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油气藏评价与开发PETROLEUM RESERVOIR EVALUATION AND DEVELOPMENT2024年第14卷 第2期基于孔隙结构和核磁测井建立火山岩储层分类标准以松南断陷查干花气田为例王 敏，曹 玥，李万才，赵文琦，王文庸，宋玉莹（中国石化东北油气分公司勘探开发研究院，吉林 长春 130062）摘要：以松南断陷查干花气田火石岭组火山岩为例，平均孔隙度、渗透率分别为4.5%和0.0810-3m2,储层致密且非均质性强，需要大套储层一起试气才能达标，储层分类标准难以确定。利用物性数据、高压压汞、核磁共振等实验进行火山岩储层微观结构分析，通过多参数对比建立了微观分类标准，采用核磁测井作为衔接，从微观参数推导到宏观参数，综合建立了火山岩储层分类评价标准，其中包括微观结构的孔喉半径、排驱压力、退汞饱和度等，以及核磁测井和实验的T2谱分布、离心饱和度，还有宏观参数孔隙度、渗透率、饱和度、声波时差、岩性密度、电阻率，将储层由好到坏划分为A、B和C类，该方法可操作性强，为新钻井的测试方案以及勘探、开发水平井的“甜点”层优选提供了可靠依据。研究方法与认识对开展火山岩储层的分类研究具有一定的参考意义。关键词：松南断陷；查干花气田；储层分类评价；核磁测井；微观结构中图分类号：TE377文献标识码：AEstablishing classification standards for volcanic reservoirs based on pore structureand nuclear magnetic logging:A case study of Chaganhua Gas Field in SongnanFault DepressionWANG Min,CAO Yue,LI Wancai,ZHAO Wenqi,WANG Wenyong,SONG Yuying（Research Institute of Exploration and Development,Sinopec Northeast Oil&Gas Company,Changchun,Jilin 130062,China）Abstract：In the Chaganhua Gas Field within the Songnan Fault Depression,the Huoshiling Formations volcanic reservoirsexhibit an average porosity of 4.5%and a permeability of 0.0810-3m,indicating a dense and highly heterogeneous nature.Dueto this complexity,a comprehensive approach,testing a broad set of reservoirs,is required to establish effective classificationcriteria.This study used physical property data,high-pressure mercury injection,nuclear magnetic resonance,and otherexperiments to analyze the microstructure of volcanic reservoirs.Through multi parameter comparison,a microscopic classificationstandard was established.Nuclear magnetic logging served as a bridge between microscopic and macroscopic parameters,facilitating the creation of a comprehensive evaluation framework for classifying volcanic reservoirs.This framework encompassesmicroscopic structural features such as pore throat radius,displacement pressure,mercury saturation,alongside macroscopicparameters obtained from nuclear magnetic logging and other experiments,such as the T2 spectrum distribution,centrifugalsaturation,porosity,permeability,saturation,acoustic time difference,lithology density,and resistivity.Reservoirs are categorizedfrom high to low quality into classes A,B,and C