四川盆地永探1井二叠系火山碎屑熔岩储层特征

2020-01-02夏茂龙吴煜宇何青林

天然气勘探与开发 2019年4期

刘鑫夏茂龙吴煜宇何青林李亚刘冉

中国石油西南油气田分公司勘探开发研究院

0 引言

四川盆地西部大面积分布火山岩，以基性喷出岩为主。此外，川东地区达州—梁平一带分布有侵入岩。四川盆地钻遇二叠系火山岩始于20世纪60年代，1966年WY25井首次在盆地钻遇玄武岩，钻厚2 m，从此揭开了该领域勘探的序幕。1992年，ZG1井钻遇玄武岩裂缝性气藏，测试产量25.61 104m3/d，是四川盆地首次钻获火山岩工业气流。此后，为扩大勘探成果，针对川西地区加大了勘探力度，多口井完成测试，但均未获得发现。

近期，中国石油西南油气田公司针对二叠系火山岩领域部署的风险探井永探1井钻遇火山碎屑熔岩孔隙型气藏，油气显示丰富，中途测试获22.5 104m3/d高产工业气流。实现了由寻找裂缝型气藏向寻找孔隙型气藏转变的里程碑式跨越，标志着四川盆地二叠系火山岩勘探取得历史性突破。为此，笔者根据永探1井岩心、岩屑、测井及地震资料，开展储层特征研究，探讨火山碎屑熔岩的分布规律，以期为火山岩气藏勘探部署提供依据。

1 地层概况

1.1 地层分布

川滇黔地区大面积分布二叠系“峨眉山玄武岩”[1-3]，是被国际学术界认可的大火成岩省[4-11]，成因可能与地幔柱活动有关[11-15]。峨眉山玄武岩时代归属于中晚二叠世，具穿时性。

四川盆地二叠系火山岩主要分布在川西地区，底部与中二叠统茅口组呈不整合接触，顶部自西南向北东分别与上二叠统宣威组、龙潭组呈不整合接触[16-18]。火山岩在川西南部和成都—简阳地区发育2个厚值区，厚度均超过200 m，其中川西南局部地区厚度在300 m以上（图1）。

图1 川西地区二叠系火山岩厚度等值线图

1.2 岩石类型

火山岩岩石类型具多种划分方案，依据火山作用成岩特点及岩石特征，一般划分为火山熔岩、火山碎屑岩、次火山岩和沉积火山岩4大类，其中火山碎屑岩类根据火山碎屑含量和成岩方式可分为火山碎屑熔岩、正常火山碎屑岩和火山—沉积碎屑岩3种类型（表1）。

永探1井火山岩厚272 m，钻遇了玄武岩、火山碎屑熔岩、辉绿玢岩3种岩性。玄武岩为熔浆冷凝的产物，属于火山熔岩类，纵向上主要分布于火山岩段顶部和中下部，分别厚11 m和111 m，电性特征表现为低声波、低中子、高电阻率和高密度的特征，下段玄武岩自然伽马较顶部玄武岩有明显增高。火山碎屑熔岩是正常火山碎屑岩往熔岩过渡的类型，仍属于火山碎屑岩，最典型的特征是岩石中碎屑含量介于10%～75%，碎屑按粒径由小到大可细分为凝灰、角砾、集块（表1），被大量黑色玻基质和细小的白色长英质矿物包裹。该井火山碎屑熔岩纵向上介于2套玄武岩之间，厚122 m，电性特征表现为低自然伽马、低电阻率、低密度、较高声波和较高中子，与玄武岩电性特征差异明显，易于识别。底部发育28 m辉绿玢岩，为中性偏基性的浅成侵入岩，具明显的斜长石斑晶，是次火山岩类的一种，其电性特征与上覆玄武岩总体相似，主要通过电阻率明显增高与玄武岩区分；其自然伽马、电阻率和密度曲线较下伏茅口组石灰岩具有相对较高的“三高”特征，界线清楚（图2）。

除底部辉绿玢岩为浅成侵入岩外，玄武岩及火山碎屑熔岩均为喷出岩，纵向发育2套喷发旋回。参考前人火山岩相划分方案，将永探1井划分为喷溢相、溢流相和火山通道相（图2）[19]。

表1 火山碎屑岩分类表（SY/T5368-2016）

2 储层特征

2.1 岩石学特征

川西地区多口钻井揭示二叠系火山岩广泛发育玄武岩，矿物成分以长石和辉石为主。玄武岩储层岩性较火山碎屑岩类相对致密，物性较差，孔隙度与渗透率相关性差，储集空间以裂缝为主，储集类型以裂缝型或孔隙—裂缝型占主导（图3-a、3-b、3-c）。

