川西地區(qū)火山碎屑熔巖氣層低阻成因淺析

吳煜宇 李 亞 賴 強(qiáng) 謝 冰 殷 榕 李 庚

1.中國石油西南油氣田公司勘探開發(fā)研究院 2.中國石油川慶鉆探工程有限公司地質(zhì)勘探開發(fā)研究院

0 引言

近期，四川盆地西部二疊系峨眉山玄武巖組基性火山碎屑熔巖成功鉆探并獲高產(chǎn)工業(yè)氣流，實(shí)現(xiàn)了盆內(nèi)火山巖氣藏勘探的重大突破，證實(shí)了四川盆地二疊系具有較大的勘探潛力。針對該套火山碎屑熔巖儲層，在構(gòu)造、巖性巖相、儲層特征等領(lǐng)域開展了大量的研究工作，獲得了較多地質(zhì)認(rèn)識[1-6]。但對氣水分布規(guī)律的認(rèn)識還不明確，主要原因在于，與國內(nèi)外已發(fā)現(xiàn)和探明的火山儲層相比[7-10]，四川盆地火山碎屑巖氣層具有低電阻率、低深淺電阻率差異的特征，因其低阻成因機(jī)理不清，測井氣水層判別面臨挑戰(zhàn)，建立在測井評價(jià)基礎(chǔ)上的早期氣藏氣水分布規(guī)律探尋受到制約，因此亟需開展火山巖氣層低阻成因機(jī)理研究。

針對低阻油氣層的形成機(jī)理，國內(nèi)外學(xué)者開展了大量的研究，取得了一定的成果和認(rèn)識[11-17]，盡管不同低阻油氣藏具有各自的儲層與地質(zhì)特點(diǎn)，但總結(jié)起來主要的成因包括：高礦化度地層水、高束縛水飽和度、高黏土礦物附加導(dǎo)電、復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)、陽離子附加導(dǎo)電、高導(dǎo)礦物、構(gòu)造幅度差異、沉積相帶和泥漿侵入、裂縫發(fā)育等。這些研究大多針對沉積巖地層，尤其是砂泥巖地層，而針對火山巖地層的低阻成因研究則鮮有報(bào)道。相對于沉積巖，火山巖的沉積、成巖及后期改造等作用更加復(fù)雜多樣，如火山巖礦物組分更加復(fù)雜多樣，易發(fā)生蝕變生成黏土礦物導(dǎo)致地層導(dǎo)電機(jī)理復(fù)雜化，單純利用沉積巖的低阻成因機(jī)理進(jìn)行分析具有一定局限性。筆者基于巖心孔滲、XRD衍射、CT掃描、恒速壓汞、掃描電鏡和相滲等巖石物理實(shí)驗(yàn)，結(jié)合地質(zhì)和測井資料，從巖性、孔隙結(jié)構(gòu)和蝕變礦物類型及特征等方面開展川西火山巖低阻成因研究。

1 地質(zhì)概況

受東吳運(yùn)動的影響，云南地區(qū)發(fā)生強(qiáng)烈火山噴發(fā)事件，發(fā)育了巨厚“峨眉山玄武巖”。四川盆地內(nèi)火山巖主要分布在川西—蜀南地區(qū)二疊系中上部，為一套穿時(shí)地層，整體上具有西南厚，東北薄的特點(diǎn)，局部地區(qū)受基底斷裂發(fā)育形成小型噴發(fā)中心，從而形成局部火山巖厚值區(qū)，如成都—簡陽地區(qū)（圖1），該區(qū)儲層巖性主要為偏堿性的基性火山碎屑巖和基性淺層侵入巖。儲層主要發(fā)育在火山碎屑巖地層，巖心物性分析表明，儲集層孔隙度為4.23%～23.12%，平均為14.08%，滲透率主要分布在0.01～0.68 mD，平均0.27 mD，屬中高孔低滲儲集層；儲層整體表現(xiàn)為低自然伽馬、低補(bǔ)償密度、低電阻率、高聲波時(shí)差、高補(bǔ)償中子的“三低兩高”測井響應(yīng)特征，其中電阻率主要介于5～20 Ω·m，目前，測試已證實(shí)的氣層電阻率最低可達(dá)3 Ω·m。對比國內(nèi)新疆準(zhǔn)噶爾盆地、松遼盆地和二連盆地火山巖儲層，低電阻率是四川盆地川西地區(qū)火山碎屑熔巖氣層的最大特點(diǎn)。

