松辽盆地北部汪家屯气田营三段火山岩 气藏储层特征及其影响因素

陈 曦

(大庆油田勘探开发研究院， 黑龙江 大庆 163712)

随着油气勘探不断向深层拓展，以火山岩为代表的非常规油气资源在油气勘探开发中的比重日益提高。尤其埋藏深度超过3 000 m的深层，是深部油气勘探的主要目的层，其中刚性火山岩的孔隙度仍可保持10%以上[1-2]。火山岩储层成因复杂，后期又经历多期构造运动，其储层特征有别于碎屑岩和碳酸盐岩储层，因此加强火山岩储层特征及其主控因素研究，对提升火山岩气藏的开发效果具有重要意义。松辽盆地下白垩统营城组火山岩是我国目前发现的最大火山岩气藏，具有气藏类型多样、储层类型复杂、非均质性强的特点，火山岩储层特征认识水平已成为制约该气藏高效开发的关键因素。

1 区域地质概况

松辽盆地是我国东部中、新生代火山岩发育最充分的地区之一，具有下断上坳的双层结构。在晚侏罗世 — 晚白垩世断陷盆地发育阶段，盆地内火山活动强烈，形成多期叠置、分布广泛的火山岩体。这些巨厚的火山岩与盆地断陷期形成的多套烃源岩侧向连通，构成了良好的油气成藏组合，是松辽盆地深层的重要勘探目标[3]。研究区位于松辽盆地北部安达凹陷，主要目的层下白垩统营城组含气面积约47.2 km2，累计探明地质储量近600×108m3，是盆地深层重要的天然气富集区之一。图1所示为松辽盆地北部汪家屯气田构造位置及营三段火山岩岩相图。

在经历了将近20 a的高速开发后，研究区正不可避免地进入产量递减阶段。在查明火山岩储层特征及主控因素的前提下，寻找新的有利开发区已成为徐深气田实现产量稳定和持续开发的重要任务。本次研究中，将综合运用全直径物性、薄片、压汞、火山岩元素等多种测试资料，在营三段火山岩气藏储层特征分析的基础上，系统剖析影响火山岩储层物性的主要因素，以期为研究区火山岩气藏的高效开发提供依据。

2 储层基本特征

2.1 岩石学特征

对汪家屯地区27口井1 178.5 m段岩心156个火山岩主量元素进行测试，可知营城组火山岩主要包括火山熔岩、火山碎屑岩和火山碎屑熔岩等3种类型。研究区火山熔岩以酸性流纹岩为主(平均质量分数约27.21%)，有少量英安岩(平均质量分数约18.52%)、安山岩(平均质量分数约4.88%)和玄武岩(平均质量分数约3.75%)。按照结构构造特征，可将流纹岩分为微层状流纹岩、球粒流纹岩、气孔杏仁状流纹岩、块状流纹岩、霏细岩、珍珠岩、黑耀岩等类型。火山碎屑岩是由火山作用形成的各种火山碎屑物质经“压实固结”而成的岩石。研究区常见火山碎屑岩类型包括流纹质凝灰岩(平均含量约15.01%)和火山角砾岩(平均质量分数约8.44%)，同时可见少量凝灰质砂岩(平均质量分数约5.44%)。火山碎屑熔岩是介于火山熔岩和火山碎屑岩之间的过渡类型，是因“冷凝固结”作用而形成。按照碎屑物结构和成分，可将火山碎屑熔岩进一步分为流纹质晶屑熔结凝灰岩、流纹质角砾熔结凝灰岩。研究区火山碎屑熔岩主要有角砾熔岩(平均质量分数约6.56%)、熔结凝灰岩(平均质量分数约0.56%)。图2所示为松辽盆地北部汪家屯气田营三段火山岩TAS图解。

图1 松辽盆地北部汪家屯气田构造位置及营三段火山岩岩相图

2.2 岩相特征

汪家屯气田是典型的陆上喷发火山岩，以裂隙 — 中心喷发方式为主，火山体沿徐深断裂呈串珠状分布。根据松辽盆地深层火山岩岩相划分方案[4]，通过岩芯观察并结合地震、测井资料分析，可知研究区主要发育火山溢流相、爆发相、火山通道相等岩相，局部可见沉凝灰岩、凝灰质砂岩等火山沉积相。其中，以爆发相热碎屑流亚相、火山通道相火山颈亚相、溢流相上部亚相和下部亚相发育最充分，该层也是研究区主要的含气层段。

