砂泥岩互层裂缝发育的地层厚度效应

(1.Research Institute of Exploration and Development, Jidong Oilfied Company, PetroChina, Tangshan, Hebei 06300, China; 2.School of Geosciences, China University of Petroleum, Qingdao, Shandong 266555, China; 3.Research Institute of Exploration and Development,
生开度大和延伸长的裂缝，裂缝能够延伸至或刺穿泥岩层；薄层（小于 1.5 m）砂岩裂缝规模小，对泥岩影响较弱。泥
岩厚度相同时，与其组合的砂岩厚度越大，泥岩越容易产生裂缝。当泥岩厚度小于 1.0 m 时，泥岩受力后自身就容易
破裂而产生裂缝。在构造变形相似的区域，辫状河三角洲前缘水下分流河道裂缝孔隙度高，连通性好，可以形成良好
1.5~5.5 0.5~1.5
0.5~1.5
泥岩厚度（m）
1.5~3.0 0.5~1.5 1.5~3.0
0.5~1.5 0.5~1.5
1.5~3.0
砂泥比 3.7~20.0
1.0~3.7 0.2~1.0
沉积相 水下分流河道 水下分流河道
河口坝 水下分流河道、河口坝 远砂坝、前缘席状砂
水下分流河道间
上新统库车组沉积期，受近北北西—北西向的强烈挤 压作用[9-10]，在裂缝形成期，岩层埋深约 4 000 m，垂向 应力由岩层自生重力产生，为压应力，巴什基奇克组 砂泥岩互层在造缝期处在三轴挤压应力作用下，最大 主应力σ1 为近南北向，中间主应力σ2 为近东西向，最 小主应力σ3为垂向（图 2）。在三轴挤压条件下，岩层随 时间推移而发生变形，并在岩层内部积聚应变能[11]。 砂岩属于脆性岩石，当岩石持续变形达到极限时，应 变能以岩石破裂的形式释放出去[12-13]，形变得以恢复，
的储集层；其次为河口坝；远砂坝和席状砂以及水下分流河道间砂体裂缝孔隙度较低，且裂缝连通性差，难以成为有利
储集层。泥岩厚度大于 1.0 m 且与泥岩组合的砂岩厚度小于 5.5 m 时，可以成为隔夹层，对油气起到封隔作用。
关键词：砂泥岩互层；裂缝；厚度效应；构造应力；裂缝发育模式
中图分类号：TE112.221
岩心观察结果表明，研究区裂缝走向优势方位为 北西向和北东向，且北西向略占优势，反映目的层造 缝期的古构造应力为北北西—北西向，与构造解析以 及成像测井解释结果基本吻合；裂缝开度主要为 0~ 0.8 mm，约占50%左右，0.8~1.0 mm次之，大于1.0 mm的 裂缝相对较少；裂缝以剪切裂缝为主，次为张剪性缝， 张性裂缝发育较少。岩心观察发现，在砂泥岩互层型
文献标识码：A
Effect of Strata Thickness on Fracture Development in Sand⁃Mud Interbed
SHANG Lin1,2, DAI Junsheng2, FENG Jianwei2, YANG Xuejun3, WANG Ke2, SONG Baoshun1
缘砂泥岩互层型储集层为例，分析了裂缝发育机制，应用数值模拟方法计算了不同厚度砂泥岩互层型地层裂缝的密
度、开度和孔隙度，提出了 6 种砂泥岩组合的裂缝发育模式。数值模拟结果显示，砂岩、泥岩单层厚度越薄，越容易产
生裂缝，砂泥岩互层型地层裂缝发育还受到岩层厚度的影响。在相同应力条件下，中、厚层（1.5~10.0 m）砂岩可以产
2 砂泥岩互层裂缝发育机制
经构造解析认为，巴什基奇克组裂缝主要形成于
组合类型 砂岩夹泥岩
砂泥岩互层 泥岩夹砂岩
亚类 厚层砂岩夹中层泥岩 厚层砂岩夹薄层泥岩 中层砂岩中层泥岩互层 中层砂岩夹薄层泥岩 薄层砂岩薄层泥岩互层 中层泥岩夹薄层砂岩
表 1 砂泥岩组合类型
砂岩厚度（m）
5.5~10.0 5.5~10.0 1.5~5.5
收稿日期：2014-07-30
修订日期：2014-11-17
基金项目：国家科技重大专项（2011ZX05003-04）；中央高校基本科研业务费专项资金（12CX06004A）
作者简介：商 琳（1987-），男，山东东平人，博士，石油地质，（Tel）18633172827（E-mail）shanglinsonny@.Βιβλιοθήκη b 裂缝在砂泥岩界面处转向
12 cm
图 1 砂泥岩互层型地层裂缝延伸特征
1.2 砂泥岩组合类型 根据砂岩与泥岩的组合关系及厚度比值，可以划
分砂泥岩互层的类型，并判断各种类型的沉积环境[8]， 通过统计砂岩与泥岩厚度，结合前人的研究成果 ， [6-7] 将研究区巴什基奇克组砂泥岩互层划分为 3 种类型 （表 1）。
的地层中裂缝有的终止于泥岩，有的则可以刺穿泥 岩，裂缝延伸方向发生改变（图 1）。
砂岩
泥岩
a 裂缝终止于泥岩 泥岩
砂岩
12 cm
1 研究区概况
克深气田位于塔里木盆地库车坳陷北部克拉苏 构造带，含气层系主要为下白垩统巴什基奇克组，埋 深 5 000~7 000 m，为辫状河三角洲前缘沉积，主要为 细—粉砂岩夹泥岩及砂泥岩互层，比较致密，原生孔 隙不发育，基质孔隙度、渗透率普遍较低，基本不具储 集性能，构造裂缝是油气的主要储集和渗流空间[6-7]。 1.1 裂缝发育特征
第 36 卷 第 1 期 2015 年 2 月
文章编号：1001-3873（2015）01-0035-07
新疆石油地质 XINJIANG PETROLEUM GEOLOGY
DOI：10.7657/XJPG20150107
Vol. 36，No.1 Feb. 2015
砂泥岩互层裂缝发育的地层厚度效应
商 琳 1，2，戴俊生 2，冯建伟 2，杨学君 3，王 珂 2，宋宝顺 1
