低孔-特低滲砂巖儲(chǔ)層可動(dòng)流體核磁共振特征及成因
——以王龍莊油田T89斷塊阜寧組二亞段為例

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(1.山東科技大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院， 山東 青島 266590；2.中國石油化工股份有限公司 江蘇油田分公司采油三廠，安徽 天長 239300)

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低孔-特低滲砂巖儲(chǔ)層可動(dòng)流體核磁共振特征及成因
——以王龍莊油田T89斷塊阜寧組二亞段為例

楊濤1，謝俊1，周巨標(biāo)2，王金凱1，王夢琪1

(1.山東科技大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院， 山東 青島 266590；2.中國石油化工股份有限公司 江蘇油田分公司采油三廠，安徽 天長 239300)

通過核磁共振技術(shù)，利用可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)和可動(dòng)流體孔隙度等指標(biāo)評(píng)價(jià)了王龍莊油田T89斷塊阜寧組二亞段低孔-特低滲透儲(chǔ)層特征。結(jié)果顯示，T89斷塊阜寧組二亞段核磁共振T2截止值偏低，可動(dòng)流體占比低；103塊核磁共振樣品分析顯示，可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)與孔隙度不存在相關(guān)性，而與滲透率之間的相關(guān)性較好，可動(dòng)流體孔隙度與滲透率相關(guān)性要好于與孔隙度的相關(guān)性。結(jié)合鑄體薄片及掃描電鏡實(shí)驗(yàn)結(jié)果，確定影響可動(dòng)流體賦存的主要因素為：儲(chǔ)層水平微裂縫、粘土礦物充填、碳酸鹽巖膠結(jié)作用、上覆巖石壓實(shí)作用等。該認(rèn)識(shí)可對低滲透油田開發(fā)潛力評(píng)價(jià)提供重要地質(zhì)依據(jù)。

T89斷塊；核磁共振技術(shù)；低孔-特低滲透儲(chǔ)層；可動(dòng)流體

近年來，我國新發(fā)現(xiàn)的低滲透油藏儲(chǔ)量逐漸增加，低滲透油藏的原油產(chǎn)量所占比例逐年升高。但由于低滲透油藏孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，儲(chǔ)層流體流動(dòng)過程中，存在典型的啟動(dòng)壓力梯度，并受到毛管壓力及其他作用力的束縛?？紫吨匈x存的流體按照流動(dòng)狀態(tài)分為可動(dòng)流體與束縛流體，束縛流體的存在使得孔隙中流體流動(dòng)的阻力增加，導(dǎo)致低滲透油藏的開發(fā)難度增大。因此，如何有效評(píng)價(jià)儲(chǔ)層可動(dòng)流體，進(jìn)而評(píng)價(jià)油藏開發(fā)潛力尤為重要，核磁共振技術(shù)(nuclear magnetic resonance，NMR)作為典型的儲(chǔ)層評(píng)價(jià)技術(shù)已經(jīng)在石油勘探領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。王為民等[1]認(rèn)為可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)是評(píng)價(jià)低滲透油藏開發(fā)潛力的關(guān)鍵，指出裂縫、粘土充填及次生孔隙程度等都會(huì)影響儲(chǔ)層的可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)；楊正明等[2]分析了可動(dòng)流體與滲透率、驅(qū)油效率之間的關(guān)系，認(rèn)為可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)能更好地預(yù)測低滲透油藏開發(fā)效果；王瑞飛等[3]認(rèn)為可動(dòng)流體孔隙度更能反映儲(chǔ)層儲(chǔ)集能力與流體賦存特征。

