Characteristic and Controlling Factors of Micro-fracture on Quantou Formation Forth Segment Tight Sa

Scientific Journal of Earth Science September 2015, Volume 5, Issue 3, PP.61-65

Characteristic and Controlling Factors of Microfracture on Quantou Formation Forth Segment Tight Sandstone Reservoir in Daan Oilfield Xue Zhai, Ming Yan† College of Earth Sciences, Northeast Petroleum University, Daqing Heilongjiang 163318, China †

Email: ym06879@sina.com

Abstract Micro-fracture not only can be used as a good reservoir space, but also is the important reservoir seepage channel. Through the analysis of the cores and the slices of the Quan-4 Formation sandstone reservoir in Daan oilfield, it can be found that the region mainly develops three types of micro-fracture including structural fracture, bedding fracture and diagenetic fracture. Firstly, the morphological characteristics of structural fractures characterized as irregular serrated, and developed through the laminated; secondly, bedding fracture develops through the plane. It often grows between the two layers whose lithologies have great differences; thirdly, diagenetic fracture is controlled by diagenetic process, and it mainly shows as the micro cracks. The main controlling factors of the micro-fracture in the study area include: Tectonic action which controls the micro-fracture distribution; Sedimentation which determines the original composition and structure of the reservoir rock. Different sedimentary microfacies lead to different development degree of micro-fracture; Compaction which forms pressure cracks, and dissolution which forms the dissolution fracture in diagenesis process. The study results provide geological basis for subsequent exploration and development of the Daan oilfield.

Keywords: Micro-Fracture, Characteristic, Controlling Factors, Quantou Formation Forth Segment, Daan Oilfield

大安油田泉四段致密砂岩储层微裂缝 特征及主控因素 * 翟雪，闫明 东北石油大学 地球科学学院，黑龙江 大庆 163318 摘

要：微裂缝不仅可以作为良好的储集空间，也是储层当中重要的渗流通道。通过对大安油田泉四段储层岩心、薄片

观察分析发现，该地区主要发育构造缝、层理缝和成岩缝三种微裂缝：构造缝形态特征表现为不规则锯齿状，穿纹层或 斜交发育；层理缝顺层理面分布，发育在岩性差别较大的两岩层间；而成岩缝受成岩过程控制，主要表现为微观裂缝。 研究区微裂缝发育的主控因素包括：构造作用控制了微裂缝平面垂向分布；沉积作用决定了储层岩石的原始组分和结构， 不同沉积微相导致微裂缝发育程度不同；成岩作用过程中压实作用形成压裂缝，而溶蚀作用形成溶蚀缝。该研究结果为 大安油田后续勘探开发提供地质依据。 关键词：微裂缝；发育特征；主控因素；泉四段储层；大安油田

引言 石油勘探经验表明，微裂缝不仅可以作为良好的储集空间，也可以有效改善储层渗流情况。随着世界 *

基金资助：受国家高技术研究发展计划项目（863 计划） （2013AA064903） ；国家重点基础研究计划（973 计划）前期研究专 项（2012CB723102） ；国家科技重大专项（2011ZX05008-001-52）支持资助 - 61 http://www.j-es.org

油气资源结构的改变，特别是非常规油气研究的进一步深入，致密储层中的微裂缝受到众多学者的关注。 臧士宾等[1]通过岩心、薄片、X衍射分析对柴达木盆地南翼山油田新近系油砂山组微裂缝储集层进行分析， 提出了有效孔喉半径概念来表述裂缝性储集层孔隙结构特征；郝明强等[2]在研究了微裂缝性特低渗透油藏孔 喉空间后，认为微裂缝性特低渗储层主要由微裂缝提供渗流能力；南珺祥等[3]对鄂尔多斯盆地陇东地区长68特低渗储层进行了探索性研究，指出了微裂缝对基质和宏观裂缝的连通具有重要意义，是原油高产因素之 一。因此，进行储层微裂缝发育特征及主控因素研究，对于致密储层勘探开发具有重要意义。

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研究区概况 大安油田区域构造位置位于松辽盆地南部中央坳陷区大安红岗阶地二级构造带中。本区带处于中央坳

