李太偉，郭和坤，2，李海波，2，路 巖，薛小佳

(1.中科院滲流流體力學(xué)研究所，河北 廊坊 065007;2.中油勘探開(kāi)發(fā)研究院廊坊分院，河北 廊坊 065007;3.中國(guó)石油天然氣勘探開(kāi)發(fā)公司，北京 100034;4.中油長(zhǎng)慶油田分公司，陜西 西安 710021)

應(yīng)用核磁共振技術(shù)研究頁(yè)巖氣儲(chǔ)層可動(dòng)流體

李太偉1，郭和坤1，2，李海波1，2，路 巖3，薛小佳4

(1.中科院滲流流體力學(xué)研究所，河北 廊坊 065007;2.中油勘探開(kāi)發(fā)研究院廊坊分院，河北 廊坊 065007;3.中國(guó)石油天然氣勘探開(kāi)發(fā)公司，北京 100034;4.中油長(zhǎng)慶油田分公司，陜西 西安 710021)

國(guó)內(nèi)對(duì)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層特征及評(píng)價(jià)的工作開(kāi)展得相對(duì)較少，在調(diào)研大量國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，從常規(guī)儲(chǔ)層研究思路入手，應(yīng)用核磁共振技術(shù)對(duì)不同區(qū)塊的34塊頁(yè)巖氣儲(chǔ)層巖樣進(jìn)行可動(dòng)流體測(cè)試。研究結(jié)果表明:頁(yè)巖氣儲(chǔ)層可動(dòng)流體含量低，具有非均質(zhì)性;可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)與氣測(cè)孔隙度和滲透率具有一定相關(guān)性，且孔滲越大相關(guān)性越好;分析了裂縫微裂縫含量對(duì)可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)的影響，裂縫微裂縫含量大于2%時(shí)，與可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)具有較好相關(guān)性;可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)和裂縫微裂縫百分?jǐn)?shù)可以表征頁(yè)巖氣儲(chǔ)層物性特征，是評(píng)價(jià)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層滲流能力及開(kāi)發(fā)潛力的一個(gè)重要物性參數(shù)。

頁(yè)巖氣;可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù);核磁共振;裂縫;離心

引 言

全球頁(yè)巖氣資源量為456.24×1012m3，主要分布在北美、中亞、中國(guó)、拉美、中東、北非和前蘇聯(lián)［1－2］。中國(guó)擁有豐富的頁(yè)巖氣資源，初步計(jì)算頁(yè)巖氣資源量約為15×1012～30×1012m3，開(kāi)發(fā)前景廣闊［3－6］。頁(yè)巖儲(chǔ)層不僅孔滲物性極差，而且黏土礦物含量較高，頁(yè)巖儲(chǔ)層的礦物組成除常見(jiàn)的黏土礦物(伊利石、蒙皂石、高嶺石)外，還混雜有石英、長(zhǎng)石、云母、方解石、白云石、黃鐵礦、磷灰石等礦物［7］，除此之外，頁(yè)巖氣還不同程度的發(fā)育有裂縫微裂縫。應(yīng)用核磁共振技術(shù)，能定量檢測(cè)外來(lái)水相進(jìn)入巖心后引起的束縛水增加量和可動(dòng)水相滯留量，不但能準(zhǔn)確給出水鎖傷害程度，實(shí)現(xiàn)對(duì)水鎖傷害的客觀評(píng)價(jià)，而且能建立束縛水增加量與黏土吸水傷害、可動(dòng)水相滯留量與水鎖傷害之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系［8］。因此，有必要搞清楚頁(yè)巖氣巖心中水的可動(dòng)性。

1 實(shí)驗(yàn)材料

對(duì)不同地區(qū)34塊頁(yè)巖氣巖心進(jìn)行孔滲測(cè)試，氣測(cè)孔隙度分布在0.14% ～7.14%之間，平均為1.44%;水測(cè)孔隙度分布在0.0024% ～5.5100%之間，平均為1.89%;氣測(cè)滲透率分布在0.029×10－3～6.87 ×10－3μm2之間，平均為 0.95 ×10－3μm2;脈沖法所得的克氏滲透率分布在0.029×10－3～1.620 ×10－3μm2，平均為 0.150 ×10－3μm2。

