天然裂缝是油气重要的储集空间和渗流通道。在复杂构造变形区,裂缝明显受断层影响控制,但其规律和模式尚不清晰。为此,本次研究以库车坳陷为例,通过现场地质观测、成像测井裂缝解译和理论分析,计算断控裂缝系数,揭示走滑断层、逆冲断层控制复杂构造变形区天然裂缝的规律,提出断控裂缝发育分布模式。结果表明:(1)逆冲断层对天然裂缝产状和发育程度均具有明显的控制作用,裂缝密度与距断层距离呈现负指数关系,距断层由近及远可以划分为断层强控制裂缝带、断层弱控制裂缝带和区域裂缝带。(2)走滑断层包括调节走滑断层和逆冲-走滑断层。调节走滑断层与地层走向近垂直或大角度斜交,发育断层控制裂缝带,其受断层规模影响显著;逆冲-走滑断层与地层走向近平行或者小角度斜交,天然裂缝主要局限于断层带内,沿断层走向断裂带宽度发生变化。(3)定义断控裂缝系数(K),即断层强控制裂缝带宽度与断层断距(滑距)的比值,通过分析,库车坳陷逆冲断层K值为1.50~1.80,走滑断层K值为0.125~0.150。研究成果对复杂构造变形区油气勘探开发具有理论和实践指导意义。

泌阳凹陷东南部位于古湖盆短轴陡坡一侧,发育牵引流驱动的扇三角洲前缘复杂沉积体系,不同类型砂体中裂缝的定量刻画对非常规致密油勘探开发具有重要指导作用。该地区古近系核桃园组三段属典型的“凹中隆”背景下的扇三角洲前缘沉积,目前对于该类沉积及构造背景下的天然裂缝发育规律的认识仍存在不足。本文以该地区核三段从Ⅱ到Ⅵ砂组非常规陆相致密油储层为例,利用大量岩心、物性、常规、成像测井资料和数值模拟方法,系统研究了致密砂岩储层裂缝特征及分布规律,提出了该地区扇三角洲前缘非常规致密油储层裂缝发育模式。研究结果表明,岩性、砂体厚度、沉积作用和构造均对致密砂岩储层裂缝分布有显著的控制作用。薄层单砂体或其复合砂体中更容易发育裂缝,当单砂体厚度大于6 m时,砂体中裂缝通常相对欠发育。裂缝主要发育于水下分流河道前缘、侧向加积河道单翼、河口坝和远砂坝中。将河道类型划分为均质河道和非均质河道。侧向快速堆积形成的非对称型非均质河道中砂体叠置厚度较大,可超过18 m,裂缝较为发育;对于均质河道前缘,即靠近扇三角洲前缘河口坝微相区域,其在垂向上通常发育于靠近河口坝顶部的沉积序列中,代表较强的水动力条件,裂缝也较为发育。裂缝与油气聚集有密切的关系,工区核三段裂缝主要形成于新近系坳陷期。通过DFN离散裂缝模拟,恢复了主力小层裂缝三维空间展布。结果显示,核三段主要发育E-W和NE向两组共轭裂缝,且局部以发育其中一组为主,这些裂缝多平行或垂直于隆起构造痕线分布。天然裂缝在背斜低部位和翼部相比顶部更为发育。此外,多条共轭剪切缝相交或同走向一侧单翼裂缝相连接可形成“裂缝嵌合带”,其可能为压驱过程中长距离水窜产生的直接诱因,因而在后期压驱中要规避“裂缝嵌合带”。

川东北元坝地区上三叠统须家河组致密砂岩储层物性较差,天然裂缝的发育改善了储层物性。天然裂缝是主要的储集空间和渗流通道,对天然气的运移、成藏和高产有着重要的影响。本文根据地表露头、岩心、薄片和成像测井等资料,对元坝地区须家河组天然裂缝成因类型及发育特征进行研究,并分析控制天然裂缝发育的主控因素。结果表明,研究区主要发育构造成因的低角度和高角度剪切裂缝,主要方位为NW-SE(300°±10°)和NEE-SWW(70°±5°)向,有效性好;裂缝充填程度较低,有效性好。构造部位、岩性和岩层厚度为影响裂缝发育的主要因素。鼻状构造部位及断层上升盘距离断层面400 m以内、垂直断距在60~120 m之间、北西向断层延伸线拐点附近为裂缝发育的有利部位,有利于天然气高产;中-细粒石英砂岩和细粒长石岩屑砂岩中裂缝最为发育;高能量环境规模砂体(高石英含量,低泥质含量)更有利于裂缝发育;裂缝发育程度与岩层厚度呈明显的负相关关系,当岩层厚度小于1 m时,裂缝密度大,发育程度高。

