砂泥巖互層裂縫發(fā)育的地層厚度效應(yīng)

商　琳，戴俊生，馮建偉，楊學(xué)君，王　珂，宋寶順

（1.中國石油冀東油田分公司勘探開發(fā)研究院，河北唐山063000；2.中國石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東青島266580；3.中國石油塔里木油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆庫爾勒841000）

砂泥巖互層裂縫發(fā)育的地層厚度效應(yīng)

商琳1，2，戴俊生2，馮建偉2，楊學(xué)君3，王珂2，宋寶順1

（1.中國石油冀東油田分公司勘探開發(fā)研究院，河北唐山063000；2.中國石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東青島266580；3.中國石油塔里木油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆庫爾勒841000）

為了研究砂泥巖互層型地層的厚度效應(yīng)對裂縫發(fā)育的影響，塔里木盆地庫車坳陷克深氣田辮狀河三角洲前緣砂泥巖互層型儲集層為例，分析了裂縫發(fā)育機(jī)制，應(yīng)用數(shù)值模擬方法計算了不同厚度砂泥巖互層型地層裂縫的密度、開度和孔隙度，提出了6種砂泥巖組合的裂縫發(fā)育模式。數(shù)值模擬結(jié)果顯示，砂巖、泥巖單層厚度越薄，越容易產(chǎn)生裂縫，砂泥巖互層型地層裂縫發(fā)育還受到巖層厚度的影響。在相同應(yīng)力條件下，中、厚層（1.5~10.0 m）砂巖可以產(chǎn)生開度大和延伸長的裂縫，裂縫能夠延伸至或刺穿泥巖層；薄層（小于1.5 m）砂巖裂縫規(guī)模小，對泥巖影響較弱。泥巖厚度相同時，與其組合的砂巖厚度越大，泥巖越容易產(chǎn)生裂縫。當(dāng)泥巖厚度小于1.0 m時，泥巖受力后自身就容易破裂而產(chǎn)生裂縫。在構(gòu)造變形相似的區(qū)域，辮狀河三角洲前緣水下分流河道裂縫孔隙度高，連通性好，可以形成良好的儲集層；其次為河口壩；遠(yuǎn)砂壩和席狀砂以及水下分流河道間砂體裂縫孔隙度較低，且裂縫連通性差，難以成為有利儲集層。泥巖厚度大于1.0 m且與泥巖組合的砂巖厚度小于5.5 m時，可以成為隔夾層，對油氣起到封隔作用。

砂泥巖互層；裂縫；厚度效應(yīng)；構(gòu)造應(yīng)力；裂縫發(fā)育模式

低滲透砂巖儲集層是中國陸相沉積盆地中一種重要的油氣儲集層類型，裂縫是低滲透砂巖儲集層油氣的有效儲集空間和主要滲流通道。砂巖中裂縫普遍較泥巖裂縫發(fā)育，泥巖可以作為隔層，但有些井段泥巖夾層中發(fā)育大量高角度構(gòu)造裂縫，使泥巖層滲透性增大，對油氣不能起到封隔作用，反而可以成為泥巖裂縫性儲集層。前人對砂泥巖互層型地層裂縫發(fā)育特征做了很多研究工作，文獻(xiàn)［1］總結(jié)了砂泥巖裂縫繼承性發(fā)育模式，認(rèn)為適當(dāng)?shù)哪噘|(zhì)含量是砂泥巖儲集層裂縫發(fā)育的有利條件；文獻(xiàn)［2］通過對砂泥巖互層裂縫參數(shù)的數(shù)值模擬，認(rèn)為砂巖厚度對裂縫在泥巖中的延伸影響很小，可以忽略；文獻(xiàn)［3］評價了泥巖對于天然氣封閉的有效性，認(rèn)為泥巖厚度大于4.0 m時裂縫無法穿透，泥巖隔層具有良好的封閉性。

