火山巖儲集層評價(1)西安石油大學地球科學與工程學院趙軍龍1學習用參考書火山巖儲集層評價1.趙軍龍.測井資料處理與解釋[M].北京:石油工業出版社，2012.12.雍世和,張超謨.測井數據處理與綜合解釋[M].東營:中國石油大學出版社,19963.《測井學》編寫組.測井學[M].北京:石油工業出版社,19984.李舟波.地球物理測井數據處理與綜合解釋[M].長春:吉林大學出版社,20035.洪有密.測井原理與綜合解釋[M].東營,中國石油大學出版社,20072本章內容第一節火山巖儲集層的基本特征第二節火山巖儲集層的測井響應特征第三節火山巖儲集層測井解釋方法火山巖儲集層評價3本章內容第一節火山巖儲集層的基本特征第二節火山巖儲集層的測井響應特征第三節火山巖儲集層測井解釋方法火山巖儲集層評價4第三節火山巖儲集層測井解釋方法火山巖測井解釋涵蓋儲層巖性識別、基質孔隙度、滲透率、飽和度及裂縫參數定量計算等多個環節。1、巖性識別巖性復雜是火山巖評價的難點之一。巖性不能準確識別，直接導致解釋結果會遺漏油氣層。火山巖巖性復雜，礦物成分多變。巖性對測井的影響往往超過儲層流體的影響，同時不同巖性儲層其物性和產能也有較大差別。因此，準確識別火山巖巖性是開展火山巖儲層測井評價的基礎和關鍵。51、巖性識別1.1巖性分類標準我國火山巖具有噴發期次多、巖漿源性質變化大等特點。為了使巖性測井解釋有規范、適用的標準，我國大慶、新疆等油田建立了本巖性劃分的標準。經過對國內火山巖地層大量巖心取心資料的分析，結合國內外巖性分類標準，總結出一套以巖石結構成因、化學成分及特征礦物與巖石結構三級巖性分類標準。根據火山巖分類原則及標準，用我國大慶油田20口井巖心進行了火山巖測井分類表如表5-6所示，從表5-6中可見共劃分出3大類、9小類和21種巖性，利用每小類的第一種巖性為同一小類代表巖性。61、巖性識別1.1巖性分類標準結構大類成分大類特征礦物組合基本巖石類型火山熔巖類(熔巖基質中分布的火山碎屑少于10％，冷凝固結)熔巖結構或熔結結構基

性SiO245％～52％橄欖石、輝石、斜長石玄武巖/氣孔玄武巖/玄武安山巖中

性SiO252％～63％角閃石、黑云母、輝石，斜長石安山巖/粗安巖中酸性SiO263％～69％角閃石、黑云母、輝石、斜長石、石英、堿性長石英安巖酸

性SiO2>69％黑云母、角閃石、石英、堿性長石流紋巖/變形流紋構造流紋巖/氣孔流紋巖火山碎屑巖類

(火山碎屑超過90％，壓實固結)火山碎屑結構基

性SiO245％～52％橄欖石、輝石、斜長石玄武質/玄武安山質疑/角礫巖中

性SiO252％～63％角閃石、黑云母、輝石、斜長石安山質疑灰/角礫巖中酸性SiO263％～69％角閃石、黑云母、輝石，斜長石、石英、堿性長石英安質疑灰/角礫巖酸

性SiO2>69％黑云母、角閃石、石英、堿性長石流紋質凝灰/角礫巖沉火山碎屑巖類(火山碎屑50～90％，壓實固結)沉火山碎屑結構凝灰質礫巖/凝灰質砂巖/凝灰質泥巖表5-6火山巖測井分類表71、巖性識別1.2常規交會圖法識別火山巖巖性測井數據交會圖法是識別火山巖巖性的簡單而有效的方法。它是把兩種測井數據在平面圖上交會，根據交會點的坐標定出所求參數的數值和范圍的一種方法。在交會圖上能直觀地看出各種巖性的分界和分布的區域，能比較直觀地識別火山巖(圖5-44)。圖5-44火山巖GR—Th交會圖(據李寧等，2009)81、巖性識別1.3成像測井識別火山巖巖性由于成像測井具有高分辨率、高井眼覆蓋率和可視性等特點，在火山巖巖性識別中得到了廣泛應用。由于火山噴發作用形成的環境和堆積條件的不同，形成了各巖性固有的結構和構造特征。這些結構和構造特征是測井識別火山碎屑巖與熔巖、火山巖與沉積巖的重要依據。

