戴詩華 趙 輝 姜淑云

1.中國(guó)石油西部鉆探工程公司 2.中國(guó)石油川慶鉆探工程公司地質(zhì)勘探開發(fā)研究院 3.中國(guó)石油長(zhǎng)城鉆探工程公司服務(wù)公司

火成巖基質(zhì)孔隙度的計(jì)算不能完全照搬沉積巖的計(jì)算方法，適應(yīng)于計(jì)算沉積巖孔隙度的測(cè)井曲線并不一定完全適用于火成巖，兩者之間存在較大的差異。優(yōu)選計(jì)算火成巖基質(zhì)孔隙度的有利曲線是可靠評(píng)價(jià)火成巖基質(zhì)孔隙度的關(guān)鍵。研究表明：在火成巖儲(chǔ)層中，密度曲線計(jì)算火成巖孔隙度要明顯的優(yōu)于核磁［1－2］、聲波［3－5］、中子和地層元素測(cè)井（ECS）［6］曲線。

1 各類測(cè)井方法在火成巖中的響應(yīng)特征

1.1 聲波測(cè)井

聲波測(cè)井能有效反映孔隙均勻分布的均質(zhì)地層的孔隙度，而火成巖儲(chǔ)層孔隙孔徑差別較大，孔隙分布不均勻，孔隙分布各向異性強(qiáng)，連通性差（圖1）。如準(zhǔn)噶爾盆地陸東地區(qū)和克拉美麗氣田的火成巖儲(chǔ)層孔隙分布不均勻，如黃驊坳陷北堡地區(qū)火成巖儲(chǔ)層中普遍發(fā)育有連通性較差的氣孔和杏仁體內(nèi)孔［7］，松遼盆地慶深氣田儲(chǔ)層中發(fā)育有孔喉比大、孔喉分選差的儲(chǔ)層，可見火成巖儲(chǔ)層的孔隙分布往往不均勻［8］。聲波測(cè)井記錄的是聲波傳播最快的首波，對(duì)于這種孔隙分布不均勻的儲(chǔ)層，聲波測(cè)井記錄的是繞過部分孔隙傳播速度最快的波，因?yàn)檠毓羌軅鞑サ穆暡ㄋ俣茸羁?，故聲波測(cè)井在這類儲(chǔ)層中測(cè)得的速度往往偏低；此外，實(shí)測(cè)資料也顯示，從酸性巖到基性巖類，隨著鐵鎂礦物含量的增加，密度測(cè)井值和補(bǔ)償中子值是逐漸增大，且不同巖類間差別大，但聲波總體變化不大，差別較小。圖2是某地區(qū)基性熔巖、酸性熔巖和中性火山角礫巖的聲波時(shí)差對(duì)比圖，3種不同的巖性且孔隙度存在一定差異，但3種巖性的聲波時(shí)差差別較小。準(zhǔn)噶爾盆地197口井不同巖性的火成巖聲波時(shí)差統(tǒng)計(jì)也顯示，不同巖性火成巖的聲波時(shí)差無明顯的差異。大慶油田深層不同火山熔巖的聲波測(cè)井值也無明顯的差別。因此，不宜優(yōu)選聲波測(cè)井資料來計(jì)算火成巖地層的孔隙度。

圖1 火成巖儲(chǔ)層主要儲(chǔ)集空間類型圖

圖2 不同巖類的聲波測(cè)井響應(yīng)特征圖

1.2 中子測(cè)井

火成巖的蝕變程度高，蝕變后常常會(huì)形成高含結(jié)晶水的綠泥石、高嶺石、云母、蛇紋石和方沸石等，如綠泥石的含氫指數(shù)可達(dá)52%，高嶺石的含氫指數(shù)可達(dá)36%，云母的含氫指數(shù)在20%以上，因而蝕變后的一些礦物對(duì)補(bǔ)償中子測(cè)井值影響很大，會(huì)使補(bǔ)償中子顯著增加，一般是蝕變?cè)絿?yán)重，補(bǔ)償中子也越大。因此，在不能有效定量評(píng)價(jià)火成巖蝕變程度的情況下，利用補(bǔ)償中子計(jì)算的孔隙度往往不可靠，故不建議用補(bǔ)償中子來計(jì)算。

