核磁共振錄井技術(shù)在海上的應(yīng)用

林炳龍

（中法渤海地質(zhì)服務(wù)有限公司，天津 300452）

核磁共振錄井技術(shù)在海上的應(yīng)用

林炳龍

（中法渤海地質(zhì)服務(wù)有限公司，天津 300452）

錄井資料作為鉆探現(xiàn)場(chǎng)的第一手資料，時(shí)效性強(qiáng)是其優(yōu)勢(shì)之一。核磁共振錄井技術(shù)在海上應(yīng)用之前，在海上鉆探時(shí)，無(wú)法第一時(shí)間獲取孔滲飽資料。這是因?yàn)闊o(wú)法在鉆進(jìn)過(guò)程中及時(shí)得到所需樣品，且分析周期比較長(zhǎng)。核磁共振錄井技術(shù)是在實(shí)驗(yàn)室大型核磁共振儀的基礎(chǔ)上，將核磁共振儀器外形小型化、操作便攜化，使從前必須在陸地實(shí)驗(yàn)室里完成的物性分析工作可以轉(zhuǎn)移至鉆井作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行分析，且分析效果符合預(yù)期，滿足了油藏評(píng)價(jià)工作對(duì)物性數(shù)據(jù)時(shí)效性、準(zhǔn)確性的要求。目前，海上數(shù)口井的初步應(yīng)用顯示，核磁共振錄井技術(shù)可以適應(yīng)海上較復(fù)雜的作業(yè)條件，其評(píng)價(jià)成果的精度可以滿足勘探評(píng)價(jià)與決策的基本要求。這表明，該技術(shù)具有良好的運(yùn)行前景。

海上鉆探；核磁共振錄井技術(shù)；物性分析；孔滲飽資料

1 背景闡述

油藏評(píng)價(jià)、鉆探?jīng)Q策等工作對(duì)鉆井現(xiàn)場(chǎng)錄井?dāng)?shù)據(jù)的要求越來(lái)越高，各項(xiàng)新技術(shù)不斷地從陸地實(shí)驗(yàn)室移至鉆井現(xiàn)場(chǎng)，同時(shí)，也要求海上錄井工作必須做精、做細(xì)。核磁共振錄井技術(shù)可以評(píng)價(jià)巖石的孔滲飽等物性，儀器小型化后可在鉆井現(xiàn)場(chǎng)直接取樣分析，為海上油藏評(píng)價(jià)等工作提供及時(shí)、有效的技術(shù)支持[1]。傳統(tǒng)的巖石物性實(shí)驗(yàn)室評(píng)價(jià)方法周期比較長(zhǎng)，在完鉆討論、試油決策時(shí)無(wú)法及時(shí)提供量化的孔、滲、飽等物性資料數(shù)據(jù)供決策者參考，而核磁共振錄井技術(shù)可解決此難題。隨著技術(shù)的日趨成熟，其分析設(shè)備越來(lái)越集成化、小型化，分析精度也越來(lái)越高，分析周期也大大縮短，現(xiàn)場(chǎng)隨鉆從取樣、樣品處理、泡樣直至得到分析成果，依據(jù)分析項(xiàng)目、樣品數(shù)量和樣品品質(zhì)的不同，一批樣品根據(jù)分析項(xiàng)目的不同，其分析周期為1～3 d。

核磁共振錄井技術(shù)除了分析巖石樣品的孔滲飽參數(shù)外，還可以快速、準(zhǔn)確地提供分析樣品的可動(dòng)流體、束縛流體等重要物性參數(shù)，它逐步受到了油氣開發(fā)層的重視。核磁共振錄井技術(shù)對(duì)樣品外形無(wú)特殊要求，可以用來(lái)檢測(cè)巖屑和井壁取心、破碎的巖心等，彌補(bǔ)了某些傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室必須使用柱狀規(guī)則巖心進(jìn)行分析的缺陷。核磁共振錄井新技術(shù)具有樣品用量少、分析速度快、單樣分析參數(shù)多、準(zhǔn)確性高、連續(xù)性強(qiáng)、時(shí)效性好、可隨鉆分析等常規(guī)巖心分析和測(cè)井所不可替代的優(yōu)點(diǎn)。截至目前，經(jīng)過(guò)海上17口井共計(jì)407個(gè)樣品的分析應(yīng)用，其分析效果得到了廣泛認(rèn)可。

