引 言

近年来，火山岩储层作为一种特殊类型的油气藏储层类型越来越受到人们的关注^[1-5]。 自20世纪70年代以来，中国先后在松辽、渤海湾和准噶尔盆地等地发现了具有一定储量的火山岩油气藏， 其地质储量已超过3$\times$10$^{12}$ m$^3$^[3]。以大庆徐深、吉林长岭和新疆滴西3个 日产量均超过1$\times$10$^6$ m$^3$的火山岩气田为代表，火山岩气藏已成为中国石油重要的天然气勘探开发领 域之一^[3]。

与常规砂岩和碳酸盐岩储层沉积成岩机理不同，火山岩储层以喷发成岩为主，并夹杂多期次的沉积和喷发作用过 程^[6-7]。因此，该类储层岩相、岩性种类多样，储层微观孔隙结构复杂，地区差异性较 大^[1-8]。如大庆徐深火山岩储层以酸性喷出岩为主，储集空间包括 原生孔隙、次生孔隙和裂缝^[7]；而吉林长岭火山岩储层早期为中酸性喷出岩，中后期为中基性喷出岩， 气孔发育的流纹岩和含有溶蚀孔的晶屑熔结凝灰岩是该区有利储层岩性^[8]。岩相、岩性及岩石类型的 复杂多样决定了火山岩储层微观孔隙结构极为复杂多样，这对储层的储集和渗流能力将产生直接的影 响^[1-2]。目前，国内外很多学者对低渗沉积砂岩储层可动流体百分数(可动流体饱和度)及其影响 因素进行了系统研究，认为该参数能够比孔隙度、渗透率等更好地评价低渗透储层的开发潜力^[9-11]， 但对于喷发成岩的低渗火山岩气藏储层核磁共振响应特征研究较少^[12-13]，储层可动流体微观赋存与分布规律、影响 因素等尚未进行系统研究。

本文综合使用离心实验、核磁共振、恒速压汞及CT成像等实验技术，对大庆徐深、吉林长岭及新疆滴西3个火山岩 气田不同岩性储层可动流体微观分布规律及影响因素等进行系统对比研究。发现不同渗透率储层可动流体微观分 布规律具有明显的差异，裂缝发育程度与储层孔喉大小及其匹配关系是影响可动流体百分数大小的关键因素。 研究结果对于低渗火山岩储层评价及气藏合理开发具有重要的基础指导作用。

1 可动流体微观分布规律 1.1 优选离心实验的合适离心力

常规中、高渗砂岩岩芯离心实验求取束缚水饱和度时推荐使用0.69 MPa离心力^[9]，而相关研究表 明，对于低渗砂岩油藏，应当使用1.38 MPa离心力进行离心实验^[13]，增加离心力后，被小喉道所控制的较 大孔隙中的流体才能被驱替出来，这样才能获得准确的束缚水饱和度。较小的离心力无法使岩芯中的可动流体被 全部离心出来，最终使得离心实验给出的储层束缚水饱和度偏高，给储量计算和储层评价带来一定的误差。

为了确定出适合低渗火山岩气藏岩芯的合适离心力，选取了徐深、长岭和滴西3个火山岩气田共30块不同岩性 岩芯进行不同离心力离心实验。30块岩芯孔隙度平均值为13.200%，渗透率平均值为6.900 mD，其中21块 岩芯渗透率均小于1.000 mD。

30块岩芯包括流纹岩、球粒流纹岩、熔结角砾岩、凝灰岩、晶屑凝灰岩、花岗斑岩、玄武岩和安山岩共8种不同岩性， 代表了3个地区火山岩气田储层主要岩性类型^{[6-8, 14]}。

将30块火山岩岩芯根据克氏渗透率($K_{\rm g}$)大小划分为4组，其中： A组6块，$K_{\rm g}$>10.000 mD； B组3块，1.000 mD<$K_{\rm g}$$\leqslant$10.000 mD； C组9块，0.100 mD<$K_{\rm g}$$\leqslant$1.000 mD； D组12块，$K_{\rm g}$$\leqslant$0.100 mD。含水饱和度与离心力的关系分析结果如图 1所示。

