中基性火山巖順磁物質(zhì)對(duì)核磁共振孔隙度的影響分析

李曉峰，李慶峰，董麗欣

（大慶鉆探工程公司測(cè)井公司，黑龍江 大慶163412）

0 引 言

核磁共振測(cè)井能夠直接獲得儲(chǔ)層孔隙度和滲透率，定性反映儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)［1－4］，如果巖石骨架中存在諸如錳、鐵等順磁性物質(zhì)，將對(duì)核磁共振測(cè)井響應(yīng)信號(hào)產(chǎn)生極為重要的影響［5－6］，核磁共振儀器不僅檢測(cè)不到完整的孔隙流體信號(hào)，導(dǎo)致核磁共振孔隙度較小，而且進(jìn)一步反演計(jì)算的核磁共振T2譜也不能準(zhǔn)確反映儲(chǔ)層孔徑分布，計(jì)算的可動(dòng)流體T2截止值及核磁共振滲透率等重要參數(shù)也具有較大誤差。因此，獲取比較準(zhǔn)確的核磁共振孔隙度是核磁共振測(cè)井技術(shù)成功應(yīng)用的前提之一，針對(duì)特殊巖性儲(chǔ)層，開展室內(nèi)核磁共振巖樣分析實(shí)驗(yàn)，不僅能夠很好地指導(dǎo)核磁共振測(cè)井技術(shù)的應(yīng)用，而且對(duì)于核磁共振技術(shù)本身的發(fā)展也具有一定的促進(jìn)作用［7－10］。

由于中基性火山巖鐵鎂礦物等鐵磁礦物的含量較高，核磁共振測(cè)井在中基性火山巖中的應(yīng)用受到了限制。為提高核磁共振測(cè)井在中基性火山巖中的應(yīng)用效果，本文通過實(shí)驗(yàn)室CT掃描與核磁共振T2譜的分布特征對(duì)比分析確定了中基性火山巖基質(zhì)的順磁物質(zhì)（鐵）對(duì)核磁共振孔隙度的影響程度，同時(shí)給出了核磁共振孔隙度對(duì)于不同順磁物質(zhì)（鐵）含量的校正公式。

1 中基性火山巖順磁物質(zhì)（鐵）對(duì)核磁共振測(cè)井的影響

挑選具有代表性的4種巖性6塊全直徑巖心，進(jìn)行CT掃描實(shí)驗(yàn)，從實(shí)驗(yàn)室確定的不同巖性巖心CT掃描實(shí)驗(yàn)結(jié)果與對(duì)應(yīng)的核磁共振T2譜的分布特征對(duì)比中可以看出，酸性巖、中性巖反映的儲(chǔ)層孔隙特征一致（見圖1～圖4）。中基性巖到基性巖，隨著巖石中鐵元素的含量逐漸增加，核磁共振測(cè)量T2譜有移譜現(xiàn)象，CT掃描結(jié)果反映儲(chǔ)層的孔隙結(jié)構(gòu)略大一些。

為進(jìn)一步研究順磁物質(zhì)（鐵）對(duì)核磁共振測(cè)井影響的規(guī)律，制備了7塊順磁物質(zhì)（鐵）含量不同的人造砂巖（見表1）。將巖心經(jīng)過清洗、烘干并飽和水后，測(cè)量核磁共振孔隙度。圖5給出了7塊巖心的核磁共振孔隙度與常規(guī)氣測(cè)孔隙度的對(duì)比?？梢钥闯鲭S巖樣中順磁物質(zhì)（鐵）含量的逐漸增加，核磁共振孔隙度呈明顯的減小趨勢(shì)，核磁共振孔隙度與常規(guī)氣測(cè)井孔隙度之間的偏差越來越大，當(dāng)順磁物質(zhì)（鐵）的含量達(dá)到6%時(shí)，測(cè)得的核磁共振孔隙度基本為0。順磁物質(zhì)（鐵）的存在一方面使得橫向表面弛豫強(qiáng)度ρ2增大，另一方面造成巖石顆粒與孔隙流體之間磁化率有很大的差異，產(chǎn)生內(nèi)部磁場(chǎng)梯度（G），這2種情況都會(huì)減小地層孔隙流體的橫向弛豫時(shí)間T2。其結(jié)果是一些具有短T2的組分衰減很快，由于核磁共振測(cè)井儀器等待時(shí)間的限制，探測(cè)不到這部分信號(hào)，造成核磁共振測(cè)井孔隙度減小。

圖1 酸性巖CT掃描與核磁共振實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比圖

圖2 中性巖CT掃描與核磁共振實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比圖

圖3 中基性巖CT掃描與核磁共振實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比圖

圖4 基性巖CT掃描與核磁共振實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比圖

表1 含順磁物質(zhì)的人造砂巖巖心物性參數(shù)

圖5 常規(guī)孔隙度與核磁共振孔隙度對(duì)比圖

2 中基性火山巖順磁物質(zhì)（鐵）影響校正

為校正中基性火山巖順磁物質(zhì)（鐵）的影響，將順磁物質(zhì)（鐵）含量已知的中基性火山巖7口井巖心樣品經(jīng)過清洗、烘干并飽和水后，測(cè)量核磁共振孔隙度與常規(guī)稱重法孔隙度。通過研究發(fā)現(xiàn)孔隙度差值（巖心孔隙度與核磁共振孔隙度差值）與鐵含量之間具有良好的相關(guān)性（見圖6）。建立了順磁物質(zhì)（鐵）含量與核磁共振孔隙度減少的校正公式。利用該校正公式以及CT掃描結(jié)果對(duì)核磁共振測(cè)井資料進(jìn)行校正，使得利用核磁共振測(cè)井資料能夠較為準(zhǔn)確地確定中基性火山巖儲(chǔ)層孔隙度及孔隙結(jié)構(gòu)特征。校正公式為

