核磁共振錄井技術常規(guī)儲集層流體識別方法及應用

李懷軍 李秀彬 馬樹明 經(jīng)儉波 張小虎 苑傳江

(中國石油西部鉆探工程有限公司地質研究院(克拉瑪依錄井公司))

0 引 言

核磁共振錄井技術的研發(fā)解決了錄井行業(yè)不能定量評價儲集層物性的難題，且具有巖樣無損壞、一個樣本多種參數(shù)、分析速度快、使用成本低等特點[1]，在各油田得到了廣泛的應用，使錄井解釋符合率得到了較大提升。傳統(tǒng)意義上核磁共振錄井技術評價儲集層流體性質所采用的是含油飽和度、含水飽和度、可動流體飽和度、可動油飽和度、可動水飽和度等直接參數(shù)，通過尋找參數(shù)之間的規(guī)律，利用數(shù)據(jù)及比值關系等建立相應圖板來反映地層流體性質，進而評價儲集層流體性質[2]。

隨著勘探開發(fā)領域的加大及試油壓裂技術的不斷發(fā)展，單純依靠核磁共振測量的直接參數(shù)評價儲集層流體性質的方法具有較大的局限性。經(jīng)過兩年多的實驗分析，總結了錄井核磁共振三次測量方法與規(guī)律，根據(jù)不同測量方法得出的信號幅度，通過比值關系，找到剩余油指數(shù)、流體逸散指數(shù)和含油飽和度之間的關系并建立了三端元圖板，從而有效地提高了核磁共振技術判別流體性質符合率。

1 核磁共振分析流程

1.1 樣本制備

對于所需要分析的巖心樣品，為了減少樣品中流體的揮發(fā)，要求在巖心出筒后立即用專用工具對巖心新鮮部分進行取樣，巖心樣品為直徑1.5 cm、高度為2.5～3 cm的圓柱體，所取巖心不能被二次污染，巖心樣本取得后立即用保鮮膜封存，最大限度地避免其中流體介質散失。

1.2 第一次核磁共振測量(初始狀態(tài))

樣品未進行任何處理，直接測量剩余流體的信號幅度(初始狀態(tài)下油+水的總核磁共振信號幅度)。

1.3 第二次核磁共振測量(飽和狀態(tài))

浸泡鹽水并用真空泵抽出樣品內(nèi)的空氣，使得鹽水充分浸入樣品孔隙內(nèi)，測量得出的信號為樣品孔隙中的油+水的總信號幅度，與初始狀態(tài)信號相對比，差值即為樣品中流體的逸散程度及逸散量。

1.4 第三次核磁共振測量(浸錳狀態(tài))

用MnCl2溶液對第二次分析完的樣品進行浸泡，使錳離子擴散進入樣品水相中，屏蔽水相信號，再次測量時消除水相核磁共振信號，剩余流體信號即為油相核磁共振信號，油+水的總核磁共振信號減去油相信號即為水相核磁共振信號(下文中提及的核磁共振三掃實驗應用的就是三次核磁共振測量信號幅度的差值)[3-4]。

1.5 T2截止值

T2弛豫時間代表了巖石孔徑分布情況。當孔徑小到某一程度后，孔隙中的流體將被毛細管壓力所束縛無法流動。因此，在弛豫譜上存在一個界限，當孔隙流體的弛豫時間大于某一弛豫時間時，流體為可動流體，反之為束縛流體。這個弛豫時間界限稱為可動流體T2截止值。

2 T2截止值求取方法

2.1 核磁共振T2截止值影響參數(shù)

核磁共振譜圖(圖1)代表意義為：T2譜的總幅度對應于總孔隙度，右峰幅度對應于可動流體，左峰幅度對應于束縛流體。在核磁共振譜圖中對于T2截止值的影響參數(shù)有兩類。

(1)T2截止值相關參數(shù)：含油孔隙度、滲透率、可動流體飽和度、可動水飽和度、束縛流體飽和度、束縛水飽和度、可動油飽和度(可動流體飽和度-可動水飽和度)。

