火山巖儲層孔隙類型及喉道特征研究

火山巖儲層孔隙類型及喉道特征研究

升平開發(fā)區(qū)面積約32公里2米。儲層主要由營城組火山巖收集。巖性主要分布在大面積分布的酸性火山噴發(fā)巖中，夾少量中性巖、砂礫巖和凝灰?guī)r粉砂巖。常見的巖石有紅砂巖、火山角礫巖、溶結(jié)黑巖、安山巖和安山玄武巖。火山巖氣藏埋藏深、巖性、巖相復雜,受構(gòu)造、巖相及斷裂等多方面因素控制,與砂巖儲層相比,滲流特征特殊,儲層分布非均質(zhì)性更強,為了準確評價儲層的儲集結(jié)構(gòu)特征與產(chǎn)能關(guān)系,為開發(fā)方案編制提供合理科學的依據(jù),結(jié)合壓汞、核磁共振和恒速壓汞等先進分析測試手段開展火山巖儲層孔隙結(jié)構(gòu)特征與產(chǎn)能關(guān)系研究。1連通喉道形成儲層通過巖心、巖屑觀測和顯微結(jié)構(gòu)分析,該區(qū)火山巖儲層儲集空間類型主要有原生氣孔、杏仁體內(nèi)孔、流紋巖中的脫?；?、長石的溶蝕孔、基質(zhì)中的微孔隙、球粒周邊收縮縫和裂縫等類型。構(gòu)造裂縫與各類孔隙空間連通構(gòu)成了連通喉道,是該類儲層的孔隙結(jié)構(gòu)特征,巖石儲集性能非均質(zhì)性非常嚴重。其中原生大氣孔是該區(qū)的主力產(chǎn)氣層,其次為小氣孔與微裂縫的組合類型。不同的巖石類型有著不同類型的儲集空間,也有著相同類型的儲集空間,占比例不同。從統(tǒng)計結(jié)果分析,流紋巖主要以原生氣孔為主,占69.25%;其次是脫?；?占22.89%;少量微裂縫孔。流紋質(zhì)凝灰?guī)r和流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r以火山灰溶孔為主,各占72.22%、88.89%;其次為原生氣孔。火山角礫巖以礫內(nèi)礫間孔和火山灰溶孔為主,其次為原生氣孔、長石溶孔和少量微裂縫孔(表1)。該區(qū)儲集空間特征以基質(zhì)孔隙型為主,裂縫孔隙只占極少部分,儲層縱向上非均質(zhì)性嚴重。1.1孔喉類型及儲層儲層特征通過對營城組儲層的122塊常規(guī)壓汞樣品統(tǒng)計獲得了比較精確的孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù),其平均孔隙半徑為0.017～5.491μm,平均為0.45μm,樣品小于0.1μm的為微孔喉,占50.0%,大于0.5μm的為大孔喉,占17.2%,0.1～0.5μm之間的為中小孔喉,占32.8%,表明該區(qū)儲層孔隙半徑以微孔喉為主。從喉道分選系數(shù)來看,Sp一般都大于1.5,最大為4.329,平均值為1.865,屬中分選;歪度SKp<0的細歪度占24%,而SKp>0的粗歪度占76%,粗歪度最大僅為0.647,一般為0.2～0.5。通過對儲層壓汞資料、曲線形態(tài)及各特征參數(shù)的統(tǒng)計分析,將孔隙結(jié)構(gòu)分為4種類型:(1)粗態(tài)型(Ⅰ類)排驅(qū)壓力均小于1MPa,汞飽和度中值壓力低,最大汞飽和度值高,平均孔隙半徑大于1μm。曲線整體呈向左下靠攏,凹向右上,表明歪度較粗。根據(jù)孔喉分為兩種類型:第一類為單峰型,其峰值孔喉分布范圍大于0.063μm;第二類為雙峰型,其峰值孔喉分布范圍為1.0～16.0μm、0.025～0.63μm。其中,單峰型占84.85%,雙峰型占15.15%。該類儲層物性較好,孔隙度大于10%,平均為12.61%,滲透率大于5×10-3μm2,平均為5.93×10-3μm2,孔喉分布頻率均小于15%。以氣孔為主,孔隙、喉道很發(fā)育,儲滲能力大。