三塘湖盆地牛东区块火山岩储层参数研究

陈恭洋 （长江大学计算机科学学院；长江大学地球科学学院，湖北荆州434023）

冯金燕 （长江大学地球科学学院，湖北荆州434023）

三塘湖盆地牛东区块火山岩储层参数研究

陈恭洋 （长江大学计算机科学学院；长江大学地球科学学院，湖北荆州434023）

冯金燕 （长江大学地球科学学院，湖北荆州434023）

根据测井解释理论和方法，利用三塘湖盆地牛东区块的测井资料及岩心资料，确定了牛东区块卡拉岗组火山岩岩性。通过建立火山岩岩性、物性、电性及含油性的相互关系制定油层解释图版，深入研究火山岩储层、油层的测井解释方法，确定火山岩储层物性下限。从而为牛东区块测井解释和探明储量计算提供了依据，为油田下一步的开发奠定了基础。

三塘湖盆地；牛东地区；火山岩储层；测井解释；油层下限

随着火山岩油气藏勘探的不断深入，火山岩储集层研究与评价已成为众多学者关注的焦点［1～4］。三塘湖盆地牛东区块石炭系卡拉岗组以发育巨厚的火山岩为特征［5］，由于该区火山岩储层强烈的宏观和微观非均质性，对油气成藏和开采都有着重大的影响。笔者以岩心资料为刻度，探讨了通过测井资料建立该区火山岩储层岩性、复杂孔隙空间类型识别以及评价模型的方法。

1 岩性识别

由于岩心资料有限，且常规测井资料不能对火山岩各种岩类进行更为准确的区分，故需要充分利用已有成像测井（FMI）资料来建立测井相模式（图1）。FMI既能在垂向上分析宏观构造和相序组合，又能在微观上分析细致结构特征，使测井资料地质解释更加精确，为研究该区火山岩岩性特征提供了丰富的地质信息。

1.1 成像测井资料识别

1）自碎角砾熔岩在成像上呈碎颗粒状或碎片状，排列紧密（图1（a））。

2）火山角砾岩在成像上为颗粒状、孔缝清晰（图1（b））。

3）溢流相为熔岩类，一般为块状，冷凝收缩节理发育，成像清晰（图1（c））。

4）沉凝灰岩成像上层理清晰，类似沉积岩，静态图象上看黑色低阻特征较为明显（图1（d））。5）凝灰岩成像粗糙，麻点状，依稀可分辨岩石内部颗粒（图1（e））。

1.2 常规测井资料识别

由于火山岩岩性复杂，通过多种测井资料配合使用才能较准确地划分岩性，经分析发现，对岩性敏感、可以用来区分岩性的测井曲线主要有自然伽马曲线（GR）、声波曲线（AC）、地层真电阻率曲线（RD）。

利用工区27口井、290块薄片分析资料刻度常规测井资料，在岩心归位后提取其相对应的测井参数（GR、AC、RD），制作如图2所示的岩性识别图版。将三塘湖盆地牛东区块石炭系火山岩分为：熔岩类和火山碎屑岩2大类。熔岩类主要为玄武岩、安山岩、杏仁状玄武岩（安山岩）；火山碎屑岩类主要为凝灰岩、火山角砾岩。2大类的识别界线难以确定，但其亚类识别界线则可以确定，其识别标准如下：

1）凝灰岩RD＜25Ω·m；火山角砾岩、安山岩RD＞80Ω·m。

图1 牛东区块火山岩岩性FMI典型图象

2）玄武岩GR＜45API；凝灰岩、安山岩GR＞55API。

3）火山角砾岩AC＞195μs／m；凝灰岩AC＞230μs／m；杏仁状熔岩AC＞230μs／m。

图2 牛东9－10井火山岩岩性识别图版

综合起来，研究区的岩性－岩相关系大致可以归纳为：将玄武岩、安山岩划入溢流相，火山角砾岩和凝灰岩划入爆发相，沉凝灰岩划入过渡相。通过对研究区范围内91口井岩石相厚度统计，玄武岩占47%，安山岩占27.8%，火山角砾岩占16%，（沉）凝灰岩占9.2%。以溢流相（玄武岩）为主，其次为爆发相。

2 储层基质物性参数解释模型

2.1 孔隙度模型

原生孔隙主要发育在爆发相、溢流相中，它是储层后期溶蚀、充填改造的物质基础［6］。由于研究区火山岩储层的特殊性，有效储层往往是由低角度裂缝沟通溶蚀孔隙，这十分有利于声波测井的响应。爆发相的火山碎屑岩的碎屑颗粒的岩性较溢流相的熔岩岩性致密，从测井解释理论上讲，由于骨架参数不一致。因而，用分岩性孔隙度模型进行表征是比较合理的。

研究中共收集了牛东9－8井、牛东9－10井、马17井、马19井等4口井的取心资料，采用岩心分析孔隙度测量值杆状图与测井曲线一致的方法对岩心按测井深度进行归位。将所选取的岩心样品归位后，分层读取孔隙度样品对应深度的声波时差值，建立储层孔隙度的声波测井解释模型为（图3（a））：

