吳 豐，司馬立強(qiáng)，令狐松，姚軍朋，田蔥蔥

(1.西南石油大學(xué)，四川 成都 610500;2.中油測井有限公司，陜西 西安 710021)

1 地質(zhì)概況

昆北斷階帶位于柴達(dá)木盆地西部地區(qū)昆北逆沖帶南側(cè)祁漫塔格山前，包括鐵木里克凸起、切克里克凹陷、東柴山以及黃石凸起南側(cè)。由于昆侖山的抬升，導(dǎo)致構(gòu)造活動比較強(qiáng)烈［1］。該區(qū)從早第三紀(jì)開始接受沉積，勘探開發(fā)目的層主要為路樂河組(E1+2l)及下干柴溝組下段(E3g1)。E1+2l—E3g1時期主要沉積有辮狀河三角洲平原亞相、辮狀河三角洲前緣亞相、濱淺湖亞相。基巖以花崗巖為主，其次為變質(zhì)巖;E1+2l、E3g1地層主要發(fā)育棕紅色泥巖、砂質(zhì)泥巖，棕紅色或灰黃色粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、礫巖等，巖石中含大量巖屑成分。巖石壓實(shí)成巖作用中等、溶蝕和膠結(jié)成巖作用較弱，孔隙類型以原生粒間孔為主。

2 核磁共振特征

對昆北地區(qū)E1+2l—E3g1儲層進(jìn)行大量核磁共振測井［2-3］。通過與巖心氦孔隙度對比，發(fā)現(xiàn)核磁共振測井孔隙度普遍偏低。為了進(jìn)一步證實(shí)該現(xiàn)象，挑選了10個樣品進(jìn)行巖心核磁共振測量。實(shí)驗(yàn)采用紐邁科技的全直徑巖心核磁共振成像分析系統(tǒng)(AniMR-150型)，該儀器可測量全直徑巖心、標(biāo)準(zhǔn)巖樣、巖屑，除了根據(jù)橫向弛豫時間(T2)分布得到孔隙度、滲透率、流體飽和度、孔徑分布等重要參數(shù)以外，還可進(jìn)行三維成像，系統(tǒng)升級后回波間隔TE最低可調(diào)至0.1 ms。

(1)核磁共振孔隙度特征。10個樣品的巖心核磁孔隙度平均值為8.3%，與之對應(yīng)的核磁共振測井總孔隙度平均值為7.9%，而巖心氦孔隙度平均值為12.2%，核磁共振孔隙度與巖心氦孔隙度的相對誤差達(dá)到32.0%。

(2)核磁共振T2分布特征。由圖1可以看出，巖心核磁共振的T2曲線分布大部分呈雙峰形態(tài)，少部分呈單峰形態(tài)，T2偏小。隨著回波間隔增大，T2分布逐漸丟失部分信號，尤其是短弛豫時間部分的信號丟失較多(圖1a)。對飽和水巖樣進(jìn)行離心前后測量，1.138 MPa離心力得到的T2截止值為1.5～3.0 ms(圖1b)，該值與砂巖的理論T2截止值 33 ms［4］相比低了很多。

一般認(rèn)為核磁共振測井直接反映巖石孔隙中的流體，測量結(jié)果幾乎不受巖石骨架礦物的影響，也有部分研究成果指出火成巖和綠泥石含量高的巖石受骨架影響較大［5-6］。

圖1 不同回波間隔與不同離心力的巖心核磁共振T2分布

3 孔隙度偏低原因詳析

3.1 綠泥石含量

對昆北地區(qū)的全巖X衍射及黏土X衍射分析表明:E1+2l—E3g1地層綠泥石含量較低(砂礫巖黏土含量分布范圍為5.0% ～30.0%，綠泥石占黏土總量的12.0%左右，即綠泥石僅占巖石骨架的0.6%～3.6%)。而一般綠泥石含量需要達(dá)到20.0%～30.0%才能對T2分布造成較明顯的影響［7］，因此可知，昆北地區(qū)核磁共振受影響的主要原因并非綠泥石的存在。