2 技術(shù)簡(jiǎn)介

巖石樣品中的流體含有氫原子核（1H），它具有一定質(zhì)量、一定體積、表面帶正電荷且自旋的特性，因此，可將其視為具有一定磁矩的小磁針[2-3]，當(dāng)受到外加磁場(chǎng)作用時(shí)，這些小磁針定向排列，形成較強(qiáng)的磁矩信號(hào)，外部磁場(chǎng)消失時(shí)，這些磁矩信號(hào)將以指數(shù)形式衰減至原來(lái)的狀態(tài)[4]，即發(fā)生偏轉(zhuǎn)變化，這些變化的信號(hào)可以被儀器測(cè)量出來(lái)，信號(hào)強(qiáng)度與巖樣內(nèi)所含的流體量成正比，而巖石固體部分不產(chǎn)生此偏轉(zhuǎn)信號(hào)。由于巖樣離開原來(lái)的環(huán)境，其內(nèi)部流體難免溢出流失，因此，測(cè)量時(shí)要將巖樣用流體（水或原油）重新填滿，使得孔隙內(nèi)的流體信號(hào)能正確反映樣品內(nèi)孔隙大小，進(jìn)而求得孔隙度等參數(shù)。其測(cè)量過(guò)程一般是，先測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)樣，建立核磁信號(hào)與孔隙度之間的刻度關(guān)系式，然后測(cè)量鉆井取心、巖屑或井壁取心樣品，將其信號(hào)大小代入刻度關(guān)系式，即可得到核磁孔隙度。

對(duì)磁矩施以一定強(qiáng)度的90°脈沖，磁矩將從平衡狀態(tài)向非平衡狀態(tài)偏轉(zhuǎn)。脈沖消失后，磁矩必然要向原平衡狀態(tài)恢復(fù)，這一過(guò)程叫做弛豫過(guò)程，其快慢可用橫向弛豫時(shí)間T2來(lái)表示。由于T2的大小反映孔隙內(nèi)的流體受孔隙固體表面作用力的強(qiáng)弱，因此，利用T2譜可以計(jì)算巖樣可動(dòng)流體的飽和度。T2值較大的流體，即為那些較大孔隙內(nèi)與固體表面接觸不是很緊密的可動(dòng)流體；T2值較小的流體，即為小孔隙內(nèi)的流體或大孔隙內(nèi)與固體表面接觸較緊密的流體，即束縛流體。

T2譜截止值即為T2譜上可動(dòng)流體與束縛流體之間的時(shí)間界限值。T2譜截止值的準(zhǔn)確值需要通過(guò)室內(nèi)離心的方法來(lái)確定，在實(shí)際應(yīng)用中，該值大小的確定具有一定程度的分區(qū)域、分層位的經(jīng)驗(yàn)性。國(guó)內(nèi)陸相儲(chǔ)層大量砂巖巖心的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，T2譜截止值主要分布在10～30 ms之間，平均值約為17 ms，砂巖巖心的T2譜通常為雙峰態(tài)，可動(dòng)流體T2截止值通常位于T2譜的凹點(diǎn)附近。確定出T2譜截止值后，T2譜上大于T2譜截止值的各點(diǎn)幅度之和占T2譜所有點(diǎn)幅度和的百分比即為可動(dòng)流體飽和度，可動(dòng)流體飽和度與巖樣總孔隙度的乘積即為可動(dòng)流體孔隙度。

核磁共振技術(shù)利用孔隙度和可動(dòng)流體來(lái)計(jì)算巖樣滲透率，常用的模型為Timmur-Coates模型[5]，即：

式（1）中：Knmr1為滲透率，10-3μm2；C1為區(qū)域系數(shù)；φnmr為核磁孔隙度，%；BVM為可動(dòng)流體飽和度，%；BVI為束縛流體飽和度（＝100－BVM），%.

