?chǔ)層國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)對(duì)儲(chǔ)層裂縫研究工作開(kāi)展得較早，技術(shù)手段處于較先進(jìn)的水平，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）定性分析和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)的預(yù)測(cè)裂縫方法

50年代后期開(kāi)始，四川油氣田的地質(zhì)工作者根據(jù)構(gòu)造形態(tài)特征和斷層部位等構(gòu)造組合特征，提出尋找裂縫的“一占一沿”（即布置油氣井位置時(shí)要占褶皺構(gòu)造的高點(diǎn)，沿褶皺的長(zhǎng)軸，），“三占三沿”（占高點(diǎn)、沿長(zhǎng)軸，占鞍部、沿扭曲，占鼻突、沿?cái)嗔眩叭蛉淮颉保ù蛲共淮虬迹蚬安淮驈?，?duì)斷層打上盤(pán)不打下盤(pán)）等經(jīng)驗(yàn)方法。這種方法主要是基于構(gòu)造特征定性分析和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)的預(yù)測(cè)裂縫方法。

（2）利用測(cè)井手段和地震信息識(shí)別和預(yù)測(cè)裂縫

80年代以來(lái)，由于國(guó)際交流與合作加劇，國(guó)內(nèi)大量引進(jìn)了國(guó)外先進(jìn)的儀器和設(shè)備。在引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)與設(shè)備的同時(shí)，國(guó)內(nèi)專(zhuān)家學(xué)者也在數(shù)據(jù)的處理上有所發(fā)展，如在分析處理地震S波分析資料上，國(guó)外提出了旋轉(zhuǎn)方法(Ando,1983)、偏振法(Crampin,1985)、旋轉(zhuǎn)相關(guān)法(Bowman,1987)和縱橫比方法(Smith,1989)四種方法，而在國(guó)內(nèi)也相應(yīng)提出了四種方法，即最大似然法、最大特征向量法、波形算法和自適應(yīng)慢S波法。

利用測(cè)井和地震手段來(lái)識(shí)別裂縫，準(zhǔn)確地說(shuō)不能叫預(yù)測(cè)裂縫。同時(shí)測(cè)井與地震識(shí)別裂縫費(fèi)用也高，且存在多解性，很難對(duì)裂縫進(jìn)行準(zhǔn)確的定量預(yù)測(cè)。

（3）非線(xiàn)性理論方法檢測(cè)和識(shí)別地下裂縫

和國(guó)外一樣，非線(xiàn)性理論也主要應(yīng)用分形理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)方法對(duì)裂縫進(jìn)行檢測(cè)和識(shí)別，但總體來(lái)說(shuō)也不成熟。如1992年趙陽(yáng)升在研究煤巖體裂縫分布規(guī)律后指出，小尺寸巖體與大尺寸巖體裂縫數(shù)存在一種自相似性。1995年彭仕宓等利用分形理論對(duì)柴達(dá)木盆地南翼山E₃儲(chǔ)層裂縫進(jìn)行了預(yù)測(cè)，指出裂縫發(fā)育與構(gòu)造及斷層有著直接關(guān)系。

（4）據(jù)構(gòu)造應(yīng)力的分析研究預(yù)測(cè)裂縫

構(gòu)造應(yīng)力作用是裂縫形成的根本原因，根據(jù)對(duì)構(gòu)造應(yīng)力研究來(lái)預(yù)測(cè)裂縫的發(fā)育分布，應(yīng)該是裂縫預(yù)測(cè)的主要方向。國(guó)內(nèi)不少學(xué)者對(duì)此問(wèn)題作過(guò)探索，但對(duì)于構(gòu)造應(yīng)力的求解方式、構(gòu)造應(yīng)力與裂縫的關(guān)系問(wèn)題上，以及相關(guān)方法的適用性方面，也存在較大分歧或問(wèn)題。

1982年和1988年，成都理工大學(xué)曾錦光教授先后提出了“應(yīng)用構(gòu)造面主曲率研究油氣藏裂縫問(wèn)題”和“用屈曲薄板模擬縱彎褶皺的力學(xué)模型”，建立了分析褶皺應(yīng)力場(chǎng)的計(jì)算方法。隨后在1994年他建立了斷層古應(yīng)力場(chǎng)解析計(jì)算方法，從而提出了斷層裂縫系統(tǒng)分布的預(yù)測(cè)方法。這些工作，為用力學(xué)理論來(lái)解決裂縫預(yù)測(cè)問(wèn)題提供了一個(gè)良好的開(kāi)端。但由于其基礎(chǔ)或理論依據(jù)過(guò)于理想化，所使用的解析計(jì)算方法在實(shí)際應(yīng)用中存在的問(wèn)題，實(shí)際使用效果不太理想。

上世紀(jì)80年代末90年代初，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，構(gòu)造應(yīng)力的研究和數(shù)值模擬計(jì)算取得了重大進(jìn)展，國(guó)內(nèi)的殷有泉、陳子光、安歐、宋惠珍、黃潤(rùn)秋、胡明和秦啟榮等人在這一領(lǐng)域里做了大量的工作，推動(dòng)了相關(guān)學(xué)科的發(fā)展。

90年代末至今，越來(lái)越多的人開(kāi)始從構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的角度應(yīng)用數(shù)值模擬方法研究裂縫的定量預(yù)測(cè)，但這些工作大都是針對(duì)單個(gè)構(gòu)造進(jìn)行，或是僅為儲(chǔ)層滲流的目的來(lái)研究裂縫。而系統(tǒng)、全面地從理論角度研究應(yīng)用構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行區(qū)域性裂縫預(yù)測(cè)卻很少，所以，今后主要要在這一方面進(jìn)行研究，進(jìn)而摸索出一套進(jìn)行區(qū)域性古構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)數(shù)值模擬的帶規(guī)律性的理論與方法。

裂縫性?xún)?chǔ)層一般有3種類(lèi)型：

一類(lèi)是致密巖類(lèi)，如四川盆地下二疊統(tǒng)（陽(yáng)新統(tǒng)），其巖石基質(zhì)孔隙度小于1%，滲透率小于0.1毫達(dá)西，因其構(gòu)造裂縫發(fā)育形成而形成了有效的儲(chǔ)、滲空間；

第二類(lèi)是古風(fēng)化殼溶蝕孔、洞儲(chǔ)集層，滲透率極低，一般小于0.01個(gè)毫達(dá)西，但與后期構(gòu)造裂縫搭配，形成了裂縫—孔洞（穴）型儲(chǔ)層，如四川盆地的震旦系和奧陶系儲(chǔ)集層；

第三類(lèi)是低孔隙儲(chǔ)集層，如四川東部的石炭系碳酸鹽巖（孔隙度3%～4%）、上三疊統(tǒng)須家河組砂巖（孔隙度5%～6%），他們的基質(zhì)孔隙滲透率很低，一般在0.01毫達(dá)西左右，只有當(dāng)構(gòu)造裂縫發(fā)育的地區(qū)，才能形成裂縫—孔隙型儲(chǔ)集層，形成工業(yè)性的天然氣藏。