川西南玄武岩储层微观孔隙结构及岩石力学特征_王峻峰.pdf

第 卷第期 年月非常规油气 引用：王峻峰，杨苏，李素华，等川西南玄武岩储层微观孔隙结构及岩石力学特征非常规油气，（）：，（）：川西南玄武岩储层微观孔隙结构及岩石力学特征王峻峰，杨苏，李素华，勾宗武，颜晋川（中国石化股份有限公司西南油气分公司，四川 德阳 ）摘要：四川盆地川西南乐山地区火山岩以溢流相玄武岩为主，储层厚度大、分布广、埋深浅，勘探开发潜力大。通过物性分析、扫描电镜、铸体薄片、高压压汞、三轴力学以及地应力测试等技术，研究了储层微观孔隙结构及岩石力学特征。研究结果表明：）玄武岩储层致密，呈低孔低渗特征，储集空间以杏仁状残余气孔、基质溶蚀孔、收缩缝和构造缝为主，多被充填半充填，且储层存在中等偏强水敏和中等酸敏特征；）微观孔隙结构可划分为孔隙裂缝型、孔隙型和致密孔隙型类，其中主力孔隙型储层发育纳米级孔喉，喉道分布较为集中，退汞效率很低，小孔喉较多且连通性差；）岩石力学实验表明，玄武岩储层呈现明显的轴向劈裂模式，表现出一定的脆性破坏，但抗压强度高，水平应力差异大，且垂向应力更接近于最小水平主应力。关键词：玄武岩；微观孔隙结构；岩石力学中图分类号：文献标识码：，（，）：，：），；）：，收稿日期：基金项目：中国石油化工股份有限公司西南油气公司科技项目“川南溢流相火山岩气藏增产技术对策研究”（）第一作者简介：王峻峰（），男，硕士，油气田开发工程专业工程师，主要从事油气藏增产改造方面的技术研究及应用工作。：年月王峻峰等：川西南玄武岩储层微观孔隙结构及岩石力学特征 ），：；引言四川、贵州及云南等地区发育巨型厚层基性火山岩堆积，即“峨眉山玄武岩”，是被国际学术界认可的大火山岩省。自 年四川盆地威远地区 井钻遇玄武岩至今，四川盆地钻遇火山岩探井共计 余口，主要分布在川西南雅安乐山屏山地区以及川西成都简阳地区，其中仅 井和 井获高产。年 井钻遇玄武岩裂缝性气藏，测试日产气量为 ，年 井钻遇火山碎屑熔岩孔隙型气藏，中途测试日产气量为 ，除此之外，其余钻探井含气性相对较差，多口井测试产水或为干层，勘探前景不容乐观。年至今，中石化针对四川盆地火山岩储层，将勘探重心从成都简阳地区爆发相火山岩转移至川西南雅安乐山屏山地区溢流相玄武岩。相比之下，溢流相玄武岩埋深更浅（约为 ），储层厚度更大（），温度更低（），微裂缝更发育，先后部署的金山井及金山 井分别获日产气量 和 ，展现出一定的勘探潜力。前期诸多学者对火山岩储层方面的研究主要集中在储集空间类型、成岩作用和微观孔隙结构 ，形成了较为成熟的研究方法，但由于火山岩特殊的成岩过程，不同区域岩相和岩性变化大，地质特征差异大；虽然前期徐深气田、克拉美丽气田及松南气田等开展了火山岩储层特征及力学性质研究，但可借鉴性较差。该文从川西南玄武岩储层特征入手，在明确微观储渗规律的基础上，分析岩石力学特征及地应力规律，为后续勘探开发提供一定的参考。地质概况川西南地区火山岩储层发育模式如图所示。川西南乐山地区火山岩位于威远构造和铁山构造之间的鞍部，属于铁山威远构造带金山构造北部斜坡，目标层位为二叠系峨眉山玄武岩。根据金山井和金山 井口探井的实际岩心取心观察，气藏纵向上发育多个溢流爆发喷发韵律，以溢流相玄武岩为主，储层厚度约为 ，而爆发相厚度薄，局部发育火山角砾岩及凝灰岩。图川西南地区火山岩储层发育模式图 储层特征 矿物成分采用 射线衍射进行定量分析，明确研究区玄武岩矿物成份特征，全岩矿物成分定量检测结果如图所示。玄武岩矿物以斜长石和黏土含量为主，斜长石占 ，黏土矿物占 ，钾长石占 ，方解石等碳酸盐类高酸溶蚀的矿物含量较非常规油气油气工程 少。玄武岩岩粉经 溶蚀后，酸溶蚀率仅 ，同时由于含少量黄铁矿和磁铁矿，遇酸后有含 风险。图全岩矿物成分定量检测结果 黏土矿物测定结果如图所示，绿蒙混层含量较高，占比为 ，说明潜在水敏性较强；绿泥石含量为 ，加之有一定含量的铁矿物，增大了该储层发生盐酸和酸敏的可能性。