采用岩心刻度测井，建立分岩性的孔隙度解释模型：

熔岩类（图3（b））：

角砾岩类（图3（c）

式中，AC为根据声波时差计算的基质孔隙度，%；AC为声波时差测井值，μs／m；R2为相关系数，小数；N为样品数。

用岩心刻度测井的方法，同样可以建立密度测井孔隙度解释模型（图3（d））：

式中，DEN为根据密度计算的岩石总孔隙度，%；DEN为密度测井值，g／cm3。

图3 牛东区块孔隙度测井解释模型

对比岩心分析孔隙度数据表明，声波测井解释模型AC解释精度相对较高。该孔隙度解释模型中，分岩性对目的层段所有溢流相和爆发相的岩性样品分析孔隙度有较高一致性。其原因就在于，爆发相的火山碎屑岩的碎屑颗粒的岩性较溢流相的熔岩岩性致密，熔岩类孔缝比较发育。从测井解释理论上讲，由于骨架参数不一致。因而，用分岩性孔隙度解释模型去表征比较合理。

2.2 渗透率模型

储层渗透率为一个动态参数，目前还没有一种测井方法能够直接测量，通常的解决方案是建立岩心渗透率与孔隙度的回归方程。对于复杂岩性和孔隙结构的储层，渗透率解释精度的高低取决于如何考虑岩性和裂缝的不同对渗透率的影响。在该次研究中，只考虑基质孔隙度对储层的影响，建立回归方程：

式中，K为储层渗透率，10－3μm2；为基质孔隙度，%。

2.3 含油饱和度模型

2.3.1 阿尔奇公式法

对于牛东区块的火山岩储层，当储层受后期裂缝和溶蚀孔洞改造，物性较好时，其储层含油气特征类似于碎屑岩储层，其基质饱和度采用阿尔奇公式［7］计算：

式中，Soi为地层原始含油饱和度，%；Rt为油层电阻率，Ω·m；Rw为地层水电阻率，Ω·m；为油藏平均有效孔隙度，%；a、b为与岩性有关的系数；m为与油层孔隙结构相关的指数；n为油层饱和度指数。

1）a、b、m、n值的确定：依据牛东9－10井岩电试验分岩性确定，具体见表1。

表1 牛东9－10井卡拉岗组储层岩电试验结果

图4 储层3类压汞曲线

2）地层水电阻率的确定：研究区地层水水型为CaCl2型，总矿化度平均3000～4000mg／L，地层温度55℃。对照地层水电阻率图版，确定油藏地层水电阻率Rw为0.40Ω·m。

2.3.2 压汞法

含油饱和度的大小取决于储层的孔隙结构、油柱高度的大小和地层中油水密度差。因此，在已知油柱高度、油水密度差的情况下，可以利用压汞资料采用油柱高度法确定油藏的原始含油饱和度。根据油层段岩心压汞分析结果，经J函数处理得到油藏的平均毛细管引力曲线，应用下式建立油柱高度与毛细管压力的关系，进而求取油藏的原始地层含油饱和度。

式中，（Pc）R为油藏平均毛细管压力，MPa；H为油藏的自由水面以上高度，m；ρw、ρo为分别为油藏条件下油与水的密度，g／cm3；g为重力加速度，m／s2。

根据研究区马17井、马19井、牛东9－10井卡拉岗组的压汞曲线和（R为电阻率；K为渗透率；为孔隙度）的特征。结合物性和孔隙类型发育特征可将卡拉岗组火山岩储层压汞曲线分为3类（图4）：

式中，Sw为含水饱和度，%。

应用该套模型所计算的油藏饱和度模型与测井解释的饱和度具有很好的一致性。

3 储层裂缝的测井解释模型

国内外资料的统计表明［8］，火山岩裂缝孔隙度一般小于1%，裂缝具有低孔高渗的特点。因此，对储层裂缝的评价关键是裂缝强度的识别、裂缝产状和方向和裂缝对渗透率的贡献。

3.1 裂缝强度

牛东区块火山岩储层中一个重要的特点是地层中80%发育为低角度裂缝，根据测井响应机理，可以用下列公式评价低角度裂缝发育强度：

式中，FRH为裂缝发育强度，小数。

该低角度裂缝解释参数，与FMI裂缝图像和气测录井符合较好。

3.2 裂缝孔隙度模型

利用双侧向电阻率测井资料求取裂缝孔隙度、张开度，判别裂缝的状态，是目前行之有效的方法［9］。采用深浅双侧向法，对裂缝的倾角几何特征进行判识：

式中，Y为裂缝产状识别指数，小数；Rd为深侧向地层电阻率，Ω·m；Rs为浅侧向地层电阻率，Ω·m。

当Y＞0时，为高角度缝，且值越大裂缝倾角越大；当Y＜0时，为低角度缝，且值越小角度越小。

然而，除裂缝以外，岩性、物性、含油性都会对双侧向测井产生不同的影响。因此，在研究过程中，还应具体问题具体分析。

以裂缝定性识别技术为基础，根据研究区钻井取心和成像测井资料，结合常规测井资料综合研究，通过岩心分析资料和成像测井资料解释成果对常规测井资料进行标定，最终确定利用双侧向测井资料求取裂缝孔隙度的方法［10］。

