肖華,常浩,高衍武,景超,牟鴻博,黃山松

(1.中國石油集團測井有限公司測井應(yīng)用研究院,陜西西安710077;2.中國石油集團測井有限公司長慶分公司,陜西西安710201)

0 引 言

火山巖儲層作為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)者廣泛關(guān)注[1-4]。但是火山巖儲層在漫長的地質(zhì)歷史時期經(jīng)過強壓實作用和構(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、孔隙度滲透率非常低、孔喉連通性差且非均質(zhì)性強等特征。同時由于火山巖巖性致密,強度及脆性程度較大,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[5-7]。因此原生孔隙差的火山巖儲集層,其產(chǎn)油能力主要取決于儲層中裂縫發(fā)育的程度[8]。裂縫使火成巖儲集層中無效孔隙得以連通,發(fā)育成有效的儲集空間[9],裂縫的形成機理、分類方法、裂縫的識別與裂縫的定量表征等則是火山巖儲層勘探開發(fā)的關(guān)鍵[10-11]。

目前,火山巖儲層裂縫研究主要考慮對裂縫成因機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,也缺乏從空間配置上研究不同埋深條件下裂縫的發(fā)育規(guī)律以及不同的裂縫發(fā)育模式對火山巖儲層改造作用的相關(guān)研究。由此,本文基于電成像測井資料結(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)育模式進行系統(tǒng)研究,最終構(gòu)建了中拐凸起火山巖裂縫相發(fā)育模式。

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],為油氣運聚的有力區(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。儲層以低孔隙度低滲透率儲層為主,且儲層物性變化范圍大,孔隙度在2%～12%之間,最大孔隙度為16.4%,最小孔隙度為1.3%,平均孔隙度為4.65%。巖心分析滲透率普遍分布在0.1×10-3μm2以下。由此認(rèn)為,該區(qū)儲層多為無效孔隙,孔隙間無法連通,若裂縫發(fā)育,則能為該區(qū)油氣滲流提供有利通道。

2 裂縫的測井響應(yīng)特征及影響因素

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)測井方法無法準(zhǔn)確的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,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]。本文利用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不同巖性的裂縫發(fā)育模式進行研究。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,通過研究該區(qū)30口井的薄片資料進行巖性識別,各巖性常規(guī)測井曲線特征見圖1。

圖1 研究區(qū)主要巖性的常規(guī)測井響應(yīng)特征

在巖性識別的基礎(chǔ)上,對裂縫發(fā)育起到控制作用的巖石類型的FMI測井響應(yīng)特征進行分析: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[見圖2(a)]或暗色點狀半點狀及線狀[見圖2(b)];②安山巖。FMI動態(tài)圖像上顯示為黃色到亮黃色,亮色背景上可見深黑色斑點和裂縫(溶蝕孔,裂縫較發(fā)育)[見圖2(c)];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[見圖2(d)],部分層段發(fā)發(fā)育暗色針孔狀溶蝕孔[見圖2(e)];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[見圖2(f)],大部分層段發(fā)育高角度裂縫或網(wǎng)狀縫。對該區(qū)主要發(fā)育的4種火山巖進行裂縫統(tǒng)計,其中安山巖、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)造對于該區(qū)裂縫的發(fā)育程度也有重要的控制作用。構(gòu)造裂縫包括2大類,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、褶皺和斷塊軸交點部位[15]。

斷層為裂縫發(fā)育的又一重要控制因素,斷層是控制局部構(gòu)造應(yīng)力來影響火山巖裂縫分布。由于不同構(gòu)造位置,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,而遠離斷裂的4口井裂縫密度均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)系反映出兩者有正相關(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,由此可見構(gòu)造位置對于火山巖裂縫發(fā)育起到一定的控制作用。

2.3 風(fēng)化淋濾對裂縫發(fā)育的控制作用

中拐凸起位于古構(gòu)造高部位,因早期暴露地表時間長,石炭系火山巖巖體長期受到風(fēng)化與淋濾作用的影響,不僅可以形成次生孔隙,還能形成了大量的風(fēng)化裂縫與溶蝕裂縫,對儲集層物性具有一定的改造作用。這些裂縫形態(tài)極不規(guī)則,由于位于頂部或距頂面較近,裂縫容易被上覆較細的沉積充填形成頂部填積層,裂縫充填程度較高;但離頂部界面稍深的層段,則充填程度較低,充填物以化學(xué)物充填為主,其發(fā)育的半充填縫更易發(fā)生溶蝕,產(chǎn)生溶蝕裂縫,對儲層有著改善的作用。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,裂縫越發(fā)育。通過研究該區(qū)30口井資料發(fā)現(xiàn),在火山巖風(fēng)化殼0～200 m范圍內(nèi),裂縫最為發(fā)育,主要裂縫類型為風(fēng)化縫與溶蝕縫。