大量巖心觀察及測井解釋表明，不同厚度組合的砂泥巖互層型地層裂縫發(fā)育程度往往差別較大，而對于泥巖隔層有效性的評價，也不能簡單地以泥巖厚度為標(biāo)準(zhǔn)，還應(yīng)考慮砂巖對泥巖的影響[4-5]。筆者認(rèn)為，砂泥巖互層巖性組合相對單一，互層型巖層的應(yīng)力分布與各組成巖體的厚度密切相關(guān)，某一巖層厚度的變化或相互間厚度比的改變，對互層型巖層應(yīng)力狀態(tài)產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響裂縫的發(fā)育程度，也就是互層型巖層的厚度效應(yīng)。本文以克深氣田辮狀河三角洲前緣砂泥巖互層型儲集層為例，分析厚度效應(yīng)對砂泥巖互層型地層裂縫發(fā)育的影響，旨在為油氣勘探開發(fā)提供參考。

1　研究區(qū)概況

克深氣田位于塔里木盆地庫車坳陷北部克拉蘇構(gòu)造帶，含氣層系主要為下白堊統(tǒng)巴什基奇克組，埋深5 000~7 000 m，為辮狀河三角洲前緣沉積，主要為細(xì)—粉砂巖夾泥巖及砂泥巖互層，比較致密，原生孔隙不發(fā)育，基質(zhì)孔隙度、滲透率普遍較低，基本不具儲集性能，構(gòu)造裂縫是油氣的主要儲集和滲流空間[6-7]。

1.1裂縫發(fā)育特征

巖心觀察結(jié)果表明，研究區(qū)裂縫走向優(yōu)勢方位為北西向和北東向，且北西向略占優(yōu)勢，反映目的層造縫期的古構(gòu)造應(yīng)力為北北西—北西向，與構(gòu)造解析以及成像測井解釋結(jié)果基本吻合；裂縫開度主要為0~ 0.8 mm，約占50%左右，0.8~1.0 mm次之，大于1.0 mm的裂縫相對較少；裂縫以剪切裂縫為主，次為張剪性縫，張性裂縫發(fā)育較少。巖心觀察發(fā)現(xiàn)，在砂泥巖互層型的地層中裂縫有的終止于泥巖，有的則可以刺穿泥巖，裂縫延伸方向發(fā)生改變（圖1）。

圖1　砂泥巖互層型地層裂縫延伸特征

表1　砂泥巖組合類型

1.2砂泥巖組合類型

根據(jù)砂巖與泥巖的組合關(guān)系及厚度比值，可以劃分砂泥巖互層的類型，并判斷各種類型的沉積環(huán)境[8]，通過統(tǒng)計砂巖與泥巖厚度，結(jié)合前人的研究成果[6-7]，將研究區(qū)巴什基奇克組砂泥巖互層劃分為3種類型（表1）。

2　砂泥巖互層裂縫發(fā)育機(jī)制

經(jīng)構(gòu)造解析認(rèn)為，巴什基奇克組裂縫主要形成于上新統(tǒng)庫車組沉積期，受近北北西—北西向的強(qiáng)烈擠壓作用[9-10]，在裂縫形成期，巖層埋深約4 000 m，垂向應(yīng)力由巖層自生重力產(chǎn)生，為壓應(yīng)力，巴什基奇克組砂泥巖互層在造縫期處在三軸擠壓應(yīng)力作用下，最大主應(yīng)力σ1為近南北向，中間主應(yīng)力σ2為近東西向，最小主應(yīng)力σ3為垂向（圖2）。在三軸擠壓條件下，巖層隨時間推移而發(fā)生變形，并在巖層內(nèi)部積聚應(yīng)變能[11]。砂巖屬于脆性巖石，當(dāng)巖石持續(xù)變形達(dá)到極限時，應(yīng)變能以巖石破裂的形式釋放出去[12-13]，形變得以恢復(fù)，砂巖內(nèi)部積聚的應(yīng)變能全部轉(zhuǎn)化為新增裂縫的表面能［（1）式］。泥巖與砂巖相比塑性較強(qiáng)，在受力變形后，塑性變形部分無法恢復(fù)，導(dǎo)致應(yīng)變能一部分可以通過破裂的形式釋放，而另一部分作為塑性能耗散［（2）式］。由此認(rèn)為，在相同的地質(zhì)條件下，泥巖相對砂巖更難產(chǎn)生裂縫。