based on this comprehensive set of criteria.This method has strong operability andprovides a reliable basis for the testing plan of new drilling and the optimization of sweet spots in exploration and development ofhorizontal wells.The research methods and understanding have certain reference significance for the classification research ofvolcanic reservoirs.Keywords:Songnan Fault Depression;Chaganhua Gas Field;reservoir classification and evaluation;nuclear magnetic logging;microstructure引用格式：王敏,曹玥,李万才,等.基于孔隙结构和核磁测井建立火山岩储层分类标准以松南断陷查干花气田为例J.油气藏评价与开发,2024,14（2）:216-223.WANG Min,CAO Yue,LI Wancai,et al.Establishing classification standards for volcanic reservoirs based on pore structure and nuclear magnetic logging:A case study of Chaganhua Gas Field in Songnan Fault DepressionJ.Petroleum Reservoir Evaluation and Development,2024,14（2）:216-223.DOI：10.13809/32-1825/te.2024.02.007收稿日期：2023-11-29。第一作者简介：王敏（1983），男，硕士，副研究员，现从事测井技术研究工作。地址：吉林省长春市西安大路 6088 号，邮政编码：132100。E-mail：基金项目：中国石化科技项目“松南断陷火山岩气藏一体化技术研究与应用”（P21104）。216王敏，等.基于孔隙结构和核磁测井建立火山岩分类标准2024年第14卷 第2期近年来，火山岩气藏已经成为一种重要的天然气资源。中国的华北、新疆、东北都发现了火山岩气田，特别是松辽盆地大庆油田的徐家围子断陷和东北油气分公司的松南断陷，火山岩分布较为广泛。火山岩储层具有岩性、孔隙类型复杂、非均质性强以及裂缝发育等特点，不仅影响了储集能力和渗流特征的评价，还影响了勘探、开发方案的制定。建立火山岩储层的分类评价标准1-2具有重要意义。其实储层分类评价很多学者已经进行了研究，主要是根据高压压汞实验数据进行储层分类3-4，但是基于岩心实验的微观分类标准，无法给新钻井的储层评价提供解释依据，可操作性差。松南断陷查干花气田火山岩分布范围广、资源量大，具有较好的潜力。以查干花火石岭组火山岩储层为例，依据岩心物性数据、高压压汞、核磁共振等实验对微观结构进行了分析1，同时建立了微观分类标准，在此基础上，通过核磁测井建立微观结构和常规测井的关系，形成了微观和宏观的储层分类标准，为新钻井测试方案制定以及火山岩储层的有利目标区优选提供可靠依据。1地质概况查干花气田位于松辽盆地中央断陷区南部长岭断陷查干花次凹，主要发育中基性火山熔岩和中酸性火山碎屑岩，岩性以安山质、英安质、流纹质凝灰岩以及安山岩、玄武岩为主，火山岩分布范围较广，横向叠合连片。火山岩主要沿深大断裂呈带状分布，由于火山岩强度大、硬度高、脆性大，受构造活动影响可形成渗透性好的裂缝，对天然气储集十分有利。同时，火山岩在喷发冷凝过程中气孔发育，风化淋滤作用可形成次生裂缝和脱玻化孔等次生孔隙，对进一步增加储集空间、改善储集性更为有利。查干花气田取心井6口，岩心分析孔隙度介于3.1%9.6%，中值为4.5%，渗透率介于（0.016.37）10-3m2，中值为0.0810-3m2，属于低孔、致密储层（图1）。2岩心实验分析由于火山岩非常复杂，所以开展了大量的岩心实验分析，其中包括物性、高压压汞、核磁共振等实验。为了方便研究，1块样品完成了所有实验，加强不同实验之间的对比分析，为微观储层分类标准提供了可靠依据2。查干花气田火山岩储层具有物性差、孔隙结构复杂、非均质性强等特点。由图2可知，二者拟合关系很差，其中低孔高渗主要是因为有裂缝的影响。尽管二者拟合关系较差，但是随着孔隙度的增加，孔隙结构逐渐变好，只是变好的程度不同，这样就存在相同的孔隙度，渗透率可以相差12个数量级，同时也反映了该区存在多个孔隙结构类型。根据岩石薄片、铸体薄片和扫描电镜的鉴定结果，火石岭组火山岩储集空间类型以脱玻化孔、裂缝为主，少数发育次生溶蚀孔隙。脱玻化孔由脱玻化作用形成，由火山岩中的玻璃质发生脱玻化作用形成矿物，从而造成体积的缩小，形成的微观孔隙（图3a、图3b），广泛发育于含有玻璃质的水下爆发相火山岩中。脱玻化孔的特征通常为微孔，成片分布，扫描电镜下为长石、石英微晶间微小孔隙。