式（1）中的待定系數(shù)C1具有地區(qū)經(jīng)驗(yàn)性，其準(zhǔn)確值需要通過(guò)離心法結(jié)合核磁共振巖心分析得到。國(guó)內(nèi)陸相儲(chǔ)層大量砂巖巖心的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，C1值的主要分布范圍為3～12；對(duì)于孔隙度大于8%的巖樣而言，C1值的平均值約為8；對(duì)于孔隙度小于8%的巖樣而言，C1值的平均值約為5.當(dāng)孔隙水內(nèi)含有一定量的錳離子時(shí)，其T2弛豫時(shí)間會(huì)被縮短至測(cè)量門限以外，因此，可以使用“巖樣泡錳水”的方法消除水的核磁信號(hào)，測(cè)量得到油的核磁信號(hào)，進(jìn)而得到含油飽和度。

3 核磁錄井技術(shù)的海上應(yīng)用

在海上鉆井現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行核磁共振分析時(shí)，使用了鉆井取心、旋轉(zhuǎn)壁心和井筒上返巖屑這3種巖石樣品。這些樣品所處的區(qū)塊既有高孔高滲區(qū)域，也有低孔低滲區(qū)域。隨著核磁共振錄井技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，其使用達(dá)到了預(yù)期的效果。核磁共振錄井測(cè)量的物性值與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室測(cè)量值對(duì)比表明，核磁共振錄井分析精度可以滿足勘探項(xiàng)目對(duì)儲(chǔ)層物性進(jìn)行隨鉆快速評(píng)價(jià)的要求。

3.1 儀器的定標(biāo)

所謂“定標(biāo)”，就是確定標(biāo)準(zhǔn)孔隙度樣品的儀器響應(yīng)值。測(cè)量地層樣品前需利用標(biāo)準(zhǔn)孔隙度樣品對(duì)核磁儀進(jìn)行定標(biāo)。依次將12個(gè)0.5%～27%孔隙度標(biāo)準(zhǔn)樣品放入探頭中進(jìn)行實(shí)際測(cè)量，得到12個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣品的孔隙度現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量值。查看這些測(cè)量值所擬合直線的線性度，正常情況下，該線性度將不低于0.999 5，如果達(dá)不到，可適當(dāng)延長(zhǎng)儀器的預(yù)熱時(shí)間，并控制儀器所處環(huán)境的溫度和濕度，直至滿足標(biāo)樣的線性度要求，這也說(shuō)明，儀器達(dá)到了正常分析狀態(tài)。

3.2 原油修正系數(shù)測(cè)量和樣品預(yù)處理

樣品信號(hào)由孔隙內(nèi)的氫核數(shù)量決定，一般情況下，單位體積的原油和地層水的氫核數(shù)量是不同的，因此，其單位體積的信號(hào)強(qiáng)度也不盡相同，需要區(qū)別對(duì)待油水信號(hào)。完成這項(xiàng)工作的具體方法是，預(yù)先取得樣品所在區(qū)塊或鄰近區(qū)塊的原油樣品，對(duì)其進(jìn)行測(cè)量，得到單位體積的信號(hào)值，與地層水信號(hào)相比，得到原油修正系數(shù)，該原油修正系數(shù)可用于實(shí)測(cè)中的原油信號(hào)校正。

鉆井取心、巖心樣品處理時(shí)，應(yīng)選擇巖心軸線附近代表性好的巖心，將巖心修成直徑8～12 mm的近球狀形態(tài)進(jìn)行測(cè)量。對(duì)于旋轉(zhuǎn)井壁取心的樣品，應(yīng)完全去除其表面的泥漿、泥餅。一般巖心類樣品質(zhì)量不少于10 g為宜。

現(xiàn)場(chǎng)巖屑樣品分析人員應(yīng)具有較扎實(shí)的鉆井現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)錄井功底，能正確識(shí)別和挑選巖樣[6]。對(duì)于海上使用三級(jí)分樣篩的錄井作業(yè)，基本以頂篩樣品為主選樣，輔以中篩。樣品質(zhì)量一般以2～3 g為宜，多則更好，但考慮分析室容量，一般以巖樣量不超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)試管內(nèi)3 cm高為準(zhǔn)。