當(dāng)砂泥巖互層時，假設(shè)砂巖與泥巖是緊密黏合的，受力變形后砂泥巖界面處不會發(fā)生滑動（圖2），砂巖、泥巖的彈性模量分別用Es和Em表示，泊松比用μs和μm表示。一般情況下，Es>Em，μm>μs，在三軸擠壓應(yīng)力作用下，砂巖的變形量比泥巖小，在巖性界面處，會因橫向應(yīng)變約束條件派生出張應(yīng)力和壓應(yīng)力[14-15]，泥巖的側(cè)壓應(yīng)力σ1m將會增加，而砂巖的側(cè)壓應(yīng)力σ1s將會明顯減小，從而使砂泥巖互層界面處的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生改變，根據(jù)應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系可以得出在砂泥巖互層界面處的各應(yīng)力分量。

圖2　砂泥巖互層三維單元體

圖3　相同砂巖厚度不同泥巖厚度組合下的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

由此認(rèn)為，砂泥巖互層時，砂巖中應(yīng)力和應(yīng)變減小，泥巖中應(yīng)力和應(yīng)變會相應(yīng)增大。在相同應(yīng)力條件下，泥巖的存在使砂巖積聚的應(yīng)變能減小，砂巖產(chǎn)生裂縫難度增大；砂巖的存在使泥巖應(yīng)變能增大，泥巖產(chǎn)生裂縫難度相對降低。在砂泥巖互層型的儲集層中，若砂巖與泥巖面積相當(dāng)，那么應(yīng)變能增減量與厚度密切相關(guān)。

3　砂泥巖互層型地層裂縫發(fā)育數(shù)值模擬

3.1實(shí)驗(yàn)設(shè)計

根據(jù)砂泥巖互層厚度統(tǒng)計數(shù)據(jù)，設(shè)計了6個實(shí)驗(yàn)，砂泥巖厚度比例為1∶6~20∶1，建立等截面積、相同砂巖厚度組合、不同泥巖厚度的地質(zhì)模型（圖3）。根據(jù)克深氣田鉆井巖心的力學(xué)參數(shù)測試結(jié)果，為砂巖、泥巖選取不同的力學(xué)參數(shù)（表2）。

表2　模型力學(xué)參數(shù)

3.2裂縫參數(shù)計算模型

根據(jù)文獻(xiàn)［16-17］建立的地應(yīng)力與巖石裂縫參數(shù)的定量關(guān)系［（6）式］，導(dǎo)入古應(yīng)力計算結(jié)果，計算出裂縫的線密度、古開度、古孔隙度。

現(xiàn)今應(yīng)力場不產(chǎn)生新的裂縫，但是由于應(yīng)力擠壓作用，已有的裂縫會出現(xiàn)一定程度的閉合，開度減小，滲流性能降低，但裂縫的密度及產(chǎn)狀基本不變[17]。文獻(xiàn)［18］在HDR（Hot Dry Reservoir）熱干巖型地?zé)醿瘜幽M中同時考慮了正應(yīng)力和剪應(yīng)力對裂縫開度的影響，提出現(xiàn)今應(yīng)力場改造作用下的裂縫現(xiàn)今開度、孔隙度計算模型。

3.3約束條件及載荷施加

模型的深度方向?yàn)閦軸，鉛直向下，x軸指向東，y軸指向北。約束情況為：在模型底部施加z方向約束；模型的南邊界，施加y方向約束；模型西邊界施加x方向約束。這樣的約束滿足有限元分析的要求，即模型沒有總體的平移和轉(zhuǎn)動，能夠?qū)δＰ瓦M(jìn)行運(yùn)算求解，得到收斂解答[19-20]。

