4 储层裂缝

3
（1）扩张裂缝 δ1、δ2 、δ3均为压应力→诱导→扩 张应力 → 超过临界值，发生扩张 →生成扩张裂缝： 扩张应力∥δ 3→破裂面⊥δ 破裂面∥（δ 1+δ 2）面
3
扩张裂缝常与共轭剪裂缝共生
（2）拉张裂缝 三个主应力中，至少有一个为拉张应力→ 超过临界值，发生拉张→生成拉张裂缝： 拉张应力δ i→破裂面⊥δ
•岩层非均质、主压力较小→趋向不规则
剪裂缝（单组）
剪切作用形成的裂缝
Calaveras Fault Hollister, California
2、张裂缝
•张应力→张裂缝 •张应力→超过扩张强度，发生断裂→张裂缝 •张裂缝一般具有一定开度，有的被后期矿物 充填或半充填 理论情况下： δ 张（岩层裂开方向）∥δ 3→破裂面⊥δ 破裂面∥（δ 1+δ 2）面 根据张应力类型，可将张裂缝分为二种： •扩张裂缝 •拉张裂缝
（2）逆断层
δ1为水平方向，δ3为垂直方向与逆 断层伴生的裂缝主要为：
•扩张裂缝：裂缝面⊥ δ 3 ，扩张 裂缝为水平缝。 •剪裂缝：发育共轭剪裂缝
与裂缝发育程度相关的因素有： •距断层面的距离 •断层位移量 •岩性
•岩体总应变 •埋深 •断层类型 一般地，断层附近裂缝较发育，随着与断层面距离的增加，裂 缝发育程度降低。 另外，据力学实验：断层末端、断层交汇区及断层外凸区是应 力集中区，也是裂缝相对发育带。
二、裂缝孔隙度
双重孔隙介质（两种孔隙度系统）： •基质岩块孔隙介质：孔隙分布比较均匀； •裂缝和（或）溶洞孔隙介质：孔隙分布很不均匀。 裂缝孔隙度：裂缝孔隙体积与岩石体积之比。
f
Φ f：裂缝孔隙度，一般Φ f＜0.5%； Vf：裂缝孔隙体积；V：岩石体积。 获取方法： •通过裂缝宽度与密度求取 •特殊岩心分析 •三维岩心试验 •测井资料解释
（3）矿物相变裂缝
由于沉积物中碳酸盐或粘土组分的矿物发生相变，引起体积减
小而形成的裂缝。 示例： 方解石向白云石转变、蒙脱石向伊利石转变 （4）热力收缩裂缝
指那些受热岩石在冷却过程中发生收缩而形成的裂缝。
示例： 火成岩（如玄武岩）中的柱状节理。
4、卸载裂缝
由于上覆地层的侵蚀而诱导的裂缝。 形成机理： •上覆地层侵蚀→岩层负载减小，应力释放→岩层内部力学薄 弱界面产生膨胀、隆起和破裂→形成裂缝
5、风化裂缝
地表或近地表，与各种机械和化学风化作用（如冻融 循环、小规模岩石崩解、矿物蚀变和成岩作用）及块
体坡移有关的裂缝。
第二节 裂缝性表征参数
一、裂缝基本参数：可在野外露头和岩心上直接测量 裂缝宽度、大小、产状、间距、密度、充填性质等。 1、裂缝宽度（张开度）： 指裂缝壁之间的距离。 实际油藏岩石中，裂缝宽度往往变化很大 裂缝宽度与裂缝孔隙度和渗透率，特别是 渗透率关系很大。 2、裂缝大小： 指裂缝长度及其与岩层的关系。 平面上，裂缝长度难于准确获取，但裂缝与岩层的关系较容易观测。 据裂缝切穿岩层的情况，可将裂缝分为二类： •一级裂缝：切穿若干岩层 •二级裂缝：局限于单层内
3、裂缝间距： 指两条裂缝之间的距离。 对于岩石中同一组系的裂缝，应对其间距进行测量。裂缝间距变化较大，由几 毫米可变化到几十米。 4、裂缝密度： 反映裂缝的发育程度。 据测量参照系的不同，可分为三种密度类型：
