基于核磁共振的致密巖心物性參數(shù)測定及表征*

王湘濤，王學(xué)武

(中國石油大學(xué)勝利學(xué)院油氣工程學(xué)院，山東 東營 257061)

儲層的孔隙度、滲透率、含油飽和度是油氣田勘探開發(fā)最基本的巖樣物性參數(shù)。而致密儲層由于孔喉細小、孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜[1]，常規(guī)測井解釋的儲層物性參數(shù)誤差較大，而核磁共振作為一項新興的巖石分析技術(shù)在致密儲層中的應(yīng)用發(fā)展迅速[2]。

核磁共振技術(shù)檢測的對象是巖樣孔隙內(nèi)流體中的氫原子核1H，在特定的條件下，氫原子核與磁場之間會發(fā)生強烈的相互作用即共振。利用此特性，可以檢測到流體的核磁共振信號強弱及T2弛豫時間大小，流體的核磁共振信號強弱和T2弛豫時間大小中包含著豐富的油層物理信息[3-4]。本文利用核磁共振巖心分析技術(shù)，測定大慶外圍致密巖心的儲層物性參數(shù)，并依此對儲層進行綜合分類。

1 實驗原理

核磁共振信號強弱取決于流體量的多少，流體的總量對應(yīng)于巖樣孔隙度，而弛豫時間譜積分面積的大小與巖樣中所含流體的總量成正比，因此，只要對弛豫時間譜進行適當?shù)目潭?，可獲得巖樣的孔隙度。在實際測量中，首先測量標準樣，建立刻度關(guān)系式如圖1所示，然后測量實際巖樣，將其信號幅度代入刻度關(guān)系式，即可計算得到巖樣孔隙度。

圖1 孔隙度定標Fig.1 Porosity calibration

(1)

式中：Φ為孔隙度，%；M信號幅度，無因次；V樣品體積，mL；a、b標定擬合曲線回歸系數(shù)，無因次。

根據(jù)油層物理原理，巖樣滲透率受巖樣孔喉半徑分布的控制[5-6]。核磁共振弛豫時間譜T2代表巖樣孔徑分布信息，因此可用來確定巖樣的滲透率。核磁滲透率計算一般采用一些經(jīng)驗公式來進行，本項目磁共振滲透率計算的經(jīng)驗公式：

(2)

式中：Knmr為核磁滲透率，10-3μm2；φ為核磁孔隙度，%；C為系數(shù)，根據(jù)地區(qū)經(jīng)驗得出；BVM為可動流體百分數(shù)，%；BVI為束縛流體百分數(shù)，%。

油和水中都含有氫原子，利用核磁共振可以測定油和水的總信號量。然后，將巖樣浸泡在MnCl2水溶液中24小時，順磁離子Mn2+將擴散到水中，使得水的弛豫時間縮短到10毫秒以下，而Mn2+不能擴散到油中，因此可以屏蔽掉水的信號，此時核磁共振測得的為油的信號量[7]，因此含油飽和度計算公式為：

(3)

式中：S0為含油飽和度，%；M0為油信號量；Ma油和水的總信號量。

2 實驗方法

2.1 實驗儀器

實驗設(shè)備為蘇州紐邁分析儀器股份有限公司生產(chǎn)的核磁共振巖心分析儀，如圖2所示。

圖2 核磁共振巖心分析儀Fig.2 Nuclear magnetic resonance core analyzer

2.2 實驗樣品

實驗樣品來自大慶外圍某井的井壁取芯。

2.3 實驗流程

(1)測量井壁取芯樣品的長度、直徑；(2)測量標準樣，建立孔隙度與樣品信號量的關(guān)系式；(3)將樣品放入核磁共振巖心分析儀，測量樣品內(nèi)流體的信號量；(4)將巖心浸泡在錳離子濃度為15000 mg/L的MnCl2溶液中24 h以上，使水相的核磁共振信號得以消除；(5)將樣品放入核磁共振巖心分析儀，測量樣品內(nèi)油的信號量；(6)計算樣品的孔隙度、滲透率及含油飽和度。

3 結(jié)果與討論

對大慶外圍某井的11塊樣品進行了核磁共振物性參數(shù)測定，圖3為3號樣品的測試圖譜。弛豫時間譜T2表征流體在不同孔隙中的分布，因此從油水信號分布曲線可以得到巖樣孔徑分布信息，而油信號可以得到油在不同孔隙中的分布。兩條曲線均表現(xiàn)為不同程度的雙峰形態(tài)，說明該樣品具有兩種孔隙類型。利用該曲線，結(jié)合孔隙度定標曲線，便可計算樣品的孔隙度、滲透率、含油飽和度等物性參數(shù)。

大慶油田對儲層物性好差的分類評價標準如表1所示。將11塊巖心的測試結(jié)果，利用公式(1)～(3)計算得到的物性參數(shù)和分類結(jié)果如表2所示。從表2可以看出，該井儲層物性中等偏差，非均質(zhì)嚴重，孔隙度分布在9.74%～16.93%之間，平均為14.66%；滲透率分布在0.17～3.69×10-3μm2之間，平均為1.83×10-3μm2；含油飽和度分布在34.28%～57.42%之間，平均為44.48%。

圖3 3號樣品核磁共振測試圖譜Fig.3 NMR spectrum of core No.3

表1 儲層物性好差分類評價標準Table 1 Evaluation and classification of reservoir physical properties

表2 巖樣物性參數(shù)和分類結(jié)果Table 2 Physical parameters and classification results of core samples

4 結(jié) 論

(1)利用核磁共振巖心分析技術(shù)，可以對致密巖心內(nèi)流體的T2弛豫時間譜進行測試，實現(xiàn)了致密巖心的儲層物性快速有效的測量；

(2)從巖心測試結(jié)果可以看出，致密巖心孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，儲層非均質(zhì)性強，物性中等偏差；

(3)核磁共振巖心物性參數(shù)測定和分類結(jié)果，可以評價致密儲層的開發(fā)潛力，為油田開發(fā)提供可靠的物性參數(shù)。