邊界力包括水平構(gòu)造應(yīng)力、重力和上覆巖層壓力，模擬中為了使上下各層受力條件相同，不考慮巖層自身重力。構(gòu)造解析認(rèn)為裂縫形成期巖層埋深約4 000 m，垂向應(yīng)力由上覆巖層產(chǎn)生，為壓應(yīng)力。在三維空間上，上覆巖層密度按2.637 g/cm3計算，4 000 m深度下產(chǎn)生約100 MPa的壓應(yīng)力，減去孔隙流體所承受的壓應(yīng)力（40 MPa），得到巖層頂面所受垂向應(yīng)力約為60 MPa.現(xiàn)今埋深約5 000 m，目的層頂面現(xiàn)今所受垂向應(yīng)力約為80 MPa.

由于現(xiàn)今應(yīng)力場不產(chǎn)生新的裂縫，因此認(rèn)為古今應(yīng)力狀態(tài)下裂縫的密度基本保持不變，這樣就可以利用裂縫密度來約束古應(yīng)力模擬。為模擬造縫期的應(yīng)力場分布，經(jīng)過不斷試驗(yàn)加載，確定克深氣田最大古有效主應(yīng)力約為300 MPa，最小水平主應(yīng)力為100 MPa，該數(shù)值并非某一特定時期的古應(yīng)力，而是與某一段地質(zhì)歷史時期內(nèi)應(yīng)力—時間持續(xù)作用效應(yīng)相當(dāng)?shù)摹暗刃?yīng)力”[21]。模型邊界北部施加300 MPa的壓應(yīng)力，東部施加100 MPa的壓應(yīng)力，頂部施加50 MPa的壓應(yīng)力，應(yīng)用ANSYS有限元分析軟件計算砂泥巖互層的造縫期應(yīng)力分布情況。

現(xiàn)今應(yīng)力可利用測井資料計算得出，在確定井點(diǎn)應(yīng)力的基礎(chǔ)上，在有限元模型上多次施加載荷，直到各個井點(diǎn)處的應(yīng)力模擬結(jié)果與實(shí)際值最接近，從而確定區(qū)域上的現(xiàn)今應(yīng)力。通過數(shù)值擬合，確定克深氣田現(xiàn)今水平最大主應(yīng)力為158 MPa，最小主應(yīng)力為122 MPa.利用井壁坍塌方位判斷最大主應(yīng)力為近北西方向，因此模型北部施加158 MPa的壓應(yīng)力，東部施加122 MPa的壓應(yīng)力，頂部施加80 MPa壓應(yīng)力，應(yīng)用ANSYS有限元分析軟件計算砂泥巖互層的現(xiàn)今地應(yīng)力分布情況。

將應(yīng)力數(shù)值模擬結(jié)果導(dǎo)入（7）式，計算出裂縫現(xiàn)今開度和孔隙度，為了便于比較，將各巖層計算結(jié)果取平均后繪制成直方圖（圖4）。

圖4　裂縫參數(shù)模擬結(jié)果

4　模擬結(jié)果分析

由砂巖裂縫平均線密度模擬結(jié)果來看（圖4a），砂巖厚度與裂縫線密度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。厚層砂巖裂縫線密度為2.10~2.40條/m，中層砂巖裂縫線密度為2.40~2.55條/m，與不同厚度的泥巖組合，裂縫線密度變化較小，基本不受泥巖厚度變化影響；薄層砂巖線密度為2.75~3.75條/m，與中、厚層泥巖組合時，薄層砂巖裂縫線密度明顯減小，說明泥巖厚度增大會阻礙砂巖中裂縫發(fā)育。泥巖中裂縫平均線密度隨著自身厚度減小而增大；實(shí)驗(yàn)1、實(shí)驗(yàn)2、實(shí)驗(yàn)3和實(shí)驗(yàn)4中，厚層泥巖（大于1.0 m）與厚層、中層砂巖組合的泥巖裂縫線密度大于與薄層砂巖組合的泥巖，由此認(rèn)為砂巖厚度增大，有助于泥巖裂縫發(fā)育；而實(shí)驗(yàn)5和實(shí)驗(yàn)6中，泥巖裂縫平均線密度都集中在3.80條/m左右，基本不隨砂巖厚度改變而發(fā)生變化，這說明當(dāng)泥巖厚度小于1.0 m時，泥巖受力后自身就比較容易破裂而產(chǎn)生裂縫。

