張禮臻(中石化集團(tuán)勝利油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，山東 東營(yíng) 257000)

0 引言

核磁共振T2譜代表了巖心孔徑的豐富信息[1]，從油層物理的角度看，滲透率與毛管孔徑分布具有密切關(guān)系，所以可通過(guò)核磁共振T2譜來(lái)估算巖心的核磁共振滲透率[2]，它是通過(guò)實(shí)驗(yàn)室不同方法確定的巖石滲透率與巖石核磁共振特性之間的相互關(guān)系，建立核磁滲透率經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。不過(guò)在常規(guī)的巖心物性分析中，滲透率的測(cè)試一般都用氣體(通常選用空氣)作為流動(dòng)介質(zhì)，得到的滲透率值為空氣滲透率，這個(gè)數(shù)值要比同一巖心的液體滲透率高，這是由氣體的滑脫效應(yīng)造成的。在實(shí)際應(yīng)用中最能反映地層真實(shí)滲流能力的是液測(cè)滲透率[3]。但是常規(guī)方法測(cè)試巖心的液測(cè)滲透率時(shí)具有流程長(zhǎng)、速度慢的缺點(diǎn)，核磁滲透率測(cè)試方法的建立將會(huì)大大提高測(cè)試速度和效率；而對(duì)于核磁測(cè)井來(lái)說(shuō)，這也是為測(cè)井解釋提供解釋模型和校正系數(shù)的有效方法。本次研究主要是通過(guò)大量室內(nèi)巖心實(shí)驗(yàn)，建立用核磁共振來(lái)估算巖心液測(cè)滲透率模型，從而獲得有效滲流能力方法。

1 核磁共振特征參數(shù)表征方法的建立

巖石滲透率與其孔隙度、巖石的孔隙結(jié)構(gòu)(比表面、彎曲因子等)相關(guān)，巖石的孔隙可分為孔隙和喉道，其中決定巖石滲透率的主要部分是喉道[4]。Kozeny 公式表明了孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)滲透率的影響[5]。即：

式中：k為滲透率；φ為孔隙度；Sv為巖石的比表面積。

由在此基礎(chǔ)上，1987年人Kenyon 等根據(jù)核磁共振原理，提出了公式(2)，該公式成了核磁測(cè)井傳統(tǒng)的滲透率計(jì)算公式的基礎(chǔ)[6]。

1994年，Prammer 等人在Kenyon 公式基礎(chǔ)上，將T2分布引入了滲透率公式，使其計(jì)算可能更準(zhǔn)確[7]。

式中：假定孔隙度與T2之間存在一定的函數(shù)關(guān)系，即：

對(duì)于儲(chǔ)層巖心孔隙來(lái)說(shuō)，黏土顆粒表面的負(fù)電荷既可直吸附極性水分子，又可通過(guò)它吸附的水合離間接吸引極性水分子，從而在粘土表面形一層薄水膜，這層薄水膜就是黏土束縛水。粘土束縛水所占據(jù)的孔隙是無(wú)效的，在核磁共振T2譜上，粘土束縛水表現(xiàn)為很短的T2弛豫時(shí)間，通常不超過(guò)3ms。那么在T2分布譜上，大于3ms 的對(duì)應(yīng)的孔隙即為稱(chēng)為有效孔隙[8]，可表示為：

如果用液測(cè)滲透率來(lái)表示有效滲流能力的話(huà)，就可得到有效滲流能力為：

將式(4～6)右邊函數(shù)用參數(shù)a 表示，即

通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析，發(fā)現(xiàn)巖心有效滲流能力kl與a 之間呈很好的線(xiàn)性關(guān)系，定義一個(gè)系數(shù)為W，則：

即：

式中：kl為液體滲透率(mD)，表示有效滲流能力；T2為橫向弛豫時(shí)間(ms)；W為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，取決于巖心孔隙結(jié)構(gòu)及流體性質(zhì)，如孔隙渠道的彎曲性、巖石顆粒礦物成分、孔隙中流的性質(zhì)等。所以該參數(shù)應(yīng)根據(jù)油田同一區(qū)塊的巖心對(duì)系數(shù)W 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)性確定。

2 實(shí)驗(yàn)步驟及結(jié)果

選取低滲透砂巖巖心樣品，首先對(duì)其進(jìn)行常規(guī)孔隙度、滲透率的測(cè)試，接著抽真空加壓飽和一定礦化度的氯化鉀水溶液，進(jìn)行核磁共振分析，獲得T2分布；然后，進(jìn)行巖心滲流能力實(shí)驗(yàn)分析，測(cè)試每一塊樣品的液體滲透率，獲得其有效滲流能力。

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果(圖1)可以看出，巖心樣品的液測(cè)滲透率與T2分布的函數(shù)相關(guān)性很好，相關(guān)系數(shù)均在0.9 以上。但是，對(duì)于不同的區(qū)塊，系數(shù)W有所不同，在進(jìn)行油藏有效滲流能力評(píng)價(jià)時(shí)，應(yīng)在實(shí)驗(yàn)室求取模型系數(shù)。

圖1 有效滲流能力模型系數(shù)擬合結(jié)果

3 模型的對(duì)比分析

目前，核磁測(cè)井資料分析時(shí)常用的滲透率模型有兩種。

3.1 Coates模型

利用可動(dòng)流體和束縛流體比值來(lái)表達(dá)，常用公式為

式中：FFI 為可動(dòng)流體體積；BVI 為束縛水體積；φ為核磁孔隙度，百分?jǐn)?shù)；C 為系數(shù)，具有地區(qū)經(jīng)驗(yàn)性，需要由巖心實(shí)驗(yàn)確定。Coates 模型利用孔隙度、束縛水體積和可動(dòng)流體體積來(lái)估算滲透率。當(dāng)孔隙中含有輕烴，特別是天然氣時(shí)，束縛水與自由流體均需要做含烴及含氫指數(shù)校正。

3.2 SDR模型

根據(jù)大量飽和水巖心核磁共振實(shí)驗(yàn)結(jié)果，Kenyon 等人提出了計(jì)算砂巖滲透率公式：

式中：T2gm為T(mén)2分布的幾何平均值；C 為系數(shù)，與巖性有關(guān)。

從圖2 中可以看出，Coates 模型主要與束縛水體積的求取有關(guān)，T2截止值的求取非常關(guān)鍵，而SDR 模型與T2幾何平均值(T2g)有關(guān)，T2g是T2分布形態(tài)的一個(gè)綜合反映。

圖2 滲透率模型示意圖

為了驗(yàn)證新建模型，分別選取三口井巖心樣品為例，利用三種滲透率模型，分別對(duì)核磁數(shù)據(jù)與液測(cè)滲透率進(jìn)行比較，結(jié)果表明，新建模型的擬合相關(guān)系數(shù)最高(表1)，均高于SDR 和Coates 兩個(gè)常用模型，說(shuō)明該模型通用性較好，精度較高。

表1 不同模型擬合相關(guān)系數(shù)對(duì)比