1.3 核磁共振測(cè)井

火成巖巖性復(fù)雜，巖性識(shí)別較難，這給孔隙度的計(jì)算帶來了很大困難，而“核磁共振測(cè)井不受巖性影響”這一廣泛認(rèn)識(shí)，使得一些研究人員想到利用這一優(yōu)勢(shì)來計(jì)算火成巖地層的孔隙度，因?yàn)檫@樣可以避開火成巖復(fù)雜巖性識(shí)別這一難題，已發(fā)表了一些不考慮火成巖巖性直接使用核磁來計(jì)算火成巖儲(chǔ)層孔隙度的文獻(xiàn)。結(jié)合核磁共振測(cè)井響應(yīng)理論與實(shí)際測(cè)井資料研究表明，火成巖巖性會(huì)對(duì)核磁共振測(cè)井信號(hào)產(chǎn)生顯著影響，核磁共振測(cè)井在火成巖儲(chǔ)層中使用具有很大的局限性，尤其是在基性巖和低孔火成巖儲(chǔ)層中。核磁共振測(cè)井T2譜受自由弛豫、表面弛豫和擴(kuò)散弛豫3種弛豫機(jī)制的作用。自由弛豫（體弛豫）與巖石空隙中的流體體積、流體類型、流體性質(zhì)等因素有關(guān)，表面弛豫是表面弛豫強(qiáng)度與孔隙比表面的乘積，其值與巖石顆粒比表面大小、膠結(jié)物性質(zhì)等有關(guān)，但不受溫度及壓力的影響?？梢娮杂沙谠ズ捅砻娉谠ザ寂c巖性關(guān)系小。擴(kuò)散弛豫是由梯度場(chǎng)中分子擴(kuò)散引起的，而梯度場(chǎng)一是來自于測(cè)井儀器建立的，稱外部梯度磁場(chǎng)，另一個(gè)來源是巖石骨架顆粒與孔隙流體之間磁化率差（Δχ）引起的內(nèi)部梯度磁場(chǎng)。若巖石顆粒（骨架）呈逆磁性時(shí)，油和水呈弱逆磁性，則巖石骨架顆粒與孔隙流體之間磁化率差便很小，孔隙內(nèi)部梯度磁場(chǎng)便很小，對(duì)于這類巖石，擴(kuò)散弛豫與巖性關(guān)系不大，巖性對(duì)核磁共振測(cè)井T2譜影響不大。若巖石顆粒呈強(qiáng)順磁性時(shí)，巖石骨架顆粒與孔隙流體之間磁化率差便很大，會(huì)在孔隙內(nèi)部產(chǎn)生強(qiáng)內(nèi)部梯度磁場(chǎng)，將對(duì)核磁共振測(cè)井產(chǎn)生很大影響，對(duì)于這類巖石，巖性會(huì)對(duì)核磁共振測(cè)井產(chǎn)生較大影響。

而火成巖大多呈強(qiáng)順磁性，會(huì)使火成巖儲(chǔ)層孔隙內(nèi)部產(chǎn)生強(qiáng)梯度磁場(chǎng)，這是因?yàn)榛鸪蓭r中含大量磁鐵礦、角閃石和黑云母等強(qiáng)順磁性礦物和鐵磁性礦物。從酸性火成巖到基性巖，鐵磁性礦物和強(qiáng)順磁性礦物的含量是逐漸增大，巖石的磁化率也逐漸增大，因此，基性巖的磁化率明顯的大于酸性巖。火成巖具有的強(qiáng)磁化率特征會(huì)使火成巖儲(chǔ)層孔隙內(nèi)部產(chǎn)生強(qiáng)梯度磁場(chǎng)，在孔徑一定的情況下，巖石的磁化率越大，孔隙內(nèi)部梯度磁場(chǎng)越強(qiáng)。

