徐深氣田中基性火山巖儲層孔隙結構及滲流特征

屈洋（中石油大慶油田有限責任公司勘探開發(fā)研究院，黑龍江 大慶 163712）

火山巖作為油氣勘探的新領域，已引起勘探家和地質學家的廣泛關注［1］。自1887年在美國加利福尼亞州的圣華金盆地首次發(fā)現(xiàn)火山巖油氣藏以來，全球100多個國家或地區(qū)發(fā)現(xiàn)了160多個火山巖油氣藏［2］，分布在中新生界，尤其以侏羅系、白堊系、古近系、新近系所占比例較大，其中火山巖油氣總計超過50%產于中基性火山巖儲層［3］。但針對火山巖氣藏的相關文獻較少，整體研究水平低，相關開發(fā)技術研究僅能滿足生產需求，未進行系統(tǒng)研究形成理論，沒有可借鑒的開發(fā)經驗。

2002年以來，松遼盆地徐家圍子斷陷的深層天然氣勘探取得重大突破［4］，火山巖儲層成為深層氣勘探的主要目標。通過“十一五”科技攻關，深層天然氣已建產能14×108m3，初步形成了一套較完善的酸性火山巖開發(fā)理論及配套技術。目前，仍有1040×108m3（火山巖占80%）的“低品位、低效益、低產量”儲量未開發(fā)，如何對“三低”火山巖儲量進行有效開發(fā)是實現(xiàn)大慶天然氣上產目標的關鍵。未開發(fā)儲量中酸性火山巖儲量約500×108m3，應用已有研究成果將陸續(xù)投入開發(fā)；中基性火山巖儲量近300×108m3，主要分布在安達凹陷汪深1區(qū)塊［5］，其有效開發(fā)技術還處于研究階段。與酸性火山巖相比，中基性火山巖儲層物性差、氣井產量低、井控動態(tài)儲量小、開發(fā)效益較差、有效開發(fā)難度大。因此，尋找有利儲層發(fā)育區(qū)成為中基性火山巖氣藏開發(fā)的主要研究目標，加強中基性火山巖儲集空間特征及滲流機理的研究可為有利儲層預測、氣藏評價和井位部署提供必要的依據(jù)。

筆者在鑄體薄片、掃描電鏡觀察的基礎上，結合常規(guī)與恒速壓汞、核磁共振、CT等試驗資料，進行中基性火山巖儲層孔隙結構特征的精細表征，并根據(jù)毛細管壓力形態(tài)特征對儲層進行分類，分析儲層滲流特征，歸納不同孔隙結構的儲層與產能關系，針對問題提出進一步的開發(fā)建議。

1 地質概況

汪深1區(qū)塊位于松遼盆地北部深層構造單元東南斷陷區(qū)徐家圍子斷陷安達次洼和汪家屯－宋站低隆起上，主產層為下白堊統(tǒng)營城組三段火山巖儲層，由酸性噴發(fā)巖和中基性噴發(fā)巖上下疊置構成［6］，分為3個相帶、5種巖相及15種亞相，火山巖巖性共有8大類17種［7，8］。中基性火山巖主要集中在安達次洼內，巖性可分為火山熔巖和火山碎屑巖2大類［9］：火山熔巖中以玄武巖最發(fā)育占46.8%（體積分數(shù)），其次為粗面巖占18.4%（體積分數(shù)）和安山巖占15.6%（體積分數(shù)）；火山碎屑巖主要為安山質火山角礫巖。物性分析及試氣結果表明：有利儲層巖性為安山質火山角礫巖和粗面巖。火山巖相分布以溢流相為主，火山通道相和爆發(fā)相僅在火山口處局部發(fā)育，侵出相少見。有利儲層發(fā)育于火山通道相的火山頸亞相和隱爆角礫巖亞相、爆發(fā)相的熱碎屑流亞相、溢流相上部亞相［10］。

2 儲集空間特征

2.1 物性特征

通過5口取心井45個全直徑樣品的巖心物性統(tǒng)計分析，中基性火山巖孔隙度主要分布于3.0%～10.0%（平均6.9%），滲透率主要分布于0.01～10.00mD（平均2.12mD）。中基性火山巖級差變化大，分布1～16800（平均2813.8）；突進系數(shù)為0.07～36.81（平均5.91）；變異系數(shù)為0.42～1.16（平均0.98），屬于嚴重非均質。綜合認為，區(qū)內中基性火山巖氣藏屬于低孔、低滲儲層。統(tǒng)計分析不同巖性的物性差異（圖1），結果表明：安山質火山角礫巖最好，平均孔隙度為17.3%，平均滲透率為0.51mD；粗面巖次之，平均孔隙度為10.1%，平均滲透率為0.1mD；玄武巖及安山質玄武巖最差。

