王府斷陷火二段火山巖儲層孔隙結構評價

武煥平，王祝文，徐方慧，崔裔瞳，于涵

吉林大學 地球探測科學與技術學院，長春 130026

0 引言

王府斷陷火二段主要發(fā)育安山質(zhì)巖石、流紋質(zhì)巖石，儲層具有儲集空間類型多樣，非均質(zhì)性較強，孔隙結構復雜的特征[1--2]?；鹕綆r儲層孔隙度結構與儲層的品質(zhì)密切相關，影響油氣資源的勘探開發(fā)。常用的孔隙結構研究方法大都基于鉆井取芯，例如壓汞實驗、CT掃描、鑄體薄片和核磁共振實驗等。但是由于火山巖非均質(zhì)性強，巖芯的測試結果并不能很好地反映儲層某一層段的孔隙結構特征，且火山巖巖芯易碎，增加了測試的難度?；趲r芯的方法局限性很大，不僅在縱向上不能連續(xù)性描述儲層孔隙結構，且試驗成本高，周期長。由核磁共振弛豫機制可知，T2譜分布與儲層的孔隙分布有直接關系，毛管壓力曲線可以定性、定量反映儲層孔隙分布特征，因此可以利用T2譜構造偽毛管壓力曲線[3--6]。與巖芯壓汞毛管壓力曲線相比，核磁轉(zhuǎn)化的毛管壓力曲線縱向上能夠連續(xù)性地對儲層孔隙結構進行評價，效率高且成本相對較低，在實際生產(chǎn)中具有十分重要的現(xiàn)實意義。

目前利用核磁測井轉(zhuǎn)化偽毛管壓力曲線的方法主要有線性刻度法和非線性刻度法。運華云、李海波等利用線性轉(zhuǎn)換刻度系數(shù)法對中高孔滲儲層進行了研究，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)換后得到的核磁共振毛管壓力曲線與實際的毛管壓力曲線吻合較好[7--8]。但對于低孔低滲儲層，由于其孔隙結構十分復雜，線性刻度法在小孔隙部分不再適用，此時T2譜與孔隙半徑分布滿足非線性關系。何雨丹等提出了分段冪函數(shù)刻度法，提高了偽毛管壓力曲線的轉(zhuǎn)化精度[9]。邵維志等基于微分相似原理利用面積刻度得到大孔徑和小孔徑的轉(zhuǎn)化系數(shù)，并提出了用孔滲參數(shù)計算轉(zhuǎn)化系數(shù)的方法[10]。Xiao et al.基于壓汞進汞曲線和累加T2譜的相似性，利用變刻度系數(shù)法，獲得了精度更高偽毛管壓力曲線[11]。以上研究都取得了較好的轉(zhuǎn)化效果，但由于火山巖儲層孔隙結構復雜，對不同類型的儲層使用同一種轉(zhuǎn)化方法，往往難以取得較好的效果，因此筆者利用三次樣條插值法求取反向累加T2譜分布對應的T2值與壓力PC之間的關系，分儲層類型構建核磁共振毛管壓力曲線，小孔隙部分采用冪函數(shù)方法，大孔隙部分采用對數(shù)函數(shù)方法，得到了偽毛管壓力曲線。在此基礎上求取孔隙結構參數(shù)，為進一步儲層評價奠定了基礎。

1 理論基礎

壓汞毛管壓力與巖石孔隙半徑之間的關系為：

(1)

式中：Pc為進汞壓力，MPa；σ為流體張界面力，N/m；θ為潤濕接觸角；rc為孔隙半徑，μm。

根據(jù)核磁共振測井弛豫機制，巖石的橫向弛豫時間T2為

(2)

式中：T2B為流體的自由弛豫時間，ms；D為擴散系數(shù)，μm2/ms；G為磁場梯度，Gs/cm；TE為回波間隔，ms；S為孔隙表面積，cm2；V為孔隙體積，cm3；ρ2為巖石的橫向表面弛豫強度，μm/ms。

對于回波間隔和磁場梯度較小的勻強磁場，此時式(2)中右邊第一項和第三項可以忽略，因此橫向弛豫時間與巖石孔隙的比表面積S/V直接相關，表示為：

(3)

由式(3)可以看出，孔隙流體的弛豫時間T2和孔隙大小及形狀有關。對于中--高孔滲的砂巖儲層，儲層非均質(zhì)性較弱，孔隙結構簡單，比表面與孔隙半徑多呈線性關系；對于孔隙結構復雜的火山巖儲層，儲層的非均質(zhì)性較強，比表面與孔隙半徑應表示為非線性關系：

(4)

由式(4)可以看出，孔隙流體弛豫時間T2和平均孔徑rc一一對應，因此，可以用T2分布來評價孔隙大小及孔徑分布。

聯(lián)立式(1)和式(4)，得：

(5)

因此，T2分布與毛管壓力之間的關系可以利用下列函數(shù)來表示：

(6)

式中：g是一個函數(shù)。

根據(jù)式(6)，可以將核磁測井T2譜構造成偽毛管壓力曲線，進一步求取排驅(qū)壓力、中值半徑等儲層孔隙結構參數(shù)。

2 核磁測井T2譜構造偽毛管壓力曲線的方法及轉(zhuǎn)化效果

對王府斷陷巖芯壓汞資料和核磁測井T2譜資料進行數(shù)據(jù)分析[12--14]，采用以下方法將核磁測井T2譜轉(zhuǎn)換偽毛管壓力曲線。其轉(zhuǎn)換步驟為：

