裂缝性储层预测新方法和新技术

断层伴生缝
断层附近的裂缝
断层派生缝
断层与裂缝关系示意图
拉 伸
挤 压
末 端 区
挤 压
交 绘 区 转 换 区
派生张裂缝
断层派生张裂缝
断层派生张裂缝
9、复合构造缝
重张裂缝：沿早期形成的一条(或一组)剪 切缝张开而成，常发育于褶皱的核部 追踪张裂缝：追踪早期剪切缝，沿两组剪 切缝交替张开，形态呈锯齿状；常发育 于褶皱的顶部，既有纵向的，也有横向 的追踪张。
张剪节理发育带
上 的 张 剪 节 理
Calaveras Fault Hollister, California
现 代 高 速 公 路
7、按成因和分布分类
– 区域构造缝：区域性有规律展布的裂缝，一般会 被后期裂缝利用改造，仅少数的能保留下来 – 局部构造缝：与局部褶皱和断层有联系的裂缝 • 与褶皱有关的局部构造缝 – 褶皱伴生缝：剖面剪切缝
高角度斜交缝
斜交缝
斜交缝(两组)
低角度斜交缝
水平缝
斜交缝、水平缝
裂缝分类
3、按张开程度分类
• 张开缝 • 闭合缝
4、按充填程度分类
• 充填缝 • 半充填缝 • 未充填缝
裂缝分类
5、按裂缝的有效性分类 • 有效缝 • 较有效缝 • 无效缝 6、按力学性质分类 • 张裂缝 • 剪裂缝
剪节理 剪节理是由剪应力作用 产生的破裂面
随着石油勘探开发的深入，相对简单的背斜型均质油藏 已越来越少，而较复杂的非均质裂缝型油藏是今后一段 时期内勘探的主要目标之一。 节理对地下水及其它一些矿床的分布有着重要影响。 构造节理的产状、性质和分布规律与褶皱、断层有密切 的成因联系。
裂 缝 溶 洞 网 络 系 统
二、有关裂缝的基础理论
• • • • 裂缝类型 裂缝分类 裂缝与其它构造之间的关系 裂缝的成因模式
裂缝成因及其与构造的关系（2）
• 褶皱伴生缝（剖面“X”型剪裂缝）：
–由形成褶皱的局部构造应力作用而形成的 –形成于褶皱产生的早中期 –分布于褶皱的核部周围
• 纵张裂缝：
–由褶皱转折端的局部派生拉张应力作用而形成 –形成于褶皱的中晚期 –分布于背斜转折端
裂缝成因及其与构造的关系（3）
• 横张裂缝：
产状较稳定，沿走向延伸
较远、沿倾向延伸较深。
张节理 张节理是由张应力作用 而产生的破裂面 产状不太稳定，延伸不 远，节理面短而弯曲。
节理面平直光滑，常见滑 动擦痕；节理两壁之间常
是闭合的。
切穿砾石和砂粒：发育在砾岩
和砂岩中的剪节理，常切穿砾 石和砂粒而不改变方向。
共轭“X”型节理系：常常成对出现，
共同组成共轭“X”型节理系。“X”型 剪节理发育良好时，可将岩石切割成 棋盘格状或菱形
裂缝性储层预测新方法 和 新技术
西南石油大学 胡明
主要内容
• • • • • • • 前言、裂缝性储层研究及预测现状 一、裂缝研究在油气田勘探开发中的意义 二、有关裂缝的基础理论 三、裂缝研究与预测方法简介 四、物理模拟法预测裂缝 五、构造应力模拟法预测裂缝的原理 六、构造应力模拟法预测裂缝的应用实例简介
• 石油钻井
– 定向井井斜方位的确定及井眼轨迹的设计 – 套损和井壁失稳的机理研究及其预防措施的制定 – 套管以及套管组合设计
其他方面意义
节理常是石油和天然气的主要运移通道和储集场所， 在某些致密的储集层中，节理几乎是唯一的运移通道 和储集场所。 节理发育的密度和开启程度，不仅影响油气的渗透运移 和聚集，还会影响油气的采收率。
–构造缝
构造缝合线
构造缝合线
原生缝合线
原生缝合线
（二）、裂缝分类
• 1、裂缝的几何关系分类
– 按裂缝与主构造(褶皱断层)的关系分类
• 横向缝 • 纵向缝 • 斜向缝
– 按裂缝与岩层产状的关系分类
• • • • 走向缝 倾向缝 斜向缝 顺层缝
按裂缝与主构造(褶皱断层)的关系分类
