RESEARCH ON CORE FRACTURES: A CASE STUDY FROM THE FUTAI OILFIELD
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摘要: 通过对富台油田岩心裂缝观测, 描述裂缝的几何特征、充填特征、力学性质等, 进而确定裂缝的各项参数。研究结果表明, 富台潜山发育大量构造裂缝, 主要为北东—南西和北西—南东走向共轭剪切裂缝, 同时可见近东西走向裂缝。裂缝基本为近垂直剪裂缝, 开度集中在0.6~0.8 mm, 以方解石半充填为主, 体密度为5~10 m2/m3, 北部较南部地区裂缝密度偏大, 裂缝更为发育。Abstract: Through core observation in Futai oilfield, we describe the geometric characteristics, filling characteristics and mechanical properties to conduct research on various parameters of fractures. The results showed that a great amount of structural fractures was developed in Futai buried hills, which formed two directions. One was NE-SW and NW-SE direction conjugated shear fractures that were dominant, another was nearly E-W. Fractures were mainly vertical ones with the characteristics of E-W shear fractures. The core fracture openings which were mainly half filled with calcite were mainly distributed in 0.6~0.8 mm. Its average volume density was between 5~10 m2/m3, and fractures developed much more in northern part than southern of Futai oilfield.
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Key words:
- core fractures /
- fracture identification /
- fracture parameters /
- Futai oilfield
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裂缝研究是目前构造油气藏勘探的重点。裂缝的识别方法有多种，如：岩心裂缝识别、相似野外露头类比、薄片微观裂缝识别等地质方法[1]及各种测井、地震识别裂缝方法[2-4]，其中岩心观测是最直观、最可靠的裂缝识别方法。通过岩心观测，可以描述出裂缝的几何特征(长度、开度、产状)、充填特征、力学性质等，进而可计算裂缝的密度、孔隙度等参数，对裂缝的形成期次也可以有一个基本的认识。但由于机械和人工因素影响，取心过程中会产生一些人工裂缝，在岩心观测中应该剔除[5]。本文以富台油田为例，选取具有代表性的几口钻井的岩心柱子，通过对岩心裂缝参数的统计，分析富台油田裂缝发育特征，指导油气勘探。
1. 裂缝识别
天然裂缝主要识别标志：① 多被矿物、沥青、泥质等不同程度充填[6]；② 裂缝面常见擦痕、阶步、反阶步等，可据此指示断面两侧相对运动的方向；③ 裂缝具有明显的组系关系，同一期构造应力作用下产生的裂缝多呈平行或者共轭关系；④ 裂缝具有向层内延伸性。
富台油田南北与二台阶断层、埕南断层相邻，内部包含多条北东东向、近南北向断层[7]。研究区内钻采了车古20、201、202、203、204、205等井岩心。各取心井全部为非定向取心，因此在进行岩心裂缝识别时需要先将岩心归位。主要采用地层倾角测井资料对岩心进行定向，在构造比较完整、地层产状比较稳定的沉积岩区，岩层层面倾向与地层倾角测井图上所反映的构造产状是一致的，将岩心上层面倾向与构造产状对应，进行岩心归位[8]。对研究区各口井进行岩心裂缝识别，发现该区发育多期裂缝，常被不完全充填，裂缝多呈共轭剪切关系，可见网状缝等(见图 1)。
2. 裂缝参数测量与统计
识别天然裂缝及对天然裂缝定向后，就可对有关裂缝参数进行统计。岩心裂缝参数主要包括裂缝的产状、长度、开度、密度、充填、力学性质等。
2.1 裂缝产状
2.1.1 裂缝走向
裂缝走向是岩心裂缝观察统计过程中的重要参数，通过分析裂缝走向，绘制裂缝走向玫瑰花图，可以判断造缝期古应力场的方向。研究区内车古201井中主要发育一组北西－南东和北东－南西走向的共轭剪裂缝及接近东西走向的裂缝，其中北东－南西走向裂缝占优势；向北过渡到车古203井，主要发育一组北西西－南南东和北东－南西走向共轭剪裂缝，以北西西－南南东走向裂缝更为发育；车古205井中主要发育一组北西西－南南东和北北东－南南西走向共轭剪裂缝，以北西西－南南东走向裂缝更为发育，另外发育近东西走向的裂缝。因此富台油田在近南北向拉张作用下，主要发育一组北东－南西和北西－南东走向共轭剪裂缝，其中北部地区北西－南东走向占优势，南部地区北东－南西走向裂缝更为发育，另外全区发育少量近东西走向的裂缝(见图 2)。