1.3.1 強(qiáng)順磁性巖石對(duì)核磁共振測(cè)井T2譜影響的理論分析

式（1）與式（2）相結(jié)合理論模擬強(qiáng)內(nèi)部梯度磁場(chǎng)對(duì)T2譜的影響，模擬兩種大小的內(nèi)部磁場(chǎng)強(qiáng)度，模擬假定外部磁場(chǎng)梯度一定、不考慮不同尺寸孔徑的孔隙其內(nèi)部磁場(chǎng)梯度的差異性及增大回波間隔引起的短弛豫信號(hào)的損失，即

式中T2B為體積弛豫，μs；D 為擴(kuò)散系數(shù)，cm2／s；G 為觀測(cè)時(shí)的梯度磁場(chǎng)；γ為旋磁比；TE為回波間隔；ρ2為橫向表面弛豫強(qiáng)度；S／V為巖石比表面；B0為外加磁場(chǎng)強(qiáng)度；r為磁場(chǎng)變化的距離；Δχ為巖石骨架顆粒與孔隙流體之間磁化率的差。

對(duì)比模擬的兩種大小的內(nèi)部梯度磁場(chǎng)對(duì)T2譜影響的成果圖可看出（圖3）：相同回波間隔下，內(nèi)部磁場(chǎng)梯度越強(qiáng)，相同弛豫組分對(duì)應(yīng)的T2譜時(shí)間越短，意味著T2譜前移越明顯，使其向弛豫時(shí)間變短的方向移動(dòng)。

1.3.2 強(qiáng)順磁性巖石對(duì)核磁共振測(cè)井T2譜影響的實(shí)際資料分析

實(shí)際測(cè)井資料與理論模擬結(jié)果有相同的認(rèn)識(shí)。圖4所示井段為酸性火成巖類，巖性是花崗斑巖，孔隙度最大為12%，平均孔隙度為9%，圖5所示井段為基性火成巖類，巖性是玄武巖，取心段最大孔隙度為18.6%，平均孔隙度為12%，基性玄武巖的孔隙度要高于酸性花崗斑巖的孔隙度。

圖3 磁場(chǎng)梯度對(duì)T2弛豫時(shí)間的影響圖

圖4 B－1井花崗斑巖取心段測(cè)井綜合曲線及巖心喉道半徑分布圖

圖5 A－1井玄武巖測(cè)井綜合曲線及巖心喉道半徑分布圖

從孔喉大小看，圖5所示的基性玄武巖的孔喉半徑（圖5－b）要明顯的大于酸性花崗斑巖（圖4－b）?；孕鋷r孔喉半徑大于0.148μm的孔喉體積要明顯的大于酸性花崗斑巖，孔喉半徑大于0.148μm的孔喉體積兩口井分別是48%和18.2%，孔喉半徑大小差異明顯。

根據(jù)核磁共振測(cè)井理論知，核磁共振測(cè)井T2譜時(shí)間的長(zhǎng)短反映孔喉半徑的大小，一般孔喉半徑越大，T2譜弛豫時(shí)間越長(zhǎng)，T2譜越靠后［9－12］，但圖5的基性玄武巖盡管其孔隙度大、孔喉半徑也大，但其T2譜相對(duì)酸性花崗斑巖明顯偏向短弛豫時(shí)間，基性玄武巖的T2譜普遍分布在10ms的左邊（圖5－a），而酸性花崗斑巖盡管其孔喉半徑小，但其T2譜卻普遍分布在10 ms的右邊（圖4－a），差異顯著，這與一般的核磁理論認(rèn)識(shí)不一致，這是因?yàn)榛孕鋷r具有強(qiáng)順磁性，會(huì)使儲(chǔ)層孔隙內(nèi)部產(chǎn)生強(qiáng)梯度磁場(chǎng)，使擴(kuò)散弛豫明顯增強(qiáng)，使T2譜發(fā)生明顯前移的現(xiàn)象，這與前面的關(guān)于強(qiáng)順磁性巖石對(duì)核磁共振測(cè)井T2譜影響的理論分析相一致。

