張麗華，潘保芝，單剛義

（吉林大學(xué)地球探測科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，吉林 長春130026）

0 引 言

中國廣大疆域范圍內(nèi)均發(fā)現(xiàn)了以火山巖為儲層的油氣藏［1－5］，其中比較著名的有遼河盆地黃沙坨地區(qū)的粗面巖油氣藏、大港油田棗35斷塊玄武巖油氣藏、克拉瑪依玄武巖油氣藏、二連盆地的阿北安山巖油氣藏以及松遼盆地北部發(fā)現(xiàn)的以酸性火成巖為主的徐深氣田［6］。2002年隨著徐深1井在火山巖中獲得百萬方高產(chǎn)工業(yè)氣流，2005年吉林油田在長嶺斷陷的長深1井火山巖儲集層中獲得了46×104m3高產(chǎn)天然氣流，充分表明深層火山巖儲層巨大的勘探潛力。

無論是砂巖、碳酸鹽巖還是火山巖，它們的儲層性質(zhì)、滲流性質(zhì)和電導(dǎo)性質(zhì)等均受其孔隙結(jié)構(gòu)的影響?？紫督Y(jié)構(gòu)指多孔巖石的孔隙構(gòu)成，它包括孔隙（喉）的大小與分布、形狀、連通程度、孔隙類型和孔壁幾何形態(tài)等微觀特征。其中孔隙（喉）大小、分布以及連通程度對巖石導(dǎo)電性質(zhì)影響最為顯著?；鹕綆r油藏作為非均質(zhì)儲層，有比碎屑砂巖和碳酸鹽巖更為復(fù)雜的巖電關(guān)系。本文根據(jù)火山巖的孔隙類型及結(jié)構(gòu)特征，采用三重孔隙模型描述火山巖的孔隙結(jié)構(gòu)，根據(jù)雙側(cè)向測井的電導(dǎo)差異和常規(guī)測井數(shù)據(jù)，計算出三重孔隙模型中的基質(zhì)孔隙度、裂縫孔隙度、非連通孔洞孔隙度和總孔隙度，進而計算出孔隙度指數(shù)m，最終求取含水飽和度，對火山巖儲層進行測井綜合評價。

1 火山巖的孔隙類型及結(jié)構(gòu)特征

火山巖儲層具有復(fù)雜的孔隙類型，按儲集空間形成機理，可分為原生儲集空間和次生儲集空間。火山巖儲層的原生儲集空間有原生氣孔、殘余氣孔、斑晶間孔、晶間孔、杏仁體內(nèi)孔、收縮孔、冷凝收縮縫、收縮節(jié)理和礫間裂縫。圖1是火山巖薄片。

圖1 火山巖薄片

火山活動使火山物質(zhì)發(fā)生多次間歇性噴發(fā)，又經(jīng)受后期熱液和熱汽等多種因素的蝕變，致使先期形成的火山巖的成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造經(jīng)受一定改造。加之地質(zhì)時期中進一步構(gòu)造運動，造成地層水滲流作用，從而使巖石礦物發(fā)生溶解和水解，被溶解的物質(zhì)部分被帶走，并在原部位形成溶蝕孔隙，使原生孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。溶孔、溶縫普遍見于各類火山巖中，溶解作用可以具選擇性，也可以是非選擇性的，前者一般選擇性溶解長石斑晶、石英斑晶中先行受熔部位或一些易溶巖屑，形成相對較孤立的晶內(nèi)、粒內(nèi)溶孔或鑄?？祝?］?；鹕綆r儲層的次生儲集空間有斑晶溶蝕孔、斑晶和基質(zhì)間溶孔、基質(zhì)溶蝕孔等。圖2、圖3、圖4和圖5是火山巖的巖石薄片圖。其中圖2是鈉長石流紋巖球粒周邊的收縮孔隙，圖3是流紋質(zhì)熔結(jié)角礫凝灰?guī)r中長石的溶蝕孔隙，圖4是巖屑間孔，圖5是巖屑間孔和屑內(nèi)微孔?？梢娪性S多孤立的孔隙存在，也就是非連通孔洞存在。

