低滲透率砂巖可動(dòng)流體T2截止值實(shí)驗(yàn)研究

姜 鵬,郭和坤,李海波,孫軍昌

(1.中國(guó)科學(xué)院滲流流體力學(xué)研究所,河北廊坊065007; 2.中國(guó)石油天然氣股份有限公司勘探開發(fā)研究院廊坊分院,河北廊坊065007)

低滲透率砂巖可動(dòng)流體T2截止值實(shí)驗(yàn)研究

姜 鵬1,郭和坤2,李海波2,孫軍昌1

(1.中國(guó)科學(xué)院滲流流體力學(xué)研究所,河北廊坊065007; 2.中國(guó)石油天然氣股份有限公司勘探開發(fā)研究院廊坊分院,河北廊坊065007)

準(zhǔn)確測(cè)定可動(dòng)流體 T2截止值是通過(guò)核磁共振 T2譜獲取多項(xiàng)儲(chǔ)層評(píng)價(jià)參數(shù)的關(guān)鍵。對(duì)于低滲透率砂巖儲(chǔ)層,中高滲透率儲(chǔ)層 T2截止值經(jīng)驗(yàn)值已不適用,離心標(biāo)定法所用0.69 M Pa離心力也已不再適用。根據(jù)對(duì)低滲透率砂巖巖心的離心標(biāo)定法實(shí)驗(yàn),確定出該方法的最佳離心力應(yīng)為1.38 M Pa,對(duì)比了0.69 M Pa和1.38 M Pa這2種離心力下實(shí)測(cè) T2截止值的差別,得出了低滲透率砂巖巖心的 T2截止值經(jīng)驗(yàn)值為13.96 ms,并分析了 T2截止值與孔隙度、滲透率等物性參數(shù)之間的相關(guān)關(guān)系,結(jié)果表明它們之間均沒(méi)有較好的相關(guān)關(guān)系。

核磁共振;T2截止值;離心實(shí)驗(yàn);砂巖;低滲透率儲(chǔ)層

0 引 言

通過(guò)分析巖心飽和水狀態(tài)的核磁共振 T2譜可以得到儲(chǔ)層有效孔隙度、核磁共振滲透率、束縛水飽和度以及可動(dòng)流體飽和度等重要的儲(chǔ)層評(píng)價(jià)參數(shù)。準(zhǔn)確得到這些評(píng)價(jià)參數(shù)的關(guān)鍵是核磁共振可動(dòng)流體T2截止值(即 T2,cutoff)[1]。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于中高滲透率砂巖儲(chǔ)層 T2,cutoff研究較多,如美國(guó)斯侖貝謝公司推薦 T2,cutoff取33 m s。但對(duì)近幾年新探明的具有很大儲(chǔ)量的低滲透率砂巖油氣藏儲(chǔ)層 T2,cutoff研究較少,簡(jiǎn)單借用中高滲透率儲(chǔ)層的經(jīng)驗(yàn)值可能會(huì)對(duì)低滲透率儲(chǔ)層評(píng)價(jià)帶來(lái)較大偏差,因此有必要針對(duì)低滲透率砂巖油氣藏儲(chǔ)層巖心,開展可動(dòng)流體 T2截止值標(biāo)定實(shí)驗(yàn)研究。

目前標(biāo)定儲(chǔ)層 T2,cutoff最常用的是離心法,該方法準(zhǔn)確可靠,但其關(guān)鍵在于選擇合適的離心力大小,既要保證巖心中可動(dòng)流體基本被全部分離出,又不致因離心力過(guò)大而改變巖心的孔隙結(jié)構(gòu),這樣確定的 T2,cutoff才相對(duì)準(zhǔn)確[1]。在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《巖樣核磁共振參數(shù)實(shí)驗(yàn)室測(cè)量規(guī)范》(SY/T6490-2000)中推薦選用0.69 M Pa離心力,但是大量巖心實(shí)驗(yàn)研究表明,該離心力適用于物性較好的中高滲透率砂巖儲(chǔ)層,是否適用于低滲透率砂巖儲(chǔ)層還有待于進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)研究[2-7]。

