吳長(zhǎng)輝, 趙習(xí)森

(陜西延長(zhǎng)石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司研究院，陜西西安 710075)

致密砂巖油藏核磁共振T2截止值的確定及可動(dòng)流體喉道下限
——以吳倉(cāng)堡下組合長(zhǎng)9油藏為例

吳長(zhǎng)輝, 趙習(xí)森

(陜西延長(zhǎng)石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司研究院，陜西西安 710075)

為準(zhǔn)確測(cè)定吳倉(cāng)堡長(zhǎng)9油藏T2截止值及可動(dòng)流體含量，在不同沉積相帶和取心井上，選取24塊巖樣進(jìn)行核磁共振測(cè)試。測(cè)試通過(guò)模擬地層壓力，加壓飽和水，建立飽和狀態(tài)；通過(guò)計(jì)算不同離心力下可動(dòng)流體變化量，建立束縛水狀態(tài)。結(jié)果顯示，下組合長(zhǎng)9致密砂巖油藏建立束縛水狀態(tài)的最佳離心力為417 psi，T2截止值為8.03～23.10 ms，平均值為11.97 ms；可動(dòng)流體飽和度為16.27%～65.67%，平均為44.99%。結(jié)合巖心物性、離心力和測(cè)試結(jié)果綜合分析，滲透率與可動(dòng)流體飽和度成對(duì)數(shù)相關(guān)；最佳離心力下，巖心可動(dòng)流體喉道半徑為0.05 μm。

鄂爾多斯盆地；致密砂巖；T2截止值；核磁共振；可動(dòng)流體

致密油屬非常規(guī)油氣資源，關(guān)于致密油的概念目前國(guó)內(nèi)外尚無(wú)統(tǒng)一定義[1]。為適應(yīng)中國(guó)非常規(guī)油氣資源發(fā)展的需要，根據(jù)中國(guó)油氣田的實(shí)際情況，致密油通常是指覆壓基質(zhì)滲透率小于0.2 mD或空氣滲透率小于2 mD的砂巖、碳酸鹽巖等油層，單井無(wú)自然產(chǎn)能，在一定經(jīng)濟(jì)條件和壓裂、水平井、多分支井等技術(shù)措施下可以獲得工業(yè)油產(chǎn)量[2]。鄂爾多斯盆地三疊系延長(zhǎng)組儲(chǔ)集層成熟度低，成巖作用強(qiáng)，巖石顆粒細(xì)、分選差、膠結(jié)物含量高，儲(chǔ)集空間變化大，非均質(zhì)性強(qiáng)[3]，是中國(guó)典型的致密砂巖油藏發(fā)育區(qū)。近年來(lái)，長(zhǎng)9湖泛期形成的砂體及油藏受到高度重視[4]，在伊陜斜坡、天環(huán)坳陷和渭北隆起構(gòu)造帶均獲得突破，說(shuō)明長(zhǎng)9油層組有望成為油田增儲(chǔ)上產(chǎn)的接替層系[5]。吳起油田吳倉(cāng)堡區(qū)位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡中段，面積123.9 km2，探明地質(zhì)儲(chǔ)量3287.94×104t，開(kāi)發(fā)層系以長(zhǎng)9油層為主。李海儒[6]、雷俊杰[7]等對(duì)本地區(qū)的沉積體系、沉積特征、成巖作用和成藏條件等進(jìn)行了探索研究，為后續(xù)研究奠定了基礎(chǔ)。但在孔隙空間刻畫(huà)、流體賦存狀態(tài)及滲流特征等微觀層面的研究較少[8]。巖心可動(dòng)流體飽和度反應(yīng)儲(chǔ)層流體的賦存狀態(tài)，是決定低滲透油氣田開(kāi)發(fā)效果好壞的關(guān)鍵物性參數(shù)之一[9]，其測(cè)定的準(zhǔn)確與否，T2截止值的確定至關(guān)重要[10]。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)儲(chǔ)層的T2截止值進(jìn)行了大量試驗(yàn)研究[11-15]，對(duì)于中、高滲砂巖儲(chǔ)層，斯倫貝謝公司推薦使用33 ms作為T(mén)2截止值[16]；對(duì)于低滲透砂巖儲(chǔ)層，王為民等人推薦使用13 ms作為T(mén)2截止值[17]。為準(zhǔn)確測(cè)定吳倉(cāng)堡長(zhǎng)9油藏T2截止值及可動(dòng)流體含量，本文通過(guò)模擬地層壓力加壓飽和水，使其飽和水狀態(tài)盡可能接近地層原始狀態(tài)，并通過(guò)離心力的不斷調(diào)整，建立最佳束縛水狀態(tài)，確保核磁共振測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確、適用。綜合樣品信息、試驗(yàn)測(cè)試和結(jié)果，對(duì)本區(qū)長(zhǎng)9油藏的可動(dòng)流體含量、最佳離心力及喉道半徑下限進(jìn)行了分析、討論。

