火山岩储集层评价课件

火山岩储集层评价(1)西安石油大学地球科学与工程学院赵军龙1学习用参考书火山岩储集层评价1.赵军龙.测井资料处理与解释[M].北京:石油工业出版社，2012.12.雍世和,张超谟.测井数据处理与综合解释[M].东营:中国石油大学出版社,19963.《测井学》编写组.测井学[M].北京:石油工业出版社,19984.李舟波.地球物理测井数据处理与综合解释[M].长春:吉林大学出版社,20035.洪有密.测井原理与综合解释[M].东营,中国石油大学出版社,20072本章内容第一节火山岩储集层的基本特征第二节火山岩储集层的测井响应特征第三节火山岩储集层测井解释方法火山岩储集层评价3本章内容第一节火山岩储集层的基本特征第二节火山岩储集层的测井响应特征第三节火山岩储集层测井解释方法火山岩储集层评价4第三节火山岩储集层测井解释方法火山岩测井解释涵盖储层岩性识别、基质孔隙度、渗透率、饱和度及裂缝参数定量计算等多个环节。1、岩性识别岩性复杂是火山岩评价的难点之一。岩性不能准确识别，直接导致解释结果会遗漏油气层。火山岩岩性复杂，矿物成分多变。岩性对测井的影响往往超过储层流体的影响，同时不同岩性储层其物性和产能也有较大差别。因此，准确识别火山岩岩性是开展火山岩储层测井评价的基础和关键。51、岩性识别1.1岩性分类标准我国火山岩具有喷发期次多、岩浆源性质变化大等特点。为了使岩性测井解释有规范、适用的标准，我国大庆、新疆等油田建立了本岩性划分的标准。经过对国内火山岩地层大量岩心取心资料的分析，结合国内外岩性分类标准，总结出一套以岩石结构成因、化学成分及特征矿物与岩石结构三级岩性分类标准。根据火山岩分类原则及标准，用我国大庆油田20口井岩心进行了火山岩测井分类表如表5-6所示，从表5-6中可见共划分出3大类、9小类和21种岩性，利用每小类的第一种岩性为同一小类代表岩性。61、岩性识别1.1岩性分类标准结构大类成分大类特征矿物组合基本岩石类型火山熔岩类(熔岩基质中分布的火山碎屑少于10％，冷凝固结)熔岩结构或熔结结构基

性SiO245％～52％橄榄石、辉石、斜长石玄武岩/气孔玄武岩/玄武安山岩中

性SiO252％～63％角闪石、黑云母、辉石，斜长石安山岩/粗安岩中酸性SiO263％～69％角闪石、黑云母、辉石、斜长石、石英、碱性长石英安岩酸

性SiO2>69％黑云母、角闪石、石英、碱性长石流纹岩/变形流纹构造流纹岩/气孔流纹岩火山碎屑岩类

(火山碎屑超过90％，压实固结)火山碎屑结构基

性SiO245％～52％橄榄石、辉石、斜长石玄武质/玄武安山质疑/角砾岩中

性SiO252％～63％角闪石、黑云母、辉石、斜长石安山质疑灰/角砾岩中酸性SiO263％～69％角闪石、黑云母、辉石，斜长石、石英、碱性长石英安质疑灰/角砾岩酸

性SiO2>69％黑云母、角闪石、石英、碱性长石流纹质凝灰/角砾岩沉火山碎屑岩类(火山碎屑50～90％，压实固结)沉火山碎屑结构凝灰质砾岩/凝灰质砂岩/凝灰质泥岩表5-6火山岩测井分类表71、岩性识别1.2常规交会图法识别火山岩岩性测井数据交会图法是识别火山岩岩性的简单而有效的方法。它是把两种测井数据在平面图上交会，根据交会点的坐标定出所求参数的数值和范围的一种方法。在交会图上能直观地看出各种岩性的分界和分布的区域，能比较直观地识别火山岩(图5-44)。图5-44火山岩GR—Th交会图(据李宁等，2009)81、岩性识别1.3成像测井识别火山岩岩性由于成像测井具有高分辨率、高井眼覆盖率和可视性等特点，在火山岩岩性识别中得到了广泛应用。由于火山喷发作用形成的环境和堆积条件的不同，形成了各岩性固有的结构和构造特征。这些结构和构造特征是测井识别火山碎屑岩与熔岩、火山岩与沉积岩的重要依据。

