低滲碳酸鹽巖儲層核磁共振滲透率計(jì)算新方法

張鵬浩 張占松 朱林奇

摘 ? ? ?要： 對于孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜的碳酸鹽巖儲層來說，基于中高滲儲層提出的經(jīng)典核磁共振滲透率計(jì)算模型，不能精確的反映低滲儲層的孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，適用性較差。因此，針對中東H油田低滲碳酸鹽巖儲層，提出了一種能夠反映可動流體孔隙結(jié)構(gòu)的滲透率計(jì)算方法。根據(jù)壓汞曲線的分布特征，確立孔徑分類標(biāo)準(zhǔn)，然后通過建立核磁共振T2譜和壓汞孔喉半徑之間的關(guān)系，將孔徑分類標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化為核磁共振橫向弛豫時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，并將可動流體孔隙精細(xì)的劃分為易流體孔隙和不易流體孔隙?；诓煌紫督M分含量對滲透率的不同影響，建立了精細(xì)評價(jià)孔隙結(jié)構(gòu)的核磁共振計(jì)算滲透率新模型。通過對比，新方法的計(jì)算精度明顯高于傳統(tǒng)經(jīng)典模型，對研究區(qū)塊有很好的適用性。

關(guān) ?鍵 ?詞：碳酸鹽巖;低滲儲層;核磁共振;壓汞;流體組分;滲透率

中圖分類號：TE344 ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A ? ? ? 文章編號： 1671-0460（2019）12-2861-05

Abstract： For carbonate reservoirs with complex pore structure， the classical nuclear magnetic resonance permeability calculation model for medium and high permeability reservoir analysis cannot accurately reflect the pore structure complexity of low permeability reservoirs， so its applicability is poor. Therefore， a permeability calculation method which can reflect the pore structure of movable fluids was proposed for the low permeability carbonate reservoir in the Middle East H oilfield. According to the distribution characteristics of mercury porosimetry curve， the pore size classification criterion was established. Then， the pore size classification criterion was transformed into the transverse relaxation time criterion of NMR by establishing the relationship between the T2 spectrum of NMR and the pore throat radius of mercury porosimetry. The movable fluid pore was divided into easy fluid pore and difficult fluid pore. Based on the different effect of different pore component contents on the permeability， a new permeability calculation model of nuclear magnetic resonance （NMR） for fine evaluation of pore structure was established. The comparison results showed that the accuracy of the new model was much higher than that of the traditional classical model， which had good applicability to the research blocks.

Key words： Carbonate rocks; Low permeability reservoir; Nuclear magnetic resonance; Mercury intrusion; Fluid component; Permeability

滲透率是儲層評價(jià)和儲量計(jì)算中的重要參數(shù)，滲透率的準(zhǔn)確計(jì)算是油田開發(fā)的關(guān)鍵一步[1-3]。對于常規(guī)儲層來說，由于孔隙結(jié)構(gòu)簡單，孔隙度和滲透率相關(guān)性較好，常規(guī)的測井方法就可以對滲透率進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算。但是對于巖性復(fù)雜的碳酸鹽巖儲層來說，其孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣，常規(guī)的方法不能對滲透率進(jìn)行精確的預(yù)測。因此，在碳酸鹽巖儲層測井評價(jià)中，準(zhǔn)確預(yù)測滲透率是其中存在的一大難題[4-6]。

核磁共振測井作為一種能表征儲層孔隙結(jié)構(gòu)的測井方法，可以將儲集層孔隙中的束縛水體積直觀的表現(xiàn)出來[7-9]，從而對滲透率進(jìn)行精細(xì)的評價(jià)。很多學(xué)者提出了利用核磁共振測井技術(shù)計(jì)算滲透率的方法，其中最經(jīng)典的有Coates模型和SDR模型[10-12]，以及在此基礎(chǔ)上提出來的基于核磁共振T2譜分布的滲透率計(jì)算方法[12-14]。但該類模型在表征復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)儲集層滲流機(jī)理方面，只是通過巖石宏觀信息來計(jì)算滲透率，沒有精細(xì)考慮T2譜的分布，不能充分反映不同孔隙結(jié)構(gòu)對滲透率的貢獻(xiàn)值不同的情況。尤其是對于低滲儲層來說，相同的孔隙度，滲透率的大小會根據(jù)孔隙結(jié)構(gòu)而變化，表現(xiàn)出不同級別[15，16]。壓汞法繪制的毛管壓力曲線，可以通過進(jìn)汞過程表征儲層的孔隙結(jié)構(gòu)，因此，筆者結(jié)合巖心壓汞與核磁共振資料對滲透率進(jìn)行預(yù)測。通過分析壓汞孔喉半徑的分布，確立了小孔和微孔的分類標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合核磁共振T2譜的分布情況，建立了橫向弛豫時(shí)間與孔喉半徑的指數(shù)關(guān)系，將孔徑分類標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化成橫向弛豫時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，從而確定了不同孔隙組分的核磁共振橫向弛豫時(shí)間范圍，將可動流體孔隙組分更精細(xì)的劃分為孔隙半徑較大，連通性較好，對滲透率起主要貢獻(xiàn)作用的易流體孔隙和孔隙半徑較小，連通性較差，對滲透率起限制作用的不易流體孔隙。通過計(jì)算易流體組分和不易流體組分的孔隙含量，并基于兩種孔隙組分和滲透率的關(guān)系，筆者提出了一種精細(xì)劃分孔隙組分的核磁共振計(jì)算滲透率的新方法，計(jì)算精度有了明顯的提高。