按裂缝与岩层产状的关系分类
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。
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。 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
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。
破裂极限
• 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。
褶皱伴生缝(剖面剪切缝)
节 理 形 成 过 程
与 褶 皱 有 关 的
纵张缝
斜向共轭剪切缝Βιβλιοθήκη 8、与断层有关的局部构造缝
断层伴生缝：一般为两组剪切缝，分 布于断层两侧，一组与断层面平行， 另一组与断层面斜交 断层派生缝：有两种类型 派生张裂缝：在断层两侧成羽状排列 分布，与主断层斜交(一般为45°)。 派生剪切缝：分布于断面的两侧，共 有两组，一组与断面小角度相交 (<15°)，另一组与断面成大角度相 交。
痕
绕过砾石：在砾岩和砂岩中的
张节理，常绕过砾石和砂粒； 即使切穿砾石，破裂面也凹凸 不平 节理面两壁多张开，常被矿脉 充填，矿脉宽度变化较大，脉 壁不平直。
张节理有时呈不规则状，有时也可构 成一定的几何形态，如追踪“X”型剪 节理而形成的锯齿状张节理，单列或 共轭雁列式张节理等。
张节理
剪节理组成的雁行带
国内研究现状
• 定性分析和生产经验总结的预测裂缝方 法 • 利用测井手段和地震信息识别和预测裂 缝 • 非线性理论方法检测和识别地下裂缝 • 据构造应力的分析研究预测裂缝
一、裂缝研究在油气田勘探开发 中的意义
• 油气勘探
– 寻找裂缝型油气藏 – 确定定向井的钻井井位和钻井靶区
• 油气田开发
– 开发注采井网的部署 – 注水方式的确定 – 酸化压裂方案的设计
• 同心状张裂缝：分布在褶皱的穹拱部位，与褶皱同期
形成
裂缝成因及其与构造的关系（6）
• 断层伴生缝：
–由形成断层的构造应力作用而形成
–与断层同期形成
–分布于断层两侧、与断面平行或斜交 • 断层派生张性缝：
– 由于断层错动所产生的断层派生构造应力作用而形成 – 形成于断层产生的中晚期
– 分布于断层两侧、与断面斜交、呈羽状排列
裂缝成因及其与构造的关系（7）
• 断层派生剪性缝：
– 由断层错动所产生的断层派生构造应 力作用而形成 – 形成于断层产生的中晚期
– 分布于断层两侧、与断面斜交、呈羽 状排列
（四）、裂缝的成因模式
• 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
2、按裂缝与岩芯中线垂直面的夹角(裂缝倾角)分类
–按裂缝与岩芯中线垂直面的夹角(裂缝倾角) 分类
• 测井界(赵良孝)的分类
–高角度缝(75º ～90º ) –斜交缝 (15º ～75º ) –低角度缝( 0º ～15º )
• 王允诚的分类
–垂直缝( 75º ～90º ) –高角度斜交缝(75º ～45º ) –低角度斜交缝(45º ～15º ) –水平缝( 0º ～15º )
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）。
羽列现象：主剪裂面常由许多羽状微裂面
组成，微裂面走向相同，首尾相接，与主 剪裂面呈一定的交角，这就是所谓的羽列 现象。沿节理走向向前观察，若后一微裂 面重叠在前一微裂面的左侧，则称之为左 旋（也叫左行），反之为右旋（或叫右 行）。利用剪节理的这种羽列现象，可判 断破裂面两侧岩块的相对运动方向
