中拐凸起火山巖裂縫型儲層相態發育模式

2019-05-13 01:59:36高雯君

特種油氣藏 2019年2期

張嘯，高雯君，李靜，張進，汪洋

(1.中國石油新疆油田分公司，新疆烏魯木齊 830018；2.中國石油運輸有限公司，新疆烏魯木齊 830018)

0 引言

火山巖儲層作為一類油氣資源潛力巨大的非常規儲集體，日益引起國內外學者的廣泛關注[1-4]。火山巖儲層在漫長的地質歷史時期經過強壓實作用和構造作用，現今一般表現為巖性致密、孔隙結構復雜、孔滲非常低、孔喉連通性差且非均質性強等特征。前人研究認為，火山巖巖性致密，強度及脆性程度較大，受到巖性、層厚、構造應力等多方面因素影響，火山巖會不同程度產生裂縫[5-11]。這些研究多局限于裂縫成因機理與裂縫對儲層影響的研究，并沒有建立一種有效表征火山巖裂縫發育的裂縫相模式，從空間配置上研究不同埋深條件下裂縫的發育規律以及其對火山巖儲層影響。因此，該文基于FMI測井資料結合常規測井資料、錄井和巖心資料，對中拐凸起石炭系火山巖裂縫發育模式進行研究，證實了不同空間配置下，裂縫發育程度以及不同裂縫對研究區火山巖儲層影響。

1 區域地質概況

中拐凸起位于準噶爾盆地西北緣克—烏斷裂帶和紅車斷裂帶的轉換部位[12]，是在石炭紀至二疊世擠壓應力場作用下形成的寬緩鼻狀古隆起。研究區三面臨凹[13]，為油氣運聚的有利區域。隨著JL10井在石炭系火山巖獲得高產油氣流，中拐凸起石炭系成為準噶爾盆地的重點勘探領域。根據已有鉆探成果顯示，研究區石炭系火山巖巖性復雜，不僅發育火山巖，同時還發育有沉積巖。儲層以低孔、低滲儲層為主，且儲層物性變化范圍較大，孔隙度為2.00%～12.00%，最大孔隙度為16.40%，最小孔隙度為1.30%，平均孔隙度為4.65%。巖心分析滲透率普遍在0.10 mD以下，因此，該區儲層為低孔、特低滲儲層。裂縫為該區油氣滲流提供有利“通道”。

2 裂縫發育特征的FMI測井響應

2.1 受巖性影響的裂縫發育特征

受火山巖巖性和非均質性的影響，常規測井無法準確地識別火山巖的巖性以及定性表征火山巖裂縫發育情況，而微電阻率掃描成像(FMI)測井主要是通過圖像特征和集合形態的變化來反映電阻率物理參數的差異，從而揭示地層的不同巖性和沉積構造的差異，具有很高的分辨率(約5 mm)，可以清楚地反映地層巖性、結構、構造以及井壁結構的變化[14]。該文利用FMI測井技術結合常規測井、錄井和巖心資料，對中拐凸起石炭系火山巖裂縫發育模式進行研究，為中拐凸起石炭系火山巖油藏的勘探開發提供幫助。

中拐凸起火山巖巖石類型包括凝灰巖、安山巖、火山角礫巖、英安巖等。對研究區35口井巖心薄片及測井響應特征等資料進行深入研究，統計出研究區主要巖石類型的常規測井數值范圍。

結合FMI測井發現對裂縫發育起到控制作用的巖石類型的FMI測井響應特征為：①凝灰巖。FMI靜態圖像表現為暗黃色到黃色，動態圖像上呈層狀(圖1a)或暗色點狀、半點狀及線狀(圖1b)，滲透性差。②安山巖。FMI靜態圖像上顯示為黃色到亮黃色，動態圖像表現為塊狀構造(圖1c)，有效裂縫較為發育。③火山角礫巖。FMI靜態圖像表現為黃色到亮黃色，動態圖像表現為亮色斑狀模式(圖1d)，部分層段發育暗色針孔狀溶蝕孔(圖1e)；④英安巖。FMI靜態圖像上顯示為黃色到亮黃色，動態圖像表現為塊狀構造(圖1f)，大部分層段裂縫較為發育或發育暗色溶蝕孔。對該區主要發育的4種火山巖裂縫統計，發現安山巖、英安巖裂縫最為發育，火山角礫巖裂縫較為發育，凝灰巖裂縫發育較少；安山巖平均裂縫發育為1.2條/m，英安巖平均裂縫發育為1.4條/m，火山角礫巖平均裂縫發育為0.8條/m，凝灰巖平均裂縫發育為0.2條/m。

