核磁共振敏感參數(shù)在低對比度油層識(shí)別中的應(yīng)用

趙靜,馮春珍,王艷梅,郭紅梅,王琪,徐磊

(中國石油集團(tuán)測井有限公司長慶分公司,陜西西安710201)

0 引 言

姬塬地區(qū)長×油藏位于鄂爾多斯盆地中西部,砂體縱向發(fā)育、橫向變化快,物性好,是近年來主要勘探層系。但由于長×油藏含油面積相對小,地層水礦化度變化大,儲(chǔ)層四性關(guān)系復(fù)雜,油水分異不明顯,呈低對比度特征,通常表現(xiàn)為油層與水層物性相當(dāng)時(shí),電阻率基本無差異或差異很小。長×低對比度油層可分為2種,一種是同層低對比度油層(底水油層),油層段與水層段電阻率接近,另一種是鄰層低對比度油層,油層與鄰近水層電阻率接近。常規(guī)測井流體性質(zhì)識(shí)別比較困難:油層規(guī)模小,連片性差,井間電性可對比性較差;地層水礦化度低且變化較大,高電阻率水層和中低電阻率油層并存;油層結(jié)構(gòu)復(fù)雜,油層底水發(fā)育,巖石脆性大,試油壓裂改造難度大。

核磁共振測井受巖性及地層水礦化度影響小,是目前唯一能夠評(píng)價(jià)儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)的測井方法。以往核磁共振測井識(shí)別流體性質(zhì)大多是通過改變采集模式,利用差譜和移譜信號(hào)定性判識(shí)流體性質(zhì),但對于姬塬地區(qū)長×低孔隙度低滲透率、低對比度儲(chǔ)層應(yīng)用效果不理想。在以往核磁共振資料應(yīng)用的基礎(chǔ)上,結(jié)合巖心實(shí)驗(yàn)分析,提取了基于核磁共振T2譜的半幅點(diǎn)偏移量、離散度、右翼展幅、拖尾面積等反映流體性質(zhì)的敏感參數(shù),并綜合應(yīng)用敏感參數(shù)加權(quán)組合,建立該區(qū)基于核磁共振綜合參數(shù)的流體性質(zhì)定量識(shí)別標(biāo)準(zhǔn),深化了核磁共振T2譜及其敏感參數(shù)對流體識(shí)別應(yīng)用,有效解決了低對比度油層流體性質(zhì)識(shí)別難題。

1 長×儲(chǔ)層特征及解釋評(píng)價(jià)難點(diǎn)

1.1 儲(chǔ)層特征

姬塬地區(qū)長×地層分為西北、東北沉積體系。其中西北體系主要發(fā)育辮狀河與三角洲平原相,砂體垂向疊加厚度大,復(fù)合連片,大部分厚度超過30 m,但含油分布不連續(xù),屬于巖性-構(gòu)造油藏。巖石類型主要為細(xì)?！辛r屑長石、長石巖屑砂巖,填隙物中綠泥石、硅質(zhì)含量較高。顆粒分選較好,中等分選為主;孔隙類型以原生粒間孔、次生長石溶孔為主。

姬塬地區(qū)長×儲(chǔ)層以低孔隙度為主,孔隙度分布在6%～16%,主要集中在10%～14%,滲透率主要分布在0.1～50 mD(1)非法定計(jì)量單位,1 mD=9.87×10-4 μm2下同,孔隙結(jié)構(gòu)分為3類,以I、II類為主(見圖1至圖3)。

圖1 姬塬地區(qū)長×地層孔隙度分布圖

圖2 姬塬地區(qū)長×地層滲透率分布圖

圖3 姬塬地區(qū)長×地層壓汞曲線

1.2 解釋評(píng)價(jià)難點(diǎn)

長×地層水礦化度分布于5 000～60 000 mg/L之間,變化較大,地層水電阻率(Rw)變化范圍為0.07～0.4 Ω·m。地層水礦化度的變化導(dǎo)致儲(chǔ)層含油電阻率差異較大,高電阻率水層和中低電阻率油層并存,且油水層對比度低,電阻率測井系列油水識(shí)別難度大。