砂巖中裂縫開度明顯大于泥巖（圖4b），砂巖裂縫開度與厚度呈正相關(guān)關(guān)系。在砂泥巖互層界面處存在過渡帶，過渡帶內(nèi)砂巖裂縫開度明顯減小，過渡帶范圍隨泥巖厚度減小而縮?。▓D5），這也說明泥巖厚度增大會阻礙砂巖中裂縫發(fā)育。泥巖中裂縫開度隨著自身厚度減小而增大；實(shí)驗(yàn)1、實(shí)驗(yàn)2、實(shí)驗(yàn)3和實(shí)驗(yàn)4中，泥巖裂縫開度隨與其組合的砂巖厚度增大而增大，這說明砂巖厚度增大促進(jìn)泥巖裂縫發(fā)育；實(shí)驗(yàn)5和實(shí)驗(yàn)6中，泥巖裂縫開度變化較小，集中在0.57~0.64 mm，泥巖裂縫開度基本不受砂巖厚度變化的影響，這也說明厚度小于1 m時，泥巖受力后自身就比較容易破裂而產(chǎn)生裂縫，這與裂縫線密度反映結(jié)果一致。裂縫孔隙度模擬結(jié)果與裂縫開度模擬結(jié)果趨勢相似（圖4c），在此不再另加論述。

圖5　裂縫現(xiàn)今開度模擬結(jié)果

5　砂泥巖互層型地層裂縫發(fā)育模式

根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果并結(jié)合巖心裂縫觀察結(jié)果，提出了砂泥巖互層型地層裂縫發(fā)育的6種模式（圖6）。圖6a為厚層砂巖與中層泥巖組合，厚層砂巖層積聚了大量的彈性應(yīng)變能后才破裂，產(chǎn)生的裂縫具有開度大、延伸長、間距大的特征，導(dǎo)致厚層砂巖裂縫密度小，規(guī)模較大的裂縫可以延伸到泥巖甚至刺穿泥巖，但泥巖自身厚度較大，不利于裂縫發(fā)育。圖6b為厚層砂巖與薄層泥巖組合，泥巖厚度薄，砂巖中多數(shù)裂縫可以刺穿泥巖，加上砂巖派生的壓應(yīng)力，泥巖自身也容易破裂而發(fā)育規(guī)模較小的裂縫。圖6c為中層砂巖與中層泥巖組合，與厚層砂巖相比，中層砂巖發(fā)育的裂縫開度減小，密度增大，砂巖裂縫很難刺穿泥巖，只有少數(shù)裂縫可以延伸到泥巖，且砂巖對泥巖裂縫發(fā)育促進(jìn)作用減弱，泥巖自身發(fā)育裂縫數(shù)量較少，只在靠近界面處零星發(fā)育。圖6d為中層砂巖與薄層泥巖組合，泥巖厚度較薄，砂巖裂縫可以延伸到泥巖或刺穿泥巖，泥巖自身同樣也會發(fā)育規(guī)模較小的裂縫。圖6e為薄層砂巖與中層泥巖組合，薄層砂巖在較小的變形條件下就可以產(chǎn)生裂縫，裂縫開度小、延伸較短、密度大，砂巖裂縫難以刺穿泥巖，只有少數(shù)可以延伸到泥巖，薄層砂巖對中層泥巖的影響較小，泥巖厚度大，自身很難發(fā)育裂縫。圖6f為薄層砂巖與薄層泥巖組合，由于厚度較小，泥巖對砂巖產(chǎn)生裂縫的阻礙作用減弱，砂巖裂縫密度略有增大，少數(shù)裂縫可以延伸至泥巖甚至刺穿泥巖，泥巖自身也發(fā)育規(guī)模較小的裂縫。