1 可動(dòng)流體核磁共振測(cè)試原理

儲(chǔ)層巖石中礦物組成和孔隙結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，流體存在于多孔介質(zhì)中，被許多界面分割包圍，孔道形狀、大小不一，原子核與固體表面上順磁雜質(zhì)接觸的機(jī)會(huì)不一致等，使得各個(gè)原子核弛豫得到加強(qiáng)的幾率不等，所以巖石流體系統(tǒng)中原子核弛豫不能以單個(gè)弛豫時(shí)間來(lái)描述，而應(yīng)當(dāng)是一個(gè)分布，因此獲得了它們的弛豫時(shí)間T2分布就可以確定它們的物理性質(zhì)。

根據(jù)核磁共振快擴(kuò)散表面弛豫模型，對(duì)于固有弛豫時(shí)間較長(zhǎng)的流體[18]，如輕質(zhì)油、水，孔隙流體表觀弛豫時(shí)間T2可近似表示為：

(1)

式中FS——孔隙幾何形狀因子，對(duì)于球狀孔隙，F(xiàn)S=3，對(duì)于柱狀喉道，F(xiàn)S=2；

r——孔隙半徑，μm；

ρ2——表面弛豫強(qiáng)度，取決于孔隙表面性質(zhì)和礦物組成，對(duì)于同一塊巖石，ρ2可看作一個(gè)常數(shù)。

由此可知，T2可以反應(yīng)巖石孔喉分布情況，r越大，T2越大；r越小，則T2越小。當(dāng)r小到一定程度時(shí)，孔隙中的流體受到較大的流動(dòng)阻力而難以流動(dòng)，在T2譜上，該半徑r對(duì)應(yīng)的弛豫時(shí)間T2稱(chēng)為T(mén)2截止值。該值將賦存在巖石孔隙中的流體分為可動(dòng)流體和束縛流體，可動(dòng)流體飽和度即為可動(dòng)流體占總賦存流體的比值，反映了巖石孔隙中可動(dòng)流體的含量[19]。

2 試驗(yàn)材料與方法

2.1 儀器與巖心樣品

試驗(yàn)采用巖心專(zhuān)用離心機(jī)及低場(chǎng)核磁共振巖心分析儀，主要測(cè)試參數(shù)為：共振頻率2MHz，回波時(shí)間0.3ms，恢復(fù)時(shí)間6000ms，回波數(shù)1024，信噪比控制在30∶1以上，T2譜擬合點(diǎn)數(shù)100。

根據(jù)吳倉(cāng)堡區(qū)取心井分布，在全區(qū)選取5口井24塊樣品進(jìn)行測(cè)試，其中3口井位于水下分流河道相，砂體厚度大，分選好；2口井位于河道側(cè)翼，砂體薄，分選差，泥質(zhì)含量高?？紫抖确植荚?.29%～15.54%，平均為9.28%；滲透率分布在0.01～3.99 mD，平均為0.60 mD(表1)。