本文對(duì)取自新疆、大慶、吉林、四川以及中原共5個(gè)不同地區(qū)135塊低滲透率砂巖巖心進(jìn)行了核磁共振及離心實(shí)驗(yàn)研究,確定出標(biāo)定低滲透率砂巖儲(chǔ)層 T2,cutoff的最佳離心力,對(duì)比分析了不同物性巖心T2,cutoff大小及其變化規(guī)律,研究結(jié)果對(duì)認(rèn)識(shí)低滲透率砂巖儲(chǔ)層核磁共振特征及應(yīng)用核磁共振技術(shù)進(jìn)行低滲透率儲(chǔ)層評(píng)價(jià)具有一定的實(shí)用價(jià)值。

1 最佳離心力確定

為了確定出標(biāo)定低滲透率砂巖儲(chǔ)層 T2,cutoff的最佳離心力,實(shí)驗(yàn)選取了不同區(qū)塊30塊低滲透率砂巖巖心,其中 8塊為含礫砂巖,分別進(jìn)行了 0.35、0.69、1.03、1.38、1.73、2.07 M Pa這6個(gè)不同離心力的離心實(shí)驗(yàn),并在不同離心狀態(tài)下進(jìn)行了核磁共振測(cè)量。30塊巖心的常規(guī)物性參數(shù):巖心孔隙度分布范圍為2.65%～23.13%,平均值為10.06%;巖心滲透率均小于50×10-3μm2,平均值為4.62× 10-3μm2,其中滲透率小于0.1×10-3μm2的有9塊,(0.1～1.0)×10-3μm2之間11塊,(1.0～10) ×10-3μm2之間6塊,(10～50)×10-3μm2之間4塊。

圖1是1塊有代表性的巖心飽和水狀態(tài)及其6個(gè)不同離心力離心后的核磁共振 T2譜比較圖。從圖1中可看出,在離心力小于1.38 M Pa時(shí),隨著離心力的增大,T2譜幅度不同程度減小;但在離心力大于1.38 M Pa之后,T2譜幅度變化很小,表明含水飽和度基本不再降低。實(shí)驗(yàn)分析30塊巖心的離心后 T2譜均具有相似的變化規(guī)律。

圖2為30塊巖心中有代表性的4塊巖心以及2塊作對(duì)比的中高滲透率巖心,不同離心力離心后含水飽和度變化圖。表1為該6塊巖心常規(guī)物性參數(shù)及離心實(shí)驗(yàn)結(jié)果。分析圖2和表1可以看出,5號(hào)和6號(hào)2塊中高滲透率砂巖巖心在0.69 M Pa離心力離心后,再增大離心力巖心中剩余含水飽和度已基本保持不變,表明2塊中高滲透率巖心中已基本無(wú)可動(dòng)流體存在,對(duì)于這類中高滲透率砂巖巖心,可動(dòng)流體 T2,cutoff標(biāo)定可以選用0.69 M Pa離心力;但1～4號(hào)4塊低滲透率巖心在0.69 M Pa離心力離心后,巖心中仍含有較多的可動(dòng)水,當(dāng)離心力從0.69 M Pa增加到1.38 M Pa時(shí),巖心中剩余含水飽和度明顯減小,減小幅度較大,在離心力大于1.38 M Pa之后,巖心中剩余含水飽和度才基本不變(見表1),表明對(duì)于低滲透率砂巖巖心,可動(dòng)流體T2,cutoff標(biāo)定應(yīng)選用1.38 M Pa離心力。

