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user: 3. 山 2 储层裂缝与断层特征 华北地区二叠系山西组沉积之后，在海西、印支、燕山和喜山等历次全球性构造运动期间，鄂尔多斯盆地均以整体隆升和沉降为主，水平运动不太强烈，未发生大规模褶皱、断裂等明显的位移变形，却在盆地内部形成大量北东–南西向展布的低幅度鼻隆、背斜或断距很小的具平移性质的直立断层(图2、图5)，并在山西组砂岩中派生出大量密集剪切缝和多期的拉张缝(图6)。多口井山 2 砂岩岩心都发育垂直裂缝或斜交缝，在显微镜下常见由构造应力产生的微裂缝(图4)。这些微裂缝或者切穿石英颗粒，或者切穿填隙物，或者沿颗粒与填隙物接触面断开，环绕颗粒分布。在普遍低渗的储层中，裂缝对改善储层的储集性能所起的作用不容忽视。 图5. 鄂尔多斯盆地石炭-二叠系断裂分布图 图6. 山西省柳林县成家庄山 2 砂岩裂缝发育特征 3.1. 山西组地面裂缝发育特征 二叠系山西组及其它古生界地层，普遍沿鄂尔多斯盆地东部吕梁山区的山西省河津县–柳林县–保德县–内蒙古自治区准格尔旗一线的黄河两岸及其支流河谷出露。由于构造平缓(地层倾角小于1˚)，河谷切割较深，山西组出露较好。不仅顶底界面和地层层序岩性变化明显，各类宏观结构、构造也非常清楚。特别是各类剪节理和张性构造缝更是比比皆是。 其中，近东西向的裂缝最发育，裂缝张开程度高，缝面清楚，而且连续性好，一般均能贯穿整个厚砂岩层，但不穿越泥岩等软地层，在各露头所在的沟谷范围内，基本上见不到该方向裂缝的消失点(图7)，且绝大多数河谷陡崖的垮塌面均沿该方向展布(图2-4)。实测该组裂缝走向为70˚~110˚，裂缝倾角一般大于70˚。裂缝密度随构造部位和砂岩层的厚度而变化，在小型直立断层附近或鼻状构造的隆起部位的薄砂岩层(单层厚度小于50 cm)中，裂缝密度较大，缝间间隔仅0.2~0.8 m (图6、图8)；而远离断层，构造平缓部位的厚砂层(单层厚度大于1 m)中的裂缝间隔一般大于2 m。 图7. 保德县张家沟山 2 砂岩顶面的剪切缝特征 次要裂缝呈近南北向展布，实测裂缝走向160˚~200˚，裂缝倾角亦大于70˚。该组裂缝多呈断续状，并常被近东西向裂缝错断，多呈雁行状排列，裂缝密度略大于东西向裂缝，一般都能穿过单砂层，但很难穿过整个砂层组(图2、图7)。 如前所述，除发育裂缝外，鄂尔多斯盆地还发育小型直立断层。据盆地东部榆–绥地区三叠系(图2-1、图2、图6)和成家庄二叠系山西组地面露头观察，小型直立断层在一定范围内成组出现，断层之间的直线距离约145 m，垂直距离约125 m (图8)，断面倾角一般大于70˚，断距一般小于10 m，断层附近的派生裂缝发育，个别断层还可在断面附近形成破裂带(图2-6)。与裂缝的显著区别是，断层可以断开泥岩等软地层(图2-2)，而砂岩中的裂缝一般到砂泥岩界面处就戛然而止，不再向前延伸了。 3.2. 长北区块山西组储层裂缝与断层特征 目前三口直井(Y22、CH1V、CH2V)和三口水平井(CH2H、C1-3、C2-2)的地层成像测井资料解释结果 [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]，个别井(Y29、Y30)的钻井岩心和大量铸体薄片(图4)更直接证明，长北区块及其周边山西组发育各种高角度张性构造缝和微裂缝；地震资料解释结果 [ 5 ] 则表明长北区块还发育与区域地应力场方向一致(近北东向)的平移断层(图5)或近南北向展布的逆断层(图2-5)。 图8. 柳林县成家庄山西组中的高角度小型断裂及其派生的裂缝特征 3.2.1. C1-3-ST2-L1井山西组裂缝解释结果 C1-3-ST2-L1井地层微电阻率扫描成像(STARII)测量井段为3418~3914 m，数字井周声波(CBIL)测量段为3424~3914 m。测井解释地层最大主应力方向约98˚，解释天然裂缝168条，钻井诱导缝17条，天然裂缝走向在90˚~120˚之间(图9)。其中，裂缝倾角在70˚~90˚之间的102条，占裂缝总条数的60.7%，30˚~70˚之间的31条，占裂缝总条数的18.45%，倾角小于30˚的35条，占裂缝总条数的20.83%，钻井诱导缝的倾角在20˚~40˚之间 [ 7 ]。 图9. C1-3-ST2-L1井STAR II测井裂缝解释成果图 图10. C2-1-L1-ST1井STAR II测井裂缝解释成果图 该井裂缝发育程度不一。