碳酸鹽巖儲集層微裂縫的識別與表征

PERMADI Pudji, MARHAENDRAJANA Taufan, NANDYA Sesilia, IDEA Kharisma

（1. 萬隆理工學院，萬隆 40132，印度尼西亞；2. 中國石油國際賈邦油田有限公司，雅加達 12940，印度尼西亞）

0 引言

Kranz[1]和Anders等[2]將微裂縫定義為長度和寬度有限的裂縫或裂紋，其典型長度為1 mm左右，寬度小于0.1 mm，需要借助放大工具進行觀察；相比之下，宏觀裂縫長寬尺寸較大，肉眼可見。微裂縫的發(fā)育一般是由大地構造、成巖作用、地層流體的快速釋放和超壓等作用引起的局部應力變化所致[1-4]。對巖石施加相對較高的應力時，與韌性巖石相比，脆性巖石理論上更容易發(fā)生破裂。其他影響微裂縫發(fā)育的因素包括礦物成分、巖石結構、粒度、膠結物、巖石硬度、構造層位和應力狀態(tài)[1-5]。一般根據微裂縫與巖石顆粒的位置關系，將微裂縫分為晶界微裂縫、粒內/晶內微裂縫、粒間/晶間微裂縫 3種類型[6]。晶界微裂縫是位于（或局部存在）一個晶粒邊緣或兩個晶粒接觸界面的微裂縫；粒內/晶內微裂縫發(fā)育在顆?；蚓w內部；粒間/晶間微裂縫從某個晶?；蚓Ы缪由斓搅硪痪Я；蚱渌Ы?，有時也稱為晶緣微裂縫[5]。目前識別和表征巖石微裂縫時，通常選擇價格低廉的巖石薄片和常規(guī)光學顯微鏡[5,7-9]方法，而陰極發(fā)光顯微鏡[10]、光電倍增管陰極發(fā)光[11]和陰極發(fā)光掃描電鏡[12]技術可以獲取更高分辨率的圖像。

目前關于微裂縫的研究主要集中于微裂縫延伸方向、分布、密度、成巖史及其對水力傳導率的影響等方面。Ezati等[13]嘗試基于水力流動單元進行巖石分類以識別碳酸鹽巖儲集層中微裂縫的分布，但由于該方法要求每個水力流動單元流變行為相同，且需要分成兩個子水力流動單元獲取截止孔隙度，所以該方法無效。當含微裂縫巖石的孔隙度大于截止孔隙度時，說明微裂縫對巖石電導率和滲透率等特性的影響很小甚至沒有影響。巖石中部分微裂縫處于閉合狀態(tài)，只有開啟的微裂縫之間或與巖石孔隙形成網絡時，才能顯著提高儲集層電導率和滲透率。

本文對兩個碳酸鹽巖儲集層的巖石樣品中的微裂縫進行識別和表征。根據微裂縫對滲透率的影響，將其分為導流型和非導流型微裂縫。導流型微裂縫是開啟的，通過連接巖石孔隙或形成多條流動路徑，提高巖石的水力傳導率；對比滲透率與孔隙度成反比的巖石樣品可以反映出導流型微裂縫提高滲透率的能力。導流型微裂縫提高滲透率的水平取決于裂縫幾何形狀（寬度和長度）、密度和連通性，但很難對這些因素進行量化，可以結合常規(guī)和特殊巖心分析數(shù)據、巖心巖性描述和薄片圖像，揭示微裂縫提高巖石滲透率的作用并預測含微裂縫巖石的滲透率。非導流型微裂縫由于其延伸長度有限、密度太低或開度太小而無法傳輸流體甚至閉合，因此不能提高巖石滲透率。

本文建立了一種識別巖石中導流型微裂縫或非導流型微裂縫的技術，并結合薄片圖像表征微裂縫，分析兩種微裂縫對滲透率的不同影響。確定了本研究中含微裂縫最多的碳酸鹽巖儲集層巖石類型及導流型微裂縫存在的截止孔隙度，分析導流型微裂縫在提高滲透率方面的作用，預測發(fā)育導流型微裂縫巖石樣品的滲透率。