1 ?經(jīng)典核磁共振測井滲透率計(jì)算模型

（1）Coates模型，通過確定T2截止值，將孔隙分成可動流體（VFFI）和束縛流體（VBVI），并將兩種流體孔隙的比值和孔隙度作為影響滲透率的兩大參數(shù)，進(jìn)行線性擬合，得到滲透率的計(jì)算公式：

Coates模型只是將孔隙度直接分為以可動流體為主的大孔隙和以束縛流體為主的小孔隙，沒有考慮不同孔隙對滲透率的貢獻(xiàn)差異。SDR模型則是不考慮孔隙結(jié)構(gòu)的不同，通過將T2譜分布平均化，反映孔隙度的整體平均水平，來計(jì)算滲透率。對于孔隙結(jié)構(gòu)簡單的常規(guī)儲層來說，這兩類經(jīng)典模型通常可以準(zhǔn)確的求取滲透率。但是對于孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜的碳酸巖儲層來說，簡單的流體劃分和幾何平均，并不能準(zhǔn)確反映出儲集層的儲集特征和滲流機(jī)理，計(jì)算效果不理想。以中東地區(qū)某區(qū)塊A井為例，采用Coates模型和SDR模型計(jì)算滲透率，并分別與核磁實(shí)驗(yàn)測得的巖心滲透率進(jìn)行對比，見圖1，可以看到對于滲透率大于10×10-3μm2的中高滲儲層樣品，兩個(gè)經(jīng)典模型的計(jì)算效果都比較好，但是對于那些滲透率小于10×10-3μm2的低滲樣品，計(jì)算效果并不理想。因此，對于滲透率小于10×10-3μm2的低滲樣品，筆者通過分析對應(yīng)的壓汞資料和核磁資料，對這些樣品的孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行了更加深入的研究。

2 ?巖石孔隙結(jié)構(gòu)對儲層滲透率的影響

儲層孔隙結(jié)構(gòu)的好壞在孔隙度上會有對應(yīng)的體現(xiàn)，但是孔隙度不能作為表征孔隙結(jié)構(gòu)的決定因素。尤其在低滲復(fù)雜巖性儲層中，經(jīng)常出現(xiàn)孔隙度接近的樣品，但是滲透率屬于不同級別。如表1中，A1、A2是中東H油田兩塊典型的低滲樣品，在巖性和孔隙度接近的情況下，滲透率相差了兩個(gè)數(shù)量級。對兩塊樣品的壓汞、薄片等實(shí)驗(yàn)資料進(jìn)行對比分析，通過兩塊樣品的孔喉半徑分布特征可以看到，樣品A1的孔喉半徑峰值為0.04 μm，孔型主要是小于0.1 μm的微孔;樣品A2的孔喉半徑峰值為0.15 μm，孔型主要由大于0.1 μm的小孔組成。由樣品對應(yīng)的薄片資料也可以看出，樣品A1的孔隙類型主要是獨(dú)立存在的，孔隙半徑相對較小的微孔，不利于巖石孔隙中流體的相互流通，巖石的滲透性差。

樣品A2的孔隙類型主要是連通的，孔隙半徑相對較大的小孔，有利于巖石孔隙中流體的相互流通，提高了巖石的滲透性。

統(tǒng)計(jì)分析該研究區(qū)塊A井8塊低滲巖心資料的分析結(jié)果，均有上述類似特征。這說明了孔隙結(jié)構(gòu)上的差異，是造成這些低滲透率巖心存在滲透率差異的主要原因。因此，有必要對孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行精細(xì)研究，得到低滲透儲層的滲流特征，從而對滲透率進(jìn)行準(zhǔn)確評價(jià)。

在進(jìn)行核磁共振測井時(shí)，如果巖石處于水潤濕并完全飽和鹽水的狀態(tài)下，那么經(jīng)反演處理得到的核磁T2譜形態(tài)，可以真實(shí)地反映出巖石的孔徑分布狀況[17]。