从图 1可以看出，不同渗透率岩芯含水饱和度均随离心力的增大而减小，岩芯渗透率越大，含水饱和度在离心力增大 的初期减小幅度较大，岩芯渗透率越小，含水饱和度在离心力增大的初期减小幅度较小。 分析图 1还可以看出，经典推荐的0.69 MPa离心力和适合于低渗油藏砂岩储层岩芯的1.38 MPa离心力均不适合于低 渗火山岩气藏储层岩芯^[7-9]，因为0.69 MPa和1.38 MPa离心力离心后，岩芯中尚有一定量的可 动水未被离心出来。而当离心力继续增大到2.76 MPa后，4组岩芯含水饱和度随离心力的增大基本保持不变。数据 统计表明，当离心力从2.76 MPa增加到3.45 MPa后，A、B、C、D组岩芯含水饱和度仅分别平均减小了0.84%， 0.73%，1.28%和1.61%。而当离心力从2.07 MPa增加到2.76 MPa时，4组岩芯含水 饱和度均有较为明显的减小。

因此，2.76 MPa离心力是离心实验求取低渗火山岩气藏储层束缚水饱和度的合适离心力，这对于大庆徐深、吉林 长岭和新疆滴西3个火山岩气田具有一定的普遍性^[12-13]。

1.2 微观分布规律

由于离心实验中离心力与岩芯喉道半径相对应，则离心实验得到的离心力与岩芯含水饱和度的关系实质上反映了 储层中不同大小的喉道所控制的可动流体比例大小。根据毛管力方程及气水离心实验条件^[15]，可以 计算得到2.76 MPa离心力对应的储层喉道半径约为0.05 $\muup$m，此即为实验研究的低渗火山岩气藏储层渗流 喉道半径下限^[12-13]。储层中小于0.05 $\muup$m的孔隙及被小于0.05 $\muup$m的喉道所控制的 较大孔隙中的流体将由于毛管力的束缚而无法离心出来。参考储层孔喉半径经典分类标准^[15]，根据 不同离心力离心实验结果，计算得到低渗火山岩气藏储层可动流体微观分布规律，如图 2所示。

从图 2可以看出，不同渗透率级别储层中可动流体微观分布规律具有明显差别。储层渗透率越大，较大喉道 控制的可动流体比例越高，即大量的可动流体分布在较大喉道控制的孔隙空间中。储层渗透率越小，细微喉道 控制的可动流体比例越高，较大喉道控制的可动流体比例越低。如渗透率大于1.000 mD的储层中约有80{\percent} 的可动流体分布在大于0.20 $\muup$m的喉道所控制的孔隙空间中，仅有约12{\percent}和8{\percent}的可动流 体分别分布在半径为0.10$\sim$0.20 $\muup$m和0.05$\sim$0.10 $\muup$m的喉道所控制的孔隙空间中。该类储 层在较小的驱动压差下即可获得较高的采收率，属于物性最好的储层，气藏开发难度较小。而当渗透率小 于0.100 mD时，约有60{\percent}的可动流体分布在半径为0.05$\sim$0.10 $\muup$m的喉道控制的孔隙空间中， 约有30{\percent}的可动流体分布在半径为0.10$\sim$0.20 $\muup$m的喉道控制的孔隙空间中，而分布在半径大 于0.20 $\muup$m的喉道控制的孔隙空间中的可动流体比例仅约为10{\percent}。该类储层物性相对较差， 0.05$\sim$0.10 $\muup$m的喉道控制的可动流体占主导地位，气藏开发难度较大。