其中3418~3446 m井段不发育裂缝；3446~3505 m发育天然裂缝25条，裂缝密度为0.42条/m；3505~3521 m发育天然裂缝6条，裂缝密度为0.38条/m；3521~3584 m发育天然裂缝32条，裂缝密度为0.508条/m；3584~3648 m发育天然裂缝36条，裂缝密度为0.563条/m；3648~3666 m发育天然裂缝2条，裂缝密度为0.11条/m；3666~3745 m发育天然裂缝13条，钻井诱导缝7条，天然裂缝密度为0.165条/m；3745~3770 m发育天然裂缝8条，裂缝密度为0.32条/m；3770~3902 m发育天然裂缝49条，钻井诱导缝10条，天然裂缝密度为0.371条/m；3902~3914 m裂缝不发育 [ 7 ]。 3.2.2. C2-1-L1-ST1井山西组裂缝解释结果 C2-1-L1-ST1井地层微电阻率扫描成像(STAR)测量井段为3418~3628 m，数字井周声波(CBIL)测量段为3424~3635 m。测井解释地层最大主应力方向约91˚，解释天然裂缝22条，钻井诱导缝7条，天然裂缝走向在60˚~90˚之间(图10)。其中，倾角在70˚~90˚的天然裂缝有18条，总裂缝占条数的81.81%；30˚~70˚的有3条，占裂缝总条数的13.64%；倾角小于30˚的有1条，占裂缝总条数的4.55% [ 8 ]。 C2-1-L1-ST1井STARⅡ成像测井段内，裂缝发育程度远不及C1-3-ST2-L1井，而且裂缝发育程度也不均一。其中，3418~3446 m井段仅发育一条垂直缝；3446~3528 m井段天然裂缝不发育；3528~3627 m发育天然裂缝20条，裂缝密度为0.2条/m [ 8 ]。 3.2.3. CH1-V、C2-V井山西组裂缝解释结果 CH1V井山西组位于井深2876~2909 m之间，储层厚度33 m；CH2V井山西组位于井深2805~2837 m之间，储层厚度32 m。FMI解释CH1V井现今地应力方向为东西向，储层段除发育1条已充填低角度天然裂缝，1条钻井诱导缝外，不发育天然张性裂缝 [ 6 ] (图11)。邻井CH1H井钻穿储层575 m (2940~3515 m)，PLT测试结果，3430~3440 m井段以不足全井10%的长度贡献了全井40%的产能 [ 6 ]，该产能测试资料足可以证明该井段发育裂缝发育高渗透性裂缝或断裂带。C2V井储层段裂缝不发育，地应力方向也不甚清楚 [ 6 ]。 图11. CH1V井山2FMI测井SVS (A)和Schlumberger (B)的裂缝解释结果图 3.2.4. CH2H FMI和PLT裂缝解释结果 CH2H井钻穿的山 2 储层段为井深2991~3316 m (325 m)和3537~3907 m (370 m)两段。FMI测井解释现今主地应力方向295˚，储层段发育应力缝29条，小型断层2条，“X”剪节理38条，张性构造缝3条 [ 9 ]；PLT解释结果，同时发育应力缝、小型断层、“X”剪节理和张性构造缝的3720~3810 m石英砂岩段贡献了全井产能的85%，3570~3610 m井段贡献了全井产能的15%，而裂缝欠发育的2991~3316 m井段则几乎无产能贡献 [ 6 ] (图12)。 3.2.5. 长北区块山 2 储层中的断层特征 如前所述，地层倾角测井(FMI、STAR II)和产能测试(PLT)解释结果表明，CH1H和CH2H井均发育断层。特别是C2H井的井深3605 m与3723 m处发育的两条断层，断层走向0˚~5˚，断层倾角50˚~90˚，断层之间的直线距离为118 m，断层附近派生构造缝密集分布的破裂带宽度约33 m (图12)，这一结果与成家庄剖面山2露头的调查结果是一致的。 除此之外，C3井丛的两口水平井，在山 2 上部碳质泥岩的钻井过程中的反复垮塌现象，C3-2-L1井在成井后的大规模坍塌现象，以及打捞上来的大块泥岩的整齐断面(图13)均表明，该井附近可能发育断层。 图12. CH2H井FMI测井解释裂缝、断层与PLT解释地层产能对比图 图13. C3-1井下尾管后钻井过程中打捞上来的岩块 C9-2-L2井分别从山 2 石英砂岩层的上、中、下各部位向东钻出的10余个水平分支，均在C9井丛以东仅数十米处，突然钻遇稳定性很差的巨厚碳质泥岩；C8-1-L2、C8-2-L2向西钻出的水平分支发现山 2 的地层产状由缓慢西倾变为向东倾，且地层倾角大于1˚。地震剖面复查发现，C8与C9井丛之间的地层明显上拱，且有明显的断裂迹象(图14)。根据地震剖面重新编制的山 2 顶面构造图显示，C8与C9井丛之间虽然未标出断层，但过去缓西倾背景上的鼻状隆起已改为一条南北走向的隆起带，这一突然出现的与周围构造面貌极不协调的现象，只能让人们联想到两井丛之间发育有相当断距的断层。 图14. 长北区块C8与C9井丛之间断层的地震反射特征图 钻井、测井和地震资料均表明，在长北区块山 2 储层段发育断层，而且断层的走向可能是近南北向。断层的出现虽然给钻进部署调整和安全钻井带来一定的麻烦，但也给山 2 储层物性改造，特别是渗透性的改善带来机遇。