【技术前瞻】裂缝

裂缝

裂缝是指由变形作用或物理成岩作用形成的、在岩石中天然存在的宏观面状不连续（R.A.纳尔逊，1991）。裂缝作为岩石最为常见的一种破裂形式，在地质体中广泛分布，其成因类型多种多样，可以由构造应力产生，也可以由不均衡重力施压、地层抬升剥蚀及岩石热膨胀或收缩等因素产生，其中构造应力作用是形成裂缝的最主要因素，也是对油气勘探开发影响最大的一种裂缝型式。

构造裂缝的发育受构造位置、岩性、结构、层厚及温度、围压等因素的影响。岩石自身的矿物成分、颗粒大小、孔隙结构直接影响岩石的强度以及变形方式，是影响裂缝产生的内因，而构造位置的不同可以引起地应力及围压等因素的差异，是影响裂缝产生的本质外因。三轴主应力状态差异导致岩石具有不同的破裂扩展型式，从而形成性质不同、产状不同的多种裂缝（图1）。

图1：三轴主应力控制两种典型岩石破裂型式

裂缝不仅可以作为油气运移的通道，还可以成为油气的储集空间。由于裂缝发育的不均衡性及方向性，裂缝在极大改进储层孔渗特性的同时，也加剧了储层的非均质性。在油气的勘探开发过程中，需要对裂缝性储层进行精确评价，评价内容主要有裂缝的开度、密度、孔隙度及渗透率等物性参数，涉及的主要工作主要有裂缝识别及裂缝预测。

目前常用的裂缝识别方法主要有岩心及野外露头观测法、常规及成像测井资料识别法及地震检测裂缝法。

通过岩心和野外露头对裂缝进行宏观和微观观测是裂缝识别最直接有效的方法，观测内容主要有裂缝的开度、缝长、缝宽、方位角、倾角、充填物及充填程度等要素（图2）。该方法在实际应用受取心井、取心质量及实验测试条件等因素影响较大，且在观测中要注意对人工裂缝的剔除。

图2：XX井岩心解释裂缝发育综合柱状图

利用测井资料识别裂缝是目前最为普遍的一种方法，主要分常规测井和成像测井识别两种。目前主要应用双侧向测井、声波测井、地层倾角测井、密度测井、自然伽马能谱测井等测井资料进行常规测井识别，但其准确性却不是很高。成像测井识别具有精度高、分辨率高等优点，是目前识别储层裂缝最为有效的一种方法(图3)。目前常用的成像测井技术主要有微电阻率扫描成像测井、声波成像测井及方位侧向成像测井等。

 图3：XX井成像测井解释裂缝发育综合柱状图

由于受到地震资料分辨率的限制，利用地震资料识别裂缝一直具有很强的局限性。目前常用的识别裂缝的地震方法主要有：多波勘探裂缝检测、横波勘探裂缝检测、转换波裂缝探测及微地震裂缝检测技术等。

目前常用的裂缝预测方法主要有已知井点约束法、曲率属性分析法、分形几何法及应力-应变模拟法等。

已知井点约束法以单井的裂缝发育规律为约束条件，在通过岩心或测井方法精确识别单井裂缝的基础上，对井间裂缝进行数学插值进行裂缝预测。曲率属性是利用岩层的应变弯曲，应变弯曲较大的地区曲率较大，易产生张应力集中，产生张性缝。分形理论可以利用断层与裂缝的自相似性，对断裂系统进行分形处理，求取断层的分维值，进而对裂缝发育情况进行定量评价（图4）。

图4：利用断层分维值进行裂缝预测

应力-应变模拟法是从岩石破裂的内因出发，以应力场数值模拟为手段，以地应力与裂缝参数间定量模型为核心，对裂缝的开度、密度、孔隙度及渗透率等参数进行定量计算的方法（图5）。该方法可根据不同的应力场环境选择不同的岩石破裂准则，兼顾不同力学性质的裂缝，同时可以考虑多期构造运动的叠加改造作用，因而在裂缝预测中具有广泛的实用性。

图5 利用应力-应变模拟法定量计算裂缝密度（条/米）

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