酸性火山岩储层孔喉结构分析及流体性质判别

杨学峰，覃豪

（大庆油田公司勘探开发研究院，黑龙江 大庆163712）

0 引 言

松辽盆地徐深气田勘探成果表明，在酸性、中性和基性火山岩中均发育了较好的储层，以酸性火山岩储层为主。火山岩岩石类型多样，储层类型复杂，非均质性强，电性特征变化大，酸性火山岩无论是气层还是水层电阻率普遍较高，没有统一的气水界面等因素使得应用常规中子—密度交会、电阻率的高低等方法直接识别储层流体性质时准确率较低，影响油气田勘探与开发。因此，需要建立一套能够满足勘探开发需求的酸性火山岩储层流体识别方法。

火山岩流体识别在方法上已取得了一定进展，但是这些方法只能识别储层含气性，且其识别准确率也较低，对于气水同层的识别精度更低［1－7］。本文在对酸性火山岩储层孔喉结构及测井响应特征分析基础上，选用徐深气田兴城地区试气资料及常规测井、偶极声波测井和核磁共振测井数据，研究了非电法识别含气储层与电法识别气层与气水同层的酸性火山岩流体性质逐步判别法，提高了储层含气性与气水同层识别的准确率，取得了较好效果。

1 酸性火山岩储层孔喉结构特征

1.1 酸性火山岩储层喉道特征

恒速压汞实验是获取微观孔隙结构定量资料的最重要途径，能够分别得到储层孔隙和喉道的毛细管压力数据。通过恒速压汞实验资料可对孔隙内部的喉道发育程度、孔隙发育程度及孔隙与喉道之间的配套状况进行研究。对营城组酸性火山岩储层36块岩心恒速压汞资料分析表明，酸性火山岩储层具有孔喉半径比超大的特征。该特征有别于砂岩储层（见表1），与酸性火山岩的喷发成岩机制有关［8］。

由酸性火山岩储层喉道特征图（见图1）可知，火山岩储层具有喉道分布频带宽的特征。从储层喉道特征表可以看出，在物性相近的情况下，酸性火山岩储层孔喉半径比远大于砂岩储层，表面酸性火山岩储层孔隙与喉道匹配性较差，小喉道控制大孔隙，非均质性更严重。

1.2 孔隙结构对火山岩电阻率的影响

在不考虑岩石矿物等其他影响电阻率因素的情况下［9］，岩石仅通过孔隙中的地层水导电，电阻率大小主要受孔隙喉道大小的控制［10］；对于同一块岩石，喉道越窄，储层电阻率越大；对具有相同孔隙分布特征的储层，随着含水饱和度的增加，电阻率变小。但上述特征对于酸性火山岩并不适用。选取兴城地区具有不同含水饱和度的储层（试气验证）对电阻率影响因素进行研究，从深侧向电阻率与孔隙度关系图（见图2）可知，部分纯水层和气水同层电阻率较高，表现为部分水层电阻率值大于某些气水同层（试气验证），部分气水同层（试气验证）电阻率值大于某些纯气层（试气验证），这使得直接用电阻率值高低识别储层流体性质效果较差。对这类储层的微观孔隙结构研究表明，该类储层具有孔喉半径比较大的特征。因此，综合酸性火山岩喉道特征得出结论：①酸性火山岩电阻率普遍较高主要是由于岩石的微观孔隙结构的复杂所造成，表现为电阻率高的储层具有高孔喉半径比，非均质性强；②火山岩岩性对电阻率的影响实际为岩石孔喉半径比的影响，表现为小喉道控制了大孔隙，岩石有效导电截面小造成了火山岩储层无论是气层还是水层都具有电阻率较高的现象。

表1 火山岩储层与砂岩储层喉道特征对比

图1 不同类别火山岩储层孔喉特征图

图2 火山岩储层孔隙度与电阻率关系图

1.3 孔喉半径比计算模型研究

孔喉半径比是描述储层微观孔隙结构的重要参数，它反映储层的渗滤能力，而渗透率在一定程度上也反映了储层的孔隙结构，而且实际资料表明二者具有较好的相关性，因此可以用渗透率得到孔喉半径比。渗透率可以通过测井方法得到。应用34块岩样恒速压汞资料建立了孔喉半径比与渗透率关系，得到了储层孔喉半径比的计算模型。

式中，Vpf为储层孔喉半径比，无因次；K为储层渗透率，mD。

2 火山岩储层流体识别方法研究

2.1 非电法识别含气储层

2.1.1 三孔隙度组合法

三孔隙度测井是用来评价油气藏储集性能的重要测井方法。中子测井主要反映岩层的含氢指数，一般情况下储层中天然气的含氢指数低于油和水的含氢指数，甚至低于岩石骨架的含氢指数［11］，所以当储层中存在天然气时会引起视中子孔隙度（φNa）减小。天然气的密度和声波传播速度远小于油和水，所以当地层中含气时，可引起密度孔隙度（φDa）与声波孔隙度（φSa）增大，三孔隙度有明显差值，表现为φSa＞φNa、φDa＞φNa、（φSaφDa）／φ2Na＞1，可利用这一特征来识别气层。考虑到岩性复杂和泥浆滤液侵入的影响，提出了以下4个复合参数作为地层的含气指标，以放大含气特征显示。

式中，φBa为测井孔隙度背景值，是指岩石孔隙空间完全含水时的视孔隙度；QCFG为气层指示参数。

2.1.2 横纵波时差比值法

理论上，当地层含气时，由于天然气比液体更容易压缩，因此含气岩石的纵波速度一般比含液体岩石的纵波速度低［12］，即纵波时差（Δtc）在气层处变大；而横波只能在固体中传播，当储层含气时，横波时差（Δts）变化极小。同时由于地层岩性、物性的变化同样也可能引起速度的改变，因此单纯应用纵波时差识别天然气，存在着一定的风险性，但如果通过比较纵波和横波的速度差异来判别气层，则要可靠得多，因此应用横纵波时差比值进行流体识别。

