裂缝预测讲座PPT

威远气田寒武系储层裂缝发育 综合研究
一、区域地质背景 二、碳酸盐储层裂缝的成因及预测 三、裂缝三维定量参数场及模型的建立 四、寒武系洗象池组构造裂缝特征及预测
一、区域地质背景
区域地理位置
威远气田地理位置图
区域构造背景及演化
区域构造背景
四川盆地南部构造分布示意图
区域构造旋回
一、扬子旋回
晋宁运动是发生在震且纪以前的一次强烈构造运动，它使前震旦纪地 槽褶皱回返，会理群、峨边群、火地垭群、板溪群等发生变质，并伴有 岩浆侵入，扬子准地台普遍固结成为统—基底。晋宁运动还形成了安宁 河、龙门山、城口等深断裂，这些深断裂控制了扬子准地台的西部和北 部边界，成为后期发展中地台与地槽的分界线。
2.二叠系、三叠系古构造发展及构造垂变的控制作用
二叠系阳新统顶面与三叠系嘉陵江组底面古构造发展特征是一致的， 主要为向东倾伏明显的隆起形态，并在白垩纪初期，在威远、内江一带 形成圈闭隆起或向东倾伏极为微弱的隆起形态，其位置偏离现今二、三 叠系构造轴线之南侧。经地面构造形态与白垩纪初期出现的古构造对比 ，“现今”二叠系构造高点在威基井、威二井、东兴场间，“现今”三 叠系嘉陵江组底面构造高点在地面构造的臭水河高部，轴线经由山王场 、威基井、东兴场、保华场与地面构造极大吻合起来了。
（2）构造应力场与构造裂缝之间的关系 在构造应力场高值区，构造裂缝也相对发育。裂缝发育的构
造控制因素主要有构造应力的大小、性质、受力期次、变形环 境和变形阶段等。
（3）断层与裂缝发育程度之间的关系 断层活动所派生的构造力无疑对裂缝的产生是有利的。这
种应力场应当随离开断层距离的增大而减小。裂缝密度高值 主要集中于靠近断层处的一定区域内，而超过这一区域似乎 就不大明显。 （4）孔隙度
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碳酸盐储层裂缝的预测
威远气田寒武系气藏洗象池组属于碳酸盐岩气藏，它的储集 空间主要是孔隙、构造缝以及在构造缝基础上改造形成的裂缝等 ，其中构造变形是储集层形成裂缝的主要因素。影响裂缝发育的 因素有很多，如岩层的厚度、脆性成分含量、孔隙度、构造变形 等，但是影响裂缝发育的关键因素还是构造变形程度。因此，当 储层在纵向上变化不大时，选用构造主曲率法对碳酸盐岩油气藏 裂缝发育及分布期次进行预测是可行的，计算结果主要反映现今 构造裂缝的展布情况。
通过实测地面露头裂缝缝宽，来确定地下裂缝宽度的上限，推测地 下裂缝宽度一般不会超过该范围。
（3）方位
确定地下裂缝方位，可应用7个方面的资料：①与褶皱有关的裂缝理 论分析方位；②断层系统所显示的裂缝方位；③岩心实测裂缝方位； ④裂缝测井解释的裂缝方位和现今地应力方位；⑤古地磁测定及微电 阻率扫描确定的裂缝方位；⑥露头测量的裂缝方位；⑦曲率分析、有 限元法及断裂力学方法计算得到的裂缝分布方位。
二、加里东旋回
加里东运动有三期：第一期在震旦纪末(桐湾运动)，表现为大规模抬升， 灯影组上部广遭剥蚀，与寒武系间为假整合接触；
第二期在中晚奥陶世之间，但在四川盆地表现不明显； 第三期在志留纪末(晚加里东运动)，是一次涉及范围广而且影响深远的地 壳运动。大型的隆起和坳陷以及断块的升降活动还是比较突出的，如贵州黔 中隆起和四川乐山－龙女寺隆起。
397.8 -580.7
215.7
168.2
90.8 -785.7
233.3 -667.7
242.6 -682.9
-909.7
-1133.7 -1024.7
-1098.7
-1182.7 -1037.7
-1477.7
-1341.7
-2414.2
-2215.5
构造垂向变迁的主控因素
1.震旦系顶面古构造发展及构造垂变的控制作用
二、碳酸盐岩储层 裂缝的成因及预测
裂缝的成因
构造成因 （1）局部构造裂缝一般是指其形成与局部构造事件相伴生或 受局部构造应力场控制的裂缝。可分为与断层有关的裂缝和与 褶皱有关的裂缝。
（2）区域构造裂缝是指裂缝的形成直接受区域构造应力场控 制的裂缝。这种裂缝的主要特征是：裂缝在地表大面积内发育 ，分布广泛，方位变化相对较小，产状稳定，不受局部构造控 制。裂缝两侧无明显水平错断，裂缝多与岩层层面垂直或高角 度相交。