圖1 不同巖性的孔隙度及滲透率統(tǒng)計柱狀圖

2.2 儲集空間類型及影響因素

松遼盆地中基性火山巖儲集空間按形成階段分為原生和次生2大類，前者形成的時間截止于火山巖固化成巖階段，后者形成于成巖之后，二者依據(jù)其成因及特征細分為15種［11，12］。中基性火山巖儲層具有裂縫和孔隙雙重介質的特征，儲集類型以裂縫－孔隙型和孔隙型為主。通過多井的巖心觀察、鑄體薄片、掃描電鏡等資料分析，研究區(qū)儲集空間以氣孔、溶孔、微裂縫、構造縫為主（圖2）。

圖2 中基性火山巖典型儲集空間類型

其中原生孔隙以氣孔最發(fā)育，是熔漿溢出地表后內部揮發(fā)組分溢出后留下的孔隙空間，是區(qū)內火山熔巖（玄武巖）的主要儲集空間類型，孔徑大小不等（0.1～2mm）（圖2（a））；次生孔隙以溶孔最為發(fā)育，由巖石在成巖階段和成巖后的溶解作用形成，常見粒內溶孔、基質溶孔，孔徑在0.01～0.05mm不等（圖2（b）～（d））；次生縫以構造縫為主，為巖石形成后在構造應力作用下形成的縫隙，多具方向性，成組出現(xiàn)，延伸較遠，切割較深，自身儲集空間不大，但可將其他孔隙連通起來，常成為火山巖儲層的滲流通道，大大地改善了巖石的儲集性能，縫寬不等（0.01～0.1mm）（圖2（e）、（f））。

影響儲集空間發(fā)育的主要因素有火山噴發(fā)作用、構造運動作用和成巖作用。在噴發(fā)作用下中基性火山巖漿通常從火山翼部的裂隙流出，因其黏度低易于流動，且在流動過程中攜帶的氣液上升較快，致使巖漿冷凝收縮后在頂部形成較多氣孔和收縮縫，這也是溢流相的上部亞相為有利儲層發(fā)育區(qū)的原因之一；構造運動作用導致了構造裂縫的形成，是改善火山巖儲集性能的重要作用之一，同時也是油氣運移、聚集的重要通道，研究區(qū)構造縫以高角度縫最多，所占比例達到67%，其次是直立縫，低角度和水平縫少見；成巖作用中的溶解作用及風化作用對儲集空間形成起建設作用，而壓溶作用、熔漿膠結作用和充填作用對儲層破壞程度最大，降低儲集性能及連通性［13，14］。

3 儲層孔隙結構特征及分類

孔隙結構是影響并決定儲層微觀孔喉內流體流動和油氣運移的重要地質條件，通過研究區(qū)25個儲層樣品的恒速壓汞、核磁共振、CT試驗分析，中基性火山巖在孔隙結構特征上具有孔喉小、分選差、連通性差、排驅壓力高、最大進汞飽和度低的特點，按其特征參數(shù)分為4類（圖3）：Ⅰ類（粗態(tài)）、Ⅱ類（偏粗態(tài)）、Ⅲ類（偏細態(tài)）、Ⅳ類（細態(tài)）。

Ⅰ、Ⅱ類孔隙結構百分比不超過10%，毛細管壓力曲線形態(tài)表現(xiàn)為排驅壓力小（0.52～1.55MPa）、汞飽和度中值壓力低、最大汞飽和度高（90.50%～96.25%）、歪度粗、分選較好、孔喉均發(fā)育（表1）。

圖3 研究區(qū)典型毛細管壓力曲線

表1 孔隙結構特征參數(shù)統(tǒng)計

恒速壓汞上（圖4（a）、（b））表現(xiàn)為孔喉發(fā)育好、孔喉半徑比大、分布寬、含水飽和度低。核磁共振上可動流體飽和度高（75.4%～78.5%），橫向弛豫時間τ2截止值低（3.8～5.5ms）。CT圖像上（圖5（a））氣孔、溶洞、裂縫較發(fā)育，連通性好。Ⅰ類、Ⅱ類儲層物性較好，平均孔隙度為12.18%～17.00%，平均滲透率為0.41～0.61mD，主要發(fā)育在安山質火山角礫巖、粗面巖中。