由于我國火山巖成因結構復雜，即使巖石化學成分相同，但如果成因、結構不同，其巖石類型和名稱也會不同，因此僅用反映成分特征的常規測井曲線很難將這類巖石區分開。同時由于火山巖地層取心成本高，取心資料少，利用連續、豐富的測井信息準確識別火山巖巖性就顯得尤為重要。以取心資料為基礎，結合區域地質資料刻度成像測井資料，同時采用動、靜態加強方法，突出地質特征，建立起我國火山巖常見巖性的典型結構、構造測井特征模式圖，進而以此來識別巖性。91、巖性識別1.3成像測井識別火山巖巖性實例分析（1）玄武巖玄武巖一般發育大量溶蝕孔，氣孔和杏仁構造。在FMI圖像上顯示為塊狀模式和暗色斑狀模式。圖5-45玄武巖成像測井圖（2）安山巖安山巖一般裂縫發育，在FMI圖像上為塊狀模式與暗色線狀模式結合。圖5-46安山巖成像測井圖101、巖性識別1.3成像測井識別火山巖巖性實例分析（3）英安巖英安巖一般發育流紋構造，FMI圖像模式為塊狀模式與極細的暗色條紋模式。圖5-47英安巖成像測井圖（4）花崗斑巖花崗斑巖受到風化或構造作用時，形成較發育的裂縫和孔隙。為塊狀模式與暗色線狀模式相間。圖5-48花崗斑成像測井圖111、巖性識別1.3成像測井識別火山巖巖性實例分析（5）流紋巖流紋巖一般發育流紋構造，FMI圖像模式為塊狀模式與極細的暗色條紋模式。圖5-50流紋巖成像測井圖（6）沉凝灰巖沉凝灰巖一般為暗色條帶與亮色條帶相間，顯示出沉積巖的成像特征。圖5-52沉凝灰巖成像測井圖121、巖性識別1.3成像測井識別火山巖巖性實例分析（7）凝灰巖凝灰巖的FMI圖像模式為暗色塊狀模式。圖5-53凝灰巖成像測井圖（8）火山角礫巖火山角礫巖發育大顆粒的火山角礫，FMI圖像模式為亮色斑點模式。圖5-54火山角礫巖成像測井圖131、巖性識別1.4ECS測井識別火山巖巖性國內李寧等人初步建立了一整套自主知識產權的ECS處理解釋方法，為火山巖巖性大類的準確確定提供了有力手段，其基本處理流程如圖5-55所示。具體來說，ECS測井資料的處理由三步組成。圖5-55元素俘獲能譜測井處理流程（據李寧等，2009）141、巖性識別1.4ECS測井識別火山巖巖性TAS圖識別火山巖

