松辽盆地北部安达凹陷中基性火山岩储层孔隙结构及渗流机理研究

屈 洋 刘 庆

1.中国石油大庆油田有限责任公司勘探开发研究院 2.中国石油大庆油田有限责任公司采油二厂地质大队

近年来，我国松辽、渤海湾、准噶尔、三塘湖等盆地的火山岩油气勘探均获得重大突破，展示出巨大的勘探潜力[1]。火山岩作为一种特殊的油气储层类型已逐渐引起人们的重视。火山岩油气藏在美国、日本、印度尼西亚、俄罗斯、阿根廷等地均有分布，其中日本火山岩气藏最多、开发规模较大[2-3]，但中国火山岩油气藏与日本相比，在储集性能、油气圈闭以及成藏模式上均有差别。

自2002年徐深1井在松辽盆地北部深层天然气勘探获得重大突破性进展后，随后的大多数气藏产出均来自酸性火山岩储层，而中基性火山岩因钻遇程度低、分布不连续、物性差异大、产能偏低未能引起重视[4]。2005年在安达凹陷中西部隆起区部署的达深3井和达深4井获得了工业气流，成为白垩系下统营城组中基性火山岩首次产能突破。松辽盆地营城组中基性火山岩储层主要发育于徐家围子断陷安达次凹和汪家屯—宋站的低隆起上，其下伏地层为白垩系下统沙河子组，发育深湖一半深湖相暗色泥岩，烃源岩较为发育。纵向上烃源层与储层匹配关系较好，成为此地区天然气成藏有利条件之一[5]，但由于储层埋藏深、构造起幅大、非均质性强，储集空间及渗流机理复杂[6]，导致开发中基性火山岩气藏的难度较大。因此，研究储层孔隙结构及渗流特征对开发这类复杂气藏至关重要。

笔者通过镜下观察、恒速压汞、核磁共振、CT等多种岩心实验，精细表征中基性火山岩储层的内部孔隙结构，按照毛细管压力形态及参数特征进行分类评价，对比分析不同类别的储层孔隙结构与产能关系，提出进一步的开发建议。

1 地层概况

松辽盆地北部安达凹陷营城组顶面构造整体趋势为西倾单斜，南北向为“两凹一凸”的鞍部特征。纵向上火山岩地层由中基性到酸性的火山喷发旋回叠置构成，上部酸性火山岩地层和下部中基性岩地层均可细分出4个小层。酸性火山岩中主要发育流纹岩，中基性火山岩以玄武岩最发育，其次为粗面岩、安山岩及安山质火山角砾岩。火山岩岩相包括火山通道相、爆发相、溢流相、侵出相和火山沉积相5种类型，其中溢流相和爆发相为主要类型，且大多数储层发育在爆发相的热碎屑流亚相、溢流相上部亚相之中[7]。

图1 安达凹陷中基性火山岩典型储集空间类型展示图

2 储层物性及储集空间特征

研究区内6口井71个岩心样品的物性实验分析表明，孔隙度峰值分布介于3%～10%，平均值为6.3%；渗透率峰值分布介于0.015～1 mD，平均值为0.16 mD。中基性火山岩的级差变化大，分布值介于1～14 500，平均为2 623.81；突进系数平均为6.72；变异系数平均为0.78，表现为严重非均质性，综合评价为低孔、低渗储层。中基性火山岩的储集类型多为孔隙型和裂缝—孔隙型，储集空间发育受古地理环境、火山喷发方式、构造运动作用及成岩演化等多重因素影响[8]，常见有气孔、溶孔、构造缝、微裂缝等（图1），其中以气孔、溶孔最发育，是火山角砾岩、玄武岩的主要储集空间类型，孔径大小不等，介于0.05～2.3 mm；构造缝多具有方向性，成组出现，延伸较远，缝宽不等，介于0.01～0.1mm。

3 孔隙结构及渗流特征

可以表征储层微观非均质性的参数很多，包括反映储层孔喉大小及其分布的参数和反映孔喉连通性以及渗流特征的参数[9]。孔隙结构是指岩石所具有的孔隙和喉道的几何形状、大小、分布、连通情况以及孔隙与喉道间的配置关系等[10-11]。研究区内6口井19个样品的恒速压汞、CT资料表明：中基性火山岩储层孔隙结构整体较差，表现出孔喉分布不均、连通性差、排驱压力高的特点，按排驱压力大小、最大汞饱和度值及孔喉半径比等参数可分为3类：Ⅰ 类粗喉型、Ⅱ类细喉型、Ⅲ类微喉型（表1）。