2 實(shí)驗(yàn)步驟

核磁共振實(shí)驗(yàn)使用中國(guó)科學(xué)院滲流流體力學(xué)研究所開(kāi)發(fā)研制的國(guó)內(nèi)第二代核磁產(chǎn)品RecCore－04型低磁場(chǎng)核磁共振巖樣分析儀，對(duì)巖心進(jìn)行可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)測(cè)試;離心實(shí)驗(yàn)采用PC－1型石油巖心離心機(jī)。其具體測(cè)試步驟和方法如下。

(1)鉆取直徑為2.5 cm的柱塞巖樣，稱干重，測(cè)量長(zhǎng)度和直徑;采用皂沫法以及脈沖法測(cè)量滲透率;采用氣測(cè)法以及水測(cè)法測(cè)量孔隙度。

(2)將100%飽和模擬地層水的巖樣進(jìn)行核磁共振T2測(cè)試并反演得到T2譜。

(3)對(duì)所有巖心在1.38 MPa(1.38 MPa離心力對(duì)應(yīng)的喉道半徑為0.1 μm)離心力下離心并進(jìn)行核磁共振測(cè)量，選取其中一部分具有代表性的巖心在2.76 MPa(2.76 MPa離心力對(duì)應(yīng)的喉道半徑為0.05 μm)離心力下離心并進(jìn)行核磁共振測(cè)量。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)與孔隙度關(guān)系

如圖1所示，可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)與巖心孔隙度相關(guān)性較差。這是由于頁(yè)巖氣巖心物性較差，孔隙度較低，并且頁(yè)巖氣巖心具有較強(qiáng)的吸附性。但可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)與氣測(cè)孔隙度的相關(guān)性要好于與水測(cè)孔隙度的相關(guān)性。水測(cè)孔隙度受巖心表面吸附水的影響，在水測(cè)孔隙度過(guò)程中，巖心表面吸附的水量較多，這部分吸附水存在不同程度的揮發(fā)，此外，在水測(cè)孔隙度過(guò)程中，要將巖心表面水擦拭干凈，巖心表面水的擦拭在一定程度上受人為因素影響，具有一定誤差。

圖1 可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)與孔隙度關(guān)系

觀察可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)與氣測(cè)孔隙度之間的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，孔隙度小于1%的巖心，可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)分布在1.47% ～39.43%之間，分布具有隨機(jī)性;孔隙度大于1%的巖心，可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)分布在12.46%～28.16%之間，兩者之間具有一定相關(guān)性，但相關(guān)性很小，這是因?yàn)榭紫抖戎饕碚鲀?chǔ)層的有效孔隙所占的比例，不能很好地表征孔隙之間的連通性，而可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)受到孔隙大小及其連通性的影響，所以導(dǎo)致孔隙度低的巖心可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)可能很高，孔隙度高的巖心可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)可能很低，但總體而言，可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)隨著孔隙度的增加而增加。

3.2 可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)與滲透率關(guān)系

滲透率與可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)的相關(guān)性較差(圖2)。滲透率小于0.05×10－3μm2的巖心可動(dòng)流體分布在1.47% ～39.43%之間，不具有任何相關(guān)性。隨著滲透率的增加，可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)趨于穩(wěn)定，分布在13.26% ～25.80%之間。這是因?yàn)椴煌笮】缀矸植急壤龑?duì)可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)影響較大，大孔喉所占比例越高，可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)越高，而不同孔喉分布的巖心可能具有相同的滲透率，由此可以看出，兩者相關(guān)性較差。

圖2 可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)與滲透率關(guān)系

3.3 核磁共振T2譜分析孔隙中可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)

頁(yè)巖儲(chǔ)層中的可動(dòng)流體大部分存在于裂縫中，裂縫多以微裂縫形式存在。對(duì)頁(yè)巖巖樣而言，核磁共振T2譜右峰通常對(duì)應(yīng)于裂縫或微裂縫，這里定義裂縫/微裂縫百分?jǐn)?shù)為T(mén)2弛豫時(shí)間大于10 ms各點(diǎn)的T2譜幅度和占T2譜總幅度和的百分?jǐn)?shù)，依據(jù)此種方法所計(jì)算得出的1號(hào)和31號(hào)巖樣中裂縫/微裂縫所占的百分?jǐn)?shù)分別為 30.81%和0%［9－12］。圖3為1號(hào)巖心和31號(hào)巖心的經(jīng)歸一化處理后的核磁共振T2譜，2塊巖樣的氣測(cè)孔隙度都為0.33%，滲透率分別為0.020×10－3μm2和0.014 ×10－3μm2，經(jīng)1.38 MPa離心后所得巖心可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)分別為39.34%和1.47%，相差37.87%?？紫吨兴蓜?dòng)流體百分?jǐn)?shù)(流體飽和度)等于巖心可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)分減去裂縫/微裂縫百分?jǐn)?shù)，即孔隙中所含可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)分別為8.53%和1.47%。

