鄂爾多斯盆地西南部長(zhǎng)8超低滲透砂巖核磁共振T2截止值研究

閆子旺，張紅玲，周曉峰，羅 超，宋廣宇，辛一男

(中國(guó)石油大學(xué)(北京)石油工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京昌平 102249)

鄂爾多斯盆地西南部長(zhǎng)8超低滲透砂巖核磁共振T2截止值研究

閆子旺，張紅玲，周曉峰，羅 超，宋廣宇，辛一男

(中國(guó)石油大學(xué)(北京)石油工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京昌平 102249)

鄂爾多斯盆地；T2截止值；核磁共振；離心實(shí)驗(yàn)；超低滲砂巖

1 研究背景

核磁共振技術(shù)是表征儲(chǔ)層可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)的有效手段，而T2截止值是標(biāo)定可動(dòng)流體的關(guān)鍵參數(shù)。因此，可動(dòng)流體T2截止值的確定一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)問題之一[1]。研究表明，不同地區(qū)、不同巖性、不同物性的儲(chǔ)層T2截止值 差異明顯，很難用統(tǒng)一的截止值來籠統(tǒng)地確定可動(dòng)流體。早在20世紀(jì)60年代，Brown利用核磁共振技術(shù)對(duì)原油的核磁共振特征進(jìn)行了研究[2]。Morriss在分析總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上，通過T1與T2之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，計(jì)算得到了砂巖T2截止值大約為33 ms[3]，這也是美國(guó)斯倫貝謝公司推薦的砂巖T2截止值。大量學(xué)者對(duì)海相碳酸鹽巖T2截止值也進(jìn)行了研究，認(rèn)為海相碳酸鹽巖T2截止值大多集中在90～100 ms之間[4]。

核磁共振技術(shù)作為一種檢測(cè)含氫流體飽和度的新方法在國(guó)內(nèi)普遍應(yīng)用主要從20世紀(jì)90年代開始。對(duì)于我國(guó)陸相沉積常規(guī)砂巖，王志戰(zhàn)[5]、邵維志[6]分別提出了根據(jù)室內(nèi)自由流體飽和度及巖樣T2譜形態(tài)特征確定T2截止值的新方法。汪中浩[7]、姜鵬[8]分別對(duì)塔中地區(qū)及新疆、大慶等低滲透砂巖進(jìn)行了T2譜測(cè)試，得到T2截止值變化范圍為6.4～68.3 ms，平均值為23.7 ms。郎東江[9]、李振濤[10]對(duì)碳酸鹽巖T2截止值進(jìn)行了研究，推薦63.6 ms作為碳酸鹽巖可動(dòng)流體T2截止值。此外，楊正明[11]、廖作才[12]、郭和坤[13]、孫軍昌[14-15]等人分別對(duì)火山巖、低滲火山巖、致密砂巖、頁(yè)巖巖心的T2截止值進(jìn)行了研究，給出了各種巖性巖心的T2截止值范圍。但是，無論是根據(jù)T2截止值與核磁共振T2譜的形態(tài)特征的關(guān)系確定T2截止值，還是利用核磁共振技術(shù)與某一規(guī)定大小的離心力離心實(shí)驗(yàn)結(jié)合確定可動(dòng)流體T2截止值，都具有很強(qiáng)的經(jīng)驗(yàn)性。并且，鄂爾多斯盆地西南部長(zhǎng)8儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，巖石物性總體較差，平均孔隙度8.90%，平均滲透率0.75×10-3μm2，屬于低孔、超低滲透儲(chǔ)層。為了更好地進(jìn)行超低滲透儲(chǔ)層分類評(píng)價(jià)，有必要對(duì)盆地西南部長(zhǎng)8超低滲砂巖儲(chǔ)層的T2截止值進(jìn)行研究。

2 實(shí)驗(yàn)步驟

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

將實(shí)驗(yàn)巖心洗油、烘干，測(cè)量長(zhǎng)度、直徑和密度；測(cè)量氣測(cè)孔隙度、氣測(cè)滲透率；抽真空飽和鹽水，利用濕重與干重差計(jì)算水測(cè)孔隙度(表1)。