(2)T2截止值無關參數(shù)：總孔隙度、含油飽和度、含水飽和度。

圖1 核磁共振分析譜圖

2.2 T2截止值的重要性

T2截止值是進行儲集層參數(shù)計算的關鍵因素，通過2.1節(jié)可知，T2截止值影響參數(shù)很多，這些都是核磁共振技術評價儲集層物性及流體性質的重要參數(shù)；T2截止值求取正確與否，直接決定了評價結果的準確性，所以研究T2截止值的特征和規(guī)律對于油田的勘探和開發(fā)具有重要意義。

2.3 確定T2截止值方法

在進行核磁共振樣品快速測量過程中，確定可動流體T2截止值方法主要有兩種。

(1)離心標定法[5]：通常對一個區(qū)塊有代表性的一定數(shù)目的樣品進行室內(nèi)離心標定，然后取其平均值作為該地區(qū)的可動流體T2截止值標準。

(2)經(jīng)驗判斷法[6-7]：根據(jù)室內(nèi)離心標定的結果進行歸類分析，對不同T2弛豫時間譜圖形態(tài)進行分類總結，另外根據(jù)試油結論反推T2譜圖分類，建立適合現(xiàn)場快速確定可動流體T2截止值的經(jīng)驗方法。

雖然離心標定法是準確確定可動流體T2截止值的方法之一，但由于測定時間長、區(qū)塊樣品不足等原因，該方法往往存在很大的困難。所以，在進行核磁共振求取T2截止值時常采用經(jīng)驗判斷法。通過研究發(fā)現(xiàn)，在準噶爾盆地常規(guī)儲集層T2譜圖多數(shù)呈現(xiàn)單峰及雙峰兩種類型，進一步對兩種不同類型的譜圖進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，總結規(guī)律見表1。

2.3.1 單峰型

核磁共振譜圖出現(xiàn)單峰型，表示測量的巖石樣品具有巖性單一、均質性強的特征。

類型一：最高峰弛豫時間小于10 ms，峰底小于10 ms，所代表樣品均以小孔隙為主，孔隙內(nèi)流體以束縛形式存在，這類譜圖對于T2截止值的確定無意義，一般情況下不劃分T2截止值。

類型二：最高峰弛豫時間小于10 ms，峰底大于10 ms，此類譜圖T2截止值取在下降峰的半幅點處。

類型三：最高峰弛豫時間大于10 ms，峰底大于10 ms，此類譜圖T2截止值取在上升峰的半幅點處。

類型四：最高峰弛豫時間在10 ms附近，峰底大于10 ms，峰型大體上呈現(xiàn)左右對稱狀，此類譜圖T2截止值取在峰頂處。

2.3.2 雙峰型

核磁共振譜圖出現(xiàn)雙峰型，表示測量的巖石樣品均質性有差異，一般按雙峰的凹點處進行T2截止值的劃分。

核磁共振T2譜圖雙峰型基本呈現(xiàn)表1中類型一至類型三形態(tài)，此類譜圖劃分在雙峰之間的凹點處。

類型四是不常見的雙峰型譜圖，含油信號和孔隙信號的凹點不在同一時間點上，該類譜圖T2截止值同樣按孔隙信號凹點處取值。

表1 核磁共振錄井T2譜單峰和雙峰型形態(tài)表征

3 建立核磁共振評價圖板

3.1 圖板參數(shù)選取

錄井核磁共振測量的直接信號與間接信號很多，經(jīng)過實驗分析，對建立圖板所需的參數(shù)選取如下。

3.1.1 直接參數(shù)

干掃信號(初始狀態(tài))：代表樣品未經(jīng)過任何處理，原始狀態(tài)下孔隙內(nèi)所有流體的信號總和。

孔隙度信號(飽和狀態(tài))：代表樣品經(jīng)過鹽水浸泡后孔隙內(nèi)所有流體信號總和。

含油飽和度信號(浸錳狀態(tài))：樣品內(nèi)含油飽和度代表了單位體積內(nèi)含油量的多少，信號幅度越大，含油飽和度越高，反之則越小，是重要評價參數(shù)之一。

