火山岩储层测井综合评价方法研究

张丽华，潘保芝，单刚义

（吉林大学地球探测科学与技术学院，吉林 长春130026）

0 引 言

中国广大疆域范围内均发现了以火山岩为储层的油气藏［1－5］，其中比较著名的有辽河盆地黄沙坨地区的粗面岩油气藏、大港油田枣35断块玄武岩油气藏、克拉玛依玄武岩油气藏、二连盆地的阿北安山岩油气藏以及松辽盆地北部发现的以酸性火成岩为主的徐深气田［6］。2002年随着徐深1井在火山岩中获得百万方高产工业气流，2005年吉林油田在长岭断陷的长深1井火山岩储集层中获得了46×104m3高产天然气流，充分表明深层火山岩储层巨大的勘探潜力。

无论是砂岩、碳酸盐岩还是火山岩，它们的储层性质、渗流性质和电导性质等均受其孔隙结构的影响。孔隙结构指多孔岩石的孔隙构成，它包括孔隙（喉）的大小与分布、形状、连通程度、孔隙类型和孔壁几何形态等微观特征。其中孔隙（喉）大小、分布以及连通程度对岩石导电性质影响最为显著。火山岩油藏作为非均质储层，有比碎屑砂岩和碳酸盐岩更为复杂的岩电关系。本文根据火山岩的孔隙类型及结构特征，采用三重孔隙模型描述火山岩的孔隙结构，根据双侧向测井的电导差异和常规测井数据，计算出三重孔隙模型中的基质孔隙度、裂缝孔隙度、非连通孔洞孔隙度和总孔隙度，进而计算出孔隙度指数m，最终求取含水饱和度，对火山岩储层进行测井综合评价。

1 火山岩的孔隙类型及结构特征

火山岩储层具有复杂的孔隙类型，按储集空间形成机理，可分为原生储集空间和次生储集空间。火山岩储层的原生储集空间有原生气孔、残余气孔、斑晶间孔、晶间孔、杏仁体内孔、收缩孔、冷凝收缩缝、收缩节理和砾间裂缝。图1是火山岩薄片。

图1 火山岩薄片

火山活动使火山物质发生多次间歇性喷发，又经受后期热液和热汽等多种因素的蚀变，致使先期形成的火山岩的成分、结构、构造经受一定改造。加之地质时期中进一步构造运动，造成地层水渗流作用，从而使岩石矿物发生溶解和水解，被溶解的物质部分被带走，并在原部位形成溶蚀孔隙，使原生孔隙结构发生变化。溶孔、溶缝普遍见于各类火山岩中，溶解作用可以具选择性，也可以是非选择性的，前者一般选择性溶解长石斑晶、石英斑晶中先行受熔部位或一些易溶岩屑，形成相对较孤立的晶内、粒内溶孔或铸模孔［7］。火山岩储层的次生储集空间有斑晶溶蚀孔、斑晶和基质间溶孔、基质溶蚀孔等。图2、图3、图4和图5是火山岩的岩石薄片图。其中图2是钠长石流纹岩球粒周边的收缩孔隙，图3是流纹质熔结角砾凝灰岩中长石的溶蚀孔隙，图4是岩屑间孔，图5是岩屑间孔和屑内微孔。可见有许多孤立的孔隙存在，也就是非连通孔洞存在。

火山岩储层不仅具有复杂的孔隙类型，其孔隙结构也具有特殊性：①孔隙类型多样，几何形态各异；②孔、洞、缝交织在一起，储集空间结构复杂；③孔隙分布不均；④孔隙连通性差，裂缝起到改善储集物性的重要作用。

图5 岩屑间孔及屑内微孔

2 三重孔隙模型

Aguilera和 Aguilera［8］提出了以基质、裂缝（连通孔）和非连通孔洞组成的三重孔隙模型。三重孔隙模型认为，岩石的总孔隙度φ由基质孔隙φm、裂缝孔隙φ2和非连通孔洞孔隙φnc组成（见图6），即