F55井儲(chǔ)層電阻率為49.39 Ω·m,高于圍巖電阻率。試油結(jié)果日產(chǎn)水40.4 m3,地層水礦化度9 199 mg/L,導(dǎo)致儲(chǔ)層高電阻率(見圖4)。而H219井電阻率僅為14.0 Ω·m,且低于圍巖電阻率,試油結(jié)果為日產(chǎn)純油34.43 t(見圖5)。常規(guī)電阻率與儲(chǔ)層含油性相關(guān)性差,造成部分井解釋偏差。

2 核磁共振T2譜敏感參數(shù)的提出

圖4 F55井長×測井綜合圖

圖5 H219井長×測井綜合圖

由于核磁共振T2譜能夠反映巖石的孔隙特征,因此,基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué),提出從典型核磁共振T2譜中提取相應(yīng)的形態(tài)特征參數(shù)做為敏感參數(shù)(見圖6),形成評(píng)價(jià)儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)及流體信息較為獨(dú)立的核磁共振評(píng)價(jià)參數(shù)集。相應(yīng)的敏感參數(shù):T2譜末峰最大非零時(shí)間、T2譜末峰弛豫時(shí)間、T2譜末峰幅度、T2譜首末峰弛豫時(shí)間差等參數(shù)。實(shí)驗(yàn)表明,儲(chǔ)層的巖石成分、孔隙結(jié)構(gòu)等差異導(dǎo)致核磁共振T2譜各敏感參數(shù)差異不盡相同,而不同礦化度飽和水對核磁共振T2譜影響不大。在姬塬地區(qū)長×儲(chǔ)層由于礦化度變化大導(dǎo)致油水層對比度低,常規(guī)的電阻率測井無法有效判識(shí)儲(chǔ)層流體性質(zhì),而T2譜對礦化度的變化不太敏感,因此在該區(qū)流體性質(zhì)識(shí)別中利用核磁共振T2譜的敏感參數(shù)進(jìn)行流體性質(zhì)識(shí)別。

T2譜末峰弛豫時(shí)間:核磁共振T2譜最后一個(gè)峰值對應(yīng)的橫向弛豫時(shí)間(一般為幅度分量最大的峰值),對應(yīng)于巖石孔徑分布最為集中的部分孔隙的弛豫時(shí)間,經(jīng)不同公式可轉(zhuǎn)換對應(yīng)于間隔孔隙度最大的孔喉半徑,同時(shí)也可以顯著表征不同流體下T2譜形態(tài)變化。

T2譜末峰幅度:T2譜最后一個(gè)峰(往往也是縱向幅度分量最大的一個(gè)峰)對于的縱向幅度分量,反映具有雙峰特征的巖石中大孔徑的多少。

圖6 典型核磁共振T2譜

T2譜首末峰弛豫時(shí)間差:核磁共振T2譜出現(xiàn)的第1個(gè)峰值與最后一個(gè)峰值對應(yīng)的橫向弛豫時(shí)間之差,具有雙峰特征巖石其大小孔喉的大小差值,可以表征不同類型巖石的孔隙結(jié)構(gòu)特征。

T2譜中值時(shí)間:T2譜縱向累加分量占總分量的50%時(shí)對應(yīng)的橫向弛豫時(shí)間,巖石孔隙空間中大部分孔喉的半徑大小,表征巖石整體孔徑大小的分布。

T2譜末峰最大非零時(shí)間:核磁共振T2譜中,隨橫向弛豫時(shí)間由大到小,縱向分量不為零時(shí)對應(yīng)的橫向弛豫時(shí)間,其通常對應(yīng)于巖石孔喉分布中的最大孔徑值。

T2譜末首末峰偏移量:第一個(gè)峰對應(yīng)的橫向弛豫時(shí)間與最后峰對應(yīng)的橫向弛豫時(shí)間在線性坐標(biāo)下的序數(shù)差,物理意義:可以一定程度上表征具有雙峰特征巖石其大小孔喉的差別,并表征不同類型巖石的孔隙結(jié)構(gòu)特征。