2.2 構造對裂縫發育的控制作用

構造裂縫主要包括斷層型裂縫以及褶皺型裂縫。由于不同構造部位應力分布不同，使得裂縫發育程度差別很大。一般認為構造形變越大裂縫發育程度越高。例如構造曲率大的部位是裂縫發育的最佳部位，其次為斷鼻、褶皺和斷塊軸交點部位[15]。

斷層為裂縫發育的又一重要控制因素，斷層通過控制局部構造應力來影響火山巖裂縫分布。由于不同構造位置的構造應力分布不同。靠近斷層裂縫非常發育，而距離斷層較遠的井裂縫發育較少。如位于JL10井南斷裂附近的3口井，其平均裂縫密度為1.6條/m，而遠離斷裂的4口井裂縫密度均在0.5條/m，前者明顯好于后者。從鉆井所處位置的裂縫發育程度與斷層的關系反應出二者具有正相關性。

通過研究發現，由于地層局部構造應力分布不同，且其受到主控斷層發育控制，從而影響裂縫的發育程度。因此，構造位置對于火山巖裂縫發育起到一定的控制作用[16-21]。

2.3 風化淋濾對裂縫發育的控制作用

該區火山巖儲層受到強風化淋濾作用，不僅可以形成次生孔隙，對裂縫也有一定的改造作用。早期因火山巖體暴露在地表，受到長期風化與地表水淋濾作用，從而形成了大量的風化裂縫與溶蝕裂縫。這些裂縫形態極不規則，常被方解石或者泥質充填，且多發育于石炭系頂部風化殼附近。溶蝕裂縫是火山巖暴露地表遭受強烈的風化淋濾作用而產生，通常沿著早期形成的構造裂縫與風化裂縫縫面發育。因此，風化淋濾作用與研究區裂縫發育存在密切關系，風化淋濾程度越強，裂縫越發育。中拐凸起位于古構造高部位，風化淋濾作用強度大，影響深度較大。

研究該區35口井資料發現，火山巖風化殼以下0～200 m范圍內裂縫最為發育。主要裂縫發育類型為構造縫與溶蝕縫(圖2)。

圖1 研究區主要巖性的FMI測井響應特征

圖2 中拐凸起石炭系火山巖裂縫發育特征

2.4 FMI裂縫相類型

通過分析中拐凸起35口井的FMI測井資料，運用FMI裂縫相的概念，建立了表征研究區裂縫發育模式4種FMI裂縫相(圖3)。

(1) 無效裂縫相，即填充縫，主要是火山巖在裂縫形成初期被方解石、石英等礦物充填，以高電阻率異常出現，在FMI上的圖像特征為亮白色的正弦波條紋，連續性不明顯(圖3a)，這種裂縫滲透性差，不連通，儲集性能差。

圖3 典型FMI裂縫相類型

(2) 有效裂縫相，即張開縫，一般與層面不平行、不規則，由于泥漿的侵入，以高電導異常出現，在FMI上的圖像特征為暗色的正弦線或不規則網狀結構，連續性較好，這種裂縫滲透性好。按照其發育特征不同，又可將其分為斜交有效縫相(圖3b)、高角度有效縫相(圖3c)、低角度網狀有效縫相(圖3d)。

(3) 直劈溶蝕縫相，直劈溶蝕縫相在FMI動態圖像上可見寬度較大的深棕色至黑色垂直的高導縫(3e)，此類裂縫縱向延伸范圍較大。研究發現，此類FMI裂縫相多與斷層相伴生，在構造應力大的區域此類裂縫相最為發育。

