火山岩储层孔隙类型及喉道特征研究

火山岩储层孔隙类型及喉道特征研究

升平开发区面积约32公里2米。储层主要由营城组火山岩收集。岩性主要分布在大面积分布的酸性火山喷发岩中，夹少量中性岩、砂砾岩和凝灰岩粉砂岩。常见的岩石有红砂岩、火山角砾岩、溶结黑岩、安山岩和安山玄武岩。火山岩气藏埋藏深、岩性、岩相复杂,受构造、岩相及断裂等多方面因素控制,与砂岩储层相比,渗流特征特殊,储层分布非均质性更强,为了准确评价储层的储集结构特征与产能关系,为开发方案编制提供合理科学的依据,结合压汞、核磁共振和恒速压汞等先进分析测试手段开展火山岩储层孔隙结构特征与产能关系研究。1连通喉道形成储层通过岩心、岩屑观测和显微结构分析,该区火山岩储层储集空间类型主要有原生气孔、杏仁体内孔、流纹岩中的脱玻化孔、长石的溶蚀孔、基质中的微孔隙、球粒周边收缩缝和裂缝等类型。构造裂缝与各类孔隙空间连通构成了连通喉道,是该类储层的孔隙结构特征,岩石储集性能非均质性非常严重。其中原生大气孔是该区的主力产气层,其次为小气孔与微裂缝的组合类型。不同的岩石类型有着不同类型的储集空间,也有着相同类型的储集空间,占比例不同。从统计结果分析,流纹岩主要以原生气孔为主,占69.25%;其次是脱玻化孔,占22.89%;少量微裂缝孔。流纹质凝灰岩和流纹质熔结凝灰岩以火山灰溶孔为主,各占72.22%、88.89%;其次为原生气孔。火山角砾岩以砾内砾间孔和火山灰溶孔为主,其次为原生气孔、长石溶孔和少量微裂缝孔(表1)。该区储集空间特征以基质孔隙型为主,裂缝孔隙只占极少部分,储层纵向上非均质性严重。1.1孔喉类型及储层储层特征通过对营城组储层的122块常规压汞样品统计获得了比较精确的孔隙结构参数,其平均孔隙半径为0.017～5.491μm,平均为0.45μm,样品小于0.1μm的为微孔喉,占50.0%,大于0.5μm的为大孔喉,占17.2%,0.1～0.5μm之间的为中小孔喉,占32.8%,表明该区储层孔隙半径以微孔喉为主。从喉道分选系数来看,Sp一般都大于1.5,最大为4.329,平均值为1.865,属中分选;歪度SKp<0的细歪度占24%,而SKp>0的粗歪度占76%,粗歪度最大仅为0.647,一般为0.2～0.5。通过对储层压汞资料、曲线形态及各特征参数的统计分析,将孔隙结构分为4种类型:(1)粗态型(Ⅰ类)排驱压力均小于1MPa,汞饱和度中值压力低,最大汞饱和度值高,平均孔隙半径大于1μm。曲线整体呈向左下靠拢,凹向右上,表明歪度较粗。根据孔喉分为两种类型:第一类为单峰型,其峰值孔喉分布范围大于0.063μm;第二类为双峰型,其峰值孔喉分布范围为1.0～16.0μm、0.025～0.63μm。其中,单峰型占84.85%,双峰型占15.15%。该类储层物性较好,孔隙度大于10%,平均为12.61%,渗透率大于5×10-3μm2,平均为5.93×10-3μm2,孔喉分布频率均小于15%。以气孔为主,孔隙、喉道很发育,储渗能力大。主要发育在流纹岩、熔结凝灰岩中,该类孔隙结构在储层中占12.2%。(2)偏粗态型(II类)排驱压力较小,在1～5MPa之间,汞饱和度中值压力较高,最大汞饱和度值较低。曲线呈近60°直线,不发育平台段,表明分选差,各级别孔喉均发育,其中以半径大于0.63μm的孔喉对渗透率的贡献值最大,平均孔隙半径0.5～1μm。根据孔喉分为两种类型:一类为单峰型,其峰值孔喉分布范围为0.16～1.0μm;另一类为双峰低峰值型,其峰值孔喉分布范围为0.16～4μm、0.016～0.16μm。其中,单峰型占21.37%,双峰型占78.63%。该类样品孔隙度为8%～10%,平均为9.0%,渗透率为1×10-3～5×10-3μm2,平均为1.26×10-3μm2。主要是小气孔、粒间孔、粒间溶孔、粒内孔、粒内溶孔、微孔等类型,主要分布在流纹岩、角砾熔岩、熔结凝灰岩等岩石类型中,该类孔隙结构在储层中占23.8%。(3)单峰偏细态型(III类)排驱压力较大,在5～10MPa之间,汞饱和度中值压力较高,最大汞饱和度值高,平均孔隙半径大于0.1～0.5μm,孔喉均小于0.63μm,集中分布在0.016～0.40μm范围内,毛管压力曲线向右上靠拢,凹向左下,发育平台段,表明歪度细,分选好,该类样品孔隙度为5%～8%,平均为6.22%,渗透率为0.5×10-3～1×10-3μm2,平均为0.56×10-3μm2,物性较差。