由于我国火山岩成因结构复杂，即使岩石化学成分相同，但如果成因、结构不同，其岩石类型和名称也会不同，因此仅用反映成分特征的常规测井曲线很难将这类岩石区分开。同时由于火山岩地层取心成本高，取心资料少，利用连续、丰富的测井信息准确识别火山岩岩性就显得尤为重要。以取心资料为基础，结合区域地质资料刻度成像测井资料，同时采用动、静态加强方法，突出地质特征，建立起我国火山岩常见岩性的典型结构、构造测井特征模式图，进而以此来识别岩性。91、岩性识别1.3成像测井识别火山岩岩性实例分析（1）玄武岩玄武岩一般发育大量溶蚀孔，气孔和杏仁构造。在FMI图像上显示为块状模式和暗色斑状模式。图5-45玄武岩成像测井图（2）安山岩安山岩一般裂缝发育，在FMI图像上为块状模式与暗色线状模式结合。图5-46安山岩成像测井图101、岩性识别1.3成像测井识别火山岩岩性实例分析（3）英安岩英安岩一般发育流纹构造，FMI图像模式为块状模式与极细的暗色条纹模式。图5-47英安岩成像测井图（4）花岗斑岩花岗斑岩受到风化或构造作用时，形成较发育的裂缝和孔隙。为块状模式与暗色线状模式相间。图5-48花岗斑成像测井图111、岩性识别1.3成像测井识别火山岩岩性实例分析（5）流纹岩流纹岩一般发育流纹构造，FMI图像模式为块状模式与极细的暗色条纹模式。图5-50流纹岩成像测井图（6）沉凝灰岩沉凝灰岩一般为暗色条带与亮色条带相间，显示出沉积岩的成像特征。图5-52沉凝灰岩成像测井图121、岩性识别1.3成像测井识别火山岩岩性实例分析（7）凝灰岩凝灰岩的FMI图像模式为暗色块状模式。图5-53凝灰岩成像测井图（8）火山角砾岩火山角砾岩发育大颗粒的火山角砾，FMI图像模式为亮色斑点模式。图5-54火山角砾岩成像测井图131、岩性识别1.4ECS测井识别火山岩岩性国内李宁等人初步建立了一整套自主知识产权的ECS处理解释方法，为火山岩岩性大类的准确确定提供了有力手段，其基本处理流程如图5-55所示。具体来说，ECS测井资料的处理由三步组成。图5-55元素俘获能谱测井处理流程（据李宁等，2009）141、岩性识别1.4ECS测井识别火山岩岩性TAS图识别火山岩

