吉爾吉佐夫, 侯學理, 穆爾扎卡耶夫

(1.TNG-Group公司,俄羅斯韃靼斯坦共和國 布古利馬, 423236; 2.中國石油集團測井有限公司, 陜西 西安 710077)

0 引 言

隨著傳統(tǒng)油氣儲量的不斷減少,能提供碳氫化合物原料的超稠油和天然瀝青逐漸引起了人們的重視。俄羅斯韃靼斯坦共和國超稠油油田的發(fā)現(xiàn),對于該地區(qū)的經(jīng)濟和社會發(fā)展產(chǎn)生了重要的影響。由于在該地區(qū)計算的二疊系瀝青地質(zhì)儲量是石油儲量的好幾倍,因此,在俄羅斯韃靼斯坦共和國專門建立了瀝青開采遠景區(qū)。

從地質(zhì)剖面上可以看出,在這里發(fā)育較厚的砂巖油層中含有許多高含水薄層。從取樣的結(jié)果來看,對于不同井同一層段取得的含水量是不同的,且礦化度、硫化氫及其他礦物含量也存在較大差異。這表明這些高含水的薄層相互連通性較差,他們大多是以較小的透鏡體形式存在。由于厚度很小,根據(jù)測井數(shù)據(jù)很難將他們識別出來。這里部分砂巖儲層含束縛水、自由水和氣,而在烏法砂巖地層的(注:俄羅斯地層名稱)高黏度石油儲層孔隙中含大量的自由水是其主要的結(jié)構(gòu)特征。在一系列井地層頂部采樣的結(jié)果顯示水含油,而且相對于油含量水明顯地占優(yōu)勢。

應(yīng)當指出的是,特稠油和超稠油油藏按照埋藏條件和孔隙空間流體填充特點與傳統(tǒng)的油藏具有明顯區(qū)別。另外,由于稠油黏度和密度的影響,特稠油、超稠油儲層碳氫化合物與地層水的比例具有各自的特點。本文主要介紹了地面移動式全直徑巖心核磁共振測量儀在俄羅斯韃靼斯坦共和國超稠油油田的瀝青地層評價中的應(yīng)用。

1 移動式全直徑巖心核磁共振測量儀

為了獲取更多的關(guān)于井下巖石儲層物性信息,包括在研究天然瀝青儲層時,需借助于新的方法和儀器,比如核磁共振方法。然而,井下地磁場核磁共振測井方法在應(yīng)用時會受到限制,這是因為來自稠油流體組分的核磁共振信號具有非常短的弛豫時間(從μs到1 ms),在儀器“死時間”期間(大約20～30 ms)這些核磁共振信號將完全衰減,因此,無法被儀器記錄。人工強磁場井下核磁共振儀器具有相對較短的工作“死時間”,因此,可以記錄從1 ms起始的弛豫時間,其對應(yīng)于特稠油和瀝青儲層孔隙結(jié)構(gòu)中可動流體部分。然而,瀝青的核磁共振弛豫信號一般小于1～2 ms。因此,井下核磁共振儀器均無法采集到這部分的信號。

地面實驗室?guī)r心核磁共振測量儀具有更短的回波間隔,然而在井場快速核磁共振巖心分析方法并沒有得到廣泛的應(yīng)用,也許這與儀器測量系統(tǒng)的電子線路實現(xiàn)難度有關(guān)。為了確定巖樣物性參數(shù)除了開發(fā)了實驗室核磁共振測量設(shè)備,而且開發(fā)了直接用于井場的移動式全直徑巖心核磁共振測量儀(見圖1)。該儀器工作頻率8.24 MHz,重350 kg,工作狀態(tài)下長度3.05 m,支持巖心長度小于1 m,巖心直徑小于116 mm核磁共振測量,使用了專門設(shè)計的脈沖序列,用于記錄具有μs級別弛豫時間的流體信息。

圖1 移動式全直徑巖心核磁共振測量儀外觀及結(jié)構(gòu)

在不用花費大量的用于巖樣準備的時間成本下,對巖心快速、高精度的核磁共振分析和獲取實驗室條件下的孔隙度測量信息使得該儀器具有較大的應(yīng)用前景。

目前,該移動式核磁共振巖心分析儀已經(jīng)完成了超過600 m全直徑巖心分析,其中包括天然瀝青巖樣。在傳統(tǒng)概念上瀝青是一種固態(tài)或焦油類(非常黏稠)的礦物。從核磁共振的角度來看,這種研究對象具有非常短的弛豫時間,其核磁共振信號衰減的非?？?。這也正是進行測井資料分析時,識別含瀝青層的一個明顯標志。也就是說,對于包含瀝青地層用其他測井方法解釋為產(chǎn)油層,而核磁共振測井圖基于對傳統(tǒng)儲層的可動流體(油、水)標準數(shù)據(jù)處理流程下顯示有效孔隙度為零。

