復(fù)雜巖性儲(chǔ)層核磁共振測(cè)井巖心分析

劉玉明 （中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司中海油實(shí)驗(yàn)中心，天津300452）

梁燦 （中國(guó)石油大學(xué) （北京）地球物理與信息工程學(xué)院，北京102249）

近幾年，我國(guó)相繼發(fā)現(xiàn)一批具有中－大型地質(zhì)儲(chǔ)量規(guī)模的復(fù)雜巖性油田，儲(chǔ)層巖性包括常規(guī)砂巖、生屑云巖、砂礫巖、混積巖等多種類型，常規(guī)測(cè)井評(píng)價(jià)明顯失效，給測(cè)井儲(chǔ)層評(píng)價(jià)帶來(lái)較大困難。核磁共振測(cè)井通過(guò)測(cè)量回波串反演得到橫向弛豫時(shí)間 （τ2）分布，可以用于評(píng)價(jià)儲(chǔ)層巖石的孔隙結(jié)構(gòu)，并從中獲取總孔隙度、有效孔隙度、束縛水飽和度、滲透率、可動(dòng)流體飽和度等重要儲(chǔ)層參數(shù)。實(shí)驗(yàn)室核磁共振測(cè)量能夠?qū)崿F(xiàn)巖心與測(cè)井評(píng)價(jià)之間的標(biāo)定，建立核磁共振測(cè)井解釋模型［1］，從而提高核磁共振測(cè)井解釋精度和應(yīng)用效果，并有助于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)井過(guò)程中有關(guān)參數(shù)的合理選擇，更好地評(píng)價(jià)油、氣儲(chǔ)層。為此，筆者進(jìn)行了復(fù)雜巖性儲(chǔ)層核磁共振測(cè)井巖心分析研究，旨在給復(fù)雜巖性儲(chǔ)層評(píng)價(jià)提供新的思路。

1 試驗(yàn)樣品及設(shè)備

1．1 樣品情況

由于巖性復(fù)雜，核磁共振測(cè)井資料處理面臨τ2截止值 （τ2cutoff）的計(jì)算、滲透率模型的建立等問(wèn)題，需要采集樣品進(jìn)行相應(yīng)的巖石物理試驗(yàn)。該次研究面對(duì)的樣品涉及多種復(fù)雜巖性，包括砂巖、砂礫巖、鮞粒砂巖、生屑云巖，需要考察不同巖性核磁共振τ2cutoff的差異［2］。

1．2 試驗(yàn)設(shè)備和測(cè)量?jī)?nèi)容

試驗(yàn)所用的核磁共振儀器是MARAN－2。工作參數(shù)為：測(cè)試溫度35℃，工作頻率2MHz，單個(gè)脈沖序列最多可采集100000個(gè)回波，磁體有效工作間隙86mm。該儀器具有測(cè)試速度快、重復(fù)測(cè)量穩(wěn)定性好、信噪比高等特點(diǎn)。采用離心法使巖心樣品達(dá)到束縛水狀態(tài)，離心機(jī)參數(shù)為：轉(zhuǎn)速4000r／min，最高離心力約為0．5MPa，認(rèn)為在該參數(shù)條件下，束縛流體全部離出。按照已成熟的試驗(yàn)技術(shù)［3］對(duì)樣品進(jìn)行τ2譜測(cè)量，獲得氦孔隙度、核磁孔隙度、核磁τ2分布等資料。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

巖心完全飽和水時(shí)的τ2分布基本以單峰或是雙峰分布顯示。利用巖心τ2分布可以進(jìn)行巖心孔隙結(jié)構(gòu)的研究［4］。出現(xiàn)不同的峰型分布主要是由孔隙結(jié)構(gòu)決定的。當(dāng)巖石以小孔徑為主時(shí)，τ2譜呈單峰顯示，且弛豫時(shí)間比較短，基本位于10ms之前，如圖1（a）中的1號(hào)樣品，巖石顆粒半徑小，小孔徑發(fā)育，束縛水居多，儲(chǔ)層物性比較差，飽和水樣品τ2峰值在τ2cutoff附近，不可動(dòng)流體居多。隨著巖石孔徑的增加，τ2譜逐漸右移，且呈雙峰顯示，表示巖心樣品中可動(dòng)流體與束縛流體并存。當(dāng)巖石以大孔徑為主時(shí)，可動(dòng)峰幅度明顯增高，且弛豫時(shí)間比較長(zhǎng)，如圖1（b）中的2號(hào)樣品，離心前后τ2譜差異明顯，發(fā)育大孔徑，孔隙連通性較好，可動(dòng)流體含量較高。

需要注意的是，離心后可動(dòng)峰基本消失，或是有一部分保留，不可動(dòng)峰略有減小或偏移，是因?yàn)?，部分連通好的小孔隙中的流體也可能被離出，造成τ2譜中不可動(dòng)峰的減小或偏移；另外，大孔隙中的流體在高速離心時(shí)可能被小孔喉卡住或者呈水膜附著在孔隙內(nèi)表面，離心后進(jìn)行核磁共振測(cè)試時(shí)，在τ2譜中顯示為可動(dòng)流體，從而造成離心后可動(dòng)峰不能完全消失。

