李懷軍 李秀彬 馬樹(shù)明 經(jīng)儉波 張小虎 苑傳江

(中國(guó)石油西部鉆探工程有限公司地質(zhì)研究院(克拉瑪依錄井公司))

0 引 言

核磁共振錄井技術(shù)的研發(fā)解決了錄井行業(yè)不能定量評(píng)價(jià)儲(chǔ)集層物性的難題，且具有巖樣無(wú)損壞、一個(gè)樣本多種參數(shù)、分析速度快、使用成本低等特點(diǎn)[1]，在各油田得到了廣泛的應(yīng)用，使錄井解釋符合率得到了較大提升。傳統(tǒng)意義上核磁共振錄井技術(shù)評(píng)價(jià)儲(chǔ)集層流體性質(zhì)所采用的是含油飽和度、含水飽和度、可動(dòng)流體飽和度、可動(dòng)油飽和度、可動(dòng)水飽和度等直接參數(shù)，通過(guò)尋找參數(shù)之間的規(guī)律，利用數(shù)據(jù)及比值關(guān)系等建立相應(yīng)圖板來(lái)反映地層流體性質(zhì)，進(jìn)而評(píng)價(jià)儲(chǔ)集層流體性質(zhì)[2]。

隨著勘探開(kāi)發(fā)領(lǐng)域的加大及試油壓裂技術(shù)的不斷發(fā)展，單純依靠核磁共振測(cè)量的直接參數(shù)評(píng)價(jià)儲(chǔ)集層流體性質(zhì)的方法具有較大的局限性。經(jīng)過(guò)兩年多的實(shí)驗(yàn)分析，總結(jié)了錄井核磁共振三次測(cè)量方法與規(guī)律，根據(jù)不同測(cè)量方法得出的信號(hào)幅度，通過(guò)比值關(guān)系，找到剩余油指數(shù)、流體逸散指數(shù)和含油飽和度之間的關(guān)系并建立了三端元圖板，從而有效地提高了核磁共振技術(shù)判別流體性質(zhì)符合率。

1 核磁共振分析流程

1.1 樣本制備

對(duì)于所需要分析的巖心樣品，為了減少樣品中流體的揮發(fā)，要求在巖心出筒后立即用專用工具對(duì)巖心新鮮部分進(jìn)行取樣，巖心樣品為直徑1.5 cm、高度為2.5～3 cm的圓柱體，所取巖心不能被二次污染，巖心樣本取得后立即用保鮮膜封存，最大限度地避免其中流體介質(zhì)散失。

1.2 第一次核磁共振測(cè)量(初始狀態(tài))

樣品未進(jìn)行任何處理，直接測(cè)量剩余流體的信號(hào)幅度(初始狀態(tài)下油+水的總核磁共振信號(hào)幅度)。

1.3 第二次核磁共振測(cè)量(飽和狀態(tài))

浸泡鹽水并用真空泵抽出樣品內(nèi)的空氣，使得鹽水充分浸入樣品孔隙內(nèi)，測(cè)量得出的信號(hào)為樣品孔隙中的油+水的總信號(hào)幅度，與初始狀態(tài)信號(hào)相對(duì)比，差值即為樣品中流體的逸散程度及逸散量。

1.4 第三次核磁共振測(cè)量(浸錳狀態(tài))

用MnCl2溶液對(duì)第二次分析完的樣品進(jìn)行浸泡，使錳離子擴(kuò)散進(jìn)入樣品水相中，屏蔽水相信號(hào)，再次測(cè)量時(shí)消除水相核磁共振信號(hào)，剩余流體信號(hào)即為油相核磁共振信號(hào)，油+水的總核磁共振信號(hào)減去油相信號(hào)即為水相核磁共振信號(hào)(下文中提及的核磁共振三掃實(shí)驗(yàn)應(yīng)用的就是三次核磁共振測(cè)量信號(hào)幅度的差值)[3-4]。