1）当Y＞0时，为高角度裂缝，其裂缝孔隙度为：

2）当Y＜0时，为低角度裂缝，其裂缝孔隙度为：

式中，f为裂缝孔隙度，%；Rmf为泥浆滤液电阻率，Ω·m。

由于资料有限，缺少泥浆滤液电阻率参数。所以以牛东9－10井为例，将算出的总孔隙度的值与密度拟合得出总孔隙度的模型。从而，裂缝孔隙度为以上算出的密度孔隙度与声波孔隙度的差值，即是：

熔岩类：

角砾岩类：

从计算结果与岩心分析结果的对比来看，裂缝孔隙度和基质孔隙度都具有较好的一致性。

4 储层评价

4.1 岩性与含油性的关系

根据研究区录井资料的统计，研究区主要储层的优势岩性有：小气孔杏仁玄武岩、气孔玄武岩、裂缝性熔岩和脆裂凝灰质角砾岩，这4种岩性占了所有气测显示段的88%，而所有其他岩性的气测显示仅占12%。凝灰岩在研究区一般为非储层，从岩石物理测井响应分析，可以确定，当GR大于45API时，为凝灰岩响应。

4.2 物性、电性与含油性的关系

结合试油资料，根据电阻率－声波时差、电阻率－孔隙度交汇图分析（图5、6），牛东区块卡拉岗组火山岩油藏中油层的Rt越大、越大，Sw越低。当Rt大于30Ω·m，AC大于215μs／m，＞9%，含水饱和度Sw小于60%。

图5 电阻率与声波时差交汇图

图6 电阻率与孔隙度交汇图

4.3 储层有效厚度标准

综合前述岩性、物性、电性和含油性的研究结果，建立研究区火山岩储层油、水层的判别标准见表2。

表2 牛东区块卡拉岗组火山岩储层有效厚度下限标准

4.4 储层分类评价

选取试油试采阶段和分层测产液剖面中所表现出的典型的高、中、低产和干井井段，通过不同类型储层的单层厚度的物性关系分析和根据岩心刻度的渗透率和孔隙度的交会分析（图7）将研究区储层划分为3类。

Ⅰ类储层：＞12%，K＞1.85×10－3μm2，孔隙度和渗透率具有很好的相关性，该类储层的孔隙沟通好，对渗透率贡献大。

Ⅱ类储层：为10%～12%，K＞0.89×10－3μm2，该类储层孔隙连通性不如Ⅰ类。

Ⅲ类储层：为8%～10%，为差油层；当为5.6%～8%时，需要有裂缝的发育才能够使其渗透率提高0.43×10－3μm2；如果没有裂缝的发育，则下降为干层。

总之，火山岩储层必须具有一定的厚度和规模才能够保持较好的累积产量，因为火山的每次溢流喷发面积不大，所形成的储层分布局限。这样，多次溢流喷发而局部分布的储层形成复杂的叠置关系，如果中间缺乏有效的沟通，则对单一的火山岩储层，厚度和规模的大小将直接影响该层的累产和经济极限产量。

图7孔隙度-渗透率交汇图

5 结 论

1）利用常规测井资料可以有效地识别火山岩的岩性，分岩性可以建立起相关程度较高的火山岩储层基质物性参数解释模型。

2）通过深、浅双侧向电阻率法可以很好地判断火山岩裂缝发育产状，并能建立起不同产状下的裂缝孔隙度计算模型。

3）综合岩性、物性、电性和含油性的研究成果，建立了研究区火山岩储层的有效厚度标准，为该区块探明石油地质储量评价提供了有效的参数基础。

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［编辑］ 宋换新

29 Parameters Research of Volcanic Reservoirs in Niudong Block of Santanghu Basin

CHEN Gong－yang，FENG Jin－yan

（First Authors Address：College of Computer Sciences；College of Geosciences，Yangtze University，Jingzhou434023，Hubei，China，）

On the basis of the theory and the methods of logging interpretation，the log data and rock core data were dyployed to determine the volcanic lithologics in Kalagang Formation of Niudong Block in Santanghu Basin.By establishing the relationship of the lithology，physical property and electrical property，the chartboard of oil layer interpretation was established.By means of studying the volcanic reservoirs，the logging interpretation method are deeply studied for determining the physical property.It provides a basis for the log interpretation and the reserves calculation of Niudong Block and for the next development.

Santanghu Basin；Niudong Block；volcanic rock reservoir；log interpretation；low limit of reservoir

book=156,ebook=156

TE122.2

A

1000－9752（2012）06－0029－07

2012－03－12

油气资源与探测国家重点实验室开放项目（KFKT2010－2）。

陈恭洋（1963－），男，1984年大学毕业，博士，教授，现主要从事石油地质学的教学与研究工作。