表1 樣品規(guī)格及物性

續(xù)表

2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與步驟

采用離心試驗(yàn)方法標(biāo)定T2截止值時(shí)，需要首先建立飽和水狀態(tài)和束縛水狀態(tài)[19]。本次試驗(yàn)?zāi)M地層壓力，加壓18 MPa進(jìn)行飽和水，建立飽和水狀態(tài)。參考楊平[20]離心力試驗(yàn)，本次試驗(yàn)分別用21、42、104、209、300、417 psi的離心力對(duì)巖樣連續(xù)進(jìn)行高速離心，建立束縛水狀態(tài)。

其具體試驗(yàn)步驟和方法如下：

(1)鉆取直徑為2.5 cm的柱塞巖樣，并將兩端取齊、取平，洗油后將巖樣置于85℃真空干燥箱中干燥至恒重，稱(chēng)巖樣干重，測(cè)量長(zhǎng)度和直徑。

(2)測(cè)量巖樣氣測(cè)滲透率。

(3)巖樣抽真空12 h以上，模擬地層壓力加壓18 MPa飽和水，稱(chēng)濕重計(jì)算孔隙度。

(4)將飽和水的巖樣置于低磁場(chǎng)核磁共振巖心分析儀，進(jìn)行核磁共振T2測(cè)試，并反演計(jì)算出T2弛豫時(shí)間譜。

(5)分別用21、42、104、209、300、417 psi的離心力對(duì)巖樣連續(xù)進(jìn)行高速離心，每次離心后稱(chēng)重并進(jìn)行核磁共振T2測(cè)試，測(cè)量參數(shù)與步驟(4)相同。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析與討論

3.1 核磁共振T2截止值標(biāo)定

如圖1所示，同一巖心樣品經(jīng)不同離心力脫水后，得到的T2弛豫時(shí)間譜不同。

用不同離心力下脫去可動(dòng)水后的巖心T2譜計(jì)算累積T2信號(hào)量，并在飽和水狀態(tài)巖心的T2累計(jì)分布圖上找一點(diǎn)，使其左邊的累積T2信號(hào)量與脫去可動(dòng)水后的總累積T2信號(hào)量相等，那么該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的T2值即為當(dāng)前離心力下的T2截止值。因此最佳離心力即最佳束縛水狀態(tài)的建立至關(guān)重要。據(jù)前人研究，當(dāng)離心力逐漸增大時(shí)，若巖心內(nèi)含水飽和度的變化量在3%以?xún)?nèi)，則可認(rèn)為該離心力為最佳[19-20]。

圖1 12.1號(hào)巖心不同離心力下的T2譜-W37井

根據(jù)巖心核磁共振T2譜面積可以得到不同狀態(tài)含水飽和度的變化量，可以看出，當(dāng)離心力從21 psi增加到417 psi時(shí)，每次離心巖心含水飽和度都有一定幅度的減小。但當(dāng)離心力從300 psi增加到417 psi時(shí)，巖心含水飽和度變化幅度降低1.9%，小于3.0%。因此，鄂爾多斯下組合致密砂巖巖樣最佳離心力為417 psi。

利用飽和狀態(tài)下的核磁共振T2譜和417 psi離心后的T2譜，得到24塊巖心的可動(dòng)流體T2截止值范圍為8.03～23.10 ms，平均值為11.97 ms。

3.2 可動(dòng)流體含量

根據(jù)飽和水狀態(tài)和離心后束縛水狀態(tài)下的核磁共振T2譜，計(jì)算各試驗(yàn)樣品的可動(dòng)流體飽和度為16.27%～65.67%，平均為44.99%。其高于吉林、大慶外圍超低滲透儲(chǔ)層[21]，表明吳倉(cāng)堡長(zhǎng)9致密砂巖儲(chǔ)層可動(dòng)流體飽和度含量相對(duì)較高，開(kāi)發(fā)潛力好。

統(tǒng)計(jì)24塊樣品孔滲與可動(dòng)流體飽和度的關(guān)系，如圖2所示，可動(dòng)流體飽和度與孔隙度的相關(guān)性差，與滲透率的相關(guān)性好。可動(dòng)流體飽和度表征的是孔隙中流體的可動(dòng)用性，依賴(lài)于孔隙間的連通性；滲透率能較好地表征孔隙間的連通性。連通性好的巖心，滲透率相對(duì)較大，可動(dòng)流體飽和度含量較高。