1.5 T2截止值

T2弛豫時(shí)間代表了巖石孔徑分布情況。當(dāng)孔徑小到某一程度后，孔隙中的流體將被毛細(xì)管壓力所束縛無(wú)法流動(dòng)。因此，在弛豫譜上存在一個(gè)界限，當(dāng)孔隙流體的弛豫時(shí)間大于某一弛豫時(shí)間時(shí)，流體為可動(dòng)流體，反之為束縛流體。這個(gè)弛豫時(shí)間界限稱為可動(dòng)流體T2截止值。

2 T2截止值求取方法

2.1 核磁共振T2截止值影響參數(shù)

核磁共振譜圖(圖1)代表意義為：T2譜的總幅度對(duì)應(yīng)于總孔隙度，右峰幅度對(duì)應(yīng)于可動(dòng)流體，左峰幅度對(duì)應(yīng)于束縛流體。在核磁共振譜圖中對(duì)于T2截止值的影響參數(shù)有兩類。

(1)T2截止值相關(guān)參數(shù)：含油孔隙度、滲透率、可動(dòng)流體飽和度、可動(dòng)水飽和度、束縛流體飽和度、束縛水飽和度、可動(dòng)油飽和度(可動(dòng)流體飽和度-可動(dòng)水飽和度)。

(2)T2截止值無(wú)關(guān)參數(shù)：總孔隙度、含油飽和度、含水飽和度。

圖1 核磁共振分析譜圖

2.2 T2截止值的重要性

T2截止值是進(jìn)行儲(chǔ)集層參數(shù)計(jì)算的關(guān)鍵因素，通過(guò)2.1節(jié)可知，T2截止值影響參數(shù)很多，這些都是核磁共振技術(shù)評(píng)價(jià)儲(chǔ)集層物性及流體性質(zhì)的重要參數(shù)；T2截止值求取正確與否，直接決定了評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性，所以研究T2截止值的特征和規(guī)律對(duì)于油田的勘探和開(kāi)發(fā)具有重要意義。

2.3 確定T2截止值方法

在進(jìn)行核磁共振樣品快速測(cè)量過(guò)程中，確定可動(dòng)流體T2截止值方法主要有兩種。

(1)離心標(biāo)定法[5]：通常對(duì)一個(gè)區(qū)塊有代表性的一定數(shù)目的樣品進(jìn)行室內(nèi)離心標(biāo)定，然后取其平均值作為該地區(qū)的可動(dòng)流體T2截止值標(biāo)準(zhǔn)。

(2)經(jīng)驗(yàn)判斷法[6-7]：根據(jù)室內(nèi)離心標(biāo)定的結(jié)果進(jìn)行歸類分析，對(duì)不同T2弛豫時(shí)間譜圖形態(tài)進(jìn)行分類總結(jié)，另外根據(jù)試油結(jié)論反推T2譜圖分類，建立適合現(xiàn)場(chǎng)快速確定可動(dòng)流體T2截止值的經(jīng)驗(yàn)方法。

雖然離心標(biāo)定法是準(zhǔn)確確定可動(dòng)流體T2截止值的方法之一，但由于測(cè)定時(shí)間長(zhǎng)、區(qū)塊樣品不足等原因，該方法往往存在很大的困難。所以，在進(jìn)行核磁共振求取T2截止值時(shí)常采用經(jīng)驗(yàn)判斷法。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，在準(zhǔn)噶爾盆地常規(guī)儲(chǔ)集層T2譜圖多數(shù)呈現(xiàn)單峰及雙峰兩種類型，進(jìn)一步對(duì)兩種不同類型的譜圖進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，總結(jié)規(guī)律見(jiàn)表1。

2.3.1 單峰型

核磁共振譜圖出現(xiàn)單峰型，表示測(cè)量的巖石樣品具有巖性單一、均質(zhì)性強(qiáng)的特征。

類型一：最高峰弛豫時(shí)間小于10 ms，峰底小于10 ms，所代表樣品均以小孔隙為主，孔隙內(nèi)流體以束縛形式存在，這類譜圖對(duì)于T2截止值的確定無(wú)意義，一般情況下不劃分T2截止值。