1 研究方法和數(shù)據

1.1 方法

目前，用于碳酸鹽巖儲集層的巖石分類方法為孔隙幾何形狀與結構法（Pore Geometry and Structure，簡稱 PGS）[14-15]，該方法將具體的地質特征與巖石的物理性質聯(lián)系起來，便于進行巖石特征歸類。基于此，沉積環(huán)境和成巖作用與巖石物理性質的關系可以用孔隙度和滲透率的冪律方程表征，如（1）式所示：

左側變量(K/φ)0.5代表孔隙幾何形狀，右側變量K/φ3代表孔隙結構，由 Kozeny方程推導出K/φ3=1/(τFsSb2)。由（1）式可知，通過繪制(K/φ)0.5與K/φ3的關系，可以得到常數(shù)a和指數(shù)b。PGS方法與Leverett J函數(shù)對巖石類型的劃分方法一致[16]，文獻[15]給出了碳酸鹽巖儲集層巖石分類的類型曲線，可以直接用于碳酸鹽巖儲集層巖石類型識別。每種巖石類型都有特定的a值和b值，可以從文獻[15]中獲取。用于推導（1）式的Kozeny方程最初是基于顆粒或基質系統(tǒng)建立的，文獻[17]證實該公式也適用于粒間孔隙系統(tǒng)，因此，PGS方法適用于本文研究中以基質為主的多孔系統(tǒng)。

1.2 數(shù)據

本研究使用的樣品分別取自投產于 1999年和1997年的兩個不同碳酸鹽巖儲集層[18]。下—中中新統(tǒng)Batu Raja組碳酸鹽巖儲集層A，發(fā)育于印度尼西亞的西爪哇地區(qū)海底1 737.36～2 194.56 m，沉積于淺海環(huán)境礁灘相—礁后潟湖相，包括碳酸鹽臺地、生物礁建造和微生物碳酸鹽巖，共發(fā)育 7種巖相，即生物碎屑泥巖/粒泥灰?guī)r/泥粒灰?guī)r、含泥礫生物碎屑泥巖和粒泥灰?guī)r、珊瑚狀浮石與粒泥灰?guī)r/泥?；?guī)r互層、粒泥灰?guī)r/泥?；?guī)r基底珊瑚礫屑碳酸鹽巖、粒泥灰?guī)r/泥?；?guī)r基底珊瑚浮石、珊瑚粘結灰?guī)r和珊瑚格架灰?guī)r。

下—中中新統(tǒng)Tuban組碳酸鹽巖儲集層B發(fā)育于印度尼西亞東爪哇地區(qū)海底2 499.36～2 987.04 m。該儲集層為生物礁建造，沉積于開放的潟湖環(huán)境，多發(fā)育加積點礁。主要由兩種巖相組成，上部層段為含有紅藻和珊瑚的大型有孔蟲泥?；?guī)r，下部層段為含有生物碎屑紅藻和珊瑚的大型有孔蟲泥?；?guī)r/粒泥灰?guī)r/泥巖，可細分為含有較大有孔蟲的骨架狀粒泥灰?guī)r、含有較大有孔蟲的泥粒灰?guī)r和顆?；?guī)r、含有孔蟲的骨架泥?；?guī)r和粒泥灰?guī)r、珊瑚礫屑灰?guī)r、含珊瑚藻的骨架泥粒灰?guī)r、灰色黏土巖和灰質泥巖。

本研究所用數(shù)據包括 1 251個常規(guī)巖心分析結果和巖性描述、41個特殊巖心分析數(shù)據（SCAL）和40個薄片巖相分析結果[15]。碳酸鹽巖儲集層A的孔隙度和滲透率為 1.73%～27.49%和（0.01～1 800.00）×10-3μm2，碳酸鹽巖儲集層B的孔隙度和滲透率為1.10%～32.10%和（0.01～2 257.00）×10-3μm2。圖1和圖2分別繪制了兩個碳酸鹽巖儲集層的滲透率-孔隙度交會圖?？梢钥闯?，孔隙度低于15%時，儲集層B比儲集層A的非均質性強，且滲透率分布范圍明顯更大，從圖中的低相關系數(shù)也可以推斷出此結論。