圖2 研究區(qū)主要巖性的FMI測井響應(yīng)特征

2.4 裂縫相類型

通過觀察分析中拐凸起30口井的FMI測井資料,運用FMI裂縫相的概念,建立了表征研究區(qū)裂縫發(fā)育模式的4種FMI裂縫相(見圖3)。

(1)無效裂縫相。即為填充縫,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[見圖3(a)],這種裂縫滲透性差、不連通、儲集性能差。

(2)有效裂縫相。即為張開縫,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[見圖3(b)]、高角度有效縫[見圖3(c)]、低角度有效縫和網(wǎng)狀有效縫縫[見圖3(d)]。

(3)直劈擴大縫相。直劈擴大縫相在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[見圖3(e)],此類裂縫縱向延伸范圍較大。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)該類FMI裂縫相多與斷層相伴生,在構(gòu)造應(yīng)力大的區(qū)域該類裂縫相最為發(fā)育。

(4)溶蝕孔隙相。溶蝕孔的特點是形狀不規(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[見圖3(f)]。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

3.1 不同巖性的裂縫發(fā)育強度

研究發(fā)現(xiàn):①凝灰?guī)r發(fā)育直劈擴大縫,且部分裂縫被充填。因此不具有連通性,其所對應(yīng)的裂縫相為無效裂縫相與直劈擴大縫相。由于凝灰?guī)r、沉凝灰?guī)r是火山巖主要隔層,所以在一定程度上起到了匯水的作用。在其發(fā)育直劈擴大縫時增加了裂縫所溝通火山巖儲層的溶蝕作用。從而改善火山熔巖儲層儲集性;②安山巖與英安巖大量發(fā)育有效裂縫、溶蝕孔與直劈擴大縫,部分裂縫與溶蝕孔受直劈擴大縫影響從而使得溶蝕作用加大,且后期未被方解石充填,連通性好。所以與之對應(yīng)的為有效裂縫相、直劈擴大縫相以及溶蝕孔隙相;③火山角礫巖多發(fā)育網(wǎng)狀縫與溶蝕孔,且相互連通,形成了很好的儲集空間,火山角礫巖對應(yīng)的裂縫相為有效裂縫相和溶蝕孔隙相。

3.2 斷層周邊為裂縫相發(fā)育的密集區(qū)

整個中拐凸起,被北部598井?dāng)鄬优c南部JL10井南斷層所夾持。次一級斷層包括有G26井北1號斷層、JL11井北斷層、

G16井東斷層、 JL5井南斷層以及JL6井北斷層。小斷裂更是不計其數(shù)。這些斷裂伴生的裂縫提高了該研究區(qū)火山巖儲集層的滲流能力,增加了火山巖與地下流體的反應(yīng)強度,裂縫的發(fā)育程度與火山巖溶蝕程度密切相關(guān),與之對應(yīng)的FMI裂縫相為有效裂縫相、溶蝕孔隙相、直劈擴大縫相。

圖3 典型FMI裂縫相類型

3.3 石炭系風(fēng)化殼頂部為裂縫相發(fā)育的密集區(qū)

中拐凸起位于古構(gòu)造高部位,裸露在地表的火山巖長期受到風(fēng)化淋濾作用,使得該區(qū)火山巖發(fā)育有大量的風(fēng)化裂縫以及溶蝕裂縫。這些裂縫在成巖后期部分被方解石充填或者泥質(zhì)充填,但在后期受到地層中熱液改造,使得原先裂縫中原有充填物質(zhì)被溶蝕,產(chǎn)生溶蝕裂縫。裂縫的發(fā)育程度與火山巖風(fēng)化淋濾程度密切相關(guān),風(fēng)化淋濾程度越強,裂縫越發(fā)育。而隨著深度增加,火山巖風(fēng)化淋濾程度減弱。裂縫發(fā)育逐漸減少。石炭系風(fēng)化殼對應(yīng)的FMI裂縫相為有效裂縫相、溶蝕孔隙相。

圖4 研究區(qū)JL11井裂縫發(fā)育規(guī)律與FMI裂縫相關(guān)系

3.4 裂縫發(fā)育的垂向分帶性

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。

(1)表生裂縫帶。表生裂縫帶主要包括風(fēng)化殼及以下200 m范圍內(nèi),其受構(gòu)造控制明顯。由于裂縫發(fā)育使得火山巖受到溶蝕作用增強,其有良好的孔隙性與滲透性,形成了該區(qū)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、溶蝕孔隙相與直劈擴大縫相。

(2)深埋裂縫帶。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多發(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。