類型二：最高峰弛豫時(shí)間小于10 ms，峰底大于10 ms，此類譜圖T2截止值取在下降峰的半幅點(diǎn)處。

類型三：最高峰弛豫時(shí)間大于10 ms，峰底大于10 ms，此類譜圖T2截止值取在上升峰的半幅點(diǎn)處。

類型四：最高峰弛豫時(shí)間在10 ms附近，峰底大于10 ms，峰型大體上呈現(xiàn)左右對(duì)稱狀，此類譜圖T2截止值取在峰頂處。

2.3.2 雙峰型

核磁共振譜圖出現(xiàn)雙峰型，表示測(cè)量的巖石樣品均質(zhì)性有差異，一般按雙峰的凹點(diǎn)處進(jìn)行T2截止值的劃分。

核磁共振T2譜圖雙峰型基本呈現(xiàn)表1中類型一至類型三形態(tài)，此類譜圖劃分在雙峰之間的凹點(diǎn)處。

類型四是不常見(jiàn)的雙峰型譜圖，含油信號(hào)和孔隙信號(hào)的凹點(diǎn)不在同一時(shí)間點(diǎn)上，該類譜圖T2截止值同樣按孔隙信號(hào)凹點(diǎn)處取值。

表1 核磁共振錄井T2譜單峰和雙峰型形態(tài)表征

3 建立核磁共振評(píng)價(jià)圖板

3.1 圖板參數(shù)選取

錄井核磁共振測(cè)量的直接信號(hào)與間接信號(hào)很多，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)分析，對(duì)建立圖板所需的參數(shù)選取如下。

3.1.1 直接參數(shù)

干掃信號(hào)(初始狀態(tài))：代表樣品未經(jīng)過(guò)任何處理，原始狀態(tài)下孔隙內(nèi)所有流體的信號(hào)總和。

孔隙度信號(hào)(飽和狀態(tài))：代表樣品經(jīng)過(guò)鹽水浸泡后孔隙內(nèi)所有流體信號(hào)總和。

含油飽和度信號(hào)(浸錳狀態(tài))：樣品內(nèi)含油飽和度代表了單位體積內(nèi)含油量的多少，信號(hào)幅度越大，含油飽和度越高，反之則越小，是重要評(píng)價(jià)參數(shù)之一。

可動(dòng)流油信號(hào)：原始狀態(tài)下，在T2譜圖中，截止值右側(cè)代表可動(dòng)流體，可動(dòng)流體信號(hào)幅度代表單位樣品體積內(nèi)在現(xiàn)有開(kāi)采技術(shù)下能夠采出的流體量，是表征流體采出量的一個(gè)重要指標(biāo)。

可動(dòng)油信號(hào)：原始狀態(tài)下，可動(dòng)油信號(hào)代表了在可動(dòng)流體中可動(dòng)油占據(jù)的數(shù)量多少，是單位體積內(nèi)在現(xiàn)有開(kāi)采技術(shù)下能夠采出地層油的含量，是表征地層油采出量的一個(gè)重要指標(biāo)。

3.1.2 間接參數(shù)

剩余油指數(shù)：干掃信號(hào)/含油飽和度流體信號(hào)(原始狀態(tài)下孔隙內(nèi)流體信號(hào)與孔隙內(nèi)油相信號(hào)之間的比值)，該比值越大代表含油剩余流體內(nèi)含油越低，反之代表含油越多。

流體逸散指數(shù)：孔隙度信號(hào)/干掃信號(hào)(飽和狀態(tài)下孔隙流體信號(hào)與干掃信號(hào)之間的比值)，該比值越大代表流體逸散程度越高，反之代表逸散程度越低。

3.2 核磁共振評(píng)價(jià)圖板的建立

通過(guò)準(zhǔn)噶爾盆地符合取樣要求的32口井共計(jì)169個(gè)樣品數(shù)據(jù)點(diǎn)，利用核磁共振測(cè)量的原始數(shù)據(jù)計(jì)算的剩余油指數(shù)、流體逸散指數(shù)2類數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及分析，建立核磁共振原始剩余油指數(shù)和流體逸散指數(shù)評(píng)價(jià)圖板(圖2)。