节理面粗糙不平，无擦
– 褶皱派生缝
»横张裂缝 »纵张裂缝 »斜向共轭剪切缝 »顺层剪切缝
区域构造缝
棋盘格子状裂缝
“X”型的剪切裂缝
多组裂缝互相切割
早期平面上区域性剪裂缝
局部构造缝
– 局部构造缝：与局部褶皱和断层有联系的 裂缝 • 与褶皱有关的局部构造缝 – 褶皱伴生缝：剖面剪切缝 – 褶皱派生缝 »横张裂缝 »纵张裂缝 »斜向共轭剪切缝 »顺层剪切缝
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。
重张裂缝
追踪张裂缝
10、成岩后生裂缝
• 成岩裂缝：如层理缝、风化缝、 人工爆破 缝等 • 压溶缝：如构造缝合线 • 其他缝：溶蚀缝洞，水的淋滤溶 解作用产生的
裂缝类型小结
• 小结：
– 不同构造运动时期的裂缝会相互影响、相互作用。
– 一个地区可能发育的裂缝较多，但并非所有类型的裂 缝都会发育或同等程度地发育。在研究裂缝时，应该 找出对油气聚集、运移起主要作用的一组或几组裂缝， 然后预测其发育分布规律。
(一)、裂缝类型
• 人工诱导裂缝
–钻井诱导裂缝 –水压致裂缝
• 天然裂缝 –原生缝
• 收缩缝(火山岩的柱状节理、沉积岩中的干裂等) • 层间缝(层面、层理等) • 压溶缝(缝合线，有的缝合线并非原生的、而是构造成因的)
–风化缝(席理、球状风化缝、根劈缝等)
–非构造缝特点：形成不受构造运动和构造力的影响，分 布规律性较差，不受构造影响
（三）、裂缝成因及其与构造 的关系（1）
• 区域构造裂缝（层面“X”型剪裂缝）
–早期区域性构造应力作用而形成。 –产生于主构造形成之前，或构造活动轻微的地区。 –分布在一定区域内都具有规律性，与局部构造(褶皱、 断层)没有成因上的联系，因此分布不受构造部位的 控制，但与岩性、层厚等因素有关，具体表现为裂缝 的方位比较一致，往往是两组裂缝等间距切割岩层， 成棋盘格子状；裂缝面平直，延伸远，缝面平直。
–由褶皱转折端的局部派生拉张应力作用而形成 –形成于褶皱的中晚期 –褶皱的倾伏端
• 重张裂缝：
– 由构造运动中晚期的局部拉张应力改造早期区域构造 裂缝而形成 – 形成于构造运动的中晚期 – 分布于褶皱的核部或其周围地区，与褶皱的轴向或枢 纽斜交
裂缝成因及其与构造的关系（4）
• 追踪张性缝：
– 由构造运动中晚期的纵向或横向局部拉张应力改造早 期区域构造裂缝形成 – 形成于构造运动的中晚期 – 常发育于褶皱的顶部，形态呈锯齿状；方位与褶皱轴 向平行(纵向追踪张)或垂直(横向追踪张）
油气储集层的主要类型
裂缝性储层的概念
裂缝性储层是指以裂缝为主要储集空间、 渗流通道的储集层，有的也对储集层中 分散、孤立的孔隙起连通作用，增加有 效孔隙度，一般具有高渗透特征。
裂缝性储层一般有3种类型：一类是致密 岩类，第二类是古风化壳溶蚀孔、洞储 集层，第三类是低孔隙储集层 .
影响裂缝发育的因素
前言 裂缝性储层研究及预测现状
随着石油天然气资源的开发利用，常规孔隙性 油气藏储量日益减少，开发难度逐渐增大，石 油与天然气勘探方向逐渐由浅部转向深部、由 常规油气藏转向特殊油气藏。作为油气储集的 重要场所—储层的研究也将从常规的孔隙性储 层的研究逐渐发展到其他各种类型的储层研究 （图1）。特别是裂缝性储层近年来引起了广大 石油地质工作者的广泛兴趣，出现了较多的研 究成果。
• 顺层剪切缝：分布于褶皱的翼部，于褶皱同期形成 • 斜向共轭剪裂缝：分布于背斜、向斜核，但在背斜和向
斜中排列方式不同
裂缝成因及其与构造的关系（5）
• 同心状剪裂缝：分布于弯滑褶皱的翼部，顺层发育， 较少见 • 旋转剪裂缝：分布于弯滑褶皱的翼部，少见
• 放射状张裂缝：分布在褶皱的穹拱部位，与褶皱同期 形成