2.2 最佳離心力的標(biāo)定

采用氣水離心實(shí)驗(yàn)確定T2截止值時(shí)，離心力大小的標(biāo)定至關(guān)重要。最初，國(guó)外學(xué)者都以100 psi作為砂巖的最佳離心力來進(jìn)行離心實(shí)驗(yàn)，D.Logan等人選取100 psi作為最佳離心力對(duì)美國(guó)Delaware砂巖巖心進(jìn)行了離心實(shí)驗(yàn)[16]。之后，Rahul Dastidar等人將離心力從0 psi逐步增加到120 psi來標(biāo)定最佳離心力，確定100 psi為砂巖巖心最佳離心力[17]。Keh-Jim Dunn等人對(duì)13個(gè)區(qū)塊91個(gè)低滲碎屑巖樣品進(jìn)行了離心，離心力從50 psi逐步增加到400 psi，確定最佳離心力大于或接近400psi[18]。但以上研究都是基于國(guó)外海相沉積砂巖，不一定適用于國(guó)內(nèi)復(fù)雜的陸相沉積砂巖。楊平、郭和坤等人對(duì)長(zhǎng)慶超低滲砂巖使用0.138、0.276、0.689、1.38、2.07、2.76 MPa離心力進(jìn)行最佳離心力的標(biāo)定，認(rèn)為長(zhǎng)慶超低滲砂巖巖樣最佳離心力為2.07 MPa[19]。但由于超低滲儲(chǔ)層可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)較低，用兩次離心后巖心內(nèi)含水飽和度的減少量在3%以內(nèi)作為標(biāo)定最佳離心力的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)不夠精確，所以有必要對(duì)盆地西南部長(zhǎng)8超低滲砂巖巖心的最佳離心力進(jìn)行重新標(biāo)定。

表1 巖心常規(guī)測(cè)試及核磁共振分析結(jié)果

在前人研究的基礎(chǔ)上，本次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)20、40、200、400 psi(即0.14、0.28、1.38、2.76 MPa)4組離心力對(duì)研究區(qū)典型超低滲巖心進(jìn)行高速離心。當(dāng)離心力從200 psi增大至400 psi，巖心含水飽和度的減少量為6.1%～11.68%，平均值9.33%，顯然200 psi不能作為本地區(qū)超低滲砂巖巖心核磁共振最佳離心力。選取盆地西南部長(zhǎng)8代表性的5塊巖心對(duì)巖心含水飽和度與離心力的關(guān)系進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，發(fā)現(xiàn)兩者呈很好的乘冪關(guān)系(圖1)，相關(guān)系數(shù)均高達(dá)0.99。利用以上擬合關(guān)系式，計(jì)算不同離心力下的含水飽和度，并與上一次離心后的含水飽和度做差，計(jì)算結(jié)果表明，450 psi離心力后與400 psi 離心后的差值在0.13%～1.71%之間，平均值為1.02%，故標(biāo)定400 psi(2.76 MPa)為盆地西南部長(zhǎng)8超低滲砂巖核磁共振最佳離心力。根據(jù)毛管力計(jì)算公式，400 psi離心力對(duì)應(yīng)的喉道半徑大小約為0.05 μm，因此，儲(chǔ)層有效滲流喉道半徑的下限約為0.05 μm。

圖1 巖心離心力與含水飽和度擬合曲線

2.3 核磁共振測(cè)試

實(shí)驗(yàn)用中石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院開發(fā)研制的編號(hào)為RecCore-04型低磁場(chǎng)核磁共振巖樣分析儀，對(duì)巖心進(jìn)行核磁共振T2譜測(cè)試。核磁共振實(shí)驗(yàn)設(shè)置等待時(shí)間為5000 ms，回波間隔時(shí)間為0.6 ms，回波個(gè)數(shù)為1024，掃描次數(shù)為128。選取6塊代表性的超低滲巖心樣品在飽和水狀態(tài)下進(jìn)行核磁共振T2測(cè)試，并反演計(jì)算出T2弛豫時(shí)間譜。然后分別進(jìn)行20、40、200、400psi(即0.14、0.28、1.38、2.76 MPa)離心力測(cè)試并進(jìn)行核磁共振測(cè)量，反演計(jì)算出T2弛豫時(shí)間譜，圖2是巖心標(biāo)號(hào)為b168的巖心核磁共振T2譜。

圖2 巖心標(biāo)號(hào)b168巖心核磁共振T2譜

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與討論

3.1 T2截止值的確定

國(guó)外通常采用孔隙度累加法確定T2截止值。其基本步驟是：首先將巖樣在飽和水狀態(tài)下進(jìn)行核磁共振測(cè)量，對(duì)T2譜幅度累加，得到飽和水狀態(tài)下的孔隙度累加曲線；接著在最佳離心力離心后，進(jìn)行核磁共振測(cè)量，對(duì)T2譜幅度累加，得到束縛水狀態(tài)下的孔隙度累加曲線。將這兩條曲線作于同一張圖上，從離心后T2譜累加孔隙度曲線最大值處作一條與時(shí)間軸平行的直線，該直線與飽和水狀態(tài)下T2譜孔隙度累加曲線有一個(gè)交點(diǎn)，經(jīng)過該交點(diǎn)作一條平行于縱坐標(biāo)的直線，該直線與弛豫時(shí)間軸的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的T2值即該巖樣的T2截止值(圖3)。

