核磁共振測井資料在滴西地區(qū)火成巖中的應(yīng)用效果分析

史飛洲，王彥春，孫　煒，方　圓

核磁共振測井資料在滴西地區(qū)火成巖中的應(yīng)用效果分析

史飛洲1，王彥春1，孫煒2，方圓3

（1.中國地質(zhì)大學(xué)地球物理與信息技術(shù)學(xué)院，北京100083；2.中國石化石油勘探開發(fā)研究院構(gòu)造與沉積儲層實(shí)驗(yàn)室，北京100083；3.中國地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展研究中心，北京100037）

物性和流體性質(zhì)相似的火成巖儲集層，其核磁共振測井資料存在較大的差異，且導(dǎo)致這種差異的原因尚不明確。以準(zhǔn)噶爾盆地滴西地區(qū)石炭系火成巖為例，對3口井核磁共振測井資料的應(yīng)用效果進(jìn)行了分析，從鐵磁性礦物含量、石英含量和泥質(zhì)含量3個(gè)方面對核磁共振測井資料的應(yīng)用效果差異進(jìn)行了討論。結(jié)果表明，核磁共振測井資料在研究區(qū)酸性火成巖中的應(yīng)用效果要好于中基性火成巖。核磁共振測井計(jì)算的孔隙度隨鐵磁性礦物含量的增加而變小，隨石英含量的增加而更接近地層的真實(shí)孔隙度，隨泥質(zhì)含量的增加而變大，孔隙度的變化量小于10%.

準(zhǔn)噶爾盆地；滴南凸起；滴西地區(qū)；核磁共振測井；中基性火成巖；酸性火成巖

一般來說，核磁共振測井的孔隙度主要受到火成巖儲集層孔隙流體性質(zhì)的影響。比如，當(dāng)?shù)貙雍瑲鈺r(shí)，由于氣體的含氫指數(shù)較低，并且在很短的測井時(shí)間內(nèi)氣體未能完全極化，從而導(dǎo)致核磁共振測井測量的孔隙度偏低。文獻(xiàn)［1］—文獻(xiàn)［4］利用核磁共振測井在含氣儲集層中的特點(diǎn)，并結(jié)合密度曲線進(jìn)行了氣層的識別。文獻(xiàn)［5］在此基礎(chǔ)上，通過巖心孔隙度刻度測井進(jìn)行權(quán)系數(shù)標(biāo)定，對含氣儲集層的有效孔隙度進(jìn)行了校正。但是，關(guān)于火成巖巖性對核磁共振測井影響的研究比較少。文獻(xiàn)［6］—文獻(xiàn)［8］進(jìn)行了二維核磁共振巖心分析，并探測到含順磁雜質(zhì)的砂巖的內(nèi)部磁場梯度。文獻(xiàn)［9］通過離心實(shí)驗(yàn)和核磁共振實(shí)驗(yàn)，研究了火成巖不同巖性的T2譜截止值的差異。文獻(xiàn)［10］使用核磁共振技術(shù)，對大慶徐深氣田、吉林長嶺氣田和新疆克拉美麗氣田3個(gè)火成巖氣田102塊不同巖心的核磁共振孔隙度及核磁共振響應(yīng)特征進(jìn)行了研究。文獻(xiàn)［11］通過實(shí)驗(yàn)室?guī)r心測量，討論了火成巖中的順磁性礦物對核磁共振特性的影響。文獻(xiàn)［12］也討論了順磁性礦物對核磁共振特性的影響，并應(yīng)用人工智能方法中的決策樹，根據(jù)相關(guān)影響因素進(jìn)行了核磁共振孔隙度校正。文獻(xiàn)［13］討論了中基性火成巖中順磁性礦物含量與核磁共振孔隙度的關(guān)系。文獻(xiàn)［14］模擬了不同磁化率、含不同流體巖石以及不同回波間隔的核磁共振橫向弛豫時(shí)間分布，分析了磁化率對核磁共振孔隙度的影響。但是，以上研究大多是基于實(shí)驗(yàn)室?guī)r心測量，缺少現(xiàn)場核磁共振測井資料的支持。