裂缝是超深层致密油气运移的主要渗流通道,对超深层油气勘探开发至关重要。高温高压环境下的岩石物理性质更为复杂,裂缝测井响应弱且多解性强。针对这一难题,本文提出一种基于深度核方法(DKM)的超深层致密砂岩裂缝测井识别方法,该方法通过核主成分分析提取裂缝非线性特征,通过深度学习级联结构深度挖掘用于裂缝识别的不同尺度测井响应特征,通过无梯度优化算法自动确定最优模型结构及参数,避免了深度学习需要进行的超参数调整的问题。以塔里木盆地克深气田下白垩统巴什基奇克组的超深层致密砂岩储层为例,对所提方法进行了实例应用和验证,在测井裂缝响应敏感性分析的基础上,优选了6种测井曲线用于裂缝识别,前3种DEN、RD和RM为实测测井数据,后3种RSD、nT1和nT2是为了获取更多裂缝信息而重构的曲线,并厘清了裂缝段与无裂缝段在测井参数方面的差异。裂缝识别结果与岩心裂缝描述对比表明,深度核方法可以较为准确地识别超深层致密砂岩裂缝,相比常规多核方法,精度可以提升5%以上,在实际单井裂缝识别工作中具有较强的适用性。

结合最新的钻井、测井和地震资料,采用数值模拟手段,明确了塔里木盆地库车坳陷喜马拉雅晚期古应力状态转换特征。通过有限元数值模拟方法揭示了库车坳陷克拉苏构造带巴什基奇克组喜马拉雅晚期应力场三维分布并准确地厘定了古应力状态。通过分析古应力状态与宏观构造样式、裂缝产状及储层物性的关系,系统揭示了古应力状态转换的地质与力学响应,最后利用离散元数值模拟,揭示了古应力状态转换对储层物性的影响机制。综合分析认为:研究区在喜马拉雅晚期6 500~7 500 m的深度区间逐渐由逆冲型应力场转换为走滑型应力场;6 500 m之上为逆冲型应力场,压实减孔量随埋深增大而增大,应力状态与岩石强度均不利于裂缝发育;7 500 m之下为走滑型应力场,有利于储层孔隙保存和岩石破裂成缝。研究结果深化了对库车坳陷构造、储层和岩石力学性质的认识,并认为古应力状态转换是克拉苏构造带超深部储层具备形成大-中型油气田的力学基础,其发现对克拉苏构造带下一步的油气勘探、开发具有指导意义。

受区域挤压、岩性和构造形态等多种因素的综合影响,复杂构造区具有地应力非均质性和各向异性强、现今地应力场在空间变化大的特征,严重制约了该类地区油气勘探开发进展。为解决复杂构造区地质力学建模难度大、精度低,且现有三维地应力建模方法在复杂构造连片建模中的不准确问题,以库车坳陷博孜大北地区为例,提出了复杂构造区地质体全层系逆向有限元地质力学建模方法,通过对部分起伏较大、跨度大的长条连体背斜迭代扫描,准确建立断层与岩体复杂交切关系,实现了复杂构造区地应力网格建模和误差追溯。明确了博孜大北地区现今地应力分布特征,揭示了博孜大北地区深层储层地应力强非均质性和强各向异性的主控因素,进而通过逆向有限元建模方法明确了钻井过程中产生应力扰动范围。研究结果表明:(1)逆向有限元地质力学建模法是复杂构造区全层系地质力学建模的有效方法,建模结果与实际的勘探开发生产需要吻合度高;(2)明确了盐上岩石力学层结构和浅部高陡地层产状是影响博孜大北地区储层地应力强非均质性和各向异性的关键;(3)逆向有限元地质力学建模法是明确钻井过程中应力扰动范围的有效方法,是保障油气高效勘探开发的重要手段。