基于NMR和壓汞資料的碳酸鹽巖儲層滲透率建模方法

單 雯

(1. 長江大學(xué) 地球物理與石油資源學(xué)院，湖北 武漢 430100； 2. 長江大學(xué) 油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點實驗室，湖北 武漢 430100)

碳酸鹽巖油氣藏與其他油氣藏相比，在成巖過程中存在差異性,裂縫和微裂隙在發(fā)育過程中具有方向性，孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜并且表現(xiàn)出嚴(yán)重的非均質(zhì)性和各向異性[1-3]，因此碳酸鹽巖的孔滲關(guān)系較差，利用孔隙度和滲透率的關(guān)系計算得到的滲透率精度不高。

與其他測井方法相比，核磁共振(NMR)測井可以提供孔徑分布的信息并且可以反應(yīng)儲層的孔隙結(jié)構(gòu)，所以有很多的研究工作者對NMR進(jìn)行研究，得到了許多根據(jù)NMR資料計算滲透率的模型。其中較為經(jīng)典的滲透率模型有1988年Kenyon等[4]提出的根據(jù)NMR的孔隙度和T2幾何平均值預(yù)測滲透率的SDR模型和1997年Timur等[5]提出的根據(jù)NMR的孔隙度和自由束縛流體比預(yù)測滲透率的Timur-Coates模型。

通過對SDR模型和Timur-Coates模型進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)要想通過核磁共振測井?dāng)?shù)據(jù)精確計算滲透率必須確定儲層孔隙度、自由束縛流體比，其中自由束縛流體比的大小主要靠核磁共振測井的T2cutoff(核磁共振測井的T2截止值)參數(shù)決定。在實際應(yīng)用中，T2cutoff難以準(zhǔn)確求取，一般將T2cutoff取單一值，在砂巖中為33 ms，碳酸鹽巖中為92 ms[6]，然而實際油田的數(shù)據(jù)分析表明T2cutoff取單一值進(jìn)行計算在大多數(shù)的油田中是不成立的，故而應(yīng)用SDR模型和Timur-Coates模型計算得到的滲透率精度不高。由于儲層滲透率與孔隙結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系[7]，因此運用能直觀評價孔隙結(jié)構(gòu)的毛管壓力曲線計算儲層滲透率精度較高，但是由于壓汞實驗的費用較高、周期長等問題不能普遍應(yīng)用。根據(jù)所討論的各種模型的優(yōu)缺點，本文給出了一種根據(jù)NMR數(shù)據(jù)計算壓汞參數(shù)進(jìn)而求取滲透率的方法。

1 毛管壓力參數(shù)與滲透率的關(guān)系

眾多學(xué)者根據(jù)儲層滲透率受孔隙結(jié)構(gòu)影響，而壓汞的毛管壓力曲線可以有效的反應(yīng)儲層的孔隙結(jié)構(gòu)，相繼提出了運用壓汞參數(shù)計算儲層滲透率的方法。Swanson、Pittman等通過大量數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)壓汞的毛管壓力曲線在雙對數(shù)的坐標(biāo)系中為雙曲線，且雙曲線的拐點參數(shù)(Swanson參數(shù)和Capillary-Parachor參數(shù))與汞飽和度為10%～75%對應(yīng)的孔喉半徑(R10～R75)和儲層的孔隙度和滲透率有較好的對應(yīng)關(guān)系[8-12]，圖1為以上部分模型對應(yīng)的毛管壓力曲線上的點。

圖1 毛管壓力曲線擬合及各模型代表點

基于上述內(nèi)容，對中東H油田M層組121塊碳酸鹽巖樣品的壓汞和物性資料進(jìn)行研究。根據(jù)壓汞資料中的Swanson參數(shù)、Capillary-Parachor參數(shù)、R10～R75和儲層的滲透率的相關(guān)關(guān)系做交會處理，將對應(yīng)的參數(shù)與滲透率的相關(guān)系數(shù)進(jìn)行整理，得到上述壓汞參數(shù)和滲透率的相關(guān)系數(shù)交會圖(見圖2)。

圖2 壓汞參數(shù)與滲透率相關(guān)系數(shù)交會示意

根據(jù)圖2可以看出：中東H油田M層組121塊碳酸鹽巖樣品的滲透率與Swanson參數(shù)、Capillary-Parachor參數(shù)、各種吼道半徑(R10～R75)之間都存在較好的相關(guān)性；Swanson參數(shù)和滲透率的相關(guān)系數(shù)為0.843 3，比Capillary-Parachor參數(shù)與滲透率的相關(guān)性要好；吼道半徑和儲層滲透率的相關(guān)系數(shù)從R10開始逐漸增大，在R40處達(dá)到最大值0.847 4，之后開始逐漸降低至最低值0.706,這是因為當(dāng)汞飽和度相對較小時，無法體現(xiàn)全部對儲層滲透率起作用的吼道，僅僅在汞飽和度的大小到達(dá)一定數(shù)值時，方能反映所有對滲透率起主要貢獻(xiàn)的吼道[13]。