永探1井储集岩以火山碎屑熔岩为主，玄武岩次之。火山碎屑包括凝灰、角砾、集块，其中凝灰主要为浅灰色或灰白色细粒火山灰，喷出地表后经空气搬运降落地表被熔浆包裹；角砾和集块以玄武质居多，部分为石灰岩成分，被熔浆包裹后由熔浆胶结成岩，镜下可见大量早期形成的气孔被钠长石、绿泥石、绿帘石等矿物充填，表明次生矿物对储层发育起破坏作用，部分岩心表面可见孔洞发育（图3-d～3-i）。

图2 永探1井二叠系火山岩综合柱状图

2.2 物性特征

永探1 井火山岩取心段进尺5.63 m，岩性主要为含角砾凝灰熔岩。通过对取心段选取的7个全直径样品和23个柱塞样品（19个有效样）开展氦气法孔渗实验，表明该段火山碎屑熔岩储层具有中孔、低渗特征，孔隙度与渗透率具有较好的正相关性（图4）。

柱塞样品实测孔隙度最大值为16.48%，最小值为8.66% ，平均值为13.76%；渗透率最大值为 0.173 mD，最小值为0.005 mD，平均值为0.058 mD。

测井解释结论认为永探1井储层规模发育，平均孔隙度约15%，储层厚度约105 m，表现为厚层优质孔隙型储层，储集条件优越。

图3 川西地区二叠系火山岩储集岩岩性特征照片

图4 永探1 井二叠系火山岩岩心孔渗关系图

2.3 储集空间类型

火山碎屑熔岩储集空间类型以孔隙为主，发育少量裂缝（图5）。结合成因分析，孔隙可划分为原生孔隙、次生孔隙2大类，裂缝以构造成因为主。其中原生孔隙为残余气孔，次生孔隙包括脱玻化微孔[20]、粒内溶孔、粒间溶孔。

残余气孔：由于地表温度、压力较地下火山通道显著下降，当熔浆从地下喷出地表时，受环境因素发生变化的影响，在冷却过程中熔浆包含的水分、CO2等挥发分达到过饱和状态形成气泡。一部分气泡从熔浆分离进入大气，另一部分因熔浆快速冷凝来不及逸散而残留在熔岩中形成原生气孔，即残余气孔。该类孔隙多发育在喷发旋回顶部。永探1 井气孔发育，主要分布在火山碎屑熔岩中，孔径多为0.1 mm，呈圆形或椭圆形（图5-a），多以次生矿物半充填的形式存在，充填矿物以绿泥石、钠长石为主。

图5 永探1 井火山岩储集空间类型照片图

脱玻化微孔：熔浆从地下喷出时为高温熔融状态，与地表围岩及大气形成强烈的温差发生快速冷凝，来不及发生结晶，而是形成一种不稳定的岩石结构——火山玻璃[19]。因具有不稳定性，火山玻璃会自动形成晶体，该过程称为脱玻化。经历脱玻化作用之后，矿物体积较结晶前缩小，留下大量微孔隙。此外，在脱玻化过程中会形成钠长石、斜长石等矿物，遇酸性流体可发生溶蚀作用形成溶蚀微孔，统称为脱玻化微孔（图5-b、5-c）。脱玻化微孔由于数量多，普遍具连通性，是永探1井火山碎屑熔岩最主要的储集空间类型。

粒内（间）溶孔：原始孔隙中或碎屑颗粒间不同程度充填了铝硅酸盐矿物，后期遇热液、埋藏流体等溶蚀改造形成体积相对较大的储集空间，边缘呈不规则状。与脱玻化微孔相比，该类溶孔相对较大，连通性较相对较差（图5-d、5-e）。

裂缝：结合岩心、薄片及成像测井资料分析，认为永探1井裂缝发育程度低，以微裂缝为主，宽窄不一。镜下可见部分裂缝呈网状，被后期矿物充填且发生泥化，另有部分微裂缝被细晶方解石或绿帘石充填，仅少量微裂缝的矿物充填程度低，仍具备一定渗流能力（图5-f）。

2.4 孔隙结构

利用CT 扫描和压汞等实验方法对岩心开展分析，发现永探1井火山碎屑熔岩具有独特的孔隙结构特征，主要表现为孔隙分布非均质性强、孔喉结构分布均匀。

以选取的永探1井5 649.01 m岩心柱塞样品为例，该样品岩石密度为2.49 g/cm3，氦气法实测孔隙度为11.74%，通过对样品开展CT扫描，还原了岩心三维视图（图6）。结构表明火山碎屑熔岩孔隙分布不均，但孔隙之间呈“蜂窝状”结构，连通性较好。

压汞实验结果总体表现为中细歪度、分选较好、中小喉为主的曲线特征（图7）。通过选取a、b两个物性差异明显的样品进行对比分析（样品a和b孔隙度分别为16.85%和10.32%，渗透率分别为0.125 mD和0.011 mD），发现样品a的门槛压力、中值压力、分选系数明显低于样品b，而最大孔喉半径、中值半径、最大进汞饱和度、退汞效率都明显高于样品b（表2），表明火山碎屑熔岩毛细管压力曲线特征与物性高低表现一致。