中拐凸起火山巖裂縫型儲層相態(tài)發(fā)育模式

張 嘯，高雯君，李 靜，張 進(jìn)，汪 洋

(1.中國石油新疆油田分公司，新疆 烏魯木齊 830018；2.中國石油運(yùn)輸有限公司，新疆 烏魯木齊 830018)

0 引 言

火山巖儲層作為一類油氣資源潛力巨大的非常規(guī)儲集體，日益引起國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注[1-4]?；鹕綆r儲層在漫長的地質(zhì)歷史時期經(jīng)過強(qiáng)壓實(shí)作用和構(gòu)造作用，現(xiàn)今一般表現(xiàn)為巖性致密、孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜、孔滲非常低、孔喉連通性差且非均質(zhì)性強(qiáng)等特征。前人研究認(rèn)為，火山巖巖性致密，強(qiáng)度及脆性程度較大，受到巖性、層厚、構(gòu)造應(yīng)力等多方面因素影響，火山巖會不同程度產(chǎn)生裂縫[5-11]。這些研究多局限于裂縫成因機(jī)理與裂縫對儲層影響的研究，并沒有建立一種有效表征火山巖裂縫發(fā)育的裂縫相模式，從空間配置上研究不同埋深條件下裂縫的發(fā)育規(guī)律以及其對火山巖儲層影響。因此，該文基于FMI測井資料結(jié)合常規(guī)測井資料、錄井和巖心資料，對中拐凸起石炭系火山巖裂縫發(fā)育模式進(jìn)行研究，證實(shí)了不同空間配置下，裂縫發(fā)育程度以及不同裂縫對研究區(qū)火山巖儲層影響。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

中拐凸起位于準(zhǔn)噶爾盆地西北緣克—烏斷裂帶和紅車斷裂帶的轉(zhuǎn)換部位[12]，是在石炭紀(jì)至二疊世擠壓應(yīng)力場作用下形成的寬緩鼻狀古隆起。研究區(qū)三面臨凹[13]，為油氣運(yùn)聚的有利區(qū)域。隨著JL10井在石炭系火山巖獲得高產(chǎn)油氣流，中拐凸起石炭系成為準(zhǔn)噶爾盆地的重點(diǎn)勘探領(lǐng)域。根據(jù)已有鉆探成果顯示，研究區(qū)石炭系火山巖巖性復(fù)雜，不僅發(fā)育火山巖，同時還發(fā)育有沉積巖。儲層以低孔、低滲儲層為主，且儲層物性變化范圍較大，孔隙度為2.00%～12.00%，最大孔隙度為16.40%，最小孔隙度為1.30%，平均孔隙度為4.65%。巖心分析滲透率普遍在0.10 mD以下，因此，該區(qū)儲層為低孔、特低滲儲層。裂縫為該區(qū)油氣滲流提供有利“通道”。

2 裂縫發(fā)育特征的FMI測井響應(yīng)

2.1 受巖性影響的裂縫發(fā)育特征

受火山巖巖性和非均質(zhì)性的影響，常規(guī)測井無法準(zhǔn)確地識別火山巖的巖性以及定性表征火山巖裂縫發(fā)育情況，而微電阻率掃描成像(FMI)測井主要是通過圖像特征和集合形態(tài)的變化來反映電阻率物理參數(shù)的差異，從而揭示地層的不同巖性和沉積構(gòu)造的差異，具有很高的分辨率(約5 mm)，可以清楚地反映地層巖性、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造以及井壁結(jié)構(gòu)的變化[14]。該文利用FMI測井技術(shù)結(jié)合常規(guī)測井、錄井和巖心資料，對中拐凸起石炭系火山巖裂縫發(fā)育模式進(jìn)行研究，為中拐凸起石炭系火山巖油藏的勘探開發(fā)提供幫助。

中拐凸起火山巖巖石類型包括凝灰?guī)r、安山巖、火山角礫巖、英安巖等。對研究區(qū)35口井巖心薄片及測井響應(yīng)特征等資料進(jìn)行深入研究，統(tǒng)計(jì)出研究區(qū)主要巖石類型的常規(guī)測井?dāng)?shù)值范圍。