图黏土矿物成分 物性特征对钻取的 块标准岩心及块全直径岩心进行气测孔渗实验检测，岩心包含纵向不同位置、不同裂缝发育程度及不同岩性，取心结果显示，储层纵向上以玄武岩为主，局部发育凝灰岩，凝灰岩厚度较薄。玄武岩基质孔隙度为 ，平均值为 ，渗透率为 ，平均值为 ；裂缝孔隙度为 ，平均值为 ，渗透率为 ，平均值为 。凝灰岩孔隙度为 ，平均值为，渗透率为 ，平均值为 ，为高孔低渗储层。储层总体发育以孔隙性玄武岩为主，裂缝局部发育，属致密、中低孔和低渗储层。敏感性当储层与外来流体发生各种物理或化学作用，储层孔隙结构和渗透性会发生一定程度变化。该文基于岩心流动实验，对目标储层的速敏、水敏、盐敏、酸敏和应力敏感程度进行实验评价，结果表明，玄武岩储层敏感性总体呈中等程度。）速敏伤害程度较弱：流体流动速度变化引起地层微粒运移而堵塞孔隙喉道，造成储层岩石渗透率发生变化。分别测试流速为 下的渗透率，速敏损害率平均为 ，属于弱速敏，临界流速为 。）水敏伤害程度中等偏强：由于玄武岩黏土矿物含量较高，易水化膨胀和运移。依次测试盐水、半矿化度盐水和蒸馏水条件下的渗透率，随着注入流体矿化度与岩心初始流体矿化度差异增大，岩心渗透率逐渐降低，测试蒸馏水条件下平均水敏伤害率为 。）酸敏伤害程度中等：酸液进入储层后，与储层中的酸敏性矿物发生反应，产生沉淀或释放出微粒，使储层渗透率下降。通过测试 盐酸缓 蚀 剂 后 的 渗 透 率 变 化，平 均 酸 敏 损 害 率 为 。）应力敏感程度中等偏弱：岩石受到高应力作用时，喉道闭合，但卸载后喉道不能恢复到原大小，导致渗透率降低。有效应力 下的应力敏感损害率平均为 ，随着应力卸载，渗透率恢复后的平均不可逆伤害率为 。微观孔隙结构特征 储集空间类型玄武岩主要发育杏仁状残余气孔、基质溶蚀孔、基质内收缩缝和构造裂缝等储集空间，储集空间类型照片如图所示。杏仁状残余气孔：岩心表面可见大量杏仁状气孔（如图 所示），呈密集分布的圆形或不规则形，尺寸为 ；气孔多被长石微晶、石英或黏土矿物充填半充填（如图 所示），形成残余气孔，连通性较差。基质溶蚀孔：储层中也可见矿物部分或全部被 年月王峻峰等：川西南玄武岩储层微观孔隙结构及岩石力学特征酸性流体溶蚀，形成基质微溶孔（如图 所示），同时受脱玻化作用影响，形成大量微孔（如图 所示），主要发生在长石或蚀变矿物附近，形状多不规则。裂缝：发育基质内收缩缝及构造缝种类型，少量气孔充填物内发育短小收缩缝（如图 所示），局部裂缝未被充填（如图 所示）。图玄武岩储集空间类型照片 孔隙结构特征通过对研究区玄武岩储层的 个样品的压汞资料进行分析研究及对其毛管压力曲线形态和各特征参数的统计分析，可将储层孔隙结构分为种类型（见表），峨眉山玄武岩毛管压力曲线如图所示。表孔隙结构特征分类 类型结构特征孔隙度渗透率（）孔喉中值半径平均排驱压力 最大汞饱和度退汞效率孔隙裂缝型 孔隙型 致密孔隙型 ）类为孔隙裂缝型储层（如图 所示），压汞曲线形态呈两段式分布特征，相比之下，该类储层进汞压力和饱和度中值压力均较低，平均排驱压力为，平均饱和度中值压力为 ，孔喉中值半径为 ，最大进汞饱和度为 ，退汞效率为 。该类储层微裂缝作为主要的连接通道，表现出较好的渗流能力。）类为孔隙型储层（如图 所示），压汞曲线形态介于型和型之间，平均排驱压力为 ，汞饱和度中值压力为 ，最大进汞饱和度为 ，残余汞饱和度为 ，退汞效率为 。该类储层孔隙度为，孔喉中值半径为 ，孔径小，发育少量基质微溶孔、脱玻化微孔及晶间孔。）类为致密孔隙型储层（如图 所示），进汞曲线远离横轴，储层孔隙度小于，仅局部发育基质溶蚀微孔和残余气孔，多被充填半充填，连通性差。排驱压力为 ，平均饱和度中值压力为 ，储层物性差，孔喉中值半径仅为 ，与页岩纳米微米级孔隙相当。