孫佩,崔式濤,張霞,李楠,曹先軍,郭紅梅

(1.中國石油集團測井有限公司,陜西西安710077;2.中原油田分公司天然氣產(chǎn)銷廠開發(fā)研究所,河南南陽457001;3.中國石油天然氣集團重點實驗室,陜西西安710077)

0 引 言

核磁共振測井技術(shù)不僅為測井解釋提供準確的儲層參數(shù),還提高了測井對孔隙流體的分辨能力,同時也為測井解釋研究孔隙結(jié)構(gòu)提供了一種有效方法。巖心實驗分析是核磁共振測井質(zhì)量控制、資料處理解釋與地質(zhì)應用的基礎。但是實驗室的測量環(huán)境、儀器精度及測量對象等均與測井有著較大區(qū)別,測井人員一般直接使用實驗室數(shù)據(jù)標定核磁共振測井數(shù)據(jù)或者在認識到兩者差異的情況下直接使用測井經(jīng)驗值[1-3],目前沒有查到有文獻考慮兩者之間的對應關(guān)系?，F(xiàn)場應用發(fā)現(xiàn),核磁共振巖石物理實驗結(jié)果與測井測量的T2譜差異較大,核磁共振實驗室測量結(jié)果用于標定核磁共振測井,基于巖石物理的儲層孔隙結(jié)構(gòu)評價方法應用于核磁共振測井中,是利用核磁共振測井資料準確評價儲層孔隙結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵。

圖1 水層核磁共振測井與巖石物理實驗T2譜較一致的對比圖

1 核磁共振巖石物理實驗及核磁共振測井測量參數(shù)對比

1.1 測量參數(shù)

核磁共振巖石物理分析數(shù)據(jù)及核磁共振測井數(shù)據(jù)分別來源于MARAN DRX2 S02605核磁共振測量儀和中國市場上廣泛使用的居中型核磁共振測井儀。實驗室進行核磁共振測量時針對不同的地層設計了不同的采集參數(shù)(見表1),現(xiàn)場核磁共振測井相關(guān)的采集模式及參數(shù)見表2。

表1 實驗室核磁共振測量參數(shù)表

表2 對比井核磁共振測井采集模式及參數(shù)表

1.2 核磁共振巖石物理實驗與核磁共振測井結(jié)果對比

1.2.1水層巖石物理實驗T2譜與核磁共振測井T2譜關(guān)系

研究中實際收集與分析的與測井數(shù)據(jù)匹配的巖心樣品122塊,由于大部分樣品對應的深度為含油儲層,核磁共振測井測量對象與巖石物理實驗所測量的飽和鹽水樣品所有不同,因此,研究兩者的關(guān)系需要建立在含烴校正的基礎上,而目前還沒有成熟的含烴校正方法,所以對其中來自5口井的水層所對應的17個樣品/點的數(shù)據(jù)進行了重點分析。將這17個樣品進行深度歸位后,分別抽取測井T2譜數(shù)據(jù)進行對比,以實驗室測量的孔隙度分量為標準將核磁共振測井資料進行歸一化(以同一深度實驗室測量的T2譜累計曲線的最大值作為標準,對測井T2譜進行乘系數(shù)校正使其T2譜累計值與實驗室測量的一致),并繪制在同一圖版中(見圖1、圖2)。同時,對巖石物理實驗與測井T2譜的定量特征參數(shù)及主峰位置與幾何均值之間關(guān)系進行統(tǒng)計分析(見圖3、圖4)?？梢钥闯?①17個樣品/點中,12個樣品/點實驗值與測井T2譜形態(tài)一致或接近(見圖1),被截斷但形態(tài)和巖石物理實驗T2譜接近的將測井T2譜也看做一致,所占比例為70.6%;②5個(所占比例為29.4%)樣品/點實驗值與測井T2譜形態(tài)完全沒有相似性(見圖2),其差異主要包括譜展布寬度、開度、峰個數(shù)、歪度等;③無論形態(tài)接近與否,17個點的測井T2譜展布范圍和主峰位置相對于巖石物理T2譜出現(xiàn)明顯的右偏,導致測井T2譜主峰位置與幾何均值普遍偏大;圖4中有3個點測井T2譜幾何均值比實驗室T2譜幾何均值偏小,是因為測井T2譜測量信息僅到2 048 ms,沒有測量到完整的T2譜[見圖1(a)]。

