核磁共振測(cè)井在致密油孔隙結(jié)構(gòu)及儲(chǔ)層綜合評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

陳國(guó)軍

（新疆油田公司勘探開(kāi)發(fā)研究院地球物理研究所，新疆 烏魯木齊830013）

0 引 言

準(zhǔn)噶爾盆地準(zhǔn)東北部平地泉組致密油儲(chǔ)層巖性復(fù)雜多變，既有碎屑巖類又有碳酸鹽巖類；巖石成分復(fù)雜，組成巖石的礦物除石英、長(zhǎng)石外，還發(fā)育有碳酸鹽類、硫酸鹽類、硅酸鹽類、黃鐵礦等；巖性縱向變化快，多呈薄層狀的互層分布；致密儲(chǔ)集層孔喉普遍細(xì)小，儲(chǔ)層非均質(zhì)性極強(qiáng)。這類儲(chǔ)層往往需要壓裂改造，但有的壓裂后效果明顯，有的壓裂后效果不明顯，嚴(yán)重影響勘探效益。綜合評(píng)價(jià)致密油儲(chǔ)層已成為迫切需要解決的任務(wù)。致密油儲(chǔ)層評(píng)價(jià)除了要考慮孔隙度、滲透率、飽和度等宏觀儲(chǔ)層參數(shù)外；還需要考慮孔喉半徑、孔喉分選系數(shù)、相對(duì)滲透率等反映儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)、儲(chǔ)層非均質(zhì)性、儲(chǔ)層滲流特征的參數(shù)。這些數(shù)據(jù)可以通過(guò)壓汞資料分析得到。由于取心及分析成本的問(wèn)題，且不能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)定量化的儲(chǔ)層評(píng)價(jià)需求。本文針對(duì)致密油儲(chǔ)層所具有的特點(diǎn)，利用核磁共振測(cè)井資料轉(zhuǎn)換的孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行儲(chǔ)層定量化評(píng)價(jià)，根據(jù)儲(chǔ)層特征參數(shù)提出了綜合評(píng)價(jià)指數(shù)。

1 利用核磁共振T2譜擬合毛細(xì)管壓力曲線

孔隙結(jié)構(gòu)是決定儲(chǔ)層質(zhì)量?jī)?yōu)劣的主要因素，從毛細(xì)管壓力曲線中可以得到反映儲(chǔ)層孔喉大小、儲(chǔ)層孔喉分選性、儲(chǔ)層孔喉連通性的中值壓力、排驅(qū)壓力、最大汞飽和度、半徑均值、分選系數(shù)等儲(chǔ)層微觀尺度結(jié)構(gòu)特征參數(shù)，但往往受樣品分析數(shù)量的限制，不能很好地反映儲(chǔ)層的非均質(zhì)性，很難與儲(chǔ)層宏觀參數(shù)建立關(guān)系，在沒(méi)有巖心的情況下更是無(wú)法描述孔隙結(jié)構(gòu)。巖石物理學(xué)意義上，壓汞毛細(xì)管壓力曲線反映的是某一孔喉大小控制下的孔隙體積的分布，核磁共振T2分布譜則反映不同孔隙大小的孔隙體積分布。在原生孔隙結(jié)構(gòu)，或成巖作用不明顯的次生孔隙中二者之間存在著必然的相關(guān)性，如果能夠找到二者之間的轉(zhuǎn)換方法，則可由核磁共振T2譜轉(zhuǎn)換得到偽毛細(xì)管壓力曲線，進(jìn)而提供連續(xù)定量化的儲(chǔ)層評(píng)價(jià)新途徑。

利用核磁共振測(cè)井資料評(píng)價(jià)儲(chǔ)集層的孔隙結(jié)構(gòu)除了巖石必須是水潤(rùn)濕相的前提外，同時(shí)必須考慮儲(chǔ)層含烴后對(duì)T2譜的影響。毛志強(qiáng)等曾提出水的T2分布足夠?qū)捵阋愿采w油的體積弛豫時(shí)，可以用儲(chǔ)層的核磁共振測(cè)井T2分布評(píng)價(jià)地層的孔隙結(jié)構(gòu)。

實(shí)驗(yàn)室分析表明，該區(qū)致密油儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)差，發(fā)育大量微孔。在這些因素作用下，水的T2分布可以覆蓋油的T2分布范圍，完全含水飽和譜與儲(chǔ)層含油譜分布范圍與幅度非常相似，完全可以用核磁共振測(cè)井定量評(píng)價(jià)致密油儲(chǔ)層的孔隙結(jié)構(gòu)。

為驗(yàn)證上述分析結(jié)論，選擇1塊樣品連續(xù)測(cè)量洗油過(guò)程中各種含油狀態(tài)下的核磁共振T2譜，最后測(cè)量完全含水的飽和譜（見(jiàn)圖1）。油的揮發(fā)作用造成未洗油譜與水飽和譜之間存在差異，差異大小取決于油的揮發(fā)量；水的T2分布基本上可以完全覆蓋油的T2分布。綜上分析，在該區(qū)完全可以用核磁共振測(cè)井定量評(píng)價(jià)致密油儲(chǔ)層的孔隙結(jié)構(gòu)。