主要發(fā)育在流紋巖、熔結(jié)凝灰?guī)r中,該類孔隙結(jié)構(gòu)在儲層中占12.2%。(2)偏粗態(tài)型(II類)排驅(qū)壓力較小,在1～5MPa之間,汞飽和度中值壓力較高,最大汞飽和度值較低。曲線呈近60°直線,不發(fā)育平臺段,表明分選差,各級別孔喉均發(fā)育,其中以半徑大于0.63μm的孔喉對滲透率的貢獻值最大,平均孔隙半徑0.5～1μm。根據(jù)孔喉分為兩種類型:一類為單峰型,其峰值孔喉分布范圍為0.16～1.0μm;另一類為雙峰低峰值型,其峰值孔喉分布范圍為0.16～4μm、0.016～0.16μm。其中,單峰型占21.37%,雙峰型占78.63%。該類樣品孔隙度為8%～10%,平均為9.0%,滲透率為1×10-3～5×10-3μm2,平均為1.26×10-3μm2。主要是小氣孔、粒間孔、粒間溶孔、粒內(nèi)孔、粒內(nèi)溶孔、微孔等類型,主要分布在流紋巖、角礫熔巖、熔結(jié)凝灰?guī)r等巖石類型中,該類孔隙結(jié)構(gòu)在儲層中占23.8%。(3)單峰偏細態(tài)型(III類)排驅(qū)壓力較大,在5～10MPa之間,汞飽和度中值壓力較高,最大汞飽和度值高,平均孔隙半徑大于0.1～0.5μm,孔喉均小于0.63μm,集中分布在0.016～0.40μm范圍內(nèi),毛管壓力曲線向右上靠攏,凹向左下,發(fā)育平臺段,表明歪度細,分選好,該類樣品孔隙度為5%～8%,平均為6.22%,滲透率為0.5×10-3～1×10-3μm2,平均為0.56×10-3μm2,物性較差。以小氣孔、粒間溶孔、微孔為主,裂縫發(fā)育程度低,儲集能力差,滲流能力差。主要分布在流紋巖、熔結(jié)凝灰?guī)r、晶屑凝灰?guī)r、熔結(jié)角礫巖和火山角礫巖中,該類孔隙結(jié)構(gòu)在儲層中占39.2%。(4)單峰細態(tài)型(IV類)排驅(qū)壓力大,在2.963～12.571MPa之間,平均為8.174MPa,最大汞飽和度值低60%左右,半徑均值為0.022～0.03μm,平均為0.025μm;孔喉均小于0.10μm,毛管壓力曲線向右上靠攏,凹向左下,無平臺段發(fā)育,表明歪度較細,分選偏差,儲集能力和滲流能力均差,該類樣品孔隙度為3%～5%,平均為4.57%,滲透率為0.1×10-3～0.5×10-3μm2,平均為0.21×10-3μm2,主要是粒間孔、粒間溶孔、粒內(nèi)孔、粒內(nèi)溶孔、微孔等,物性很差,該類有一定的儲集能力,但是滲流能力很差,是差的孔隙結(jié)構(gòu)。主要分布在火山角礫巖、熔結(jié)凝灰?guī)r、晶屑凝灰?guī)r、流紋巖、熔結(jié)火山角礫巖中,該類孔隙結(jié)構(gòu)在儲層中占24.8%。通過對常規(guī)壓汞資料綜合分析表明營城組火山巖儲層的非均質(zhì)性較嚴重。巖心綜合分析表明營城組流紋巖火山巖儲層的有效孔隙度和滲透率變化很大,巖石密度變化較大,為2.14～2.56g/cm3。1.2喉道特征對儲層氣井產(chǎn)能的影響恒速壓汞能夠給出巖石微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征信息,對巖石微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征給出精細的描述,兩個巖樣的常規(guī)壓汞結(jié)果相同或相近時,恒速壓汞結(jié)果有可能差別很大。恒速壓汞的檢測結(jié)果能夠分別提供孔隙和喉道的毛管壓力曲線,分別提供孔隙半徑分布、喉道半徑分布、孔隙—喉道半徑比分布等巖石微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征參數(shù),能夠反映巖樣內(nèi)部的喉道發(fā)育程度、孔隙發(fā)育程度及孔隙與喉道之間的配套發(fā)育程度(孔喉半徑比)等。