2.3 物性特征

对302个样品进行全直径物性测试。结果显示，汪家屯气田营三段火山岩孔隙度分布范围较广，从0.10%～16.20%均有分布，主要分布区间为2.00%～10.00%，平均孔隙度为7.73%；渗透率变化较大，分布区间为0.01×10-3～21.36×10-3μm2，其中90%的样品渗透率小于1.00×10-3μm2，平均渗透率为0.22×10-3μm2。按照火山岩储集层描述方法(SY/T 5830 — 1993)的定义，所在储层属典型的中 — 低孔、低 — 特低渗储层。火山岩的孔隙度与埋藏深度之间无明显关系，储层孔隙度和渗透率不随埋藏深度增加而减小，且孔隙度与渗透率间关系不明显。图3所示为汪家屯气田营三段火山岩孔隙度与渗透率关系。

图2 松辽盆地北部汪家屯气田营三段火山岩TAS图解

图3 汪家屯气田营三段火山岩孔隙度与渗透率关系

2.4 微观结构特征

火山岩储集空间是由孔隙、裂缝、孔洞及其复合体组成的复杂空间[5]，结构十分复杂。60个样品的压汞测试结果显示，汪家屯气田营三段火山岩排驱压力分布区间为0.34～27.65 MPa(平均11.26 MPa)，中值压力区间为2.26～15.56 MPa(平均10.29 MPa)，最大进汞饱和度平均仅54.88%，表明营三段储层连通性总体较差。营三段火山岩储层，最大连通孔喉半径为0.027～2.122 μm(平均仅0.284 μm)，平均喉道半径为0.008～0.574 μm(平均仅0.087 μm)，属典型的微孔细喉型、微孔微喉型储层。反映孔喉分选特征的相对分选系数和均值系数分别介于5.65～212.89(平均61.69)和0.199～97.230(平均0.390)，表明营三段储层孔喉分选性极差，细小孔喉混杂，是阻碍储层内流体渗流的重要原因。

3 火山岩储层影响因素

火山岩储层物性的变化是一个动态变化过程，富含挥发分的岩浆喷溢至地表，冷凝后形成含大量原生气孔的火山岩；但这些原生孔隙往往互不连通，不能形成有效储层，火山岩储集空间经历的形成、发展、堵塞和再形成等一系列过程受岩性岩相、构造作用、成岩作用等因素的影响[6]。岩性、岩相决定原生孔隙类型及发育程度，是控制火山岩储层物性的内因；成岩作用影响储层原生孔隙的保存与破坏以及次生孔隙的形成与分布，是控制火山岩储层物性的外因；构造作用形成的各种裂缝将火山岩中孤立的原生孔隙连通起来，是火山岩形成有效储层的关键因素。

3.1 岩性岩相

不同类型火山岩的化学成分和形成环境差异，导致其储集空间类型和演化过程各异。原生孔隙不仅是汪家屯气田营三段火山岩储层重要的储集空间，更是形成次生溶蚀孔隙的基础。通常火山碎屑岩、碎屑熔岩中粒(砾)间孔隙发育，且多以大孔隙为主，而火山熔岩则以气孔、脱玻化微孔和基质内微孔为主，孔隙细小且连通性差。物性测试表明，火山角砾岩、流纹质凝灰岩和熔结角砾岩物性明显优于流纹岩、安山岩和英安岩等火山熔岩。图4所示为 汪家屯气田营三段火山岩岩性岩相与储层物性的关系。汪家屯气田营三段火山体主要沿断裂呈串珠状分布，近火山口的爆发相和火山通道相中有断裂发育。此断裂是大气降水和有机酸渗滤的重要通道，后期极易发生溶蚀形成次生溶蚀孔隙。在岩浆冷凝过程中，挥发分从顶底溢出形成层状分布的气孔层，由构造作用、成岩作用形成的裂缝切穿这些气孔使其彼此连通，在溢流相上部和下部亚相中形成有效储层。由于沉积物细小且受到强烈的压实作用和成岩作用，细粒的沉凝灰岩极其致密，远离火山口的火山沉积相难以形成有效储层。