(1)對毛管壓力曲線PC—SHg(SHg為對應毛管壓力下的進汞飽和度)進行3次樣條插值。

(2)從最大的橫向弛豫時間T2N向小橫向弛豫時間T2i對T2譜幅度進行累加，得到時間T2i(i=1, 2, 3, …,N)對應的T2譜幅度累加百分數(shù)Si，即

(7)

式中：Ai為T2譜中時間T2i對應的幅度值，φ為由核磁測井得到的有效孔隙度。

(3)在進行3次樣條插值后的毛管壓力曲線上，尋找到與T2譜幅度累加百分數(shù)Ai值最接近的進汞飽和度SHgi，得到與之對應的毛管壓力PCi，同時得到了T2譜中與橫向弛豫時間T2i一一對應的毛管壓力PCi。

(4)以橫向弛豫時間T2的倒數(shù)(1/T2)為橫坐標，毛管壓力PC為縱坐標，繪制1/T2與PC之間的散點圖(圖1)，進行回歸分析，可得出PC與1/T2的關系式。

a.大孔隙擬合關系; b.小孔隙擬合關系。

按照上述步驟對王府斷陷不同儲層類型的毛管壓力曲線進行分析，結果表明Ⅰ、Ⅱ類儲層，1/T2—Pc在大孔隙的部分(≥33 ms)滿足對數(shù)關系，小孔隙部分(<33 ms)滿足冪指數(shù)關系；Ⅲ類儲層滿足冪指數(shù)關系，其對應關系見圖2和表1。

根據(jù)表1內(nèi)不同儲層的轉(zhuǎn)換公式可將橫向弛豫時間T2i轉(zhuǎn)換成毛管壓力PCi。由式(7)將T2譜從高值向低值累積，得到一系列的累加百分數(shù)Si，作PCi-Si的關系曲線，即完成了T2譜對毛管壓力曲線的構建。

表1 不同儲層類型的T2譜與毛管壓力關系式

圖2 不同儲層類型的1/T2與毛管壓力 PC的相關圖

圖3為研究區(qū)偽毛管壓力曲線構造成果圖，由圖可知，構造的偽毛管壓力曲線與實際測量的毛管壓力曲線一致性好。Ⅰ 類儲層偽毛管壓力曲線與實測結果吻合最好，大孔和小孔在分界處連續(xù)性好；Ⅱ、Ⅲ類儲層吻合較好，但在大小孔隙轉(zhuǎn)換分界位置處出現(xiàn)了拐點，需要進一步研究。

3 儲層孔隙結構評價應用

核磁測井資料在縱向上具有連續(xù)性，根據(jù)轉(zhuǎn)換關系能夠連續(xù)構造偽毛管壓力曲線，可以求得平均孔隙半徑、最大孔隙半徑、中值壓力等孔隙結構定量參數(shù)[15--17]。結合孔隙度、滲透率等參數(shù)，可以定量對儲層孔隙結構進行評價。

圖4巖性為流紋質(zhì)巖石，115/116/117號層位試氣層段，試氣結論為氣層，日產(chǎn)氣7.24萬m3，日產(chǎn)水11.6 m3。該儲層孔隙度為8.1%，滲透率0.037 mD，屬于Ⅰ、Ⅱ類儲層，中子--密度測井曲線疊合幅度較大，含氣性好；T2譜主峰右側寬度較寬，拖尾現(xiàn)象明顯，說明有較多大孔隙存在，平均孔隙半徑為3.97 μm，最大孔隙半徑為14.47 μm，中值壓力10.30 MPa，表明儲層具有較好的孔隙結構，與試氣結論相符。

圖5巖性為安山質(zhì)巖，153號層測井解釋為干層，該儲層孔隙度為1.3%，滲透率低，屬于Ⅲ類儲層，中子--密度測井曲線未見疊合，含氣性差；T2譜主峰右側寬度窄，未見拖尾現(xiàn)象，說明儲層以小孔隙為主，平均孔隙半徑為0.46 μm，最大孔隙半徑為1.12 μm，中值壓力21.85 MPa，表明儲層具有較差的孔隙結構。

圖4和圖5對比分析，孔隙半徑大，中值壓力小的儲層孔隙結構好，多為Ⅰ、Ⅱ類儲層，產(chǎn)氣概率較大。因此，利用核磁測井資料構建的偽毛管壓力曲線，可以對火成巖儲層進行孔隙結構評價，為研究區(qū)的勘探開發(fā)及開采提供參考。

4 結論

(1)分儲層類型、分段構造了偽毛管壓力曲線；小孔部分采用冪函數(shù)刻度法，大孔隙部分采用對數(shù)函數(shù)刻度法，提高了偽毛管壓力曲線的構造精度。

a、b：Ⅰ類儲層的原始毛管壓力曲線與T2擬合曲線對比；c、d：Ⅱ類儲層的原始毛管壓力曲線與T2擬合曲線對比；e、f：Ⅲ類儲層的原始毛管壓力曲線與T2擬合曲線對比。

圖4 X1井段核磁共振測井資料評價孔隙結構的應用

圖5 X2井段核磁共振測井資料評價孔隙結構的應用

(2)由偽毛管壓力曲線可以求取平均孔隙半徑、最大孔隙半徑和中值壓力等儲層孔隙結構參數(shù)。平均孔隙半徑與最大孔隙半徑大、中值壓力小的毛管應力曲線對應的孔隙結構較好；核磁轉(zhuǎn)化的偽毛管壓力曲線能夠有效地評價研究區(qū)火山巖儲層的孔隙結構。