2020, Vol. 29
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2. 冀东油田公司 勘探开发研究院, 河北 唐山 063000
2. Exploration and Development Institute of Jidong Oilfield Co., Ltd., Tangshan 063000, Hebei Province, China
南堡凹陷位于渤海湾盆地的黄骅拗陷北部.南堡1号构造取得了重大发现，2004年9月，老堡南1井勘探取得重大突破，在奥陶系获日产700 m3高产工业油流，试采22个月稳定日产量200 t以上.本文讨论的南堡5号构造位于南堡1号构造的北西部位.南堡5号构造沙河街组在沉积时期有比较强烈的火山活动，火山岩由于分布范围广，而且厚度大，成为一个主要的勘探对象[1-2].然而火山岩储层物性下限一直无法很好地确定下来，影响了该区的开发布置和储量的评估.
随着勘探和开发的不断深入，火山岩储层逐渐成为研究的目标.人们对火山岩储层下限的研究也逐渐增多，有很多确定物性下限的方法，但蚀变对物性影响，尤其是对下限的影响目前尚不清楚.国内外很多学者对物性下限及其确定方法进行了研究[3].万玲等[4]将分布函数曲线法应用在鄂尔多斯盆地中部气田；郭睿[5]应用钻井液侵入法、含油产状法等进行储层有效性分析；魏小薇等[6]采用核磁共振、渗流能力模拟等方法确定川中沙一段油藏的物性下限；邵长新等[7]在东营凹陷深部碎屑岩储层用试油资料确定储层下限；焦翠华等[8]综合利用含油产状法和核磁共振法确定了永进油田西山窑组储集层的有效物性下限；黎菁等[9]采用经验统计法和孔隙结构参数分布等方法对苏里格气田东区致密砂岩气层物性下限进行了研究；张凤奇等[10]综合运用多方法分析了鄂尔多斯盆地中生界主力含油层系有效厚度物性下限；王岩泉等[11]综合运用经验系数法等确定了辽河盆地火山岩有效储层物性下限.孙茹雪等[12]对松辽盆地中基性火山岩有效储层物性下限进行了研究.从查阅的文献可以看出：这些方法大多数是针对碎屑岩储层，而针对火山岩储层的很少，且没有考虑蚀变对孔隙度和渗透率的影响.火山岩蚀变使储层孔隙结构发生很大变化.本文从火山岩的蚀变机理入手，分析蚀变对物性的影响，然后根据实际分析资料，首次采用经验统计法、孔隙度-渗透率交会图法、压力敏感法、最小含油喉道半径法和压汞参数法确定南堡5号蚀变火山岩储层的物性下限，并与其他地区的同类型储层的物性下限进行了对比.
1 火山岩蚀变及其对储层物性的影响火山岩形成时受到含矿热液的影响，成岩后又受到风化淋滤作用，容易蚀变产生次生矿物.研究区火山岩主要分为火山熔岩、火山碎屑岩和火山碎屑沉积岩三大类，主要是火山熔岩，中间夹有不等厚度的火山碎屑岩.东部主要是基性火山岩，有玄武岩、玄武质凝灰岩、玄武质角砾岩.西部主要是酸性火山岩，包括流纹岩、流纹质凝灰岩、流纹质角砾岩和少量基性玄武岩.大量的薄片和扫描电镜分析资料已经证实研究区玄武岩往往存在着不同程度的蚀变，包括绿泥石化（泥化）、碳酸盐化和绢云母化.从X井3909.0 m杏仁状玄武岩薄片（图 1）可以看出：气孔呈泡沫状，先期充填少量硅质，后期充填大量绿泥石构成杏仁，少量方解石交代. Y井4145.64 m泥化杏仁状玄武岩的薄片（图 2）显示玻基斑状结构，斑晶为基性斜长石，玻璃基质强烈绢云母化和绿泥石化，密集气孔被绿泥石、方解石充填为杏仁.
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图 1 蚀变的杏仁状玄武岩 Fig.1 Altered amygdaloidal basalt 正交偏光（under crossed-polarized microscope），200x |
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图 2 泥化杏仁状玄武岩 Fig.2 Argillic amygdaloidal basalt 单偏光（under plane-polarized microscope），100x |
火山物质在蚀变过程中，随着不同的成岩变化过程，对储集层的影响明显不同.刚开始的蚀变过程会促进孔隙溶蚀，使得物性变好.蚀变严重以后，充填的绿泥石会慢慢使物性变差，而且充填碳酸钙后物性在不同时期会有明显差别.一方面，原生孔隙被碳酸盐胶结物占据，破坏了储层的孔隙度；另一方面孔隙中充填了碳酸盐胶结物，增强了储层的抗压实能力，有利于后期溶解及溶蚀作用以及形成构造缝[13].如果有机酸从烃源岩排出后进到岩层，方解石的后期溶蚀作用会使储集层的物性大幅增加.碳酸盐交代凝灰质以后，如果再经受溶解会产生次生孔隙[14].魏翔宇等[15]的研究表明：从总体上来讲，中基性火山岩的蚀变对成储是有利的.根据4口井32块火山岩全岩矿物分析结果（图 3），黏土含量最小3.4%，最大57.2%，平均21.7%.可以看出，研究区内火山岩都发生了不同程度的蚀变.