可動流油信號：原始狀態(tài)下，在T2譜圖中，截止值右側代表可動流體，可動流體信號幅度代表單位樣品體積內(nèi)在現(xiàn)有開采技術下能夠采出的流體量，是表征流體采出量的一個重要指標。

可動油信號：原始狀態(tài)下，可動油信號代表了在可動流體中可動油占據(jù)的數(shù)量多少，是單位體積內(nèi)在現(xiàn)有開采技術下能夠采出地層油的含量，是表征地層油采出量的一個重要指標。

3.1.2 間接參數(shù)

剩余油指數(shù)：干掃信號/含油飽和度流體信號(原始狀態(tài)下孔隙內(nèi)流體信號與孔隙內(nèi)油相信號之間的比值)，該比值越大代表含油剩余流體內(nèi)含油越低，反之代表含油越多。

流體逸散指數(shù)：孔隙度信號/干掃信號(飽和狀態(tài)下孔隙流體信號與干掃信號之間的比值)，該比值越大代表流體逸散程度越高，反之代表逸散程度越低。

3.2 核磁共振評價圖板的建立

通過準噶爾盆地符合取樣要求的32口井共計169個樣品數(shù)據(jù)點，利用核磁共振測量的原始數(shù)據(jù)計算的剩余油指數(shù)、流體逸散指數(shù)2類數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計及分析，建立核磁共振原始剩余油指數(shù)和流體逸散指數(shù)評價圖板(圖2)。

圖2 核磁共振原始剩余油指數(shù)和流體逸散指數(shù)評價圖板

通過圖2可以明顯看出，油層樣品點主要集中在左下角區(qū)域，油水同層、含油水層、水層樣品點位于圖板中上部和右側，可以明顯區(qū)分油區(qū)和含水區(qū)的分布特征，但在含水樣品中油水同層、含油水層、水層的分布特征劃分比較模糊，不能準確指示各個區(qū)間。分析認為造成這一現(xiàn)象的原因是，核磁共振原始數(shù)據(jù)中干掃信號、孔隙度信號、含油飽和度信號代表樣品中所有同類信號總合。鑒于地層中能夠開采出的流體主要是可動流體部分，不可動流體對于評價流體儲集層意義不大，但是核磁共振原始信號包含可動流體和非可動流體兩部分，這就造成原始信號對流體評價有一定的誤差。

針對這一現(xiàn)象，重新對資料進行認識，提出對三次掃描中可動流體部分進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，應用初始狀態(tài)、飽和狀態(tài)、浸錳狀態(tài)三種測量信號中可動流體部分建立關系?？蓜恿黧wT2截止值求取方法參照2.3節(jié)，計算所有樣品點可動流體部分，并根據(jù)結果重新建立核磁共振可動流體剩余油指數(shù)、含油飽和度、流體逸散指數(shù)三端元評價圖板(圖3)。

圖3 核磁共振可動流體剩余油指數(shù)、含油飽和度、流體逸散指數(shù)評價圖板

通過圖3可以看出，油區(qū)主要集中在圖板右下角，油水混合區(qū)集中在圖板頂部及左上部，而水區(qū)則集中在圖板的左下部，圖板參數(shù)區(qū)間如表2所示。

通過核磁共振可動流體剩余油指數(shù)、含油飽和度、流體逸散指數(shù)評價圖板可以很好地區(qū)分油水關系 ，從

表2 核磁共振可動流體剩余油指數(shù)、含油飽和度、流體逸散指數(shù)評價參數(shù)區(qū)間

而更加精細地劃分油水區(qū)域，準確判別流體性質，提高核磁共振資料適用范圍，更有利于錄井核磁共振技術的發(fā)展。

4 實例分析

2019年對準噶爾盆地11口井12個試油井段進行流體識別，與試油結論進行比對，符合11層，不符合1層，流體性質判別符合率達到91.67%?，F(xiàn)舉例說明本方法應用情況。