當(dāng)離心力從0.69 M Pa增加到1.38 M Pa時(shí),30塊巖心的剩余含水飽和度均大幅度下降,降低幅度的分布范圍為 3.38%～16.90%,平均值為10.25%,變化非常明顯,表明0.69 M Pa離心力未能將巖心中的可動(dòng)流體全部離心出來(lái),未離出部分還占有相當(dāng)大的比例,因此0.69 M Pa離心力不再適合低滲透率砂巖儲(chǔ)層。但當(dāng)離心力從1.38 M Pa增加到1.73 M Pa時(shí),統(tǒng)計(jì)表明30塊巖心剩余含水飽和度降低幅度很小,降低范圍為 1.07%～6.48%,平均值僅為2.23%,鑒于過(guò)高的離心力,可能會(huì)對(duì)部分固結(jié)程度較差的巖心孔隙結(jié)構(gòu)造成破壞,因此認(rèn)為對(duì)低滲透率砂巖巖心,采用1.38 M Pa離心力標(biāo)定可動(dòng)流體 T2,cutoff最合適。

圖1 1塊巖心離心處理后的核磁共振T2譜

圖2 6塊巖心含水飽和度變化

在砂巖毛細(xì)管孔隙體系劃分標(biāo)準(zhǔn)中,將孔隙半徑大小劃分為3種:孔隙半徑大于250μm的為超毛細(xì)管孔隙,其中流體在自然條件下因重力作用即可自由流動(dòng);孔隙半徑介于0.1μm和250μm之間的是毛細(xì)管孔隙,此時(shí)當(dāng)外力的作用大于孔隙的毛細(xì)管壓力時(shí),流體才能在其中流動(dòng);孔隙半徑小于0.1μm的孔隙叫作微毛細(xì)管孔隙,在正常的地層條件下流體不易在其中流動(dòng)[8]。低滲透率砂巖儲(chǔ)層巖石孔隙以毛細(xì)管孔隙和微毛細(xì)管孔隙為主,毛細(xì)管孔隙中的流體多數(shù)是可動(dòng)流體,而微毛細(xì)管孔隙中的流體多數(shù)不可動(dòng)。依據(jù)毛細(xì)管壓力計(jì)算公式 pc=2σcosθ/r,取σ等于7.275×10-3mN/m,θ取0°,則0.69 M Pa離心力對(duì)應(yīng)的喉道半徑為0.211 μm,而1.38 M Pa離心力對(duì)應(yīng)的喉道半徑為0.105 μm。因此,選用0.69 M Pa離心力不能將毛細(xì)管孔隙中的可動(dòng)流體全部分離出,選用1.38 M Pa離心力能夠?qū)⒚?xì)管孔隙中的可動(dòng)流體基本全部分離出,在1.38 M Pa以上再增加離心力也不能分離出微毛細(xì)管孔隙中的束縛流體。對(duì)于低滲透率砂巖巖心而言,可動(dòng)流體 T2截止值標(biāo)定的最佳離心力應(yīng)在1.38 M Pa左右。

針對(duì)上述30塊低滲透率巖心,對(duì)0.69 M Pa離心力標(biāo)定的 T2,cutoff與1.38 M Pa離心力標(biāo)定值進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn),2種離心力的標(biāo)定值有較大差別,0.69 M Pa離心力標(biāo)定值的變化范圍為5.57～86.40 m s,平均值為37.54 m s,而1.38 M Pa離心力標(biāo)定值的變化范圍為4.64～41.60 m s,平均值15.53 m s。因此對(duì)于低滲透率砂巖儲(chǔ)層巖心,如果繼續(xù)使用0.69 M Pa離心力來(lái)標(biāo)定 T2,cutoff,必然導(dǎo)致測(cè)井解釋產(chǎn)生較大誤差,導(dǎo)致解釋的儲(chǔ)層束縛水飽和度偏大而可動(dòng)流體飽和度偏小,并影響儲(chǔ)層滲透率等參數(shù)解釋結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2 可動(dòng)流體 T2截止值標(biāo)定結(jié)果

表1 6塊巖心常規(guī)物性及離心實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表2 135塊巖心標(biāo)定 T2,cutoff值按滲透率分類的統(tǒng)計(jì)結(jié)果