从图 2可以看出，不同渗透率级别储层中可动流体微观分布规律具有明显差别。储层渗透率越大，较大喉道 控制的可动流体比例越高，即大量的可动流体分布在较大喉道控制的孔隙空间中。储层渗透率越小，细微喉道 控制的可动流体比例越高，较大喉道控制的可动流体比例越低。如渗透率大于1.000 mD的储层中约有80% 的可动流体分布在大于0.20 $\muup$m的喉道所控制的孔隙空间中，仅有约12%和8%的可动流体分别分布在半径为0.10$\sim$0.20 $\muup$m和0.05$\sim$0.10 $\muup$m的喉道所控制的孔隙空间中。该类储 层在较小的驱动压差下即可获得较高的采收率，属于物性最好的储层，气藏开发难度较小。而当渗透率小 于0.100 mD时，约有60%的可动流体分布在半径为0.05$\sim$0.10 $\muup$m的喉道控制的孔隙空间中， 约有30%的可动流体分布在半径为0.10$\sim$0.20 $\muup$m的喉道控制的孔隙空间中，而分布在半径大 于0.20 $\muup$m的喉道控制的孔隙空间中的可动流体比例仅约为10%。该类储层物性相对较差， 0.05$\sim$0.10 $\muup$m的喉道控制的可动流体占主导地位，气藏开发难度较大。

从图 2还可以看出，0.100 mD是低渗火山岩气藏储层可动流体微观分布规律发生显著变化的一个临界渗透率。 当渗透率大于0.100 mD时，大于0.20 $\muup$m的较大喉道控制的可动流体比例随渗透率的增大而明显增加， 而当渗透率小于0.100 mD时，小于0.10 $\muup$m的喉道控制的可动流体比例随渗透率的减小而明显增加。 渗透率小于0.100 mD的储层中，0.05$\sim$0.10 $\muup$m的喉道控制的可动流体比例最大，大于0.20 $\muup$m 的喉道控制的可动流体比例最小。因此，根据不同渗透率级别储层可动流体微观分布规律，认为0.100 mD也是 低渗火山岩气藏开发难易程度变化的一个临界渗透率。

2 可动流体百分数变化规律及影响因素 2.1 变化规律

表 1为徐深、长岭和滴西3个火山岩气田共108 块不同岩性岩芯的常规物性资料，以及根据离心实验优选的2.76 MPa离心 力进行离心获取的可动流体百分数\(可动流体饱和度\)实验结果。可以看出，低渗火山岩气藏储层可动 流体百分数普遍较小，徐深和滴西气藏可动流体百分数平均值仅为26.78%和19.21%。 去掉长岭气田28块岩芯中渗透率大于1.000 mD的9块岩芯后，该气田19块岩芯可动流体百分数平均值 为21.48%。3个火山岩气田渗透率小于1.000 mD的99块岩芯可动流体百分数平均值为23.62%， 该数值对应低渗火山岩气藏储层基质含气饱和度的上限，对应的储层束缚水饱和度平均值为76.38%。 与相同渗透率级别的致密砂岩储层相比，低渗火山岩气藏储层可动流体百分数较小^[16]。

图 3为可动流体百分数与孔隙度的关系。从图 3可以看出，徐深和长岭火山岩储层可动流体百分数随孔隙度的增大 而增大。但当孔隙度大于15%时，长岭火山岩储层可动流体百分数随孔隙度的增加却基本保持不变。 数据拟合表明，长岭火山岩储层可动流体百分数与孔隙度之间具有较好的对数函数关系，相关系数为0.815 8。 而滴西火山岩储层可动流体百分数与孔隙度的相关性较差，孔隙度相同的储层其可动流体百分数可能具有较为明 显的差别。如滴西气田编号为28和31的两块花岗斑岩岩芯孔隙度分别为8.67%和8.76%，对应的可 动流体百分数却分别为56.28%和6.76%，而孔隙度高达16.53%的9号安山质玄武岩 岩芯可动流体百分数仅为13.04%。反映出实验研究的滴西火山岩储层孔隙结构较为复杂，微观孔隙结构 发育特征与储层渗流能力之间并不完全对应，部分孔径较大但连通性较差的气孔和溶洞对储层渗流能力的贡献较小， 导致孔隙度较大储层可动流体百分数反而较小。