通過分析前面不同級別滲透率的孔喉半徑分布特征的差異，微孔和小孔的臨界孔喉半徑確定為0.1 μm，由公式（3）可得到對應(yīng)的核磁T2譜為35 ms。微孔和小孔的核磁共振橫向弛豫時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)以及壓汞孔喉半徑分布標(biāo)準(zhǔn)見表2。微孔和小孔的準(zhǔn)確劃分，是準(zhǔn)確評價(jià)低滲透儲層滲透率的前提條件。

3 ?結(jié)合孔隙組分的核磁共振計(jì)算滲透率新模型

在低滲儲層劃分微孔和小孔的基礎(chǔ)上，對可動流體進(jìn)行更精細(xì)的孔隙劃分，明確不同孔隙含量對滲透率的貢獻(xiàn)。根據(jù)巖心核磁T2譜分布特征的分析，對滲透率起主要貢獻(xiàn)作用的可動流體進(jìn)行對應(yīng)的弛豫時(shí)間劃分。定義孔隙分量S為T2譜中不同弛豫時(shí)間對應(yīng)孔隙分量與總孔隙度分量的百分比，S1為可動流體孔隙中，橫向弛豫時(shí)間大于35 ms所對應(yīng)的孔隙分量，稱為易流體孔隙;S2為可動流體孔隙中，橫向弛豫時(shí)間小于35 ms所對應(yīng)的孔隙分量，稱為不易流體孔隙，見圖4。建立S1、S2與滲透率的關(guān)系，見圖5，S1和滲透率呈明顯的正相關(guān)，S1的含量越高，表明孔隙半徑越大，孔隙結(jié)構(gòu)越好，滲透率越大;S2和滲透率的關(guān)系呈負(fù)相關(guān)，S2的含量越高，表明孔隙半徑越小，孔隙結(jié)構(gòu)越差，滲透率越小。

通過回歸分析，本次研究所選用的參數(shù)分別為：a=0.46，b=-1.21，c=0.07，d=0.04，代入滲透率新模型，低滲巖心滲透率計(jì)算精度達(dá)到了0.943 3，遠(yuǎn)高于經(jīng)典模型Coates模型和SDR模型。

4 ?應(yīng)用效果

B井是該地區(qū)另一口進(jìn)行了巖心核磁實(shí)驗(yàn)的取心井，該井共有10塊低滲樣品。針對這些樣品的壓汞資料和薄片資料分析發(fā)現(xiàn)，孔隙類型中存在的孔隙半徑小于1 μm，以及連通性較差的孔隙，導(dǎo)致了巖石的滲透率偏小。

對于經(jīng)典的Coates模型，只是將孔隙類型劃分為可動流體和束縛流體，對滲透率起主要貢獻(xiàn)作用的可動流體中包含了孔隙結(jié)構(gòu)較差的孔隙，因此相對巖心滲透率，該類模型計(jì)算的滲透率往往偏大。而筆者建立的預(yù)測滲透率新模型，進(jìn)一步對可動流體的孔隙類型進(jìn)行了精細(xì)的劃分，區(qū)分了對滲透率起主要貢獻(xiàn)作用的易流體孔隙，以及對滲透率起限制作用的不易流體孔隙。采用新模型對B井的低滲巖心進(jìn)行預(yù)測，預(yù)測結(jié)果見圖7，可以看到新模型的計(jì)算結(jié)果與巖心滲透率基本在45°對角線上，計(jì)算精度較高，相關(guān)性達(dá)到了0.947 3，說明基于孔徑分布和核磁共振T2譜建立的新模型，通過對孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行更加精細(xì)的劃分，對該地區(qū)低滲透油藏的評價(jià)有良好的指導(dǎo)作用。

5 ?解釋結(jié)論

（1）對于孔隙結(jié)構(gòu)和滲流機(jī)理復(fù)雜的碳酸鹽巖儲層來說，基于中高滲儲層提出的經(jīng)典的核磁共振滲透率計(jì)算模型，不能精確表征低滲透滲儲層的孔隙結(jié)構(gòu)，計(jì)算精度較差。

（2）構(gòu)建壓汞孔喉分布半徑和核磁共振橫向弛豫時(shí)間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，孔隙結(jié)構(gòu)通過核磁T2譜刻度，將可動流體分為易流體孔隙和不易流體孔隙?；趦烧邔B透率的貢獻(xiàn)效果，建立了一種能夠精細(xì)表征孔隙結(jié)構(gòu)，劃分孔隙分量的滲透率計(jì)算新模型，解決了低滲透儲層滲透率的計(jì)算難題。

（3）準(zhǔn)確劃分易流體孔隙和不易流體孔隙的界限，是新模型準(zhǔn)確評價(jià)滲透率的關(guān)鍵，需要基于一定數(shù)量的壓汞和核磁T2譜實(shí)驗(yàn)資料進(jìn)行統(tǒng)一分析，建立兩者之間的關(guān)系。

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