溶蚀缝是对原有裂缝的改造，其发育程度与原有裂缝分布和酸性流体作用密切相关溶蚀缝呈网状分布，主要沿原有的裂缝发育。溶蚀缝多呈不规则脉状，缝宽图1查干花气田火石岭组凝灰岩实测孔隙度、渗透率直方图Fig.1Histogram of measured porosity and permeability in Chaganhua Gas Field0204060801000102030403,4)4,5)5,6)6,7)7,8)8,9)9,10频率/%频率/%累计频率/%累计频率/%孔隙度/%频率累计频率02040608010001020304050600.04,0.08)0,0.04)0.08,0.10)0.10,0.25)0.25,0.75)0.75,10.00渗透率/10-3 m2频率累计频率a.孔隙度直方图b.渗透率直方图2172024年第14卷 第2期王敏，等.基于孔隙结构和核磁测井建立火山岩分类标准不一致，内边缘较平滑（图3c）。构造裂缝的形成与岩石的力学性质密切相关，其中杨氏模量越大，岩石越不容易发生形变，表现为在构造应力作用下越容易发生破碎。因而在熔岩流中部带构造裂缝更为发育；此外，熔岩中构造裂缝发育程度要高于火山角砾岩和凝灰岩。构造裂缝在岩心上表现为高角度、近直立的张裂缝，延续性较好，多呈细脉状充填，常切穿原生层理和晶体（图3d）。分析压汞实验结果显示：火石岭组排驱压力介于0.17848.245 MPa，平均为8.7 MPa；最大孔喉半径介于0.0154.136 m，平均为0.734 m；最大中值半径介于0.0042.827 m，平均为0.273 m；最大进汞饱和度介于40.48%100%，平均为65.70%；分选系数介于0.6332.443，平均为1.413；均值系数介于0.1710.373，平均为0.265（图4）。3微观分类标准油气勘探、开发主要是获得具有开采价值的能源为目标，其中油气储层的测井评价技术是关键，识别区块最优质的“甜点”层以及测试获得多少产能是最终要解决的难题3-5。由于查干花气田储层致密、图2查干花气田火石岭组凝灰岩孔隙度与渗透率关系Fig.2Relationship between porosity and permeability inChaganhua Gas Field0.0010.010.1110100024681012孔隙度/%渗透率/10-3 m2图3查干花气田火石岭组凝灰岩铸体薄片及扫描电镜下储层特征Fig.3Thin sections of tuff castings from HuoshilingFormation in Chaganhua Gas Field and reservoircharacteristics under scanning electron microscopy脱玻化孔a.查2井凝灰岩脱玻化孔b.查2井凝灰岩溶蚀孔c.腰深3凝灰岩溶蚀缝d.查2井凝灰岩构造裂缝溶蚀孔基质溶孔充填-溶蚀构造缝构造裂缝穿切晶体图4查301井火石岭组凝灰岩储层压汞曲线Fig.4Mercury pressure curve of Huoshiling Formation volcanic reservoir in Well-Cha3010.0010.010.11101001 000020406080100毛管压力/MPa汞饱和度a.查301井毛管压力曲线b.查301井孔喉分布进汞曲线退汞曲线 /%0 10 20 30 40 50 60 70 80 0.0010.010.11101000 10 20 30 40 50 60 70 80 0.160 00.100 00.063 00.040 00.025 00.016 00.010 00.006 30.004 00.002 50.001 60.001 0渗透率贡献/%孔喉分布频率/%孔喉分布频率渗透率贡献孔吼分布区间/m孔喉半径/m218王敏，等.基于孔隙结构和核磁测井建立火山岩分类标准2024年第14卷 第2期非均质性强等特点，确定气层测井解释下限需要从微观入手，建立适合研究区的微观下限。查干花气田储量是低丰度，所以把储层下限分为商业下限和潜力下限。主要是基于气田的开发评价方面，以产气量分级为标准作为储层考核指标。其中商业下限是用于开发评价，下限以上的气层，在一定的有效厚度条件下可以达标，并且可长期稳定生产，具有效益。潜力下限以上的气层，可通过一定的手段，例如工艺技术提高或天然气价格、政策变化，可以具有商业开采价值，但是以目前的条件，还无法动用或者难以效益开发6-8。查干花气田的潜力下限主要是基于查干花气田查2井火石岭组90、91层（图5），测试厚度为7.6 m，孔隙度平均值为2.9%，日产天然气8 171m3，累产气90 000 m3。测试层深度在4 000 m以下，达标是需要达到 20 000 m3/d，测试结论为低产气层。单层测试结果可以证实查干花气田孔隙度达到2.9%的储层充注天然气，只要测试层的厚度大于20 m，初期产量是可以达标，但是累计产量低无法实现效益开发，属于潜力下限。统计查干花气田火石岭组孔隙度在 2.5%3.5%范围内的高压压汞实验数据（表 1），可以看出渗透率范围介于（0.0110.039）10-3m2，平均值为 0.0210-3m2，平均孔喉半径范围为 0.0110.037m，平均值为0.015 m，也就是说查干花气田火石岭组潜力下限孔隙度为2.9%，渗透率为0.0210-3m2，平均孔喉半径为0.015 m。