表1 安达凹陷中基性火山岩孔隙结构特征参数统计表

恒速压汞实验及CT成像表明：Ⅰ类粗喉型的孔喉发育较好，排驱压力小（平均值0.64 MPa），最大汞饱和度值高（平均95.43%），孔喉半径比大，CT成像显示孔、洞、缝较发育，连通性较好，以A3井3 312.51 m灰黑色安山质角砾岩为典型样品（图2-a）；Ⅱ类细喉型和Ⅲ类微喉型孔隙结构实验样品百分比约占90%，孔喉发育差，排驱压力大（平均值9.75～21.35 MPa），最大汞饱和度值低（27.06%～80.23%），孔喉半径比小，CT成像显示孔、洞、缝不发育，连通性差，以A3-1井3 156.54 m灰色粗面岩和3 172.55 m灰色玄武岩为例（图2-b、2-c）。

核磁共振实验及物性分析表明：Ⅰ类粗喉型的可动流体饱和度高（平均值76.9%），T2截止值低（平均值4.65 ms）,样品对应的储层物性最好，平均孔隙度14.59%，平均渗透率0.51 mD，主要为安山质火山角砾岩、粗面岩；Ⅱ类细喉型和Ⅲ类微喉型的可动流体饱和度低（平均值15.4%～27.3%），T2截止值高（平均值26.4～47.7 ms），样品对应的储层物性较差，平均孔隙度2.53%～5.18%，平均渗透率0.075～0.25 mD，主要为玄武岩、安山岩、安山质玄武岩。

通过岩心饱和水状态下核磁共振T2谱测试发现中基性火山岩储层内部发育着大孔喉和相对较小的孔喉。以A3井3 312.15 m的安山质玄武岩为例（图3），T2谱上的频率分布曲线具有明显的双峰特征，其中相对较短的驰豫时间表征小孔喉，以束缚流体体积为主，相对长的驰豫时间表征大孔喉。

通过气驱水相对渗透率测试，中基性火山岩储层岩心内的可流动气饱和度范围为16.83%～62.51%，束缚水饱和度范围为34.37%～ 54.76%（图4）。可见中基性火山岩气藏储层的岩石湿润性表现为亲水，两相渗流区窄，气驱水效率低。研究区内中基性火山岩气藏受构造、火山体、岩性岩相及成岩作用控制，属于构造－岩性气藏组，无统一的气水界面。气藏开发后期底水一旦进入储层后，将极大降低气相渗透率，且水淹后封闭气解封阻力大，极易形成水锁现象，不利于气藏稳产。因此，火山岩气藏开发时需合理控制生产压差和产气量，最大范围延长单井的无水采气期，避免气井过早水淹。

4 储层孔隙结构与单井产能对比分析

基于中基性火山岩储层孔隙结构分类，结合区内14口井产能进行对比分析，结果表明：储层孔隙结构以Ⅰ类为主的井数有3口，储集层性能最好，单井稳产能力强，初期稳定产量均在10×104m3/d以上；储层孔隙结构以Ⅱ类为主的井有7口，初期稳定产量均在（4～10）×104m3/d；其余4口井的储层孔隙结构为Ⅲ类，整体储集性能差，单井稳产能力差。

徐深气田水平井开发先导性试验证明，采用水平井技术开发酸性火山岩和砂砾岩气藏增产效果较为明显。目前已完钻25口水平井中已投产10口井，平均产气达14.8×104m3/d，平均无阻流量是邻近直井3.5～5.0倍，已取得较好的开发效果。为了进一步提高中基性火山岩气藏的储量动用程度和单井产量，改善整体开发效果，建议针对Ⅱ类、Ⅲ类孔隙结构为主的中基性火山岩储层实施水平井开发调整，通过缝网压裂技术对储层进行增产改造，有望获得产能突破。

图2 三类孔喉结构典型样品的恒速压汞曲线及岩心CT扫描图版（1 psi = 6 895 Pa）

5 结论

1）安达凹陷中基性火山岩储层孔隙结构主要以Ⅱ类细喉型和Ⅲ类微喉型为主，表现为孔喉分布不均、分选差，孔洞缝不发育、连通性差，该类储层对应的气井产能低。

2）鉴于储层孔隙结构为Ⅱ类、Ⅲ类的单井产能较低情况，可实施侧钻水平井以及大规模缝网压裂改造，从而提高单井产量和储量动用程度。

3）中基性火山岩储层岩石湿润性表现为亲水，气水两相渗流区窄，气驱水效率低。为了避免开发后期底水进入储层后形成水锁现象，需合理控制生产压差和产气量，避免气井过早水淹。

图3 核磁共振T2谱（A3井，3 312.15m的安山质玄武岩）

图4 中基性火山岩气水相渗曲线图

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