圖6　砂泥巖互層型地層裂縫發(fā)育模式

綜上分析認(rèn)為，厚層砂巖夾薄層泥巖組合中，裂縫開度和孔隙度最大，裂縫延伸長，連通性最好，其次為中層砂巖夾薄層泥巖組合和厚層砂巖夾中層泥巖組合，薄層砂巖中裂縫線密度較大，但裂縫開度和孔隙度較低，裂縫延伸短，連通性較差?？松顨馓镌跇?gòu)造變形相似的區(qū)域，辮狀河三角洲前緣水下分流河道及河口壩砂體裂縫發(fā)育程度最高，裂縫孔隙度高且連通性好，可以形成良好儲集層；遠(yuǎn)砂壩、席狀砂以及水下分流間灣裂縫孔隙度較低，物性差，難以形成有利儲集層。

6　結(jié)論

（1）砂泥巖互層型的地層巖性界面處，在三軸壓縮應(yīng)力狀態(tài)下泥巖應(yīng)變量大于砂巖，泥巖的側(cè)壓應(yīng)力將會增加，而砂巖的側(cè)壓應(yīng)力將會明顯減小，導(dǎo)致巖性界面處的砂巖積聚的彈性應(yīng)變能減小，砂巖產(chǎn)生裂縫難度增大，泥巖積聚的應(yīng)變能增大，泥巖產(chǎn)生裂縫難度降低。

（2）砂巖、泥巖單層厚度越薄，越容易產(chǎn)生裂縫，砂泥巖互層時，裂縫發(fā)育還受到不同層厚組合關(guān)系的影響。在相同應(yīng)力條件下，中、厚層（1.5~10 m）砂巖可以產(chǎn)生開度大，延伸長的裂縫，能夠延伸至泥巖或刺穿泥巖層；薄層（小于1.5 m）砂巖裂縫規(guī)模小，對泥巖影響較弱。泥巖厚度相同時，與其組合的砂巖厚度越大，泥巖越容易破裂產(chǎn)生裂縫；當(dāng)泥巖厚度小于1 m時，泥巖受力后自身就比較容易破裂而產(chǎn)生裂縫。

（3）在構(gòu)造變形相似的區(qū)域，辮狀河三角洲前緣水下分流河道沉積的厚層砂巖與薄層泥巖組合、中層砂巖與薄層泥巖組合、厚層砂巖與中層泥巖組合裂縫孔隙度高，連通性最好，可以形成良好儲集層，其次為河口壩沉積的中層砂巖與中層泥巖組合。遠(yuǎn)砂壩、席狀砂以及水下分流河道間的薄層砂巖與泥巖組合裂縫開度、孔隙度較低，連通性差。泥巖厚度大于1 m且與泥巖組合的砂巖厚度小于5.5 m時，可以成為隔夾層，對油氣起到封隔作用。