圖1 碳酸鹽巖儲集層A的滲透率-孔隙度交會圖

圖2 碳酸鹽巖儲集層B的滲透率-孔隙度交會圖

毛管壓力數(shù)據分別取自儲集層A的31個柱塞樣品和儲集層B的10個柱塞樣品。利用毛管壓力可以計算得到儲集層A和B初始含水飽和度Swi與滲透率K的關系（見圖3、圖4），結果與以往研究中碳酸鹽巖[15]和砂巖[19]儲集層初始含水飽和度與滲透率的關系一致?？刂瞥跏己柡投群蜐B透率的主要孔隙特征為孔徑分布和孔隙幾何形狀，假設孔徑分布與內比表面積對滲透率的影響相同，孔隙連通性或迂曲度顯著影響滲透率?？紫哆B通性決定了空氣穿過多孔介質的難易程度，而巖石中的微裂縫可以增強連通性。由于微裂縫引起的次生孔隙度對總原生和次生孔隙度的貢獻很小[3]，微裂縫中的原生水只占巖石全部原生水的一小部分，因此微裂縫對初始含水飽和度的影響忽略不計。

圖3 碳酸鹽巖儲集層A初始含水飽和度與滲透率的關系

圖4 碳酸鹽巖儲集層B初始含水飽和度與滲透率的關系

將上述Swi-K的關系與（1）式相結合得到K=f(φ，Swi)，由于各類巖石對應不同的a值和b值，因此各類巖石滲透率均對應特定的關系式K=f(φ，Swi)。本研究中，Swi為在0.345 MPa（50 psi）毛管壓力下確定的初始含水飽和度。通過K=f(φ，Swi)可以預測含導流型微裂縫巖石樣品的滲透率。

2 結果與討論

2.1 巖石分類

Wibowo[15]研究了不同油氣田的大量碳酸鹽巖樣品，通過整理(K/φ)0.5-K/φ3數(shù)據點分布，得到區(qū)分各種巖石類型（RT）的“正常分布”趨勢線（見圖5），即巖石類型曲線[14-15]。“正常分布”指次生孔隙度對滲透率沒有顯著影響的情況。圖5中的紅色虛線圈代表各類巖石正常數(shù)據點的邊界，藍色虛線代表正常數(shù)據的上下限，當某個數(shù)據點落在“正常分布”最高邊界線的右側時，表示該樣品由于含孔洞或微裂縫而產生的次生孔隙度對滲透率有顯著影響。圖中RT-i代表i號巖石類型，i是位于最上部的巖石類型，具體取值取決于曲線上數(shù)據點的分布。針對本研究的兩個數(shù)據集取i=4，即巖石類型曲線最上部的巖石類型是RT-4（見表1、圖6）。

圖5 各巖石類型數(shù)據點理想狀態(tài)的正常分布

表1 碳酸鹽巖巖石類型與對應巖相

圖6 碳酸鹽巖儲集層A和碳酸鹽巖儲集層B的PGS巖石分類和部分薄片圖像（紅色箭頭指向微裂縫）

圖6為根據儲集層A和儲集層B的常規(guī)巖心數(shù)據得到的巖石分類結果，以及部分樣品的薄片照片?？梢姡瑑蓚€碳酸鹽巖儲集層均可分為11種巖石類型。此外，分析每種類型巖石樣品的巖心描述數(shù)據發(fā)現(xiàn)，兩個碳酸鹽巖儲集層的巖石類型與巖相大體上呈一致的對應關系（見表1），個別差異可能是由于兩個碳酸鹽巖儲集層沉積環(huán)境和成巖演化程度不同所致。由于本研究基于滲透率和孔隙度這兩個參數(shù)進行巖石分類，劃分的巖石類型也可以用于表征微裂縫。

根據圖5中各類巖石數(shù)據正常分布特征，可以識別含導流型微裂縫的樣品；基于此評估圖6巖石樣品是否包含導流型微裂縫，圖中標注的孔隙度和滲透率是相應數(shù)據點巖心樣品的參數(shù)值。不含導流型微裂縫樣品的“正?！睌?shù)據點的K/φ3上限用紅色虛線表示，碳酸鹽巖儲集層A的No. 3—No. 6樣品和碳酸鹽巖儲集層B的No. 4—No. 6樣品位于此界限左側，滲透率與孔隙度成正比；而位于此界限右側的碳酸鹽巖儲集層A的No. 1—No. 2樣品，及碳酸鹽巖儲集層B的No.1—No. 3樣品的滲透率與孔隙度不遵循該規(guī)律。因此，可以判斷位于紅色虛線右側的數(shù)據點對應的巖石樣品內存在流道、微裂縫或大孔洞，有效提高了巖石水力傳導率。若巖石中微裂縫的開度和長度都很小，則孔洞尺寸及孔洞間連通性決定滲透率大小。由于碳酸鹽巖儲集層A的No. 1—No. 2樣品（見圖6a）和碳酸鹽巖儲集層B的No. 1—No. 3樣品（見圖6b）不發(fā)育孔洞或孔洞數(shù)量有限，則其在較低孔隙度下具有相對較高的滲透率是由于樣品中發(fā)育導流型微裂縫所致。