但前人研究沒有將鑄體薄片、掃描電鏡照片與核磁共振曲線中的可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)相結(jié)合，不能直觀看出不同因素對于孔隙結(jié)構(gòu)的影響程度。本研究以王龍莊油田T89斷塊阜寧組二亞段儲(chǔ)層為例，通過核磁共振技術(shù)對可動(dòng)流體進(jìn)行定量評(píng)價(jià)，對影響可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)的常規(guī)因素進(jìn)行分析，通過回歸方程分析可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)、可動(dòng)流體孔隙度以及孔隙度與滲透率的相關(guān)性。將核磁共振曲線與巖心照片、掃描電鏡圖像、鑄體薄片相結(jié)合，通過核磁共振曲線可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)對水平微裂縫發(fā)育程度、粘土礦物充填程度、碳酸鹽巖膠結(jié)程度及上覆巖石壓實(shí)作用等影響流體賦存狀態(tài)的主要因素進(jìn)行直觀分析。

1 核磁共振測試可動(dòng)流體的原理

核磁共振技術(shù)根據(jù)氫核(H1)的弛豫率與孔隙大小的關(guān)系定量描述儲(chǔ)層流體。在特定磁場條件下，流體中的氫核(H1)會(huì)發(fā)生自由振動(dòng)；當(dāng)撤去磁場之后，氫核(H1)的振動(dòng)會(huì)逐漸減弱，直至停止。氫核(H1)的數(shù)量與振幅信息間的相關(guān)性強(qiáng)，在氫核(H1)振動(dòng)衰竭過程中，可通過測量共振幅度隨時(shí)間衰減的函數(shù)關(guān)系，用縱向馳豫時(shí)間(T1)和橫向馳豫時(shí)間(T2)來描述[4]。但由于縱向馳豫時(shí)間(T1)不穩(wěn)定，多采用橫向馳豫時(shí)間(T2)進(jìn)行描述：

(1)

式中：T2，橫向弛豫時(shí)間，ms；Tv，自由流體體積弛豫時(shí)間分量，ms；ρ，巖石顆粒表面弛豫強(qiáng)度常數(shù)，m/ms；S/V，孔隙的比表面積，m-1。

通過振動(dòng)幅度的大小即可得到儲(chǔ)層孔隙度信息。在巖心飽和水、離心狀況下分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到核磁共振T2譜曲線[5]。巖心孔隙內(nèi)流體的弛豫時(shí)間主要受巖心的表面性質(zhì)、孔喉特征以及流體自身性質(zhì)的影響。根據(jù)不同流體弛豫時(shí)間界限不同，將核磁共振曲線的下包面積又分為可動(dòng)流體與束縛流體。

可動(dòng)流體孔隙度(φm)，即孔徑大于截止孔徑的孔隙體積占巖樣總體積的百分?jǐn)?shù)。可動(dòng)流體孔隙度定量描述了單位體積巖樣的可動(dòng)流體體積，可更確切描述特低滲透儲(chǔ)層的儲(chǔ)集能力、流體賦存狀態(tài)[6]?？蓜?dòng)流體孔隙度(φm)等于可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)(Sm)與巖樣孔隙度(φ)的乘積[3]，即：

φm=Sm×φ。

(2)

式中：φm，可動(dòng)流體孔隙度，%；Sm，可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)，%；φ，巖樣孔隙度，%。

2 可動(dòng)流體核磁共振測試結(jié)果及特征

對王龍莊油田T89斷塊阜寧組二亞段103塊巖心樣品進(jìn)行了核磁共振可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)測試，見表1。測試結(jié)果表明，阜寧組二亞段儲(chǔ)層可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)較高，但滲透率偏低，這與沉積過程中上覆巖石的壓實(shí)作用及成巖過程中碳酸鹽巖的膠結(jié)作用等密切相關(guān)[7]。

表1 T89斷塊核磁共振可動(dòng)流體測試結(jié)果Tab. 1 Nuclear magnetic resonance test results of movable fluid in T89 block

通過T89斷塊核磁共振可動(dòng)流體測試結(jié)果分析，認(rèn)為研究區(qū)阜寧組二亞段儲(chǔ)層可動(dòng)流體具有以下特征：

1) 研究區(qū)阜寧組二亞段儲(chǔ)層巖心飽和水狀態(tài)下的核磁共振T2譜呈雙峰態(tài)，T2譜截止值的范圍為8.03～13.89 ms，與常規(guī)砂巖T2譜截止值10～40 ms相比[8]，研究區(qū)砂巖儲(chǔ)層T2截止值偏低(圖1)。