圖3 1號(hào)和31號(hào)巖心飽和狀態(tài)和束縛水狀態(tài)下核磁共振T2譜

1號(hào)樣和31號(hào)巖心滲透率相差無(wú)幾，但其孔隙中的可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)卻相差較大。因此，相比于孔隙度和滲透率，可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)可以更好地表征頁(yè)巖氣儲(chǔ)層物性特征，是評(píng)價(jià)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層滲流能力及開(kāi)發(fā)潛力的1個(gè)重要物性參數(shù)。

3.4 可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)與裂縫/微裂縫關(guān)系

圖4 可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)與裂縫/微裂縫百分?jǐn)?shù)關(guān)系

可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)與巖心裂縫/微裂縫相關(guān)性(圖4)明顯高于與孔隙、滲透率的相關(guān)性。當(dāng)裂縫/微裂縫百分?jǐn)?shù)小于2%的時(shí)候，可動(dòng)流體分布具有隨機(jī)性;當(dāng)裂縫/微裂縫百分?jǐn)?shù)大于2%的時(shí)候，可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)分布具有一定規(guī)律性?？傮w來(lái)說(shuō)，可動(dòng)流體隨著裂縫/微裂縫百分?jǐn)?shù)的增加而增加。當(dāng)獲得頁(yè)巖氣巖心核磁共振T2譜之后，結(jié)合巖心孔滲資料，在一定程度上可以對(duì)可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)做出準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，因而，裂縫/微裂縫百分?jǐn)?shù)也可以作為評(píng)價(jià)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層滲流能力及開(kāi)發(fā)潛力的1個(gè)重要參數(shù)。此外，34塊巖樣中有27塊巖樣不同程度的發(fā)育裂縫微裂縫，說(shuō)明頁(yè)巖氣巖心非均質(zhì)性較強(qiáng)，在以后的研究中有必要對(duì)全直徑巖心進(jìn)行可動(dòng)流體測(cè)試。

4 結(jié)論

(1)應(yīng)用核磁共振技術(shù)對(duì)34塊頁(yè)巖氣巖心分析結(jié)果表明，頁(yè)巖氣儲(chǔ)層巖石孔滲極小，物性較差;頁(yè)巖儲(chǔ)層屬于特低滲致密儲(chǔ)層，具備一定儲(chǔ)集能力且不同程度的有裂縫微裂縫發(fā)育，非均質(zhì)性較強(qiáng)。

(2)對(duì)于頁(yè)巖氣儲(chǔ)層，相比于孔隙度、滲透率等參數(shù)，可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)可以更好地評(píng)價(jià)儲(chǔ)層滲流能力及開(kāi)發(fā)潛力。

(3)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層可動(dòng)流體含量較低，非均質(zhì)性強(qiáng)，可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)與孔滲相關(guān)性較差，當(dāng)孔隙度小于1%，滲透率小于0.5×10－3μm2的時(shí)候，可動(dòng)流體分布具有隨機(jī)性;當(dāng)孔隙度大于2%，滲透率大于0.5×10－3μm2的時(shí)候，可動(dòng)流體的分布分布具有一定規(guī)律性?？傮w而言，可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)隨著孔滲的增大而增大。

(4)應(yīng)用核磁共振技術(shù)分析了頁(yè)巖氣巖心中裂縫/微裂縫百分?jǐn)?shù)，與可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)有較好相關(guān)性，通過(guò)裂縫微裂縫的發(fā)育程度，可以在一定程度上對(duì)可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)做出準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。

［1］Montgomery S L，Jarvie D M，Bowker K A，et al.Mississippian Barnett Shale，F(xiàn)ort Worth basin，north － central Texas:Gas shale play with multitrillion cubic foot potential［J］.AAPG Bulletin，2005，89(2):155 －175.