2.2 微裂縫的識別與表征

為了識別微裂縫和其他類型的次生孔隙，本研究對兩個碳酸鹽巖儲集層的巖心描述和巖相薄片數(shù)據進行分析。基于孔隙度、滲透率和毛管壓力等相關巖心數(shù)據，建立K-φ交會圖（見圖7）?？梢钥闯?，孔隙度為2%至25%左右時，碳酸鹽巖儲集層A中各類巖石的多數(shù)樣品均含微裂縫（見圖7a）；相比之下，碳酸鹽巖儲集層B中RT-4—RT-6巖石含少量微裂縫，微裂縫主要集中在孔隙度為1%到11%左右的RT-7—RT-11巖石中，而RT-12—RT-14巖石幾乎不含微裂縫（見圖7b）。微裂縫在碳酸鹽巖儲集層 A的各類巖石中均發(fā)育良好，但在碳酸鹽巖儲集層B中的發(fā)育具有選擇性。圖7所示各類巖石的K-φ關系并不遵循普遍規(guī)律，即K隨φ的增加而增大（見圖1、圖2）。PGS概念是基于孔隙幾何形狀的相似性提出的，其中特定的相似性在一定程度上與環(huán)境沉積、成巖作用相關的地質特征有關[15]。

圖7 碳酸鹽巖儲集層A和碳酸鹽巖儲集層B的K-φ交會圖

為了更好地理解K隨φ減小而增大的趨勢，本研究參考了用于建立 PGS法的分形概念中的相似性理論[20]。對于多孔介質，重新整理Kozeny方程[21]可以得到（1）式，其中a=1，b=0.5，但該條件僅適用于光滑毛細管束；對于非理想多孔滲透性巖石，a＜1且b＜0.5[15]，如前所述(K/φ3)=1/(τFsSb2)，則（1）式轉化為(K/φ)0.5=1/(τFsSb2)0.5。其中，迂曲度τ僅由毛細管 J函數(shù)決定[22]，某類巖石樣品的毛細管數(shù)據遵循或可擬合 J函數(shù)曲線時[15]，該組巖石各樣品的迂曲度值大致相同。τFs的修正項被稱為 Kozeny常數(shù)[23-24]，說明天然多孔介質的滲透率是孔隙度和比內表面積的函數(shù)。因此，利用（1）式并假設τFs是給定巖石類型的特定常數(shù)，可以得到K=CK,i(φ/Sb4b)，其中CK,i定義為i類巖石的修正Kozeny常數(shù)。整理代數(shù)修正項，最后一個方程可以寫成(K/φ)0.5=CK,i(1/Sb)2b。因此，對于具有相同CK,i和指數(shù)b的巖石類型，(K/φ)0.5增加將導致Sb降低。同時，孔隙度降低或晶粒尺寸增加也會導致Sb降低。此外，對于粒度相對均勻的顆粒體系，Sb隨著粒徑的增加而減少，從而產生更大的孔徑。在粒徑和孔隙度均減小的情況下，孔徑和Sb均變小，與不含導流型微裂縫的巖石相比，導流型微裂縫的發(fā)育有利于巖石流動通道的形成。

