基于岩石微观特征及多场耦合数值模拟的碳酸盐岩裂缝量化预测研究

In recent years, fractured carbonate reservoir has become the important new field of petroleum reserves. Fracture is the important reservoir space and the main fluid flow channel of carbonate reservoirs. To figure out the development degree, distribution and the effectiveness of carbonate fracture has a great impact on the exploration and development for such oil-gas field. In this study, the scanning electron microscopy, microscopic fluorescence, infrared and Raman spectroscopy and other techniques will be comprehensively integrated, and the method of data fusion will be applied to establish analysis system of inclusion microscopic spectrum. The three-dimensional analysis and recognition will be conducted for samples at two aspects of spectrum and space, and the digital image processing technology will be led into, it will be converted into the physicochemical parameters (permeability coefficient, elastic modulus, etc). The microscopic features of rock (include fracture filling, fluid inclusions) and the microscopic spatial distribution will be effectively revealed, fracture formation mechanism and forming period will be researched, then the effectiveness of fracture can be judged. The software of fracture prediction and analysis of multi-field coupling in carbonate rock is self-developed for the characteristics that the carbonate rocks are in high stress and high temperature. The microcosmic physicochemical parameters and the rock mechanics parameters from traditional method will be respectively inputed into this software to conduct numerical simulation. The microcosmic features of fractures and the result of numerical simulation will be analyzed comprehensively, then the model of multi-parameter quantification prediction of fracture and its distribution will be established, which will provide an advanced technical means for the exploration and development of such oil and gas field.

裂缝性碳酸盐岩油气藏已成为近年来石油增储上产的重要新领域。裂缝是碳酸盐岩储层重要的储集空间及主要的渗流通道，搞清楚碳酸盐岩裂缝发育程度、分布规律及裂缝通道的有效性，对此类油气田勘探开发影响甚大。本研究拟综合集成扫描电镜、荧光、红外和拉曼光谱等手段，采用数据融合的方法，建立岩心显微光谱综合分析系统，在光谱和空间两个方面对样品进行三维立体分析，利用图像数字化技术，将其转化成物化参数(渗透系数、弹性模量等)，准确揭示裂缝(包括裂缝充填物、包裹体)的微观特征及显微空间分布规律，研究裂缝成因机制及形成期次，判断裂缝的有效性；针对碳酸盐岩处于高地温、高地应力的特点，研发"碳酸盐岩多场耦合裂缝预测分析软件"，将微观物化参数及传统方法的岩石力学参数分别应用于该软件进行数值模拟；综合分析岩石裂缝微观特征、数值模拟的结果，建立多参数量化预测裂缝发育及其分布的新模型，为此类油气田勘探开发提供一种先进的技术手段。

裂缝是碳酸盐岩油气藏重要的储集空间及主要的油气运移通道，控制油气藏的形成与分布，影响此类油气田的勘探开发效果。为此，本项目以冀中坳陷任丘潜山碳酸盐岩油气藏为例，通过实验分析、理论研究和数值模拟等手段，对碳酸盐岩裂缝的微观特征、地应力的分布规律、裂缝的发育情况等进行了研究。取得的认识包括：（1）系统研究了冀中坳陷任丘潜山油气藏的地层特征，明确了研究区构造演化历史及储集空间特征。（2）研究了断层、不整合与裂缝发育的关系，断层、不整合控制着裂缝的发育形态。（3）研究了流体包裹体差分拉曼光谱以及深度剖析拉曼光谱分析方法，解决了拉曼光谱信号弱的难题，得到了真实的高信噪比的流体包裹体拉曼光谱特征。（4）基于流体包裹体微观特征，确定了研究区裂缝的形成期次及其成因机制，研究区存在3次裂缝形成期，其成因主要受岩性、构造应力和成岩作用的控制。（5）揭示了碳酸盐岩红外成像光谱特征，获得了岩石介质的物化特性和空间分布特征，建立了精确表征岩石非均质性的计算模型。（6）基于显微红外光谱特征及数据融合技术分析了裂缝中盐水包裹体与烷烃的空间分布，据此判断了储层裂缝的有效性。（7）基于声波测井资料及岩石力学实验，综合确定了研究区岩石力学参数。（8）开展了多场耦合作用下碳酸盐岩储层地应力分布规律的研究，研究区最大水平主应力范围在-67~-102 MPa，最小水平主应力范围在-22~-77 MPa，两者均为压应力，应力等值线在西北、东北、西南被分成了三个区域，其中西南和东北区域应力值较大。（9）研发了“碳酸盐岩多场耦合裂缝预测分析软件”，为项目研究提供了技术支持。（10）结合岩溶距地表深度及水平岩溶带发育厚度的研究，预测了研究区岩溶发育的有利区带为两个区、六个带。（11）多参数综合分析，确定了研究区裂缝的发育分布情况。研究区西北部及中部区域裂缝发育指数在0.8以下，裂缝发育程度低，任东斜坡带裂缝发育指数在1.2以上，裂缝发育程度高，为油气勘探的有利区带。