陷区和西部斜坡区两个相对升降运动的一级构造单元的过渡带，属于阶地挤压构造油气聚集带。研究区位 于红岗～大安阶地上的最深洼槽轴线上，东邻松南最好的生油凹陷－大安凹陷。研究区泉四段储层按成分、 粒度、物性等不同标准有着不同的划分结果。从成分上看，研究区储层岩石属于长石岩屑砂岩或岩屑长石 砂岩（图1）。从粒度上看，研究区目的层以细砂岩和粉砂岩为主，有部分为泥质粉砂岩和中砂岩（图2）。 从物性上看，主要属于特低-超低孔、超低渗-致密储层（表1）。

18% 14%

中砂岩

36%

32%

细砂岩 粉砂岩 泥质粉砂岩

图1 研究区岩石成分三角图

图2 研究区岩性分布饼状图

表1 研究区物性分级标准 渗透率K/10 μm 范围 500≤K＜2000 50≤K＜500 10≤K＜50 1≤K＜10 0.1≤K＜1 0.01≤K＜0.1 -3

等级 高渗 中渗 低渗 特低渗 超低渗 致密

2

2

比例 % 0 0 0.7 2.8 55.9 40.6

等级 高孔 中孔 低孔 特低孔 超低孔

孔隙度φ/% 范围 25≤φ＜30 15≤φ＜25 10≤φ＜15 5≤φ＜10 0≤φ＜5

比例 % 0 0 4.9 57.3 37.8

微裂缝发育特征 表2 微裂缝的地质成因分类 类型 局部构造裂缝 微裂缝地质成 因分类

层理裂缝 粒内缝 成岩裂缝 粒缘缝 穿粒缝

形态特征

成因 与褶皱断层发育相关 缝不规则， 切割围岩，穿层分布 与断层相关裂缝 规则分布，顺层发育 前期纹层的发育压实和后期构造抬升 颗粒内发育，没有切过颗粒边缘 沿颗粒边缘分布 强烈机械挤压和后期溶蚀作用 穿过矿物颗粒

大安油田泉四段储层主要发育局部构造裂缝、层理裂缝和成岩裂缝，裂缝规模上主要为微裂缝（表2）。 - 62 http://www.j-es.org

研究区内局部构造裂缝的形成受构造应力场变化及分布控制，与局部构造形成的断层或褶皱相伴生；层理 缝顺层理面分布，发育在岩性差别较大的两岩层间，沿层理面具断续、弯曲、尖灭、合并或分支的特点， 其成因有构造成因或流体压裂作用；而成岩裂缝的形成受成岩过程及演化的控制。不同成因微裂缝具有不 同的形态特征，总体上大安油田泉四段储层广泛存在微裂缝。

2.1 构造缝 构造缝是在构造变形过程中超过岩石弹性强度后形成的[1,4-6]。通过对8口井岩心观察发现，研究区内宏 观局部构造裂缝发育极少，仅发现高角度宏观构造裂缝2条，低角度水平宏观构造裂缝1条（图2-2）。其中， 高角度宏观构造缝见于大19-3井，延伸长度2～15.7cm，开度0.6～0.8mm，硅质充填；低角度水平宏观构造 缝也见于大19-3井，裂缝开度0.6cm，方解石充填。构造缝形态特征表现为不规则锯齿状，穿纹层或斜交发 育。由于构造缝是在持续机械应力下形成的，其产状一般不会表现出按照纹层或水平方向发育，而是按照 构造应力方向延伸，或者伴随断层、褶皱发育

（a）高角度构造缝，延伸长度2～15.7cm，开度0.6～0.8mm，大19-3，2115.4m；（b）低角度构造缝，裂缝开度0.6cm，大19-3，2075.2m；（c）宏观 及微观层理缝，延伸长度1～10cm，开度4.8μm，大19-3，2115.4m；（d）粒内缝和粒缘缝，粒内缝开度3.5μm左右，粒缘缝开度7.8～4.2μm，大20-3 井，2133.7m；（e）穿粒缝，开度5.3～10μm，大19-3井，2106m。