［2］劉德華，肖佳林，關(guān)富佳，等.頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)技術(shù)現(xiàn)狀及研究方向［J］.石油天然氣學(xué)報(bào)，2011，33(1):119－120.

［3］張金川，徐波，聶海寬，等.中國(guó)頁(yè)巖氣資源勘探潛力［J］.天然氣工業(yè)，2008，28(6):136 －140.

［4］雷群，王紅巖，趙群，等.國(guó)內(nèi)外非常規(guī)油氣資源勘探開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀及建議［J］.天然氣工業(yè)，2008，28(12):7－10.

［5］李海平，賈愛(ài)林，何東博，等.中國(guó)石油的天然氣開(kāi)發(fā)技術(shù)進(jìn)展及展望［J］.天然氣工業(yè)，2010，30(1):5－7.

［6］趙群，王紅巖，劉人和，等.世界頁(yè)巖氣發(fā)展現(xiàn)狀及我國(guó)勘探前景［J］.天然氣技術(shù)，2008，2(3):11－14.

［7］蔣裕強(qiáng)，董大忠，漆麟，等.頁(yè)巖氣儲(chǔ)層的基本特征及其評(píng)價(jià)［J］.天然氣工業(yè)，2010，30(10):7－12.

［8］劉建坤，郭和坤，李海波，等.低滲透儲(chǔ)層水鎖傷害機(jī)理核磁共振實(shí)驗(yàn)研究［J］.西安石油大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2010，25(5):45 －48.

［9］周宇，郭和坤，魏國(guó)齊，等.火山巖束縛水飽和度核磁共振測(cè)量方法［J］.科技導(dǎo)報(bào)，2011，29(5):24－26.

［10］李治碩，楊正明，劉學(xué)偉，等.特低滲透砂礫巖儲(chǔ)層核磁共振可動(dòng)流體參數(shù)分析［J］.科技導(dǎo)報(bào)，2010，28(7):88－90.

［11］黃延章，于大森.微觀滲流實(shí)驗(yàn)力學(xué)及其應(yīng)用［M］.北京:石油工業(yè)出版社，2001:45－86.

［12］姜鵬，郭和坤，李海波，等.低滲砂巖可動(dòng)流體T2截止值實(shí)驗(yàn)研究［J］.測(cè)井技術(shù)，2010，34(4):327－330.

Research on movable fluids in shale gas reservoirs with NMR technology

LI Tai － wei1，GUO He － kun1，2，LI Hai － bo1，2，LU Yan3，XUE Xiao － jia4
(1．Institute of Porous Flow and Fluid Mechanics，Chinese Academy of Sciences，Langfang，Hebei065007，China;
2．Langfang Branch，Research Institute of Petroleum Exploration and Development，PetroChina，Langfang，Hebei065007，China;
3．China National Oil＆Gas Exploration and Development Corporation，CNPC，Beijing100034，China;
4．Changqing Oilfield Company，PetroChina，Xi’an，Shaanxi710021，China)

Researches on shale gas reservoir characteristics are limited in China．This research conducted movable fluid tests with 34 core samples from different shale gas reservoirs using NMR technology based on conventional reservoir study concepts and investigation of a great number of literatures at home and abroad．The results indicate that shale gas reservoirs have less movable fluids and are heterogeneous;the percentage of movable fluids is correlated with porosity and permeability，and the higher the porosity and permeability，the closer the correlation is．The impact of the percentage of fractures and microfractures on the percentage of movable fluids is also analyzed．When the percentage of fractures and microfractures is over 2%，there is a good correlation with the percentage of movable fluids．Movable fluid percentage and fracture and microfracture percentage can be used to characterize and evaluate shale gas reservoirs for flow capability and development potential．

shale gas;movable fluid percentage;NMR;fracture;centrifuge

TE122.2

A

1006－6535(2012)01－0107－03

20110729;改回日期20111030

國(guó)家科技重大專項(xiàng)“頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)機(jī)理及技術(shù)政策研究”(2011ZX05018－005)

李太偉(1986－)，男，2009年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)(華東)船舶與海洋工程專業(yè)，現(xiàn)為中國(guó)科學(xué)院滲流流體力學(xué)研究所油氣田開(kāi)發(fā)專業(yè)在讀碩士研究生，主要從事滲流理論、儲(chǔ)層傷害評(píng)價(jià)以及核磁共振技術(shù)應(yīng)用等方面的研究。

編輯 周丹妮