1.3.3 內(nèi)部梯度磁場(chǎng)的大小對(duì)核磁孔隙度的影響

火成巖強(qiáng)磁化率特征會(huì)使儲(chǔ)層孔隙內(nèi)部產(chǎn)生強(qiáng)梯度磁場(chǎng)，使擴(kuò)散弛豫明顯增強(qiáng)，除了使T2譜發(fā)生前移外，還會(huì)使核磁T2譜發(fā)生衰減，譜面積減小，核磁孔隙度降低，核磁信號(hào)的衰減程度與孔隙內(nèi)部的梯度磁場(chǎng)大小成正比，孔隙內(nèi)部梯度磁場(chǎng)越大，核磁信號(hào)衰減越大，核磁孔隙度越小。

6塊巖心核磁實(shí)驗(yàn)孔隙度與常規(guī)分析孔隙度對(duì)比看出，火成巖核磁實(shí)驗(yàn)孔隙度明顯低于常規(guī)分析的孔隙度（表1），并且基性巖（21號(hào)巖樣）減小的程度要明顯的大于酸性巖（如表1中的12、22、23號(hào)巖樣）。這是因?yàn)椋孕鋷r的磁化率高，孔隙內(nèi)部梯度磁場(chǎng)強(qiáng)，核磁信號(hào)衰減幅度大。

實(shí)際測(cè)井資料也具有相同的規(guī)律。圖5中基性玄武巖取心段巖心分析平均孔隙度11.93%，核磁分析平均孔隙度8.15%，平均誤差31.7%。圖4中酸性花崗斑巖巖心分析平均孔隙度8.45%，核磁分析平均孔隙度7.97%，平均誤差5.7%。表明強(qiáng)磁化率巖石核磁分析的孔隙度較常規(guī)分析的偏低，巖石磁化率越大，核磁分析的孔隙度偏低幅度越大。

表1 45mm火成巖巖心核磁實(shí)驗(yàn)分析孔隙度與常規(guī)分析孔隙度表

由式（3）可知，巖石孔隙內(nèi)部磁場(chǎng)梯度的強(qiáng)弱除與巖石磁化率有關(guān)外，還與巖石孔喉尺寸大小有關(guān)，與孔喉尺寸大小成反比，孔喉半徑越小，孔隙內(nèi)部梯度磁場(chǎng)越強(qiáng)，T2譜前移越明顯，核磁測(cè)井孔隙度也越低。

圖5中3 641～3 645m段核磁孔隙度與常規(guī)巖心孔隙度之間的誤差要明顯的大于3 636～3 641m段（圖5－a），這是因?yàn)? 641～3 645m 段的巖心孔喉半徑要明顯的小于3 636～3 641m段。

因此，利用核磁共振測(cè)井計(jì)算火成巖地層的孔隙度具有很大的局限性，尤其在中基性火成巖地層和低孔地層中［13－14］。

1.4 密度測(cè)井

密度測(cè)井反映的是儀器探測(cè)范圍內(nèi)地層的總密度，能有效反映地層的總孔隙度，對(duì)各種類型的孔隙度都能有效反映，如火成巖地層中大的氣孔、溶蝕孔洞空隙都能反映。采用巖心刻度測(cè)井的方法，分區(qū)塊、分巖性建立了不同區(qū)塊、不同巖性的密度測(cè)井與巖心分析孔隙度間的線性回歸模型用于計(jì)算火成巖儲(chǔ)層的孔隙度，實(shí)際應(yīng)用表明，利用密度曲線計(jì)算的孔隙度與巖心分析孔隙度之間的誤差較?。ū?）。

表2 準(zhǔn)噶爾盆地某地區(qū)ECS測(cè)井、密度計(jì)算孔隙度與巖心分析孔隙度誤差分析表

1.5 ECS測(cè)井

地層元素測(cè)井（ECS）可以獲得主要造巖元素Si、Fe、Ti、Ca、AL、S、Cl、Cr、Gd等的質(zhì)量百分含量，這些元素的含量與巖石的骨架密度直接相關(guān)，中國(guó)石油大慶油田有限責(zé)任公司、中國(guó)石油新疆油田公司（以下簡(jiǎn)稱新疆油田公司）［6］等建立了利用ECS測(cè)井測(cè)得的元素含量直接計(jì)算巖石體積密度的模型，可以不考慮火成巖復(fù)雜巖性識(shí)別的問題。新疆油田公司應(yīng)用準(zhǔn)噶爾盆地18口井319組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來計(jì)算火成巖的骨架密度［6］：