3.2 順磁性礦物

昆北地區(qū)E1+2l—E3g1時期巖心薄片分析表明，巖石組分中除長石顆粒、石英顆粒、泥質(zhì)外，還有大量巖屑顆粒。其巖屑顆粒主要來源于花崗巖和變質(zhì)巖(千枚巖、板巖、石英片巖等)，巖屑含量分布范圍為10.0% ～29.0%，平均含量為19.8%。錄井重礦物分析表明，E1+2l—E3g1時期儲層重礦物含量總體較高，平均可達(dá)500顆/m，而柴達(dá)木盆地其他地區(qū)平均為100顆/m左右。同時，E1+2l—E3g1儲層地層磁鐵礦、黃鐵礦、赤鐵礦的含量很高，某些層段超過了1000顆/m，而柴達(dá)木盆地其他地區(qū)磁鐵礦、黃鐵礦、赤鐵礦的平均含量非常低，如NBX地區(qū)約10顆/m左右(圖2)。

圖2 昆北地區(qū)磁鐵礦、赤鐵礦、黃鐵礦分布

磁鐵礦、黃鐵礦、赤鐵礦具有高磁化率，尤其是磁鐵礦最為明顯。磁鐵礦、黃鐵礦、赤鐵礦等含有順磁性礦物，一方面使得橫向表面弛豫強(qiáng)度增大，另一方面使得巖石產(chǎn)生內(nèi)部磁場梯度［7］。這2種情況會減小地層流體孔隙的橫向弛豫時間T2，一些 較小T2的組分衰減很快，儀器測量不到這部分信號，導(dǎo)致核磁共振測量孔隙度降低。

4 校正核磁共振孔隙度

4.1 孔徑分布轉(zhuǎn)換

由于核磁共振測量受巖石內(nèi)部梯度磁場的影響機(jī)理非常復(fù)雜，目前由順磁物質(zhì)引起的核磁共振孔隙度減小還無法校正［8］，因此從其他方向入手研究。核磁共振T2分布曲線與毛管壓力曲線具有一定相似性，都可用來表征巖石孔隙結(jié)構(gòu)。毛管壓力與毛管孔徑之間的關(guān)系為［9-11］:

式中:pc為毛管壓力，MPa;σ為流體界面張力，N/m;θ為潤濕接觸角，(°);Rc為毛管半徑，μm。

核磁共振觀測到的橫向弛豫時間T2可表示為［12-15］:

式中:T2B為流體體積弛豫時間，ms;T2D為流體擴(kuò)散弛豫時間，ms;T2S為流體表面弛豫時間，ms;D為擴(kuò)散系數(shù)，μs2/ms;γ為旋磁比，rad/(s·T);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為巖石橫向表面弛豫強(qiáng)度，μm/ms。

一般情況下，T2B的數(shù)值通常大于3 000 ms，要比T2大得多，式(2)右邊第1項(xiàng)可以忽略。當(dāng)磁場很均勻(對應(yīng)G很小)，且TE足夠小時，式(2)右邊第2項(xiàng)也可以忽略。此時，核磁共振T2與孔徑Rc的關(guān)系可表示為:

式中:Fs為孔隙形狀因子。

將T2分布轉(zhuǎn)換為毛管孔徑Rc的基礎(chǔ)，是建立在式(2)右邊第1項(xiàng)和第2項(xiàng)均可忽略的情況下。然而，昆北地區(qū)E1+2l—E3g1儲層含有大量順磁性礦物磁鐵礦、赤鐵礦、黃鐵礦，導(dǎo)致巖石內(nèi)部磁場梯度G變大，式(2)右邊第2項(xiàng)不能忽略，因此直接由核磁共振轉(zhuǎn)換得到的視毛管半徑Rc與毛管壓力曲線轉(zhuǎn)換的毛管半徑Rc之間存在一定差異，下面對二者之間差異進(jìn)行分析。

