T2－D二維核磁共振測(cè)井評(píng)價(jià)在氣水識(shí)別中的初步應(yīng)用

羅利，王勇軍，楊嘉，劉靜，王學(xué)琴，毛英雄

（川慶鉆探工程公司測(cè)井公司，重慶400021）

0 引 言

斯倫貝謝公司、哈里伯頓公司以及貝克－阿特拉斯公司的新一代核磁共振測(cè)井儀器一次下井可采集變等待時(shí)間或變回波間隔下的多組回波串?dāng)?shù)據(jù)。對(duì)多組回波串進(jìn)行聯(lián)合反演，就能得到地層的縱向弛豫時(shí)間T1、橫向弛豫時(shí)間T2及流體擴(kuò)散系數(shù)D［1］。如果把測(cè)量T1或T2分布的測(cè)井叫做一維核磁共振測(cè)井，那么可以把測(cè)量T2－D、T1－T2分布的測(cè)井稱為二維核磁共振測(cè)井［1－2］。一維核磁共振測(cè)井的應(yīng)用較好地解決了復(fù)雜巖性儲(chǔ)層識(shí)別與巖石物理參數(shù)的問(wèn)題，但在流體性質(zhì)判別方面受信噪比因素影響，判別效果不甚理想，因而寄希望于二維核磁共振測(cè)井提高流體性質(zhì)判別精度。以哈里伯頓公司MRIL－P型核磁共振測(cè)井儀器在碎屑巖儲(chǔ)層中的測(cè)井資料為例，分析碎屑巖儲(chǔ)層中T2－D二維核磁共振測(cè)井的應(yīng)用效果。

1 T2－D 反演

給定足夠長(zhǎng)的等待時(shí)間TW，保證孔隙流體中的氫核完全極化。當(dāng)核磁共振測(cè)井儀器外加磁場(chǎng)梯度為G時(shí)，改變回波間隔TE，測(cè)量k組不同回波間隔下的回波串?dāng)?shù)據(jù)。回波幅度除了存在指數(shù)exp（－ti／T2j）以外，還增加了流體分子擴(kuò)散產(chǎn)生的擴(kuò)散弛豫項(xiàng)exp（－γ2G2T2EDti／12），第k組回波串的第i（i＝1，2，…，P）個(gè)回波幅度bik表示為［3－5］

式中，γ為磁旋比；G為磁場(chǎng)梯度；fjl為T2－D分布幅度；εi為噪聲。

施加正則化因子α（選用信噪比的函數(shù)），用奇異值分解法對(duì)k組回波串聯(lián)合求解［4－5］，就能得到fil。

2 P型核磁共振T2－D數(shù)值模擬

為檢驗(yàn)多回波串T2－D聯(lián)合反演方法的可靠性，以及二維核磁共振測(cè)井的適應(yīng)性，有必要進(jìn)行二維核磁共振測(cè)井的數(shù)值模擬。根據(jù)P型核磁共振測(cè)井儀器的采集參數(shù)，設(shè)置等待時(shí)間TW＝12s，按0．9、2．7、3．6、4．5ms等4種回波間隔（TE）產(chǎn)生4組回波串，每組回波串對(duì)應(yīng)的回波數(shù)目（NE）分別為500、166、125、100。

設(shè)定地層中天然氣（擴(kuò)散系數(shù)D為10－2．5cm2／s，T2為120ms的區(qū)域）、束縛水（擴(kuò)散系數(shù)D為10－4．5cm2／s，T2為20ms的區(qū)域）、可動(dòng)水（擴(kuò)散系數(shù)D為10－4．5cm2／s，T2為230ms的區(qū)域）及輕質(zhì)油（擴(kuò)散系數(shù)D為10－5．5cm2／s，T2為300ms的區(qū)域）的含量，給定T2－D分布的fil值，得到T2－D分布正演模型（見圖1）。隨機(jī)加入噪聲信號(hào)，由式（1）得到不同信噪比（SNR）條件下的4組回波串Echo1～Echo4（見圖2），SNR＝∞表示回波串中未添加噪聲信號(hào)。