基于潜力下限的确定，利用高压压汞实验数据进行潜力下限以上的精细分类。收集孔隙度大于2.9%的毛管压力曲线（图6），从图6中可以看出：由于非均质性强孔隙结构相对比较复杂。采用聚类法9-10，在相同压力下，压汞的最大饱和度以及退汞图5查2井火石岭组8993层测井成果（4 7654 800 m）Fig.5Logging results of 89 and 93 Layers in Huoshiling Formation of Well-Cha2（4 7654 800 m）测井曲线自然伽马/API井径1/cm深侧向电阻率/(m)井径2/cm钻头直径/cm电阻率曲线孔隙度曲线解释结论油气结论期次深度/m录井渗透率孔隙度孔隙度/%饱和度岩性剖面试气结果备注202202070 1010 000声波时差/(s/m)170420补偿中子/%151补偿密度/(g/cm3)1.92.9补偿中子/%48-12全烃/%020甲烷/%020乙烷/%020丙烷/%020含水饱和度/%1000凝灰岩黏土500渗透率/10-3 m20.0110浅侧向电阻率/(m)1010 000微球聚焦电阻率/(m)1010 00020702070压裂:日产气量8 171 m3，累产90 000 m3期次期次8889904 7804 7704 790919293干层干层2192024年第14卷 第2期王敏，等.基于孔隙结构和核磁测井建立火山岩分类标准饱和度可以分成 3类，其中 A类是进汞饱和度大于80%，退汞饱和度大于30%（图7），B类是进汞饱和度介于40%60%，退汞饱和度大于20%（图8），C类是进汞饱和度介于 30%40%，退汞饱和度大于 10%（图9）。3类孔隙结构以A最好，B中等，C最差。同时依据不同类的高压压汞实验建立微观分类标准（表2）。4测井评价参数分类在微观结构分类的基础上，继续深入研究测井参数分类11-14。可以直观反映储层微观结构的测井表1查干花气田火石岭组2.5%3.5%孔隙度的高压压汞实验数据Table1High-pressure mercury injection experimentaldata for the Huoshiling Formation in Chaganhua GasField with 2.5%to 3.5%porosity孔隙度/%3.4672.5973.6423.1093.0753.4813.7353.1453.5152.9512.7853.6783.5302.5183.328平均渗透率/10-3m20.0110.0230.0320.0150.0140.0190.0350.0390.0210.0150.0140.0170.0140.0120.0160.020平均孔喉半径/m0.0120.0120.0210.0160.0160.0150.0370.0160.0170.0130.0120.0110.0120.0130.0140.015图6查干花气田火石岭组毛管压力曲线Fig.6Capillary pressure curve of Chaganhua Gas Field图7查干花气田火石岭组A类储层毛管压力曲线Fig.7Capillary pressure curve of Class A reservoir inChaganhua Gas Field图8查干花气田火石岭组B类储层毛管压力曲线Fig.8Capillary pressure curve of Class B reservoir inChaganhua Gas Field0.0010.010.11101001 000毛管压力/MPa孔喉半径/m020406080100汞饱和度/%查2 4 568.6 m进汞查2 4 568.6 m退汞查2-3 4 271.01 m进汞查2-3 4 271.01 m退汞查2-1 4 671.8 m进汞查2-1 4 671.8 m退汞查3 4 625.8 m进汞查3 4 625.8 m退汞查301 3 972.84 m进汞查301 3 972.84 m退汞查301 3 975.7 m进汞查301 3 975.7 m退汞查301 4 088.1 m进汞查301 4 088.1 m退汞0.0010.010.11101000.0010.010.11101001 000毛管压力/MPa孔喉半径/m020406080100汞饱和度/%查2-3 4 220.5 m进汞查2-3 4 220.5 m退汞查2-3 4 271.01 m进汞查2-3 4 271.01 m退汞查2-1 4 668.2 m进汞查2-1 4 668.2 m退汞查2-1 4 670 m进汞查2-1 4 670 m退汞查2-1 4 670.9 m进汞查2-1 4 670.9 m退汞0.0010.010.11101000.0010.010.11101001 000毛管压力/MPa孔喉半径/m020406080100汞饱和度/%查2 4 413.35 m进汞查2 4 413.35 m退汞查2-3 4 220.01 m进汞查2-3 4 220.01 m退汞查3 4 625.8 m进汞查3 4 625.8 m退汞查3 4 915.35 m进汞查3 4 915.35 m退汞查301 3 975.7 m进汞查301 3 975.7 m退汞0.0010.010.1110100220王敏，等.