式中WSi、WFe、WTi分別為ECS硅元素、鐵元素和鈦元素的質(zhì)量百分含量；φD為密度孔隙度；ρma、ρb、ρf分別為骨架密度、測(cè)井密度、流體密度值。

利用式（4）可動(dòng)態(tài)計(jì)算不同深度點(diǎn)的巖石骨架密度，然后將骨架密度值帶入式（5）逐深度點(diǎn)計(jì)算火成巖地層的孔隙度。從8口井的實(shí)際計(jì)算效果看，ECS測(cè)井方法確定的巖石骨架密度帶入孔隙度模型計(jì)算的孔隙度在個(gè)別井誤差大（表2），顯示該方法還不能完全適應(yīng)火成巖地層，該方法在確定復(fù)雜火成巖巖石骨架方面有許多不完善的地方，這也是因火成巖礦物組分多、礦物組分復(fù)雜、巖性復(fù)雜引起的。

2 結(jié)束語

綜合研究成果表明：用于火成巖孔隙度計(jì)算的聲波、中子、密度、核磁和ECS曲線中，應(yīng)首先優(yōu)選密度測(cè)曲線來計(jì)算火成巖儲(chǔ)層的孔隙度。

［1］ 張玲，王志強(qiáng)，張麗艷，等.火成巖油氣藏儲(chǔ)量計(jì)算有關(guān)問題探討［J］.石油與天然氣地質(zhì)，2009，30（2）：223－229.ZHANG Ling，WANG Zhiqiang，ZHANG Liyan，et al.A discussion on certain issues concerning reserve calculation of igneous reservoirs［J］.Oil and Gas Geology，2009，30（2）：223－229.

［2］ 趙杰，雷茂盛，楊興旺，等.火山巖地層測(cè)井評(píng)價(jià)新技術(shù)［J］.大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2007，26（6）：134－137.ZHAO Jie，LEI Maosheng，YANG Xingwang，et al.New logging evaluation technique for volcanic rock formation［J］.Petroleum Geology ＆ Oilfield Development in Daqing，2007，26（6）：134－137.

［3］ 李寧，付有升，楊曉玲，等.大慶深層流紋巖全直徑巖心實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析［J］.測(cè)井技術(shù)，2005，29（6）：480－483.LI Ning，F(xiàn)U Yousheng，YANG Xiaoling，et al.Experimental data analysis on full diameter rhyolite cores from Daqing deep layers［J］.Well Logging Technology，2005，29（6）：480－483.

［4］ 劉俊田，焦立新，張日供，等.三塘湖盆地牛東區(qū)塊石炭系火山巖儲(chǔ)集層測(cè)井評(píng)價(jià)［J］.天然氣地球科學(xué)，2009，20（4）：518－521.LIU Juntian，JIAO Lixin，ZHANG Rigong，et al.Well logging evaluation of Carboniferous volcanic reservoirs in Niudong Block，Santanghu basin［J］.Natural Gas Geoscience，2009，20（4）：518－521.

［5］ 陳鋼花，范宜仁，代詩華.火山巖儲(chǔ)層測(cè)井評(píng)價(jià)技術(shù)［J］.中國(guó)海上油氣：地質(zhì)，2000，14（6）：422－427.CHEN Ganghua，F(xiàn)AN Yiren，DAI Shihua.An evaluation technique for volcanic reservoir using well－logging data［J］.China Offshore Oil and Gas（Geology），2000，14（6）：422－427.