4.1 MH 37井

MH 37井是為探索MH 1井區(qū)侏羅系三工河組含油氣性而部署的一口預探井。該井在錄井過程中油氣顯示活躍(圖4)，在井段1 633.52～1 636.98 m進行取心，取獲油跡級巖心0.72 m，含油巖心出筒時表面見淺褐色原油，油氣味濃-較濃，油脂感弱，微染手，含油分布不均勻，呈星點狀分布，含油面積1%～3%。該段巖心地化熱解含油氣總量平均為10.86 mg/g，平均輕重烴比為0.51，熱解氣相色譜正構烷烴出峰齊全，呈規(guī)則梳狀，基線有隆起特征，三維定量熒光圖譜顯示為偏輕質原油，核磁共振分析巖心物性較好，孔隙度17.06%～17.86%，滲透率3.80～4.32 mD，含油飽和度20.99%～23.97%，地化分析譜圖顯示特征如圖5所示。

通過巖心肉眼觀察和地化熱解、三維熒光分析無明顯含水現(xiàn)象，熱解氣相色譜基線有隆起特征，這種特征在流體評價中具有一定的含水指示，實際是否含水存在疑問。運用核磁共振可動流體剩余油指數(shù)、含油飽和度、流體逸散指數(shù)三端元評價圖板數(shù)據(jù)落點在油區(qū)(圖3)，說明該井段樣品內(nèi)無可動水存在，綜合核磁共振資料后，錄井綜合判斷地層中不具有含水特征。試油后該段產(chǎn)油5.91 m3/d，結論為油層，不含水，驗證了錄井結論準確。

4.2 H 893井

H 893井是為了提高井控程度，落實H 891井區(qū)西山窯組的含油氣性，求取該區(qū)單井產(chǎn)能及流體性質等資料，并為下一步探明儲量計算及開發(fā)方案編制提供基礎資料而部署的一口評價井。該井在鉆井過程中異常顯示較明顯，組分出至C1，未見重組分(圖6)，在井段1 378.24～1 381.84 m進行取心，取獲油斑級巖心1.16 m、熒光級巖心1.04 m。含油巖心出筒時個別表面見針孔狀氣泡連續(xù)-間斷冒出，油氣味較濃，油脂感弱，不染手，含油不飽滿，含油分布不均勻，呈斑塊狀分布，含油面積30%～40%。該段巖心地化熱解含油氣總量平均為12.24 mg/g，平均輕重烴比為0.84，熱解氣相色譜基線呈穹隆狀，顯示原油遭受生物降解特征，三維定量熒光譜圖顯示為偏重質原油，核磁共振分析物性較好，孔隙度22.01%～24.71%，滲透率2 676.38～4 621.93 mD，含油飽和度3.47%～16.93%，地化分析譜圖顯示特征如圖7所示。

圖4 MH 37井錄井綜合圖

巖心直觀描述和地化熱解、三維熒光分析都不能準確證實該段樣品內(nèi)有無流體水的存在，其熱解氣相色譜基線隆起，區(qū)塊內(nèi)呈生物降解特征，這種情況下，地層含水和不含水都有先例，故不能準確判斷地層是否含水。運用核磁共振可動流體剩余油指數(shù)、含油飽和度、流體逸散指數(shù)評價圖板數(shù)據(jù)落點在油水混合區(qū)(圖3)，核磁共振分析認為樣品內(nèi)有可動水存在，結合核磁共振資料，錄井綜合解釋為油水混層。在該段試油可知，產(chǎn)油1.13 m3/d，產(chǎn)水18.31 m3/d，結論為油水同層。該井流體性質判別準確，驗證了核磁共振評價新方法的應用效果，提高了錄井解釋符合率。

圖5 MH 37井取心段分析譜圖特征

圖6 H 893井錄井綜合圖

圖7 H 893井取心段分析譜圖特征

5 結束語

隨著勘探開發(fā)力度的逐漸加大，準噶爾盆地邊緣區(qū)塊、流體判別復雜區(qū)域越來越多，對錄井技術提出了更高要求。在不引進新設備的情況下，深挖現(xiàn)有錄井技術潛力，能切實突破技術瓶頸。本文所介紹的錄井核磁共振技術就是其中的一例，通過驗證，能較好指示不同流體所代表的區(qū)域，發(fā)揮了核磁共振技術特有的優(yōu)勢，為錄井解釋評價提供了更精準的判斷。