TAS(TotalAlkaliSilica)分类法中根据SiO2的含量分为超基性、基性、中性、酸性；根据Na2O+K2O的含量进行碱性系列划分。ECS元素俘获能谱测井可以得到地层连续的元素含量，如硅、钾和钠元素等，这就为应用测井曲线进行TAS分类提供了资料基础。李宁等（2009）对大庆深层28口有ECS资料的井进行了分析，并对各种成分火山岩岩性出现的频率进行了统计，结果发现，出现频率最高的岩性大致有7类，即玄武岩、粗安岩、英安岩、流纹岩、流纹质凝灰岩、熔结凝灰岩和火山角砾岩，其中流纹岩是主力气层。将ECS资料分析得到的样本点投影到TAS图版上，得到如图5-56所示的分布。151、岩性识别1.4ECS测井识别火山岩岩性图5-56TAS图岩性分类图（据李宁等，2009）161、岩性识别1.5现代数学方法识别火山岩岩性人工神经网络、灰色关联、聚类分析、贝叶斯、对应分析、主成分分析及模糊数学等方法都可以较准确地识别火山岩岩性，其关键是根据薄片分析资料和对应深度的测井信息构建识别样本库。火山岩岩性识别难度非常大，往往用单一的某种方法难以准确识别。在实际工作中，需要联合几种方法对其进行有效识别，譬如将常规测井与电成像测井相结合可取得较好的识别效果。172、基质孔隙度计算2.1火山岩总孔隙度储层测井评价的一项关键任务，就是计算储层物性参数。储层物性参数是测井资料数字处理解释的基础，只有储层物性参数求准了，才有可能对储层做出正确的评价。岩石总孔隙度是反映岩石孔隙发育程度的最重要参数。这里说的孔隙包括岩石中所有储集空间，可以细分为原生孔、次生孔、裂隙。如果能够分别计算出总孔隙度、裂缝孔隙度，就能得到岩石的孔洞孔隙度即单位体积岩石中孔隙和溶蚀洞的体积。182、基质孔隙度计算2.1火山岩总孔隙度（1）中子测井计算总孔隙度常用来确定孔隙度的中子测井方法有超热中子测井和热中子测井。根据中子测井的原理，地层对快中子的减速能力主要取决于地层的含氢量。中子测井是在饱含淡水的纯石灰岩刻度井中刻度的。如果假设地层岩石骨架不含氢，并且不考虑气体的挖掘效应，那么仪器测得的孔隙度值就等于地层的含氢指数。此外由于仪器是在石灰岩刻度井中刻度的，当地层岩性不是石灰岩时会产生系统误差，但这种系统误差可以通过对测量值进行附加校正来消除。综合对中子测井过程的分析，测量结果只与介质的减速特性有关，突出了对含氢量的识别能力，与地层孔隙结构无关，但要受孔隙流体的影响。因此利用中子测井可以较好地确定火山岩储层总孔隙度。192、基质孔隙度计算2.1火山岩总孔隙度（2）密度测井计算总孔隙度

密度测井选用为伽马源，发射能量为0.66MeV的伽马光子并且只记录0.1～0.2的伽马射线，在此能级范围内伽马光子与地层的相互作用以康普顿散射为主。通过测量经康普顿散射的伽马射线计数率可以间接获得地层密度值。

