春风油田石炭系“缝-壳”型火山岩储层主控因素

2018-04-25杨东根

复杂油气藏 2018年1期

杨东根

(中国石化胜利油田分公司勘探开发研究院，山东东营 257000)

准噶尔盆地春风油田石炭系自排61井在火山岩中获得突破以来，相继部署的多口井也获得高产工业油流，取得较好的勘探效果，累计上报控制储量6 100×104t以上，展现出石炭系火山岩较大的勘探潜力。然而，储量区周边多口井虽钻遇较好的油气显示，但试油仅获得低产油流，揭示了石炭系火山岩储层具有较强的非均质性。因此，明确石炭系火山岩储层主控因素，落实有利储层发育区，是该区油气勘探的关键。而目前针对准西地区春风油田石炭系火山岩储层主控因素的相关研究较少，因此利用春风油田排61井区系统的钻井取心、分析化验及测井、地震等资料，分析不同岩性、岩相火山岩储层特征，针对风化淋滤及断裂对储层的改造作用展开研究，明确了岩性岩相是储层发育的基础，风化淋滤是储层形成的前提，裂缝发育是储层保存的关键，指出了储层形成的主控因素。

1 地质概况

春风油田构造上位于准噶尔盆地西部隆起车排子凸起，东部以红车断裂带与沙湾凹陷相邻，南部以艾卡断裂带与四棵树凹陷相接，具有利油气聚集的构造背景[1-2]。车排子凸起是一个海西晚期形成且继承性发育的古凸起，石炭系全区分布，石炭系之上大多数区域缺失二叠系、三叠系和侏罗系。该区石炭系充填一套海陆过渡环境火山岩沉积岩组合，根据取心统计，石炭系的岩石类型包括火山岩类(50%)、侵入岩类(2%)和沉积岩类(48%)。其中火山岩主要为安山岩、火山角砾岩和凝灰岩，侵入岩主要为花岗岩，沉积岩主要为泥岩和细砂岩。该区石炭系经历了海西运动、印支运动、燕山运动和喜山运动，发育多条南北向、北东向、北西向和近东西向的断裂，形成了大量的构造裂缝，同时也为风化、剥蚀、淋滤等形成大量溶蚀孔缝创造了条件。目前主要在石炭系火山岩中获得高产工业油流，表明火山岩储层是石炭系勘探的重要层系。

2 储层特征

2.1 岩性

该区火山岩岩性主要包括火山熔岩、火山碎屑熔岩、火山碎屑岩及沉火山碎屑岩，以火山熔岩为主。其中，火山熔岩主要为玄武岩(1%)、玄武安山岩(40%)、安山岩(20%)，以玄武安山岩居多；火山碎屑熔岩主要为火山角砾熔岩(9%)；火山碎屑岩主要为凝灰岩(14%)、火山角砾岩(7%)及少量火山集块岩；沉火山碎屑岩发育沉凝灰岩(9%)。

2.2 岩相

根据春风油田石炭系火山岩岩性特征，结合准噶尔盆地西缘石炭系野外露头，综合参考各种火山岩岩相划分方案[3-5]，将该区火山岩岩相共划分出4类相7类亚相：4类相分别为爆发相、溢流相、火山通道相和火山沉积相；各相又进一步划分出不同亚相，爆发相分为空落亚相和热碎屑流亚相；溢流相分为板状熔岩流亚相和角砾熔岩流亚相；火山通道相本区只发现火山颈亚相；火山沉积相分为沉火山碎屑沉积亚相和含火山碎屑沉积亚相。

2.3 储集空间类型

根据火山岩储集空间成因，结合铸体薄片资料，将该区火山岩储集空间类型分为3大类14小类(表1)：第一大类是原生孔隙，受冷凝固结作用和早期成岩作用的控制，包含原生气孔、粒间或晶间孔、杏仁体内孔；第二大类是次生孔隙，受风化作用和溶蚀作用控制，包含粒内或粒间溶孔、晶内溶孔、基质溶孔、解理溶蚀孔缝、充填裂缝溶蚀；第三大类是裂缝，受构造作用、冷凝作用、溶蚀作用、成岩作用和风化作用的控制，包含成岩裂缝、构造裂缝及风化裂缝。