图 4为可动流体百分数与渗透率的关系。从图 4可以看出，3个气田108块火山岩气藏岩芯可动流体百分数随渗透率 的增大而增大，二者具有较好的对数函数关系

${S_{{\rm{mf}}}} = {\rm{a}} \times \ln {K_{\rm{g}}} + {\rm{b}}$

(1)

式中：

$S_{\rm{mf}}$--可动流体百分数，%；

$K_{\rm{g}}$--渗透率，mD；

a，b--数学拟合参数，本文计算取值a=7.158，b=52.000。

同时，从图 4还可以看出，当岩芯渗透率大于0.100 mD后，3个火山岩气田可动流体百分数均随渗透率的增大 而急剧增大，这与上述可动流体微观分布规律研究结论一致。但当渗透率大于10.000 mD后，可动流体百分数随 渗透率的增大变化不明显。图 4整体反映出相同渗透率大小的储层，徐深气田可动流体百分数大于长岭气田， 滴西气田可动流体百分数最小。亦反映出对于复杂低渗、特低渗油气藏储层，使用传统的储层宏观物性参数如孔 隙度、渗透率进行储层评价并不完全准确，需要综合考虑可动流体百分数大小，其综合表征了储层的储集和 渗流能力^{[9, 11, 17]}。

2.2 影响因素分析

相关研究表明，影响低渗、特低渗透砂岩油藏可动流体百分数的主要因素有微裂缝发育程度、黏土矿物充填 程度、孔隙连通性、次生孔隙发育程度以及重结晶程度等^[11]。火山岩气藏储层由于喷发成岩的 缘故及成岩后经历多期次的强烈的地质改造作用，储层岩石矿物组成、微观孔隙结构与沉积砂岩储层具有明 显的差异，表现为储层岩石黏土含量较少、不同成因类型和不同尺度的孔隙均有发育^[6-7]。因此， 低渗火山岩气藏储层可动流体百分数影响因素与沉积砂岩储层具有一定程度的差别。

2.2.1 裂缝发育的影响

图 5、图 6分别为滴西气田28号和31号花岗斑岩岩芯CT图像及核磁共振$T_2$谱

从图 5可以看出，28号岩芯中发育有非常明显的裂缝和微裂缝，裂缝的发育增强了储层中微孔隙和气孔、溶洞 之间的连通性，岩芯渗透率也相应较大(0.462 mD)。从图 5b岩芯离心前后的核磁共振$T_2$谱可以看出， 离心后岩芯中不同大小孔隙中含水饱和度均有一定程度的减小，但较大孔隙含水饱和度减小幅度明显大于 细微孔隙，使得该岩芯的可动流体百分数为56.28%。

图 6中31号岩芯较为致密，CT图像显示该岩芯中发育少量肉眼可见的尺寸较大的气孔或溶洞，但其连通性较差， 储集空间以细微孔隙为主，裂缝、微裂缝均不发育。该岩芯渗透率较小，仅为0.002 mD。图 6b反映出离心后31号 岩芯仅较大孔隙少量流体被离心出来，细微孔隙含水饱和度基本保持不变，即使是孔径较大的孔隙(如$T_2$弛豫时间 大于10 ms的气孔和溶洞)，其中所含流体减小幅度也很小，表明对于储层储集能力贡献较大的较大孔隙，由于 连通性较差并未增加其渗流能力，可动流体百分数仍然较小。

因此，低渗火山岩气藏储层裂缝、微裂缝发育程度是影响可动流体百分数大小的关键因素之一。裂缝的发育 能够将作为主要储集空间的基质孔隙和孔径较大的气孔和溶洞连通起来，流体渗流阻力减小，对应的储层可 动流体百分数较大，气藏开发难度也相应较小。

2.2.2 微观孔喉发育特征的影响

储层微观孔喉大小及其匹配关系是影响储层可动流体微观分布规律、可动流体百分数大小的内在因素之 一^{[1, 11, 18]}。图 7为渗透率接近的火山岩气藏岩芯(渗透率为0.190 mD)与砂岩岩芯(渗透 率为0.240 mD)恒速压汞实验给出的孔喉比分布图。