在密度测井仪极板探测范围内如果存在天然裂缝，由于裂缝内充填流体，它对密度测井仪器响应的贡献与孔隙相同。因此密度曲线的质量不受裂缝的影响。但如果由于裂缝发育导致井壁垮塌或不规则时，需要采用类似第一种情况的校正方法。因此利用测井获取地层总孔隙度的过程也不受孔隙结构的影响，但要受岩性和孔隙流体的影响。202、基质孔隙度计算2.1火山岩总孔隙度（3）核磁共振测井计算总孔隙度核磁共振测量原始数据为回波串信号，如图5-57a所示。已有研究表明地层岩石横向弛豫时间T2不是单值，而是呈一个曲线分布，称之为T2谱，如图5-57b所示。为了进行储层评价，一般需要将测量的原始回波串信号转化为横向弛豫时间(T2)分布，这就是解谱过程。最常用解谱方法是多指数解谱法。T2谱分布规律主要取决于岩石孔隙的孔径分布。因此用某一种脉冲序列测量出岩石的T2分布后，就可以据此研究岩石的孔隙分布进而求出岩石的孔隙度。212、基质孔隙度计算2.1火山岩总孔隙度（4）中子—密度交会法计算总孔隙度中子、密度测井是孔隙流体和岩石骨架的综合反映，既受孔隙度影响又受岩性控制，计算地层孔隙度的同时必须准确计算岩性剖面。基于这种思路，采用任何一种单一的测井方法都不能实现以上目的。图5-58是利用石英和干粘土与淡水按一定比例加权平均得到的混合物中子、密度理论值分布，模拟所用的参数为：石英骨架密度为2.65、骨架中子为0；干粘土骨架密度为2.75、骨架中子为30％。图5-58中子—密度交会图计算总孔隙度的理论模型222、基质孔隙度计算2.1火山岩总孔隙度（4）中子—密度交会法计算总孔隙度以上是确定含水砂泥岩地层总孔隙度的理论模型。对火山岩地层，不能采用石英点作为地层骨架点，而应该采用长石和另一种虚拟矿物两种矿物混合的骨架作为交会图中的岩石骨架点；实际地层流体是(中子/密度测井探测范围内的)残余油气和地层水混合物，因此纯流体点也不能是图5-58中的纯淡水点，而是由地层水和残余油气的混合比例即残余油气饱和度来确定。图5-58中子—密度交会图计算总孔隙度的理论模型232、基质孔隙度计算2.1火山岩总孔隙度（4）中子—密度交会法计算总孔隙度图5-59中，△WQG表示的是含水石英砂岩情况，但实际地层岩石骨架点不在Q点的位置，M点代表混合骨架点；并且在含油气地层孔隙混合流体也不能用淡水点W表示，用W’点表示混合流体的坐标。那么数据点P对应地层总孔隙度就应该由△W’MG来确定(干粘土点的位置固定是因为在一个地区或者一个层位一般假设干粘土的组成是相对固定的)。图5-59迭代算法计算孔隙度的模型242、基质孔隙度计算2.1火山岩总孔隙度（4）中子—密度交会法计算总孔隙度迭代过程就是不断地寻找、变换W’点和M点的位置，确定新的三角形以计算孔隙度，直至相邻两次计算的结果相近或者迭代过程达到一定次数为止。经过上述迭代运算得到的孔隙度是经过岩性校正和油气校正的，采用该迭代算法可以在任何岩性、任何地区适用，因此计算的结果更能接近实际。值得一提，国内王树寅等人研究发现，由于纵波不能较好地反映裂缝，故不能采用纵波时差测井计算裂缝性储层总孔隙度。图5-59迭代算法计算孔隙度的模型252、基质孔隙度计算2.2火山岩基质孔隙度计算方法（1）岩心刻度测井方法岩心刻度测井方法是确定骨架参数常用的方法，该法通常应用于评价井的解释和区块的储量计算。需要注意，该方法一般需要分地区、分岩性进行。不同测井资料岩心刻度测井确定骨架参数的方法完全一致。密度孔隙度和中子孔隙度为去掉岩石骨架影响后的孔隙度，该孔隙度仅与孔隙流体有关，即与孔隙内的钻井滤液、油气体积有关。中子测井和密度测井测量原理不同，这两种测井仪器探测的径向和纵向范围也不同。当地层含气时，会引起中子测井孔隙度减小和密度测井孔隙度增大。（2）中子一密度交会法262、基质孔隙度计算2.2火山岩基质孔隙度计算方法由于中子测井比密度测井径向探测深度大2～3倍，中子测井比密度测井受侵入带含气饱和度的影响程度大。过去国内外使用传统的测井定量解释孔隙度计算方程，确定的气层孔隙度偏低。这里利用谭廷栋提出的测井定量解释气层的孔隙度计算方程，可以有效消除含气饱和度的影响，其方程为：（2）中子一密度交会法272、基质孔隙度计算2.2火山岩基质孔隙度计算方法（3）多元线性回归法

①中性、基性火山岩类孔隙度参数计算对于安山岩类、玄武岩类、粗安岩类和英安岩类，根据其骨架参数，分别计算其密度、中子及声波时差孔隙度，并采用中子、密度、声波时差计算的孔隙度进行多元线性回归来确定孔隙度。计算公式分别为：282、基质孔隙度计算2.2火山岩基质孔隙度计算方法（3）多元线性回归法

