三塘湖盆地牛東區(qū)塊火山巖儲層參數(shù)研究

陳恭洋 （長江大學計算機科學學院；長江大學地球科學學院，湖北荊州434023）

馮金燕 （長江大學地球科學學院，湖北荊州434023）

三塘湖盆地牛東區(qū)塊火山巖儲層參數(shù)研究

陳恭洋 （長江大學計算機科學學院；長江大學地球科學學院，湖北荊州434023）

馮金燕 （長江大學地球科學學院，湖北荊州434023）

根據(jù)測井解釋理論和方法，利用三塘湖盆地牛東區(qū)塊的測井資料及巖心資料，確定了牛東區(qū)塊卡拉崗組火山巖巖性。通過建立火山巖巖性、物性、電性及含油性的相互關(guān)系制定油層解釋圖版，深入研究火山巖儲層、油層的測井解釋方法，確定火山巖儲層物性下限。從而為牛東區(qū)塊測井解釋和探明儲量計算提供了依據(jù)，為油田下一步的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

三塘湖盆地；牛東地區(qū)；火山巖儲層；測井解釋；油層下限

隨著火山巖油氣藏勘探的不斷深入，火山巖儲集層研究與評價已成為眾多學者關(guān)注的焦點［1～4］。三塘湖盆地牛東區(qū)塊石炭系卡拉崗組以發(fā)育巨厚的火山巖為特征［5］，由于該區(qū)火山巖儲層強烈的宏觀和微觀非均質(zhì)性，對油氣成藏和開采都有著重大的影響。筆者以巖心資料為刻度，探討了通過測井資料建立該區(qū)火山巖儲層巖性、復雜孔隙空間類型識別以及評價模型的方法。

1 巖性識別

由于巖心資料有限，且常規(guī)測井資料不能對火山巖各種巖類進行更為準確的區(qū)分，故需要充分利用已有成像測井（FMI）資料來建立測井相模式（圖1）。FMI既能在垂向上分析宏觀構(gòu)造和相序組合，又能在微觀上分析細致結(jié)構(gòu)特征，使測井資料地質(zhì)解釋更加精確，為研究該區(qū)火山巖巖性特征提供了豐富的地質(zhì)信息。

1.1 成像測井資料識別

1）自碎角礫熔巖在成像上呈碎顆粒狀或碎片狀，排列緊密（圖1（a））。

2）火山角礫巖在成像上為顆粒狀、孔縫清晰（圖1（b））。

3）溢流相為熔巖類，一般為塊狀，冷凝收縮節(jié)理發(fā)育，成像清晰（圖1（c））。

4）沉凝灰?guī)r成像上層理清晰，類似沉積巖，靜態(tài)圖象上看黑色低阻特征較為明顯（圖1（d））。5）凝灰?guī)r成像粗糙，麻點狀，依稀可分辨巖石內(nèi)部顆粒（圖1（e））。

1.2 常規(guī)測井資料識別

由于火山巖巖性復雜，通過多種測井資料配合使用才能較準確地劃分巖性，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，對巖性敏感、可以用來區(qū)分巖性的測井曲線主要有自然伽馬曲線（GR）、聲波曲線（AC）、地層真電阻率曲線（RD）。

利用工區(qū)27口井、290塊薄片分析資料刻度常規(guī)測井資料，在巖心歸位后提取其相對應的測井參數(shù)（GR、AC、RD），制作如圖2所示的巖性識別圖版。將三塘湖盆地牛東區(qū)塊石炭系火山巖分為：熔巖類和火山碎屑巖2大類。熔巖類主要為玄武巖、安山巖、杏仁狀玄武巖（安山巖）；火山碎屑巖類主要為凝灰?guī)r、火山角礫巖。2大類的識別界線難以確定，但其亞類識別界線則可以確定，其識別標準如下：