以該區(qū)JL11井為例探討裂縫發(fā)育的控制因素、裂縫發(fā)育位置與FMI裂縫相三者之間的關(guān)系(見圖4):①發(fā)育有2套凝灰?guī)r隔層,深度分別為在3 117～3 180 m段與3 199～3 205 m段,有效裂縫較少發(fā)育,主要發(fā)育有直劈擴大縫;②在表生裂縫帶深度3 181～3 199 m段巖性分為安山巖,該井段裂縫十分發(fā)育,包括有效裂縫相、溶蝕孔隙相以及直劈擴大縫相。且直劈擴大縫相延伸至上部凝灰?guī)r,使得該井段溶蝕作用增強儲層物性變好;③該井毗鄰JL11井北斷層受構(gòu)造應(yīng)力作用裂縫在3 180～3 199 m、3 206～3 243 m、3 279～3 307 m、3 313～3 357 m井段裂縫極為發(fā)育,利用統(tǒng)計學(xué)方法統(tǒng)計該井平均裂縫密度為1.2條/m;④對比其與表生裂縫帶儲層物性發(fā)現(xiàn),表生裂縫帶由于其受到溶蝕改造儲層物性好于深埋裂縫帶的安山巖儲層物性。實驗室分析數(shù)據(jù)表明,表生裂縫帶平均孔隙度為8.65%,平均滲透率為3.75×10-3μm2。而深埋裂縫帶平均孔隙度為5.43%,平均滲透率為0.1×10-3μm2。

綜上所述,巖性、斷層及風(fēng)化作用控制該區(qū)的裂縫發(fā)育強度,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分為上部為表生裂縫帶與下部的深埋裂縫帶,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 裂縫相發(fā)育模式

對中拐凸起裂縫發(fā)育的控制因素進行深入研究,明確了巖性對裂縫發(fā)育的影響,在此基礎(chǔ)上,提出中拐地區(qū)裂縫發(fā)育模式。

研究表明,裂縫發(fā)育具垂向分帶性,包括上部表生裂縫帶和下部深埋裂縫帶;其FMI裂縫相組合存在差異性;表生裂縫帶發(fā)育有有效裂縫相、直劈擴大縫相、溶蝕孔隙相。其中直劈擴大縫相為表生裂縫帶特有的FMI裂縫相,可作為表生裂縫帶的特征相。深埋裂縫帶主要發(fā)育有效裂縫相,無效裂縫相,相比之下,表生裂縫帶裂縫更為發(fā)育,儲集層儲集性能更好。

斷層的發(fā)育有利于裂縫發(fā)育。構(gòu)造應(yīng)力一方面制造了原始斷層并且伴生裂縫,裂縫連通了原有的無效孔隙,從而改善儲層物性;另一方面,產(chǎn)生的裂縫,再次受到地下流體的溶蝕,這種溶蝕對儲集層儲集性能起到明顯的改善作用。

巖石脆性程度是控制裂縫發(fā)育的另一個重要因素。對中拐凸起FMI測井資料統(tǒng)計得出:安山巖與英安巖為火山熔巖脆性指數(shù)高,裂縫最為發(fā)育;凝灰?guī)r、層狀凝灰?guī)r與火山角礫巖脆性指數(shù)較低裂縫發(fā)育較少。

風(fēng)化淋濾作用同樣也是控制裂縫發(fā)育的重要因素,風(fēng)化淋濾程度越強,裂縫越發(fā)育。而隨著深度增加,火山巖風(fēng)化淋濾程度減弱,裂縫發(fā)育逐漸減少。該區(qū)裂縫多發(fā)育于石炭系上部表生帶。

5 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。石炭系上部為表生裂縫帶,下部為深埋裂縫帶。結(jié)合地震曲率預(yù)測中拐凸起石炭系裂縫發(fā)育特征[見圖5(a)]發(fā)現(xiàn)在石炭系距頂200 m深度范圍,表現(xiàn)為高曲率,裂縫非常發(fā)育。而在石炭系底部裂縫基本不發(fā)育[見圖5(b)],呈零星狀分布,說明裂縫在成巖后期被方解石充填程度高。由此可見筆者根據(jù)FMI測井資料構(gòu)建的中拐凸起石炭系裂縫相發(fā)育模式與地震資料預(yù)測的裂縫發(fā)育程度基本吻合,為火山巖裂縫型儲集層的勘探開發(fā)提供了依據(jù)。

圖5 中拐凸起火山巖表生帶、深埋帶裂縫預(yù)測平面圖

6 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)育有利于裂縫的形成;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、直劈擴大縫相、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)該研究區(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多為方解石充填,多為無效裂縫相。

(4)表生裂縫帶的直劈擴大縫相、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更好,更易形成優(yōu)質(zhì)儲集層。