周颉/译
 
裂缝性储层分布在各种地下地层、不同深度、不同压力和温度范围内。颗粒型储层(粒间储层、多孔储层)的分布仅与陆源和碳酸盐岩有关，即与特定但有限岩性的岩石有关，而裂缝型储层不仅在上述岩石中发现并得到了开发，而且在页岩、花岗岩、粘土等储层中也发现并开发了裂缝型储层。
 
破纪录的累计产油量可能是这类油藏的特征，有时超过每口井100万吨的水平。
本文是作者多年来为解决油田勘探和采油过程中裂缝性储层识别和勘探的一些实际问题和理论问题而进行的研究成果。
这些研究包括:
井柱地下勘探地球物理技术理论相关单项任务的阐述、设置与解决；
根据得到的理论解计算地质和地球物理情况；
裂缝性储层研究新方法的发展；
处理和解释与井内使用这些技术相关的结果；
裂缝性油藏油藏试井开发资料的处理、解释和推广；
专项实验研究结果的处理与解释;
对其他研究人员发表的出版物进行批判性的再评价。
 
总的来说，已经研究了180个地区和油田的1200多口井的材料。
从第一口探井的钻探开始，一直到完全含水为止，跟踪了某些矿点的勘探开发历史。这些油田位于不同的地理、地质和气候条件下。裂缝储层年龄从渐新世到日复世不等。储层岩石由砂岩、粉砂岩、灰岩、白云岩、粘土岩、花岗岩、凝灰岩等组成。地层压力从异常低到极高，温度范围从25°С到185°С。即对裂缝性储层进行了现代实践中所遇到的全范围的地质技术条件的研究。
 
裂缝性储层构造
 
迄今为止，国内外大部分地质学家、地球科学家、油田开发人员对裂缝性储层模型的概念都是，裂缝性储层是由不同方向、不同梯度角度、不同开缝程度的裂缝所解剖的一种岩石体(图1)。这种概念是对地表地质露头和岩心的一些直观观察的结果，这些观察没有考虑到实际条件下岩石的受力状态。因此，首先要对储层的结构进行解释，因为对研究对象没有明确的认识，就不可能制定出研究储层的方法，也不可能分析出油气生产过程中发生的变化。
 
图1所示裂缝性储层构造的广泛概念
通过最简单地考虑影响岩石元素的应力，首先制定了一个工作假设:在自然发生条件下，垂直裂缝的概率高于张开的水平裂缝的概率。该假设采用了三种独立的方法进行验证:1)将完井结果与钻井过程中流失的冲洗液体积进行比较。2)将流体流入的形成与井壁处存在的切向应力进行比较;3)通过对Yaregskoye油田某油田岩石露头描述的研究。
 
基于第一种方法，认为钻井过程中吸收的冲洗液会沿着垂直裂缝系统进入产层含水部分，不会影响清洁油的开采。如果存在水平裂缝，被吸收的流体将不可避免地与储层流体一起被回收。对裂缝性油藏钻完150口井后获得的数据进行了分析，这些井的钻井表明，吸收的冲洗液的体积从几百立方米到几十万立方米不等(一些井的泵送冲洗液根本没有出现在地面上)。所有这些井完井的结果是，石油中没有任何吸收冲洗液的迹象。
 
因此，第一种方法证实了垂直开口裂缝在流体原位流动中起主导作用的假设。第二种方法考虑了钻孔壁上及其附近产生的切向应力σθ的影响。在油井增产过程中可能产生的某些条件下，切向应力可能超过地层压力Рпл..这将导致垂直裂缝壁关闭，井与储层之间的水力连接丧失，并且作为这种测试的结果，流体流入不足。水平裂缝在切向应力作用下不可能闭合;储层与井眼之间的水力连接仍然存在，流体将被回收。选取了100多个以裂缝性储层为代表的靶区，在改造过程中条件σθ>Рпл。被保存了下来。所有的目标一开始碰巧都是“干的”。增产后均产生地层流体。
 