圖1 樣品離心前后核磁τ2譜

2．1 孔隙度分析

A井區(qū)樣品較多，19塊樣品的平均氦孔隙度為18．65%，平均核磁孔隙度為17．91%，平均稱重孔隙度為17．62%。從巖心核磁孔隙度與稱重孔隙度對(duì)比圖 （圖2）中可以看出，核磁孔隙度與水孔隙度具有很好的一致性，巖心的2種孔隙度誤差均不超過(guò)1個(gè)孔隙度單位，符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。從巖心核磁孔隙度與氦孔隙度對(duì)比圖 （圖3）中可以看出，核磁孔隙度與氦孔隙度具有較好的一致性，除1塊巖心外，其余巖心的兩種孔隙度誤差均不超過(guò)1個(gè)孔隙度單位。對(duì)該巖心認(rèn)真分析后發(fā)現(xiàn)，該巖心在用20MPa壓力進(jìn)行飽和后，導(dǎo)致巖心表面的孔隙破裂脫落，從而使計(jì)算的核磁孔隙度偏小。

圖2 核磁孔隙度和稱重孔隙度交會(huì)圖

圖3 核磁孔隙度和氦孔隙度交會(huì)圖

2．2 束縛水分析

如圖4所示，利用離心后核磁試驗(yàn)數(shù)據(jù)求得的束縛水孔隙度與稱重法求得的束縛水孔隙度相關(guān)性較好，誤差基本控制在1個(gè)孔隙度單位內(nèi)，符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)核磁試驗(yàn)提供的信息，建立了研究區(qū)A井區(qū)束縛水飽和度和核磁孔隙度的交會(huì)圖 （圖5），發(fā)現(xiàn)其具有一定的線性關(guān)系，可為后續(xù)儲(chǔ)層有效性評(píng)價(jià)提供一定的理論支撐。

圖4 稱重束縛水孔隙度和核磁束縛水孔隙度交會(huì)圖

圖5 A井區(qū)束縛水飽和度和核磁孔隙度交會(huì)圖

2．3 τ2cutoff分析

τ2cutoff通常用固定單一值：碎屑巖地層取33ms，碳酸鹽巖地層取92ms。但是，在更廣泛的范圍里，τ2cutoff不是一個(gè)固定值，而是因地層情況及埋藏深度的不同而變化［5］，為此常常對(duì)同一批巖心樣品的τ2cutoff取一個(gè)平均值，作為區(qū)域性核磁共振測(cè)井資料解釋的模型參數(shù)。對(duì)28塊樣品τ2譜 （圖6）分析發(fā)現(xiàn)，τ2cutoff變化范圍較大，A井區(qū)取心段縱向上巖性發(fā)生了較大變化，巖性以砂礫巖為主，其中τ2cutoff最大的巖心樣品巖性是云巖；B井區(qū)生屑云巖τ2cutoff表現(xiàn)出一定的規(guī)律。據(jù)此，試圖尋找τ2cutoff與白云石體積分?jǐn)?shù)之間的關(guān)系，建立區(qū)域巖石白云石體積分?jǐn)?shù)和τ2cutoff的關(guān)系圖 （圖7），統(tǒng)計(jì)出白云石體積分?jǐn)?shù)變化時(shí)平均τ2cutoff發(fā)生的變化 （表1），可以發(fā)現(xiàn)：

1）該區(qū)域巖石白云石體積分?jǐn)?shù)與τ2cutoff具有一定的相關(guān)性，從回歸曲線可以看到，當(dāng)白云石體積分?jǐn)?shù)低于65%時(shí)，τ2cutoff變化不大；白云石體積分?jǐn)?shù)高于65%，τ2cutoff明顯升高。

2）該區(qū)域τ2cutoff整體表現(xiàn)出砂巖特征，碳酸鹽巖特征不明顯，個(gè)別樣品除外。

3）從τ2cutoff統(tǒng)計(jì)規(guī)律來(lái)看，考慮巖心取樣限制等原因，該區(qū)域取砂泥巖剖面常用的τ2cutoff＝33ms仍具有意義。

圖6 巖心樣品τ2cutoff

表1 τ2cutoff統(tǒng)計(jì)表

2．4 滲透率分析

采用了Coates滲透率模型計(jì)算了巖心樣品滲透率［6，7］，通過(guò)擬合發(fā)現(xiàn)Coates模型中的巖性系數(shù)C＝15。此時(shí)，核磁滲透率與巖心氣體滲透率的相關(guān)性較好 （圖8）。

圖7 白云石體積分?jǐn)?shù)和τ2cutoff關(guān)系圖

圖8 核磁滲透率與巖心滲透率分析 （C＝15）

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)實(shí)驗(yàn)室核磁共振測(cè)量能夠?qū)崿F(xiàn)巖心與測(cè)井評(píng)價(jià)之間的標(biāo)定，建立核磁共振測(cè)井解釋模型，是開(kāi)展核磁共振測(cè)井和提高應(yīng)用效果的重要前提。

［1］Murphy D P．NMR logging and core analysis－simplified［J］．World Oil，1995，216 （4）：65～70．

［2］Coates G，et al．A new characterization of bulk－volume irreducible using magnetic resonance ［J］．The Log Analyst，1998，39 （1）：51～63．

［3］SY／T 5336—2006，巖心分析方法 ［S］．

［4］Kenyon W E．Nuclear magnetic resonance as a petrophysical measurement ［J］．The International journal of radiation applications and instrumentation，1992，6 （2）：153～171．

［5］Coates G，肖立志，Prammer M．核磁共振測(cè)井原理與應(yīng)用 ［M］．北京：石油工業(yè)出版社，2007．

［6］Timur A．Effective porosity and permeability of sandstones investigated through nuclear magnetic resonance principles ［J］．The Log Analyst，1969，10 （1）：3～11．

［7］Ahmed U，Crary S F，Coates G R．Permeability estimation：the various sources and their interrelationships ［J］．J Pet Technol，1991，43 （5）：578～587．