區(qū)別于核磁共振測井儀器,地面核磁共振全直徑巖心分析儀具有更短的回波間隔,所以能記錄更短弛豫時間的核磁共振信號,利用核磁共振時間弛豫譜能夠確定中等和普通黏度流體組分。這點可以從圖2顯示的飽含瀝青的全直徑巖心核磁共振分析結(jié)果得到確認,可以看出在沒有瀝青組分的層段核磁共振信號和T2譜明顯缺失,對應(yīng)于巖心亮色部分。具有瀝青的地方(圖2中深色位置)對應(yīng)于T2譜灰色譜峰位置,由于其具有較短的弛豫時間,因此,其譜峰位置與束縛流體位置相同。計算的核磁共振孔隙度與標準巖樣條件測量結(jié)果及其他測井資料解釋結(jié)論進行了對比(見圖3)。而且,從井下獲取了瀝青和巖心樣本。瀝青樣本測量顯示具有較短的T2橫向弛豫時間,并且與全直徑巖心核磁共振分析結(jié)果進行了對比(見圖4)。

圖2 含瀝青全直徑巖心核磁共振分析

圖3 標準巖心樣品和全直徑巖心核磁共振孔隙度計算結(jié)果與其他測井孔隙度結(jié)果對比

2 核磁共振測量方法的對比分析

TNG-Group公司主要使用3種型號的井下核磁共振測井儀ЯМК1、ЯМТК、МРКТ,這3種儀器具有不同的磁體系統(tǒng)、技術(shù)指標和數(shù)據(jù)處理方法,其基本技術(shù)參數(shù)見表1。這些儀器主要在俄羅斯韃靼石油公司超稠油區(qū)塊進行了測井作業(yè)。НТЦ Татнефть作為甲方在基于ЯМК型井下核磁共振儀取得的資料基礎(chǔ)上,開發(fā)了用于評價原油黏度的測井解釋方法。

在其中1口瀝青井中進行了巖心核磁共振分析和ЯМТК核磁共振測井。圖5展示了測井成果圖。從圖5上可以看出,根據(jù)T2譜弛豫時間變化可以將砂巖地層分為兩組。在地層頂部,大約深度185.6 m以上位置,巖石的T2弛豫時間分布范圍從1 ms到70～100 ms之間,譜峰位置在8～10 ms(見圖6)。相對于上部喀山泥巖組(注: 俄羅斯地層名稱)較窄的T2譜變化范圍(1～20 ms,譜峰位置7～8 ms)(見圖6),儲層含瀝青組分(根據(jù)測井綜合解釋結(jié)論)的T2譜分布更寬,然而譜峰位置與泥巖譜峰位置接近(10 ms)。

圖4 瀝青樣本核磁共振信號測量

儀器型號ЯМК1ЯМТКМРКТ磁場類型梯度磁場梯度磁場均勻磁場長度/mm635068006500直徑/mm155145155質(zhì)量/kg250280280測速/(m·h-1)100100100探測區(qū)域直徑為360mm的圓柱體直徑為360mm的圓柱體直徑為400mm的環(huán)狀殼探測區(qū)厚度/mm0.5～10.5～140測量參數(shù)/%孔隙度(總孔隙度、有效孔隙度)孔隙度(總孔隙度、有效孔隙度)孔隙度(總孔隙度、有效孔隙度)井眼范圍/mm190～265190～265190～300測量方式居中測量居中測量居中測量測井電纜,長度/芯數(shù)5000m/35000m/35000m/7擴散系數(shù)測量可以可以不支持T1測量不支持不支持支持數(shù)據(jù)處理軟件NuMaRePrNMRProcessorKernel

圖5 1號瀝青井核磁共振測井與巖心核磁共振結(jié)果對比

從185.6 m開始,根據(jù)其他測井方法綜合解釋的砂巖層核磁共振弛豫時間發(fā)生變化,例如191.6～198.4 m層段的剩余瀝青儲層,T2譜具有雙峰特征,左峰表現(xiàn)為幅度相對較低,位置大約在10 ms,右峰幅度較高,譜峰位置在180 ms。

根據(jù)對比T2譜時間分布特點(見圖6)可以認為,剩余瀝青儲層包含兩相流體,左峰根據(jù)時間分布特點與儲層瀝青組分分布時間相同,更長時間的右峰可能與孔隙中地層水時間分布范圍一致。而且應(yīng)該指出的是,對于飽含瀝青層段在處理ЯМТК原始數(shù)據(jù)的時候采用常規(guī)的截止值(3～33 ms)評價有效孔隙度是偏小的。對于更精確的有效孔隙度定量評價,即對于含瀝青地層可動流體體積評價,應(yīng)該用實驗室?guī)r心數(shù)據(jù)對核磁共振測井數(shù)據(jù)進行巖石物理刻度,以便對于這種類型的地層更精確地確定T2譜時間截止值。