TAS(TotalAlkaliSilica)分類法中根據SiO2的含量分為超基性、基性、中性、酸性；根據Na2O+K2O的含量進行堿性系列劃分。ECS元素俘獲能譜測井可以得到地層連續的元素含量，如硅、鉀和鈉元素等，這就為應用測井曲線進行TAS分類提供了資料基礎。李寧等（2009）對大慶深層28口有ECS資料的井進行了分析，并對各種成分火山巖巖性出現的頻率進行了統計，結果發現，出現頻率最高的巖性大致有7類，即玄武巖、粗安巖、英安巖、流紋巖、流紋質凝灰巖、熔結凝灰巖和火山角礫巖，其中流紋巖是主力氣層。將ECS資料分析得到的樣本點投影到TAS圖版上，得到如圖5-56所示的分布。151、巖性識別1.4ECS測井識別火山巖巖性圖5-56TAS圖巖性分類圖（據李寧等，2009）161、巖性識別1.5現代數學方法識別火山巖巖性人工神經網絡、灰色關聯、聚類分析、貝葉斯、對應分析、主成分分析及模糊數學等方法都可以較準確地識別火山巖巖性，其關鍵是根據薄片分析資料和對應深度的測井信息構建識別樣本庫。火山巖巖性識別難度非常大，往往用單一的某種方法難以準確識別。在實際工作中，需要聯合幾種方法對其進行有效識別，譬如將常規測井與電成像測井相結合可取得較好的識別效果。172、基質孔隙度計算2.1火山巖總孔隙度儲層測井評價的一項關鍵任務，就是計算儲層物性參數。儲層物性參數是測井資料數字處理解釋的基礎，只有儲層物性參數求準了，才有可能對儲層做出正確的評價。巖石總孔隙度是反映巖石孔隙發育程度的最重要參數。這里說的孔隙包括巖石中所有儲集空間，可以細分為原生孔、次生孔、裂隙。如果能夠分別計算出總孔隙度、裂縫孔隙度，就能得到巖石的孔洞孔隙度即單位體積巖石中孔隙和溶蝕洞的體積。182、基質孔隙度計算2.1火山巖總孔隙度（1）中子測井計算總孔隙度常用來確定孔隙度的中子測井方法有超熱中子測井和熱中子測井。根據中子測井的原理，地層對快中子的減速能力主要取決于地層的含氫量。中子測井是在飽含淡水的純石灰巖刻度井中刻度的。如果假設地層巖石骨架不含氫，并且不考慮氣體的挖掘效應，那么儀器測得的孔隙度值就等于地層的含氫指數。此外由于儀器是在石灰巖刻度井中刻度的，當地層巖性不是石灰巖時會產生系統誤差，但這種系統誤差可以通過對測量值進行附加校正來消除。綜合對中子測井過程的分析，測量結果只與介質的減速特性有關，突出了對含氫量的識別能力，與地層孔隙結構無關，但要受孔隙流體的影響。因此利用中子測井可以較好地確定火山巖儲層總孔隙度。192、基質孔隙度計算2.1火山巖總孔隙度（2）密度測井計算總孔隙度

密度測井選用為伽馬源，發射能量為0.66MeV的伽馬光子并且只記錄0.1～0.2的伽馬射線，在此能級范圍內伽馬光子與地層的相互作用以康普頓散射為主。通過測量經康普頓散射的伽馬射線計數率可以間接獲得地層密度值。