育特征做了很多研究工作，文献［1］总结了砂泥岩裂 缝继承性发育模式，认为适当的泥质含量是砂泥岩储 集层裂缝发育的有利条件；文献［2］通过对砂泥岩互 层裂缝参数的数值模拟，认为砂岩厚度对裂缝在泥岩 中的延伸影响很小，可以忽略；文献［3］评价了泥岩对 于天然气封闭的有效性，认为泥岩厚度大于 4.0 m 时 裂缝无法穿透，泥岩隔层具有良好的封闭性。
低渗透砂岩储集层是中国陆相沉积盆地中一种 重要的油气储集层类型，裂缝是低渗透砂岩储集层油 气的有效储集空间和主要渗流通道。砂岩中裂缝普 遍较泥岩裂缝发育，泥岩可以作为隔层，但有些井段 泥岩夹层中发育大量高角度构造裂缝，使泥岩层渗透 性增大，对油气不能起到封隔作用，反而可以成为泥 岩裂缝性储集层。前人对砂泥岩互层型地层裂缝发
（1.中国石油 冀东油田分公司 勘探开发研究院，河北 唐山 063000；2.中国石油大学 地球科学与技术学院，山东 青岛 266580； 3.中国石油 塔里木油田分公司 勘探开发研究院，新疆 库尔勒 841000）
摘 要：为了研究砂泥岩互层型地层的厚度效应对裂缝发育的影响，塔里木盆地库车坳陷克深气田辫状河三角洲前
PetroChina, Tarim Oilfied Company, Korla, Xinjiang 841000, China) Abstract: In order to study the effect of strata thickness on the fracture development in sand⁃mud interbed, this paper took the sand⁃mud interbed reservoir of braided river delta front in Keshen gas field in Tianshan mountain piedmont as an example, analysed the generation mechanism of structural fractures, calculated the density, aperture and porosity of fractures by using numerical simulation method, and then proposed six models for fracture development in the sand⁃mud interbed. The simulated results show that the thinner the single thick⁃ ness of sandstone or mudstone, the easier the fracture generation, also, the fracture development of the interbed is influenced by the strata thickness. In the condition of same stress, the fractures with large aperture and long extension may occur in medium⁃thick（1.5~10 m）sand⁃ stone, and be able to extend to or penetrate the mudstone. The fractures in thin (less than 1.5 m) sandstone with small aperture have weak effect on the mudstone. For mudstone of same thickness, the thicker the sandstone in it, the easier the fracture generation, and when the mudstone is less than 1 m in thickness, the loaded mudstone is easy to rupture and generate fractures by itself. In the area with similar re⁃ gional tectonic deformation, the underwater distributary channels in braided river delta front are of high fracture porosity and good connec⁃ tivity and could form good reservoirs, followed by mouth bar, distal sand bar, sand sheet and underwater interdistributary sands, they have low fracture porosity and low connectivity, being difficult to become favorable reservoirs. When the mudstone reaches 1 m and its sandstone is less than 5.5 m in thickness, it could become the barrier, enough acting as an effective sealing to oil and gas. Key Words: sand⁃mud interbed; fracture; thickness effect; structural stress; fracture development pattern