岩层内受热，岩石在冷却过程中发生收缩产生的裂缝。
（4）风化、剥蚀、淋滤作用 在岩层顶面附近长期遭受风化剥蚀，岩石机械破裂形成的裂缝。
或在炎热气候条件下，粘土沉积物或灰泥沉积物出露地表因风化失 水产生收缩形成的收缩裂缝。 （5）矿物的相变作用
沉积岩中的碳酸盐岩和粘土组成的矿物相变诱导体积减小而形 成的裂缝。例如，从方解石向白云石的化学转变可以导致体积变化 等。 （6）异常流体压力的作用
构造张裂缝示意图
（2）构造主曲率计算方法
趋势面拟合法： 趋势面拟合法是将含有地质特征的观测值分离成趋势值及观测值两部
分，然后提取满足某种形式的、代表曲面的二元函数，用以拟合地质特征 的趋势面变化。
将构造面抽象为一个数学曲面W=W（x,y）,它在点（x,y）处的三维最 大主曲率为：
1/ R1, 2 H H 2 K
岩层内的异常流体压力与天然水压裂缝的形成、已有裂缝的开启 和封闭具有密切的关系。
影响裂缝发育的地质因素
（1）岩性与裂缝发育程度的关系 岩性对储集层构造裂缝的影响主要表现在岩石含脆性组分高
低、岩石结构及岩石力学参数等。构造缝优先选择在白云岩类 中形成破裂，灰岩次之，花岗片麻岩相对较差。地层中的泥岩 层为相对塑性层，裂缝不发育。
地下裂缝间距的预测
影响裂缝间距的主要因素
（1）裂缝渗透率
裂缝渗透率与裂缝宽度和裂缝间距关系图
（2）裂缝孔隙度
裂缝孔隙度与裂缝宽度和裂缝间距关系图
（3）成分 Sinclair 曾指出裂缝密度与岩性的关系：岩石的脆性越大，裂缝密度越
大，间距越小。岩石中的脆性成分主要是石英、长石、白云岩和方解石等 ，裂缝的发育程度依白云岩、灰质白云岩和石灰岩的顺序依次降低。
1.构造主曲率法
（1）基本原理
当岩石受构造应力挤压时，会沿某一方向发生弯曲（初始岩层是无弯曲的 岩层），中性面以上部位承受拉张应力而形成张裂缝。中性面以下则承受挤 压力，不能形成张裂缝。曲率法是根据岩层发生形变与曲率的关系来预测裂 缝的分布，一般曲率越大，张应力也越大，张裂缝也越发育，曲率值可间接 反映张裂缝的多少（相对值 ）。
曲面差分法： 变差函数是指区域变化量（x）在x与x＋h两点处的增量的方差之半，即区
域化变量在相距为h的任意两点处的平方差值的一半。根据样品点计算的变差 函数叫试验变差函数，差分法的曲率计算与趋势面中的曲率计算是相同的。
倾角变化率法： 根据地震剖面图或地震构造图测定相距△S两点的倾角变化率，
作为两点曲率近似值。
三、海西旋回
在该旋回中影响到四川盆地范围的运动主要有泥盆纪末的柳江运动、石 炭纪末的云南运动和早、晚二叠世之间的东吴运动。其性质皆属升降运动， 造成地层缺失和上下地层间呈假整合接触。
四、印支旋回
早印支运动以拾升为主，早中三叠世闭塞海结束，海水退出上扬子地台， 从此大规模海侵基本结束，代之以四川盆地为主体的大型内陆湖盆开始出 现，是区内由海相沉积转为内陆湖相沉积的重要转折时期。早印支运动还 在盆地内出现了北东向的大型隆起和坳陷。
构Biblioteka Baidu主曲率法应用前提
裂缝的曲率分析方法建立了破裂作用与油层厚度和构造曲率 之间的关系，并计算了与此相关的裂缝孔隙度和渗透率。这种 方法需要以下的假设前提： （1）岩石是脆性的，并且主要靠破裂作用来屈服，且裂缝的形 成是由于地层的弯曲变形，而非其它因素所致，如覆盖层的侵 蚀，岩石体积的收缩等； （2）研究的地层必须满足前述力学模型，即岩层是受力变形而 弯曲的； （3）曲率值只能反映弯曲岩层面上由于弯曲派生的抗张应力而 形成的张性裂缝的多少； （4）不考虑岩层的塑性变形。
裂缝定量化表征参数的确定
（1）长度
研究认为地下裂缝长度主要受到以下几个参数的影响： ①风化作用； ②围岩压力、温度； ③构造位置。在地表条件下，岩石脆性强，裂缝发育，且往往夸大了硬 岩层的裂缝，掩盖了软岩层的裂缝。
（2）宽度
裂缝宽度的预测主要有以下几种方法： 1）岩心实测
岩心上所量取的裂缝宽度为视宽度，要根据测量面与缝面的夹角进行 换算，得到真实的裂缝宽度。其计算公式如下：
2.构造主曲率法计算方法的选择