本文以準(zhǔn)噶爾盆地滴西地區(qū)3口井的核磁共振測井資料為例，對其應(yīng)用效果進(jìn)行了分析。從鐵磁性礦物含量、石英含量和泥質(zhì)含量3個(gè)方面對核磁共振測井在中基性火成巖與酸性火成巖中的應(yīng)用效果差異進(jìn)行了分析，引入了“預(yù)磁化”的概念，并較為合理地解釋了核磁共振測井在酸性火成巖和中基性火成巖應(yīng)用中的差異問題。

1　核磁共振測井基本原理

核磁共振測井測量的是儲集層流體中氫核的弛豫時(shí)間。施加外磁場前，氫核磁矩的方向是無序的，因此整體不顯磁性（圖1a）；施加外磁場后，氫核磁矩的方向變成了外磁場方向，并達(dá)到一定的磁場強(qiáng)度（圖1b）。儲集層流體在縱向上達(dá)到某個(gè)磁場強(qiáng)度所需的時(shí)間稱為縱向弛豫時(shí)間；與之對應(yīng)，儲集層流體在橫向上由某個(gè)磁場強(qiáng)度降低到零所需要的時(shí)間稱為橫向弛豫時(shí)間。對不同的橫向弛豫時(shí)間統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)率就得到了T2譜。

圖1　氫核極化前后磁矩方向示意

典型的核磁共振測井T2譜如圖2所示，實(shí)驗(yàn)室研究表明，T2譜的前部對應(yīng)巖石的小孔隙和微孔隙，T2譜的后部對應(yīng)巖石中的較大孔隙。物性較好的儲集層一般呈現(xiàn)雙峰特征，并且峰值整體靠后（圖2a）；物性較差的儲集層一般呈現(xiàn)單峰特征，并且峰值整體靠前（圖2b）。

圖2　典型的核磁共振測井T2譜示意

2　核磁共振應(yīng)用效果分析

2.1研究區(qū)概況

研究區(qū)位于準(zhǔn)噶爾盆地陸梁隆起滴南凸起西北部（圖3），主要目的層段為石炭系火成巖。三維地震資料表明，研究區(qū)石炭系火成巖巖性圈閉主體部位斷裂不發(fā)育，構(gòu)造保存較好，往東逐漸削蝕尖滅，向南也有很明顯的尖滅特征。

2.2中基性火成巖中的應(yīng)用分析

對研究區(qū)內(nèi)3口井（A井、B井和C井）的核磁共振測井資料進(jìn)行分析。A井3 633～3 670 m井段和B井3 670～3 690 m井段均為玄武巖，屬于中基性火成巖，自然伽馬呈槽狀低值，說明泥質(zhì)含量低；自然電位曲線明顯偏離泥巖基線，顯示異常，說明地層的滲透性較好；深側(cè)向電阻率、淺側(cè)向電阻率和微球形聚焦電阻率與其他井段相比均為高值，補(bǔ)償中子與密度和聲波時(shí)差曲線之間存在較大的幅度差。分析表明，兩井段均為良好的儲集層。對A井的3 633～3 670 m井段進(jìn)行了試油，日產(chǎn)油19.56 t，日產(chǎn)氣25.172×104m3，試油結(jié)論為油氣同層；對B井的3 670～3 690 m井段進(jìn)行了試油，日產(chǎn)油2.51 t，日產(chǎn)氣16.536×104m3，試油結(jié)論為氣層。從試油結(jié)論可以看出，兩井段的儲集性能良好。

圖3　準(zhǔn)噶爾盆地滴西地區(qū)構(gòu)造位置

而A井3 633～3 670 m井段和B井3 670～3 690 m井段的核磁共振測井T2譜（圖4，圖5），主要為單峰，并且峰值均位于左側(cè)，說明兩井段小孔隙居多，為差儲集層。核磁共振測井解釋結(jié)論與常規(guī)測井解釋結(jié)論和試油結(jié)論不符。