使用第二种方法和第一种方法获得的结果证实了开放垂直裂缝在流体原位流动中起主导作用的假设。
 
使用第三种方法，研究了泥盆纪砂岩的详细描述，该砂岩位于180-250米的深度，在Yareganskoye油田使用竖井法开采石油。各作者的研究工作中只提到了亚垂直开放性骨折。
我们应该注意到，这些数据反驳了已经广为流传的观点，即开放性水平裂缝可能存在于相对较浅的深度。
 
因此，证明了在天然岩石条件下，只有垂直裂缝可以打开(图2)。这些裂缝在矿层中形成单一网络，为矿层的不同部分提供水平和垂直的水力连接。裂缝性储层的探明构造有以下几个因素为基础:岩体内部裂缝分布的不均匀性，油气生产过程中不同开放程度的裂缝的不等价性，近垂直方向的开放裂缝的主导作用。
  
图2所示裂缝性储层真实构造
 
探矿和勘探阶段要达到的目标 在一个新的油田开始勘探和开采工作时，人们应该始终记住钻进和钻遇裂缝储层的可能性。在这种情况下，人们必须解决许多特定于这种油藏的任务，这些任务通常不包括在使用地球物理和流体动力学研究技术研究横截面的程序中。下面列出了在研究裂缝性储层时需要解决的一些中心任务，解决这些任务的方法如下: 识别井柱中的开放裂缝； 评估储层类型； 垂直估计开放裂缝的范围； 描绘裂缝和井之间的交叉点； 提供生产压差，以刺激来自裂缝的流体流入； 估计断裂能力。
 
识别井柱中开放裂缝的方法 许多方法可用于从根本上解决特定井柱中存在(或不存在)开放性裂缝的问题:
1. 记录钻井过程中的失液量及气、水、油的显示。在钻井过程中记录的流体漏失和/或气、水和油显示通常是由与井相交的开放裂缝的存在引起的。在正常的钻井过程中记录这些复杂的情况，可以在井柱中发现裂缝，从而可以估计地层压力并识别节理区域。
2. 寻找流动潜力。裂缝中流动电势(或自然电势(SP)的电势)的电动势问题的理论解表明这种电动势比毛细管渗流电势(亥姆霍兹方程)的电动势高4π倍，并可能产生极高的自然电势。通过将实际自然电位异常幅度与标称静态电位进行比较，可以检测出因开放裂缝密度而产生的流动电位。这种方法最适用于主要由陆源岩石组成的井柱。
3. 比较不同波长波的传播速度。如果岩石基质结构是均匀的，长短波的传播速度相等。如果岩石基质结构受到明显的开放裂缝的干扰，短波的传播速度将超过长波的传播速度。在声波和地震频率范围内获得的值(声波测井和剖面拍摄数据)被用作不同长度的波的速度。这种方法适用于岩性不变、深度较大的岩石深处。
4. 比较水平应力和地层压力。存在开放垂直裂缝的条件是地层压力超过水平应力σгор(рпл>σгор)。否则肯定会遗漏开放性骨折[6，13]。流入测试过程中使用压力计测量地层压力。
可以使用两种方法确定水平应力:计算和使用地层水力压裂的结果。在第一种情况下:
 
式中δс -为地下岩石从地表到深度h的平均密度; ν -为泊松常数;G -是重力加速度。
 
泊松常数是根据已知公式对纵波和横波传播速度的测量来计算的，现在它已成为一种常规程序。
如果在记录压裂过程时考虑应力集中因素，那么根据水力压裂结果确定的水平应力值将更加准确。
否则，将严重高估最小水平应力。文献[10]详细考虑了基于水力压裂地层材料的最小σгор值的确定。
需要注意的是，根据水力压裂地层材料确定的水平应力与使用地下压力计测量的地层压力相比较的方法，为确定所考虑的井柱中是否存在张开的垂直裂缝提供了绝对保证。
 
确定储层类型
储层类型的确定实际上仅限于评价岩石基质的滤失性。为什么它是必要的和重要的?如果岩石基质具有渗透性，则是具有渗透性基质的裂缝性储层;如果岩石基质不具有渗透性，则是纯裂缝性储层。
 