从图 7可以看出，渗透率接近的火山岩与砂岩储层微观孔隙结构特征具有明显的差异，砂岩岩芯孔喉比呈 单峰分布，且分布范围相对较窄，峰值对应的孔喉比为300。而火山岩岩芯孔喉比呈多峰分布，孔喉比分布 范围较宽，峰值对应的孔喉比为690。反映出渗透率接近的火山岩储层喉道与孔道尺寸级差较大，孔喉匹配 关系复杂。孔喉比较大将导致较大储集空间中的流体由于毛管力的束缚而无法被驱替出来，可动流体百分 数将明显小于相同渗透率级别的砂岩储层。

图 8为两块渗透率接近的火山岩岩芯(渗透率为0.086 mD)与砂岩岩芯(渗透率为0.076 mD)饱和及离心状态核磁共振$T_2$谱。

从图 8可以明显看出，火山岩岩芯离心后对应$T_2$弛豫时间较大的大孔隙中滞留有一定量的地层水，根据砂岩 核磁共振可动流体理论划分的可动峰并未完全消失，这与恒速压汞实验结果给出的火山岩储层孔喉细微、孔喉 比较大一致，该块岩芯对应的可动流体百分数仅为25%。而孔喉比相对较小的砂岩岩芯离心后对应 $T_2$弛豫时间较大的大孔隙中的流体基本全部被驱替出来，即核磁共振$T_2$谱右侧的可动峰基本完全消失， 反映出常规沉积成岩的砂岩储层孔喉连通性明显好于低渗火山岩气藏储层，该块岩芯可动流体百分数为45%， 约为渗透率接近的火山岩岩芯可动流体百分数的2 倍。

3 实验结果与生产数据对比

大庆火山岩气田北部某井3 901$\sim$3 926 m井段，初始日产气(15.16$\sim$21.00)$\times10^4$ m$^3$。为了 从储层内在因素上研究该气藏产量比较稳定的原因，选取了对应深度4块全直径岩芯进行了核磁共振分析。从全 直径岩芯上钻取柱塞岩样进行离心实验标定出核磁共振可动流体$T_2$截止值后计算具有更好代表性的全直径岩 芯可动流体百分数。离心与核磁共振实验结果表明，4块全直径岩芯束缚水饱和度分布在19.40%$\sim$ 45.36%，平均值为32.22%，而对应的可动流体百分数平均值为67.78%。与上述研 究的108块岩芯相比具有很高的可动流体比例，因此对应的气藏储层含气饱和度与气井产量均应较高，这与该井 段实际开采结果具有较好的一致性。

4 结 论

(1) 对大庆徐深、吉林长岭和新疆滴西3个火山岩气田储层岩芯离心实验结果表明，低渗火山岩气藏储层 岩芯离心求取束缚水饱和度的合适离心力应为2.76 MPa，使用经典推荐的0.69 MPa或1.38 MPa离心力进行离 心实验将使得火山岩气藏储层束缚水饱和度偏大，给储量计算和储层评价带来一定的误差。

(2) 不同渗透率级别储层可动流体微观分布规律具有明显的差别，渗透率越大，较大喉道控制的可动流 体比例越高，气藏开发难度较小，渗透率越小，细微喉道控制的可动流体比例越高，气藏开发难度较大； 0.100 mD是可动流体微观分布规律发生明显变化的一个临界渗透率。

(3) 火山岩气藏可动流体百分数随渗透率的增大而增大，二者具有较好的对数函数关系，但其与孔隙度的 相关性较差。

(4) CT成像、核磁共振与恒速压汞实验研究表明，裂缝发育程度和孔喉大小及其匹配关系是影响 火山岩气藏储层可动流体百分数大小的关键因素。裂缝越发育，则可动流体饱和度越高，气藏开发难 度越小；孔喉比越小，储层微观孔隙连通性越好，可动流体百分数越大。

(5) 室内实验与实际生产数据对比表明，二者具有很好的一致性，结合离心实验与核磁共振技术 求取的储层可动流体饱和度可以作为评价低渗火山 岩气藏储层开发潜力的重要评价参数之一。