松遼盆地北部安達凹陷中基性火山巖儲層孔隙結構及滲流機理研究

屈 洋 劉 慶

1.中國石油大慶油田有限責任公司勘探開發(fā)研究院 2.中國石油大慶油田有限責任公司采油二廠地質大隊

近年來，我國松遼、渤海灣、準噶爾、三塘湖等盆地的火山巖油氣勘探均獲得重大突破，展示出巨大的勘探潛力[1]?；鹕綆r作為一種特殊的油氣儲層類型已逐漸引起人們的重視?；鹕綆r油氣藏在美國、日本、印度尼西亞、俄羅斯、阿根廷等地均有分布，其中日本火山巖氣藏最多、開發(fā)規(guī)模較大[2-3]，但中國火山巖油氣藏與日本相比，在儲集性能、油氣圈閉以及成藏模式上均有差別。

自2002年徐深1井在松遼盆地北部深層天然氣勘探獲得重大突破性進展后，隨后的大多數氣藏產出均來自酸性火山巖儲層，而中基性火山巖因鉆遇程度低、分布不連續(xù)、物性差異大、產能偏低未能引起重視[4]。2005年在安達凹陷中西部隆起區(qū)部署的達深3井和達深4井獲得了工業(yè)氣流，成為白堊系下統(tǒng)營城組中基性火山巖首次產能突破。松遼盆地營城組中基性火山巖儲層主要發(fā)育于徐家圍子斷陷安達次凹和汪家屯—宋站的低隆起上，其下伏地層為白堊系下統(tǒng)沙河子組，發(fā)育深湖一半深湖相暗色泥巖，烴源巖較為發(fā)育?？v向上烴源層與儲層匹配關系較好，成為此地區(qū)天然氣成藏有利條件之一[5]，但由于儲層埋藏深、構造起幅大、非均質性強，儲集空間及滲流機理復雜[6]，導致開發(fā)中基性火山巖氣藏的難度較大。因此，研究儲層孔隙結構及滲流特征對開發(fā)這類復雜氣藏至關重要。

筆者通過鏡下觀察、恒速壓汞、核磁共振、CT等多種巖心實驗，精細表征中基性火山巖儲層的內部孔隙結構，按照毛細管壓力形態(tài)及參數特征進行分類評價，對比分析不同類別的儲層孔隙結構與產能關系，提出進一步的開發(fā)建議。

1 地層概況

松遼盆地北部安達凹陷營城組頂面構造整體趨勢為西傾單斜，南北向為“兩凹一凸”的鞍部特征?？v向上火山巖地層由中基性到酸性的火山噴發(fā)旋回疊置構成，上部酸性火山巖地層和下部中基性巖地層均可細分出4個小層。酸性火山巖中主要發(fā)育流紋巖，中基性火山巖以玄武巖最發(fā)育，其次為粗面巖、安山巖及安山質火山角礫巖。火山巖巖相包括火山通道相、爆發(fā)相、溢流相、侵出相和火山沉積相5種類型，其中溢流相和爆發(fā)相為主要類型，且大多數儲層發(fā)育在爆發(fā)相的熱碎屑流亞相、溢流相上部亞相之中[7]。

圖1 安達凹陷中基性火山巖典型儲集空間類型展示圖

2 儲層物性及儲集空間特征

研究區(qū)內6口井71個巖心樣品的物性實驗分析表明，孔隙度峰值分布介于3%～10%，平均值為6.3%；滲透率峰值分布介于0.015～1 mD，平均值為0.16 mD。中基性火山巖的級差變化大，分布值介于1～14 500，平均為2 623.81；突進系數平均為6.72；變異系數平均為0.78，表現為嚴重非均質性，綜合評價為低孔、低滲儲層。中基性火山巖的儲集類型多為孔隙型和裂縫—孔隙型，儲集空間發(fā)育受古地理環(huán)境、火山噴發(fā)方式、構造運動作用及成巖演化等多重因素影響[8]，常見有氣孔、溶孔、構造縫、微裂縫等（圖1），其中以氣孔、溶孔最發(fā)育，是火山角礫巖、玄武巖的主要儲集空間類型，孔徑大小不等，介于0.05～2.3 mm；構造縫多具有方向性，成組出現，延伸較遠，縫寬不等，介于0.01～0.1mm。

3 孔隙結構及滲流特征

可以表征儲層微觀非均質性的參數很多，包括反映儲層孔喉大小及其分布的參數和反映孔喉連通性以及滲流特征的參數[9]。孔隙結構是指巖石所具有的孔隙和喉道的幾何形狀、大小、分布、連通情況以及孔隙與喉道間的配置關系等[10-11]。研究區(qū)內6口井19個樣品的恒速壓汞、CT資料表明：中基性火山巖儲層孔隙結構整體較差，表現出孔喉分布不均、連通性差、排驅壓力高的特點，按排驅壓力大小、最大汞飽和度值及孔喉半徑比等參數可分為3類：Ⅰ 類粗喉型、Ⅱ類細喉型、Ⅲ類微喉型（表1）。