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图 3 火山岩蚀变矿物含量图 Fig.3 Contents of altered minerals in volcanic rocks 1-黏土矿物（clay mineral）；2-铁白云石（ankerite）；3-方解石（calcite） |
从研究区的岩心分析资料找到既有物性分析又有薄片鉴定的资料，做孔隙度-渗透率交会图（图 4）.从图 4中可以看出，蚀变严重的玄武岩（图 4中称作蚀变玄武岩）和轻微蚀变的玄武岩（图 4中称作玄武岩）的孔隙度和渗透率是有差别的.由于蚀变，岩样的孔隙度有所增加，但渗透率有所下降.
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图 4 蚀变玄武岩和玄武岩孔隙度-渗透率关系图 Fig.4 Permeability vs. porosity of altered basalts and basalts 1-蚀变玄武岩（altered basalt）；2-玄武岩（basalt） |
物性下限值具有统计学特征，所以带有一定的不确定性.通常要采用多种方法来确定物性下限，最后取平均值作为研究区的物性下限标准值.根据研究区物性分析和薄片资料，考虑到火山岩低孔低渗的特点，采用以下方法综合确定研究区物性下限.由于研究区火山岩储层或多或少都存在不同程度的蚀变，因此本文为蚀变火山岩的物性下限.
2.1 经验统计法该方法是分别做出岩心样品的孔隙度和渗透率的直方图和累积频率分布图，根据累积频率确定下限.考虑到火山岩储层低孔、低渗的特点，一般限定累计频率丢失不超过总累计15%，确定出渗透率和孔隙度的下限值[16-18].根据直方图特征，取累积频率约为15%处所对应的孔隙度渗透率作为本地区火山岩下限值（图 5）.确定的孔隙度下限为1.5%（图 5a），渗透率下限为0.004×10-3 μm2（图 5b）.
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图 5 确定下限的孔隙度和渗透率直方图 Fig.5 Histograms for the lower limits of porosity and permeability 1-频率（frequency）；2-累积频率分布（cumulative frequency distribution） |
该方法是将岩心分析的孔隙度和渗透率数据做交会图，依据渗透率随孔隙度开始剧烈变化段的拐点值来确定孔隙度和渗透率的下限.当孔隙度小于下限值时，渗透率随孔隙度的增大变化很小，说明孔隙主要无渗透能力.当孔隙度大于下限值时，渗透率随孔隙度增大明显增大[19-20]. 图 6是48个样本点的孔隙度和渗透率交会图.据此确定的孔隙度下限为1.5%，渗透率下限为0.01×10-3 μm2.
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图 6 孔隙度-渗透率交会图 Fig.6 Diagram of permeability vs. porosity |
排驱压力是指非润湿相流体开始进入岩样的最大孔喉的压力[21].分别做排驱压力与孔隙度和渗透率的交会图，通过曲线拐点确定物性下限.用该方法确定的孔隙度下限为2.5%（图 7a），渗透率下限为0.06×10-3 μm2（图 7b）.
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图 7 孔隙度和渗透率与排驱压力交会图 Fig.7 Diagrams of displacement pressure vs. porosity and permeability |
该方法要求同时测量岩样地面条件和覆压条件下的孔隙度和渗透率值，然后将地面条件下和储层条件的孔隙度和渗透率分别做交会图，分析孔隙度和渗透率对压力的敏感性，从而确定下限值[22].孔隙度和渗透率越小的储层，对地层压力的敏感性越强.由此种方法确定的研究区孔隙度下限为3%（图 8a），渗透率下限为0.03×10-3 μm2（图 8b）.
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图 8 覆压与常压条件下孔隙度和渗透率交会图 Fig.8 Diagrams for overburden pressure vs. atmospheric pressure conditions of porosity and permeability |
国内外的研究结果显示：水湿性碎屑岩表面的水膜厚度大约是0.1 μm.油气成藏过程中油气需要克服很大的毛管压力才能将水驱替出去.当储层的孔喉小于0.1 μm时，油气很难进入孔喉，因此将0.1 μm做为储层的孔喉下限[23].据此确定的孔隙度下限为4.0%（图 9a），渗透率下限为0.08×10-3 μm2（图 9b）.
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图 9 孔隙度和渗透率与孔喉半径均值交会图 Fig.9 Diagrams of mean pore throat radius vs. porosity and permeability |
将以上各方法确定的下限值取平均，最终确定研究区（表 1）孔隙度下限为2.5%，渗透率下限为0.04×10-3 μm2.与其他地区的中基性火山岩的孔隙度和渗透率下限[11-12, 24-26]（表 2）进行对比，可以看出，研究区由于蚀变使得物性下限略小于其他地区的物性下限.
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表 1 研究区孔隙度和渗透率下限表 Table 1 Lower limits of porosity and permeability in the study area |
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表 2 对比地区中基性火山岩孔隙度和渗透率下限表 Table 2 Lower limits of porosity and permeability for the intermediate-basic volcanic rocks in correlative areas |
（1）研究区玄武岩存在不同程度的蚀变，蚀变降低了储层的物性下限.
（2）通过对实验室测量的岩样孔隙度和渗透率、毛管压力等参数进行分析，将得到的各种方法的下限值作为了储层的物性下限.这样的结果容易受所取岩石样品的代表性、人为确定拐点的方法等诸多因素的影响.在确定下限时，要综合考虑这些因素.
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