1）凝灰?guī)rRD＜25Ω·m；火山角礫巖、安山巖RD＞80Ω·m。

圖1 牛東區(qū)塊火山巖巖性FMI典型圖象

2）玄武巖GR＜45API；凝灰?guī)r、安山巖GR＞55API。

3）火山角礫巖AC＞195μs／m；凝灰?guī)rAC＞230μs／m；杏仁狀熔巖AC＞230μs／m。

圖2 牛東9－10井火山巖巖性識別圖版

綜合起來，研究區(qū)的巖性－巖相關(guān)系大致可以歸納為：將玄武巖、安山巖劃入溢流相，火山角礫巖和凝灰?guī)r劃入爆發(fā)相，沉凝灰?guī)r劃入過渡相。通過對研究區(qū)范圍內(nèi)91口井巖石相厚度統(tǒng)計，玄武巖占47%，安山巖占27.8%，火山角礫巖占16%，（沉）凝灰?guī)r占9.2%。以溢流相（玄武巖）為主，其次為爆發(fā)相。

2 儲層基質(zhì)物性參數(shù)解釋模型

2.1 孔隙度模型

原生孔隙主要發(fā)育在爆發(fā)相、溢流相中，它是儲層后期溶蝕、充填改造的物質(zhì)基礎(chǔ)［6］。由于研究區(qū)火山巖儲層的特殊性，有效儲層往往是由低角度裂縫溝通溶蝕孔隙，這十分有利于聲波測井的響應。爆發(fā)相的火山碎屑巖的碎屑顆粒的巖性較溢流相的熔巖巖性致密，從測井解釋理論上講，由于骨架參數(shù)不一致。因而，用分巖性孔隙度模型進行表征是比較合理的。

研究中共收集了牛東9－8井、牛東9－10井、馬17井、馬19井等4口井的取心資料，采用巖心分析孔隙度測量值桿狀圖與測井曲線一致的方法對巖心按測井深度進行歸位。將所選取的巖心樣品歸位后，分層讀取孔隙度樣品對應深度的聲波時差值，建立儲層孔隙度的聲波測井解釋模型為（圖3（a））：

采用巖心刻度測井，建立分巖性的孔隙度解釋模型：

熔巖類（圖3（b））：

角礫巖類（圖3（c）

式中，AC為根據(jù)聲波時差計算的基質(zhì)孔隙度，%；AC為聲波時差測井值，μs／m；R2為相關(guān)系數(shù)，小數(shù)；N為樣品數(shù)。

用巖心刻度測井的方法，同樣可以建立密度測井孔隙度解釋模型（圖3（d））：

式中，DEN為根據(jù)密度計算的巖石總孔隙度，%；DEN為密度測井值，g／cm3。

圖3 牛東區(qū)塊孔隙度測井解釋模型

對比巖心分析孔隙度數(shù)據(jù)表明，聲波測井解釋模型AC解釋精度相對較高。該孔隙度解釋模型中，分巖性對目的層段所有溢流相和爆發(fā)相的巖性樣品分析孔隙度有較高一致性。其原因就在于，爆發(fā)相的火山碎屑巖的碎屑顆粒的巖性較溢流相的熔巖巖性致密，熔巖類孔縫比較發(fā)育。從測井解釋理論上講，由于骨架參數(shù)不一致。因而，用分巖性孔隙度解釋模型去表征比較合理。

2.2 滲透率模型

儲層滲透率為一個動態(tài)參數(shù)，目前還沒有一種測井方法能夠直接測量，通常的解決方案是建立巖心滲透率與孔隙度的回歸方程。對于復雜巖性和孔隙結(jié)構(gòu)的儲層，滲透率解釋精度的高低取決于如何考慮巖性和裂縫的不同對滲透率的影響。在該次研究中，只考慮基質(zhì)孔隙度對儲層的影響，建立回歸方程：