根据统计，研究区以次生溶蚀孔隙和裂缝发育为典型特征。溶蚀孔隙由成岩和成岩后的各类溶蚀作用形成，包括斑晶溶孔、角砾内斑晶溶孔、基质溶孔等。斑晶溶孔主要发育在安山岩、玄武岩这类具有斑状结构的火山熔岩中，长石、辉石、角闪石等斑晶矿物受到溶蚀而产生大小不一的次生孔隙，其形态多种多样，常见蜂窝状和筛孔状，或斑晶全被溶蚀，保留原始矿物的外观形态，玄武-安山质火山角砾岩中常可见到角砾内斑晶溶孔。基质溶孔较为细小，既见于安山岩、凝灰岩玻璃基质中，又见于火山角砾岩的细火山碎屑物中。裂缝主要为次生裂缝，包括构造缝、风化缝、溶蚀缝等，以构造缝和风化缝为主。构造缝多发育于构造应力释放带，与断裂有较好的相关性；风化缝发育于风化壳，多为不规则的网状裂缝；溶蚀缝是在原有裂缝基础上发生溶蚀而形成的裂缝，一般较宽，但较少。荧光薄片显示在孔隙和裂缝中均含油，表明石炭系储层为“裂缝-孔隙”型双重介质储层。

2.4 物性特征

依据85个物性分析数据的统计，春风油田石炭系储层孔隙度以小于10%为主，渗透率以小于0.1×10-3μm2为主，属低孔-中孔、低渗-特低渗储层(表2)。

整体来看，火山碎屑岩类物性最好，火山碎屑熔岩类和火山熔岩类次之，除凝灰质砂岩外，火山沉积岩储层物性最差(图1)。

3 火山岩储层主控因素

石炭系储层具有多样的储集空间类型，表明储层受多种因素影响[6-9]。

通过研究，明确了岩性岩相、风化淋滤及断裂对储层的控制作用，研究区以风化淋滤及断裂作用为主、岩性岩相影响次之。

表1 春风油田石炭系火山岩储集空间类型

表2 春风油田石炭系储层物性统计表

图1 春风油田储层各岩性孔隙度分布区间

3.1 岩性岩相对储层的控制作用

岩性岩相是火山岩原始物性形成与后期改造的基础，不但决定了原生孔隙与裂缝的数目和大小，还影响了次生孔隙与裂缝的发育程度，从而导致了孔隙结构与物性的差异。根据研究区59块样品分析，岩性岩相不同，不稳定成分含量存在差异(图2)，表现为岩石溶蚀差异程度不同，角砾熔岩比凝灰岩更易遭受溶蚀。

图2 春风油田储层各岩性不稳定成分百分含量

根据不同岩性发育的储集空间类型及储层物性的统计分析，岩性岩相不同，其孔隙、裂缝、孔缝组合类型及发育程度不同，储层物性有差异。溢流相的安山岩、角砾熔岩和爆发相的火山角砾岩原生孔隙、溶蚀孔隙和裂缝均发育，储层物性好，优势孔隙度为7%～16%；爆发相凝灰岩次之；火山沉积相储层相对不发育，其储集空间主要为裂缝(图3)。

图3 不同岩性主要储集空间类型频率直方图

3.2 风化淋滤对储层的控制作用

大量研究表明，长时间的风化作用和淋滤作用能改善储层物性，是形成风化壳储层前提[10-11]。春风油田石炭系上覆地层缺失了二叠系、三叠系，大部分地区缺失了侏罗系，表明石炭系经历了长期的剥蚀和风化淋滤作用，能够形成较厚的风化壳。根据取心及分析化验资料，将该区风化壳由上向下划分为土壤带、水解带、淋滤带、崩解带和母岩带5层结构(图4)。土壤带位于风化壳的最上部，厚度一般为2～15 m，多为土状，以次生粘土矿物为主，储集性能差；水解带由于靠近地表，氧化、蚀变作用明显，以粘土为主，夹少量蚀变严重的原岩岩石碎块，储集性能较差，孔隙度主要分布于2%～3%之间，厚度一般为10～35 m；淋滤带中以风化淋滤作用、构造碎裂作用和热液蚀变作用为主，溶蚀孔隙和次生裂缝发育，岩石破碎严重，蚀变严重，在溶蚀原岩内夹少量上部粘土碎块，储集性能最好，孔隙度主要分布区间为7%～15%，厚度一般为100～200 m；崩解带中构造裂缝发育，少量风化裂缝，矿物中等溶蚀，岩石裂缝附近局部可见溶蚀现象，储集性能较好，孔隙度主要分布在5%～12%之间，厚度一般为100～250 m；母岩带是未蚀变的原状火山岩。

