力学地层单元在裂缝性储层研究中的应用

摘要：文章介绍了力学地层单元在裂缝性储层研究中的应用，介绍了力学地层单元的概念，力学地层单元对裂缝发育的影响，着重力学地层单元在裂缝性储层研究中的应用实例。

关键词：力学地层单元 裂缝阻抗系数 裂缝 力学界面

1 力学地层单元

所谓力学地层单元是指在深埋或因压实作用的影响下，数个地层层序连成一体，具有相似的力学性质，称为力学地层单元。

裂缝样式受控于地层力学性质，同时还取决于岩层的物质性质、层厚以及界面强度。地层力学性质一般并不一定对应于沉积地层。一个力学层段所代表的是独立于其它层位发生了破裂的一个或多个地层层位。裂缝一般都是层控的，可以贯穿力学层段的全部厚度，因而常常终止于地层的边界层。这种边界层在这里可称为力学层段的界面（MLB）。

2 力学地层单元在裂缝性储层研究中的应用

2.1 力学地层单元的应用概况

马德马尔背斜是阿曼山前带塞莱赫（Salakh）穹隆附近出露完好的与逆冲断层相关的系列背斜之一（图7和8）。该背斜出露了白垩系纳提赫组台地碳酸盐岩，局部还出露有下伏的Nahr Umr页岩。是一个箱状褶皱。最南缘，有一条不连续的枢纽带在数十米内显示了产状的剧烈变化如图8。

马德马尔背斜的主要裂缝都是NE向裂缝（图9a、b和10）。它们由层控裂缝（主要为节理）和不同范围的（复活）裂缝带构成了多种范围的组合体系。所有这些裂缝都与层理呈高角度相交。

根据分辨率为0.7m的马德马尔背斜Quickbird卫星图像（图9d），用ArcGIS建立了一个新的线性构造数据库，并作出了解释（图10b）。该数据库覆盖了阿曼山前区（该区一套典型储层的分布范围），并为各种范围的构造格架提供了更深入的认识。马德马尔背斜纳提赫组次级层段的出露信息如图10a。

图9的露头观测结果证实了卫星图像线性构造数据库的地质特征。在25000多条线性构造中，已在露头上检测出大约500条（2%）。其中有95%以上属于上面介绍的目标裂缝组。

线性构造解释得出的分布实例如图10d，其结果是裂缝长度被低估（因为露头模型只占裂缝的长度的百分之几十）。将线性构造数据库和辅的露头观测资料结合在一起构成了非常有价值的数据库（图11）。

利用壳牌公司具有专利权的裂缝描述和模拟软件建立了阿曼第一个综合性露头类比的裂缝模板，这个模型覆盖了马德马尔背斜北翼3×6km的面积，它在区段到储层范围综合了裂缝分布的航测和地层非均质性。

模拟的线性构造组对应于图12中的1-3组线性构造。该模型的目标线性构造组与所研究的地下储层的构造非常相似。

该模型正确地反映了在露头和Quickbird图像上表现的裂缝分布样式和航测非均质性（图13）。该模型还综合了断层和裂缝的不同几何形态（例如单条平行裂缝和裂缝带）和不同倾向。图14是一条通过部分模型的横剖面。它突出显示了在成套力学层段内多种规模裂缝和裂缝带的排列。

露头资料已用于改善研究区一个大型油藏的储层描述和裂缝建模。就马德马尔背斜而言，所研究的储层是下白垩统纳提赫组不均匀的破裂和力学分层的碳酸盐岩。

自1996年以来，采用混合采收方式对其进行了开发：在产油切割裂缝很充分的区段采用了气驱重力采油（GOGD），而在气驱重力采油效果不好的以基岩渗透率为主的区段，采用了局部注水采油。

2.2力学地层单元在储层研究中的应用

2.2.1 利用力学地层单元改善储层描述的精度

图15a显示了井筒图像所得出的中等规模（1-10m宽）NE走向裂缝群的两个实例。就裂缝的垂向和航测规模而言，可以想象有不同的情况。如果有一口虚拟井眼穿过了马德马尔背斜，那么中等规模的NE走向裂缝带就会有非常相似的裂缝群特征，也就是有非常相似的陡倾裂缝宽度、方位以及数量/密度（图15b）。

以不连续裂缝模型为主体的露头裂缝模板，已经以多种方式应用于地下裂缝建模（概念模拟和定量模拟）。露头裂缝模板还有助于在概念模拟层次确定许多具有地质真实性的裂缝特征解释，因而可以补充静态和动态的现有控制因素。

2.1.2 应用力学地层单元改进储层模型

图16a显示了为地下一个力学层段建立的裂缝模型（分低、中、高三种情形）的一部份。不同模型情形之间的差异突出了裂缝系统具有传导能力部分虽已降低但仍存在的不确定性。这些模型符合地下的静态和动态条件（例如由井眼图像获得的裂缝分布）。

图16b显示了一种裂缝特性（网格X方向的间距）的中等情形模拟的两部分，是在一个模拟网格上计算的。这些模拟网格已经输给了动态模拟器，以便针对已有的动态数据进行评价。对于最先测试的区段，这一裂缝模型成功地实现了与生产数据的较好历史拟合，（例如累计产油量；图17）。

3 认识

（1）力学地层单元将促使研究对象从以地层为对象向力学层为对象转化；

（2）力学地层单元控制裂缝发育程度、裂缝类型以及不同力学地层单元间的裂缝连通模式；

（3）力学界面阻抗系数的概念有助于改变地质人员认识裂缝性潜山油藏的形态和油气分布规律；

（4）力学地层单元的研究有助于提高地质建模的精度。

参考文献

[1] Mohammed S. Ameen， Ismail M. Buhidma， Zillur Rahim. The Function of Fractures and In-situ Stresses in the Khuff Reservoir Performance， Onshore Fields， Saudi Arabia. AAPG Bulletin， Jan 2010；94： 27 - 60

作者简介：张代英，女，1978年10月出生，助理工程师，从事油田开发技术工作。