圖1 洗油過(guò)程的核磁共振T2譜和飽和水T2譜對(duì)比圖

采用何雨丹等［1］提出的T2分布與孔徑分布的非線性冪函數(shù)法，對(duì)于儲(chǔ)層物性較差的轉(zhuǎn)換關(guān)系具有單峰T2分布的采用單一冪函數(shù)構(gòu)造偽毛細(xì)管壓力曲線，對(duì)于儲(chǔ)層物性較好的轉(zhuǎn)換關(guān)系具有雙峰T2分布的，大孔和小孔處采用不同冪函數(shù)分段構(gòu)造偽毛細(xì)管壓力曲線，其大孔為

小孔為

式中，pc為毛細(xì)管壓力，MPa；m1、m2、n1、n2為關(guān)系參數(shù)，通過(guò)壓汞和核磁共振實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)回歸得到。

圖2為該區(qū)典型巖性的T2譜圖與毛細(xì)管壓力曲線構(gòu)造成果圖?？芍瑯?gòu)建的模型精度很高，構(gòu)造的毛細(xì)管壓力與實(shí)際測(cè)量的毛細(xì)管壓力曲線一致性好。

圖2 巖心樣品T2譜及構(gòu)造的毛細(xì)管壓力曲線

2 定量化求取孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)

在對(duì)T2譜轉(zhuǎn)換得到的偽毛細(xì)管壓力曲線基礎(chǔ)上定量求取孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)。參數(shù)計(jì)算有2種方法：①應(yīng)用T2譜轉(zhuǎn)換得到的偽毛細(xì)管壓力曲線計(jì)算孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)；②根據(jù)T2幾何平均值與孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系［2］計(jì)算孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)。本文采用2種方法進(jìn)行對(duì)比，取與壓汞實(shí)驗(yàn)結(jié)果匹配效果好者。

巖石薄片、鑄體薄片和掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，致密油儲(chǔ)集層除發(fā)育少量孔喉較粗的微米級(jí)、毫米級(jí)剩余粒間孔及溶蝕孔外，孔喉普遍細(xì)小，其中掃描電鏡下發(fā)現(xiàn)大量納米級(jí)孔隙與微裂縫，儲(chǔ)層非均質(zhì)性極強(qiáng)，因此，主要考慮能夠反映致密油儲(chǔ)層特點(diǎn)的孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行定量化計(jì)算。樣品為微層狀含粉砂質(zhì)泥質(zhì)云巖，在鑄體薄片下幾乎見(jiàn)不到孔隙［見(jiàn)圖3（a）］，大部分孔隙是只有在放大到22280倍的情況下才能觀察到納米級(jí)的微孔［見(jiàn)圖3（b）］。

圖3 致密油典型樣品鑄體薄片和掃描電鏡圖片

平均毛細(xì)管半徑表征毛細(xì)管大小的加權(quán)平均值，其值越大表明巖石孔隙結(jié)構(gòu)越好，它與T2幾何平均值成線性正相關(guān)。分選系數(shù)反映孔喉大小分選程度的度量，分選性越好，其值越小，與T2幾何平均值成線性正相關(guān)。綜合物性參數(shù)（滲孔比）表征的是宏觀孔隙結(jié)構(gòu)，T2幾何平均值與滲孔比之間有線性正相關(guān)性，T2幾何平均值越大，對(duì)應(yīng)的滲孔比比值越高。中值壓力用來(lái)評(píng)價(jià)喉道半徑大小，喉道半徑越小中值壓力越大，中值壓力與T2幾何平均值呈負(fù)指數(shù)關(guān)系。排驅(qū)壓力又稱入口壓力，喉道半徑越小，毛細(xì)管壓力越大，即相應(yīng)排驅(qū)壓力愈大，排驅(qū)壓力與T2幾何平均值呈負(fù)指數(shù)關(guān)系。束縛水飽和度是宏觀參數(shù)，與T2幾何平均值具有較好負(fù)指數(shù)關(guān)系（見(jiàn)圖4）。利用核磁共振測(cè)井T2分布可以得到上述各個(gè)孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)。

圖4 T2幾何平均值與平均毛細(xì)管半徑、分選系數(shù)、綜合物性參數(shù)（滲孔比）、中值壓力、排驅(qū)壓力、束縛水飽和度的關(guān)系圖

3 構(gòu)建儲(chǔ)層綜合評(píng)價(jià)指數(shù)

