基岩裂缝型储层可压性评价技术

（¹大庆油田有限责任公司采油工程研究院，黑龙江 大庆 163453；

²黑龙江省油气藏增产增注重点实验室，黑龙江  大庆 163453）

摘  要：裂缝型油藏天然裂缝发育程度较高，增产改造时需要对油藏可压性进行整体评价，以提高油藏整体改造效果，本文针对基岩裂缝型储层物性特点，开展储层岩石脆性、断裂韧性等岩石力学测试实验，结合裂缝型储层天然裂缝发育特点,对基岩裂缝型储层可压裂性评价技术进行了研究。通过三轴压缩试验与脆性评价、抗拉强度测试、全直径岩心压裂测试,建立基岩裂缝型储层的可压性评价模型,形成基岩裂缝型储层典型区块可压性剖面,确定影响复杂裂缝扩展的主要地质因素,为后期基岩裂缝型储层压裂裂缝形成机理及工艺优化提供指导依据。

关键词：基岩;裂缝型储层;岩石力学参数;储层可压性

松辽盆地北部古中央隆起带基岩裂缝型储层是接替火山岩储层的重要领域,古中央隆起带基底发育沉积变质岩、糜棱岩和花岗岩三大类七种岩性,岩性复杂且致密、非均质性强,风化缝和微裂缝明显发育,岩石呈碎块状,基底储层天然裂缝发育,改造潜力大。但裂缝型基岩储层致密,岩性复杂，岩石力学、脆性及地应力解释不准确,常规改造工艺效果差,缺乏针对性可压性评价模型,未形针对基岩裂缝型储层体积改造的优化设计方法。现开展储层取芯,通过三轴压缩试验与脆性评价、抗拉强度测试,为基岩复杂压裂裂缝形成机理及工艺优化提供依据。

储层可压性是评价储层能否作为重点改造层段和进行产气分析的关键参数之一。可压性用于表征储层被有效压裂的难易程度，其可压性好坏直接影响储层压裂体积改造形成复杂缝网的效果。脆性指数是表征储层可压性的重要参数，脆性指数较高的储层，压裂效果越好，有利于实现储层整体改造，容易形成复杂缝网;同样表征储层可压性的脆性指数越低，表明目标油层不利于压裂改造，压裂施工后储层整体改造效果越差,不利于形成复杂缝网，导致单井控制可采储量变小，油气井产量较低，且对其他层段已生成的缝网扩展也会有一定的阻挡作用。现阶段脆性指数主要通过岩石力学参数测试实验结果进行求解，部分研究中也有应用储层岩石全岩分析实验获得脆性矿物含量来换算脆性指数。不同油气藏储层岩石及流体物性差异较大，岩石力学特性相对复杂，因此不能借助某单一指标去衡量储层整体可压性，需要综合考虑储层岩石的力学特性，结合储层天然裂缝发育情况，开展储层可压性评价研究, 结合研究结果，对储层进行整体规划，做到有针对性的开展增产改造，为储层复杂压裂裂缝形成机理及工艺优化提供依据。

1 影响因素

1.1 脆性指数

岩石脆性是指岩石受力破坏过程中不会出现显著变形的特征,可以用来表示压裂的难易程度，反映储层压裂后所形成裂缝的复杂程度。脆性指数高的地层对压裂作业反应敏感,改造面积大，与天然裂缝的沟通情况较好,裂缝网络能有效展布，形成复杂缝网，提高单井产量；反之，如果储层岩石脆性较差，韧性较大时，储层岩石发生挤压变形，破裂效果较差，主缝及分支缝得不到有效延伸，导致整体改造效果较差。脆性指数能够表征储层岩石脆性，可作为判断储层可压性重要参数指标，但还需结合储层地质特性及流体性质，因此压裂施工设计及模拟优化时需要借鉴多方面因素来具体判断不同储层条件下改造措施及改造方法。

本文主要通过开展三轴压缩实验,获得基岩岩石杨氏模量、泊松比及断裂韧性等参数，在此基础上采用基于应力-应变曲线的脆性指数计算方法评价储层岩石的脆性。脆性评价结果表明,花岗岩脆性指数64%-95%,平均78%;糜棱岩脆性指数43%-63%,平均53%;片岩脆性指数5%-13%,平均9%。借助杨氏模量-泊松比归一化结果，计算目标储层脆性指数值,基于脆性指数，获得考虑脆性指数的可压性指数。

1.2 断裂韧性

断裂韧性表征岩石抵抗裂纹扩展的能力，是反应储层压裂难易程度的一个重要指标,可以在一定程度上反映出人工裂缝形成后，后续压裂过程中裂缝向前延伸的能力。目前断裂韧性实验可重复性较差，平行实验结果可能存在较大差异，需要结合数学方法进行拟合，本文引入断裂韧性与抗拉强度归一化公式结合断裂韧性实验结果，获得了考虑断裂韧性的可压性指数。