圖8a和圖8b分別展示了碳酸鹽巖儲集層A和碳酸鹽巖儲集層 B中 RT-4—RT-6組巖石樣品的相關數(shù)據，其中由孔洞產生的次生孔隙度占主導地位；薄片圖像顯示了相應樣品的孔隙特征、類型和尺寸。由于巖石樣品的孔隙大小和分布可能不均勻，而薄片圖像數(shù)量有限，孔隙非均質性對樣品水力傳導率的影響通過（1）式中的變量K/φ3，即τFsSb2來描述。由于每類巖石都有特定的τFs值，對于具有相同滲透率的巖石樣品，孔隙度越高，孔洞尺寸越小但孔洞數(shù)量增加（見圖8a，RT-6巖石樣品），從而導致Sb值較高?？梢酝茢?，由于存在具有較小孔隙度的較大尺寸孔洞，因此孔隙度降低，滲透率增加，Sb值較低。從薄片圖像可以看出現(xiàn)有的微裂縫延伸有限并且大多是閉合的，此時微裂縫對巖石滲透率沒有影響，因此歸為非導流型微裂縫。兩個儲集層的RT-4—RT-6巖心樣品幾乎都為孔洞型，其中 RT-4的孔隙度和巖石質量均優(yōu)于 RT-5和 RT-6，這類巖石的孔洞對水力傳導率的作用優(yōu)于微裂縫。

圖8 碳酸鹽巖儲集層A和碳酸鹽巖儲集層B中RT-4—RT-6巖石K-φ交會圖及相應薄片圖像（紅色箭頭指向微裂縫，圖像中的藍色代表孔隙空間）

從圖8—圖11看出，隨著巖石類型編號的增大，孔洞逐漸減少，碳酸鹽巖儲集層B中的微裂縫開始發(fā)育（其中RT-13和RT-14的閉合微裂縫數(shù)量少、延伸有限，圖中未標出），但碳酸鹽巖儲集層A的各類巖石中均發(fā)育微裂縫，兩個碳酸鹽巖儲集層巖石樣品微裂縫發(fā)育差異可能是由于局部應力不同所致。當孔洞數(shù)量減少且微裂縫發(fā)育時，二者會在提高巖石滲透率方面相互影響。圖9所示為碳酸鹽巖儲集層A中RT-8—RT-14巖石的薄片圖像和K-φ交會圖，各類巖石樣品依次表現(xiàn)出孔洞減少、孔隙度降低和微裂縫密度增加的特征。為了描述樣品間孔洞的差異，將圖8—圖11中巖石分為：含較多孔洞，含較少孔洞，含更少孔洞，幾乎無孔洞和無孔洞。含較多孔洞型巖石以孔洞為主，指任何一種類型巖石或其中一部分樣品都是孔洞型；含較少孔洞型巖石指含無法識別的孔洞或沒有孔洞的樣品所占比例相對較??；含更少孔洞型巖石指更大比例的樣品中未發(fā)現(xiàn)孔洞；幾乎無孔洞型巖石指一組幾乎沒有孔洞的樣品；無孔洞型巖石指該類型樣品完全不含孔洞。碳酸鹽巖儲集層A中RT-7和RT-8組為以孔洞為主向以微裂縫為主過渡的巖石，但這些孔洞相互不連通[25]，此時微裂縫對滲透率沒有任何作用（見圖9a）；RT-9組數(shù)據點分為兩組，其中無孔洞且滲透率較高的一組以微裂縫為主，滲透率較低的一組有 3個確定具有微裂縫的樣品（見圖9b）；RT-10組特征與RT-9類似，其中孔隙度為1.5%的樣品含有良好的導流型微裂縫網絡，使樣品滲透率高達約27×10-3μm2（見圖9c）；RT-11—RT-14組為無孔洞型巖石（見圖9d）。

圖10 碳酸鹽巖儲集層B中RT-7—RT-11巖石的K-φ交會圖（箭頭指向微裂縫，圖像中的藍色代表孔隙空間，φc為截止孔隙度）

圖11 碳酸鹽巖儲集層B中RT-12—RT-14組的K-φ交會圖（紅色箭頭指向微裂縫，圖像中的藍色代表孔隙空間）

碳酸鹽巖儲集層B中RT-7—RT-11組的巖石特征如圖10所示，多數(shù)樣品中仍然存在孔洞，用紅色圓圈將各類巖石分為兩組。對比碳酸鹽巖儲集層B中各組巖石，RT-7和 RT-8組巖石含更多孔洞，RT-9—RT-11組巖石內孔洞逐漸減少。其中位于交會圖下部的樣品比上部樣品發(fā)育更多的孔洞，且微裂縫主要集中于上部樣品，其孔隙度都低于下部樣品數(shù)據點。

兩個碳酸鹽巖儲集層的樣品表明微裂縫能夠在低、中乃至更高孔隙度的巖石中發(fā)育，但從不含微裂縫的數(shù)據點分布可以看出，高孔隙度不利于微裂縫的發(fā)育。最高密度的微裂縫主要出現(xiàn)在孔隙度較低、孔洞較少的區(qū)域。