結(jié)合FMI測井發(fā)現(xiàn)對裂縫發(fā)育起到控制作用的巖石類型的FMI測井響應(yīng)特征為：①凝灰?guī)r。FMI靜態(tài)圖像表現(xiàn)為暗黃色到黃色，動態(tài)圖像上呈層狀(圖1a)或暗色點(diǎn)狀、半點(diǎn)狀及線狀(圖1b)，滲透性差。②安山巖。FMI靜態(tài)圖像上顯示為黃色到亮黃色，動態(tài)圖像表現(xiàn)為塊狀構(gòu)造(圖1c)，有效裂縫較為發(fā)育。③火山角礫巖。FMI靜態(tài)圖像表現(xiàn)為黃色到亮黃色，動態(tài)圖像表現(xiàn)為亮色斑狀模式(圖1d)，部分層段發(fā)育暗色針孔狀溶蝕孔(圖1e)；④英安巖。FMI靜態(tài)圖像上顯示為黃色到亮黃色，動態(tài)圖像表現(xiàn)為塊狀構(gòu)造(圖1f)，大部分層段裂縫較為發(fā)育或發(fā)育暗色溶蝕孔。對該區(qū)主要發(fā)育的4種火山巖裂縫統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)安山巖、英安巖裂縫最為發(fā)育，火山角礫巖裂縫較為發(fā)育，凝灰?guī)r裂縫發(fā)育較少；安山巖平均裂縫發(fā)育為1.2條/m，英安巖平均裂縫發(fā)育為1.4條/m，火山角礫巖平均裂縫發(fā)育為0.8條/m，凝灰?guī)r平均裂縫發(fā)育為0.2條/m。

2.2 構(gòu)造對裂縫發(fā)育的控制作用

構(gòu)造裂縫主要包括斷層型裂縫以及褶皺型裂縫。由于不同構(gòu)造部位應(yīng)力分布不同，使得裂縫發(fā)育程度差別很大。一般認(rèn)為構(gòu)造形變越大裂縫發(fā)育程度越高。例如構(gòu)造曲率大的部位是裂縫發(fā)育的最佳部位，其次為斷鼻、褶皺和斷塊軸交點(diǎn)部位[15]。

斷層為裂縫發(fā)育的又一重要控制因素，斷層通過控制局部構(gòu)造應(yīng)力來影響火山巖裂縫分布。由于不同構(gòu)造位置的構(gòu)造應(yīng)力分布不同?？拷鼣鄬恿芽p非常發(fā)育，而距離斷層較遠(yuǎn)的井裂縫發(fā)育較少。如位于JL10井南斷裂附近的3口井，其平均裂縫密度為1.6條/m，而遠(yuǎn)離斷裂的4口井裂縫密度均在0.5條/m，前者明顯好于后者。從鉆井所處位置的裂縫發(fā)育程度與斷層的關(guān)系反應(yīng)出二者具有正相關(guān)性。

通過研究發(fā)現(xiàn)，由于地層局部構(gòu)造應(yīng)力分布不同，且其受到主控斷層發(fā)育控制，從而影響裂縫的發(fā)育程度。因此，構(gòu)造位置對于火山巖裂縫發(fā)育起到一定的控制作用[16-21]。

2.3 風(fēng)化淋濾對裂縫發(fā)育的控制作用

該區(qū)火山巖儲層受到強(qiáng)風(fēng)化淋濾作用，不僅可以形成次生孔隙，對裂縫也有一定的改造作用。早期因火山巖體暴露在地表，受到長期風(fēng)化與地表水淋濾作用，從而形成了大量的風(fēng)化裂縫與溶蝕裂縫。這些裂縫形態(tài)極不規(guī)則，常被方解石或者泥質(zhì)充填，且多發(fā)育于石炭系頂部風(fēng)化殼附近。溶蝕裂縫是火山巖暴露地表遭受強(qiáng)烈的風(fēng)化淋濾作用而產(chǎn)生，通常沿著早期形成的構(gòu)造裂縫與風(fēng)化裂縫縫面發(fā)育。因此，風(fēng)化淋濾作用與研究區(qū)裂縫發(fā)育存在密切關(guān)系，風(fēng)化淋濾程度越強(qiáng)，裂縫越發(fā)育。中拐凸起位于古構(gòu)造高部位，風(fēng)化淋濾作用強(qiáng)度大，影響深度較大。