確定出最佳離心力1.38 M Pa后,對(duì)135塊低滲透率砂巖巖心在該離心力下進(jìn)行了 T2,cutoff標(biāo)定,利用離心前飽和水狀態(tài)及1.38 M Pa離心力離心后2個(gè)狀態(tài)下的 T2譜定量計(jì)算每塊巖心的 T2,cutoff。首先計(jì)算離心后 T2譜幅度和,然后在離心前 T2譜上找出1個(gè)點(diǎn),使該點(diǎn)左邊各點(diǎn)的 T2譜幅度和等于離心后 T2譜幅度和,則該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的 T2值即為T2,cutoff。135塊巖心標(biāo)定 T2,cutoff按滲透率分類的統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2。從表2中可見 ,不同巖心的 T2,cutoff存在一定差異,但不同滲透率區(qū)間的平均值相差很小,全部135塊巖心的 T2,cutoff平均值為13.96 m s,該值可作為低滲透率砂巖儲(chǔ)層可動(dòng)流體解釋時(shí)T2,cutoff的推薦值。

圖3 T2,cutoff與孔隙度相關(guān)關(guān)系

圖4 T2,cutoff與滲透率相關(guān)關(guān)系

135塊巖心 T2,cutoff與孔隙度、滲透率的相關(guān)關(guān)系顯示,T2,cutoff與巖心孔隙度沒(méi)有較好的相關(guān)關(guān)系,與滲透率也沒(méi)有較好的相關(guān)關(guān)系,孔隙度相近或滲透率相近巖心的 T2,cutoff有可能相差較大,表明 T2,cutoff不僅取決于孔隙度、滲透率,可能還取決于巖石礦物成分、黏土類型與含量高低以及巖石潤(rùn)濕性特征等(見圖3、圖4)。

3 結(jié) 論

(1)通過(guò)30塊低滲透率砂巖巖心不同離心力離心實(shí)驗(yàn),確定出低滲透率砂巖儲(chǔ)層巖心可動(dòng)流體T2,cutoff標(biāo)定的最佳離心力應(yīng)為1.38 M Pa,中高滲透率儲(chǔ)層巖心采用的0.69 M Pa離心力不適用于低滲透率儲(chǔ)層。

(2)135塊低滲透率砂巖巖心可動(dòng)流體 T2,cutoff標(biāo)定結(jié)果表明,低滲透率砂巖儲(chǔ)層可動(dòng)流體解釋時(shí)T2,cutoff的推薦值可取13.96 m s。

(3)對(duì)于低滲透率砂巖巖心,可動(dòng)流體 T2,cutoff與孔隙度、滲透率之間均沒(méi)有較好的相關(guān)關(guān)系。

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Experimental Study on T2,cutoffin Low Permeability Sandstones

JIANG Peng1,GUO Hekun2,L IHaibo2,SUN Junchang1
(1.Institute of Porous Flow&Fluid Mechanics,Chinese Academy of Sciences,Langfang,Hebei 065007,China; 2.Langfang Branch Institute,Research Institute of Petroleum Exploration and Development, PetroChina,Langfang,Hebei 065007,China)

The crux of gaining many reservoir evaluation parameters by T2spectrum of nuclear magnetic resonance(NM R)is to determ ine movable fluid cutoff value(T2,cutoff)accurately.Fo r low permeability sandstones,the empiric T2,cutoffisn’t app licable yet,neither is the centrifugal force of 0.69 M Pa in indoor centrifugal calibrating method.According to the indoor centrifugal calibrating experiment,this paper confirmed that 1.38 M Pa is the best centrifugal p ressure for low permeability sandstones.The T2,cutoffgot from these two kinds of centrifugal p ressure were compared and the empiric T2,cutofffor low permeability sandstonesw as defined to be 13.96 m s.Finally,the relationship between T2,cutoffand reservoir physical p roperty parameters such as porosity,permeability and so on w as analyzed;the results show that there isn’t good co rrelation between them.

nuclearmagnetic resonance,T2,cutoff,centrifugal experiment,sandstone,low permeability reservoir

1004-1338(2010)04-0327-04

P631.84

A

姜 鵬,男,1984年生,碩士研究生,從事油氣田開發(fā)方面的研究工作。

2010-01-25 本文編輯 王小寧)