图6 三孔隙储层岩石的组成示意图（其中v为配分系数，v＝φ2／φ；vnc为非连通孔洞孔隙度比）

基质系统由基质和基质孔隙空间组成。令基质系统的体积为V，岩石总体积为V′，则

如果φ2、φb和φ已知，则可由式（4）、式（5）求得φnc和φm

最终得到的计算孔隙度指数m的公式为

式中，配分系数v＝φ2／φ；vnc为非连通孔洞孔隙度比；mb为没有裂缝的岩样的基质部分的孔隙度指数（胶结指数）。

3 各种孔隙度的确定

3.1 求取骨架参数

岩石骨架参数是全套储层参数计算的基础。由于火山岩的岩性比较复杂，很难用单一骨架描述它，可以用斯伦贝谢公司根据元素俘获谱测井（ECS）建立的岩石骨架密度和骨架中子与岩石元素含量的关系式得到连续的骨架参数曲线

式中，ρma为骨架密度；Nma为骨架中子；WSi、WCa、WNa、WK、WFe、WTi分别为 ECS得到的硅元素、钙元素、钠元素、钾元素、铁元素、钛元素的重量百分比含量。

3.2 求取总孔隙度

密度测井测量的岩石物理参数是储层的电子密度指数，中子测井的读数是储层中主要减速物质——氢含量的反映，因此，计算总孔隙度φ为

式中，ρf、ρma分别为流体和骨架的密度；Nf、Nma分别为流体和骨架的中子；CN、ρb分别为中子和密度测井曲线。

3.3 求取基质孔隙度φb

声波测井测量的岩石物理参数是P波速度（或慢度），因为P波是压缩波，只能在基质中传播，因此声波测井的孔隙度只反映基质孔隙度而不反映次生孔隙（如裂缝，孔洞）的影响。因此认为由声波测井计算的孔隙度等于φb。

式中，Δtf、Δtma分别为流体和骨架的声波时差；Δt为声波时差测井曲线。

3.4 求取裂缝和非连通孔洞孔隙度

在高角度裂缝和双侧向测井显示正差异地层，双侧向测井测量的电阻可用复合系统描述［9］：①浅侧向测井测量的电阻与连通裂缝的电阻的并联电阻网络；②上面得到的电阻与非连连通孔洞电阻的串联电阻网络。表示为

在低角度裂缝和双侧向测井显示负差异的地层，双侧向测井测量的电阻可用下面的复合系统描述：①浅侧向测井测量的电阻与非连通孔洞电阻的串联电阻网络；②上面得到的电阻与裂缝电阻的并联电阻网络。表示为

式中，RLLd、RLLs分别为深、浅侧向电阻率，Ω·m；Rmf为储层温度时泥浆滤液的电阻率，Ω·m。由式（4）、式（5）、式（11）和式（12），可求出φ2、φb、φnc和φm。

4 饱和度方程

斯伦贝谢公司认为，在裂缝型白云岩油藏中，裂缝孔隙的束缚水饱和度根据经验一般不超过5%。华北石油研究院从裂缝型物理模型试验得出，均质细裂缝型（平均缝宽0.16mm）含油饱和度为80%；垂直与水平方向有粗缝发育有的不均匀裂缝模型（平均细缝宽0.16mm、粗缝宽1.07mm，粗缝体积占总裂缝孔隙体积的80%以上），其含油饱和度为95.7%［10］。俄罗斯研究人员通过实验研究确定束缚水膜厚度大约为0.05μm，因此认为裂缝开度小于0.1μm的超微裂缝被束缚水充填，不具有渗流能力。对于开度大于10μm的宏观裂缝型油层，可以认为裂缝中完全被油气充填，裂缝的含油饱和度一般取为95%～100%［11］。故计算裂缝系统储量时，一般取含油饱和度95%～100%。因此，裂缝的含水饱和度Swf取为0。非连通孔洞由于是非连通状态，因此含水饱和度Swnc取为0。基岩块的含水饱和度计算公式为