式中，BZ为横纵波时差比值。

酸性火山岩储层非均质性强，横纵波时差比值大小不仅与储层物性有关，还与储层岩石特性有关，因此，不能用一个定值来判断储层的含气性。但是，在酸性火山岩干层与水层处，横纵波时差均不受天然气的影响，只反映储层孔隙大小。因此，可用干层或水层的有效孔隙度得到纵横波时差，即得到不受含气影响的横纵波时差比基值。当储层横纵波时差比值小于基值时，表明储层含气。

2.1.3 核磁共振法

核磁共振T2谱不仅能反映地层孔隙结构信息［13］，还与孔隙中所含的流体相关，不同流体的核磁共振T2谱分布的位置不同，应用这一特性可以进行流体性质识别。当储层中含气时，由于气体的含氢指数较低，且测量时间较短导致气体未完全极化，使核磁共振测井低估了火山岩地层总孔隙度。密度测井和核磁共振测井探测范围内接近，均受到探测范围内的孔隙流体的影响，当测量范围内地层孔隙含气时，计算的密度孔隙度偏大，核磁共振孔隙度偏低。因此可利用密度孔隙度和核磁共振孔隙度进行气、水层识别。

2.1.4 综合指数法

由以上分析可知，横纵波时差比值法、三孔隙度组合法和核磁共振法均可用来识别储层的含气性，但为了充分应用每种测井信息，研究了综合指数（SZ）方法对流体性质进行综合判别（见图3）。因此，在储层含气性判断中，根据经过试气的关键层的测井响应，统计各种测井信息反映含气性的能力，确定权系数，计算出储层含气的综合指数，即

式中，VHZB、VKXD、VHC分别为横纵波时差比值法、三孔隙度法和核磁共振法处理后归一化的交会值；A1、A2、A3分别为权系数。

图3 兴城营城组酸性火山岩储层气水层识别图版

2.2 基于孔隙结构的电法识别气层与气水同层

应用以上方法可较好地识别储层含气性，但对于储层是否含水及区别气层和同层，识别效果较差，对此还需要进一步研究。储层电阻率是储层孔隙结构与流体等因素的综合反映。理论上，地层水作为岩层中的导体，含水储层的电阻率响应值应比气层的低。研究区酸性火山岩储层电阻率高低不能完全反映储层流体性质变化，因此需要对电阻率影响因素进行研究，然后对电阻率进行校正，再来识别流体。

研究区的酸性火山岩孔隙结构复杂，电阻率受微观孔隙结构的影响较大。在孔隙度相等的条件下，含气饱和度较高而且孔隙结构复杂的气水同层的电阻率较高，甚至大于某些纯气层的电阻率。因此，应用电阻率大小直接识别气水同层准确率低。资料表明，孔隙结构越复杂［14－15］，电阻率越高。因此在应用电阻率判断流体性质时，需对电阻率进行校正，减少微观孔隙结构对电阻率的影响，使电阻率变化能够更真实地反映储层流体性质变化。在相同孔隙度、相同岩性和流体条件下，孔喉半径比大的储层电阻率大。因此，应用深侧向电阻率除以孔喉半径比（定义为储层参数SC），消除微观孔隙结构的影响后，再来识别气水同层。应用兴城地区的测试资料，选取综合指数（SZ）为横坐标，储层参数（SC）为纵坐标，建立了基于微观孔隙结构的酸性火山岩流体识别图版（见图4），对纯气层和气水同层进行识别。

图4 兴城营城组酸性火山岩储层气水层识别图版

3 应用效果分析

实际应用中，采用逐步判别法进行流体性质识别。首先应用三孔隙度、核磁共振、横纵波时差比值和综合指数4种方法判别储层含气性，确定含气储层、水层和干层；然后应用图版法，识别气水同层和纯气层（见图5）。徐深××井通过横纵波时差比值、三孔隙度、核磁共振法和综合指数4种方法对该井进行处理，表明175Ⅱ号层和176号层含气性较好，虽然2层的电阻率均较高，但是结合图版法，将175Ⅱ号层解释为气层，176号层解释为气水同层。对176号层试气，压后自喷，日产气30×104m3，产水19.8m3，与流体识别解释结论一致。

应用该方法对兴城地区的47口井进行流体识别，经67个层试气验证，识别准确率达89.1%。研究结果表明，该套方法和流程适用于松辽盆地徐深气田酸性火山岩储层的流体性质识别，为深层天然气储量提交及单井测井综合评价提供了技术保障，对于其他地区火山岩储层流体性质识别也具有借鉴意义。

图5 徐深××井流体识别成果图

4 结 论

（1）火山岩储层孔隙结构复杂是影响电阻率高低的主要因素之一。

（2）应用三孔隙度组合、横纵波时差比值、核磁共振及综合指数判别含气储层的效果较好，对气水同层的识别存在一定的误差。

（3）将储层微观参数与宏观参数联系起来，建立了储层孔喉半径比解释模型，在此基础上，建立了基于微观孔隙结构的储层流体性质识别方法。结合综合指数，形成了酸性火山岩储层流体性质逐步判别法。

（4）在火山岩的导电特性方面，目前其导电机理尚不十分清楚，下一步还要加强对火山岩的导电机理方面的研究，以便得到更能反映地层真实信息的电阻率值，从而进一步提高流体识别的准确率。

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