图3 大安油田扶余油层微裂缝形态特征

2.2 层理缝 层理缝是指沿沉积层理裂开的裂缝。在层理缝发育区，层理缝具分叉、合并、扩展现象，周边出现开 - 63 http://www.j-es.org

度更小的毛细管粒内、粒缘缝。通过对8口井岩心薄片镜下观察发现，如大19-3井2115.4m处，岩心层理极其 发育，形成延伸长度1～10cm以上、开度4.8μm的层理缝。由于层理缝是在沉积纹层当中发育的，并且主要 发育在分流河道、分流间湾等微相中，在细粉砂层理面发育，微观下可以看到，层理缝发生分叉、合并、 扩展等现象，且在其周边形成了更加细小的次生微裂缝。

2.3 成岩缝 成岩缝是指沉积物从形成到固结成岩阶段，由于上覆压力和本身失水收缩等作用所形成的裂缝[7-8]。大 安油田扶余油层微观裂缝非常发育，主要类型为粒内缝、粒缘缝、穿粒缝。粒内缝一般分布在石英裂纹和 长石解理上，没有切过矿物边缘。粒缘缝分布在矿物颗粒之间，沿矿物颗粒边缘分布，其形成与强烈的机 械压实压溶作用和后期构造挤压作用有关。穿粒缝规模较大，主要表现为穿过数个颗粒，延伸较长，其成 因复杂，与构造、成岩和异常高压等作用有关。 通过岩心薄片镜下观察发现，成岩缝在研究区发育程度较高。大20-3井2133.7m处发育粒内缝和粒缘缝， 粒内缝开度3.5μm左右，粒缘缝开度7.8～4.2μm。大19-3井2106m处发育有穿粒缝，开度5.3～10μm。成岩缝 是在储层受到成岩作用后产生的，例如在受到压实压溶作用或方解石胶结物溶解后的粒缘粒内缝，前者可 能会造成储层物性下降，后者则可以改善储层物性，这些都说明了微裂缝对于储层储集性能具有一定控制 作用。

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微观裂缝发育主控因素

3.1 构造作用 构造缝的形成和发育主要集中在两种构造类型上，即与断层相关的裂缝和与褶皱相关的裂缝。大安油 田泉四段储层在成岩后主要经历了4个时期的地质构造演化，即经历了1次抬升作用和3次不同方向的挤压作 用。地层抬升剥蚀，对于埋藏在其下砂岩地层是一个压力卸载的过程，在岩石的弹性范围内, 也会引起砂岩 地层的回弹，导致砂岩地层孔隙扩容，水平构造挤压会使岩石发生变形，当应力超过岩石的弹性极限时， 即发生塑性变形，当应力超过岩石的强度极限时就发生断裂变形。最终形成了包括剪切缝、张性裂缝和伴 生裂缝等在内的构造裂缝，为油气聚集提供更多的空间。从断裂及褶皱的不同部位裂缝发育程度及分布看， 大安油田泉四段储层以与地层等高线平行的走向裂缝及与断层走向平行的裂缝较发育，反映该区扶余油层 储层中裂缝的形成受背斜和断层构造的控制。在断裂不发育区，尤其是凹陷的中心部位，裂缝不发育。

3.2 沉积作用 通过对岩心、薄片等资料研究了沉积特征对致密砂岩储层裂缝的影响，认为沉积环境是决定储层物性 的前提条件。不同沉积微相的岩性、物性不同，造成不同沉积微相力学性质不同，从而导致裂缝发育程度 存在明显差异。石英颗粒为脆性颗粒，在前期压实、压溶作用一定压力下容易破碎产生裂缝。原始孔隙结 构好的储层在成岩作用过程中利于酸性水的流通，利于溶蚀作用的发生，使孔隙得以勾通。因此，沉积作 用不仅对原始孔隙结构具有控制作用，而且对成岩作用也具有控制作用，是影响储层裂缝性质的决定因素。 沉积作用决定了储层岩石的原始组分和结构，也就决定了矿物含量和孔隙原始结构，且对后期成岩作用产 生比较大的影响。