在密度測井儀極板探測范圍內如果存在天然裂縫，由于裂縫內充填流體，它對密度測井儀器響應的貢獻與孔隙相同。因此密度曲線的質量不受裂縫的影響。但如果由于裂縫發育導致井壁垮塌或不規則時，需要采用類似第一種情況的校正方法。因此利用測井獲取地層總孔隙度的過程也不受孔隙結構的影響，但要受巖性和孔隙流體的影響。202、基質孔隙度計算2.1火山巖總孔隙度（3）核磁共振測井計算總孔隙度核磁共振測量原始數據為回波串信號，如圖5-57a所示。已有研究表明地層巖石橫向弛豫時間T2不是單值，而是呈一個曲線分布，稱之為T2譜，如圖5-57b所示。為了進行儲層評價，一般需要將測量的原始回波串信號轉化為橫向弛豫時間(T2)分布，這就是解譜過程。最常用解譜方法是多指數解譜法。T2譜分布規律主要取決于巖石孔隙的孔徑分布。因此用某一種脈沖序列測量出巖石的T2分布后，就可以據此研究巖石的孔隙分布進而求出巖石的孔隙度。212、基質孔隙度計算2.1火山巖總孔隙度（4）中子—密度交會法計算總孔隙度中子、密度測井是孔隙流體和巖石骨架的綜合反映，既受孔隙度影響又受巖性控制，計算地層孔隙度的同時必須準確計算巖性剖面。基于這種思路，采用任何一種單一的測井方法都不能實現以上目的。圖5-58是利用石英和干粘土與淡水按一定比例加權平均得到的混合物中子、密度理論值分布，模擬所用的參數為：石英骨架密度為2.65、骨架中子為0；干粘土骨架密度為2.75、骨架中子為30％。圖5-58中子—密度交會圖計算總孔隙度的理論模型222、基質孔隙度計算2.1火山巖總孔隙度（4）中子—密度交會法計算總孔隙度以上是確定含水砂泥巖地層總孔隙度的理論模型。對火山巖地層，不能采用石英點作為地層骨架點，而應該采用長石和另一種虛擬礦物兩種礦物混合的骨架作為交會圖中的巖石骨架點；實際地層流體是(中子/密度測井探測范圍內的)殘余油氣和地層水混合物，因此純流體點也不能是圖5-58中的純淡水點，而是由地層水和殘余油氣的混合比例即殘余油氣飽和度來確定。圖5-58中子—密度交會圖計算總孔隙度的理論模型232、基質孔隙度計算2.1火山巖總孔隙度（4）中子—密度交會法計算總孔隙度圖5-59中，△WQG表示的是含水石英砂巖情況，但實際地層巖石骨架點不在Q點的位置，M點代表混合骨架點；并且在含油氣地層孔隙混合流體也不能用淡水點W表示，用W’點表示混合流體的坐標。那么數據點P對應地層總孔隙度就應該由△W’MG來確定(干粘土點的位置固定是因為在一個地區或者一個層位一般假設干粘土的組成是相對固定的)。圖5-59迭代算法計算孔隙度的模型242、基質孔隙度計算2.1火山巖總孔隙度（4）中子—密度交會法計算總孔隙度迭代過程就是不斷地尋找、變換W’點和M點的位置，確定新的三角形以計算孔隙度，直至相鄰兩次計算的結果相近或者迭代過程達到一定次數為止。經過上述迭代運算得到的孔隙度是經過巖性校正和油氣校正的，采用該迭代算法可以在任何巖性、任何地區適用，因此計算的結果更能接近實際。值得一提，國內王樹寅等人研究發現，由于縱波不能較好地反映裂縫，故不能采用縱波時差測井計算裂縫性儲層總孔隙度。圖5-59迭代算法計算孔隙度的模型252、基質孔隙度計算2.2火山巖基質孔隙度計算方法（1）巖心刻度測井方法巖心刻度測井方法是確定骨架參數常用的方法，該法通常應用于評價井的解釋和區塊的儲量計算。需要注意，該方法一般需要分地區、分巖性進行。不同測井資料巖心刻度測井確定骨架參數的方法完全一致。密度孔隙度和中子孔隙度為去掉巖石骨架影響后的孔隙度，該孔隙度僅與孔隙流體有關，即與孔隙內的鉆井濾液、油氣體積有關。中子測井和密度測井測量原理不同，這兩種測井儀器探測的徑向和縱向范圍也不同。當地層含氣時，會引起中子測井孔隙度減小和密度測井孔隙度增大。（2）中子一密度交會法262、基質孔隙度計算2.2火山巖基質孔隙度計算方法由于中子測井比密度測井徑向探測深度大2～3倍，中子測井比密度測井受侵入帶含氣飽和度的影響程度大。過去國內外使用傳統的測井定量解釋孔隙度計算方程，確定的氣層孔隙度偏低。這里利用譚廷棟提出的測井定量解釋氣層的孔隙度計算方程，可以有效消除含氣飽和度的影響，其方程為：（2）中子一密度交會法272、基質孔隙度計算2.2火山巖基質孔隙度計算方法（3）多元線性回歸法

①中性、基性火山巖類孔隙度參數計算對于安山巖類、玄武巖類、粗安巖類和英安巖類，根據其骨架參數，分別計算其密度、中子及聲波時差孔隙度，并采用中子、密度、聲波時差計算的孔隙度進行多元線性回歸來確定孔隙度。計算公式分別為：282、基質孔隙度計算2.2火山巖基質孔隙度計算方法（3）多元線性回歸法