3 核磁共振敏感參數(shù)流體性質(zhì)識(shí)別

對于油水層的識(shí)別通常是用由雙等待測井得到的差譜信號(hào)進(jìn)行識(shí)別的,在長極化時(shí)間測井中,水和油都應(yīng)該被完全極化;而在短極化時(shí)間測井中,水被完全極化,油只能部分被極化[5]。在實(shí)際測井中,巖石的物性及孔隙結(jié)構(gòu)變化范圍大,導(dǎo)致2種極化時(shí)間的變化范圍大,因此,難以找到合適且統(tǒng)一的極化時(shí)間。通過進(jìn)行不同類型儲(chǔ)層核磁共振橫向弛豫響應(yīng)量化分析,充分分析核磁共振T2譜對流體變化的敏感性,提取核磁共振敏感參數(shù),以進(jìn)一步深化核磁共振測井在流體識(shí)別中的應(yīng)用。

3.1 含水飽和度計(jì)算

以Archie公式和雙水模型為基礎(chǔ)的飽和度計(jì)算,涉及到巖電參數(shù)a、b、m、n及地層水電阻率Rw的取值問題。致密碎屑巖的巖電參數(shù)不再是單一不變的參數(shù),而是綜合受控于孔隙結(jié)構(gòu)等微觀因素,該研究是通過孔隙結(jié)構(gòu)分類確定了巖電參數(shù)。

區(qū)分孔隙結(jié)構(gòu)類型優(yōu)化巖電參數(shù),有助于更加精確地計(jì)算儲(chǔ)層參數(shù)。復(fù)雜的孔隙結(jié)構(gòu)影響巖石的導(dǎo)電特征,進(jìn)而使得低孔隙度低滲透率砂層的巖電參數(shù)出現(xiàn)異常的特征。

綜合壓汞、核磁共振、物性等資料,參考油氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)方法(標(biāo)準(zhǔn)-SYT 6285-2011)明確了姬塬長×孔隙結(jié)構(gòu)分類標(biāo)準(zhǔn)(見表1)。

表1 姬塬地區(qū)長×儲(chǔ)層分類標(biāo)準(zhǔn)表

以姬塬地區(qū)長×儲(chǔ)層12塊樣品和其巖電實(shí)驗(yàn)結(jié)果為基礎(chǔ),在區(qū)分孔隙結(jié)構(gòu)類型的基礎(chǔ)上進(jìn)行巖電參數(shù)的擬合計(jì)算(見圖7、圖8),得出不同孔隙結(jié)構(gòu)類型的a、b、m、n值(見表2)。

地層水電阻率是根據(jù)區(qū)域水分析資料確定地層水電阻率。

3.2 核磁共振含油指數(shù)計(jì)算方法

通過對長×地層試油層段T2譜形態(tài)特征統(tǒng)計(jì)分析得出,含油層段特征為展幅較寬,離散度高,主峰右翼較窄,且其中橫向弛豫時(shí)間大于100 ms的大孔徑部分多為油所占據(jù)(見圖9)。

考慮提取基于T2譜選取半幅點(diǎn)偏移量、離散度、右翼展幅、拖尾面積等敏感參數(shù),進(jìn)行加權(quán)組合,用滲透率、含油飽和度進(jìn)行約束,得到能夠較好反應(yīng)油氣信號(hào)強(qiáng)度的綜合指數(shù)D。從提取各個(gè)特征的敏感參數(shù),建立了適用于姬塬長×地層的含油指數(shù)參數(shù),公式為

圖7 姬塬地區(qū)a、m參數(shù)擬合

圖8 姬塬地區(qū)b、n參數(shù)擬合

孔隙類型巖電參數(shù)ambnⅠ1.03271.81.0014751.81475Ⅱ2.81291.31.008521.62725Ⅲ4.74551.0681.0047671.547

圖9 姬塬地區(qū)長×儲(chǔ)層不同流體性質(zhì)T2譜

當(dāng)Sw<50%時(shí),D=(Rwidth×5+A/2+L+S×5)/10×Kc/Sw

(1)

當(dāng)Sw≥50%時(shí),D=(Rwidth×5+A/2+L+S×5)/10×Kc×(1-Sw)

(2)

Rwidth=A-B

(3)

(4)

(5)

(6)