圖2 水層核磁共振測井與巖石物理實驗T2譜不一致的對比圖

圖3 水層核磁共振測井與巖石物理實驗T2譜主峰位置之間對應關(guān)系

圖4 水層核磁共振測井與巖石物理實驗T2譜幾何均值之間對應關(guān)系

1.2.2巖石物理實驗與核磁共振測井差異導致的應用問題

兩者之間差異影響因素,前人總結(jié)為4個方面:測量的儀器和參數(shù)差異、測量環(huán)境差異、測量對象差異及數(shù)據(jù)處理方法的差異[4-6]。無論是哪種因素導致的差異,都會導致直接將巖石物理實驗結(jié)果直接用于核磁共振測井時產(chǎn)生如下問題:①T2,cutoff選擇不準確、束縛水飽和度、滲透率等參數(shù)計算的不準確;②偽毛細管壓力曲線轉(zhuǎn)換精度低;③三孔隙度組分評價儲層孔隙結(jié)構(gòu)、產(chǎn)能預測精度低。

2 巖石物理實驗束縛水飽和度約束下T2,cutoff優(yōu)化

2.1 核磁共振巖石物理實驗束縛水飽和度的精度

2.1.1束縛水與不動水

根據(jù)束縛水飽和度的定義,從滲流的角度講,束縛水是絕對不能流動的。而生產(chǎn)中的束縛水是指在生產(chǎn)壓差條件下不能流動的水,毛志強等[7]將其稱之為不動水。不動水與束縛水之間往往存在差異,差異主要來自于儲層中存在的毛細管滯留水,其在增大生產(chǎn)壓差時可以流動,在實際生產(chǎn)中做不到很大的壓差。因此,儲層評價與測井解釋所關(guān)注的束縛水不是真正意義的束縛水,而是不動水。本文提到的束縛水飽和度即不動水飽和度,嚴格意義上的束縛水飽和度文中稱之為理論束縛水飽和度。

2.1.2束縛水飽和度測量方法

束縛水飽和度實驗室測量的方法主要有壓汞毛細管壓力法、核磁共振法及常規(guī)稱重法。

(1)壓汞毛細管壓力法測量束縛水飽和度,是通過不斷增加驅(qū)替壓力使進汞飽和度趨向一個相對穩(wěn)定的值,一般認為這個相對穩(wěn)定值可反映束縛水飽和度。嚴格意義上,需要將氣汞兩相系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到水油或水氣兩相體系下,才能獲得束縛水飽和度,而O’Meara等[8]通過實驗驗證,經(jīng)過標準化的油水兩相驅(qū)替的毛細管壓力曲線與壓汞法毛細管壓力曲線潤濕相最小飽和度基本一致,只是壓力存在一定差異。因而,生產(chǎn)中一般直接用最小非汞飽和度代表儲層束縛水飽和度。在高壓壓汞實驗中,驅(qū)替壓力較大,可達到180 MPa左右,遠高于一般儲層壓力(按儲層埋深5 000 m計算,對應的地層壓力一般在50 MPa)和實際生產(chǎn)壓差,其測量最小非汞飽和度可認為是理論束縛水飽和度,一般小于實際生產(chǎn)的束縛水飽和度。

(2)核磁共振法通過測量離心后核磁共振孔隙度分量與飽和鹽水孔隙度分量之比來計算束縛水飽和度。由實驗室核磁共振測量方法可知,束縛水飽和度的精確測量依賴于2個因素:離心壓力、核磁共振儀器的測量精度。離心壓力與轉(zhuǎn)速相關(guān),而核磁共振儀器的測量精度則受到多方面因素影響,如儀器本身測量精度、實驗工藝與流程、測量環(huán)境及數(shù)據(jù)處理方法。本文中所使用核磁共振巖石物理數(shù)據(jù)均在符合行業(yè)標準的條件下進行測量,可排除工藝與流程、測量環(huán)境及數(shù)據(jù)處理方法方面差異的影響。

