综述:整合钻孔图像测井资料、岩心数据以及计算机断层扫描技术,以表征巴西桑托斯盆地盐下巴拉韦利亚组(Pre-salt Barra Velha Formation)中的天然裂隙特征

《Journal of Structural Geology》:Integrating borehole image log, core data, and computed tomography for characterizing natural open fractures in the Pre-salt Barra Velha Formation, Santos Basin, Brazil.

【字体: 时间:2026年02月22日 来源:Journal of Structural Geology 2.9

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  碳酸盐储层断层网络多尺度分析揭示巴西盐下斜坡区Lower-Middle BVE序列以构造断层为主,Upper BVE序列以埋藏作用相关断层为主,形成N-S/NE-SW层状断裂与E-W/NW-SE斜交断裂两种主导体系,其中vuggy低阻断层贡献最大渗透率提升

  
Luiza de C Mendes|Gabriela F. Matheus|Ole P. Wennberg|Haili Long-Sanouiller|Mateus Basso|Juan F.V. Morales|Guilherme F. Chinelatto|Alexandre C. Vidal
巴西圣卡塔琳娜州坎皮纳斯市坎皮纳斯大学(UNICAMP)能源与石油研究中心(CEPETRO)

摘要

了解碳酸盐岩储层中的裂缝网络对于提高流体流动和储层行为的预测至关重要,但其复杂性仍给精确表征和建模带来重大挑战。在巴西桑托斯盆地的盐下碳酸盐岩中,研究主要集中在类似丘体的堆积体上,而对斜坡碳酸盐岩中的裂缝结构关注较少。本研究通过在一个位于斜坡区域的井中进行综合的多尺度分析,填补了这一空白。该方法结合了常规岩心描述、计算机断层扫描(CT)和井筒图像测井数据,评估了代表下层、中层和上层Barra Velha地层(BVE)的三个不同地震序列中的裂缝形态、分布和形成机制。共识别出六种裂缝类型:开放裂缝、部分开放裂缝、孔隙裂缝1型和2型、剪切裂缝以及孔隙线状结构,这些裂缝类型因形成机制(构造作用或沉积作用)和形成时间(早期或晚期埋藏)而有所不同。在下层和中层BVE地层中,早期固结的裂缝(F0)主要与沉积同时期的构造活动有关,而上层BVE地层则表现出构造活动的停歇以及与埋藏相关的裂缝(分别为F1至F3)。晚期断层重新激活产生了贯穿整个BVE地层的构造裂缝(F4),在下层和中层BVE地层中的强度更高。裂缝方向分析显示了两组主要裂缝:(1)受层理控制的南北向和东北-西南向的层理裂缝;(2)可能起源于沉积作用或构造作用的东-西向和西北-东南向斜裂缝。西北-东南向裂缝的普遍存在表明井附近存在接力坡道效应,并体现了该地区的结构复杂性。孔隙裂缝和低振幅裂缝具有最高的强度(P21),显著增强了储层的渗透性。本研究强调了整合具有不同分辨率工具的价值,并强调了需要一个稳健的多尺度工作流程。结合基质、裂缝和非基质孔隙的概念模型对于提高地质模型的预测能力至关重要。

引言

天然裂缝储层占世界烃类储量的很大比例,引起了石油工业和学术界的广泛关注。这些储层具有复杂的地质结构,其特征是裂缝和断层网络,这对流体流动行为有显著影响(Nelson, 2001; Gillespie et al., 2020)。天然开放裂缝的存在为烃类的勘探和生产带来了挑战和机遇,因为它们可以提高渗透性和产油速度,但在钻井过程中也可能导致严重的泥浆损失或在生产初期发生水 breakthrough(Bourbiaux 2010, Fernandez-Iba?ez et al., 2022b)。
碳酸盐岩以脆性和易碎性著称,这导致储层具有明显的非均质性(Nelson, 2001)。渗透性和孔隙率的非均质性源于不同尺度上的裂缝作用,以及沉积和成岩过程中的相变和岩石基质变化(Wennberg et al., 2016; Fernandez-Iba?ez et al., 2022a; Basso et al., 2023)。天然裂缝的地质成因多种多样,包括构造活动和应力条件、成岩过程以及流体-岩石相互作用(Laubach et al., 2009; Ogata et al., 2017; Bagni et al., 2020)。在碳酸盐岩中,沉积相和现有的孔隙类型也对裂缝的形成有重要影响(Gillespie et al., 2020)。
自发现盐下碳酸盐岩储层以来,巴西进行了大量相关研究,重点关注沉积相类型、岩石物理性质和沉积后事件。近年来,也有许多研究探讨了裂缝及其对储层性质的影响。普遍认为这些结构会影响流体流动,促进溶解过程,有助于非基质孔隙的形成,并且经常与硅化层相关联(Corrêa et al., 2019; Wennberg et al., 2021; Fernandez-Iba?ez et al., 2022a; Tanaka et al., 2022; Wennberg et al., 2023; Basso et al., 2023; Mendes et al., 2024; Corrêa et al., 2025)。然而,裂缝类型、成岩作用(如硅化和白云石化)与沉积结构之间的关系仍不明确。这一不足限制了能够预测裂缝碳酸盐岩储层流动行为的现实地质模型的发展。
尽管之前的研究显著推进了对巴西盐下碳酸盐岩裂缝系统的理解,但大多数研究基于单分辨率数据集,缺乏全面整合的多尺度视角。此外,对裂缝的详细分析主要集中在类似丘体的堆积体中的井内,其他沉积域的研究较少。裂缝网络的空间组织在预测流体流动和连通性方面起着关键作用,但在这些复杂的储层环境中仍研究不足。
本研究对位于桑托斯盆地的一口井进行了全面的多尺度分析,结合了岩心描述、计算机断层扫描(CT)成像、井筒图像测井和三维地震数据。地震数据用于将该井置于其结构和沉积背景中,从而识别出影响Barra Velha地层的构造-地层域和主要断层结构。这种综合方法能够表征三个不同地震序列中的裂缝形态、强度、方向和成岩关系。通过将裂缝类型与特定的沉积环境联系起来,本研究加深了对沉积同时期至沉积后时期裂缝发育的理解。研究结果为预测储层尺度上的裂缝分布提供了重要见解,并强调了在储层表征工作中考虑结构复杂性和机械地层学的重要性。