圖1 T89井核磁共振T2曲線圖Fig.1 Nuclear magnetic resonance T2curve of well T89

2) 研究區(qū)巖心核磁共振可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)25.6%～61.8%，可動(dòng)流體孔隙度9.03%～12.6%，說明研究區(qū)阜寧組二亞段儲(chǔ)層可動(dòng)流體差別較大，反映了儲(chǔ)層非均質(zhì)性較強(qiáng)的特征(表1)。

3) 對研究區(qū)樣品進(jìn)行可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)與物性相關(guān)性進(jìn)行分析，探尋可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)與物性差異性的相關(guān)性[9]。研究結(jié)果表明(圖2)，可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)與孔隙度之間無相關(guān)性，而可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)與滲透率之間有一定相關(guān)性，但相關(guān)性較差。巖心樣品滲透率較低時(shí)，可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)分布范圍較寬，說明滲透率并不是影響可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)的主要控制因素；當(dāng)滲透率值越低時(shí)，可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)衰減越快，相關(guān)性也相應(yīng)減弱。

圖3表明，可動(dòng)流體孔隙度與巖心樣品孔隙度、滲透率之間表現(xiàn)出較強(qiáng)的相關(guān)性，且與滲透率的相關(guān)性要高于與孔隙度的相關(guān)性。與可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)與滲透率之間的關(guān)系相同，可動(dòng)流體孔隙度與滲透率間均呈對數(shù)關(guān)系。當(dāng)巖心樣品滲透率值較低時(shí)，可動(dòng)流體孔隙度分布范圍較寬，且滲透率越低，可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)衰減越快，相關(guān)性也相應(yīng)減弱。但當(dāng)巖心樣品滲透率大于3 mD時(shí)，可動(dòng)流體孔隙度變化幅度較小。

4) 影響低孔-特低滲儲(chǔ)層中可動(dòng)流體百分比的因素較多，即使是同一口井不同深度的可動(dòng)流體百分比變化也有差異[10]。研究區(qū)的水平微裂縫發(fā)育程度、粘土礦物的充填、碳酸鹽巖的膠結(jié)作用、上覆巖石的壓實(shí)作用等因素均會(huì)影響可動(dòng)流體百分比。

圖2 T89斷塊可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)與孔隙度、滲透率的關(guān)系Fig. 2 Relation between the movable fluid percent and the porosity, the permeability of T89 block

圖3 T89斷塊可動(dòng)流體孔隙度與孔隙度、滲透率的關(guān)系Fig.3 Relation between the movable fluid porosity and the porosity, the permeability of T89 block

3 可動(dòng)流體參數(shù)影響因素

王龍莊油田T89斷塊阜寧組二亞段低孔-特低滲儲(chǔ)層喉道以彎片狀為主，儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)較單一，孔隙連通性較差，微細(xì)孔較發(fā)育(圖4)。流體在低孔-特低滲透儲(chǔ)層中的流動(dòng)具有非達(dá)西滲流特征，其中最主要的就是啟動(dòng)壓力梯度的影響，導(dǎo)致這類油藏開發(fā)效果較差[11]。

圖4 T89斷塊橫向弛豫時(shí)間T2與喉道半徑的關(guān)系，巖心樣品喉道半徑的區(qū)間分布Fig. 4 The relation between nuclear magnetic resonance T2 and throat radius, throat radius distribution of samples of T89 block

影響低孔-特低滲透儲(chǔ)層可動(dòng)流體的因素較多，如儲(chǔ)層微裂隙的發(fā)育程度、碳酸鹽膠結(jié)作用、次生孔隙發(fā)育程度以及粘土礦物充填程度等。圖5表明研究區(qū)儲(chǔ)層發(fā)育微裂縫，微裂縫的存在增加了孔隙之間的連通性，增大了基質(zhì)的滲透率，進(jìn)而增加了儲(chǔ)層中的可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)。圖6(a)核磁共振曲線呈單峰偏左分布，屬于常規(guī)的低滲透儲(chǔ)層，可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)34.4%；圖6(b)曲線成雙峰分布，右峰高，屬于中滲儲(chǔ)層，可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)57.3%。因此，微裂隙的發(fā)育程度影響可動(dòng)流體的百分比。