圖3 孔隙度累加法確定巖樣T2,cutoff原理圖

根據(jù)我國(guó)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)，在最佳離心力離心后的巖心T2譜上計(jì)算累積孔隙度，再在全飽和巖心的T2譜上找一點(diǎn)，使其左邊累積孔隙度與最佳離心力離心后計(jì)算的累積孔隙度相等，該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的T2值即為T2截止值。對(duì)比國(guó)內(nèi)外兩種計(jì)算T2截止值的方法，國(guó)外孔隙度累加法計(jì)算方法簡(jiǎn)單易操作，但誤差較大；我國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)提供的計(jì)算方法更加嚴(yán)謹(jǐn)、精確，但兩種方法的實(shí)質(zhì)是一樣的。按照我國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)提供的計(jì)算方法對(duì)盆地西南部長(zhǎng)8儲(chǔ)層的6塊超低滲砂巖巖心分析得出，超低滲砂巖巖心T2截止值分布在4.18～23.14 ms，平均值為8.7 ms。前人推薦的長(zhǎng)慶油田超低滲砂巖儲(chǔ)層T2截止值為12.47 ms[19]，已不適用于本地區(qū)超低滲砂巖儲(chǔ)層。盆地西南部長(zhǎng)8儲(chǔ)層可采用8.7 ms作為參考的T2截止值。

對(duì)比前人研究成果發(fā)現(xiàn)，超低滲砂巖巖心T2截止值并不完全處于飽和水狀態(tài)下核磁共振T2譜雙峰間的最低點(diǎn)，而是靠近高峰的一側(cè)，說明經(jīng)驗(yàn)方法認(rèn)為砂巖的T2截止值位于雙峰間最低點(diǎn)的觀點(diǎn)存在很大誤差。以b168巖心為例，按照我國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算得到的T2截止值為5.25 ms，而通過經(jīng)驗(yàn)估計(jì)得到的T2截止值約為10.8 ms，兩者相對(duì)誤差51.39%。說明利用經(jīng)驗(yàn)方法估算T2截止值已不適用于復(fù)雜的超低滲透砂巖儲(chǔ)層。

3.2 T2截止值與儲(chǔ)層物性參數(shù)的關(guān)系

超低滲透砂巖T2截止值隨地區(qū)和巖性的變化差異很大，為了得出同一地區(qū)相同巖性條件下超低滲透砂巖T2截止值與儲(chǔ)層物性參數(shù)的關(guān)系，建立區(qū)域性的T2截止值變化規(guī)律，可以通過常規(guī)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)或測(cè)井方法獲得儲(chǔ)層物性參數(shù)并對(duì)該地區(qū)T2截止值進(jìn)行一定精度的預(yù)測(cè)，獲得同一地區(qū)相同巖性儲(chǔ)層T2截止值隨深度的變化規(guī)律，從而使用變T2截止值模型對(duì)儲(chǔ)層做出解釋評(píng)價(jià)。

4 結(jié)論

(1)通過分析不同離心力下核磁共振T2譜含水飽和度的變化，標(biāo)定鄂爾多斯盆地西南部長(zhǎng)8超低滲砂巖儲(chǔ)層T2截止值的最佳離心力為2.76 MPa，儲(chǔ)層有效滲流喉道半徑的下限約為0.05 μm。

(2)根據(jù)我國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)提供的T2截止值計(jì)算方法，確定盆地西南部長(zhǎng)8超低滲砂巖T2截止值分布在4.18～23.14 ms，平均值8.7 ms，因此推薦8.7 ms作為該地區(qū)參考的T2截止值。

(3)盆地西南部長(zhǎng)8超低滲砂巖T2截止值與孔隙度的相關(guān)性并不理想，但與滲透率和最佳離心力滲透率具有很好的函數(shù)關(guān)系，利用這種函數(shù)關(guān)系，建立區(qū)域性的T2截止值變化規(guī)律，為預(yù)測(cè)鄂爾多斯盆地超低滲砂巖T2截止值、可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)和儲(chǔ)層可動(dòng)用下限提供了科學(xué)依據(jù)。

圖4 巖心T2截止值與滲透率、孔隙度及關(guān)系

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編輯：李金華

1673-8217(2015)05-0128-04

2015-04-23

閆子旺，1990年生，2012年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)(華東)石油工程專業(yè)，在讀碩士研究生，研究方向：油氣田開發(fā)理論與系統(tǒng)工程。

中國(guó)石油大學(xué)(北京)科研基金(KYJJ2012-02-46)；國(guó)家科技重大專項(xiàng)(2011ZX05013-006)資助。

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