經(jīng)營效果調(diào)查顯示(表3)，人工翻耕與機(jī)器翻耕的毛竹林，產(chǎn)出的鞭筍量存在較大差異。人工翻耕平均出筍支數(shù)為2 761支/667 m2，產(chǎn)量為451.56 kg/667 m2，產(chǎn)值為4 994元/667 m2；機(jī)器翻耕平均出筍支數(shù)為3 388支/667 m2，產(chǎn)量為546.94 kg/667 m2，產(chǎn)值為6 603元/667 m2。人工翻耕林地最低出筍2 294支/667 m2，產(chǎn)量362.85 kg/667 m2，產(chǎn)值4 020.68元/667 m2；機(jī)器翻耕林地最高可出筍3 762支/667 m2，產(chǎn)量達(dá)617.64 kg/667 m2，產(chǎn)值達(dá)7 262.30元/667 m2。

2 巖性巖相分析

不同的火山巖相結(jié)構(gòu)和構(gòu)造具有明顯差異，與之對應(yīng)的巖性差異也較大。火山巖相不僅控制了火山巖的巖性，更是影響火山巖儲集層的重要因素[18～19]。根據(jù)四川盆地川西地區(qū)已鉆5口井的測井和取心巖性描述資料表明，該區(qū)主要發(fā)育3種火山巖相：溢流相、噴溢相和侵入相。

從火山噴發(fā)角度看，噴溢相是火山活動初期熔巖從地下深處經(jīng)火山通道上升地表，自火山口向外強(qiáng)烈爆發(fā)，形成大量玻屑及漿屑，同時(shí)攜帶大量隱爆的火山角礫或茅口組的石灰?guī)r角礫一同噴發(fā)出地表，形成含多種角礫碎屑的火山碎屑熔巖。由于爆發(fā)作用強(qiáng)烈而短暫，玻屑及漿屑迅速冷卻，礦物來不及結(jié)晶，加之角礫與火山熔巖溫差較大，加速了降溫過程，導(dǎo)致地層中玻璃質(zhì)含量較高，易形成脫玻化微孔；同時(shí)，巖漿中富鉀長石和富鈉長石在后期成巖改造過程中也易溶蝕形成微孔，兩種作用相互疊加改造，造成火山碎屑熔巖發(fā)育大量微米級孔隙，由于微孔隙具有較高的“比表面”易吸附地層水造成地層形成良好的導(dǎo)電通路，使地層電阻率降低。

通過對比鉆井取心段火山巖電阻率，不同火山巖巖性電阻率差異較大；噴溢相火山碎屑熔巖電阻率最低（圖2），平均不到10 Ω·m，其次是超淺成侵入相粒玄巖，溢流相玄武質(zhì)熔巖和淺成侵入相輝綠玢巖電阻率則相對較高。

采集兩組患者的臨床資料、臨床特征及冠狀動脈造影特點(diǎn)，并進(jìn)行分析。冠狀動脈造影術(shù)應(yīng)用Judkins法，經(jīng)撓動脈或股動脈進(jìn)行穿刺，并將6F或7F血管鞘置入。

溢流相巖性主要為偏堿性基性—超基性玄武質(zhì)熔巖，在四川盆地大面積分布，為峨眉山大火山巖省主體區(qū)內(nèi)的巖漿向盆內(nèi)溢流而成；噴溢相以偏堿性的基性火山碎屑熔巖為主，其噴發(fā)中心在成都—簡陽地區(qū)，是四川盆地近期火山巖氣藏勘探發(fā)現(xiàn)的主要相帶；侵入相是指巖漿侵入地層而未出露地表冷凝形成的巖石，四川盆地侵入相巖相根據(jù)結(jié)晶程度不同又分為淺成侵入相輝綠玢巖和超淺成侵入的粒玄巖。