2.1.2 裂缝倾角
依据裂缝倾角相对大小将裂缝分为水平缝(倾角小于10°)、低角度斜交缝(倾角10°－40°)、高角度斜交缝(倾角40°－70°)和垂直缝(倾角大于70°)等4类[9]。富台地区发育裂缝几乎全为垂直缝，偶见高角度斜交缝，低角度缝、水平缝基本不发育(见图 3)。
图 3 车古203井取心井段裂缝发育综合柱状图Figure 3. Comprehensive histogram of core fractures in the Well Chegu 2032.2 裂缝开度
裂缝开度反映裂缝的规模，依据肉眼能否识别可将裂缝分为宏观裂缝(开度大于0.1 mm)和微裂缝(开度小于0.1 mm)。岩心自地下取至地面，由于应力释放，会导致裂缝开度增大，因此岩心裂缝开度需要修正。先将岩心观察中的视开度bs校正为地表的真开度b，再将裂缝在地表的真开度校正为裂缝在地下的真开度bu，公式为[10]：
b=bscosθ (1) bu=2b/π (2) 式中θ为测量面与裂缝面的夹角，(°)。
富台潜山裂缝开度主要分布在0.6~0.8 mm，开度大于1.0 mm和开度在0.2~0.4 mm的裂缝发育也较多，开度小于0.2 mm的裂缝发育较少(见图 4)。
2.3 裂缝密度
裂缝密度分为线密度、面密度和体密度。裂缝线密度是单位长度岩心观测到的裂缝的条数，数值上等于裂缝间距的倒数；面密度是单位岩心横截面上裂缝的总长度，体密度是裂缝总表面积与岩石总体积的比值。裂缝体密度不仅体现了裂缝的孔隙度大小，也反映了裂缝发育的密集程度，常作为反映裂缝发育程度的定量指标，公式为：
Dvf=Stf/Vt (3) 式中：Dvf为裂缝体密度，m2/m3；Stf为裂缝总表面积，m2；Vt为岩心总体积，m3。
富台油田发育裂缝基本为垂直缝，因此：
Stf=∑LiCi (4) Dvf=∑LiCi/Vt (5) 式中：Li为裂缝走向长度，m；Ci为裂缝倾向长度，m[11-12]。
本文在富台地区观测车古201、203、205井岩心总计约110 m，共观测到裂缝1000多条，各井裂缝平均线密度约为10条/m，面密度平均在2~3 m/m2，体密度为5~10 m2/m3。其中北部地区裂缝密度较大，体密度平均为9~10 m2/m3；南部地区相对较小，裂缝体密度约为5 m2/m3(见表 1)，即富台油田北部较南部地区裂缝更为发育。
表 1 裂缝密度统计表Table 1. Statistical data of fracture density井号 条数 心长/m 线密度/(条·m-1) 缝长/m 面密度/(m·m-2) 裂缝面积/m2 体密度/(m2·m-3) 车古201 490 54.0 9.0741 38 1.8731 3.11778 5.10504 车古203 355 41.9 8.4726 45 2.8669 4.2048 8.87317 车古205 175 14.9 11.745 18 3.2036 1.66348 9.87141 2.4 裂缝充填情况
受周围环境等影响，裂缝常不同程度地被不同物质充填，对裂缝充填情况的研究是判断裂缝成因及有效性的关键。裂缝按开启程度及充填程度可分为闭合缝、张开缝、半充填缝及全充填缝；按充填物类型，又可分为钙质充填、泥质充填、碳质充填等[13]。富台地区裂缝大多为半充填缝，基本为钙质充填，其中以方解石充填为主，也可见少量白云石充填，泥质、碳质等罕见(见图 5)。
2.5 裂缝力学性质
按照裂缝形成的力学条件，构造裂缝可分为剪切裂缝、张性裂缝和张剪性缝[14]。裂缝的力学性质在岩心观察中通过裂缝面、充填物及脉体生长情况可以初步判断。一般张性裂缝缝面弯曲、不光滑，高倾角，常被较高程度充填，剪切缝则相反。富台地区发育裂缝缝面平直、光滑，裂缝中常见阶步、反阶步、擦痕等，多为方解石半充填缝，主要为剪性缝。
3. 结论
富台潜山发育大量构造裂缝，根据岩层产状对岩心进行定向，发现主要发育一组北东－南西和北西－南东走向共轭剪裂缝，北部地区北西－南东走向占优势，南部地区北东－南西走向裂缝更为发育，同时可见近东西走向裂缝。裂缝基本为近垂直的剪切缝，开度多为0.6~0.8 mm，以方解石半充填为主，体密度基本在5~10 m2/m3，北部较南部裂缝密度偏大，裂缝更为发育。
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图 3 车古203井取心井段裂缝发育综合柱状图
Figure 3. Comprehensive histogram of core fractures in the Well Chegu 203
表 1 裂缝密度统计表
Table 1. Statistical data of fracture density
井号 条数 心长/m 线密度/(条·m-1) 缝长/m 面密度/(m·m-2) 裂缝面积/m2 体密度/(m2·m-3) 车古201 490 54.0 9.0741 38 1.8731 3.11778 5.10504 车古203 355 41.9 8.4726 45 2.8669 4.2048 8.87317 车古205 175 14.9 11.745 18 3.2036 1.66348 9.87141 
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