火山巖儲層不僅具有復(fù)雜的孔隙類型，其孔隙結(jié)構(gòu)也具有特殊性：①孔隙類型多樣，幾何形態(tài)各異；②孔、洞、縫交織在一起，儲集空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜；③孔隙分布不均；④孔隙連通性差，裂縫起到改善儲集物性的重要作用。

圖5 巖屑間孔及屑內(nèi)微孔

2 三重孔隙模型

Aguilera和 Aguilera［8］提出了以基質(zhì)、裂縫（連通孔）和非連通孔洞組成的三重孔隙模型。三重孔隙模型認為，巖石的總孔隙度φ由基質(zhì)孔隙φm、裂縫孔隙φ2和非連通孔洞孔隙φnc組成（見圖6），即

圖6 三孔隙儲層巖石的組成示意圖（其中v為配分系數(shù)，v＝φ2／φ；vnc為非連通孔洞孔隙度比）

基質(zhì)系統(tǒng)由基質(zhì)和基質(zhì)孔隙空間組成。令基質(zhì)系統(tǒng)的體積為V，巖石總體積為V′，則

如果φ2、φb和φ已知，則可由式（4）、式（5）求得φnc和φm

最終得到的計算孔隙度指數(shù)m的公式為

式中，配分系數(shù)v＝φ2／φ；vnc為非連通孔洞孔隙度比；mb為沒有裂縫的巖樣的基質(zhì)部分的孔隙度指數(shù)（膠結(jié)指數(shù)）。

3 各種孔隙度的確定

3.1 求取骨架參數(shù)

巖石骨架參數(shù)是全套儲層參數(shù)計算的基礎(chǔ)。由于火山巖的巖性比較復(fù)雜，很難用單一骨架描述它，可以用斯倫貝謝公司根據(jù)元素俘獲譜測井（ECS）建立的巖石骨架密度和骨架中子與巖石元素含量的關(guān)系式得到連續(xù)的骨架參數(shù)曲線

式中，ρma為骨架密度；Nma為骨架中子；WSi、WCa、WNa、WK、WFe、WTi分別為 ECS得到的硅元素、鈣元素、鈉元素、鉀元素、鐵元素、鈦元素的重量百分比含量。

3.2 求取總孔隙度

密度測井測量的巖石物理參數(shù)是儲層的電子密度指數(shù)，中子測井的讀數(shù)是儲層中主要減速物質(zhì)——氫含量的反映，因此，計算總孔隙度φ為

式中，ρf、ρma分別為流體和骨架的密度；Nf、Nma分別為流體和骨架的中子；CN、ρb分別為中子和密度測井曲線。

3.3 求取基質(zhì)孔隙度φb

聲波測井測量的巖石物理參數(shù)是P波速度（或慢度），因為P波是壓縮波，只能在基質(zhì)中傳播，因此聲波測井的孔隙度只反映基質(zhì)孔隙度而不反映次生孔隙（如裂縫，孔洞）的影響。因此認為由聲波測井計算的孔隙度等于φb。

式中，Δtf、Δtma分別為流體和骨架的聲波時差；Δt為聲波時差測井曲線。

3.4 求取裂縫和非連通孔洞孔隙度

在高角度裂縫和雙側(cè)向測井顯示正差異地層，雙側(cè)向測井測量的電阻可用復(fù)合系統(tǒng)描述［9］：①淺側(cè)向測井測量的電阻與連通裂縫的電阻的并聯(lián)電阻網(wǎng)絡(luò)；②上面得到的電阻與非連連通孔洞電阻的串聯(lián)電阻網(wǎng)絡(luò)。表示為

在低角度裂縫和雙側(cè)向測井顯示負差異的地層，雙側(cè)向測井測量的電阻可用下面的復(fù)合系統(tǒng)描述：①淺側(cè)向測井測量的電阻與非連通孔洞電阻的串聯(lián)電阻網(wǎng)絡(luò)；②上面得到的電阻與裂縫電阻的并聯(lián)電阻網(wǎng)絡(luò)。表示為

式中，RLLd、RLLs分別為深、淺側(cè)向電阻率，Ω·m；Rmf為儲層溫度時泥漿濾液的電阻率，Ω·m。由式（4）、式（5）、式（11）和式（12），可求出φ2、φb、φnc和φm。