Ⅲ、Ⅳ類孔隙結構百分比達90%以上，毛細管壓力曲線形態(tài)表現(xiàn)為排驅壓力大（8.78～20.29 MPa）、汞飽和度中值壓力高、最大汞飽和度低（26.05%～76.95%）、歪度細、分選較差。恒速壓汞上（圖4（c）、（d））表現(xiàn)為孔喉發(fā)育差、孔喉半徑比小、分布窄、含水飽和度高。核磁共振上可動流體飽和度低（18.2%～35.3%），τ2截止值偏高（34.6～49.9ms）。CT圖像上（圖5（b））氣孔、溶洞發(fā)育差，裂縫不發(fā)育，連通性差。Ⅲ類、Ⅳ類儲層物性較差，平均孔隙度為4.47%～6.60%，平均滲透率為0.06～0.09mD，主要發(fā)育在安山巖、安山質玄武巖及玄武巖中。

圖4 恒速壓汞試驗孔喉關系

圖5 三維CT掃描圖像

4 氣水滲流特征

儲層微觀孔隙結構特征控制著氣水滲流特征，影響著氣井的生產能力。在氣驅水相對滲透率測定試驗中，中基性火山巖儲層的可流動氣飽和度區(qū)間為17.03%～67.31%，束縛水飽和度為32.69%～52.46%，且大于45%的占69.20%，表明其儲層為親水巖石，呈兩相流特征，孔隙度小、孔隙結構差、空氣滲透率低、束縛水飽和度高、兩相滲流范圍小、氣驅水效率低。

利用核磁共振試驗分析儲層基質是否具有可動流體是評價儲層基質有效性的一種實用方法，根據(jù)巖石中各種孔喉的弛豫時間所表現(xiàn)出的譜峰特征來判斷孔喉特點。一般來說，在τ2譜上，短的弛豫時間代表細小的孔喉，以束縛流體體積為主；相對長的弛豫時間代表較大的孔喉，以可動流體體積為主。中基性火山巖在核磁共振譜中具有明顯的雙峰特征（圖6），第1峰為束縛部分，基本不可動；第2峰為可動部分，為較大孔隙。由此表明，其儲層非均質性嚴重，孔隙存在微孔和相對較大的孔隙，束縛水飽和度高，可達52%～92%，與孔隙度線性關系差。

圖6 核磁共振譜圖及樣品說明

5 產能分析

區(qū)內共有11口井，儲層孔隙結構以Ⅰ、Ⅱ類為主的井僅2口，壓裂前穩(wěn)定產能在4×104m3／d以上或是壓裂后穩(wěn)定產能在10×104m3／d以上，其他井的儲層孔隙結構均為Ⅲ、Ⅳ類，整體物性差、非均質性強、裂縫不發(fā)育、單井產能較低、開發(fā)效益較差，見表2。個別井存在自然產能高但產量壓力遞減快或壓后產量高但產量壓力遞減快的現(xiàn)象。

借鑒以往經驗，徐深氣田酸性火山巖儲層實施水平井開發(fā)后平均無阻流量是直井的3～4倍，針對Ⅲ、Ⅳ類孔隙結構為主的中基性火山巖儲層，建議實施水平井開發(fā)，并配給大規(guī)模縫網壓裂改造，提高儲層的改造效果，改善儲層滲流條件，進一步提高單井產量和儲量動用程度。

表2 儲層孔隙結構與單井產能關系

6 結論

1）綜合分析認為，徐深氣田中基性火山巖氣藏屬于低孔、低滲儲層，儲集空間以氣孔、溶孔、微裂縫、構造縫為主，儲集類型為裂縫－孔隙型和孔隙型，火山噴發(fā)作用、構造運動作用及成巖作用是影響儲集空間發(fā)育的主要因素。

2）區(qū)內儲層孔隙結構差，以Ⅲ類偏細態(tài)型和Ⅳ類細態(tài)型為主，具有孔喉小、分選差、連通性差的特點。儲層速敏性弱，為親水巖石，呈兩相流特征，氣驅水效率低。

3）儲層孔隙結構以Ⅲ、Ⅳ類為主的單井產能低，建議采用水平井開發(fā)調整以及完井后的大規(guī)模縫網壓裂改造。

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