地质背景

桑托斯盆地是巴西最大的沉积盆地之一,位于海岸外,从里约热内卢南部海岸延伸到圣卡塔琳娜州北部海岸(图1)。该盆地形成于早白垩世冈瓦纳超大陆解体之后,随后南大西洋开始打开(Mohriak et al., 2008)。桑托斯盆地的演化特征是NNE和NE方向的线性构造,这些构造与基底结构呈斜交关系

数据

本研究关注一口位于古地形斜坡区域的井。选择这口井是因为它具有显著的相变多样性和高密度的天然开放裂缝。为了表征和量化这些开放裂缝,我们使用了包括32米岩心和计算机断层扫描(CT)数据、岩相薄片(162张)以及基本井筒测井数据在内的详细结构描述数据集

井的位置和结构背景

根据三维地震解释,所分析的井位于一个倾斜的断块中,该断块被推断的西部断层(FW)所限定,距离推断的外部正断层(FE)约200米,属于Scarp Slope构造域(图3)。这些正断层(伸展型)的走向为NE,倾角分别为40°和44°。
根据地震特征和倾角,Barra Velha地层(BVE)被划分为三个单元:

裂缝发育的起源和时间

对这口井的多尺度分析揭示了裂缝的性质和分布及其对不同地震序列(下层、中层和上层BVE)中孔隙发育和储层连通性的影响。在岩心尺度上(下层BVE),识别出六种主要裂缝类型:开放裂缝、部分开放裂缝、孔隙裂缝1型、孔隙裂缝2型、剪切裂缝和孔隙线状结构。这些结构因形成机制而有所不同

结论

对Barra Velha地层的多尺度分析表明,裂缝发育及其对孔隙率和渗透性的影响与沉积结构、构造活动和成岩过程密切相关。通过整合岩心描述、CT成像和BHI解释,我们能够确定三种地震序列中不同裂缝类型的起源、方向和时间:
  • 在下层和中层BVE序列中,裂缝网络主要
  • 作者贡献声明

    Juan Villacreses Morales:撰写 – 审稿与编辑,调查。Guilherme Furlan Chinelatto:撰写 – 审稿与编辑,调查。Haili Long-Sanouiller:撰写 – 审稿与编辑,方法论,概念化。Mateus Basso:撰写 – 审稿与编辑,调查。Alexandre Campane Vidal:撰写 – 审稿与编辑,监督。Ole P. Wennberg:撰写 – 审稿与编辑,方法论,概念化。Luiza de Carvalho Mendes:撰写 – 初稿,软件开发。

    未引用参考文献

    Basso et al., 2022; Chatterjee and Mukherjee, 2023; Medeiros et al., 2023; Rotevatn and Bastesen, 2012.

    关于手稿准备过程中生成式AI和AI辅助技术的声明

    在准备本研究时,作者使用了ChatGPT来辅助开发用于解释裂缝与层理之间几何关系的Python脚本,并将其翻译成英文。使用该工具/服务后,作者根据需要对内容进行了审阅和编辑,并对发表文章的内容负全责。

    利益冲突声明

    ? 作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
    致谢
    我们衷心感谢EPIC——能源生产创新中心的支持,该中心由坎皮纳斯州立大学(UNICAMP)主办,并得到Equinor巴西公司和FAPESP——圣保罗研究基金会(项目编号24176-3)的资助。同时,我们也感谢ANP(巴西国家石油、天然气和生物燃料局)通过研发税收政策提供的支持(项目编号24176-0)。此外,还要感谢能源与石油研究中心(CEPETRO)和
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