以小气孔、粒间溶孔、微孔为主,裂缝发育程度低,储集能力差,渗流能力差。主要分布在流纹岩、熔结凝灰岩、晶屑凝灰岩、熔结角砾岩和火山角砾岩中,该类孔隙结构在储层中占39.2%。(4)单峰细态型(IV类)排驱压力大,在2.963～12.571MPa之间,平均为8.174MPa,最大汞饱和度值低60%左右,半径均值为0.022～0.03μm,平均为0.025μm;孔喉均小于0.10μm,毛管压力曲线向右上靠拢,凹向左下,无平台段发育,表明歪度较细,分选偏差,储集能力和渗流能力均差,该类样品孔隙度为3%～5%,平均为4.57%,渗透率为0.1×10-3～0.5×10-3μm2,平均为0.21×10-3μm2,主要是粒间孔、粒间溶孔、粒内孔、粒内溶孔、微孔等,物性很差,该类有一定的储集能力,但是渗流能力很差,是差的孔隙结构。主要分布在火山角砾岩、熔结凝灰岩、晶屑凝灰岩、流纹岩、熔结火山角砾岩中,该类孔隙结构在储层中占24.8%。通过对常规压汞资料综合分析表明营城组火山岩储层的非均质性较严重。岩心综合分析表明营城组流纹岩火山岩储层的有效孔隙度和渗透率变化很大,岩石密度变化较大,为2.14～2.56g/cm3。1.2喉道特征对储层气井产能的影响恒速压汞能够给出岩石微观孔隙结构特征信息,对岩石微观孔隙结构特征给出精细的描述,两个岩样的常规压汞结果相同或相近时,恒速压汞结果有可能差别很大。恒速压汞的检测结果能够分别提供孔隙和喉道的毛管压力曲线,分别提供孔隙半径分布、喉道半径分布、孔隙—喉道半径比分布等岩石微观孔隙结构特征参数,能够反映岩样内部的喉道发育程度、孔隙发育程度及孔隙与喉道之间的配套发育程度(孔喉半径比)等。根据恒速压汞样品测试分析结合铸体薄片观察,各类储层的恒速压汞特征表现为(表2):①总进汞饱和度较高达70%以上,其中喉道进汞饱和度较高(在30%左右),占总进汞饱和度的35%以上;喉道半径范围为0～9μm,平均为1.19μm,其中喉道半径大于0.3μm的喉道频率占39.5%;单位体积有效喉道体积为0.059mL/cm3;孔喉半径比值为379.75,存在明显的双峰特征,第一峰范围为0～300μm,峰值为60μm,第二峰范围为300～1150μm,峰值为600μm。②总进汞饱和度为50%～70%,喉道进汞饱和度占总进汞饱和度为25%～35%,喉道半径范围为0～8μm,平均为1.15μm,其中喉道半径大于0.3μm的喉道频率占60%;单位体积有效喉道体积为0.02mL/cm3;孔喉半径比值为445.33,存在弱双峰特征,第一峰范围为0～150μm,峰值为30μm,第二峰范围为150～1300μm,峰值为900μm。③总进汞饱和度为40%～60%,其中喉道进汞饱和度较低在15%左右,占总进汞饱和度的25%以下;喉道半径均在0.3μm以下,平均为0.21μm;单位体积有效喉道体积为0.015mL/cm3;孔喉半径比值为687.7,为单峰特征,范围为150～1200μm,峰值为600μm。该区火山岩储层以Ⅱ类、Ⅲ类喉道为主,存在少量的Ⅰ类喉道。Ⅱ类和Ⅲ类喉道孔喉半径比值大,表明大孔隙被小喉道控制,这对孔隙中气体的流动是不利的,大孔隙内的气相难以流经小喉道被采出。同时较大的孔喉半径比值,也降低了气相有效渗透率,使储层对水锁伤害效应较敏感,当有外来水相挤入气藏后,由于气藏岩石润湿性为强亲水,挤入水将优先占据孔隙表面及喉道,水相有效渗透率逐步升高,也使气井产能降低。总体上看,喉道特征对火山岩储层气井产能影响非常大。通过与国内相同物性沉积岩储层的孔喉特征进行比较,火山岩储层喉道特征表现为孔喉比大,喉道数量少,孔隙匹配性差的特征,这种喉道特征是由火山喷发形成的火山岩储层特有的孔喉结构特征。1.3束缚水饱和度的确定通过常规的气水相对渗透率测定可以分析储层的流动特征及核磁共振分析实验,可对储层孔隙、喉道特征及流体的有效性进行评价,研究不同类型储层的束缚水、可动水及含气饱和度的变化,为气田储量评价、动态预测提供合理的依据。核磁共振实验是根据岩石中各种孔喉的弛豫时间不同,通过在T2谱上表现为不同的谱峰特征判断孔喉特点,利用弛豫时间差异定量检测束缚水饱和度。