②流紋巖類儲層基質孔隙度參數計算根據所確定的流紋巖類巖石骨架參數，分別應用密度、中子及聲波測井資料分別計算巖石的基質孔隙度。從計算結果看，三種測井曲線計算的孔隙度與巖心分析結果之間均有較好的相關性。但是，由于受儲層含氣等因素的影響，計算的三種孔隙度值與巖心分析孔隙度值相比偏高或偏低。因此為了消除這些影響，同時考慮到中子、密度和聲波計算的孔隙度與巖心分析孔隙度之間具有很好的線性相關性，采用中子、密度、聲波計算的孔隙度相結合確定巖石的基質孔隙度。計算公式為：292、基質孔隙度計算2.2火山巖基質孔隙度計算方法（4）核磁共振法核磁共振測井依據觀測信號強度與孔隙流體中氫核含量的對應關系來確定地層孔隙度。如果觀測信號能夠正確地反映宏觀磁化強度M，那么，它在零時刻的數值大小將與地層孔隙中的含氫總量成正比，經過恰當的標定，即可由零時刻的信號強度確定巖層的孔隙度。（5）基于元素俘獲能譜測井計算孔隙度方法ECS測井可以獲得火山巖主要造巖元素Si、Fe、Ti、Ca、Al、S、Cl、Cr、Gd等的質量百分含量，這些元素的含量與巖石的骨架密度直接相關。斯倫貝謝公司根據實驗室巖心分析得到了巖石骨架密度和化學成分數據，建立了巖石骨架參數與巖石元素含量的關系：302、基質孔隙度計算2.2火山巖基質孔隙度計算方法（5）基于元素俘獲能譜測井計算孔隙度方法312、基質孔隙度計算2.2火山巖基質孔隙度計算方法（5）基于元素俘獲能譜測井計算孔隙度方法由于ECS測井能準確地連續確定地層的骨架參數，因此根據ECS測井資料確定的骨架參數結合常規密度測井和中子測井資料，并利用中子—密度交會就能夠合理計算每一個采樣點的孔隙度參數。

值得說明的是，回歸公式具有地區經驗性，而且是在巖心分析的基礎上得到的，需要有大量的實驗室分析數據做基礎，不同地質背景或者不同的地區孔隙度回歸計算公式往往存在較大的差異性。所以對于一個新的探區，如果還沒有大量的實驗室測量數據，回歸的方法往往是不實用的。323、裂縫參數計算3.1裂縫寬度定量計算的方法用雙側向測井資料仍可以計算火山巖的裂縫張開度，其方法類似于碳酸鹽巖裂縫張開度的計算。（1）聲成像測井資料裂縫寬度計算方法聲波成像測量結果受多種因素影響，這是由于儀器本身的測量物理特性所決定的。在各種影響因素中，地層的巖性、井壁的表面結構、發射點到井壁的距離、鉆井液密度及聲波入射角都是重要的影響因素。這些因素集中反映在回波幅度的變化上，因此可以利用裂縫的視寬度與回波幅度的變化關系計算裂縫的真寬度。333、裂縫參數計算3.1裂縫寬度定量計算的方法以CBIL測井為例，對裂縫寬度定量計算方法進行介紹。在回波幅度圖像上，如果用亮色表示高幅度值，用暗色表示低幅度值，則裂縫通常是一條不光滑的正弦曲線。在裂縫軌跡上某一點的垂直方向切割裂縫，然后將切面上每一點的回波幅度連接成一條曲線，就是裂縫輪廓線。輪廓線的兩端幅度值較高，代表基巖的回波幅度，稱為裂縫基巖的背景值。輪廓線的中間幅度值較低，代表裂縫區的回波幅度，稱為裂縫輪廓線的峰值。為了消除噪聲的影響，一般在裂縫切面的裂縫輪廓線上，畫一條背景線，使背景線位于裂縫輪廓線上部的10％的位置，如圖5-60(b)所示。然后根據背景線與裂縫輪廓線的回波幅度計算裂縫寬度。343、裂縫參數計算3.1裂縫寬度定量計算的方法（1）聲成像測井資料裂縫寬度計算方法圖5-60裂縫正弦軌跡線(a)與裂縫切面的輪廓線(b)（據李寧等，2009）李寧等（2009）首先從CBIL測井資料中篩選出測井質量較好的5次測井資料進行分析后得出，如果用裂縫輪廓線表示裂縫的回波幅度變化，則裂縫回波幅度與裂縫寬度關系可以有三種形式(圖5-61)：353、裂縫參數計算3.1裂縫寬度定量計算的方法三種形式(圖5-61)：①裂縫寬度小于測井儀器探測寬度，回波幅度衰減較小，如圖5-61(a)所示；②裂縫寬度等于測井儀器探測寬度，回波幅度衰減較大，如圖5-61(b)所示；③裂縫寬度大于測井儀器探測寬度，回波幅度衰減較大，且回波幅度衰減量趨于一個定值，如圖5-61(c)所示。（1）聲成像測井資料裂縫寬度計算方法圖5-61裂縫回波幅度與裂縫寬度的關系（據李寧等，2009）363、裂縫參數計算3.1裂縫寬度定量計算的方法（2）電成像測井資料裂縫寬度計算方法裂縫寬度是指有效裂縫的張開度。成像測井只能測量井壁表面的裂縫張開度，可能與裂縫的真實張開度存在一定的誤差，但是在相同測井條件下，通過成像測井方法計算出的裂縫張開度，可以指示裂縫的真實寬度。