采用SPSS 18.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，計(jì)量資料以“±s”表示，計(jì)數(shù)資料采用x2檢驗(yàn)，采用t檢驗(yàn)，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

鑄體薄片和掃描電鏡顯示川西火山碎屑熔巖發(fā)育脫玻化溶蝕微孔和長石粒間溶孔，呈彌散狀連片發(fā)育。空間展布上，高分辨CT掃描實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，川西火山碎屑熔巖儲層微孔隙呈蜂窩狀發(fā)育，孔喉結(jié)構(gòu)分布較均勻，連通性較好（圖3）。

3 孔隙結(jié)構(gòu)特征

溢流相火山熔巖為巖漿持續(xù)緩慢溢流形成，由于厚度較大、內(nèi)部冷卻緩慢，大部分氣體在溢流過程中散逸而氣孔僅在頂面發(fā)育，內(nèi)部緩慢結(jié)晶而玻璃質(zhì)含量低，后期孔隙發(fā)育少，巖性整體較致密，電阻率較高；超淺成侵入相粒玄巖由于靠近地表，巖漿侵入過程中與圍巖溫差較大，成巖時(shí)易形成冷凝收縮縫，被后期導(dǎo)電礦物如綠泥石等充填，形成較好的導(dǎo)電通路，地層電阻率略低；輝綠玢巖由于侵入深度相對較大，與上覆粒玄巖溫差較小，礦物結(jié)晶好，孔隙、裂縫不發(fā)育，電阻率相對較高。因此，火山沉積相與火山巖地層電阻率密切相關(guān)。

與正常沉積巖相比，火山巖地層形成時(shí)受熱液和孔隙流體等因素的影響易發(fā)生蝕變[21]，四川盆地火山巖巖漿以基性為主，暗色礦物含量高，因此更易蝕變。蝕變礦物主要有黏土礦物、方解石、榍石和燧石等。

狠抓落實(shí) 以優(yōu)異成績向新時(shí)代獻(xiàn)禮 ..................................................................................................................1-1

4 蝕變特征

恒速壓汞因以極低恒定速度向巖樣內(nèi)進(jìn)汞，為準(zhǔn)靜態(tài)進(jìn)汞過程，能有效將孔隙和喉道分開，實(shí)現(xiàn)對喉道的測量[20]。根據(jù)多塊川西火山碎屑熔巖恒速壓汞的實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，孔隙半徑主要集中在15～20 μm，與致密砂巖儲層孔隙半徑相當(dāng)，喉道半徑主要分布于0.1～0.3 μm（圖4），喉道半徑較小，這些微孔隙及喉道具有較高的“比表面”，使得巖石顆粒表面易吸附地層中的水造成地層具有較高的束縛水飽和度，從而降低地層電阻率。