式中，K為儲層滲透率，10－3μm2；為基質(zhì)孔隙度，%。

2.3 含油飽和度模型

2.3.1 阿爾奇公式法

對于牛東區(qū)塊的火山巖儲層，當儲層受后期裂縫和溶蝕孔洞改造，物性較好時，其儲層含油氣特征類似于碎屑巖儲層，其基質(zhì)飽和度采用阿爾奇公式［7］計算：

式中，Soi為地層原始含油飽和度，%；Rt為油層電阻率，Ω·m；Rw為地層水電阻率，Ω·m；為油藏平均有效孔隙度，%；a、b為與巖性有關(guān)的系數(shù)；m為與油層孔隙結(jié)構(gòu)相關(guān)的指數(shù)；n為油層飽和度指數(shù)。

1）a、b、m、n值的確定：依據(jù)牛東9－10井巖電試驗分巖性確定，具體見表1。

表1 牛東9－10井卡拉崗組儲層巖電試驗結(jié)果

圖4 儲層3類壓汞曲線

2）地層水電阻率的確定：研究區(qū)地層水水型為CaCl2型，總礦化度平均3000～4000mg／L，地層溫度55℃。對照地層水電阻率圖版，確定油藏地層水電阻率Rw為0.40Ω·m。

2.3.2 壓汞法

含油飽和度的大小取決于儲層的孔隙結(jié)構(gòu)、油柱高度的大小和地層中油水密度差。因此，在已知油柱高度、油水密度差的情況下，可以利用壓汞資料采用油柱高度法確定油藏的原始含油飽和度。根據(jù)油層段巖心壓汞分析結(jié)果，經(jīng)J函數(shù)處理得到油藏的平均毛細管引力曲線，應用下式建立油柱高度與毛細管壓力的關(guān)系，進而求取油藏的原始地層含油飽和度。

式中，（Pc）R為油藏平均毛細管壓力，MPa；H為油藏的自由水面以上高度，m；ρw、ρo為分別為油藏條件下油與水的密度，g／cm3；g為重力加速度，m／s2。

根據(jù)研究區(qū)馬17井、馬19井、牛東9－10井卡拉崗組的壓汞曲線和（R為電阻率；K為滲透率；為孔隙度）的特征。結(jié)合物性和孔隙類型發(fā)育特征可將卡拉崗組火山巖儲層壓汞曲線分為3類（圖4）：

式中，Sw為含水飽和度，%。

應用該套模型所計算的油藏飽和度模型與測井解釋的飽和度具有很好的一致性。

3 儲層裂縫的測井解釋模型

國內(nèi)外資料的統(tǒng)計表明［8］，火山巖裂縫孔隙度一般小于1%，裂縫具有低孔高滲的特點。因此，對儲層裂縫的評價關(guān)鍵是裂縫強度的識別、裂縫產(chǎn)狀和方向和裂縫對滲透率的貢獻。

3.1 裂縫強度

牛東區(qū)塊火山巖儲層中一個重要的特點是地層中80%發(fā)育為低角度裂縫，根據(jù)測井響應機理，可以用下列公式評價低角度裂縫發(fā)育強度：

式中，F(xiàn)RH為裂縫發(fā)育強度，小數(shù)。

該低角度裂縫解釋參數(shù)，與FMI裂縫圖像和氣測錄井符合較好。

3.2 裂縫孔隙度模型

利用雙側(cè)向電阻率測井資料求取裂縫孔隙度、張開度，判別裂縫的狀態(tài)，是目前行之有效的方法［9］。采用深淺雙側(cè)向法，對裂縫的傾角幾何特征進行判識：

式中，Y為裂縫產(chǎn)狀識別指數(shù)，小數(shù)；Rd為深側(cè)向地層電阻率，Ω·m；Rs為淺側(cè)向地層電阻率，Ω·m。

當Y＞0時，為高角度縫，且值越大裂縫傾角越大；當Y＜0時，為低角度縫，且值越小角度越小。

然而，除裂縫以外，巖性、物性、含油性都會對雙側(cè)向測井產(chǎn)生不同的影響。因此，在研究過程中，還應具體問題具體分析。

以裂縫定性識別技術(shù)為基礎(chǔ)，根據(jù)研究區(qū)鉆井取心和成像測井資料，結(jié)合常規(guī)測井資料綜合研究，通過巖心分析資料和成像測井資料解釋成果對常規(guī)測井資料進行標定，最終確定利用雙側(cè)向測井資料求取裂縫孔隙度的方法［10］。

