神木-米脂地區(qū)上古生界核磁共振錄井三元圖板建立及應(yīng)用

滕飛啟 向 曉 吳明松 張春陽 陳 鵬 劉治恒

(①中國石油長慶油田分公司勘探開發(fā)研究院；②中國石油長慶油田分公司蘇里格南作業(yè)分公司；③中國石油長慶油田分公司第三采氣廠)

0 引 言

神木-米脂地區(qū)大型致密砂巖氣藏具有低孔、低滲、低豐度、埋藏較深的特點，天然氣主要為煤成氣，天然氣組分中甲烷平均含量為88%，以干氣為主，不含硫化氫。在沉積-成藏演化上為“先致密后成藏”，其聚集成藏的主要機理為烴類氣體分子在分子膨脹力的作用下不斷向周圍拓展成藏，烴類氣體未經(jīng)大規(guī)模長距離運移，以垂向近距離運移為主。此類氣藏具有氣、水分布關(guān)系復(fù)雜，甚至不存在明顯氣、水分異的特點[1]。

近幾年，中國石油長慶油田勘探開發(fā)研究院雖然加強了氣田常規(guī)錄井解釋評價方法的研究，但限于常規(guī)錄井評價在含水儲層識別方面存在的局限性，未能形成有效的解釋圖板和標準。核磁共振錄井技術(shù)通過對巖石孔隙內(nèi)的流體量、流體性質(zhì)，以及流體在巖石孔隙中的核磁共振特征進行分析，快速獲得儲層的孔隙度、滲透率、含油飽和度、含氣飽和度、可動水飽和度、束縛水飽和度等物性和流體參數(shù)，突破了常規(guī)錄井技術(shù)不能評價流體在孔隙空間分布的瓶頸，為劃分和評價有效儲層，識別油、水層提供了有效的方法和手段[2-5]。中國石油長城鉆探和渤海鉆探利用核磁共振錄井技術(shù)在鄂爾多斯盆地開展了大量的工作，建立了一些核磁共振錄井解釋圖板[6-8]，但在神木-米脂地區(qū)應(yīng)用過程中符合率較低。長慶油田勘探開發(fā)研究院利用近幾年該區(qū)34口井的核磁共振錄井資料，參照《錄井資料質(zhì)量考核及驗收評級規(guī)范》《石油天然氣儲量計算規(guī)范》[9]建立了核磁共振錄井識別含水儲層的三元圖板，實現(xiàn)了對該區(qū)儲層流體性質(zhì)的精確評價。

1 區(qū)域概況

神木-米脂構(gòu)造位置為鄂爾多斯盆地伊陜斜坡東北部，西接榆林氣田，北抵伊盟隆起東段，南至榆林，勘探面積約20 000 km2，天然氣資源量41 100×108m3，神木-米脂上古生界發(fā)育石盒子組、山西組、太原組、本溪組等多套含氣層系。

石盒子組盒8段處于河流-三角洲沉積環(huán)境，三角洲平原、前緣分流河道砂體大面積疊置發(fā)育，砂體呈近南北向展布，儲層主要為中-粗粒巖屑石英砂巖、石英砂巖。山西組發(fā)育三角洲沉積體系，以分流河道砂體為主，砂體呈近南北向展布，儲層以中-粗粒巖屑石英砂巖和石英砂巖為主，孔隙類型主要為巖屑溶孔。太原組主要處于三角洲前緣沉積相帶，發(fā)育分流河道砂體，呈近南北向展布，儲層以巖屑石英砂巖為主，主要發(fā)育巖屑溶孔。本溪組北部處于三角洲前緣沉積，主要發(fā)育分流河道砂體，分布穩(wěn)定；南部處于潮坪-瀉湖相，主要發(fā)育障壁砂壩、潮道砂體，局部厚度大，儲層巖性以石英砂巖為主，溶孔、粒間孔發(fā)育。

由于儲層以巖屑石英砂巖為主，氣層厚度薄，非均質(zhì)性強，具有巖屑含量高、致密、敏感性強和較強水鎖效應(yīng)等特點，單井產(chǎn)量較低，氣、水儲層識別困難。