(a)水平裂縫, T89井2 580 m (b)高角度裂縫, T89井2 585 m (c)低角度裂縫, T89井2 576 m

圖5T89井巖心裂縫發(fā)育情況
Fig.5 Core crack development situation of well T89-8

(a) T89井核磁共振曲線圖，2 585 m (b) T89井核磁共振曲線圖，2 580 m圖6 T89-8井核磁共振T2曲線圖Fig.6 Nuclear magnetic resonance T2 curve of well T89-8

如果儲(chǔ)層發(fā)生重結(jié)晶，晶間孔較發(fā)育，導(dǎo)致儲(chǔ)層中可動(dòng)流體減少，束縛流體增多(圖7(a))。此外，若外來液體與儲(chǔ)層巖石發(fā)生反應(yīng)，如粘土礦物遇水膨脹，外來液體與儲(chǔ)層中的流體反應(yīng)生成沉淀等，都會(huì)大大減小孔喉體積，甚至堵塞喉道。

孔隙中填隙物成分、填隙程度對可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)的影響較大[12]。儲(chǔ)層中粘土礦物孔隙中的流體一般屬束縛流體，若儲(chǔ)層中粘土礦物含量較多，流體在滲流過程中就會(huì)受到影響，從而大大減少了可動(dòng)流體。最常見的就是石英晶體的充填導(dǎo)致可動(dòng)流體百分比降低(圖7(b))。

儲(chǔ)層成巖過程中若發(fā)生碳酸鹽的膠結(jié)作用，則會(huì)大大減小可動(dòng)流體的百分比。膠結(jié)物充填了儲(chǔ)層的孔喉空間，改變了孔喉結(jié)構(gòu)，減小了孔喉半徑，使得原本一些可動(dòng)流體變?yōu)槭`流體(圖8)。比較圖8(a)與圖8(c)，兩者均存在碳酸鹽膠結(jié)現(xiàn)象，核磁共振曲線成單峰分布，且峰值偏低。與圖8(a)相比，圖8(c)的膠結(jié)作用更強(qiáng)。圖8(b)的可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)為29.1%，而圖8(d)中核磁共振曲線下包面積更小，可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)僅為22.7%。因此可以看出方解石膠結(jié)，大大減少了可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)。

圖7 T89-2井巖樣電鏡掃描圖像Fig. 7 Electron microscope scanning images of rock samples from well T89-2

圖8 T89-1井巖樣碳酸鹽膠結(jié)鑄體薄片、核磁共振T2曲線圖Fig.8 Rock samples observation of cast thin section of carbonate cement and nuclear magnetic resonance T2 curve of well T89 -1

沉積物成巖過程中，上覆沉積物不斷增加，在重荷作用下發(fā)生巖石的壓實(shí)作用。壓實(shí)作用的發(fā)生使得儲(chǔ)層體積縮小，密度增大，孔隙度、滲透率降低[13]。儲(chǔ)層中的顆粒緊縮排列，孔喉體積縮小，可動(dòng)流體減少，一部分可動(dòng)流體變?yōu)槭`流體，不再參與滲流過程(圖9)。比較圖9(a)與圖9(c)，兩者均存在壓實(shí)作用，核磁共振曲線成單峰分布，且峰值偏低，兩者的曲線下包面積均較小，圖9(b)與圖9(d)核磁共振曲線中可動(dòng)流體分別為32.1%、29.3%，可動(dòng)流體值偏低。

圖9 T89-5井巖樣壓實(shí)作用鑄體薄片、核磁共振T2曲線圖Fig.9 Rock samples observation of cast thin section with compaction and nuclear magnetic resonance T2 curve of well T89-5