在實驗室獲取的T2譜截止值信息,在該油田其他井中進行類似的核磁共振測井分析時同樣具有參考意義。

圖6 瀝青及泥巖地層T2譜特征

如圖5所示的是井下核磁共振及巖心核磁共振數(shù)據(jù)成果圖。我們可以看到,兩種形式確定的核磁共振總孔隙度和有效孔隙度相互接近,并且與密度測井確定的孔隙度相關(guān)性較好。但是,在深度185.6～190.2 m層段由于擴井導致的井下核磁共振測量受到鉆井泥漿的影響,巖心核磁共振孔隙度與井下核磁共振孔隙度存在差異。

井下核磁共振測量與全直徑巖心核磁共振測量具有較好的一致性。全直徑巖心核磁共振測量不受到井下泥漿鉆井液的影響,同時結(jié)合實驗室標準巖樣核磁共振分析的結(jié)果,可以對井下核磁共振數(shù)據(jù)預(yù)處理參數(shù)進行校正,針對不同的地質(zhì)條件設(shè)置合理的巖石物理參數(shù)。

3 討 論

由于稠油信號常常在T2譜弛豫時間上與束縛水弛豫時間相重疊,因此,一維核磁共振譜不總能有效地將2種信號區(qū)分。為了能更好地對巖心孔隙空間中的填充的流體進行性質(zhì)識別,利用T1弛豫時間譜與流體黏度的相關(guān)性,移動式全直徑巖心核磁共振測量儀利用二維核磁共振譜(T1,T2)測量對稠油進行識別。圖7展示的是二維核磁共振方法對特稠油及其他流體的分析結(jié)果。

圖7 T1-T2二維核磁共振共振圖

根據(jù)二維核磁共振圖上亮點的分布可以對巖心中的流體性質(zhì)進行評價。對于不同黏度的含瀝青地層,利用井下核磁共振測量進行儲層劃分時,應(yīng)當根據(jù)實驗室?guī)r心分析數(shù)據(jù)和地層測試結(jié)果選擇合適的原則和截止值。在沒有確定的劃分儲層的方法時,地層性質(zhì)“儲層或非儲層”只能被認為是假定的結(jié)論。

巖心從井下到地面,以及運輸?shù)倪^程中,其流體含量及性質(zhì)發(fā)生著變化。從井場獲得巖心到核磁共振測量(移動式核磁共振測量儀或?qū)嶒炇液舜殴舱駵y量)的時間間隔不同,被測樣本流體含量及相應(yīng)的核磁共振信號量也不同。對此,開展了相應(yīng)的研究。圖8展示的是1m長巖心的測量結(jié)果。

圖8 巖心流體含量損失隨時間的變化

這些實驗直觀地反映了流體從巖心孔隙空間損失的過程。從巖心整個長度上不同的區(qū)域來看流體含量曲線,發(fā)現(xiàn)藍色區(qū)域在合理的實驗誤差范圍內(nèi),巖樣完全趨于穩(wěn)定的過程花費約200 h,流體含量減少了大約3倍,并隨時間呈現(xiàn)指數(shù)關(guān)系。在這樣的區(qū)域,巖樣在獲取后流體立即發(fā)生了大量的流失,然后直到完全穩(wěn)定狀態(tài)巖樣流體損失的速度保持恒定。相應(yīng)的,巖樣紅色的區(qū)域到完全穩(wěn)定狀態(tài)花費了約700 h。可見核磁共振信號的測量會受到巖心流體含量損失隨時間的變化的影響。

4 結(jié) 論

(1) 移動式全直徑巖心核磁共振測量儀及井下核磁共振測井儀在含瀝青地層評價方面顯示了良好的應(yīng)用效果。

(2) 移動式全直徑巖心核磁共振測量儀具有一維、二維巖心流體識別能力和操作便捷性(直接在井場測量),實現(xiàn)了對巖石孔隙空間中自由流體、毛管束縛流體(或瀝青飽和度)、總孔隙度定量評價,對不同黏度的含瀝青儲層T2截止值選取提供了依據(jù)。

(3) 通過1 m長全直徑巖心流體含量隨時間變化的實驗結(jié)果,反映了流體從巖心孔隙空間損失的過程,說明移動式全直徑巖心核磁測量儀在現(xiàn)場具有良好的應(yīng)用前景。

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