2 核磁共振錄井技術(shù)原理

核磁共振錄井技術(shù)是指利用油氣和水中的氫原子核具有自旋的特征，將自旋的氫核置于磁場中可產(chǎn)生磁化過程。在外加磁場中，氫核吸收能量躍遷到高能態(tài)，脈沖結(jié)束后，氫核進行自由進動，放出能量，這一過程在磁場中產(chǎn)生自由感應(yīng)衰減信號。這個衰減信號是由許多不同孔隙中流體衰減信號疊加而成的，采用現(xiàn)代數(shù)學(xué)反演技術(shù)可計算出巖石中不同的弛豫組分所占的比例。

所有氫核力圖恢復(fù)到原來的熱平衡狀態(tài)，這一過程叫做弛豫，其時間常數(shù)分別為縱向弛豫時間T1、橫向弛豫時間T2，因為T1的測量速度非常慢，所以測量過程中取橫向弛豫時間T2。核磁共振T2弛豫時間譜代表了巖石孔徑分布情況，當(dāng)孔徑小到某一程度后，孔隙中的流體將被毛管力束縛無法流動。因此，在T2弛豫時間譜上存在一個界限，當(dāng)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，反之則為束縛流體。這個弛豫時間的界限，稱為T2截止值。通過核磁共振錄井技術(shù)分析，可以得到巖樣的孔隙度、滲透率、可動流體飽和度和束縛流體飽和度等參數(shù)[2]。

3 解釋評價標準建立

核磁共振錄井評價參數(shù)主要包括儲層孔隙度、含氣飽和度、含水飽和度、可動水飽和度、束縛水飽和度和可動流體飽和度等。對于砂巖氣藏而言[8]，核磁共振錄井一般采用二次兩測方法。第一次測量直接得到樣品的含水孔隙度，再利用T2截止值進一步得到可動水孔隙度和束縛水孔隙度；第二次測量先對樣品抽真空，再浸泡飽和鹽水，在樣品孔隙全部飽和后進行二次測量，可以測得樣品的總孔隙度。同時，可計算得出可動水飽和度和束縛水飽和度[2](圖1)。

圖1 砂巖氣藏(氣層)核磁共振T2弛豫時間譜

砂巖氣藏儲層孔隙度決定油氣的數(shù)量，孔隙內(nèi)流體主要為天然氣和水，天然氣在鉆進或取樣過程中極易逃逸，孔隙中的水又以可動水和束縛水兩種狀態(tài)存在。因此，評價儲層流體性質(zhì)主要依據(jù)孔隙度、含水飽和度和可動水飽和度三個參數(shù)。

根據(jù)近幾年該區(qū)34口井的核磁共振錄井資料，并參照《石油天然氣儲量計算規(guī)范》[9]規(guī)定的解釋結(jié)論進行分類統(tǒng)計，基于孔隙度、含水飽和度、可動水飽和度對儲層的影響，首先將核磁共振錄井試驗樣品測得的平均孔隙度、平均含水飽和度、平均可動水飽和度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為三元圖坐標，即計算出核磁共振錄井孔隙度、含水飽和度、可動水飽和度三個參數(shù)的和，再分別計算出核磁共振錄井孔隙度、含水飽和度、可動水飽和度三個參數(shù)所占百分比，利用新構(gòu)建的三個參數(shù)結(jié)合試氣結(jié)果建立神木-米脂地區(qū)上古生界致密砂巖儲層三元圖板(圖2)。

圖2 神木-米脂地區(qū)上古生界核磁共振錄井三元圖板

從圖板中可以看出：(1)孔隙度較大，含水飽和度較大，可動水飽和度較低時不含水；(2)孔隙度較小，含水飽和度較低，可動水飽和度較大時不產(chǎn)水；(3)含水區(qū)集中在孔隙度為0～12.0%、可動水飽和度為12.8%～43.8%、含水飽和度為50.0%～81.3%區(qū)域內(nèi)，在該區(qū)域內(nèi)儲層試氣產(chǎn)水概率達66.7%以上。