1.3 水平地应力差

水平地应力差对裂缝扩展方向具有明显的控制作用，根据最小耗能原理，水力裂缝的起裂和扩展总是以最容易的方式进行，裂缝沿着垂直最小主应力方向起裂并向油藏深部延伸，随着裂缝不断延伸，最小主应力方向可能会发生偏移，导致裂缝延伸方向出现一定偏转。压裂施工过程中，以水力裂缝激活研究区块地应力测井解释结果为基础,对全井段的水平应力差进行归一化,获得考虑水平应力差的可压性指数。

1.4 天然裂缝发育程度

天然裂缝广泛分布存在于基岩储层,一方面会对岩石自身的物性、力学性质产生影响,另一方面在采取增产改造措施时也会影响水力裂缝的展布，水力裂缝突进到天然裂缝时，会沿着天然裂缝方向进行新的延伸，也可能穿过天然裂缝进而产生新的裂缝。天然裂缝的广泛发育储层，其储层岩石整体的抗张强度会降低，更容易形成新的裂缝，使储层受压起裂更简单。,通过水力作用形成的人工裂缝裂缝由于天然裂缝和诱导裂缝的存在，其裂缝展布相对更加复杂，更容易形成复杂裂缝网络，人工裂缝与天然裂缝、诱导裂缝之间沟通效果更好，储层渗透性增加，裂缝中流体渗流能力得到加强，基质与裂缝之间形成高导流能力通道，极大提升单井产量。

在上述研究的基础上，基于目标储层的天然裂缝分布规律、裂缝密度、裂缝走向等结果，充分考虑目标储层可压性，采用调和平均法建立数值模型。数值模拟结果表明:目标储层天然裂缝数量、长度与储层可压性正相关。天然裂缝方向越接近水平最大主应力方向，其开启能力就越强，更容易延伸扩展，但裂缝延伸角度与方向与地层应力变化有关，反之，天然裂缝方向与最大水平主应力方向呈90°时，人工裂缝不易在天然裂缝处延伸，而是穿过天然裂缝，因此天然裂缝的数量及方向，对于产生复杂缝网存在较大的影响。天然裂缝易开启且转向角度大,对于压裂施工较为有利，新建模型取为形成缝网的最优夹角,最终获得考虑天然裂缝发育程度的可压性指数。且实验结果表明，天然裂缝决定着能否形成复杂缝网,是影响复杂裂缝扩展的主要地质因素,脆性指数不是主要影响因素。

2 综合可压性指数

基于岩石力学测试和测井曲线解释结果,结合储层岩石脆性指数计算方法、断裂韧性拟合、岩石力学性质、天然裂缝条件等指标参数，获得复杂缝网的评价方法,应用参数归一化和权重分析方法,建立了评价基岩裂缝型储层的可压性数学模型,其中天然裂缝发育权重高于脆性指数权重,与全直径岩心压裂测试结果一致。

考虑脆性指数、断裂韧性、水平应力差、天然裂缝发育得到的综合可压性指数：

            （2-1）

式中FI1为考虑脆性指数的可压性指数，其权重系数为0.14；FI2为考虑断裂韧性的可压性指数，其权重系数为0.07；FI3为考虑水平地应力差的可压性指数，其权重系数为0.41；FI4为考虑裂缝发育程度的可压性指数，其权重系数为0.38。

可压性指数在0.65以上储层为有利工程施工层段，该类储层可压性较好,水力压裂时趋于形成复杂裂缝;可压性指数在0.35-0.65之间为中等储层，储层在水力压裂时裂缝可以延伸，趋于形成局部复杂裂缝;可压性指数在0.35以下为差层，该类层在水力压裂时只能形成单一裂缝，且裂缝延伸长度及受限，改造效果较差。

3  单井可压性评价

LP1井的脆性指数、水平应力差，本文模型计算结果与实际结果趋于一致。同时，针对5口井开展可压性评价，整体可压性较好，可压性指数高于0.7，主要为第一类可压性层段，但储层局部可压性指数变化大，储层非均质性较强。

4  结论

1、实验结果表明，天然裂缝决定着能否形成复杂缝网，是影响复杂裂缝扩展的主要地质因素，脆性指数不是主要影响因素。

2、基于岩石力学测试和测井曲线解释结果，综合考虑脆性指数、断裂韧性、岩石力学性质、天然裂缝发育程度等四个影响因素，应用参数归一化和权重分析方法，建立适用于裂缝型基岩储层的可压性评价模型，为基岩裂缝型储层压裂裂缝形成机理及工艺优化提供指导依据。

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       来源：化学工程与装备-官方网站-创刊于1972    2022年第10期  在线投稿  >>