毋學(xué)平，熊孝云，田文新，孟騫

(中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司華北事業(yè)部，河北 廊坊 065007)

史原鵬，吳剛，李林波，盧昊

(中石油華北油田分公司勘探部，河北 任丘 062552)

核磁共振技術(shù)已廣泛應(yīng)用于測(cè)井、地質(zhì)錄井以及室內(nèi)試驗(yàn)等領(lǐng)域，儲(chǔ)層巖石的孔隙半徑分布規(guī)律是影響油氣田勘探開發(fā)產(chǎn)能預(yù)測(cè)的重要參數(shù)[1～6]。巖心的孔隙大小分布即為不同大小孔隙的體積占總孔隙體積的比例，低磁場(chǎng)核磁共振橫向弛豫時(shí)間(τ2)譜隱含了孔隙大小分布信息，且τ2與孔隙半徑(r)存在對(duì)應(yīng)關(guān)系。通過(guò)壓汞試驗(yàn)的毛細(xì)管壓力曲線可以得到巖樣的孔喉半徑分布特征，從而可以利用核磁共振τ2譜定量獲得巖石的孔隙半徑分布。

二連油田烏蘭花凹陷油氣儲(chǔ)層的孔隙多為微米級(jí)孔隙類型，主要油氣儲(chǔ)層的孔喉直徑在0.1～25μm之間，小于10μm的孔隙是該區(qū)連通儲(chǔ)集空間的主體，因此常規(guī)資料對(duì)其儲(chǔ)層的有效性評(píng)價(jià)難度較大。數(shù)字巖心核磁共振τ2譜與壓汞試驗(yàn)曲線能較好地反映儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)，利用核磁共振τ2譜與壓汞試驗(yàn)的相關(guān)性，將核磁共振τ2譜轉(zhuǎn)化為孔喉半徑分布圖譜。研究證實(shí)，該方法能對(duì)研究區(qū)儲(chǔ)層的孔喉半徑進(jìn)行快速定量計(jì)算，明確孔隙中的流體特征及賦存狀態(tài)，基本實(shí)現(xiàn)了對(duì)二連油田中低孔、滲砂巖及砂礫巖儲(chǔ)層孔喉半徑的有效定量評(píng)價(jià)，為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能預(yù)測(cè)打下了良好基礎(chǔ)。

1 理論基礎(chǔ)

1.1 τ2譜表征巖石孔隙分布理論基礎(chǔ)

核磁共振通常是通過(guò)對(duì)完全飽和鹽水的巖心進(jìn)行脈沖序列測(cè)試，得到自選回波串的衰減信號(hào)，其信號(hào)是不同大小孔隙內(nèi)鹽水信號(hào)的疊加，經(jīng)過(guò)傅里葉變換得到核磁共振τ2譜。因此，τ2譜的分布是巖石內(nèi)物性、孔隙類型和孔徑大小等信息的綜合反映。其中，大孔徑對(duì)應(yīng)長(zhǎng)的τ2譜值，小孔徑對(duì)應(yīng)短的τ2譜值。在巖石孔隙中流體的τ2表示為：

(1)

式中：(1/τ2)total為巖石孔隙中氫核磁化的總弛豫貢獻(xiàn)，ms-1；(1/τ2)S為巖石顆粒表面的弛豫貢獻(xiàn)，ms-1；(1/τ2)B為流體本身的弛豫貢獻(xiàn)，ms-1；(1/τ2)D為分子擴(kuò)散的弛豫貢獻(xiàn)，ms-1。

在石油行業(yè)核磁共振技術(shù)的研究和應(yīng)用中，體弛豫和擴(kuò)散弛豫通常可以忽略，流體的τ2主要取決于表面弛豫。巖石表面弛豫與巖石孔隙比表面(指巖石中孔隙表面積與孔隙體積之比)有關(guān)，巖石孔隙比表面越大，弛豫越強(qiáng)，τ2越??；反之亦然。因此，巖石表面弛豫可表示為：

(2)

