[科普中国]-裂缝性储层

研究现状

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Masanobu Oda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.Gong Dilland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Barton C.C. (1985)、Hirata(1989)、Thomas and Blin-lacroix(1989)、Velde B. and Duboes J (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，Barton C.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。1

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E3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。1

类型裂缝性储层一般有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。

裂缝成因及其与构造的关系裂缝（除成岩缝外）形成与构造的形成与发展演化密不可分，在构造运动的不同阶段，随着构造形成与发展，会形成或派生出不同类型的构造裂缝。因此，在一次构造运动中，往往会形成多种类型的裂缝。裂缝的类型、发育程度等与构造应力场、裂缝发育的构造部位、以及构造运动的持续时期、期次、岩石的性质、厚度等多种因素有关。

任何岩石的弹性变形和塑性变形总是有一定限度，当应力达到或超过岩石的强度极限时，岩石内部的结合力遭到破坏，就会产生破裂面，岩石失去连续完整性，这时就发生断裂变形，强度极限又称破裂极限。

岩石在外力作用下抵抗破坏的能力称为强度。同一岩石的强度极限值，在不同性质的应力作用下，差别很大。

通常岩石的强度有如下特点：岩石的抗压强度大于抗剪强度大于抗张强度。

岩石的断裂变形有两种方式：张裂和剪裂

张裂：是在外力作用下，当张应力达到或超过岩石的抗张强度时，在垂直于主张应力轴或平行于主压应力轴方向上产生的断裂。形成张裂缝（张节理）。

剪裂：是岩石在剪应力作用下发生剪切破坏时所产生的断裂。形成剪裂缝（剪节理）。

岩石性质不同，破裂方式也不同，在韧性材料中，当张应力达到D点时，开始出现细颈化现象。此时外力不增加，变形仍就继续发展，达E点时，出来在细颈处断裂，断口呈不平坦形态。

脆性材料在拉伸状态下的破裂方式，没有细颈化现象，多直接表现为张裂。

自然界的各种天然裂缝（主要是构造裂缝）就是在岩层受到构造应力场作用时，当应力超过其强度极限时，而产生和发育的，所以裂缝与其他构造是相互伴生的，在成因上是密不可分的。1

影响因素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。1