［6］ 匡立春，董政，孫中春，等.基于元素俘獲譜測(cè)井計(jì)算火山巖儲(chǔ)集層孔隙度的方法［J］.新疆石油地質(zhì)，2009，30（3）：287－288.KUANG Lichun，DONG Zheng，SUN Zhongchun，et al.Method for calculation of volcanic reservoir porosity based on ECS log［J］.Xingjiang Petroleum Geology，2009，30（3）：287－288.

［7］ 馬乾，鄂俊杰，李文華，等.黃驊坳陷北堡地區(qū)深層火成巖儲(chǔ)層評(píng)價(jià)［J］.石油與天然氣地質(zhì)，2000，21（4）：337－340.MA Qian，E Junjie，LI Wenhua，et al.Reservoir evaluation of deep－seated igneous rocks in Beipu Region，Huanghua Depression［J］.Oil ＆ Gas Geology，2000，21（4）：337－340.

［8］ 曲延明，舒萍，紀(jì)學(xué)雁，等.松遼盆地慶深氣田火山巖儲(chǔ)層的微觀結(jié)構(gòu)研究［J］.吉林大學(xué)學(xué)報(bào)：地球科學(xué)版，2007，37（4）：721－725.QU Yanming，SHU Ping，JI Xueyan，et al.Micro－fabrics of reservoir volcanic rocks in the Qingshen Gas Field of the Songliao Basin［J］.Journal of Jilin University：Earth Science Edition，2007，37（4）：721－725.

［9］ 趙輝，戴詩華，司馬立強(qiáng)，等.磨溪地區(qū)嘉二段儲(chǔ)層有效性評(píng)價(jià)方法［J］.西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2009，31（5）：13－16.ZHAO Hui，DAI Shihua，SIMA Liqiang，et al.Reservoir effectiveness evaluation for T1j2strata in Moxi Area［J］.Journal of Southwest Petroleum University：Science ＆Technology Edition.2009，31（5）：13－16.

［10］ 顏其彬，趙輝，司馬立強(qiáng)，等.碳酸鹽巖核磁共振實(shí)驗(yàn)與認(rèn)識(shí)［J］.天然氣工業(yè)，2010，30（1）：36－38.YAN Qibin，ZHAO Hui，SIMA Liqiang，et al.A study of NMR experiments of carbonates［J］.Natural Gas Industry，2010，30（1）：36－38.

［11］ 司馬立強(qiáng)，吳豐，繆祥禧.龍崗地區(qū)礁灘儲(chǔ)層有效性評(píng)價(jià)［J］.西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2012，34 （1）：176－182.SIMA Liqiang，WU Feng，MIAO Xiangxi.Bank reef reservoir effectiveness evaluation in Longgang District［J］.Journal of Southwest Petroleum University：Science ＆Technology Edition，2012，34（1）：176－182.

［12］ 陳歡慶，胡永樂，冉啟全，等.徐東地區(qū)營(yíng)城組一段火山噴發(fā)模式特征 ［J］.西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2012，34（1）：41－48.CHEN Huanqing，HU Yongle，RAN Qiquan，et al.Mode characteristics of volcanic eruption of the member 1 of Yingcheng Formation in Xudong Area in Songliao Basin［J］.Journal of Southwest Petroleum University：Science＆ Technology Edition，2012，34（1）：41－48.

［13］ 曹寶軍，李相方，姚約東.火山巖氣藏開發(fā)難點(diǎn)與對(duì)策［J］.天然氣工業(yè)，2007，27（8）：82－84.CAO Baojun，LI Xiangfang，YAO Yuedong.Challenges and strategies in volcanic gas reservoir development［J］.Natural Gas Industry，2007，27（8）：82－84.

［14］ 陳曉紅，何文淵，馮子輝.松遼盆地徐家圍子斷陷主要斷裂對(duì)氣藏的控制作用［J］.天然氣工業(yè)，2012，32（3）：53－56.CHEN Xiaohong，HE Wenyuan，F(xiàn)ENG Zihui.Controlling effect of major faults on the gas reservoirs in the Xujiaweizi fault depression，Songliao Basin［J］.Natural Gas Industry，2012，32（3）：53－56.