脆性為巖石樣品對給定應力的敏感程度的相對量度，當相對較小的巖石樣品在相對較低的應力下容易破裂時，其脆性更大[26]。K-φ交會圖上部的樣品大多是脆性的，尤其是碳酸鹽巖儲集層B的RT-8和RT-9組巖石。巖石硬度指巖石抗劃傷性的定性量度，通過莫氏硬度標度法來確定[27]。根據巖石硬度，將K-φ交會圖上部的樣品分為中硬—硬和硬—極硬。碳酸鹽巖儲集層B中RT-12—RT-14組巖石的硬度非常大，微裂縫不太發(fā)育。巖石硬度和脆性資料有助于識別和表征微裂縫。

對比碳酸鹽巖儲集層B中RT-8—RT-11下部含微裂縫的樣品和不含微裂縫的樣品，可以看出微裂縫對滲透率的影響不大；隨著次生孔隙度的減少，上部樣品的微裂縫更加發(fā)育，此時微裂縫相比孔洞對提高巖石滲透率的作用更大。根據(K/φ)0.5與(1/Sb)2b成正比（0＜b＜0.5），Sb隨孔隙度減小而降低，但孔隙度的減小不會對(1/Sb)2b和滲透率產生顯著影響，除非存在導流型微裂縫。針對宏觀裂縫的研究表明，總孔隙度小于10%時，裂縫孔隙度占總孔隙度的比例小于10%[3]。Zeng[4]對致密氣砂巖儲集層的研究發(fā)現(xiàn)，微裂縫孔隙度占總孔隙度的比例通常高達 27%，相應的滲透率約為孔隙滲透率的10倍。由于微裂縫的幾何形狀與粒間孔隙體系明顯不同，微裂縫表面積占總內表面積的比例遠低于基質系統(tǒng)。

以孔洞為主的體系中，導致滲透率增加的孔隙度降低程度會隨著孔洞尺寸的增大或孔洞連通性的增強而增加，此類稱為接觸型孔洞[25]。以微裂縫為主的體系中，微裂縫需通過增加縫寬或改善微裂縫之間的連通性來提高滲透率。碳酸鹽巖儲集層 B中 RT-12—RT-14組巖石特點是粒徑為細—極細，大多非常堅硬。巖石中的微裂縫主要處于閉合狀態(tài)且延伸有限，這樣的硬度水平可能會增加巖石韌性，從而阻礙導流型微裂縫的發(fā)育。

2.3 微裂縫類型

觀察所有薄片圖像發(fā)現(xiàn)，各類巖石的樣品不具備統(tǒng)一的微裂縫特性。如碳酸鹽巖儲集層A的RT-6巖石中孔隙度最低且滲透率最高的一個樣品只發(fā)育晶內微裂縫，而滲透率最低的一個樣品同時發(fā)育晶內和晶間微裂縫，滲透率第二低的樣品發(fā)育晶內微裂縫、晶間微裂縫和穿晶微裂縫[4]（見圖8a）。不同的微裂縫特征可能是由顆粒的強非均質性引起的。同樣，碳酸鹽巖儲集層B中RT-6巖石內存在所有類型的微裂縫，沒有明顯的延伸方向（見圖8b）。但當巖石顆粒粒徑相對均一時（粒徑為極細—細），如碳酸鹽巖儲集層 B中RT-11，若巖石中存在中—粗粒魚類化石顆粒，則發(fā)育相互平行的晶間微裂縫，而其他粒徑較小的樣品發(fā)育穿晶微裂縫（見圖10d）。發(fā)育晶間微裂縫的巖石沿晶粒長度方向的顆粒強度最低，而發(fā)育穿晶微裂縫的巖石具有相對均勻的粒度且強度均勻。碳酸鹽巖儲集層B中巖石質量相對較低且較硬的RT-12—RT-14巖石（見圖11），發(fā)育較短的穿晶微裂縫，對提高滲透率的作用不大。