复合系统的含水饱和度计算公式为

式中，Rw为储层温度时水的电阻率；n为含水饱和度指数。

从m值计算公式可以看出，m值随着总孔隙度和裂缝孔隙度的变化而变化，不再是一个固定不变的常量。以往应用均质模型进行解释时，由于裂缝的存在必然引起电阻率Rt的降低从而引起计算含水饱和度的增大，但这种饱和度的增大是由于孔隙结构变化引起的，并不是流体性质变化的反映。因此，常引起解释上的误差。引入变化的孔隙度指数m的概念后，当地层存在裂缝时，相应的m值也降低为裂缝层段的三重孔隙指数m，m值降低使得计算的含油气饱和度增大，从而在一定程度上能够修正由于裂缝的存在而引起的计算含油气饱和度的偏低误差。因此，通过这种m值的变化，可将均质地层解释模式转化为非均质地层解释模式。

图7 A井测井评价综合图

5 应用实例

将本文所研究的方法在松辽盆地3口井的火山岩层段进行了应用。图7是A井的测井评价综合图。从图7可见，在3 996～4 003m井段计算的基质孔隙度平均为16.4%，计算的含水饱和度为83%，据此判断为水层。该井段试气结论为水层。

图8是B井层段1的测井评价综合图。从图8可见，在3 524～3 545m井段计算的基质孔隙度平均为4.8%，计算的含水饱和度为98%，据此判断为水层。此井段试气结论为水层，日产气微量，日产水1.5m3。

图9是B井层段2的测井评价综合图。从图9可见，计算的基质孔隙度平均为16%，计算的含水饱和度平均为46%，据此判断为气层。试气结果是3 723～3 735m，日产气226 234m3，为工业气层，与解释结果一致。

6 结 论

（1）根据火山岩储层的孔隙特点，把孔隙分为基质孔隙、连通的裂缝（孔洞）孔隙和非连通孔洞孔隙3个类，采用三重孔隙模型计算孔隙度指数m，根据双侧向测井的电导差异和三孔隙度测井求取各种孔隙度。

（2）从元素俘获能谱测井获取连续的骨架参数，采用变孔隙度指数m，根据阿尔奇公式计算储层的含水饱和度，对火山岩储层进行综合测井评价。

（3）把该方法应用于松辽盆地3口井的火山岩层段，计算的结果与试气结论相符合。

［1］ 赵澄林，刘孟慧，胡爱梅，等.特殊油气储层［M］.北京：石油工业出版社，1997.

［2］ 罗静兰，曲志浩.风化店火山岩岩相、储集性与油气的关系［J］.石油学报，1996，17（1）：32－39.

［3］ 陶奎元，杨祝良，王力波，等.苏北闵桥玄武岩储油的地质模型［J］.中国地质大学学报，1998，3（3）：272－276.

［4］ 钱峥.济阳坳陷罗151块火成岩油藏储集层概念模型［J］.石油勘探与开发，1999，26（6）：72－74.

［5］ 吴昌志，顾连兴，任作伟，等.中国东部中、新生代含油气盆地火成岩油气藏成藏机制［J］.地质学报，2005，79（4）：522－529.

［6］ 庞彦明.酸性火山岩储层储集空间特征与评价研究－以松辽盆地北部营城组为例［D］.杭州：浙江大学，2006.

［7］ 刘计勇，兰正凯，皮定成，等.松辽盆地徐家围子断陷层火山岩储层特征［J］.内蒙古石油化工，2009，24：172－173.

［8］ Aguilera R F，Aguilera R A.Triple Porosity Model for Petrophysical Analysis of Naturally Fractured Reservoirs［J］.Petrophysics，2004，45（2）：157－166.

［9］ Liu Rui－Lin，Li Ning，Feng Qing－fu，et al.Application of the Triple Porosity Model in Welllog Effectiveness Estimation of the Carbonate Reservoir in Tarim Oilfield［J］.Journal of Petroleum Science and Engineering，2009，68：40－46.

［10］ 柏松章.碳酸盐岩潜山油田开发［M］.北京：石油工业出版社，1996.

［11］ 孔令福.辽河盆地东部凹陷火山岩储层测井评价方法研究［D］.大庆：大庆石油学院，2003.