實踐證明，此圖板可對鄂爾多斯盆地神木-米脂地區(qū)上古生界致密砂巖儲層進行流體性質(zhì)的錄井解釋評價。

4 應(yīng)用效果

利用該圖板進行了核磁共振錄井的儲層含水情況解釋和評價，現(xiàn)場應(yīng)用13口井，其中上古生界砂巖完成試氣3口井共5層，符合4層，解釋評價結(jié)果準確率達到80%，取得了很好的應(yīng)用效果，為進一步評價該區(qū)儲層含水層和含水特征提供了可靠的判斷依據(jù)。

4.1 M 165井

M 165井在山西組2 128.87～2 131.20 m井段取心并進行核磁共振分析，樣品平均孔隙度為5.09%，平均含水飽和度為13.48%，平均可動水飽和度為0.84%。轉(zhuǎn)換為三元圖坐標，平均孔隙度為30.60%，平均含水飽和度為69.44%，平均可動水飽和度為4.33%。將該樣品的數(shù)據(jù)投到三元圖板上，落點在非含水區(qū)(圖2)，錄井解釋為氣層。經(jīng)過壓裂改造后，產(chǎn)氣1.700 8×104m3/d，產(chǎn)水為0。按照《石油天然氣儲量計算規(guī)范》標準該層屬于氣層，核磁共振錄井解釋結(jié)論與試氣結(jié)果一致。

4.2 S 118井

S 118井在山西組1 728.2～1 728.8 m井段取心并進行核磁共振分析，樣品平均孔隙度為5.04%，平均含水飽和度為43.76%，平均可動水飽和度為6.27%。轉(zhuǎn)換為三元圖坐標，平均孔隙度為9.15%，平均含水飽和度為79.46%，平均可動水飽和度為11.39%。將該樣品的數(shù)據(jù)投到交會圖板上，落點在非含水區(qū)(圖2)，錄井解釋為氣層。經(jīng)過壓裂改造后，獲得產(chǎn)氣0.525×104m3/d，產(chǎn)水1.2 m3/d，含水率18.6%。按照《石油天然氣儲量計算規(guī)范》標準該層屬于氣層，核磁共振錄井解釋結(jié)論與試氣結(jié)果一致。

4.3 H 8井

H 8井在山西組2 130.1～2 138.6 m井段取心并進行核磁共振分析，樣品平均孔隙度為8.78%，平均含水飽和度為75.94%，平均可動水飽和度為35.13%。轉(zhuǎn)換為三元圖坐標，平均孔隙度為9.32%，平均含水飽和度為63.36%，平均可動水飽和度為29.31%。將該樣品的數(shù)據(jù)投到交會圖板上，落點在含水區(qū)(圖2)，結(jié)合氣測顯示，錄井解釋為氣水同層，經(jīng)過壓裂改造后，獲得產(chǎn)氣1.224 4×104m3/d，產(chǎn)水26.4 m3/d，含水率68.3%。按照《石油天然氣儲量計算規(guī)范》標準屬于氣水同層，核磁共振錄井解釋結(jié)論與試氣結(jié)果一致。

5 結(jié)束語

(1)鄂爾多斯盆地神木-米脂地區(qū)上古生界砂巖氣藏成藏機理為烴類氣體分子在分子膨脹力的作用下不斷向周圍拓展成藏，烴類氣體未經(jīng)大規(guī)模長距離運移，以垂向近距離運移為主，水分布關(guān)系復(fù)雜，不存在明顯氣水分異的特點。傳統(tǒng)錄井方法無法對氣、水關(guān)系作出準確評價。

(2)直接利用含水飽和度、可動水飽和度無法對儲層含水性進行準確評價，結(jié)合核磁共振錄井孔隙度、含水飽和度和可動水飽和度三個參數(shù)所占百分比建立的三元解釋圖板，可實現(xiàn)對儲層內(nèi)流體的精確評價，提高了該地區(qū)含水儲層的錄井解釋符合率。