2.4 巖石微裂縫及滲透率預測

本研究的預測目標包括：①確定每類巖石的截止孔隙度，以區(qū)分發(fā)育導流型微裂縫與非導流型微裂縫的巖石樣品數(shù)據點；②基于巖石類型建立與孔隙度φ和初始含水飽和度Swi相關的滲透率方程，對含有導流型微裂縫的樣品建立Swi-K關系。針對每種碳酸鹽巖儲集層，將用含導流型微裂縫樣品的 SCAL數(shù)據與用未進行篩選的 SCAL數(shù)據推導出的滲透率方程的計算結果進行比較，以說明此類儲集層特殊巖心分析工作中進行巖心抽樣和數(shù)據篩選的必要性。

部分巖心樣品的巖心描述數(shù)據中未顯示出微裂縫，但相應的薄片圖像可以觀測到微裂縫，如碳酸鹽巖儲集層A的RT-10兩個樣品（見圖9c）以及碳酸鹽巖儲集層B的RT-9—RT-14多個樣品。圖7—圖11中不含微裂縫樣品的數(shù)據點被含微裂縫樣品的數(shù)據點包圍，可能是由于巖心描述中采用常規(guī)放大鏡法未觀察到微裂縫?；诖耍僭O被含微裂縫樣品數(shù)據點包圍的不含微裂縫樣品數(shù)據點也代表具有微裂縫的樣品，由此可在每類巖石的K-φ交會圖中識別一組以含微裂縫（交叉符號）樣品為主的數(shù)據點，該組的孔隙度最高值為截止孔隙度φc；孔隙度低于φc時，預測微裂縫具有導流能力。確定的截止孔隙度將巖石分為微裂縫密度高的樣品組和微裂縫密度低的樣品組。碳酸鹽巖儲集層A中，RT-9和RT-10截止孔隙度分別約為5%和3%（見圖9b、9c），其中7個樣品發(fā)育導流型微裂縫；碳酸鹽巖儲集層B中RT-8—RT-11的截止孔隙度分別約為8.5%，5.5%，3.8%，2.6%（見圖10），共213個樣品發(fā)育導流型微裂縫。隨著巖石類型編號的增加，截止孔隙度的下降趨勢可能歸因于巖石樣品的硬度增加和脆性降低。

隨后對含導流型微裂縫的巖石滲透率進行預測。通過模擬滲透率與巖石其他物性參數(shù)（如孔隙度、初始含水飽和度）之間的關系[28-30]來預測滲透率。為了開發(fā)滲透率預測的新方法，從 SCAL數(shù)據中篩選出發(fā)育導流型微裂縫樣品的數(shù)據。由圖9b—圖10d的SCAL數(shù)據可知，碳酸鹽巖儲集層A的RT-9中存在兩個發(fā)育導流型微裂縫的樣品，而碳酸鹽巖儲集層B的RT-8中只有一個發(fā)育導流型微裂縫的樣品。圖12繪制了兩個碳酸鹽巖儲集層SCAL樣品的Swi-K關系圖。當Swi為40%時，發(fā)育導流型微裂縫樣品的數(shù)據點位于不發(fā)育導流型微裂縫樣品數(shù)據點水平靠右的位置（見圖12a），說明兩個或多個滲透率相對較低的巖石樣品雖然滲透率差異大但Swi大致相同，這種情況下，滲透率較高的樣品發(fā)育導流型微裂縫。因此選擇特定巖心柱塞樣進行 SCAL分析前，應首先根據常規(guī)巖心分析數(shù)據對樣品進行巖石分類（見圖6），選出各類巖石的代表性樣品，對含微裂縫樣品的 SCAL數(shù)據進一步分析，由于SCAL分析數(shù)據有限，篩選出含導流型微裂縫樣品及滲透率較高（K＞100×10-3μm2）的 SCAL樣品，假設微裂縫對后者滲透率沒有貢獻（見圖12）。

圖12 碳酸鹽巖儲集層A和碳酸鹽巖儲集層B的Swi-K關系曲線

碳酸鹽巖儲集層各類巖石應用（1）式時a和b的一般取值如表2所示[15]。由于每個碳酸鹽巖儲集層存在兩條Swi-K相關性曲線（見圖12），分別生成兩個滲透率方程K=f(φ，Swi)，與（1）式結合得到一般滲透率方程：

表2 碳酸鹽巖儲集層巖石在（1）式中a和b取值[14]