圖1 T2－D分布正演模型圖

對(duì)4組回波串進(jìn)行T2－D聯(lián)合反演，得到不同信噪比的T2－D分布（見圖3）。

從圖3可見，SNR＝∞時(shí)，反演的T2－D分布與設(shè)定的正演模型完全一致，氣、束縛流體、可動(dòng)水以及輕質(zhì)油的信號(hào)區(qū)分性明顯，T2－D分布反演方法有效；隨著SNR降低，SNR在7左右時(shí)，可動(dòng)水與輕質(zhì)油的信號(hào)將出現(xiàn)部分重疊，天然氣信號(hào)還比較明顯；當(dāng)SNR降至3左右時(shí)，氣與束縛水的信號(hào)連接，輕質(zhì)油與可動(dòng)水信號(hào)連接，已不能有效判別流體性質(zhì)。由此可見，若要發(fā)揮出二維核磁共振測(cè)井在流體性質(zhì)判別方面的作用，需要降低噪聲，提高測(cè)井采集回波串的信噪比［6－7］。

3 MRIL－P型核磁共振測(cè)井資料T2－D分布

在PL7井和PL9井須家河組主要目的層段須二層位碎屑巖儲(chǔ)層進(jìn)行了MRIL－P型核磁共振測(cè)井。測(cè)井采集參數(shù)見表1。

圖2 加入不同程度噪聲的回波串

圖3 不同信噪比回波串反演的T2－D分布圖

表1 核磁共振測(cè)井（一維、二維）采集參數(shù)表

由表1可知，一維核磁共振測(cè)井由A、B的2組回波串可形成差譜識(shí)別氣水方法，由A、D的2組回波串可形成移譜識(shí)別氣水方法。而二維核磁共振采用同一等待時(shí)間，多個(gè)回波間隔的測(cè)量方式，通過(guò)A、B、D、E這4組回波串聯(lián)合反演可形成T2－D交會(huì)圖版法識(shí)別氣水。對(duì)該區(qū)天然氣密度、地層溫度、地層水礦化度并結(jié)合測(cè)井采集參數(shù)綜合計(jì)算，得到天然氣擴(kuò)散系數(shù)為98．12×10－5cm2／s，地層水?dāng)U散系數(shù)為1．134×10－5cm2／s，由此在T2－D分布圖上畫出了該區(qū)天然氣擴(kuò)散系數(shù)線和地層水?dāng)U散系數(shù)線。

圖4 PL7井須二段測(cè)井曲線及T2－D分布圖

圖4為PL7井須二段1號(hào)儲(chǔ)層測(cè)井曲線圖。常規(guī)測(cè)井資料指示儲(chǔ)層孔隙度較發(fā)育，物性較好，屬于較好的碎屑巖儲(chǔ)層。從差譜上看（第7道）油氣信號(hào)較弱，從移譜上看（第6道），其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)T2譜（第5道）為整體前移的單峰T2譜特征，結(jié)合儲(chǔ)層段電阻率低（10Ω·m左右或更低），綜合表明該儲(chǔ)層為水層。但從T2－D分布圖上看，在儲(chǔ)層段的上部信號(hào)的能量在天然氣的擴(kuò)散系數(shù)線和地層水的擴(kuò)散系數(shù)線均有分布。隨著深度的增加，T2－D分布圖上信號(hào)的能量有逐漸向水的擴(kuò)散系數(shù)線靠近的趨勢(shì)，表征了該儲(chǔ)層的上氣下水分移特征。該段試油產(chǎn)氣1．3×104m3／d，水14．4m3／d，試油結(jié)論為氣水同層，與T2－D二維核磁共振測(cè)井判別結(jié)果相符。