②流纹岩类储层基质孔隙度参数计算根据所确定的流纹岩类岩石骨架参数，分别应用密度、中子及声波测井资料分别计算岩石的基质孔隙度。从计算结果看，三种测井曲线计算的孔隙度与岩心分析结果之间均有较好的相关性。但是，由于受储层含气等因素的影响，计算的三种孔隙度值与岩心分析孔隙度值相比偏高或偏低。因此为了消除这些影响，同时考虑到中子、密度和声波计算的孔隙度与岩心分析孔隙度之间具有很好的线性相关性，采用中子、密度、声波计算的孔隙度相结合确定岩石的基质孔隙度。计算公式为：292、基质孔隙度计算2.2火山岩基质孔隙度计算方法（4）核磁共振法核磁共振测井依据观测信号强度与孔隙流体中氢核含量的对应关系来确定地层孔隙度。如果观测信号能够正确地反映宏观磁化强度M，那么，它在零时刻的数值大小将与地层孔隙中的含氢总量成正比，经过恰当的标定，即可由零时刻的信号强度确定岩层的孔隙度。（5）基于元素俘获能谱测井计算孔隙度方法ECS测井可以获得火山岩主要造岩元素Si、Fe、Ti、Ca、Al、S、Cl、Cr、Gd等的质量百分含量，这些元素的含量与岩石的骨架密度直接相关。斯伦贝谢公司根据实验室岩心分析得到了岩石骨架密度和化学成分数据，建立了岩石骨架参数与岩石元素含量的关系：302、基质孔隙度计算2.2火山岩基质孔隙度计算方法（5）基于元素俘获能谱测井计算孔隙度方法312、基质孔隙度计算2.2火山岩基质孔隙度计算方法（5）基于元素俘获能谱测井计算孔隙度方法由于ECS测井能准确地连续确定地层的骨架参数，因此根据ECS测井资料确定的骨架参数结合常规密度测井和中子测井资料，并利用中子—密度交会就能够合理计算每一个采样点的孔隙度参数。

值得说明的是，回归公式具有地区经验性，而且是在岩心分析的基础上得到的，需要有大量的实验室分析数据做基础，不同地质背景或者不同的地区孔隙度回归计算公式往往存在较大的差异性。所以对于一个新的探区，如果还没有大量的实验室测量数据，回归的方法往往是不实用的。323、裂缝参数计算3.1裂缝宽度定量计算的方法用双侧向测井资料仍可以计算火山岩的裂缝张开度，其方法类似于碳酸盐岩裂缝张开度的计算。（1）声成像测井资料裂缝宽度计算方法声波成像测量结果受多种因素影响，这是由于仪器本身的测量物理特性所决定的。在各种影响因素中，地层的岩性、井壁的表面结构、发射点到井壁的距离、钻井液密度及声波入射角都是重要的影响因素。这些因素集中反映在回波幅度的变化上，因此可以利用裂缝的视宽度与回波幅度的变化关系计算裂缝的真宽度。333、裂缝参数计算3.1裂缝宽度定量计算的方法以CBIL测井为例，对裂缝宽度定量计算方法进行介绍。在回波幅度图像上，如果用亮色表示高幅度值，用暗色表示低幅度值，则裂缝通常是一条不光滑的正弦曲线。在裂缝轨迹上某一点的垂直方向切割裂缝，然后将切面上每一点的回波幅度连接成一条曲线，就是裂缝轮廓线。轮廓线的两端幅度值较高，代表基岩的回波幅度，称为裂缝基岩的背景值。轮廓线的中间幅度值较低，代表裂缝区的回波幅度，称为裂缝轮廓线的峰值。为了消除噪声的影响，一般在裂缝切面的裂缝轮廓线上，画一条背景线，使背景线位于裂缝轮廓线上部的10％的位置，如图5-60(b)所示。然后根据背景线与裂缝轮廓线的回波幅度计算裂缝宽度。343、裂缝参数计算3.1裂缝宽度定量计算的方法（1）声成像测井资料裂缝宽度计算方法图5-60裂缝正弦轨迹线(a)与裂缝切面的轮廓线(b)（据李宁等，2009）李宁等（2009）首先从CBIL测井资料中筛选出测井质量较好的5次测井资料进行分析后得出，如果用裂缝轮廓线表示裂缝的回波幅度变化，则裂缝回波幅度与裂缝宽度关系可以有三种形式(图5-61)：353、裂缝参数计算3.1裂缝宽度定量计算的方法三种形式(图5-61)：①裂缝宽度小于测井仪器探测宽度，回波幅度衰减较小，如图5-61(a)所示；②裂缝宽度等于测井仪器探测宽度，回波幅度衰减较大，如图5-61(b)所示；③裂缝宽度大于测井仪器探测宽度，回波幅度衰减较大，且回波幅度衰减量趋于一个定值，如图5-61(c)所示。（1）声成像测井资料裂缝宽度计算方法图5-61裂缝回波幅度与裂缝宽度的关系（据李宁等，2009）363、裂缝参数计算3.1裂缝宽度定量计算的方法（2）电成像测井资料裂缝宽度计算方法裂缝宽度是指有效裂缝的张开度。成像测井只能测量井壁表面的裂缝张开度，可能与裂缝的真实张开度存在一定的误差，但是在相同测井条件下，通过成像测井方法计算出的裂缝张开度，可以指示裂缝的真实宽度。