4 飽和度方程

斯倫貝謝公司認為，在裂縫型白云巖油藏中，裂縫孔隙的束縛水飽和度根據(jù)經(jīng)驗一般不超過5%。華北石油研究院從裂縫型物理模型試驗得出，均質(zhì)細裂縫型（平均縫寬0.16mm）含油飽和度為80%；垂直與水平方向有粗縫發(fā)育有的不均勻裂縫模型（平均細縫寬0.16mm、粗縫寬1.07mm，粗縫體積占總裂縫孔隙體積的80%以上），其含油飽和度為95.7%［10］。俄羅斯研究人員通過實驗研究確定束縛水膜厚度大約為0.05μm，因此認為裂縫開度小于0.1μm的超微裂縫被束縛水充填，不具有滲流能力。對于開度大于10μm的宏觀裂縫型油層，可以認為裂縫中完全被油氣充填，裂縫的含油飽和度一般取為95%～100%［11］。故計算裂縫系統(tǒng)儲量時，一般取含油飽和度95%～100%。因此，裂縫的含水飽和度Swf取為0。非連通孔洞由于是非連通狀態(tài)，因此含水飽和度Swnc取為0?；鶐r塊的含水飽和度計算公式為

復(fù)合系統(tǒng)的含水飽和度計算公式為

式中，Rw為儲層溫度時水的電阻率；n為含水飽和度指數(shù)。

從m值計算公式可以看出，m值隨著總孔隙度和裂縫孔隙度的變化而變化，不再是一個固定不變的常量。以往應(yīng)用均質(zhì)模型進行解釋時，由于裂縫的存在必然引起電阻率Rt的降低從而引起計算含水飽和度的增大，但這種飽和度的增大是由于孔隙結(jié)構(gòu)變化引起的，并不是流體性質(zhì)變化的反映。因此，常引起解釋上的誤差。引入變化的孔隙度指數(shù)m的概念后，當?shù)貙哟嬖诹芽p時，相應(yīng)的m值也降低為裂縫層段的三重孔隙指數(shù)m，m值降低使得計算的含油氣飽和度增大，從而在一定程度上能夠修正由于裂縫的存在而引起的計算含油氣飽和度的偏低誤差。因此，通過這種m值的變化，可將均質(zhì)地層解釋模式轉(zhuǎn)化為非均質(zhì)地層解釋模式。

圖7 A井測井評價綜合圖

5 應(yīng)用實例

將本文所研究的方法在松遼盆地3口井的火山巖層段進行了應(yīng)用。圖7是A井的測井評價綜合圖。從圖7可見，在3 996～4 003m井段計算的基質(zhì)孔隙度平均為16.4%，計算的含水飽和度為83%，據(jù)此判斷為水層。該井段試氣結(jié)論為水層。

圖8是B井層段1的測井評價綜合圖。從圖8可見，在3 524～3 545m井段計算的基質(zhì)孔隙度平均為4.8%，計算的含水飽和度為98%，據(jù)此判斷為水層。此井段試氣結(jié)論為水層，日產(chǎn)氣微量，日產(chǎn)水1.5m3。

圖9是B井層段2的測井評價綜合圖。從圖9可見，計算的基質(zhì)孔隙度平均為16%，計算的含水飽和度平均為46%，據(jù)此判斷為氣層。試氣結(jié)果是3 723～3 735m，日產(chǎn)氣226 234m3，為工業(yè)氣層，與解釋結(jié)果一致。

6 結(jié) 論

（1）根據(jù)火山巖儲層的孔隙特點，把孔隙分為基質(zhì)孔隙、連通的裂縫（孔洞）孔隙和非連通孔洞孔隙3個類，采用三重孔隙模型計算孔隙度指數(shù)m，根據(jù)雙側(cè)向測井的電導(dǎo)差異和三孔隙度測井求取各種孔隙度。

（2）從元素俘獲能譜測井獲取連續(xù)的骨架參數(shù)，采用變孔隙度指數(shù)m，根據(jù)阿爾奇公式計算儲層的含水飽和度，對火山巖儲層進行綜合測井評價。

（3）把該方法應(yīng)用于松遼盆地3口井的火山巖層段，計算的結(jié)果與試氣結(jié)論相符合。

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