①實際裂縫寬度與裂縫視寬度的關系裂縫視寬度是成像圖中裂縫顯示的寬度。裂縫視寬度測量的具體方法是將成像圖水平方向和垂直方向的長度與物理模型的實際長度比例均設為1:1，以基質電阻率值為閾值對電阻率掃描數據進行二值化，將彩色圖像轉換成一幅黑白圖像，用黑色條帶代表裂縫；黑色條帶寬度為裂縫視寬度，顯示寬度受所設定的上下幅度值影響。這好比上下移動截止值，當閾值接近基質時，裂縫視寬度值就大；當閾值接近裂縫區幅度值時，裂縫的視寬度值就小。所以，閾值的選擇對裂縫的視寬度的計算結果影響極大。373、裂縫參數計算3.1裂縫寬度定量計算的方法裂縫的視寬度也可以利用裂縫幅度變化的數據點數乘以采樣間隔的方法計算。在電成像測井圖上，選擇一條電阻率曲線計算其裂縫的視寬度，如圖5-62所示，利用乘積的方法計算出2mm的水平裂縫的視寬度為3.8cm。選擇一組電成像測井曲線計算其裂縫的視寬度，結果相同。說明雖然裂縫的視寬度與裂縫的真實寬度相差很大，但是其對應關系是固定的，可以進行近似計算。從圖5-63中可以看出，裂縫的視寬度與裂縫寬度相差許多，如果將裂縫的視寬度當作裂縫寬度是錯誤的。（2）電成像測井資料裂縫寬度計算方法圖5-62一條電阻率曲線（據李寧等，2009）圖5-63實際裂縫寬度與圖像裂縫寬度的關系（據李寧等，2009）383、裂縫參數計算3.2裂縫孔隙度的定量計算（1）利用雙側向測井計算裂縫孔隙度裂縫性地層，儲層空隙空間由基質孔隙與裂縫組成，假設裂縫性地層的導電通路是裂縫流體與巖塊孔隙流體并聯組成，對這兩部分導電體分別應用阿爾奇公式，有：由上式可以導出基于雙側向測井的裂縫孔隙度計算公式：393、裂縫參數計算3.2裂縫孔隙度的定量計算（2）利用成像測井計算裂縫孔隙度根據成像測井資料計算裂縫孔隙度的前提條件是，在成像測井圖所見到的裂縫在地層中視為均勻連通的，利用公式計算得到的裂縫寬度(用W表示)代表地層中的裂縫寬度。裂縫體積等于裂縫在井筒截面積與裂縫寬度的乘積。裂縫孔隙度等于裂縫體積與巖石總體積的比值。當有多條裂縫時，用Wi表示裂縫寬度；ci表示裂縫長度系數，h表示巖石體積的高度，可以進一步得到裂縫孔隙度的計算公式：404、滲透率計算4.1裂縫滲透率計算經驗模型目前對于火山巖儲層滲透率的計算，國內還沒有研究出行之有效的技術方法，本節僅介紹我國火山巖滲透率計算常用的一些方法。（1）裂縫滲透率計算根據國外有關資料表明,巖石的裂縫滲透率可由下式表示:（2）巖塊滲透率計算裂縫性油藏基塊滲透率指的是無裂縫時的巖石滲透率,根據國外資料,巖塊滲透率與巖塊孔隙度有如下經驗關系:414、滲透率計算4.2常規測井資料求取火山巖儲層滲透率的方法（3）巖石總滲透率的計算裂縫性油氣藏巖石的總滲透率K等于巖石裂縫滲透率與巖塊滲透率之和：滲透率是影響儲層流體能否產出的關鍵的儲層