根據(jù)恒速壓汞樣品測試分析結(jié)合鑄體薄片觀察,各類儲層的恒速壓汞特征表現(xiàn)為(表2):①總進汞飽和度較高達70%以上,其中喉道進汞飽和度較高(在30%左右),占總進汞飽和度的35%以上;喉道半徑范圍為0～9μm,平均為1.19μm,其中喉道半徑大于0.3μm的喉道頻率占39.5%;單位體積有效喉道體積為0.059mL/cm3;孔喉半徑比值為379.75,存在明顯的雙峰特征,第一峰范圍為0～300μm,峰值為60μm,第二峰范圍為300～1150μm,峰值為600μm。②總進汞飽和度為50%～70%,喉道進汞飽和度占總進汞飽和度為25%～35%,喉道半徑范圍為0～8μm,平均為1.15μm,其中喉道半徑大于0.3μm的喉道頻率占60%;單位體積有效喉道體積為0.02mL/cm3;孔喉半徑比值為445.33,存在弱雙峰特征,第一峰范圍為0～150μm,峰值為30μm,第二峰范圍為150～1300μm,峰值為900μm。③總進汞飽和度為40%～60%,其中喉道進汞飽和度較低在15%左右,占總進汞飽和度的25%以下;喉道半徑均在0.3μm以下,平均為0.21μm;單位體積有效喉道體積為0.015mL/cm3;孔喉半徑比值為687.7,為單峰特征,范圍為150～1200μm,峰值為600μm。該區(qū)火山巖儲層以Ⅱ類、Ⅲ類喉道為主,存在少量的Ⅰ類喉道。Ⅱ類和Ⅲ類喉道孔喉半徑比值大,表明大孔隙被小喉道控制,這對孔隙中氣體的流動是不利的,大孔隙內(nèi)的氣相難以流經(jīng)小喉道被采出。同時較大的孔喉半徑比值,也降低了氣相有效滲透率,使儲層對水鎖傷害效應較敏感,當有外來水相擠入氣藏后,由于氣藏巖石潤濕性為強親水,擠入水將優(yōu)先占據(jù)孔隙表面及喉道,水相有效滲透率逐步升高,也使氣井產(chǎn)能降低。總體上看,喉道特征對火山巖儲層氣井產(chǎn)能影響非常大。通過與國內(nèi)相同物性沉積巖儲層的孔喉特征進行比較,火山巖儲層喉道特征表現(xiàn)為孔喉比大,喉道數(shù)量少,孔隙匹配性差的特征,這種喉道特征是由火山噴發(fā)形成的火山巖儲層特有的孔喉結(jié)構(gòu)特征。1.3束縛水飽和度的確定通過常規(guī)的氣水相對滲透率測定可以分析儲層的流動特征及核磁共振分析實驗,可對儲層孔隙、喉道特征及流體的有效性進行評價,研究不同類型儲層的束縛水、可動水及含氣飽和度的變化,為氣田儲量評價、動態(tài)預測提供合理的依據(jù)。核磁共振實驗是根據(jù)巖石中各種孔喉的弛豫時間不同,通過在T2譜上表現(xiàn)為不同的譜峰特征判斷孔喉特點,利用弛豫時間差異定量檢測束縛水飽和度。當巖心飽和水后,孔隙內(nèi)水的賦存有兩種狀態(tài),一部分水處于自由可動狀態(tài),另一部分水處于束縛不可動狀態(tài)。束縛水處于小孔隙內(nèi)或大孔隙的表面,受孔隙固體表面的作用力強,此時核磁共振T2弛豫時間小,反之,可動水處于大孔隙內(nèi)部,與孔隙固體表面沒有緊密接觸,受孔隙固體表面的作用力弱,此時核磁共振T2弛豫時間大,因此利用核磁共振技術(shù)能夠檢測束縛水飽和度及可動水飽和度,可得出儲層含氣飽和度的上限?？蓜铀柡投却_定的關(guān)鍵是可動流體T2截止值的確定。根據(jù)大量巖心離心實驗結(jié)論:陸相沉積砂巖、礫巖儲層可取16ms,溶洞、裂縫型碳酸鹽巖儲層可取90ms,而火山巖可動流體T2截止值取多少還沒有確定值。為此,在升平、興城地區(qū)火山巖共對6塊小巖心做了離心實驗,其中4塊實測T2截止值為86.4ms,其余兩塊分別是72.0ms和103.7ms,因此平均值取86.4ms。