图4 汪家屯气田营三段火山岩岩性岩相与储层物性的关系

3.2 构造作用

图5所示为汪家屯气田营三段火山岩成岩作用特征。构造运动对火山岩储层物性的影响主要是，在致密的火山岩产生成组、成带分布的规则或不规则裂缝，由构造作用形成的裂缝不仅增加了火山岩储层的储集空间，同时将彼此孤立的原生孔隙沟通起来，形成统一的储渗体，镜下常见裂缝两侧因溶蚀作用而加宽并呈锯齿状(见图5a)。汪深气田营三段火山岩中发育多组北西向、近南北向和近东西向高角度裂缝，结合薄片资料可将本区构造裂缝分为3期。其中，第1期构造裂缝以低角度裂缝为主，镜下可见低角度裂缝切割石英、长石等斑晶和基质，这些低角度缝形成时间较早，多被泥晶方解石、绿泥石充填(图5b)；第2期构造裂缝以高角度缝为主，切穿前期形成的低角度构造缝，形成复杂的网状体系，但裂缝中常见方解石、沸石和绿泥石，充填程度较高(图5c)；第3期构造裂缝是形成于深埋藏阶段的高角度裂缝，切穿低角度构造裂缝，且仍处于开启状态。研究区营城组火山岩中裂缝发育，镜下统计裂缝面孔率为2%～6%，以构造裂缝为主。多期次的构造裂缝作为油气运移和火山热液的重要通道，极大地促进了次生溶蚀的范围和强度，对次生孔隙的形成具有重要促进作用。

图5 汪家屯气田营三段火山岩成岩作用特征

3.3 成岩作用

营三段火山岩储层的形成，经历了岩浆冷凝阶段、热液作用阶段、表生阶段和埋藏阶段等多个成岩演化阶段，期间复杂的成岩作用影响了原生孔隙的保存状况和次生孔隙的形成，这些都是形成现今物性分布的关键因素[7]。

(1)岩浆冷凝阶段。岩浆冷凝阶段气体溢出作用是形成原生储集空间的主要作用，镜下常见气孔呈压扁拉长状、呈定向排列，部分气孔被石英、方解石充填成杏仁体孔(见图5d)；同时由于岩浆快速冷凝，矿物晶体结晶形成脱玻化微孔，这也是火山岩储层重要的原生孔隙类型(见图5e)。

(2)热液作用阶段。营三段火山活动间歇期受火山热液作用，火山岩中矿物蚀变，形成石英、钠长石、绿泥石、方解石、菱铁矿等矿物充填原生孔隙和裂缝，对储集空间造成极大破坏(见图5f)。

(3)表生阶段。营三段火山岩暴露地表时，位于高部位的火山岩遭受风化剥蚀使岩石破碎形成网状的风化裂缝(见图5g)。这些裂缝不但沟通了不同类型储集空间，同时富含CO2的大气降水可以通过这些风化缝网，对火山岩产生持续的淋滤作用，使火山岩中易溶组分发生溶蚀形成次生溶蚀孔隙。镜下常见火山灰中易溶组分溶蚀形成的蜂窝状火山灰溶孔(见图5h)。

(4)埋藏阶段。营三段火山岩长期处于承压、还原环境，强烈的压实作用使火山碎屑岩中粒间孔隙部分丧失，局部可见颗粒紧密压实形成的缝合裂缝(见图5i)，但压实作用对由冷凝固结形成的火山熔岩和火山碎屑熔岩影响较小。随着埋藏深度的增加，营三段下伏沙河子组烃源岩成熟后形成大量有机酸，通过断层、裂缝进入营三段储层并与火山岩中矿物反应形成次生溶蚀孔缝，镜下可见长石沿解理面溶蚀(见图5j)，局部可见颗粒溶蚀形成的铸模孔隙(见图5k)。这一时期,强烈的溶蚀对储层物性改善具有重要的意义。在埋藏晚期，随着有机酸消耗殆尽和成岩环境的变化，地层水中铁方解石、铁白云石等再次沉淀，充填原生气孔和粒间孔隙，形成杏仁体孔(见图5l)，造成储层物性丧失。这是破坏火山岩储层储集空间的重要原因。

4 结 语

汪深气田营三段火山岩以流纹岩、英安岩、安山岩等火山熔岩和火山角砾岩、凝灰岩等火山碎屑岩为主，孔隙度普遍小于5.00%，渗透率小于1.00×10-3μm2，属典型的中 — 低孔、低 — 特低渗储层。

营三段火山岩孔喉细小，属典型的微孔细喉型、微孔微喉型储层，孔喉分选性、连通性差，细小的孔喉混杂，是阻碍储层内流体渗流的重要原因。

岩性岩相、成岩作用和构造作用是影响火山岩储层物性的主要因素。其中，岩性岩相决定了火山岩原生孔隙类型和发育程度；成岩作用影响储层原生孔隙的保存与破坏、次生孔隙的形成与分布；构造作用形成的各种裂缝将火山岩中孤立的原生孔隙连通起来，是火山岩形成有效储层的关键因素。