研究該區(qū)35口井資料發(fā)現(xiàn)，火山巖風(fēng)化殼以下0～200 m范圍內(nèi)裂縫最為發(fā)育。主要裂縫發(fā)育類型為構(gòu)造縫與溶蝕縫(圖2)。

圖1 研究區(qū)主要巖性的FMI測井響應(yīng)特征

圖2 中拐凸起石炭系火山巖裂縫發(fā)育特征

2.4 FMI裂縫相類型

通過分析中拐凸起35口井的FMI測井資料，運(yùn)用FMI裂縫相的概念，建立了表征研究區(qū)裂縫發(fā)育模式4種FMI裂縫相(圖3)。

(1) 無效裂縫相，即填充縫，主要是火山巖在裂縫形成初期被方解石、石英等礦物充填，以高電阻率異常出現(xiàn)，在FMI上的圖像特征為亮白色的正弦波條紋，連續(xù)性不明顯(圖3a)，這種裂縫滲透性差，不連通，儲集性能差。

圖3 典型FMI裂縫相類型

(2) 有效裂縫相，即張開縫，一般與層面不平行、不規(guī)則，由于泥漿的侵入，以高電導(dǎo)異常出現(xiàn)，在FMI上的圖像特征為暗色的正弦線或不規(guī)則網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，連續(xù)性較好，這種裂縫滲透性好。按照其發(fā)育特征不同，又可將其分為斜交有效縫相(圖3b)、高角度有效縫相(圖3c)、低角度網(wǎng)狀有效縫相(圖3d)。

(3) 直劈溶蝕縫相，直劈溶蝕縫相在FMI動態(tài)圖像上可見寬度較大的深棕色至黑色垂直的高導(dǎo)縫(3e)，此類裂縫縱向延伸范圍較大。研究發(fā)現(xiàn)，此類FMI裂縫相多與斷層相伴生，在構(gòu)造應(yīng)力大的區(qū)域此類裂縫相最為發(fā)育。

(4) 溶蝕孔隙相，溶蝕孔的特點(diǎn)是形狀不規(guī)則，部分繼承了被溶蝕顆粒的本來形狀但邊緣圓滑，為高電導(dǎo)異常體，在FMI上的圖像特征為分散的不規(guī)則的暗色斑點(diǎn)(圖3f)。當(dāng)裂縫與溶蝕孔隙混合發(fā)育時，使得儲集空間的相互溝通，易形成優(yōu)質(zhì)儲集層。

3 裂縫發(fā)育規(guī)律與配置關(guān)系

中拐凸起石炭系火山巖裂縫發(fā)育有明顯的分帶性，整體上分為上部表生裂縫發(fā)育帶和下部深埋裂縫發(fā)育帶，與之對應(yīng)的FMI裂縫相模式也不相同。

表生裂縫帶發(fā)育于風(fēng)化殼及以下200 m范圍內(nèi)。受構(gòu)造作用和風(fēng)化淋濾的影響，使得火山巖裂縫發(fā)育受到較強(qiáng)的溶蝕作用，形成良好的孔隙性與滲透性，成為火山巖優(yōu)勢儲集層。與表生裂縫帶對應(yīng)的FMI裂縫相為有效裂縫相、溶蝕孔隙相與直劈溶蝕縫相。

深埋裂縫帶受到上覆壓力的影響，在火山巖成巖初期受到構(gòu)造應(yīng)力的影響，裂縫十分發(fā)育，但后期多為方解石等充填形成無效裂縫。深埋裂縫帶同時受到地下流體的溶蝕作用使得其發(fā)育有有效縫。與深埋裂縫帶對應(yīng)的FMI裂縫相為無效裂縫相或有效裂縫相。

