碳酸鹽巖核磁共振實(shí)驗(yàn)與認(rèn)識(shí)

摘 要

摘要：由于對(duì)碳酸鹽巖核磁共振的測(cè)井響應(yīng)一直缺乏系統(tǒng)的研究，使得該技術(shù)在一些復(fù)雜儲(chǔ)層中的應(yīng)用不能取得良好的效果。為此，基于大量的巖心核磁共振實(shí)驗(yàn)，分析了碳酸鹽巖儲(chǔ)層巖心的
摘要：由于對(duì)碳酸鹽巖核磁共振的測(cè)井響應(yīng)一直缺乏系統(tǒng)的研究，使得該技術(shù)在一些復(fù)雜儲(chǔ)層中的應(yīng)用不能取得良好的效果。為此，基于大量的巖心核磁共振實(shí)驗(yàn)，分析了碳酸鹽巖儲(chǔ)層巖心的T2譜特征、移譜特征、差譜特征、T2截止值變化規(guī)律及核磁分析的孔滲參數(shù)與常規(guī)分析的孔滲參數(shù)之間的關(guān)系，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)探索了基于孔隙結(jié)構(gòu)特征來(lái)分析儲(chǔ)層有效性的方法。研究表明：孔隙結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性強(qiáng)的巖石移譜特征明顯，對(duì)這類(lèi)儲(chǔ)層段不能簡(jiǎn)單地從有移譜現(xiàn)象便判定為氣層；利用差譜法區(qū)別油氣水層時(shí)，在發(fā)育大孔徑孔隙的地層中，短等待時(shí)間測(cè)量需要有足夠的等待時(shí)間；碳酸鹽巖地層的T2截止值不是定值，與泥質(zhì)含量成反比關(guān)系；高孔段核磁計(jì)算的孔滲參數(shù)的準(zhǔn)確性明顯地高于低孔段，并且核磁計(jì)算的滲透率主要反映的是基質(zhì)滲透率，不能有效地反映裂縫滲透率。研究結(jié)果為核磁共振測(cè)井資料的采集及處理解釋提供了肴價(jià)值的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
關(guān)鍵詞：碳酸鹽巖；儲(chǔ)集層；孔隙度；滲透率；核磁共振測(cè)井；T2譜；T2截止值；參數(shù)
1 巖心孔隙結(jié)構(gòu)分析與應(yīng)用
    巖石飽和水狀態(tài)下的核磁共振T2譜分布反映了孔隙孔徑大小的分布，大孔徑孔隙組分對(duì)應(yīng)較長(zhǎng)的T2值，小孔徑孔隙組分對(duì)應(yīng)較短的T2值，并且T2譜弛豫時(shí)間與其孔隙半徑對(duì)應(yīng)關(guān)系為：r=cT2(c為常數(shù))[1～2]。
    選取B149井和B151井嘉二段的221塊巖心開(kāi)展核磁T2實(shí)驗(yàn)，其中嘉二1亞段29塊，嘉二2亞段192塊。結(jié)果表明，嘉二1亞段的實(shí)驗(yàn)巖心無(wú)論孔隙度高低，T2譜的弛豫時(shí)間普遍較短，譜信號(hào)主要分布在0.1～30ms之間(T2截止值在86ms左右)，即使孔隙度很大的巖心的T2弛豫時(shí)間仍較短(圖1)。而嘉二2亞段巖心的T2譜弛豫時(shí)間長(zhǎng)，譜信號(hào)主要分布在10～1000ms，即使孔隙度很小的巖心的T2弛豫時(shí)間仍較長(zhǎng)。可見(jiàn)，嘉二2亞段的孔隙孔徑要明顯大于嘉二1亞段，嘉二1亞段主要發(fā)育微孔隙。
常規(guī)物性分析與核磁分析對(duì)比表明(見(jiàn)表1)：嘉二2亞段與嘉二1亞段的儲(chǔ)層總孔隙度相差較小，但核磁共振分析的兩段有效孔隙度與束縛水飽和度有很大差異，嘉二1亞段的儲(chǔ)層由于孔隙孔徑小，主要發(fā)育微孔隙，束縛水飽和度遠(yuǎn)高于嘉二2亞段的儲(chǔ)層。這一結(jié)論為試油所證實(shí)：即嘉二2亞段儲(chǔ)層段能形成工業(yè)產(chǎn)能，而嘉二1亞段儲(chǔ)層試油多數(shù)情況為干層或產(chǎn)少量氣或少量水。
表1 常規(guī)物性分析與核磁分析對(duì)比表
層位
樣品個(gè)數(shù)(φ＞2%)
常規(guī)物性分析
核磁共振分析