基于孔隙结构和核磁测井建立火山岩分类标准2024年第14卷 第2期系列是核磁测井，T2谱的形态、位置、大小是可以进行微观评价。本次研究核磁共振实验参数是匹配核磁测井仪器，这样可以保证实验和测井的T2谱不管在形态还是具体数值都能够相互匹配15。可以看出A类储层核磁T2谱峰宽（图10），离心前后对比自由流体占比高，孔隙结构好；B类储层核磁T2谱峰和离心前后对比自由流体占比较A类储层差（图11），孔隙结构一般；C类储层孔隙结构最差（图12）。结合核磁共振实验和测井数据，建立3类孔隙结构核磁测井特征（图13），其中A类孔隙结构73层具有T2谱宽、位置靠后，谱峰基本都在64 ms之后，主要以中、大孔径为主，B类孔隙结构67层具有双谱峰结构，谱峰基本都在32 ms之后，第二谱峰包络面积较小，以中孔径为主，C类孔隙结构72层，谱峰基本都在16 ms之后，以中、小孔径为主。查干花气田有7口井进行了核磁测井和常规测井，利用核磁测井作为衔接16-21，结合常规曲线和定量参数建立了不同类储层的评价标准（表2）。其中，A类为优质气层，在一定有效厚度情况下产能贡献最大，B类为产能下限气层，在一定有效厚度情况下产微观参数核磁参数常规测井参数参数均值系数分选系数歪度系数最大孔喉半径/m最大汞饱和度/%排驱压力/MPa孔喉半径中值/m汞饱和度中值压力/MPa渗透率分布峰值/%孔隙分布峰值/%退汞饱和度/%T2谱T2谱孔隙分布离心饱和度/%孔隙度/%渗透率/10-3m2含气饱和度/%黏土含量/%声波时差/（s/m）岩性密度/（g/cm3）电阻率/（m）A类0.3，0.41.2，1.7整体大于0以粗歪度为主0.30，1.00800.6，2.70.05060（50，60（15，31（30，50频谱较宽、谱峰靠后64 ms后谱占比大于40%3060.150202002.55183B类0.2，0.3）（1.7，2.5整体小于0以细歪度为主0.05，0.30）（45，652.7，13.80.004，0.05060，97）（38，50（8，15（20，30谱峰中等32 ms后谱占比大于40%10，304，6）（0.050.1（405020191，200）（2.55，2.59274C类0.22.5整体小于0以细歪度为主0.0530，4513.80.00497，20025，384，810，20谱峰较窄16 ms后谱占比大于40%102.9，4）（0.010.05（304020184，191）（2.59，2.62315表2查干花气田火石岭组储层分类标准Table 2Reservoir classification criteria for Huoshiling Formation in Chaganhua Gas Field图9查干花气田火石岭组C类储层毛管压力曲线Fig.9Capillary pressure curve of Class C reservoir inChaganhua Gas Field0.0010.010.11101001 000毛管压力/MPa孔喉半径/m020406080100汞饱和度/%查2 4 418.01 m进汞查2 4 418.01 m退汞查2 4 564.62 m进汞查2 4 564.62 m退汞查2 4 568.22 m进汞查2 4 568.22 m退汞查2 4 774.26 m进汞查2 4 774.26 m退汞查3 4 442.94 m进汞查3 4 442.94 m退汞0.0010.010.11101002212024年第14卷 第2期王敏，等.基于孔隙结构和核磁测井建立火山岩分类标准图11查干花气田火石岭组B类储层核磁离心前后实验结果Fig.11Experimental results before and after nuclearmagnetic centrifugation of Class B reservoir in HuoshilingFormation of Chaganhua Gas Field图12查干花气田火石岭组C类储层核磁离心前后实验结果Fig.12Experimental results before and after nuclearmagnetic centrifugation of Class C reservoir in HuoshilingFormation of Chaganhua Gas Field图10查干花气田火石岭组A类储层核磁离心前后实验结果Fig.10Experimental results before and after nuclearmagnetic centrifugation of Class A reservoir in HuoshilingFormation of Chaganhua Gas Field能贡献比A类差，但是长期也有产气量，C类为充注下限气层，储层含气，测试初期有产能贡献，累产较少，大概每米累产1.3104m3。