以JL11井為例探討裂縫發(fā)育的控制因素、位置與FMI裂縫相三者之間的關(guān)系(圖4)。該區(qū)發(fā)育有2套凝灰?guī)r隔層，深度分別為3 117～3 180 m與3 199～3 205 m，有效裂縫發(fā)育較少，主要發(fā)育直劈溶蝕縫；在表生裂縫帶3 181～3 199 m處發(fā)育有安山巖，該井段裂縫十分發(fā)育，發(fā)育有效裂縫相、溶蝕孔隙相以及直劈溶蝕縫相，且直劈溶蝕縫相延伸至上部凝灰?guī)r，使得該井段溶蝕作用增強(qiáng)，儲層物性變好。JL11井受構(gòu)造應(yīng)力作用，在3 180～3 199 m口壩單砂體劃分及剩、3 206～3 243 m、3 279～3 307 m、3 313～3 357 m井段裂縫極為發(fā)育，該井平均裂縫密度為1.2 條/m。對比其與表生裂縫帶儲層物性發(fā)現(xiàn)，受溶蝕改造影響，表生裂縫帶儲層物性好于深埋裂縫帶的安山巖儲層物性。通過實(shí)驗(yàn)室分析數(shù)據(jù)表明，表生裂縫帶平均孔隙度為8.65%，平均滲透率為3.75 mD；而深埋裂縫帶平均孔隙度為5.43%，平均滲透率為0.10 mD。

圖4 研究區(qū)JL-11井裂縫發(fā)育規(guī)律與FMI裂縫相關(guān)系

綜上所述，巖性與斷層控制裂縫發(fā)育強(qiáng)度，靠近斷層裂縫明顯發(fā)育，而且裂縫發(fā)育程度在垂向上有明顯分帶性，上部為表生裂縫帶，下部為深埋裂縫帶，且裂縫發(fā)育模式的不同對儲層的改造作用也不盡相同。

4 應(yīng)用效果

利用FMI測井資料，構(gòu)建中拐凸起火山巖裂縫相發(fā)育模式(圖5)。石炭系上部為表生裂縫帶，下部為深埋裂縫帶。由圖5可知，有效裂縫相發(fā)育于石炭系頂界面下20～200 m，其他部位有效裂縫相發(fā)育程度較低。這種分布特征是由于研究區(qū)火山巖成巖之后長時間受到構(gòu)造運(yùn)動與風(fēng)化淋濾的共同作用?；鹕綆r受風(fēng)化作用影響，風(fēng)化殼附近火山巖巖體力學(xué)強(qiáng)度降低，脆性變大，容易受力破裂，易形成有效裂縫相、直劈溶蝕相以及溶蝕孔隙相。從而使得火山巖裂縫發(fā)育在縱向上呈明顯分異性，即距離石炭系頂界面以下一定深度范圍內(nèi)裂縫非常發(fā)育，多種裂縫相互作用，有效改善儲層。但當(dāng)超過一定深度以后，火山巖儲層受風(fēng)化淋濾作用減弱，在同等構(gòu)造應(yīng)力的作用下，火山巖不易受力破裂產(chǎn)生裂縫，所以石炭系深層僅僅發(fā)育無效裂縫相以及少量的有效裂縫相。

圖5 中拐凸起石炭系火山巖裂縫相發(fā)育模式

5 結(jié) 論

(1) 裂縫發(fā)育的控制因素主要為巖性、斷層及風(fēng)化淋濾作用。不同巖性FMI測井響應(yīng)不同，其裂縫發(fā)育程度也不同。火山熔巖類的安山巖、英安巖裂縫較火山角礫巖、凝灰?guī)r類更為發(fā)育。斷層的發(fā)育有利于裂縫發(fā)育。石炭系頂部風(fēng)化殼為裂縫主要發(fā)育帶。

(2) 建立了有效裂縫相、無效裂縫相、直劈溶蝕縫相、溶蝕孔隙相4種FMI測井裂縫相，可以有效表征中拐凸起石炭系火山巖裂縫發(fā)育程度。

(3) 研究區(qū)石炭系火山巖裂縫發(fā)育具有垂向上的分帶性，上部表生裂縫帶比下部深埋裂縫帶裂縫更為發(fā)育，且下部深埋裂縫帶裂縫被方解石充填，多為無效裂縫相。

(4) 表生裂縫帶的直劈溶蝕縫相、有效裂縫相及溶蝕孔隙相的混合發(fā)育對儲層物性改造效果好，容易形成優(yōu)質(zhì)儲集層。