圖2 核磁共振原始剩余油指數(shù)和流體逸散指數(shù)評(píng)價(jià)圖板

通過(guò)圖2可以明顯看出，油層樣品點(diǎn)主要集中在左下角區(qū)域，油水同層、含油水層、水層樣品點(diǎn)位于圖板中上部和右側(cè)，可以明顯區(qū)分油區(qū)和含水區(qū)的分布特征，但在含水樣品中油水同層、含油水層、水層的分布特征劃分比較模糊，不能準(zhǔn)確指示各個(gè)區(qū)間。分析認(rèn)為造成這一現(xiàn)象的原因是，核磁共振原始數(shù)據(jù)中干掃信號(hào)、孔隙度信號(hào)、含油飽和度信號(hào)代表樣品中所有同類信號(hào)總合。鑒于地層中能夠開(kāi)采出的流體主要是可動(dòng)流體部分，不可動(dòng)流體對(duì)于評(píng)價(jià)流體儲(chǔ)集層意義不大，但是核磁共振原始信號(hào)包含可動(dòng)流體和非可動(dòng)流體兩部分，這就造成原始信號(hào)對(duì)流體評(píng)價(jià)有一定的誤差。

針對(duì)這一現(xiàn)象，重新對(duì)資料進(jìn)行認(rèn)識(shí)，提出對(duì)三次掃描中可動(dòng)流體部分進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，應(yīng)用初始狀態(tài)、飽和狀態(tài)、浸錳狀態(tài)三種測(cè)量信號(hào)中可動(dòng)流體部分建立關(guān)系。可動(dòng)流體T2截止值求取方法參照2.3節(jié)，計(jì)算所有樣品點(diǎn)可動(dòng)流體部分，并根據(jù)結(jié)果重新建立核磁共振可動(dòng)流體剩余油指數(shù)、含油飽和度、流體逸散指數(shù)三端元評(píng)價(jià)圖板(圖3)。

圖3 核磁共振可動(dòng)流體剩余油指數(shù)、含油飽和度、流體逸散指數(shù)評(píng)價(jià)圖板

通過(guò)圖3可以看出，油區(qū)主要集中在圖板右下角，油水混合區(qū)集中在圖板頂部及左上部，而水區(qū)則集中在圖板的左下部，圖板參數(shù)區(qū)間如表2所示。

通過(guò)核磁共振可動(dòng)流體剩余油指數(shù)、含油飽和度、流體逸散指數(shù)評(píng)價(jià)圖板可以很好地區(qū)分油水關(guān)系 ，從

表2 核磁共振可動(dòng)流體剩余油指數(shù)、含油飽和度、流體逸散指數(shù)評(píng)價(jià)參數(shù)區(qū)間

而更加精細(xì)地劃分油水區(qū)域，準(zhǔn)確判別流體性質(zhì)，提高核磁共振資料適用范圍，更有利于錄井核磁共振技術(shù)的發(fā)展。

4 實(shí)例分析

2019年對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地11口井12個(gè)試油井段進(jìn)行流體識(shí)別，與試油結(jié)論進(jìn)行比對(duì)，符合11層，不符合1層，流體性質(zhì)判別符合率達(dá)到91.67%?，F(xiàn)舉例說(shuō)明本方法應(yīng)用情況。

4.1 MH 37井

MH 37井是為探索MH 1井區(qū)侏羅系三工河組含油氣性而部署的一口預(yù)探井。該井在錄井過(guò)程中油氣顯示活躍(圖4)，在井段1 633.52～1 636.98 m進(jìn)行取心，取獲油跡級(jí)巖心0.72 m，含油巖心出筒時(shí)表面見(jiàn)淺褐色原油，油氣味濃-較濃，油脂感弱，微染手，含油分布不均勻，呈星點(diǎn)狀分布，含油面積1%～3%。該段巖心地化熱解含油氣總量平均為10.86 mg/g，平均輕重?zé)N比為0.51，熱解氣相色譜正構(gòu)烷烴出峰齊全，呈規(guī)則梳狀，基線有隆起特征，三維定量熒光圖譜顯示為偏輕質(zhì)原油，核磁共振分析巖心物性較好，孔隙度17.06%～17.86%，滲透率3.80～4.32 mD，含油飽和度20.99%～23.97%，地化分析譜圖顯示特征如圖5所示。