式中，φa為校正后核磁共振孔隙度；φb為核磁共振測(cè)井孔隙度；WFe為地層鐵含量。

圖6 孔隙度差值與鐵含量關(guān)系圖

3 應(yīng)用情況

在徐家圍子深層達(dá)深3井對(duì)式（1）進(jìn)行應(yīng)用驗(yàn)證。圖7為達(dá)深3井核磁共振校正孔隙度與巖心分析孔隙度對(duì)比圖。該井3 238.0～3 253.0m段巖性為玄武巖，ECS測(cè)井成果顯示鐵含量為0.092～0.115，核磁共振測(cè)井孔隙度在0.01%～5.56%，經(jīng)過校正后，核磁共振孔隙度在9.56%～16.35%。

3 310.0 ～3 320.0m段巖性為安山質(zhì)火山角礫巖，ECS測(cè)井成果顯示鐵含量為0.032～0.044，核磁共振測(cè)井孔隙度在12.10%～18.50%，經(jīng)過校正后，核磁共振孔隙度在15.70%～22.73%。

達(dá)深3井巖心分析孔隙度與核磁共振孔隙度對(duì)比圖見圖8，巖心分析孔隙度與核磁共振校正孔隙度對(duì)比圖見圖9，誤差統(tǒng)計(jì)見表2。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示核磁共振校正孔隙度與巖心分析孔隙度平均絕對(duì)誤差為1.67%，應(yīng)用效果良好。通過式（1）對(duì)中基性火山巖核磁共振孔隙度進(jìn)行校正，能夠提高應(yīng)用核磁共振計(jì)算儲(chǔ)層孔隙度的精度。

圖7 達(dá)深3井核磁共振校正孔隙度與巖心分析孔隙度對(duì)比圖

圖8 達(dá)深3井巖心分析孔隙度與核磁共振孔隙度對(duì)比圖

圖9 達(dá)深3井巖心分析孔隙度與核磁共振校正孔隙度對(duì)比圖

4 結(jié) 論

（1）從中基性巖到基性巖，隨著巖石中鐵元素的含量逐漸增加，核磁共振測(cè)量T2譜有移譜現(xiàn)象。

（2）人造巖心隨巖樣中順磁物質(zhì)（鐵）含量的逐漸增加，核磁共振孔隙度呈明顯的減小趨勢(shì)，核磁共振孔隙度與常規(guī)氣測(cè)孔隙度之間的偏差越來越大，當(dāng)順磁物質(zhì)（鐵）的含量達(dá)到6%時(shí)，測(cè)得的核磁共振孔隙度基本為0。

表2 巖心分析孔隙度與核磁共振校正孔隙度誤差統(tǒng)計(jì)表

（3）通過巖心實(shí)驗(yàn)，建立了消除順磁物質(zhì)對(duì)核磁共振測(cè)井孔隙度的影響方法，從而提高求取孔隙度的精度。

［1］ 肖立志.核磁共振成像測(cè)井與巖石核磁共振及其應(yīng)用［M］.北京：科學(xué)出版社，1998.

［2］ 肖立志.我國(guó)核磁共振測(cè)井應(yīng)用中的若干重要問題［J］.測(cè)井技術(shù)，2007，31（5）：401－407.

［3］ 王筱文，肖立志，謝然紅，等.中國(guó)陸相地層核磁共振孔隙度研究 ［J］.中國(guó)科學(xué)G輯：物理學(xué)力學(xué)天文學(xué)，2006，36（4）：366－3741.

［4］ 高效曾.核磁共振孔隙度和巖性有關(guān) ［J］.測(cè)井技術(shù)，1998，22（4）：295－298.

［5］ 謝然紅，肖立志，王忠東，等.復(fù)雜流體儲(chǔ)層核磁共振測(cè)井孔隙度影響因素 ［J］.中國(guó)科學(xué)D輯：地球科學(xué)，2008，38（增刊I）：191－196.

［6］ 孫軍昌，郭和坤，楊正明，等.不同巖性火山巖氣藏巖芯核磁孔隙度實(shí)驗(yàn)研究 ［J］.西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2011，33（5）：27－34.

［7］ 王為民，葉朝輝，郭和坤.陸相儲(chǔ)層巖石核磁共振物理特征的實(shí)驗(yàn)研究 ［J］.波譜學(xué)雜志，2001，18（2）：113－121.

［8］ 王為民，孫佃慶，苗盛.核磁共振測(cè)井基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究［J］.測(cè)井技術(shù)，1997，21（6）：385－392.

［9］ 王忠東，汪浩，李能根，等.核磁共振巖心基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)分析 ［J］.測(cè)井技術(shù)，2001，25（3）：170－174.

［10］ 王忠東，王東.順磁離子對(duì)核磁共振弛豫響應(yīng)的影響及其應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)研究 ［J］.測(cè)井技術(shù)，2003，27（4）：270－273.