另外，最大进汞饱和度低，平均值为 ；残余汞饱和度高，平均值为 ；退汞效率仅为 ，孔喉比大。非常规油气油气工程 图峨眉山玄武岩毛管压力曲线 岩石力学特征 岩石形变及破坏模式分析图所示为应力应变曲线及岩石破坏后照片。对不同孔隙结构岩心开展岩石力学实验分析，总体岩石破坏规律及力学参数差异不大。从应力应变曲线来看，三轴条件下，峨眉山玄武岩呈单缝剪切破坏（如图 图 所示），剪切裂缝条，抗剪切能力较强，表现出一定的脆性破坏，采用 等人提出的脆性指数计算方法，脆性指数为 ，具有一定的脆性。在单轴压缩实验中（如图 所示），玄武岩呈明显的脆性破坏，劈裂裂缝有条。则有：（）（）（）式中：为岩石弹性模量，；为岩石泊松比，无量纲；和 分别为区域最大和最小弹性模量，；和 分别为区域最大和最小泊松比，无量纲；为岩石力学脆性指数，无量纲。图应力应变曲线及岩石破坏后照片 年月王峻峰等：川西南玄武岩储层微观孔隙结构及岩石力学特征 岩石力学参数特征 岩石力学参数玄武岩岩石力学参数测试结果见表。区域目标层位峨眉山玄武岩的埋深虽仅约为 ，但抗压强度较高，为 ，平均抗压强度为 ；杨氏模量为 ，平均值为 ；泊松比为 ，平均值为 。表玄武岩岩石力学参数测试结果 实验编号围压 温度抗压强度 杨氏模量 泊松比内聚力 内摩擦角（）平均值 地应力大小应力测试表明，玄武岩储层最大水平主应力为 ，最小水平主应力为 ，垂向应力为 ，水平两向应力差为 ，应力差异系数为 。最大水平主应力垂向应力最小水平主应力，并且垂向应力更接近于最小水平主应力。结论）储层致密，储集空间以杏仁状残余气孔和基质溶蚀孔为主，收缩缝和构造缝局部发育，多被充填半充填，自然渗流能力差；储层水敏伤害程度为中等偏弱中等偏强，酸敏性中等。）微观孔隙结构可划分为类，从类类储层，孔隙度、渗透率、最大进汞饱和度、中值半径及退汞效率依次降低，排驱压力和中值压力依次增大。类 储 层 发 育 裂 缝，为 孔 隙 裂 缝 型 储 层；类储层发育中小孔隙及喉道，为孔隙型储层；类储层发育小孔隙及细喉道，为致密孔隙型储层。）玄武岩储层呈现明显的轴向劈裂模式，表现出一定的脆性破坏，但抗压强度高，水平应力差异大，垂向应力更接近于最小水平主应力。参考文献：田景春，林小兵，郭维，等 四川盆地二叠纪玄武岩喷发事件的油气地质意义成都理工大学学报（自然科学版），（）：，（），（）：杨毅，张本健，蒋德生，等 四川盆地西南部上二叠统峨眉山玄武岩成藏模式初探 天然气工业，（）：，（）：马新华，杨雨，张健，等 四川盆地二叠系火山碎屑岩气藏勘探重大发现及其启示 天然气工业，（）：，（）：邹才能，赵文智，贾承造，等中国沉积盆地火山岩油气藏形成与分布石油勘探与开发，（）：，（）：文龙，李亚，易海永，等 四川盆地二叠系火山岩岩相与储层特征天然气工业，（）：，（）：李兰斌，朱卡，李华明，等三塘湖盆地石炭系火山岩储集空间类型及储层特征 地质科技情报，（）：，（）：熊益学，郗爱华，冉启全，等准噶尔盆地滴西地区石炭系火山岩储集空间特征及其分布 高校地质学报，（）：（下转第 页）非常规油气油气工程 暂堵压裂裂缝扩展规律试验研究非常规油气，（）：，（）：李忠兴，李松泉，廖广志，等 长庆油田超低渗透油藏持续有效开发重 大 试 验 攻 关 探 索 与 实 践 石 油 科 技 论 坛，（）：，（）：曾亮，周书成，李长城长庆油田致密砂岩储层特征及敏感性评价 能源化工，（）：，（）：卢军凯，姚丹丹，汪涛，等 裂缝性致密储层待破裂区影响的压裂物模实验研究 科学技术与工程，（）：，（）：唐鹏飞，刘宇，齐士龙，等大尺寸致密砂岩露头水力压裂物理模拟实验 断块油气田，（）：，（）：胡千庭，刘继川，李全贵，等煤层分段水力压裂渗流诱导应力场的 数 值 模 拟 采 矿 与 安 全 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