3.3 成岩作用 成岩裂缝主因泥质杂基脱水收缩而形成。这类裂缝呈树枝状分叉展布，较不规则。本地区扶余油层碎 屑颗粒间接触关系多呈线、线-点接触，部分出现凹凸接触，表明经历了较强的压实作用，压实强度中强-较 强，同时可见塑性颗粒变形或挤入孔隙、刚性颗粒表面产生微细裂纹、长形颗粒定向排列等现象，这些都 为后期成岩作用提供很好的原始裂缝。 - 64 http://www.j-es.org

各类微裂缝的存在促进了后期溶蚀性次生孔隙的形成。同时，各类裂缝自身也是良好的储集空间，提 高了致密储层的物性指标。大安油田泉四段储层内发育的大量微观裂缝自身规模虽然较小，但在后期地下 流体的改造作用下，粒内缝、粒缘缝等可发生进一步的溶蚀，造成裂缝局部形成溶蚀性次生孔隙，成为致 密砂岩储层中物性较好的储集空间。而穿粒缝更易被流体溶蚀改造，在裂缝的交叉点、转折端及末端分叉 处易形成溶蚀型次生孔隙，从而提高了致密砂岩储层的物性指标，使致密储层物性得到改造。

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结论 (1)大安油田泉四段储层主要发育构造缝、层理缝和成岩缝。构造缝形态特征表现为不规则锯齿状，穿

纹层或斜交发育；层理缝顺层理面分布，发育在岩性差别较大的两岩层间；而成岩缝受成岩过程控制，主 要表现为微观裂缝。 (2)研究区微裂缝发育的主控因素包括：构造应力控制了微裂缝平面垂向分布；沉积作用决定了储层岩 石的原始组分和结构，不同沉积微相导致微裂缝发育程度不同；成岩作用中压实作用形成压裂缝，溶蚀作 用形成溶蚀缝。

REFERENCES [1] Shibin, Zang, Jun, Cui, Yongxian, Zheng, et al. Analysis of characteristics of low-permeable reservoir with micro-fracture and their origins of the Neogene Youshashan Formation in Nanyishan Oilfield, Qaidam Basin [J]. Journal of Palaeogeography. 2012, 14(1): 133-141 [2] Mingqiang, Hao, Xiangui, Liu, Yongle, Hu, et al. Reservoir characteristics of micro-fractured ultra-low permeability reservoirs [J].

ACTA PETROLEI SINICA. 2007, 28(5): 93-98 [3] Jun-xiang, NAN, Su-rong, WANG, Wei-hua YAO, et al. Micro-fractures in extra-low permeability reservoir of Yanchang Formation in Ordos Basin [J]. LITHOLOGIC RESERVOIRS. 2007, 19(4): 40-44 [4] Xinfeng, N I, Haijun, YANG, Anjiang, SHEN, et al. Characteristics of Ordovician limestone fractures in the northern Tarim Basin and their controlling effects on karst reservoirs [J]. ACTA PETROLEI SINICA. 2010, 31(6): 933-940 [5] Zhongyuan, Ma, Wei, Huang, Lidan, Ren, et al. Fracture Characteristics and Petroleum Geological Significance of Lianglitage Formation in Shunxi Area [J]. Journal of Southwest Petroleum University (Science & Technology Edition). 2014(02): 35-44 [6] Peidong Su, Runqiu Huang, Hui Deng, et al. Fracture Charateristics and Development Influencing Factors of Ordovician Reservoirs in the Tahe Oilfield [J]. NATURAL GAS INDUSTRY. 2008, 28(6): 56-58 [7] Wei Yang, Qinghua Yang, Rende Zhao, et al. Fractures of Ordovician Carbonate Rocks in Hetian River Gasfield[J]. Oil.&Gas Geology. 2000(03): 252-255 [8] Lianbo Zeng, Yuegang Li, Zhengguo Wang, et al. Prediction of Reservoir Porosity and Determination of Effective Gas Reservoirs: Taking Yuanyanggou Area of Bohai Bay Basin as an Example[J]. Gas industries. 2007(06): 45-47

【作者简介】 翟雪，男，汉族，硕士研究生，储层地质学方向。Email: ym06879@sina.com

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