根據(jù)石油行業(yè)標準《SY T5346—2005巖石毛細管壓力曲線測定》,離心壓力差也就是毛細管壓力計算公式為

(1)

式中,pci為巖樣驅(qū)替毛細管壓力,MPa;L為巖樣長度,cm;Re為巖樣的外旋轉(zhuǎn)半徑,cm;Δρ為兩相流體密度差,g/mL;n為離心機轉(zhuǎn)速,r/min。本文中離心機外旋轉(zhuǎn)半徑為8.8 cm,巖樣平均長度4 cm,氣水兩相密度差1 g/mL,離心機轉(zhuǎn)速11 000 r/min,換算成毛細管壓力為3.61 MPa。該壓力遠低于高壓壓汞使用的驅(qū)替壓力,因此束縛水遠達不到理想狀態(tài),核磁共振所測量束縛水即為對應壓力差下的不動水飽和度。

(3)常規(guī)稱重法束縛水飽和計算方法為

Swiw=(W離心后-W干)/(W飽和-W干)×100

(2)

式中,Swiw為稱重法束縛水飽和度,%;W離心后為離心后巖樣質(zhì)量,g;W干為烘干后巖樣質(zhì)量,g;W飽和為飽和鹽水后巖樣質(zhì)量,g。該方法測量束縛水飽和度與核磁共振方法測量飽和度的相同點是均受到離心壓力的影響。

對鄂爾多斯盆地59塊不同區(qū)塊不同層位砂巖樣品進行核磁共振、高壓壓汞及常規(guī)稱重法進行束縛水飽和度測量分析(見圖5),結(jié)果表明:①同一離心機和相同的參數(shù)離心后進行測量時,核磁共振束縛水飽和度與常規(guī)稱重法飽和度基本一致,表明MARAN DRX2 S02605核磁共振測量精度滿足實際生產(chǎn)的要求;②束縛水飽和度高于10%時,核磁共振束縛水飽和度明顯高于壓汞束縛水飽和度,原因在于離心壓力明顯低于壓汞驅(qū)替壓力,不動水飽和度明顯高于理論束縛水飽和度;③束縛水低于10%時,核磁共振束縛水飽和度明顯低于壓汞,可能是由于壓汞驅(qū)體過程中,高的驅(qū)替壓力更容易在巖心內(nèi)部形成非潤濕相(汞)的優(yōu)勢通道,導致了潤濕相(空氣)的殘余,壓汞法束縛水飽和度偏高。

實際生產(chǎn)中,對于正常壓力地層,假設井深5 000 m,可計算地層壓力約為50 MPa左右,按照井底流壓不能低于地層壓力的1/3,同時不能低于油藏飽和壓力的限制[9],生產(chǎn)壓差(地層壓力-井底流壓)一般都在15 MPa以內(nèi)(文獻報道多在3～10 MPa之間),因此,相對于高壓壓汞(最高壓力180 MPa),離心機離心力更加接近生產(chǎn)壓差,由此核磁共振法測量的不動水飽和度與生產(chǎn)實際更吻合。

圖5 核磁共振、壓汞與常規(guī)稱重法束縛水飽和度之間關(guān)系

2.2 核磁共振巖石物理實驗約束下T2,cutoff的求取

核磁共振測井由于不能測量束縛狀態(tài)下孔隙度分量,需要巖石物理實驗的標定,但由于兩者之間測量結(jié)果的差異不能直接使用巖石物理實驗T2,cutoff,因此,提出了1種直接利用巖石物理實驗束縛水飽和度約束方法來求取測井T2,cutoff的方法。