孔隙度/%
滲透率/10-3μm2
孔隙度/%
滲透率/10-3μm2
含水飽和度/%
有效孔隙度/%
嘉二2亞段
28
6.83
7.37
7.03
6.96
56.61
6.14
嘉二1亞段
10
5.85
0.09
7.09
0.12
98.02
0.39
2 移譜、差譜的應(yīng)用分析
2.1 移譜實(shí)驗(yàn)特征在流體性質(zhì)判別中的應(yīng)用分析
    實(shí)驗(yàn)選取下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組15塊巖心進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明：隨著回波間隔(Te)的增大，擴(kuò)散作用對(duì)T2弛豫影響增強(qiáng)，核磁共振信號(hào)幅度減小[3～4]，小孔徑的孔隙信號(hào)已探測(cè)不到。實(shí)驗(yàn)結(jié)果還表明：不同回波間隔下T2譜移譜現(xiàn)象受孔隙結(jié)構(gòu)影響很大，當(dāng)巖樣的孔隙孔徑變化范圍不大，孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)育均勻，且以大孔為主時(shí)，飽和水巖樣的T2譜移譜現(xiàn)象不明顯(圖2-a)。該巖樣的T2譜分布范圍很窄，表明巖樣的孔隙孔徑變化范圍小，巖樣的孔隙結(jié)構(gòu)均勻，譜信號(hào)的弛豫時(shí)間長(zhǎng)(主要在200～4000ms)，孔隙孔徑大，在不同回波間隔下T2譜移譜現(xiàn)象不明顯，譜形狀變化不大，變窄不明顯。
    當(dāng)巖樣的孔隙孔徑變化范圍大，孔隙結(jié)構(gòu)非均值性較強(qiáng)，小孔徑的孔隙占主導(dǎo)地位時(shí)，飽和水巖樣的T2譜不僅移譜很明顯，形狀和峰值也發(fā)生很大的變化(圖2-b)。巖樣的T2譜分布范圍較寬，反映巖樣的孔隙孔徑變化范圍大，巖樣的孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)育非均值性較強(qiáng)，該巖樣在5～200ms弛豫時(shí)間內(nèi)的信號(hào)較大，表明小孔徑孔隙占總孔隙的比例較高。T2譜在不同回波間隔下譜的形狀和分布范圍發(fā)生了明顯變化，當(dāng)Te=2.4ms時(shí)，大量短弛豫組分無(wú)法探測(cè)到。
   因此實(shí)際測(cè)井中回波間隔選擇應(yīng)盡量小，才能保證測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；同時(shí)，在利用移譜法識(shí)別氣水層時(shí)應(yīng)考慮孔隙結(jié)構(gòu)的影響因素，不能盲目的只靠有移譜現(xiàn)象就確定為氣層。
2.2 差譜實(shí)驗(yàn)特征在流體性質(zhì)判別中的應(yīng)用分析
    飛仙關(guān)組15塊巖心的差譜實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，不同等待時(shí)間條件下測(cè)量的T2譜形狀基本相似，呈雙峰特征，長(zhǎng)弛豫組分的(大孔徑孔隙)信號(hào)幅度隨等待時(shí)間的增加而增大(圖2-c)，表明可以探測(cè)到大孔隙中更多的氫核，等待時(shí)間越長(zhǎng)，大孔徑孔隙中的流體極化程度越高。也就是說(shuō)大孔徑孔隙中的流體需要較長(zhǎng)的等待時(shí)間才能得到充分極化，但短弛豫組分的(小孔徑孔隙)信號(hào)幅度在不同的等待時(shí)間下變化不大，表明小孔徑孔隙在較短的時(shí)間內(nèi)氫核就能得到充分極化。圖2-c中：Tw等于6s和8s時(shí)，兩弛豫譜線(xiàn)基本重疊，表明當(dāng)?shù)却龝r(shí)間超過(guò)6s時(shí)，大孔徑中的氫核達(dá)到完全極化。在6s以?xún)?nèi)的等待時(shí)間，大孔徑中的氫核不能完全極化，故T2譜幅度較小，隨著T2的增大，極化程度增大，T2譜幅度增加，因此出現(xiàn)大的差譜信號(hào)。