王龍莊T89斷塊巖心的可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)平均值為41.65%，在特低滲透砂巖儲(chǔ)層中屬于中等偏下水平[14]，與T89斷塊較差的儲(chǔ)層物性及較差的開發(fā)效果相符。

4 結(jié)論

1) 研究區(qū)阜寧組二亞段儲(chǔ)層核磁共振曲線T2譜截止值8.03～13.89 ms，較常規(guī)值偏低，可動(dòng)流體占比較低，孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，是研究區(qū)開發(fā)效果較差的主要因素。

2) 103塊核磁共振樣品分析表明，可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)與孔隙度之間不存在相關(guān)關(guān)系，可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)與滲透率之間的相關(guān)性較好；可動(dòng)流體孔隙度與滲透率的相關(guān)性要好于與孔隙度的相關(guān)性。

3) 鑄體薄片及掃描電鏡實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：影響T89斷塊低孔-特低滲透阜寧組二亞段儲(chǔ)層可動(dòng)流體賦存狀態(tài)的主要因素有水平微裂縫發(fā)育程度、粘土礦物的充填程度、碳酸鹽巖膠結(jié)程度、上覆巖石的壓實(shí)作用等，其中水平微裂縫發(fā)育程度是儲(chǔ)層中可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)增加的主控因素。

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NMRFeaturesandContributingFactorsofMovableFluidinLowPorosityandUltra-lowPermeabilitySandstoneReservoir：Taking the 2nd Member of Funing Formation in T89 Block of Wanglongzhuang Oilfield as an Example

YANG Tao1, XIE Jun1, ZHOU Jubiao2, WANG Jinkai1, WANG Mengqi1

(1.College of Earth Science and Engineering, Shandong University of Science and Technology, Qingdao, Shandong 266590, China; 2.The Third Oil Production Plant of Jiangsu Oilfield Company, SINOPEC, Tianchang, Anhui 239300, China)

This paper studied the low porosity and ultra-low permeability reservoir characteristics of the 2nd member of Funing formation in the T89 block of Wanglongzhuang oilfield by using the nuclear magnetic resonance (NMR) technology and evaluation indexes such as the percentage and porosity of movable fluid. Test results show that both the amplitude ofT2spectrum and the percentage of movable fluid are relatively low. The NMR analysis of 103 samples suggests that there is no correlation between the percentage and the porosity of movable fluid, while there is a better correlation between the percentage and permeability. The correlation between the porosity and permeability is better than that of the porosity. With the help of cast thins and results of electron microscope scanning images, the main factors affecting the percentage of movable fluid were determined, including the development of horizontal micro cracks, the filling of clay mineral, the cementation of carbonate rock, and the compaction of overlying rock. This understanding provides an important geological basis for the development potential evaluation of oilfield with low permeability.

T89 block; nuclear magnetic resonance(NMR); low porosity and ultra-low permeability reservoir; movable fluid

楊濤,謝俊,周巨標(biāo),等.低孔-特低滲砂巖儲(chǔ)層可動(dòng)流體核磁共振特征及成因:以王龍莊油田T89斷塊阜寧組二亞段為例[J].山東科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2018,37(1):119-126.

YANG Tao,XIE Jun,ZHOU Jubiao,et al.NMR features and contributing factors of movable fluid in low porosity and ultra-low permeability sandstone reservoir: Taking the 2nd member of Funing formation in T89 Block of Wanglongzhuang oilfield as an example[J].Journal of Shandong University of Science and Technology(Natural Science),2018,37(1):119-126.

2016-10-25

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51674156，51504143)

楊 濤(1990—)，男，吉林白山人，碩士研究生，主要研究方向?yàn)槭偷刭|(zhì).E-mail: 15953209694@163.com

謝 俊(1968—)，男，湖北京山人，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事油氣田開發(fā)地質(zhì)方面的研究.本文通信作者.

TE348

A

1672-3767(2018)01-0119-08

10.16452/j.cnki.sdkjzk.2018.01.012

(責(zé)任編輯:呂海亮)