1）當Y＞0時，為高角度裂縫，其裂縫孔隙度為：

2）當Y＜0時，為低角度裂縫，其裂縫孔隙度為：

式中，f為裂縫孔隙度，%；Rmf為泥漿濾液電阻率，Ω·m。

由于資料有限，缺少泥漿濾液電阻率參數(shù)。所以以牛東9－10井為例，將算出的總孔隙度的值與密度擬合得出總孔隙度的模型。從而，裂縫孔隙度為以上算出的密度孔隙度與聲波孔隙度的差值，即是：

熔巖類：

角礫巖類：

從計算結(jié)果與巖心分析結(jié)果的對比來看，裂縫孔隙度和基質(zhì)孔隙度都具有較好的一致性。

4 儲層評價

4.1 巖性與含油性的關(guān)系

根據(jù)研究區(qū)錄井資料的統(tǒng)計，研究區(qū)主要儲層的優(yōu)勢巖性有：小氣孔杏仁玄武巖、氣孔玄武巖、裂縫性熔巖和脆裂凝灰質(zhì)角礫巖，這4種巖性占了所有氣測顯示段的88%，而所有其他巖性的氣測顯示僅占12%。凝灰?guī)r在研究區(qū)一般為非儲層，從巖石物理測井響應分析，可以確定，當GR大于45API時，為凝灰?guī)r響應。

4.2 物性、電性與含油性的關(guān)系

結(jié)合試油資料，根據(jù)電阻率－聲波時差、電阻率－孔隙度交匯圖分析（圖5、6），牛東區(qū)塊卡拉崗組火山巖油藏中油層的Rt越大、越大，Sw越低。當Rt大于30Ω·m，AC大于215μs／m，＞9%，含水飽和度Sw小于60%。

圖5 電阻率與聲波時差交匯圖

圖6 電阻率與孔隙度交匯圖

4.3 儲層有效厚度標準

綜合前述巖性、物性、電性和含油性的研究結(jié)果，建立研究區(qū)火山巖儲層油、水層的判別標準見表2。

表2 牛東區(qū)塊卡拉崗組火山巖儲層有效厚度下限標準

4.4 儲層分類評價

選取試油試采階段和分層測產(chǎn)液剖面中所表現(xiàn)出的典型的高、中、低產(chǎn)和干井井段，通過不同類型儲層的單層厚度的物性關(guān)系分析和根據(jù)巖心刻度的滲透率和孔隙度的交會分析（圖7）將研究區(qū)儲層劃分為3類。

Ⅰ類儲層：＞12%，K＞1.85×10－3μm2，孔隙度和滲透率具有很好的相關(guān)性，該類儲層的孔隙溝通好，對滲透率貢獻大。

Ⅱ類儲層：為10%～12%，K＞0.89×10－3μm2，該類儲層孔隙連通性不如Ⅰ類。

Ⅲ類儲層：為8%～10%，為差油層；當為5.6%～8%時，需要有裂縫的發(fā)育才能夠使其滲透率提高0.43×10－3μm2；如果沒有裂縫的發(fā)育，則下降為干層。

總之，火山巖儲層必須具有一定的厚度和規(guī)模才能夠保持較好的累積產(chǎn)量，因為火山的每次溢流噴發(fā)面積不大，所形成的儲層分布局限。這樣，多次溢流噴發(fā)而局部分布的儲層形成復雜的疊置關(guān)系，如果中間缺乏有效的溝通，則對單一的火山巖儲層，厚度和規(guī)模的大小將直接影響該層的累產(chǎn)和經(jīng)濟極限產(chǎn)量。