    可見(jiàn)要獲得好的核磁共振信號(hào)，必須有足夠長(zhǎng)的等待時(shí)間，讓大孔徑孔隙中的氫核完全極化。這一現(xiàn)象也說(shuō)明在孔隙孔徑大的地層中，若利用差譜法識(shí)別流體性質(zhì)時(shí)，如果短等待時(shí)間測(cè)量時(shí)的等待時(shí)間不足，并不是所有的有差譜信號(hào)的儲(chǔ)層都為油氣層，發(fā)育大孔徑孔隙的水層也可能出現(xiàn)差譜信號(hào)[5]。
3 巖性與T2截止值的關(guān)系
    通過(guò)對(duì)216塊巖樣的T2截止值實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明：孔隙度大小對(duì)R截止值影響沒(méi)有明顯的規(guī)律，泥質(zhì)含量高低與T2截止值有一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，一般情況下，泥質(zhì)含量高的碳酸鹽巖的T2截止值一般較小(表2)，普遍在41ms左右；而泥質(zhì)含量低，巖性較純的碳酸鹽巖的T2截止值普遍較泥質(zhì)含量高的巖樣的T2截止值高，在86ms左右。因此碳酸鹽巖地層核磁共振測(cè)井的T2截止值不應(yīng)是定值，它與泥質(zhì)含量成反比關(guān)系[6]。
 
4 應(yīng)用效果分析
4口井的277塊巖樣的核磁實(shí)驗(yàn)表明：對(duì)于較高孔隙度的樣品核磁可準(zhǔn)確地計(jì)算孔隙度、滲透率，而孔隙度較低的樣品，核磁計(jì)算的孔、滲參數(shù)誤差很大(圖3)。
 
    對(duì)于裂縫發(fā)育的巖心，核磁計(jì)算的滲透率(由SDR模型計(jì)算滲透率)與常規(guī)方法分析的相差很大(表3)，核磁計(jì)算的滲透率要明顯小于常規(guī)方法分析的，這是因?yàn)楹舜艥B透率是由束縛水飽和度或T2幾何平均值(T2g)建立的滲透率模型計(jì)算得到的，并不是直接測(cè)量的結(jié)果，核磁滲透率模型(常用有Coates、SDR模型)計(jì)算得到的滲透率反映的主要為基質(zhì)滲透率，不能有效地計(jì)算裂縫滲透率。
表3 B49井裂縫發(fā)育巖心孔、滲分析數(shù)據(jù)表
深度/m
巖心孔隙度/%
巖心滲透率/10-3μm2
核磁滲透率/10-3μm2
3092.73
1.95
5.48
0.14
3093.65
1.27
2.90
0.02
3102.28
1.87
9.79
0.27
3106.92
1.30
3.12
0.43
3133.83
2.98
8.35
1.25
5 結(jié)論
    1) 核磁共振T2譜分布反映了孔隙孔徑大小的分布，能有效評(píng)價(jià)碳酸鹽巖的孔隙結(jié)構(gòu)及儲(chǔ)層的有效性。
    2) 孔隙結(jié)構(gòu)均質(zhì)性差異對(duì)移譜特征的影響：孔隙結(jié)構(gòu)均勻、孔隙度大時(shí)，T2譜移譜現(xiàn)象不明顯；孔隙結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性強(qiáng)、孔隙度小時(shí)，T2譜移譜現(xiàn)象明顯，形狀和峰值變化較大。
    3) T2截止值與泥質(zhì)含量有密切關(guān)系，泥質(zhì)含量高的巖石，T2截止值較小，巖性純的巖石T2截止值高，一般在86ms之間。
    4) 孔隙度大的巖心核磁計(jì)算的孔滲值較低孔巖心準(zhǔn)確，核磁計(jì)算的滲透率主要為基質(zhì)滲透率，不能有效的計(jì)算裂縫滲透率。
參考文獻(xiàn)
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(本文作者：顏其彬1 趙輝1 司馬立強(qiáng)1 施振飛2 1.西南石油大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院；2.中國(guó)石化江蘇石油勘探局測(cè)錄井處)