4 储层裂缝

（2）脱水收缩裂缝 粘土脱水、凝胶或胶体脱水 脱水作用与干燥作用区别： 干燥作用仅发生于地表，且为一种机械过 程；而脱水作用既可发生于地表，又可发 生于水下或地下，且为一种化学过程。 脱水收缩裂缝形成三维多边形网络，且裂 缝间隔小，形成所谓的“鸡笼状”，在三 维空间均匀分布，并互相连通。 岩性 ：泥页岩、粉砂岩、细砂岩、粗砂岩、 石灰岩和白云岩中。 发育这种裂缝的岩层可形成很好的油气储 层。
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
（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
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。
•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。
•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）与褶皱有关的裂缝系统
①类型Ⅰ：横向扩张裂缝与平面X剪切缝 应力状态： δ1∥岩层倾向，δ3 ∥岩层走向，δ2 ⊥岩层层面
岩层沿倾向方向压缩，可形成：沿倾向方向的扩张裂缝及共轭剪 裂缝。该类型中，扩张裂缝为横向裂缝（垂直于构造走向）
②类型Ⅱ：纵向扩张裂缝与平面X剪切缝
应力状态： δ1∥岩层走向，δ3 ∥岩层倾向，δ2 ⊥岩层层面
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
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：
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
岩层沿走向压缩，可产生：沿走向方向的扩张裂缝和平面X剪切缝 该类型中，扩张裂缝为纵向裂缝（平行于构造走向）
一般地，类型Ⅰ先于类型Ⅱ： 在产生类型Ⅰ的过程中，岩层发生褶皱；而在产生类型Ⅱ的过程 中，应力是对已形成的褶皱进行改造
③类型Ⅲ：褶皱轴部的拉张裂缝 岩层褶皱变形中，褶皱轴部局部应力场转化：上部岩层中产生拉 张应力，下部岩层中仍为压应力，中间为中性面(受力前后长度不 变)。 上部岩层中形成拉张裂缝，中性面以下不形成裂缝，只可能形成 一些缝合线 •长轴背斜 ：拉张裂缝∥背 斜长轴，为纵向裂缝 •短轴背斜和穹窿 ：可形成 二组相互正交的拉张裂缝 （裂缝网络） •向斜：弯曲底部可形成拉张 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。
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
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°
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。
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。
（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
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。
（1）正断层 δ1 为垂直方向， δ2 和 δ3 为水平方 向，断层面实际为剪切面。 与正断层伴生的主要裂缝有： ①张裂缝：破裂面⊥δ 3 δ 3为拉张应力→拉张裂缝 δ 3为压应力→扩张裂缝 ②剪裂缝：可发育共轭型式的两 组剪裂缝： 一组平行于断层面 另一组与断层面共轭 实际岩层中，这二组裂缝并非均 等发育。
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
5源自文库风化裂缝
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
（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。
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。
裂缝渗透率：固有裂缝渗透率、岩石裂缝渗透率 1、固有裂缝渗透率（Kff） 指流体沿单一裂缝或单一裂缝组系流动而与周围基岩无关的裂缝 渗透率。
b2 k ff 12 b2 k ff cos2 12
3、裂缝性储层总渗透率 裂缝性储层总渗透率为岩石裂缝渗透率与基质岩块渗透率 之和：
kt k f km
多条裂缝并存：裂缝渗透率为所有单一裂缝渗透率之和。
n m 1 2 3 2 3 Kf cos bi cos b j 12h i 1 j 1
由于Kf与流动方向有关，因此储层总渗透率也取决于流动方向。不同 的流动方向上具有不同的总渗透率大小。向量，各向异性