式中：ρ2為弛豫率，μm/ms；(S/V)pore為巖石孔隙比表面，cm2/cm3；Fs為孔隙形狀因子(它的值隨孔隙模型的不同而不同)，1；r為孔隙半徑，μm。

對(duì)于一個(gè)巖心而言，弛豫率、孔隙形狀因子均可看作是常數(shù)，因此可將核磁共振τ2譜換算為孔隙半徑的分布圖(圖1)。

(3)

式中：(τ2)s為弛豫時(shí)間，ms。

圖1 核磁共振測(cè)井自旋-回波信號(hào)圖(a)及反演τ2譜分布圖(b)

數(shù)字巖心核磁掃描試驗(yàn)就是將巖心完全飽和某一種流體(常用水)，其τ2譜能真實(shí)、準(zhǔn)確地反映出巖樣的孔隙度大小和孔隙結(jié)構(gòu)分布情況。數(shù)字巖心核磁試驗(yàn)測(cè)量巖樣時(shí)間較短(約3～4d)，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，可提供儲(chǔ)層物性評(píng)價(jià)參數(shù)及產(chǎn)能預(yù)測(cè)相應(yīng)指數(shù)，這是常規(guī)意義上的巖石物理試驗(yàn)無(wú)法比擬的。

1.2 壓汞法毛細(xì)管壓力理論基礎(chǔ)

壓汞法是利用巖石的毛細(xì)管現(xiàn)象設(shè)計(jì)的，由于巖石的孔喉細(xì)小，當(dāng)兩種或兩種以上不相溶的流體通過(guò)狹小的孔隙通道滲流時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)指向非潤(rùn)濕相流體內(nèi)部的毛細(xì)管壓力。毛細(xì)管壓力與孔喉半徑、界面張力和潤(rùn)濕角有關(guān)。壓汞法是在不同的壓力下，將非潤(rùn)濕相的汞壓入巖石中，根據(jù)所加壓力(毛細(xì)管壓力)與注入的汞含量，繪制出壓力與進(jìn)汞飽和度的關(guān)系圖版，同時(shí)求出孔喉半徑(圖2)。

毛細(xì)管壓力曲線受巖石孔腔和喉道控制，可以定性判斷巖石的物性和產(chǎn)能，同時(shí)可以提供巖石的孔喉半徑分布及孔喉半徑平均值等重要的描述儲(chǔ)層物性的參數(shù)。

圖2 毛細(xì)管壓力曲線分布圖(a)及孔喉半徑分布曲線圖(b)

1.3 τ2譜分布與壓汞孔喉半徑分布關(guān)系

理論上核磁共振τ2譜分布與壓汞試驗(yàn)都反映了巖石的孔隙結(jié)構(gòu)，它們應(yīng)該有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。但是，根據(jù)二連油田烏蘭花凹陷不同層組的巖心τ2譜分布與壓汞孔喉半徑分布的對(duì)比(圖3)分析發(fā)現(xiàn)：騰格爾組和阿爾善組8塊巖樣中，騰一段上亞段(樣品1)和阿爾善組(樣品6、7、8)的巖心τ2譜分布與壓汞孔喉半徑的變化趨勢(shì)一致，對(duì)應(yīng)關(guān)系較好；而騰一段下亞段(樣品2、3、4、5)巖心τ2譜分布與壓汞孔喉半徑的變化趨勢(shì)差異較大。

核磁共振是利用巖石孔隙中氫原子的核磁共振現(xiàn)象來(lái)提取被完全激化的流體中的氫原子的弛豫信息。由于泥質(zhì)束縛的微孔中氫原子的弛豫信息衰減極快，一般測(cè)量?jī)x器的采樣間隔又難以達(dá)到0.3μs以下，無(wú)法探測(cè)到微小孔喉中的氫原子信息，又或者受到巖石中含有的順磁物質(zhì)的影響，都會(huì)導(dǎo)致核磁共振孔隙度小于常規(guī)氦氣孔隙度。烏蘭花凹陷騰一段下亞段儲(chǔ)層礦物中含有一些鈦鐵礦和菱鐵礦，造成核磁共振τ2譜分布與壓汞試驗(yàn)的孔喉半徑分布形態(tài)出現(xiàn)差異的主要原因之一(圖3(b)～(e))。上述情況可以根據(jù)不同地區(qū)、不同層位和不同巖性進(jìn)行相應(yīng)校正。