（1）线性裂缝密度（LfD，简称线密度） 指与一条直线(垂直于流动方向的直线或岩心中线)相交的裂缝条数与该直线长 度的比值。与流体流动的方向有关。
L nf l A fD SB SB
（3）体积裂缝密度（VfD，简称体密度） 指裂缝总表面积与岩石总体积的比值。静态参数。
V fD S VB
S：裂缝总表面积； VB：岩石总体积。
5、裂缝产状
裂缝走向、倾向和倾角。 岩心描述中，据裂缝与岩心横截面夹角，分
为四个类别：
•水平缝：夹角为0°～15° •低角度斜交缝：夹角为15°～45°
和短轴。裂缝方位变化较小，几何形态简单且稳定、间距相 对较大，沿延伸方向破裂面两侧无明显水平位移，而且总是
垂直于主层面。
3、收缩裂缝
指与岩石总体积减小相伴生的张性裂缝的总称。成岩收 缩缝。 成因： •干缩作用：形成干缩裂缝，即泥裂 •脱水作用：形成脱水收缩裂缝 •矿物相变：形成矿物相变裂缝 •热力收缩作用：形成热力收缩裂缝
f Sf S Lb A fD b S
Φ ′f ：裂缝面孔率； Sf：测量截面上裂缝总面积； S：测量截面积； b：测量截面上裂缝平均宽度； L：测量截面上裂缝总长度。 裂缝孔隙度与裂缝宽度和密度成正比。标量，无方向性
三、裂缝渗透率
双重孔隙介质渗透率：岩石总渗透率是这两种渗透率之和。 •基岩渗透率：基岩孔隙度大，但连通性较差→基岩渗透率较低； •裂缝渗透率：裂缝孔隙度很小，但连通性很好→裂缝渗透率很高， 可相当于基岩渗透率数百倍至数千倍以上。
•高角度斜交缝：夹角为45°～75°
•垂直缝：夹角为75°～90° 获取方法：
垂 直 缝 高 角 度 斜 交 缝
•在野外露头、岩心上直接测量；
•通过测井解释获取裂缝产状。
低角度斜交缝 水平缝
6、裂缝性质
（1）张开缝 缝宽较大，基本无充填物，为有效裂缝，流体可在其中流动。 （2）闭合缝 基本闭合，基本无充填物。有效性需正确分析。 （3）半充填缝 裂缝间隙被充填物部分地充填。 常见的充填矿物：石英、方解石和泥质。属于有效缝。 实际有效空间：未被矿物充填的部分。 （4）全充填缝 裂缝完全被充填物质充填，有效缝宽为零。无效缝。 流体渗流隔板。
四、裂缝性储层分类
1、裂缝型储层：Φ m、Km ≈ 0，Φ f、Kf 基质岩块：既无储能，又无产能。 岩石裂缝：孔、渗性远大于基质岩块孔、渗性，由裂缝提供储能 和产能。 岩性类型：裂缝型泥岩、变质岩、泥质灰岩储层大都属于此类。 2、裂缝性特低渗-致密储层：Φ m＞＞Φ f，Km＜＜Kf 基质岩块：具储能，但渗透率低，基本无产能； 岩石裂缝：对储能贡献不大，作为渗透通道，提供基本渗透率。 3、裂缝性常规储层：Φ m ＞ ＞ Φ f，Km＜Kf 基质岩块：常规储层，具有储能和产能。 岩石裂缝：主要作为渗流通道，仅加大储层渗流能力。
裂缝类型： •剪裂缝 •张裂缝―包括扩张裂缝、拉张裂缝 •张剪缝
1、剪裂缝
剪切应力→剪裂缝 理论情况下： δ1、δ2 、δ3均为压应力，δ1派生 →剪切应 力→超过临界剪应力，发生剪切断裂→ 生成剪裂缝 共轭剪裂缝B、C：位于δ1两侧，与δ1呈 30°锐角相交，与δ3以某一钝角相交。共 轭剪裂缝∥共轭裂应力 实际地层条件下： •岩层较均质、主压力较大→共轭剪裂缝