图4 石炭系风化壳结构-储层物性-含油性关系模式

根据统计，石炭系储层物性在距石炭系顶面50～500 m范围内普遍较好，孔隙度能达到7%～15%，距石炭系顶50 m以内主要为土壤层和水解带发育区，物性较差，可作为石炭系油藏的盖层。钻井油气显示分布于距石炭系顶50～500 m范围内的淋滤带和崩解带中，主要集中于50～250 m的范围内。根据储层物性及油气显示与距石炭系顶面距离的关系可知，石炭系储层为典型的风化壳储层。

3.3 断裂对储层的控制作用

车排子凸起石炭系经历了多期构造运动，区内发育一系列近南北走向、北东走向、北西走向和近东西向的断层，使得石炭系具有网格状的断裂格局。断层附近形成了构造裂缝的发育区，根据成像测井裂缝统计，裂缝走向基本与该井相近的大断层走向一致(图5)。

图5 春风油田排61井区断裂体系

裂缝是火山岩储层的重要表征要素，不仅可以作为一种储集空间，更是高效的渗流通道[12]。研究区裂缝对该区储层的控制作用主要体现在以下两个方面：(1)裂缝沟通互不连通的原生气孔，增大储集空间。研究区排66井在距石炭系不整合面450 m处，岩心可见裂缝发育，实测孔隙度达14.55%，测井孔隙度明显高于上下相同岩性的断裂不发育区，地震标定发现该处存在断裂，由此说明裂缝对储层物性有重要的影响；(2)裂缝为流体运移提供通道，形成更多次生溶蚀孔隙。研究区3口井(排668、排664、排66)在距石炭系顶不整合面距离分别为78.9 m、258.1 m和446.8 m处，岩性均为火山角砾岩。理论上，随着距不整合面距离增大，溶蚀作用逐渐减弱，但岩心观察可见三口井裂缝发育程度依次增大，岩石溶蚀作用明显增强，溶蚀孔隙越发育，孔隙度也随之变大(图6)。说明裂缝越发育，易于形成更多的溶蚀孔隙。此外，裂缝充填起减孔作用，也是影响储层物性的重要因素。

图6 裂缝与孔隙度和溶蚀程度的关系

3.4 主控因素分析

综上所述，春风油田石炭系储层受岩性岩相、风化淋滤和断裂共同影响。其中，岩性岩相是火山岩原始物性形成与后期改造的基础，不同岩性岩相火山岩储层发育程度有差异，但目前已经在各类火山岩中均获得高产工业油流，如玄武岩(排61)、安山岩(排666、排673)、火山角砾岩(排668)、凝灰岩(排665)、角砾熔岩(排66)，等等，表明所有岩性岩相火山岩均可发育有利储层。主要原因是风化淋滤和断裂能有效改善储层物性。一方面，石炭系遭受长期风化淋滤，形成较厚的风化壳，风化壳内各类火山岩发育较多的风化缝和溶蚀孔隙；另一方面，多期构造运动促使石炭系形成大量的断裂和构造裂缝，不仅增加了储集空间，提高了渗流能力，也进一步增大了风化淋滤对储层的改造。这也是在裂缝发育带，风化壳厚度更大、油气显示更深的重要原因。总而言之，该区石炭系储层主要受风化淋滤和断裂影响，岩性岩相次之。油气主要富集于石炭系顶部风化壳、裂缝发育的火山岩中，为典型“缝-壳”型火山岩储层。以此为指导部署的排675井获得高产工业油流，取得较好的勘探效果。