由于威远构造是一个穹隆背斜构造，构造内断层 规模较小、数量较少，主要以威1断层为主。因此 断层对构造主曲率值的计算影响不大。综合分析和 对比以上几种计算方法，我们认为选取分块趋势面 拟合计算方法更能真实的反应构造曲率值以及裂缝 分布特征。
三、裂缝三维定量参数场 形成及模型建立
威远构造特征
威远构造区域位置图
寒武系构造圈闭特征
威远构造寒武系顶界构造图
寒武系构造圈闭断层特征
四川盆地威远构造寒武系断层分布图
威远构造纵向变化特征
轴部构造变异特性
威远构造地腹相关层位的海拔高度
井号 层系
威基井 浅1井
浅4井
威3井
威2井
威6井
Tc3顶面 P1顶面 S顶面 O顶面 ∈顶面 Z顶面
六、喜山旋回
早喜山运动使震旦纪至早第三世以来的沉积盖层全面褶皱，并把不同时 期不同地域的褶皱和断裂连成一体，从此盆地的构造格局基本定型。
晚喜山运动在川西表现得十分清楚，大邑砾岩有很强烈的构造变动就是 这次运动的证据。经过这次运动，早喜山期形成的构造进一步得到加强和改 造，最终定型构成现今四川盆地的构造面貌。
样条函数法：
R lim
S0 S S
这是一种曲线拟合的方法，通常以三次样条函数来模拟复杂的曲线
轨迹。曲率半径计算公式：
R
1 d 2 z / dx2
三点法： 数据网格化后，在每一行上依次提取等间距三点的海拔高度，在
构造剖面上便构成一个圆弧。根据点距及深度即可计算圆心坐标，进 而求出三点的平均曲率值R。
威远构造从侏罗纪开始隆起位置向南移，于白垩纪初期，已与现今 构造轴部相吻合。隆起形态愈向后期愈明显。由于白垩纪初期震旦系 顶面向东倾伏的鼻状隆起形态，使“现今”震旦系顶面构造高点向西 偏移到东兴场地区，这说明了长期向东倾伏鼻状隆起的古构造，是使 现今古生界构造高点向西偏移的基本控制因素。
构造垂向变迁的主控因素
缝洞发育程度与孔隙度关系
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0
5
10
15
缝洞分布密度（个/m）
裂缝发育程度与渗透率关系图
缝洞的发育程度与储层 孔隙度具有较强的正相 关关系，由此说明碳酸 盐岩储层次生孔隙的发 育对提高储层储集性能 起到重要作用。
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缝洞的发育与渗透 率无明显的相关性 ，由此说明发育的 缝洞中很能以洞为 主，同时缝洞的发 育具有很强的非均 质性。
' cos
式中：ε—裂缝面真实宽度，cm； ε、—裂缝面视宽度，cm； θ—测量面与裂缝面的夹角（º）。
2）缝宽与围压的关系 研究表明，随围岩压力增大，裂缝宽度迅速变小。但到一定围压（
埋深）时，缝宽随围压变化很小，且砂岩变化剧烈，泥岩变化平缓。 3）实验室模拟
根据实验室模拟地下情况对碳酸盐岩样品压裂测试其缝宽。 4）地面露头测量
非构造成因
（1）脱水收缩作用 脱水收缩作用在三维沉积物空间内发育三维多边形的网络，且裂缝
间隔小，形成所谓的“鸡笼状”储集空间，裂缝系统在三维空间中互 相连通 。 （2）沉积载荷作用
由沉积载荷使岩层负载引起的成岩期压溶作用形成的裂缝，或由于 卸载，岩层的负载减小，应力释放，岩层内部产生膨胀、隆起和破裂 ，从而形成的裂缝。 （3）温度梯度作用
晚印支运动在西侧的甘孜－阿坝地槽区表现异常强烈，使三叠系及其下 伏的古生代地层全面回返，褶皱变形，并伴有中酸性岩浆侵入，形成区域 性地层变质。
五、燕山旋回
燕山旋回期，当时盆地范围可能遍及整个上扬子区，且有几个沉积中 心，如四川、西昌、楚雄等。四川盆地受燕山旋回各构造幕运动影响，在 侏罗纪、白垩纪发展阶段总的趋势是盆地周边地区开始褶皱回返，古陆崛 起，沉积盆地范围逐步向内压缩。其间各古陆前缘的沉降中心时有迁移， 但受川中稳定基底制约，围绕威远－龙女寺一带的中间隆起呈环状分布。
通过研究岩石强度与孔隙度之间的关系，认为岩石强度随 孔隙度的增加而降低，且这种关系为非线性的。同时指出， 具有相似成分和结构的低孔隙岩石要比高孔隙度岩石具有更 密集的裂缝间距和更多的裂缝。
裂缝发育对储层物性影响
35
30
25
孔隙度（%）
20
15
10
5
渗透率（×10-3μm）
0
0
5
10
15
缝洞分布密度（个/m）