依據(jù)儲(chǔ)層類型劃分標(biāo)準(zhǔn)，綜合利用儲(chǔ)層宏觀尺度和微觀尺度參數(shù)與試油資料建立基于產(chǎn)能的儲(chǔ)層類型判別標(biāo)準(zhǔn)（見(jiàn)圖5），通過(guò)分析認(rèn)為，綜合物性參數(shù)IRQ、平均毛細(xì)管半徑r、分選系數(shù)Sp與儲(chǔ)層類型成正比關(guān)系，即儲(chǔ)層質(zhì)量越好這些參數(shù)的數(shù)值越大；排驅(qū)壓力pt和束縛水飽和度Swi與儲(chǔ)層類型成反比關(guān)系，即儲(chǔ)層質(zhì)量越差，這3個(gè)參數(shù)的數(shù)值就越大。利用這6個(gè)儲(chǔ)層參數(shù)構(gòu)建儲(chǔ)層質(zhì)量綜合指數(shù)［3］［見(jiàn)式（3）］，考慮到研究區(qū)平地泉組大多數(shù)致密油儲(chǔ)層具中低孔隙度、中低滲透率和低孔隙度、低滲透率或特低滲透率的特點(diǎn)。儲(chǔ)層分類：Ⅰ類為致密油好儲(chǔ)層，需要小規(guī)模壓裂；Ⅱ類為致密油差儲(chǔ)層，需要大規(guī)模壓裂改造；Ⅲ類為干層或低產(chǎn)層。儲(chǔ)層質(zhì)量綜合指數(shù)

圖5 儲(chǔ)層質(zhì)量綜合指數(shù)與綜合物性參數(shù)交會(huì)圖

4 應(yīng)用實(shí)例

圖6是×井核磁共振測(cè)井儲(chǔ)層分類成果圖。圖6中第5道為核磁共振標(biāo)準(zhǔn)T2譜，第6道為計(jì)算的偽孔徑分布譜，第7道為平均毛細(xì)管半徑，第8道為分選系數(shù)，第9道束縛水飽和度，第10道為排驅(qū)壓力，第11道為綜合物性參數(shù)，第14道為儲(chǔ)層分類綜合評(píng)價(jià)成果，充填黃色的區(qū)域?yàn)棰耦悆?chǔ)層顯示，紫色的區(qū)域?yàn)棰蝾悆?chǔ)層顯示，無(wú)色充填區(qū)域?yàn)棰箢悆?chǔ)層（無(wú)效儲(chǔ)層）。2401～2410m井段錄井解釋及測(cè)井解釋為油層，射孔后不出油，經(jīng)小規(guī)模壓裂后，日產(chǎn)油3．87t，產(chǎn)能0．43t／（m·d），試油結(jié)論為油層。該層段儲(chǔ)層質(zhì)量綜合指數(shù)曲線顯示既有黃色充填區(qū)域，也有紫色充填區(qū)域，屬于Ⅰ類儲(chǔ)層，儲(chǔ)層質(zhì)量綜合指數(shù)曲線判別結(jié)論與試油結(jié)論吻合，可以對(duì)儲(chǔ)層類型進(jìn)行有效判別。2440～2460m井段質(zhì)量綜合指數(shù)曲線顯示同2400～2410m相比稍差些，屬于Ⅰ、Ⅱ類儲(chǔ)層，錄井解釋為差油層，建議大規(guī)模壓裂改造試油，其他儲(chǔ)層為Ⅱ類或無(wú)效儲(chǔ)層。

圖6 核磁共振測(cè)井儲(chǔ)層分類成果圖

5 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

（1）利用核磁共振測(cè)井轉(zhuǎn)換的偽毛細(xì)管壓力曲線及建立的T2幾何平均值相關(guān)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了反映致密油儲(chǔ)層特點(diǎn)孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)連續(xù)定量化計(jì)算，與實(shí)驗(yàn)分析資料對(duì)應(yīng)性較好。

（2）綜合利用儲(chǔ)層宏觀尺度和微觀尺度的定量化孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)與試油資料建立基于產(chǎn)能的儲(chǔ)層類型判別標(biāo)準(zhǔn)，將儲(chǔ)層分為3類，很好地指導(dǎo)了儲(chǔ)層壓裂改造選層和壓裂方案設(shè)計(jì)，并為產(chǎn)能預(yù)測(cè)提供基礎(chǔ)。

（3）致密油儲(chǔ)層巖性多樣，縱向變化快，厚度薄，儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜，后續(xù)工作需要進(jìn)行大量實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步論證骨架礦物、油質(zhì)變化等因素對(duì)核磁共振數(shù)據(jù)的影響，最終建立更為精細(xì)的核磁共振毛細(xì)管壓力轉(zhuǎn)換模型，指導(dǎo)致密油的精細(xì)勘探與開(kāi)發(fā)。

［1］何雨丹，毛志強(qiáng)，肖立志，等．利用核磁共振T2分布構(gòu)造毛管壓力曲線的新方法［J］．吉林大學(xué)學(xué)報(bào)：地球科學(xué)版，2005，35（2）：177－181．

［2］李天降，李子豐，趙彥超，等．核磁共振與壓汞法的孔隙結(jié)構(gòu)一致性研究［J］．天然氣工業(yè)，2006，26（10）：57－59．

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