4.2 核磁共振與壓汞孔徑分布對比

將巖心核磁共振T2分布的孔隙度分量數(shù)據(jù)從高端向低端累計(jì)，得到一條累計(jì)曲線;將其與壓汞飽和度累計(jì)曲線進(jìn)行擬合，將T2分布轉(zhuǎn)換為視毛管壓力曲線，再進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為視孔徑分布。將核磁共振視孔徑分布與壓汞孔徑分布放在同一張圖中，孔喉半徑與相對應(yīng)的T2弛豫時間作為橫坐標(biāo)軸，縱坐標(biāo)軸為孔隙度分量(壓汞孔徑分布采用常規(guī)物性分析孔隙度進(jìn)行刻度)，包絡(luò)線所包圍的面積可代表各自孔隙度的大小，二者的差值部分即為核磁共振丟失的孔隙信號。

以B31號樣品為例(圖3)，巖心氦孔隙度為10.14%，巖心核磁孔隙度為6.69%，二者孔隙度相差3.45個百分點(diǎn)。在孔徑分布對比圖上，壓汞孔徑分布與核磁共振視孔徑分布的差值主要集中在2個峰值附近，尤其是左峰的差值比較大。左峰孔徑較小，約為0.007～0.037 μm，對應(yīng)的核磁共振T2弛豫時間為1.3～8.7 ms;右峰孔徑相對較大，在0.76 μm附近，對應(yīng)的核磁共振T2弛豫時間為81 ms左右。

4.3 核磁共振孔隙度校正

昆北地區(qū)E1+2l—E3g1儲層核磁共振測井以哈里伯頓MRIL-P型儀器“雙TW/單TE”模式為主，核磁共振總孔隙度可表示為:

式中:PPR0.5、PPR1、PPR2、PPR4依次為由回波串反演得到的 T2(分別等于 0.5、1.0、2.0、4.0 ms 時)的孔隙度，%;PA8、PA16、PA32、PA64、PA128、PA256、PA512、PA1024、PA2108依次為回波串反演得到的T2(分別等于8、16、32、64、128、256、512、1 024、2 048 ms時)的孔隙度，%。

圖3 巖心核磁共振視孔徑分布與壓汞孔徑分布對比(樣品B31)

圖4 核磁共振測井孔隙度校正實(shí)例(B井)

根據(jù)文中方法校正后核磁共振總孔隙度可表 示為:

式中:n1～n13為孔隙度分量加權(quán)系數(shù)。

通過核磁共振與壓汞孔徑分布對比，確定出加權(quán)系數(shù)分別為:n2、n3、n4取值范圍為 1.5～2.0，n8取2.5，其他系數(shù)取1.0。

5 實(shí)例分析

圖4為柴達(dá)木盆地昆北地區(qū)B井的MRIL-P型核磁共振測井圖，在1 814～1 831 m井段，原始核磁總孔隙度和巖心核磁孔隙度明顯低于巖心分析氦孔隙度，利用式(5)對孔隙度分量進(jìn)行補(bǔ)償后，重新組構(gòu)的核磁總孔隙度曲線與巖心分析氦孔隙度更吻合。

6 結(jié)論

(1)柴達(dá)木盆地昆北地區(qū)核磁共振測井孔隙度較巖心孔隙度偏低，T2分布弛豫時間偏小，多表現(xiàn)為雙峰狀態(tài)，離心法測得的T2截止值為1.5～3.0 ms，較砂巖理論T2截止值33 ms偏低。

(2)柴達(dá)木盆地昆北地區(qū)巖屑組分主要來源于花崗巖和變質(zhì)巖，重礦物含量較高，尤其是磁鐵礦、黃鐵礦、赤鐵礦的含量高于柴達(dá)木盆地其他地區(qū)，導(dǎo)致昆北地區(qū)核磁共振孔隙度降低。

(3)壓汞曲線與核磁共振T2分布均可轉(zhuǎn)化為巖石孔徑分布。當(dāng)巖石含順磁性礦物時，核磁共振轉(zhuǎn)化的視孔徑分布發(fā)生畸變，將其與壓汞的孔徑分布進(jìn)行對比，找出二者之間的差異，并對差異部分進(jìn)行補(bǔ)償校正，即可重構(gòu)核磁共振孔隙度曲線。

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