樣品一般要在一定濃度的鹽水中飽和浸泡8～12 h，以恢復(fù)其原始飽和水狀態(tài)。對(duì)于含油樣品，其泡錳水的時(shí)間一般為24～48 h，視樣品致密程度可以作適當(dāng)調(diào)整。

3.3 樣品的測(cè)量過(guò)程

用微濕濾紙快速而細(xì)致地去除巖樣表面水后，放入玻璃試管進(jìn)行核磁共振信號(hào)測(cè)量，得到原始分析數(shù)據(jù)。對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確定T2譜截止值，進(jìn)而獲得孔隙度、滲透率、可動(dòng)流體和束縛流體等參數(shù)。

3.4 海上鉆井平臺(tái)漂擺對(duì)樣品測(cè)量的影響

半潛式平臺(tái)是漂浮在海面上的鉆井作業(yè)平臺(tái)，其是使用錨鏈或自動(dòng)馬達(dá)來(lái)保持船體的穩(wěn)定性。在海上作業(yè)時(shí)，平臺(tái)結(jié)構(gòu)固有的特點(diǎn)決定了其會(huì)在一定范圍內(nèi)自由漂擺，這種漂擺會(huì)影響電子天平的穩(wěn)定讀值，即影響樣品體積測(cè)量的準(zhǔn)確性。圖1為W1井所測(cè)樣品在海上半潛式平臺(tái)測(cè)量與在陸地測(cè)量的質(zhì)量對(duì)比圖，實(shí)測(cè)結(jié)果表明，海上半潛式平臺(tái)樣品體積測(cè)量的平均誤差為3.6%.因此，在此類半潛式平臺(tái)進(jìn)行核磁共振錄井作業(yè)時(shí)，應(yīng)小心保留所測(cè)樣品，以帶回陸地重新稱量其質(zhì)量，校正樣品體積。

3.5 核磁共振錄井應(yīng)用效果

進(jìn)行核磁共振錄井精度分析時(shí)，以實(shí)驗(yàn)室常規(guī)方法分析結(jié)果作為其誤差大小的判別標(biāo)準(zhǔn)，即選取同一口井內(nèi)樣品深度相同或極為相近的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比。

3.5.1 核磁孔隙度精度分析

根據(jù)樣品類型的不同，T2譜的形態(tài)各有不同，圖2為海上某井實(shí)測(cè)T2譜圖。

圖1 海上與陸地樣品稱重對(duì)比圖

將全部9口井中相同深度的巖心樣品分別進(jìn)行核磁共振分析和常規(guī)實(shí)驗(yàn)室分析，得到同一樣品在2種分析方法下的孔隙度值，對(duì)比二者，得到的結(jié)果如圖3所示。

圖2 海上實(shí)測(cè)某井樣品的T2譜圖

圖3 巖心孔隙度對(duì)比圖

從圖3中可以看出，用核磁共振錄井方法分析的巖心樣品的孔隙度與使用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室方法得到的分析值相比，核磁共振錄井孔隙度與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室分析的孔隙度值走勢(shì)近乎一致，吻合程度良好。以孔隙度相對(duì)誤差10%為標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，核磁孔隙度符合率超過(guò)85%.

對(duì)巖屑樣品進(jìn)行核磁孔隙度分析時(shí)，由于所分析井在巖屑樣品的對(duì)應(yīng)深度位置無(wú)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室分析數(shù)據(jù)，所以，將海上巖屑分析結(jié)果與對(duì)應(yīng)深度的井壁取心的核磁共振分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，以評(píng)價(jià)巖屑分析的精確度，同時(shí)，還加入了測(cè)井孔隙度輔助比較。對(duì)比結(jié)果如圖4所示。

從圖4中可以看出，巖屑核磁孔隙度與巖心核磁、測(cè)井分析結(jié)果互有交叉，總體上看巖屑分析值略高?？紤]到深度不完全一致，在缺少其他信息時(shí)，巖屑核磁共振分析結(jié)果可以作為物性評(píng)價(jià)的參考。