2.3酸性火成巖中的應(yīng)用分析

C井3 510～3 530 m井段取心分析為花崗斑巖，屬于酸性火成巖，自然伽馬為中高值，說明此井段泥質(zhì)含量較A井、B井高。自然電位曲線偏離泥巖基線，偏離的幅度較小。深側(cè)向電阻率、淺側(cè)向電阻率和微球形聚焦電阻率測井曲線為高值，且存在明顯的幅度差。聲波時(shí)差、補(bǔ)償中子和密度曲線變化平緩，聲波時(shí)差與補(bǔ)償中子和密度曲線之間存在明顯的幅度差。常規(guī)測井分析表明，此井段為較好的儲集層。對C井3 510～3 530 m井段進(jìn)行了試油，日產(chǎn)油26.93 t，日產(chǎn)氣25.006×104m3，試油結(jié)論為油氣同層。從試油結(jié)論可以看出，此井段的儲集性能良好。常規(guī)測井解釋結(jié)論與試油結(jié)論相符。

觀察C井3 510～3 530 m井段的核磁共振測井T2譜（圖6），此井段的雙峰明顯，且左右分布均勻，說明此井段的儲集性能良好，為好儲集層。核磁共振測井解釋結(jié)論與常規(guī)測井解釋結(jié)論和試油結(jié)論相符。

3　核磁共振影響因素分析

從常規(guī)測井曲線和試油資料分析可知，3口井的研究層段均為較好的儲集層。但是，A井和B井與C井的核磁共振測井T2譜卻存在較大的差異，A井和B井以單峰為主，且峰值整體靠前；而C井以雙峰為主，且峰值整體靠后。核磁共振測井資料說明，C井的儲集層物性要好于A井和B井，且核磁共振測井資料在C井的應(yīng)用效果要好于A井和B井。

圖4　準(zhǔn)噶爾盆地滴西地區(qū)A井測井資料綜合解釋

圖5　準(zhǔn)噶爾盆地滴西地區(qū)B井測井資料綜合解釋

核磁共振測井解釋結(jié)論與常規(guī)測井解釋結(jié)論和試油結(jié)論之間的矛盾讓筆者認(rèn)為，除了儲集層物性和流體性質(zhì)外，核磁共振測井還受到火成巖巖性的影響。

（1）鐵磁性礦物含量由元素俘獲測井得知，A井、B井和C井的平均鐵元素含量分別為0.10%，0.09%和0.05%.A井和B井的鐵元素含量是C井的2倍左右，鐵元素的含量在一定程度上反映了火成巖地層中的鐵磁性礦物的含量。鐵磁性礦物產(chǎn)生的局部磁場使得儲集層流體中的氫核在核磁共振測井儀器產(chǎn)生的磁場引入之前就已經(jīng)被部分磁化，即儲集層流體中的氫核被預(yù)磁化，從而影響了孔隙空間中氫核的弛豫時(shí)間的測量，使氫核的弛豫時(shí)間變短，造成由弛豫時(shí)間計(jì)算的地層孔隙度變小?；鸪蓭r地層所含的鐵磁性礦物含量越高，核磁共振測井T2譜的峰向小孔隙方向的偏移量就越大，反之則越小。由于中基性火成巖比酸性火成巖更容易富集鐵磁性礦物，因此核磁共振測井T2譜的峰向小孔隙方向偏移，從而影響了核磁共振測井在中基性火成巖中的應(yīng)用效果。

圖6　準(zhǔn)噶爾盆地滴西地區(qū)C井測井資料綜合解釋

（2）石英含量礦物顆粒存在表面弛豫現(xiàn)象，即顆粒比表面積的大小會對核磁共振測井的弛豫時(shí)間造成影響，顆粒的比表面積越大，弛豫時(shí)間就越長，計(jì)算得到的孔隙度就越大，反之則越小。石英顆粒的比表面積較小，是表面弛豫現(xiàn)象較弱的礦物。石英含量的增加使測量的弛豫時(shí)間受礦物顆粒比表面積的影響減弱，計(jì)算得到的孔隙度更接近地層真實(shí)孔隙度。酸性火成巖中石英含量一般大于70%，而中基性火成巖中石英含量一般為40%～50%［15］。相對于酸性火成巖而言，中基性火成巖中石英含量普遍偏低，因此核磁共振測井在酸性火成巖中的應(yīng)用效果更好。