表2 24塊樣品可動(dòng)流體飽和度統(tǒng)計(jì)

圖2 致密砂巖樣品可動(dòng)流體飽和度與孔隙度、滲透率的關(guān)系

3.3 喉道半徑下限

核磁共振T2分布與毛細(xì)管壓力曲線都反映巖石的孔隙結(jié)構(gòu)，二者之間存在著必然的相關(guān)性[4-5]。T2截止值所對(duì)應(yīng)的最佳離心力，可近似看作毛管力，對(duì)于氣、水兩相系統(tǒng)，界面張力σ=0.72×10-3N/cm，接觸角θ=0；根據(jù)毛管力公式PC=2σcosθ/r可得到不同離心力下對(duì)應(yīng)的巖心喉道半徑r值。本次試驗(yàn)的離心力分別為21、42、104、209、300、417psi，對(duì)應(yīng)的喉道半徑r為0.05、0.07、0.10、0.20、0.50、1.00 μm。最佳離心力為417 psi，對(duì)應(yīng)砂巖樣品的可動(dòng)流體喉道下限為0.05 μm。

4 結(jié)論

(1)建立束縛水狀態(tài)的最佳離心力為417 psi。利用飽和水狀態(tài)和束縛水狀態(tài)的核磁T2譜，得到24塊頁(yè)巖樣品的可動(dòng)流體T2截止值分布在8.03～23.10 ms，平均值為11.97 ms。

(2) 根據(jù)飽和水狀態(tài)和束縛水狀態(tài)的核磁T2譜，可以計(jì)算各試驗(yàn)樣品的可動(dòng)流體飽和度，其可動(dòng)流體飽和度分布為16.27%～65.67%，平均為44.99%?？蓜?dòng)流體飽和度含量相對(duì)較高，高于吉林、大慶外圍超低滲透儲(chǔ)層。

(3)可動(dòng)流體飽和度與孔隙度的相關(guān)性差，與滲透率的相關(guān)性好?？蓜?dòng)流體飽和度表征的是孔隙中流體的可動(dòng)用性，依賴(lài)于孔隙間的連通性，滲透率能較好地表征孔隙間的連通性。連通性好的巖心，滲透率相對(duì)較大，可動(dòng)流體飽和度含量較高。

(4)結(jié)合毛管力公式，初步確立儲(chǔ)層可動(dòng)流體喉道下限試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為0.05 μm。

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Determination ofT2Cut-off Value of Nuclear Magnetic Resonance in Tight Sandstone Reservoir and Lower Limit of Movable Fluid—A Case Study of Chang 9 Reservoir of Wucangbao Oilfield

Wu Changhui, Zhao Xisen

(ResearchInstituteofShaanxiYanchangPetroleum(Group)Co.,Ltd.,Xi＇an,Shaanxi710075,China)

In order to accurately determine theT2cutoff value and the movable fluid content in the reservoir of Chang 9, the nuclear samples of 24 rock samples were tested. The experiments reveal that the establishment of the core irreducible water state is crucial. The optimum centrifugal force is 417psi for the tight sandstone in the lower assemblage of Chang 9. TheT2cutoff values between 8.03 ms and 20.03 ms, averaging at 11.92 ms. The result of movable fluid ranges between 16.27% and 66.08%, averaging at 44.92%. The permeability is logarithmically related to the saturation of the movable fluid. Combined with the capillary force formula, the initial experimental standard for the determination of the lower limit movable fluid roar in the reservoir is 0.05 μm.

Ordos Basin; tight sandstone;T2cut-off; NMR; movable fluid

陜西省科技統(tǒng)籌創(chuàng)新項(xiàng)目“延長(zhǎng)難采儲(chǔ)量有效動(dòng)用開(kāi)發(fā)技術(shù)研究”(2016KTCL01-12)資助。

吳長(zhǎng)輝(1983—)，男，工程師，主要從事油氣田開(kāi)發(fā)方面的工作。郵箱：233685484@qq.com.

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