3.5.2 核磁錄井滲透率精度分析

核磁錄井滲透率的準(zhǔn)確度既取決于儀器的精度，又取決于核磁孔隙度、T2譜截止值、常數(shù)C1值的準(zhǔn)確度。其中，T2譜截止值是關(guān)鍵因素[7-10]，在未做離心分析的情況下，該值的準(zhǔn)確度隨著區(qū)域內(nèi)樣品數(shù)量的增多而趨于完善。本核磁錄井所使用儀器已通過(guò)專業(yè)機(jī)構(gòu)的評(píng)審認(rèn)定，儀器精度和穩(wěn)定性都有保障。

現(xiàn)場(chǎng)核磁分析值與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室對(duì)比圖如圖5所示。從圖5中可以看出，核磁錄井滲透率測(cè)量值與常規(guī)實(shí)驗(yàn)室分析值有一定差異，且局部差異比較大。經(jīng)過(guò)分析，認(rèn)為這種差異主要是C1值和T2譜截止值選取不夠準(zhǔn)確造成的。

圖4 巖屑、壁心核磁分析孔隙度與測(cè)井解釋對(duì)比圖

圖5 現(xiàn)場(chǎng)分析滲透率對(duì)比圖

隨著樣品數(shù)量的不斷增多，對(duì)比、總結(jié)同一區(qū)域內(nèi)樣品的滲透率，并參考離心分析數(shù)據(jù)，得到了修正的T2譜截止值和常數(shù)C1值，如表1所示。利用這些修正的數(shù)據(jù)重新計(jì) 算已有井，結(jié)果如圖6所示。

表1 各區(qū)域核磁滲透率參數(shù)表

圖6 核磁錄井滲透率修正圖

表1中的這些參數(shù)值將被應(yīng)用于新井測(cè)量，并通過(guò)不斷的信息反饋來(lái)修正表中的參數(shù)，以期之后的井的測(cè)量參數(shù)選取準(zhǔn)確，提高測(cè)量結(jié)果的精確性。

對(duì)于核磁含油飽和度的海上應(yīng)用情況，已有一些樣品的現(xiàn)場(chǎng)核磁分析數(shù)據(jù)提供給作業(yè)者參考，但由于核磁共振錄井在海上開展時(shí)間尚短，核磁含油飽和度分析樣品數(shù)量有限，目前，樣品深度尚未與常規(guī)含油飽和度分析樣品形成交叉，暫無(wú)可用于二者對(duì)比的分析值。但參考該核磁共振巖樣分析儀鑒定會(huì)上的分析結(jié)論，其現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果表明，含油飽和度平均偏差為3.6%.隨著核磁共振錄井在海上的進(jìn)一步應(yīng)用，其含油飽和度分析結(jié)果也值得期待。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著海上勘探開發(fā)的深入，錄井新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，核磁共振錄井作為一項(xiàng)新興的海上錄井新技術(shù)，將傳統(tǒng)陸地實(shí)驗(yàn)室分析項(xiàng)目移至海上鉆井現(xiàn)場(chǎng)，在第一時(shí)間得到并分析樣品，避免了樣品在保存、運(yùn)輸環(huán)節(jié)上可能存在的問(wèn)題，測(cè)量精度符合預(yù)期。核磁共振錄井具有分析周期短、時(shí)效性強(qiáng)的特點(diǎn)，為油藏評(píng)價(jià)和現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)快速?zèng)Q策提供了重要的參考依據(jù)。

海上核磁共振錄井技術(shù)的應(yīng)用剛剛起步，還需進(jìn)一步研究和總結(jié)，逐步完善解釋參數(shù)模版，拓展其應(yīng)用領(lǐng)域[11]。隨著海上勘探開發(fā)的深入和核磁共振錄井技術(shù)理論與實(shí)踐應(yīng)用的完善，核磁共振錄井項(xiàng)目在海上應(yīng)用的空間也必將越來(lái)越廣闊。

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〔編輯：白潔〕

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A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.23.042

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