（3）泥質(zhì)含量巖石中的泥質(zhì)由于顆粒比表面積較大，表面弛豫現(xiàn)象較強(qiáng)。研究發(fā)現(xiàn)，巖石的酸性程度越高，其泥質(zhì)含量越高，而泥質(zhì)含量的增加會影響核磁共振測井的效果。但是，核磁共振測井在酸性火成巖中的應(yīng)用效果卻很好。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，泥質(zhì)含量的增加使孔隙度的變化量增加，但是孔隙度變化量達(dá)到10%左右就不再變化，即泥質(zhì)含量的增加對孔隙度的影響并不是無限的［16］。

綜上所述，核磁共振測井在酸性火成巖中的應(yīng)用效果較好，在中基性火成巖中的應(yīng)用效果較差。這主要是由鐵磁性礦物含量，石英含量和泥質(zhì)含量所決定的。在中基性火成巖中，鐵磁性礦物的增加對儲集層流體中的氫核產(chǎn)生了較強(qiáng)的預(yù)磁化作用，使測量的弛豫時(shí)間變短，計(jì)算的孔隙度變小，影響了應(yīng)用效果；中基性火成巖的石英含量低于酸性火成巖，增強(qiáng)了顆粒比表面積對弛豫時(shí)間的影響，計(jì)算的孔隙度大于地層真實(shí)孔隙度，使得應(yīng)用效果變差；泥質(zhì)含量的增加使測量的弛豫時(shí)間變長，計(jì)算的孔隙度變大，但是孔隙度的變化量小于10%.

4　結(jié)論

（1）核磁共振測井在研究區(qū)酸性火成巖中的應(yīng)用效果較好，而在中基性火成巖中的應(yīng)用效果較差。

（2）影響核磁共振測井在中基性火成巖中應(yīng)用效果的主要因素是鐵磁性礦物含量，次要因素為石英含量和泥質(zhì)含量。核磁共振測井的應(yīng)用效果隨鐵磁性礦物含量的增加而變差，隨石英含量的增加而變好，隨泥質(zhì)含量的增加而變差，但是泥質(zhì)的影響是有限的。

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（編輯潘曉慧楊新玲）

AnalysisonApplicationEffectofNMRLoggingDatainIgneousRocksinDistrictDixi

SHI Feizhou1，WANG Yanchun1，SUN Wei2，F(xiàn)ANG Yuan3
（1.School of Geophysics and Information Technology，China University of Geosciences，Beijing 100083，China；2.Laboratory of Structural and Sedimentological Reservoir Geology，Research Institute of Petroleum Exploration&Development，Sinopec，Beijing 100083，China；3.Development and Research Center，China Geological Survey，Beijing 100037，China）

There are big differences among igneous reservoirs with similar physical and fluid properties，but the reason for the differences is not clear.Taking the Carboniferous igneous rocks in District Dixi of Junggar basin as an example，the paper analyzes the application effect of NMR data from 3 wells and discusses the differences of the NMR data application effect from 3 aspects such as ferromagnetic mineral content，quartz content and shale content.The result shows that the application effect of NMR data in acidic igneous rock study is better than that in intermediate-basic igneous rock study.The calculated porosity obtained from NMR logging decreases with the increase of ferromagnetic mineral content，which is closer to the actual formation porosity with the increase of quartz content and becomes larger with the increase of shale content.The variation of the porosity is less than 10%.

Junggarbasin；Dinanswell；DistrictDixi；NMRlogging；intermediate-basicigneousrock；acidicigneousrock

P631.827

A

1001-3873（2016）05-0593-05DOI：10.7657/XJPG20160518

2016-04-22

2016-06-23

史飛洲（1987-），男，湖北松滋人，碩士，地球探測與信息技術(shù)，（Tel）18010091738（E-mail）shifeizhou6224485@163.com