δ2 →
⑥类型Ⅵ：与层间滑动相伴生的裂缝 应力状态： δ1、δ3分别与层面呈一定角度相交，δ2∥岩层走向 褶皱过程中可发生层间滑动，形成：层间脱空缝、层间剪切缝
2、区域裂缝
盆地区域上大面积内切割所有局部构造（如背斜、向斜等） 的裂缝。成因可能是由于岩层的负载和卸载历史造成的。
特点：一般发育二组正交裂缝，其方向分别平行盆地的长轴
3、收缩裂缝
（1）干缩裂缝 炎热气候→粘土沉积物或灰泥沉积物出露地表→干燥失水收缩 形态： •断面上，呈上宽下窄的楔状“V”字形或“U”字形，裂缝上部宽 度一般小于2－3cm，深度为几毫米至几十厘米 •平面上，裂缝系统呈多边形
该裂缝系统局限发育于较薄的地形暴露面上，且往往被后期沉积 物所充填，对油气储集意义不大。
δ2 →
④类型Ⅳ：平行层面的扩张缝及与其呈锐角相交的剖面X剪切缝 应力状态： δ1∥岩层倾向，δ2∥岩层走向，δ3⊥岩层层面。
岩层沿倾向方向压缩，可形成：平行层面的扩张裂缝及与其呈 锐角相交的剖面X剪切缝
⑤类型Ⅴ：垂直层面的扩张裂缝与剖面X剪切缝
应力状态：
δ1 ⊥岩层层面，δ2、δ3 ∥岩层走向、倾向 可形成：垂直层面的扩张裂缝及与其呈锐角相交的剖面X剪切缝。
L fD nf LB
LfD：线密度，或称裂缝频率、裂缝率； LB：所作直线的长度； nf：与所作直线相交的裂缝数目。
（2）面积裂缝密度（AfD，简称面密度）：与流体流向有关。 指流动横截面上裂缝累计长度与该横截面积的比值。 AfD：面积裂缝密度； L：裂缝总长度； nf：裂缝总条数； l：裂缝平均长度； SB：流动横截面积。
Vf V
100%
利用裂缝宽度和密度求取裂缝孔隙度法： 裂缝总表面积 S V fD 岩心观测→裂缝平均宽度和体积密度：
岩石总体积VB
又：裂缝总体积为裂缝总表面积与平均裂缝宽度的乘积，即 Vf S b 所以：
f Vf V S b V fD b V
因：岩心裂缝体积密度不容易获得，而裂缝面积密度较容易，故：
储层地质学
长江大学地球科学学院 尹太举
储层裂缝
第一节
裂缝成因类型
第二节 裂缝性表征参数 第三节 裂缝探测和预测方法
斜交缝(两组)
水平缝
第一节
裂缝成因类型
裂缝：指岩石受力→发生破裂作用→而形成的不连续面 一、裂缝力学成因类型 地层压力、构造应力、围岩压力、孔隙压力→三维应力场
正交坐标系下分解： •δ1―最大主应力 •δ2―中间主应力 •δ3―最小主应力
i
张裂缝形成的雁行式裂缝
雁行式裂缝
雁行式裂缝
3、张剪缝
剪应力＋张应力→张剪缝。先剪后张，或先张后剪。
破裂面上可见擦痕，裂缝具一定开度
二、裂缝地质成因类型
地质因素： 局部构造作用、区域应力作用、收缩作用、卸载作用、风化作用 1构造裂缝 构造裂缝：由局部构造作用所形成、或与局部构造作用相伴生的 裂缝，主要是与断层和褶被有关的裂缝。 裂缝的方向、分布和形成均与局部构造的形成和发展相关。 1）与断层有关的裂缝 裂缝是断层的雏形。断层的两盘岩层沿断裂面具有明显的相对位 移，裂缝则相反。两者一般是伴生关系，应力场一致。