(4) 溶蝕孔隙相，溶蝕孔的特點是形狀不規則，部分繼承了被溶蝕顆粒的本來形狀但邊緣圓滑，為高電導異常體，在FMI上的圖像特征為分散的不規則的暗色斑點(圖3f)。當裂縫與溶蝕孔隙混合發育時，使得儲集空間的相互溝通，易形成優質儲集層。

3 裂縫發育規律與配置關系

中拐凸起石炭系火山巖裂縫發育有明顯的分帶性，整體上分為上部表生裂縫發育帶和下部深埋裂縫發育帶，與之對應的FMI裂縫相模式也不相同。

表生裂縫帶發育于風化殼及以下200 m范圍內。受構造作用和風化淋濾的影響，使得火山巖裂縫發育受到較強的溶蝕作用，形成良好的孔隙性與滲透性，成為火山巖優勢儲集層。與表生裂縫帶對應的FMI裂縫相為有效裂縫相、溶蝕孔隙相與直劈溶蝕縫相。

深埋裂縫帶受到上覆壓力的影響，在火山巖成巖初期受到構造應力的影響，裂縫十分發育，但后期多為方解石等充填形成無效裂縫。深埋裂縫帶同時受到地下流體的溶蝕作用使得其發育有有效縫。與深埋裂縫帶對應的FMI裂縫相為無效裂縫相或有效裂縫相。

以JL11井為例探討裂縫發育的控制因素、位置與FMI裂縫相三者之間的關系(圖4)。該區發育有2套凝灰巖隔層，深度分別為3 117～3 180 m與3 199～3 205 m，有效裂縫發育較少，主要發育直劈溶蝕縫；在表生裂縫帶3 181～3 199 m處發育有安山巖，該井段裂縫十分發育，發育有效裂縫相、溶蝕孔隙相以及直劈溶蝕縫相，且直劈溶蝕縫相延伸至上部凝灰巖，使得該井段溶蝕作用增強，儲層物性變好。JL11井受構造應力作用，在3 180～3 199 m口壩單砂體劃分及剩、3 206～3 243 m、3 279～3 307 m、3 313～3 357 m井段裂縫極為發育，該井平均裂縫密度為1.2 條/m。對比其與表生裂縫帶儲層物性發現，受溶蝕改造影響，表生裂縫帶儲層物性好于深埋裂縫帶的安山巖儲層物性。通過實驗室分析數據表明，表生裂縫帶平均孔隙度為8.65%，平均滲透率為3.75 mD；而深埋裂縫帶平均孔隙度為5.43%，平均滲透率為0.10 mD。

圖4 研究區JL-11井裂縫發育規律與FMI裂縫相關系

綜上所述，巖性與斷層控制裂縫發育強度，靠近斷層裂縫明顯發育，而且裂縫發育程度在垂向上有明顯分帶性，上部為表生裂縫帶，下部為深埋裂縫帶，且裂縫發育模式的不同對儲層的改造作用也不盡相同。

4 應用效果

利用FMI測井資料，構建中拐凸起火山巖裂縫相發育模式(圖5)。石炭系上部為表生裂縫帶，下部為深埋裂縫帶。由圖5可知，有效裂縫相發育于石炭系頂界面下20～200 m，其他部位有效裂縫相發育程度較低。這種分布特征是由于研究區火山巖成巖之后長時間受到構造運動與風化淋濾的共同作用。火山巖受風化作用影響，風化殼附近火山巖巖體力學強度降低，脆性變大，容易受力破裂，易形成有效裂縫相、直劈溶蝕相以及溶蝕孔隙相。從而使得火山巖裂縫發育在縱向上呈明顯分異性，即距離石炭系頂界面以下一定深度范圍內裂縫非常發育，多種裂縫相互作用，有效改善儲層。但當超過一定深度以后，火山巖儲層受風化淋濾作用減弱，在同等構造應力的作用下，火山巖不易受力破裂產生裂縫，所以石炭系深層僅僅發育無效裂縫相以及少量的有效裂縫相。