測井與巖石物理測量對象的一致性是巖石物理實驗標定測井的依據(jù)。對于核磁共振測量而言,兩者的關(guān)聯(lián)在于測量對象的孔隙度基本不變和束縛水孔隙度基本不變,因此,利用巖石物理實驗束縛水飽和度約束方法來求取測井T2,cutoff的方法是合理的,其原理和方法見圖6。首先,選取目標儲層內(nèi)具有代表性的巖心樣品進行核磁共振實驗室離心狀態(tài)下的測量得到離心后累積孔隙度分量;然后進行飽和鹽水狀態(tài)下測量,得到飽和累積孔隙度分量曲線;再將對應深度的測井T2譜進行累積并歸一化,得到測井累積孔隙度分量曲線。離心后累積曲線的平臺段延伸,分別與飽和累積曲線、測井累積曲線的交點所對應的橫坐標即為巖石物理實驗的T2,cutoff和測井T2,cutoff。

圖6 巖石物理實驗束縛水飽和度約束下的核磁共振T2,cutoff確定

3 應用效果分析

在巖石物理實驗約束情況下,對蘇里格××區(qū)塊盒8儲層測井T2,cutoff進行優(yōu)化(見表3)。結(jié)果表明,該地區(qū)盒8儲層測井T2,cutoff與巖石物理截止值之間數(shù)值差異較大,不能直接使用核磁共振巖石物理實驗提供的T2,cutoff進行測井儲層參數(shù)計算。

表3 蘇里格氣田××區(qū)塊盒8核磁共振巖石物理與測井T2,cutoff對比

圖7 T2,cutoff優(yōu)化前后計算滲透率精度對比

T2,cutoff選取的準確性直接影響核磁共振滲透率的計算精度,從Coates模型(見式3)可以看出,滲透率與束縛水飽和度孔隙體積的平方成反比關(guān)系,即束縛水飽和度越大滲透率越小。

(3)

式中,K為滲透率,×10-3μm2;φ為孔隙度,%;c為與地層有關(guān)的常數(shù);BVI為束縛水孔隙體積,無量綱;FFI為可動流體體積,無量綱。

式(3)中常數(shù)c通過巖石物理實驗擬合取得,在已知樣品的空氣滲透率、孔隙度(核磁共振飽和度水孔隙度)、可動流體體積、束縛水孔隙體積的情況下,進行16塊巖心樣品的回歸,取得蘇里格氣田××區(qū)塊盒8組的c常數(shù)為13。并根據(jù)以上模型,利用優(yōu)化后的T2,cutoff(18.85 ms,實際使用時取19 ms)進行儲層滲透率計算,結(jié)果見圖7。在T2,cutoff=10 ms(直接使用巖石物理實驗結(jié)果)的條件下,計算儲層滲透率明顯偏大;在T2,cutoff=19 ms(利用巖石物理束縛水約束確定T2,cutoff的條件下)計算則較為合理,與巖心分析滲透率值較為吻合。

4 認識與結(jié)論

(1)在水層條件下,巖石物理實驗與核磁共振測井T2譜之間存在一定的差異:①核磁共振測井譜整體較實驗室測量T2譜向右偏移;②譜形態(tài)存在差異,包括譜展布寬度、開度、峰個數(shù)、歪度等。

(2)巖石物理實驗與核磁共振測井結(jié)果差異導致直接使用實驗數(shù)據(jù)來標定核磁共振測井存在較多的應用問題,如T2,cutoff選擇不準確、偽毛細管壓力曲線轉(zhuǎn)換精度低、三孔隙度組分評級儲層孔隙結(jié)構(gòu)及產(chǎn)能預測精度低等。

(3)核磁共振巖石物理實驗測量的束縛水并不是嚴格意義的束縛水,而應該是不動水,離心法所測的不動水飽和度與地層實際生產(chǎn)條件下的束縛水飽和度更為接近。因此,實驗室核磁共振測量束縛水飽和度相對于高壓壓汞測量飽和度在儲層評價時具有更多的優(yōu)勢。

(4)實際應用結(jié)果表明,利用束縛水飽和度進行約束的方法確定核磁共振測井T2,cutoff,可有效消除核磁共振實驗與核磁共振測井資料由于眾多因素的影響而導致兩者差異較大、實驗數(shù)據(jù)不能精準地進行核磁共振測井標定的問題。