5结论1）利用高压压汞实验进行微观分类，在此基础上利用核磁共振实验和核磁测井作为衔接，建立了微观结构、核磁测井以及常规测井参数分类标准，将储层由好到坏分为A、B、C类，与传统储层分类相比，可操作性强，可以指导查干花气田新钻井的储层分类评价。2）A类气层下限是孔隙度大于6.0%、渗透率大于0.110-3m2，这类气层是优质气层，具有储集能力高，渗流能力强特点，可选择直井中有效厚度大于10 m的层作为水平井要钻遇的气层。3）B类气层下限是孔隙度大于4.0%、渗透率大于0.0510-3m2，这类气层初期产能较高，通过产剖资料看长期也具有一定产能，是查干花气田的商业下限。4）C类气层下限是孔隙度大于2.9%、渗透率大于0.0210-3m2，这类气层初期具有一定产能，但是递减较快，无法实现效益开发，是查干花气田的潜力下限。参 考 文 献1徐永强,何永宏,卜广平,等.基于微观孔喉结构及渗流特征建立致密储层分类评价标准J.石油实验地质,2019,3（41）:451-460.XUYongqiang,HEYonghong,BUGuangping,etal.Establishment of classification and evaluation criteria for tightreservoirs based on characteristics of microscopic pore throatstructure and percolationJ.Petroleum Geology&Experiment,2019,3（41）:451-460.2萧高健.鄂尔多斯盆地红河油田长8段致密裂缝砂岩储层表征及“甜点油层”综合评价研究D.北京:中国地质大学,2022.XIAO Gaojian.Characterization and comprehensive evaluationofSweet Spotsin the Chang 8 tight fractured sandstonereservoir in Honghe Oilfield，Ordos Basin,ChinaD.Beijing:ADissertation Submitted to China University of Geosciences,2022.3胡芸冰.鄂尔多斯盆地南部长7致密油储层评价及分类D.西安:西北大学,2017.HU Yunbing.Research on tight oil reservoirs geological222王敏，等.基于孔隙结构和核磁测井建立火山岩分类标准2024年第14卷 第2期evaluation and classification of the Chang7 member in southernOrdos BasinD.Xian:Northwest 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m）岩性指示曲线自然伽马/API深侧向电阻率/(m)井径1/cm电阻率曲线孔隙度曲线解释结论深度/m起始深度/m结束深度/m分类评价结果长等待核磁谱分布长等待核磁谱/ms渗透率曲线核磁孔隙度岩性剖面1010 000补偿声波/(s/m)180430岩性密度/(g/cm3)1.82.8补偿中子/%0500.33 000 5004 571.84 597.14 597.04 606.84 611.4 4 616.84 618.54 619.54 620.3 4 629.14 637.8 4 647.54 647.5 4 652.44 652.4 4 659.64 659.6 4 665.24 665.2 4 672.7AABBBBBC73727170696867666564634 6004 6104 6204 6304 6404 6504 6604 6704 630.1 4 637.8渗透率/10-3 m20.01100浅侧向电阻率/(m)1010 000微球聚焦电阻率/(m)1010 00020220井径2/cm2070钻头直径/cm207020220泥质束缚孔隙度自由流体孔隙度毛管束缚孔隙度凝灰岩含量黏土含量干层B类气层AA类气层CC类气层（下转第236页）2232024年第14卷 第2期沈艳杰，等.松辽盆地营城组火山岩相发育特征以吉林省九台地区野外露头为例Development,2003,30（4）:25-28.31王国栋.松辽盆地上白垩统旋回地层与坳陷盆地的沉积演化D.长春:吉林大学,2010.WANG Guodong.Cyclostratigraphy and sedimentary evolutionof upper Cretaceous in Songliao BasinD.Changchun:JIlinUniversity,2010.32KHALAF E E D A H.Stratigraphy,facies architecture,andpalaeoenvironment of Neoproterozoic volcanics and volcaniclasticdeposits in Fatira area,Central Eastern Desert,EgyptJ.Journalof African Earth 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