当岩心饱和水后,孔隙内水的赋存有两种状态,一部分水处于自由可动状态,另一部分水处于束缚不可动状态。束缚水处于小孔隙内或大孔隙的表面,受孔隙固体表面的作用力强,此时核磁共振T2弛豫时间小,反之,可动水处于大孔隙内部,与孔隙固体表面没有紧密接触,受孔隙固体表面的作用力弱,此时核磁共振T2弛豫时间大,因此利用核磁共振技术能够检测束缚水饱和度及可动水饱和度,可得出储层含气饱和度的上限。可动水饱和度确定的关键是可动流体T2截止值的确定。根据大量岩心离心实验结论:陆相沉积砂岩、砾岩储层可取16ms,溶洞、裂缝型碳酸盐岩储层可取90ms,而火山岩可动流体T2截止值取多少还没有确定值。为此,在升平、兴城地区火山岩共对6块小岩心做了离心实验,其中4块实测T2截止值为86.4ms,其余两块分别是72.0ms和103.7ms,因此平均值取86.4ms。ssg2井113号岩心的孔隙度为19.8%,核磁共振实验得到的T2谱表现为双峰,第一峰为束缚部分,基本不可动,确定束缚水饱和度为27.1%;第二峰为可动部分,为较大孔隙,可动水饱和度为72.9%(图1)。通过对该区26块样品进行分析,束缚水饱和度为27.1%～82.3%,平均值为38.9%。根据储层分类统计,其中Ⅰ类样品7块,Ⅱ类样品5块,Ⅲ类样品13块,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类的束缚水饱和度分别是32.3%、47.62%、59.26%,同时可得出各类储层含气饱和度的上限分别是67.7%、52.38%、40.74%。从各类储层谱图可以看出,不论是升深更2井的流纹岩还是升深2-7井的流纹质火山角砾岩都具有双峰特点,说明孔隙大小分布不均,既存在微孔又有相对较大的孔隙,储层非均质性严重。1.4孔和缝的组合性能(1)中高孔、中渗型储层包括原生气孔和溶蚀孔等微孔。气孔是由于挥发成分的逸散作用而形成,储集空间为气孔,渗流通道为喉道,孔隙发育程度中、高,渗透率受喉道半径和喉道发育程度的控制,因此一般这种类型属于中高孔、中渗型。主要分布在喷溢相上部气孔流纹岩中,这类储层中裂缝不发育。微孔主要为角砾间孔、溶蚀孔和脱玻化孔,渗流通道为喉道,孔隙发育中等。微孔所贡献的储集空间甚微,但分布较为普遍,主要分布在爆发相的熔结凝灰岩、晶屑凝灰岩和火山角砾岩中。(2)储集空间及裂缝渗流系统主要在火山岩致密储层中较为发育,在这种类型岩石中的各种孔隙作为主要储集空间,孔隙之间主要由裂缝沟通,也有部分喉道连通,形成孔隙储、裂缝渗的储渗配置关系。主要分布在溢流相的中下部的气孔流纹岩和爆发相的熔结凝灰岩、晶屑凝灰岩、火山角砾岩等岩石类型中。2储后地层和压后产能特征根据火山岩储层大量的试气资料分析,结合储集空间特征对储层进行分类及产能评价。各类储层特征分为3类:①岩性主要是流纹岩和熔结凝灰岩,以喷溢相上部亚相为主;孔隙度大于10%,渗透率大于5.0×10-3μm2,孔隙类型以原生大气孔为主,裂缝不发育,以Ⅰ类孔隙和喉道特征为主,试气时地层压力恢复快,无阻流量高于60×104m3,测试自然产能高大于10×104m3/d;②岩性主要是流纹岩、角砾岩和凝灰岩,以火山通道相、热碎屑流亚相、喷溢相下部亚相为主;孔隙度为5.0%～10.0%,渗透率为1×10-3～5×10-3μm2,孔隙类型为原生小气孔、砾内砾间孔和火山灰溶孔,有少量裂缝,以Ⅱ类孔隙和喉道特征为主,试气时地层压力恢复较快,无阻流量为20×104～60×104m3,测试自然产能较高,为5×104～10×104m3/d,但压后可获较高工业气流;③又分2类,一是岩性主要为流纹岩和凝灰岩,以热碎屑流亚相和喷溢相下部亚相为主;孔隙度小于5.0%,渗透率为0.1×10-3～1×10-3μm2,孔隙类型为微裂缝、小气孔和火山灰溶孔,裂缝较发育,以Ⅲ类孔隙和喉道特征为主,物性相对较差;试气时地层压力恢复较慢,自然产能低于1×104m3/d,压后基本能够达到工业气流4×104m3/d,压后无阻流量平均为20×104m3;二是岩性主要是致密流纹岩和凝灰岩,以喷溢相中部亚相和侵出相为主;孔隙度小于5.0%,渗透率小于0.1×10-3μm2;以IV类孔隙和Ⅲ类喉道特征为主,物性相对较差;压后产能未达到工业气流标准,目前基本无法动用。该区