圖5為PL9井須二段1號(hào)、2號(hào)儲(chǔ)層測(cè)井曲線及T2－D分布圖，常規(guī)測(cè)井資料指示這2個(gè)儲(chǔ)層孔隙度發(fā)育，物性好，屬于有效儲(chǔ)層。從差譜上看（第7道）幾乎沒(méi)有油氣信號(hào)，從移譜上看（第6道），其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)T2譜（第5道）均為整體前移的單峰T2譜特征，2個(gè)儲(chǔ)層T2－D分布信號(hào)能量主要集中在水的擴(kuò)散系數(shù)線附近，天然氣擴(kuò)散系數(shù)線附近幾乎沒(méi)有信號(hào)能量分布。結(jié)合儲(chǔ)層段電阻率較低（10～20Ω·m），表明該段2個(gè)儲(chǔ)層為水層特征，該段試油產(chǎn)氣0．03×104m3／d，水36m3／d，試油結(jié)論為水層，一維二維核磁共振測(cè)井判別流體性質(zhì)正確性均得到驗(yàn)證。

圖5 PL9須二段測(cè)井曲線及T2－D分布圖

對(duì)比PL7井和PL9井儲(chǔ)層流體性質(zhì)判別過(guò)程不難發(fā)現(xiàn)，PL7井須二段1號(hào)儲(chǔ)層氣水同產(chǎn)，但電阻率大致都在10Ω·m左右或更低；而PL9井須二段1號(hào)、2號(hào)儲(chǔ)層以產(chǎn)水為主卻擁有更高的電阻率，在10～20Ω·m之間；這與“高阻氣、低阻水”的一般認(rèn)識(shí)相悖，表明僅用電阻率判別儲(chǔ)層氣水存在局限。借助一維核磁共振測(cè)井差譜法、移譜法判別儲(chǔ)層流體性質(zhì)，2口井儲(chǔ)層均被指示為水層特征，而利用T2－D二維核磁共振測(cè)井判別儲(chǔ)層流體性質(zhì)就很好指示出了PL7井、PL9井儲(chǔ)層孔隙流體擴(kuò)散系數(shù)的差異性，更為準(zhǔn)確地判別了儲(chǔ)層的流體性質(zhì)。

4 結(jié) 論

（1）數(shù)值模擬表明，用噪聲小信噪比高的回波串信號(hào)進(jìn)行反演得到的T2－D分布能很好地反映儲(chǔ)層流體性質(zhì)；隨著信噪比減小，T2－D分布反映儲(chǔ)層流體性質(zhì)的靈敏度降低；當(dāng)回波串的信噪比低于3時(shí)，反演的T2－D分布已很難區(qū)分儲(chǔ)層流體性質(zhì)。

（2）核磁共振橫向弛豫時(shí)間T2由孔隙流體的表面弛豫、體積弛豫、擴(kuò)散弛豫3部分組成。而T2譜的形態(tài)特征主要反映的是體積弛豫的信息，即孔徑大小的信息，因此依賴于挖掘不同孔隙流體表面弛豫差異信息差譜法和移譜法判別儲(chǔ)層流體性質(zhì)存在較大的局限性。

（3）相對(duì)于常規(guī)電阻率測(cè)井以及一維核磁共振測(cè)井差譜法、移譜法判別流體性質(zhì)的方法，T2－D分布能更準(zhǔn)確地指示儲(chǔ)層的氣水特征。

（4）二維核磁共振測(cè)井在2口井碎屑巖儲(chǔ)層氣水識(shí)別中見到一定效果，但由于核磁共振測(cè)井探測(cè)深度淺（7～10cm），從T2－D分布圖上識(shí)別的水信號(hào)是否與鉆井液有關(guān)以及如何消除鉆井液的影響，還需要進(jìn)一步探討；二維核磁共振測(cè)井識(shí)別天然氣層的效果也還需要更多的實(shí)例加以驗(yàn)證。

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