ssg2井113號巖心的孔隙度為19.8%,核磁共振實驗得到的T2譜表現(xiàn)為雙峰,第一峰為束縛部分,基本不可動,確定束縛水飽和度為27.1%;第二峰為可動部分,為較大孔隙,可動水飽和度為72.9%(圖1)。通過對該區(qū)26塊樣品進行分析,束縛水飽和度為27.1%～82.3%,平均值為38.9%。根據(jù)儲層分類統(tǒng)計,其中Ⅰ類樣品7塊,Ⅱ類樣品5塊,Ⅲ類樣品13塊,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類的束縛水飽和度分別是32.3%、47.62%、59.26%,同時可得出各類儲層含氣飽和度的上限分別是67.7%、52.38%、40.74%。從各類儲層譜圖可以看出,不論是升深更2井的流紋巖還是升深2-7井的流紋質(zhì)火山角礫巖都具有雙峰特點,說明孔隙大小分布不均,既存在微孔又有相對較大的孔隙,儲層非均質(zhì)性嚴重。1.4孔和縫的組合性能(1)中高孔、中滲型儲層包括原生氣孔和溶蝕孔等微孔。氣孔是由于揮發(fā)成分的逸散作用而形成,儲集空間為氣孔,滲流通道為喉道,孔隙發(fā)育程度中、高,滲透率受喉道半徑和喉道發(fā)育程度的控制,因此一般這種類型屬于中高孔、中滲型。主要分布在噴溢相上部氣孔流紋巖中,這類儲層中裂縫不發(fā)育。微孔主要為角礫間孔、溶蝕孔和脫?；?滲流通道為喉道,孔隙發(fā)育中等。微孔所貢獻的儲集空間甚微,但分布較為普遍,主要分布在爆發(fā)相的熔結(jié)凝灰?guī)r、晶屑凝灰?guī)r和火山角礫巖中。(2)儲集空間及裂縫滲流系統(tǒng)主要在火山巖致密儲層中較為發(fā)育,在這種類型巖石中的各種孔隙作為主要儲集空間,孔隙之間主要由裂縫溝通,也有部分喉道連通,形成孔隙儲、裂縫滲的儲滲配置關(guān)系。主要分布在溢流相的中下部的氣孔流紋巖和爆發(fā)相的熔結(jié)凝灰?guī)r、晶屑凝灰?guī)r、火山角礫巖等巖石類型中。2儲后地層和壓后產(chǎn)能特征根據(jù)火山巖儲層大量的試氣資料分析,結(jié)合儲集空間特征對儲層進行分類及產(chǎn)能評價。各類儲層特征分為3類:①巖性主要是流紋巖和熔結(jié)凝灰?guī)r,以噴溢相上部亞相為主;孔隙度大于10%,滲透率大于5.0×10-3μm2,孔隙類型以原生大氣孔為主,裂縫不發(fā)育,以Ⅰ類孔隙和喉道特征為主,試氣時地層壓力恢復快,無阻流量高于60×104m3,測試自然產(chǎn)能高大于10×104m3/d;②巖性主要是流紋巖、角礫巖和凝灰?guī)r,以火山通道相、熱碎屑流亞相、噴溢相下部亞相為主;孔隙度為5.0%～10.0%,滲透率為1×10-3～5×10-3μm2,孔隙類型為原生小氣孔、礫內(nèi)礫間孔和火山灰溶孔,有少量裂縫,以Ⅱ類孔隙和喉道特征為主,試氣時地層壓力恢復較快,無阻流量為20×104～60×104m3,測試自然產(chǎn)能較高,為5×104～10×104m3/d,但壓后可獲較高工業(yè)氣流;③又分2類,一是巖性主要為流紋巖和凝灰?guī)r,以熱碎屑流亞相和噴溢相下部亞相為主;孔隙度小于5.0%,滲透率為0.1×10-3～1×10-3μm2,孔隙類型為微裂縫、小氣孔和火山灰溶孔,裂縫較發(fā)育,以Ⅲ類孔隙和喉道特征為主,物性相對較差;試氣時地層壓力恢復較慢,自然產(chǎn)能低于1×104m3/d,壓后基本能夠達到工業(yè)氣流4×104m3/d,壓后無阻流量平均為20×104m3;二是巖性主要是致密流紋巖和凝灰?guī)r,以噴溢相中部亞相和侵出相為主;孔隙度小于5.0%,滲透率小于0.1×10-3μm2;以IV類孔隙和Ⅲ類喉道特征為主,物性相對較差;壓后產(chǎn)能未達到工業(yè)氣流標準,目前基本無法動用。該區(qū)