圖7孔隙度-滲透率交匯圖

5 結(jié) 論

1）利用常規(guī)測井資料可以有效地識別火山巖的巖性，分巖性可以建立起相關(guān)程度較高的火山巖儲層基質(zhì)物性參數(shù)解釋模型。

2）通過深、淺雙側(cè)向電阻率法可以很好地判斷火山巖裂縫發(fā)育產(chǎn)狀，并能建立起不同產(chǎn)狀下的裂縫孔隙度計算模型。

3）綜合巖性、物性、電性和含油性的研究成果，建立了研究區(qū)火山巖儲層的有效厚度標準，為該區(qū)塊探明石油地質(zhì)儲量評價提供了有效的參數(shù)基礎(chǔ)。

［1］朱如凱，毛治國，郭宏莉，等.火山巖油氣儲層地質(zhì)學——思考與建議［J］.巖性油氣藏，2010，22（2）：7～12.

［2］楊輝，宋吉杰，文百紅，等.火山巖巖性宏觀預測方法——以松遼盆地北部徐家圍子斷陷為例［J］.石油勘探與開發(fā)，2007，34（2）：150～155，196.

［3］趙文智，鄒才能，馮志強，等.松遼盆地深層火山巖氣藏地質(zhì)特征及評價技術(shù)［J］.石油勘探與開發(fā)，2008，35（2）：129～142.

［4］李寧，喬德新，李慶峰，等.火山巖測井解釋理論與應用［J］.石油勘探與開發(fā)，2009，36（6）：683～692.

［5］李謀杰，郭海敏，鄭佳奎，等.牛東地區(qū)火山巖儲層特征及測井評價［J］.石油天然氣學報，2011，33（2）：90～95.

［6］羅靜蘭，曲志浩，孫衛(wèi)，等.風化店火山巖巖相、儲集性與油氣的關(guān)系［J］.石油學報，1996，17（1）：32～38.

［7］陳一嗚，朱德懷，任康.礦場地球物理測井技術(shù)測井資料解釋［M］.第2版.北京：石油工業(yè)出版社，1994.

［8］張麗華，潘保芝，單剛義.應用三重孔隙模型評價火成巖儲層［J］.測井技術(shù)，2008，32（1）：37～40.

［9］彭永燦，楊琨，哈蘭，等，二區(qū)石炭系火山巖儲層裂縫識別方法研究［J］.石油天然氣學報，2008，30（5）：240～241.

［10］吳文圣，陳鋼花，雍世和.利用雙側(cè)向測井方法判別裂縫的有效性［J］.石油大學學報（自然科學版），2001，25（1）：87～89.

［編輯］ 宋換新

29 Parameters Research of Volcanic Reservoirs in Niudong Block of Santanghu Basin

CHEN Gong－yang，F(xiàn)ENG Jin－yan

（First Authors Address：College of Computer Sciences；College of Geosciences，Yangtze University，Jingzhou434023，Hubei，China，）

On the basis of the theory and the methods of logging interpretation，the log data and rock core data were dyployed to determine the volcanic lithologics in Kalagang Formation of Niudong Block in Santanghu Basin.By establishing the relationship of the lithology，physical property and electrical property，the chartboard of oil layer interpretation was established.By means of studying the volcanic reservoirs，the logging interpretation method are deeply studied for determining the physical property.It provides a basis for the log interpretation and the reserves calculation of Niudong Block and for the next development.

Santanghu Basin；Niudong Block；volcanic rock reservoir；log interpretation；low limit of reservoir

book=156,ebook=156

TE122.2

A

1000－9752（2012）06－0029－07

2012－03－12

油氣資源與探測國家重點實驗室開放項目（KFKT2010－2）。

陳恭洋（1963－），男，1984年大學畢業(yè)，博士，教授，現(xiàn)主要從事石油地質(zhì)學的教學與研究工作。