根據(jù)204塊鑄體薄片及XRD衍射實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,四川盆地火山巖蝕變以黏土礦物綠泥石化為主，含少量燧石（圖5）；川西火山碎屑熔巖黏土礦物綠泥石含量最高（圖6），蝕變程度最強(qiáng)，玄武質(zhì)熔巖和粒玄巖次之，輝綠玢巖中黏土礦物含量最低，蝕變程度最弱。蝕變程度的強(qiáng)弱與儲層的物性和電阻率均密切相關(guān)，火山碎屑巖由于受脫玻化和長石溶蝕作用，微孔隙非常發(fā)育，連通性好，束縛在巖石表面的地層水加劇了地層的蝕變程度。圖7為掃描電鏡下火山碎屑熔巖顆粒和孔隙的微觀特征，可以看到蝕變的綠泥石礦物大量黏附于巖石顆粒的表面，形成比較連續(xù)的薄膜“黏土殼”，這層“黏土殼”充填于脫玻化微孔隙空間，一方面進(jìn)一步減小了孔隙和喉道的半徑改變了孔隙結(jié)構(gòu)，降低了儲層物性；另一方面由于黏土具有晶體結(jié)構(gòu)含大量結(jié)構(gòu)水和吸附水，導(dǎo)致地層具有較高的泥質(zhì)束縛水和毛管束縛水，地層導(dǎo)電能力得到極大的加強(qiáng)，進(jìn)一步降低地層電阻率。圖8為YT1和TF2井火山碎屑熔巖段柱塞樣巖心孔滲實(shí)驗(yàn)結(jié)果，由圖可知，氣相的起跳點(diǎn)主要集中在含水飽和度40%左右，個(gè)別樣品甚至接近50%，而氣相和水相的交點(diǎn)，即等滲點(diǎn)基本在含水飽和度70%左右，反映儲層具有很高的束縛水含水飽和度。玄武質(zhì)熔巖和侵入巖則很致密，物性差，后期蝕變程度弱，蝕變綠泥石黏土礦物含量少且不連續(xù)，未形成良好的導(dǎo)電通路，地層電阻率高。因此，微孔隙結(jié)構(gòu)和高蝕變黏土礦物的雙重疊加作用造成的地層高束縛水飽和度是川西火山碎屑熔巖氣層低阻成巖的微觀主控因素。

圖7 川西火山碎屑熔巖黏土礦物分布特征圖

圖8 川西火山碎屑熔巖氣水兩相滲透率曲線圖

5 測井評價(jià)分析

圖9為YT1井測井解釋成果圖，左起第5道為巖心標(biāo)定測井后的測井巖性識別結(jié)果，該井自下而上依次發(fā)育淺成侵入相輝綠玢巖、超淺成侵入相粒玄巖、噴溢相火山碎屑熔巖和溢流相玄武質(zhì)熔巖，可以看到不同巖性電阻率差異很大，有利儲集巖性火山碎屑熔巖測井電阻率最低（第4道）。第8道為束縛水飽和度計(jì)算結(jié)果，該結(jié)果根據(jù)川西地區(qū)火山碎屑熔巖柱塞樣巖心樣品壓汞和氣水相滲實(shí)驗(yàn)結(jié)果擬合的孔隙度和飽和度關(guān)系計(jì)算而來，由圖可知，該井火山碎屑熔巖段束縛水飽和度整體在30%以上，射孔段（5 630～5 675 m井段）束縛水含水飽和度為36%，經(jīng)測試獲22.5×104m3/d高產(chǎn)工業(yè)氣，不產(chǎn)水，進(jìn)一步證實(shí)川西火山碎屑熔巖為高束縛水飽和度氣藏。

圖9 YT1井測井解釋綜合圖

6 結(jié)論

1) 火山巖相控制火山巖巖性，噴溢相火山碎屑熔巖成巖時(shí)與圍巖溫差大，冷凝速度快，礦物結(jié)晶程度低，玻璃質(zhì)含量高，為后期脫玻化微孔隙發(fā)育和礦物蝕變奠定了基礎(chǔ)，因此，火山巖相是低阻氣層的宏觀主控因素。

2) 微觀上，川西火山碎屑熔巖脫玻化形成大量微小孔隙，且連片發(fā)育，易吸附地層水形成良好的導(dǎo)電通路導(dǎo)致地層電阻率降低，同時(shí)，脫玻化孔的形成加劇了火山巖的蝕變程度，蝕變后的綠泥石以“孔隙內(nèi)襯式”附著在孔隙壁上形成比較連續(xù)的“黏土殼”，經(jīng)吸附大量地層水進(jìn)一步導(dǎo)致地層束縛水含量增高，加劇了地層的導(dǎo)電能力，地層電阻率進(jìn)一步降低，因此，脫玻化形成的大量微孔隙和高度蝕變形成的綠泥石“黏土殼”，雙重疊加作用造成的高束縛水飽和度是川西火山碎屑熔巖氣層低阻的微觀主控因素。