另外，由于巖石中的孔喉分布復(fù)雜，進(jìn)汞飽和度很難達(dá)到100%，壓汞法對(duì)于較大孔隙結(jié)構(gòu)的反映受限，造成壓汞孔隙半徑中對(duì)應(yīng)的大孔隙結(jié)構(gòu)部分的點(diǎn)較稀疏。因此，選擇τ2譜分布轉(zhuǎn)化為孔隙半徑分布的換算系數(shù)時(shí)，必須考慮進(jìn)汞飽和度的影響。

2 烏蘭花凹陷不同層組孔喉半徑變化規(guī)律

根據(jù)烏蘭花凹陷40塊巖樣的核磁共振τ2譜和相應(yīng)的壓汞資料，分析總結(jié)出研究區(qū)不同層組τ2譜變化形態(tài)以及孔喉半徑變化范圍；同時(shí)結(jié)合以前的研究成果及試油成果，確定了二連油田烏蘭花凹陷中低孔、滲砂巖及砂礫巖儲(chǔ)層孔喉空間的有效性劃分標(biāo)準(zhǔn)(表1)。在該基礎(chǔ)上，總結(jié)出烏蘭花凹陷數(shù)字巖心核磁試驗(yàn)中不同時(shí)間區(qū)域內(nèi)巖石孔喉半徑的變化范圍(表2)?？缀戆霃叫∮?.04μm，為黏土束縛水體積；孔喉半徑在0.04～0.1μm之間，為非泥質(zhì)微孔隙地層水體積；孔喉半徑在0.1～0.2μm之間，為毛細(xì)管束縛水體積；孔喉半徑大于0.2μm，為可動(dòng)流體體積。

3 實(shí)例分析

烏蘭花凹陷L11x井在騰一段下亞段1448.58～1452.17m井段進(jìn)行了鉆井取心，數(shù)字巖心核磁共振τ2譜分布與孔喉半徑分布(圖4)顯示，該段儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)以中、大孔隙為主，孔隙結(jié)構(gòu)指數(shù)在1.87～18.804之間，孔喉半徑主要在0.3～35μm。綜合評(píng)價(jià)該段儲(chǔ)層為Ⅰ類儲(chǔ)層，試油獲得日產(chǎn)68.9t的高產(chǎn)油流。

4 結(jié)語(yǔ)

巖石孔隙分布特征是油氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)的一項(xiàng)重要參數(shù)，筆者對(duì)如何將數(shù)字巖心核磁共振τ2譜的分析成果由定性解釋轉(zhuǎn)化為定量解釋進(jìn)行了深入研究，為儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)、產(chǎn)能預(yù)測(cè)等提供了參數(shù)依據(jù)，取得了較好的地質(zhì)應(yīng)用效果。

圖3 烏蘭花凹陷核磁共振τ2譜分布與孔喉半徑分布對(duì)比圖

層組τ2譜形態(tài)孔喉半徑變化范圍/μm最高出現(xiàn)頻率孔隙半徑/μm孔喉有效空間/μm產(chǎn)能騰一段上亞段單峰0.002^40.1^2.50.2^4自然產(chǎn)能騰一段下亞段單峰-雙峰0.03^250.4^100.4^25自然產(chǎn)能阿爾善組單峰-雙峰0.002^2.50.1^0.630.2^2.5壓裂求產(chǎn)

圖4 烏蘭花凹陷L11x井騰一段下亞段核磁 共振τ2譜分布與孔喉半徑分布對(duì)比圖

層組τ2時(shí)間間隔/ms孔喉半徑變化范圍/μm騰一段上亞段0.1^100.002^210^1001^14100^100010^80騰一段下亞段0.1^100.005^410^1000.2^20100^10000.6^100阿爾善組0.1^100.004^310^1000.5^7100^10001^30

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