①实际裂缝宽度与裂缝视宽度的关系裂缝视宽度是成像图中裂缝显示的宽度。裂缝视宽度测量的具体方法是将成像图水平方向和垂直方向的长度与物理模型的实际长度比例均设为1:1，以基质电阻率值为阈值对电阻率扫描数据进行二值化，将彩色图像转换成一幅黑白图像，用黑色条带代表裂缝；黑色条带宽度为裂缝视宽度，显示宽度受所设定的上下幅度值影响。这好比上下移动截止值，当阈值接近基质时，裂缝视宽度值就大；当阈值接近裂缝区幅度值时，裂缝的视宽度值就小。所以，阈值的选择对裂缝的视宽度的计算结果影响极大。373、裂缝参数计算3.1裂缝宽度定量计算的方法裂缝的视宽度也可以利用裂缝幅度变化的数据点数乘以采样间隔的方法计算。在电成像测井图上，选择一条电阻率曲线计算其裂缝的视宽度，如图5-62所示，利用乘积的方法计算出2mm的水平裂缝的视宽度为3.8cm。选择一组电成像测井曲线计算其裂缝的视宽度，结果相同。说明虽然裂缝的视宽度与裂缝的真实宽度相差很大，但是其对应关系是固定的，可以进行近似计算。从图5-63中可以看出，裂缝的视宽度与裂缝宽度相差许多，如果将裂缝的视宽度当作裂缝宽度是错误的。（2）电成像测井资料裂缝宽度计算方法图5-62一条电阻率曲线（据李宁等，2009）图5-63实际裂缝宽度与图像裂缝宽度的关系（据李宁等，2009）383、裂缝参数计算3.2裂缝孔隙度的定量计算（1）利用双侧向测井计算裂缝孔隙度裂缝性地层，储层空隙空间由基质孔隙与裂缝组成，假设裂缝性地层的导电通路是裂缝流体与岩块孔隙流体并联组成，对这两部分导电体分别应用阿尔奇公式，有：由上式可以导出基于双侧向测井的裂缝孔隙度计算公式：393、裂缝参数计算3.2裂缝孔隙度的定量计算（2）利用成像测井计算裂缝孔隙度根据成像测井资料计算裂缝孔隙度的前提条件是，在成像测井图所见到的裂缝在地层中视为均匀连通的，利用公式计算得到的裂缝宽度(用W表示)代表地层中的裂缝宽度。裂缝体积等于裂缝在井筒截面积与裂缝宽度的乘积。裂缝孔隙度等于裂缝体积与岩石总体积的比值。当有多条裂缝时，用Wi表示裂缝宽度；ci表示裂缝长度系数，h表示岩石体积的高度，可以进一步得到裂缝孔隙度的计算公式：404、渗透率计算4.1裂缝渗透率计算经验模型目前对于火山岩储层渗透率的计算，国内还没有研究出行之有效的技术方法，本节仅介绍我国火山岩渗透率计算常用的一些方法。（1）裂缝渗透率计算根据国外有关资料表明,岩石的裂缝渗透率可由下式表示:（2）岩块渗透率计算裂缝性油藏基块渗透率指的是无裂缝时的岩石渗透率,根据国外资料,岩块渗透率与岩块孔隙度有如下经验关系:414、渗透率计算4.2常规测井资料求取火山岩储层渗透率的方法（3）岩石总渗透率的计算裂缝性油气藏岩石的总渗透率K等于岩石裂缝渗透率与岩块渗透率之和：渗透率是影响储层流体能否产出的关键的储层