在第一种情况下，估算储量时可以忽略裂缝系统的容量，因为它比基质孔隙体积的容量低得多，如果我们使用地球物理方法确定孔隙度，它在绝对误差范围内。在第二种情况下，裂缝网络的容量决定了矿点的商业矿床量。 在这种情况下，通常用于判断粒间储层存在的岩石渗透率定性指标也是可以接受的。如果建立了这样的渗透率指标，我们就可以处理具有渗透率基质的裂缝性储层。但是，如果我们没有明确的迹象表明岩石基质是可渗透的，我们就有一个纯粹的裂缝储层。当钻井液具有某些特性时，岩石基质渗透性的明显迹象可能会消失。对于这种情况，两个概念上的新方法的任务解决已经合理化和测试。
 
第一种是基于检测在钻井过程中广泛形成的并且在径向方向上延伸的近井地带中的拉伸裂缝。当井下冲洗流体压力超过切向应力和岩石拉伸(断裂)应力之和时，这种裂缝就会出现。基于井筒附近预应力岩石任务的已知理论解的计算表明，狂野压裂区的半径(R)不会超过井半径(Rс)的1.2-1.5倍，即R/Rс≤1.5。如果检测到此类裂缝区域，则表明岩石基质不可渗透。超过这个面积，切向应力就收缩。 自发形成的裂缝区域是使用密度增加的冲洗液钻探的井柱的典型特征。有记录表明，在由不同岩性的岩石组成的井柱中，这种压裂的持续延伸超过1 km，并且使用密度不小于1.6 g/cm3的冲洗液进行钻探。
第二种方法是在上述确定直井附近应力问题的理论解的基础上，通过改变井底压力来考虑井面范围内的切向应力。
 
垂直裂缝扩展的测定
 
为了确定裂缝性储层的下边界和估计油气储量，需要了解垂直裂缝在剖面上的延伸情况。这可以使用上述裂缝识别方法，通过比较水平应力和地层压力来确定。只要满足Рпл>σгор条件，在一定深度下可能存在垂直裂缝。在应用这种方法时，有必要估计水平压力和地层压力沿所考虑的井柱深度的变化。
 
在有限厚度的地层中，裂缝的长度通常受限于地层厚度。在地层压力异常高的地区，这一规则就被打破了，在这些地区，垂直裂缝的连续长度(无论其离散层数如何)可能超过1.5公里。
 
识别裂缝-井交叉点
这一课题的解决为选择合适的裂缝产液层段提供了可靠的依据。井和开放裂缝之间的交叉点实际上是储层-井眼水力通道到达井壁的点。因此，我们可以得出这样的结论:记录这些通道上的流体运动的方法应该比其他方法具有明显的优先权。最简单的方法是记录钻井过程中的流体损失和/或气-油-水显示:记录事件的深度必须作为第一近似值，即裂缝到达井壁的位置。其他可能的变体是高电导率异常和存在流动电位。为了准确解决这一任务，建议使用新方法，其具体用途取决于钻孔中泵送的冲洗液的性质。
 
如果井充满了能够导电的冲洗流体，来自侧向测井装置的中央电极的电流强度的相当大的波动将是那里存在的开放裂缝的指示。 电流强度记录为一条单独的曲线(图3)。工作中给出了该方法的理论依据。
 
图3所示利用侧向测井-3 (LL3)电流强度异常圈定裂缝带
 
如果井充满了不能导电的冲洗液，则应用感应测井。在这种情况下，感应测井的使用是基于解决感应测井理论的直接问题的结果，该问题适用于存在油井和垂直裂缝的三维环境模型。裂缝存在的标志是电导率曲线特定形式的异常(图4)。
 
图4所示利用感应测井电导率异常圈定裂缝带
 
于这些方法的应用结果，对井柱中的开放裂缝的检测频率进行了检查。获得的数据表明，沿井筒的两个连续裂缝(裂缝带)之间的距离在3至84米之间。 在通过射孔柱从裸眼井生产石油的作业井中，使用地球物理勘探方法进行了额外的研究。
 
此类研究的结果表明，石油从1至3条裂缝进入长度为150-200米的裸眼井，这些裂缝之间的距离不小于35米。射孔柱中活动裂缝之间的距离较小，但至少其中一条裂缝产生的石油不小于总产量的70%至90%。考虑到裂缝的渗透率理论上与其张开度的立方成正比，所获得的数据表明，张开度较大的裂缝在总生产率中提供了大部分石油。