利用前述碳酸鹽巖儲集層A（7個樣品）和碳酸鹽巖儲集層B（213個樣品）發(fā)育導流型微裂縫的巖心樣品的滲透率，結合圖12確定相應的Swi，然后生成K與φA/SwiB的關系圖。結合圖12中篩選SCAL數(shù)據的藍色相關性曲線，（2）式中的系數(shù)c和指數(shù)A和B的最終解可以從K與φA/SwiB的最佳擬合趨勢線獲得（見表3）。同樣，基于所有 SCAL數(shù)據的Swi-K相關性曲線（圖12中的紅色趨勢線）獲得滲透率方程，得到（2）式中的系數(shù)c和指數(shù)A和B的最終解如表4所示。

表3 基于篩選SCAL數(shù)據的滲透率方程中的系數(shù)和指數(shù)

表4 基于未分選SCAL數(shù)據的滲透率方程中的系數(shù)和指數(shù)

碳酸鹽巖儲集層A和碳酸鹽巖儲集層B中含導流型微裂縫的樣品滲透率預測結果如圖13所示。從圖中可以看出，基于含導流型微裂縫樣品SCAL數(shù)據（圖12中的藍色趨勢線）建立的K=f(φ，Swi)相比與基于所有樣品SCAL數(shù)據（圖12中的紅色趨勢線）建立的K=f(φ，Swi)相比，預測結果更好。基于藍色趨勢線預測碳酸鹽巖儲集層A含導流型微裂縫樣品的滲透率時?R=3.14%，而基于紅色趨勢線時?R=4.91%（見圖13a）。碳酸鹽巖儲集層B含導流型微裂縫樣品的預測滲透率表明，選擇發(fā)育導流型微裂縫樣品的 SCAL數(shù)據建立的滲透率方程比采用所有SCAL數(shù)據的預測效果更好（見圖13b）。對于碳酸鹽巖儲集層B含導流型微裂縫樣品，基于藍色趨勢線預測滲透率時，?R=17.37%；而基于紅色趨勢線預測滲透率時，?R=21.40%。與碳酸鹽巖儲集層A的結果相比，除了樣品數(shù)量的巨大差異外，碳酸鹽巖儲集層B孔隙度低于15%、滲透率低于100×10-3μm2的樣品滲透率差異更大（見圖1、圖2），因而?R值更大。

圖13 碳酸鹽巖儲集層A和碳酸鹽巖儲集層B導流型微裂縫樣品預測滲透率與測量滲透率的對比

3 結論

基于孔隙幾何形狀與結構巖石分類法，結合常規(guī)巖心和巖石學分析數(shù)據，對碳酸鹽巖儲集層A和碳酸鹽巖儲集層B的巖石進行了分類，建立識別和表征微裂縫的技術方法。碳酸鹽巖儲集層A的各類巖石均發(fā)育微裂縫，碳酸鹽巖儲集層B的微裂縫在孔隙度為大于 11%、以孔洞為主的巖石樣品中不太發(fā)育。微裂縫在孔洞較少的巖石樣品中更加發(fā)育，但隨著孔洞的減少、巖石變?yōu)闃O硬，裂縫密度顯著降低。

確定各類巖石的截止孔隙度，以區(qū)分發(fā)育導流型微裂縫與不發(fā)育導流型微裂縫的巖石樣品。研究發(fā)現(xiàn)，孔隙度截止值隨著巖石類型編號的增加而降低?；跐B透率和初始含水飽和度的關系，結合基于孔隙幾何形狀與結構的巖石分類方程，篩選出發(fā)育導流型微裂縫樣品的特殊巖心分析數(shù)據建立滲透率預測方程，可更好地預測含有導流型微裂縫巖石的滲透率。采用本文方法可以簡單低廉地利用行業(yè)中常用的標準巖心分析數(shù)據，更好地認識孔洞對微裂縫發(fā)育的影響并預測巖石是否含有導流型微裂縫。

致謝：感謝萬隆理工學院 P3MI研究項目提供的資金支持。

符號注釋：

a，c——常數(shù)；A，b，B——指數(shù)；CK——修正的 Kozeny常數(shù)，無因次；Fs——孔隙形狀因子，無因次；i——巖石類型；K——滲透率，10-3μm2；Sb——比內表面積，μm-1；Swi——初始含水飽和度，%；?R——相對誤差，%；τ——迂曲度，無因次；φ——孔隙度，%；φc——截止孔隙度，%。