通過(guò)巖心肉眼觀察和地化熱解、三維熒光分析無(wú)明顯含水現(xiàn)象，熱解氣相色譜基線有隆起特征，這種特征在流體評(píng)價(jià)中具有一定的含水指示，實(shí)際是否含水存在疑問(wèn)。運(yùn)用核磁共振可動(dòng)流體剩余油指數(shù)、含油飽和度、流體逸散指數(shù)三端元評(píng)價(jià)圖板數(shù)據(jù)落點(diǎn)在油區(qū)(圖3)，說(shuō)明該井段樣品內(nèi)無(wú)可動(dòng)水存在，綜合核磁共振資料后，錄井綜合判斷地層中不具有含水特征。試油后該段產(chǎn)油5.91 m3/d，結(jié)論為油層，不含水，驗(yàn)證了錄井結(jié)論準(zhǔn)確。

4.2 H 893井

H 893井是為了提高井控程度，落實(shí)H 891井區(qū)西山窯組的含油氣性，求取該區(qū)單井產(chǎn)能及流體性質(zhì)等資料，并為下一步探明儲(chǔ)量計(jì)算及開(kāi)發(fā)方案編制提供基礎(chǔ)資料而部署的一口評(píng)價(jià)井。該井在鉆井過(guò)程中異常顯示較明顯，組分出至C1，未見(jiàn)重組分(圖6)，在井段1 378.24～1 381.84 m進(jìn)行取心，取獲油斑級(jí)巖心1.16 m、熒光級(jí)巖心1.04 m。含油巖心出筒時(shí)個(gè)別表面見(jiàn)針孔狀氣泡連續(xù)-間斷冒出，油氣味較濃，油脂感弱，不染手，含油不飽滿，含油分布不均勻，呈斑塊狀分布，含油面積30%～40%。該段巖心地化熱解含油氣總量平均為12.24 mg/g，平均輕重?zé)N比為0.84，熱解氣相色譜基線呈穹隆狀，顯示原油遭受生物降解特征，三維定量熒光譜圖顯示為偏重質(zhì)原油，核磁共振分析物性較好，孔隙度22.01%～24.71%，滲透率2 676.38～4 621.93 mD，含油飽和度3.47%～16.93%，地化分析譜圖顯示特征如圖7所示。

圖4 MH 37井錄井綜合圖

巖心直觀描述和地化熱解、三維熒光分析都不能準(zhǔn)確證實(shí)該段樣品內(nèi)有無(wú)流體水的存在，其熱解氣相色譜基線隆起，區(qū)塊內(nèi)呈生物降解特征，這種情況下，地層含水和不含水都有先例，故不能準(zhǔn)確判斷地層是否含水。運(yùn)用核磁共振可動(dòng)流體剩余油指數(shù)、含油飽和度、流體逸散指數(shù)評(píng)價(jià)圖板數(shù)據(jù)落點(diǎn)在油水混合區(qū)(圖3)，核磁共振分析認(rèn)為樣品內(nèi)有可動(dòng)水存在，結(jié)合核磁共振資料，錄井綜合解釋為油水混層。在該段試油可知，產(chǎn)油1.13 m3/d，產(chǎn)水18.31 m3/d，結(jié)論為油水同層。該井流體性質(zhì)判別準(zhǔn)確，驗(yàn)證了核磁共振評(píng)價(jià)新方法的應(yīng)用效果，提高了錄井解釋符合率。

圖5 MH 37井取心段分析譜圖特征

圖6 H 893井錄井綜合圖

圖7 H 893井取心段分析譜圖特征

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著勘探開(kāi)發(fā)力度的逐漸加大，準(zhǔn)噶爾盆地邊緣區(qū)塊、流體判別復(fù)雜區(qū)域越來(lái)越多，對(duì)錄井技術(shù)提出了更高要求。在不引進(jìn)新設(shè)備的情況下，深挖現(xiàn)有錄井技術(shù)潛力，能切實(shí)突破技術(shù)瓶頸。本文所介紹的錄井核磁共振技術(shù)就是其中的一例，通過(guò)驗(yàn)證，能較好指示不同流體所代表的區(qū)域，發(fā)揮了核磁共振技術(shù)特有的優(yōu)勢(shì)，為錄井解釋評(píng)價(jià)提供了更精準(zhǔn)的判斷。