符號注釋

Asf——砂巖裂縫表面積，m2；

Amf——泥巖裂縫表面積，m2；

b0——造縫期裂縫開度，m；

bm——現(xiàn)今裂縫開度，即受現(xiàn)今地應(yīng)力改造后的開度，m；

bres——裂縫表面承受最大正應(yīng)力時的裂縫開度（因其很小，在模擬計算中取值為零），m；

Dlf——裂縫線密度，條/m；

Dvf——裂縫體積密度，m2/m3；

E——楊氏模量，GPa；

J——裂縫表面能，J；

Jsf——砂巖產(chǎn)生單位面積裂縫所需的能量，J/m2；

Jmf——泥巖產(chǎn)生單位面積裂縫所需的能量，J/m2；

hs——砂巖厚度，m；

hm——泥巖厚度，m；

L1——沿σ1方向的表征單元體長度，m；

L3——沿σ3方向的表征單元體長度，m；

Ss——砂巖面積，m2；

Sm——泥巖面積，m2；

Ws——砂巖積聚的應(yīng)變能，J；

Wm——泥巖積聚的應(yīng)變能，J；

Wp——泥巖塑性應(yīng)變能，J；

θ——破裂角，（°）；?f——裂縫造縫期孔隙度，%；

?fm——裂縫現(xiàn)今孔隙度，即受現(xiàn)今地應(yīng)力改造后的裂縫孔隙度，f；

σ1，σ2，σ3——分別為最大、中間和最小主應(yīng)力，MPa；

σ1m——泥巖在巖性界面處的最大主應(yīng)力，MPa；

σ2m——泥巖在巖性界面處的中間主應(yīng)力，MPa；

σ3m——泥巖在巖性界面處的最小主應(yīng)力，MPa；

σ1s——砂巖在巖性界面處的最大主應(yīng)力，MPa；

σ2s——砂巖在巖性界面處的中間主應(yīng)力，MPa；

σ3s——砂巖在巖性界面處的最小主應(yīng)力，MPa；

σd——產(chǎn)生前兆微裂縫時的應(yīng)力值，MPa；

σnref——使裂縫開度降低90%的有效正應(yīng)力，MPa；

σ'1m——泥巖對砂巖產(chǎn)生與最大主應(yīng)力反向的張應(yīng)力，MPa；

σ'2m——泥巖對砂巖產(chǎn)生與中間主應(yīng)力反向的應(yīng)力，MPa；

σ'1s——砂巖對泥巖產(chǎn)生與最大主應(yīng)力同向的壓應(yīng)力，MPa；

σ'2s——砂巖對泥巖產(chǎn)生與中間主應(yīng)力同向的壓應(yīng)力，MPa；

ε3——最小彈性張應(yīng)變，無量綱；

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Effect of Strata Thickness on Fracture Development in Sand?Mud Interbed

SHANG Lin1,2,DAI Junsheng2,FENG Jianwei2,YANG Xuejun3,WANG Ke2,SONG Baoshun1
(1.Research Institute of Exploration and Development,JidongOilfied Company,PetroChina,Tangshan,Hebei 06300,China;2.School of Geosciences,ChinaUniversity of Petroleum,Qingdao,Shandong 266555,China;3.Research Institute of Exploration and Development, PetroChina,Tarim Oilfied Company,Korla,Xinjiang 841000,China)

In order to study the effect of strata thickness on the fracture development in sand?mud interbed,this paper took the sand?mud interbed reservoir of braided river delta front in Keshen gas field in Tianshan mountain piedmont as an example,analysed the generation mechanism of structural fractures,calculated the density,aperture and porosity of fractures by using numerical simulation method,and then proposed six models for fracture development in the sand?mud interbed.The simulated results show that the thinner the single thick?ness of sandstone or mudstone,the easier the fracture generation,also,the fracture development of the interbed is influenced by the strata thickness.In the condition of same stress,the fractures with large aperture and long extension may occur in medium?thick（1.5~10 m）sand?stone,and be able to extend to or penetrate the mudstone.The fractures in thin(less than 1.5 m)sandstone with small aperture have weak effect on the mudstone.For mudstone of same thickness,the thicker the sandstone in it,the easier the fracture generation,and when the mudstone is less than 1 m in thickness,the loaded mudstone is easy to rupture and generate fractures by itself.In the area with similar re?gional tectonic deformation,the underwater distributary channels in braided river delta front are of high fracture porosity and good connec?tivity and could form good reservoirs,followed by mouth bar,distal sand bar,sand sheet and underwater interdistributary sands,they have low fracture porosity and low connectivity,being difficult to become favorable reservoirs.When the mudstone reaches 1 m and its sandstone is less than 5.5 m in thickness,it could become the barrier,enough actingas an effective sealingto oil and gas.

sand?mud interbed;fracture;thickness effect;structural stress;fracture development pattern

TE112.221

A

1001-3873（2015）01-0035-07DOI：10.7657/XJPG20150107

2014-07-30

2014-11-17

國家科技重大專項(xiàng)（2011ZX05003-04）；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金（12CX06004A）

商琳（1987-），男，山東東平人，博士，石油地質(zhì)，（Tel）18633172827（E-mail）shanglinsonny@163.com.