式中,D為含油指數(shù);Sw為含水飽和度,小數(shù);Rwidth為右翼展幅;L為T2譜離散度;S為拖尾面積;Kc為視滲透率;A為半幅點(diǎn)偏移量;B為最值峰偏移量;Ti為第i點(diǎn)的橫向弛豫時(shí)間;TDM為平均時(shí)間;Ampi為第i點(diǎn)的信號(hào)幅度;φF為自由流體孔隙度,%;φB為束縛水孔隙度,%;C為常數(shù)。

3.3 核磁共振敏感參數(shù)流體性質(zhì)識(shí)別方法

由于長×地層水電阻率變化大,單依靠電阻率或核磁共振參數(shù)識(shí)別油水層誤差較大,因而建立了基于核磁共振敏感參數(shù)與電阻率結(jié)合的流體識(shí)別方法,形成陣列感應(yīng)和核磁共振組合的測井系列,依據(jù)核磁共振敏感參數(shù)進(jìn)行半幅點(diǎn)偏移量和離散度、含油指數(shù)與含油飽和度、含油指數(shù)與深淺電阻率差值進(jìn)行交會(huì)建立油水識(shí)別圖版(見圖10),確定了基于核磁共振敏感參數(shù)的流體識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)(見表3)。

4 應(yīng)用實(shí)例

F21井長×地層2 459.0 ～ 2 482.0 m段,縱向均質(zhì)性好,孔隙連通性好,油水分異明顯。頂部電阻率相對較高,為正幅度差,儲(chǔ)層以Ⅱ類儲(chǔ)層為主,束縛水飽和度較低T2譜展幅較寬。上部2 459～2 471 m段離散度為148,半幅點(diǎn)偏移量為150 ms,電阻率正幅度顯示明顯,含油指數(shù)顯示為27左右,含水飽和度26%,解釋為油層13 m。下部2 472.0～2 482.0 m段離散度較低為122,半幅點(diǎn)偏移量134 ms,含油指數(shù)顯示為9.6左右,含水飽和度60%。分別解釋為含油水層10 m。由于油層段與底水無遮擋,采用小規(guī)?？厮畨毫逊绞叫∫?guī)模壓裂,加砂3.0 m3,砂比10%,排量1.0 m3/min。試油結(jié)果日產(chǎn)純油121.72 t,解釋結(jié)論與試油結(jié)果符合(見圖11)。

圖10 姬塬地區(qū)長×核磁共振敏感參數(shù)流體識(shí)別圖版

流體性質(zhì)深淺電阻率差/(Ω·m)核磁共振含油指數(shù)離散度半幅點(diǎn)偏移量/μs含水飽和度/%油層≥0>20>270>160<40油水同層≥0>20>270不考慮40～60含油水層-6～0>16<270130～160<80水層<-6<16<200<130>8

圖11 F21井長×儲(chǔ)層核磁共振綜合解釋成果圖

5 結(jié) 論

(1)通過研究儲(chǔ)層巖石物理特征—核磁共振響應(yīng)關(guān)系,提出了定量表征T2譜形態(tài)特征的敏感參數(shù)的概念,充分挖掘了核磁共振T2信息。

(2)致密碎屑巖的巖電參數(shù)不再是單一不變的參數(shù),而是綜合受控于孔隙結(jié)構(gòu)等微觀因素,在壓汞等實(shí)驗(yàn)分析基礎(chǔ)上,區(qū)分孔隙結(jié)構(gòu)類型優(yōu)化巖電參數(shù),有助于更加精確的計(jì)算儲(chǔ)層參數(shù)。

(3)通過對長×地層試油層段T2譜形態(tài)特征統(tǒng)計(jì)分析,結(jié)合研究區(qū)儲(chǔ)層特征,提出反映流體性質(zhì)的核磁共振敏感參數(shù),用滲透率、含油飽和度進(jìn)行約束,得到能夠較好反應(yīng)油氣信號(hào)強(qiáng)度的綜合指數(shù)。

(4)由于長×地層水電阻率變化大,單依靠電阻率或核磁共振參數(shù)識(shí)別油水層誤差較大,核磁共振敏感參數(shù)與含油飽和度、電阻率等綜合解釋方法,有效解決了低對比度油藏常規(guī)電法測井識(shí)別準(zhǔn)確率低的問題。