2 核磁資料計算滲透率

由上文可知中東H油田M層組121塊碳酸鹽巖樣品的Swanson參數(shù)、R35、R40和滲透率的相關(guān)系數(shù)相對較大，可以建立相應(yīng)的回歸模型用來得到儲層的滲透率。但是在實際應(yīng)用中因為壓汞實驗的花費較高、進(jìn)行實驗的時間較長等原因，研究區(qū)塊的毛管壓力數(shù)據(jù)很少，僅僅在研究區(qū)塊的部分井段選取了部分巖心進(jìn)行壓汞實驗。根據(jù)上述所說的壓汞數(shù)據(jù)較少無法獲得所有井段滲透率的情況，本文給出了根據(jù)NMR資料的T2的幾何平均值T2LM計算壓汞參數(shù)的方法。

首先將中東H油田M層組121塊碳酸鹽巖樣品的NMR和常規(guī)物性資料進(jìn)行研究處理，將NMR的回波數(shù)據(jù)進(jìn)行解譜、運算和統(tǒng)計，得到NMR孔隙度、束縛水飽和度、核磁共振T2LM等數(shù)據(jù)[14]。NMR的T2LM是橫向弛豫時間T2的一種宏觀表現(xiàn)方式，T2LM的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：

(1)

式(1)中，φNMR為NMR測井的總孔隙度，φi為NMR的橫向弛豫時間分量T2i的孔隙度分量[15]，NMR的T2LM和儲層的孔隙結(jié)構(gòu)有一定的相關(guān)性。

其次分別建立中東H油田M層組121塊碳酸鹽巖樣品的Swanson參數(shù)、R35、R40和巖樣NMR的T2LM的關(guān)系圖(見圖3)。

(2)

圖3 核磁共振測井T2LM與各壓汞參數(shù)之間的交會圖

最后根據(jù)Swanson參數(shù)和儲層孔隙度、滲透率之間的相關(guān)關(guān)系較好，將Swanson參數(shù)和儲層孔隙度、儲層滲透率進(jìn)行交會，建立Swanson參數(shù)和孔隙結(jié)構(gòu)指數(shù)之間的相關(guān)關(guān)系，其相關(guān)性較好，R2達(dá)到0.852 3(見圖4)，數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：

(3)

圖4 Swanson參數(shù)與孔隙結(jié)構(gòu)指數(shù)交會圖

3 應(yīng)用效果分析

為了驗證上述所討論的滲透率模型的適用性，利用該模型在擁有核磁共振測井?dāng)?shù)據(jù)的中東H油田M井進(jìn)行儲層滲透率計算，效果如圖5所示。

圖5中左起第1道為巖性曲線道，分別為自然電位(SP)、自然伽瑪(GR)和井徑曲線(HCAL)；第2道為深度道，單位為m；第3道為孔隙度曲線道，分別為中子(TNPH)、密度(RHOZ)和聲波曲線(DTCO)；第4道為電阻率曲線道，分別為深側(cè)向電阻率(RLA5)、淺側(cè)向電阻率(RLA1)和微球電阻率(RXOZ)；第5道分別為孔隙度(POR)和巖心分析孔隙度(CPOR)；第6道為NMR的T2分布譜和T2的幾何平均值T2LM；第7道為各種方法獲得的滲透率的對比道，分別是本文所討論的NMR與壓汞資料結(jié)合的方法運算獲得的滲透率(Perm_Swanson)、巖心分析滲透率(CPerm)、經(jīng)典SDR模型運算獲得的的滲透率(Perm_SDR)、經(jīng)典Timur-Coates模型運算獲得的滲透率(Perm_TIM)。由圖5能夠看出經(jīng)典的SDR模型和Timur-Coates模型運算獲得的滲透率和巖心分析滲透率兩者間的差別很大，運算獲得的數(shù)據(jù)都偏大，然而本文討論的利用NMR的T2LM來求取Swanson參數(shù)進(jìn)而獲得滲透率的方式獲得的滲透率與巖心分析滲透率之間的相似度較高。表明本文提出的模型可以在進(jìn)行了NMR測井的井段連續(xù)求取儲層滲透率，運算得到的儲層滲透率精度較高。

圖5 計算滲透率與巖心滲透率結(jié)果對比

4 結(jié) 語

1)由于碳酸鹽巖儲層的孔滲關(guān)系很差，但是其和吼道的半徑有較高的相關(guān)性，而NMR的橫向弛豫時間(T2)的分布情況和壓汞實驗得到的毛壓曲線均可以反應(yīng)儲層孔隙結(jié)構(gòu)。本文給出了一種利用NMR與壓汞資料求取滲透率的模型，該模型比經(jīng)典的SDR模型和Timur-Coates模型精度更高。

2)根據(jù)上文中壓汞參數(shù)和滲透率的交會圖能夠得知Swanson參數(shù)、R35、R40和滲透率有較高的相關(guān)關(guān)系，由此對中東H油田M層組121塊碳酸鹽巖樣品的NMR和壓汞資料進(jìn)行處理，分別得到NMR的T2LM和Swanson參數(shù)、R35、R40的交會圖，可以看出NMR的T2LM和壓汞資料中的Swanson參數(shù)的相關(guān)關(guān)系相對較好，因此可以利用NMR的T2LM得到壓汞資料中的Swanson參數(shù)，再通過Swanson參數(shù)和孔隙結(jié)構(gòu)指數(shù)的相關(guān)關(guān)系獲得儲層滲透率。

3)將討論的基于NMR與壓汞資料的滲透率模型應(yīng)用于中東H油田M井中，計算獲得的滲透率大小和儲層的巖心滲透率大小相近，證明該模型獲得的滲透率真實可靠，能夠在碳酸鹽巖油藏評價中進(jìn)行應(yīng)用。