表1 安達凹陷中基性火山巖孔隙結構特征參數統(tǒng)計表

恒速壓汞實驗及CT成像表明：Ⅰ類粗喉型的孔喉發(fā)育較好，排驅壓力小（平均值0.64 MPa），最大汞飽和度值高（平均95.43%），孔喉半徑比大，CT成像顯示孔、洞、縫較發(fā)育，連通性較好，以A3井3 312.51 m灰黑色安山質角礫巖為典型樣品（圖2-a）；Ⅱ類細喉型和Ⅲ類微喉型孔隙結構實驗樣品百分比約占90%，孔喉發(fā)育差，排驅壓力大（平均值9.75～21.35 MPa），最大汞飽和度值低（27.06%～80.23%），孔喉半徑比小，CT成像顯示孔、洞、縫不發(fā)育，連通性差，以A3-1井3 156.54 m灰色粗面巖和3 172.55 m灰色玄武巖為例（圖2-b、2-c）。

核磁共振實驗及物性分析表明：Ⅰ類粗喉型的可動流體飽和度高（平均值76.9%），T2截止值低（平均值4.65 ms）,樣品對應的儲層物性最好，平均孔隙度14.59%，平均滲透率0.51 mD，主要為安山質火山角礫巖、粗面巖；Ⅱ類細喉型和Ⅲ類微喉型的可動流體飽和度低（平均值15.4%～27.3%），T2截止值高（平均值26.4～47.7 ms），樣品對應的儲層物性較差，平均孔隙度2.53%～5.18%，平均滲透率0.075～0.25 mD，主要為玄武巖、安山巖、安山質玄武巖。

通過巖心飽和水狀態(tài)下核磁共振T2譜測試發(fā)現中基性火山巖儲層內部發(fā)育著大孔喉和相對較小的孔喉。以A3井3 312.15 m的安山質玄武巖為例（圖3），T2譜上的頻率分布曲線具有明顯的雙峰特征，其中相對較短的馳豫時間表征小孔喉，以束縛流體體積為主，相對長的馳豫時間表征大孔喉。

通過氣驅水相對滲透率測試，中基性火山巖儲層巖心內的可流動氣飽和度范圍為16.83%～62.51%，束縛水飽和度范圍為34.37%～ 54.76%（圖4）。可見中基性火山巖氣藏儲層的巖石濕潤性表現為親水，兩相滲流區(qū)窄，氣驅水效率低。研究區(qū)內中基性火山巖氣藏受構造、火山體、巖性巖相及成巖作用控制，屬于構造－巖性氣藏組，無統(tǒng)一的氣水界面。氣藏開發(fā)后期底水一旦進入儲層后，將極大降低氣相滲透率，且水淹后封閉氣解封阻力大，極易形成水鎖現象，不利于氣藏穩(wěn)產。因此，火山巖氣藏開發(fā)時需合理控制生產壓差和產氣量，最大范圍延長單井的無水采氣期，避免氣井過早水淹。

4 儲層孔隙結構與單井產能對比分析

基于中基性火山巖儲層孔隙結構分類，結合區(qū)內14口井產能進行對比分析，結果表明：儲層孔隙結構以Ⅰ類為主的井數有3口，儲集層性能最好，單井穩(wěn)產能力強，初期穩(wěn)定產量均在10×104m3/d以上；儲層孔隙結構以Ⅱ類為主的井有7口，初期穩(wěn)定產量均在（4～10）×104m3/d；其余4口井的儲層孔隙結構為Ⅲ類，整體儲集性能差，單井穩(wěn)產能力差。

徐深氣田水平井開發(fā)先導性試驗證明，采用水平井技術開發(fā)酸性火山巖和砂礫巖氣藏增產效果較為明顯。目前已完鉆25口水平井中已投產10口井，平均產氣達14.8×104m3/d，平均無阻流量是鄰近直井3.5～5.0倍，已取得較好的開發(fā)效果。為了進一步提高中基性火山巖氣藏的儲量動用程度和單井產量，改善整體開發(fā)效果，建議針對Ⅱ類、Ⅲ類孔隙結構為主的中基性火山巖儲層實施水平井開發(fā)調整，通過縫網壓裂技術對儲層進行增產改造，有望獲得產能突破。

圖2 三類孔喉結構典型樣品的恒速壓汞曲線及巖心CT掃描圖版（1 psi = 6 895 Pa）

5 結論

1）安達凹陷中基性火山巖儲層孔隙結構主要以Ⅱ類細喉型和Ⅲ類微喉型為主，表現為孔喉分布不均、分選差，孔洞縫不發(fā)育、連通性差，該類儲層對應的氣井產能低。

2）鑒于儲層孔隙結構為Ⅱ類、Ⅲ類的單井產能較低情況，可實施側鉆水平井以及大規(guī)?？p網壓裂改造，從而提高單井產量和儲量動用程度。

3）中基性火山巖儲層巖石濕潤性表現為親水，氣水兩相滲流區(qū)窄，氣驅水效率低。為了避免開發(fā)后期底水進入儲層后形成水鎖現象，需合理控制生產壓差和產氣量，避免氣井過早水淹。

圖3 核磁共振T2譜（A3井，3 312.15m的安山質玄武巖）

圖4 中基性火山巖氣水相滲曲線圖

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