武煥平，王祝文，徐方慧，崔裔瞳，于涵

吉林大學(xué) 地球探測科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，長春 130026

0 引言

王府?dāng)嘞莼鸲沃饕l(fā)育安山質(zhì)巖石、流紋質(zhì)巖石，儲(chǔ)層具有儲(chǔ)集空間類型多樣，非均質(zhì)性較強(qiáng)，孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特征[1--2]?；鹕綆r儲(chǔ)層孔隙度結(jié)構(gòu)與儲(chǔ)層的品質(zhì)密切相關(guān)，影響油氣資源的勘探開發(fā)。常用的孔隙結(jié)構(gòu)研究方法大都基于鉆井取芯，例如壓汞實(shí)驗(yàn)、CT掃描、鑄體薄片和核磁共振實(shí)驗(yàn)等。但是由于火山巖非均質(zhì)性強(qiáng)，巖芯的測試結(jié)果并不能很好地反映儲(chǔ)層某一層段的孔隙結(jié)構(gòu)特征，且火山巖巖芯易碎，增加了測試的難度?；趲r芯的方法局限性很大，不僅在縱向上不能連續(xù)性描述儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)，且試驗(yàn)成本高，周期長。由核磁共振弛豫機(jī)制可知，T2譜分布與儲(chǔ)層的孔隙分布有直接關(guān)系，毛管壓力曲線可以定性、定量反映儲(chǔ)層孔隙分布特征，因此可以利用T2譜構(gòu)造偽毛管壓力曲線[3--6]。與巖芯壓汞毛管壓力曲線相比，核磁轉(zhuǎn)化的毛管壓力曲線縱向上能夠連續(xù)性地對儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行評價(jià)，效率高且成本相對較低，在實(shí)際生產(chǎn)中具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

目前利用核磁測井轉(zhuǎn)化偽毛管壓力曲線的方法主要有線性刻度法和非線性刻度法。運(yùn)華云、李海波等利用線性轉(zhuǎn)換刻度系數(shù)法對中高孔滲儲(chǔ)層進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)換后得到的核磁共振毛管壓力曲線與實(shí)際的毛管壓力曲線吻合較好[7--8]。但對于低孔低滲儲(chǔ)層，由于其孔隙結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，線性刻度法在小孔隙部分不再適用，此時(shí)T2譜與孔隙半徑分布滿足非線性關(guān)系。何雨丹等提出了分段冪函數(shù)刻度法，提高了偽毛管壓力曲線的轉(zhuǎn)化精度[9]。邵維志等基于微分相似原理利用面積刻度得到大孔徑和小孔徑的轉(zhuǎn)化系數(shù)，并提出了用孔滲參數(shù)計(jì)算轉(zhuǎn)化系數(shù)的方法[10]。Xiao et al.基于壓汞進(jìn)汞曲線和累加T2譜的相似性，利用變刻度系數(shù)法，獲得了精度更高偽毛管壓力曲線[11]。以上研究都取得了較好的轉(zhuǎn)化效果，但由于火山巖儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對不同類型的儲(chǔ)層使用同一種轉(zhuǎn)化方法，往往難以取得較好的效果，因此筆者利用三次樣條插值法求取反向累加T2譜分布對應(yīng)的T2值與壓力PC之間的關(guān)系，分儲(chǔ)層類型構(gòu)建核磁共振毛管壓力曲線，小孔隙部分采用冪函數(shù)方法，大孔隙部分采用對數(shù)函數(shù)方法，得到了偽毛管壓力曲線。在此基礎(chǔ)上求取孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)，為進(jìn)一步儲(chǔ)層評價(jià)奠定了基礎(chǔ)。

1 理論基礎(chǔ)

壓汞毛管壓力與巖石孔隙半徑之間的關(guān)系為：

(1)

式中：Pc為進(jìn)汞壓力，MPa；σ為流體張界面力，N/m；θ為潤濕接觸角；rc為孔隙半徑，μm。

根據(jù)核磁共振測井弛豫機(jī)制，巖石的橫向弛豫時(shí)間T2為

(2)

式中：T2B為流體的自由弛豫時(shí)間，ms；D為擴(kuò)散系數(shù)，μm2/ms；G為磁場梯度，Gs/cm；TE為回波間隔，ms；S為孔隙表面積，cm2；V為孔隙體積，cm3；ρ2為巖石的橫向表面弛豫強(qiáng)度，μm/ms。

對于回波間隔和磁場梯度較小的勻強(qiáng)磁場，此時(shí)式(2)中右邊第一項(xiàng)和第三項(xiàng)可以忽略，因此橫向弛豫時(shí)間與巖石孔隙的比表面積S/V直接相關(guān)，表示為：

(3)

由式(3)可以看出，孔隙流體的弛豫時(shí)間T2和孔隙大小及形狀有關(guān)。對于中--高孔滲的砂巖儲(chǔ)層，儲(chǔ)層非均質(zhì)性較弱，孔隙結(jié)構(gòu)簡單，比表面與孔隙半徑多呈線性關(guān)系；對于孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜的火山巖儲(chǔ)層，儲(chǔ)層的非均質(zhì)性較強(qiáng)，比表面與孔隙半徑應(yīng)表示為非線性關(guān)系：

(4)

由式(4)可以看出，孔隙流體弛豫時(shí)間T2和平均孔徑rc一一對應(yīng)，因此，可以用T2分布來評價(jià)孔隙大小及孔徑分布。

聯(lián)立式(1)和式(4)，得：

(5)

因此，T2分布與毛管壓力之間的關(guān)系可以利用下列函數(shù)來表示：

(6)

式中：g是一個(gè)函數(shù)。

根據(jù)式(6)，可以將核磁測井T2譜構(gòu)造成偽毛管壓力曲線，進(jìn)一步求取排驅(qū)壓力、中值半徑等儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)。

2 核磁測井T2譜構(gòu)造偽毛管壓力曲線的方法及轉(zhuǎn)化效果

對王府?dāng)嘞輲r芯壓汞資料和核磁測井T2譜資料進(jìn)行數(shù)據(jù)分析[12--14]，采用以下方法將核磁測井T2譜轉(zhuǎn)換偽毛管壓力曲線。其轉(zhuǎn)換步驟為：

(1)對毛管壓力曲線PC—SHg(SHg為對應(yīng)毛管壓力下的進(jìn)汞飽和度)進(jìn)行3次樣條插值。

(2)從最大的橫向弛豫時(shí)間T2N向小橫向弛豫時(shí)間T2i對T2譜幅度進(jìn)行累加，得到時(shí)間T2i(i=1, 2, 3, …,N)對應(yīng)的T2譜幅度累加百分?jǐn)?shù)Si，即

(7)

式中：Ai為T2譜中時(shí)間T2i對應(yīng)的幅度值，φ為由核磁測井得到的有效孔隙度。

(3)在進(jìn)行3次樣條插值后的毛管壓力曲線上，尋找到與T2譜幅度累加百分?jǐn)?shù)Ai值最接近的進(jìn)汞飽和度SHgi，得到與之對應(yīng)的毛管壓力PCi，同時(shí)得到了T2譜中與橫向弛豫時(shí)間T2i一一對應(yīng)的毛管壓力PCi。

(4)以橫向弛豫時(shí)間T2的倒數(shù)(1/T2)為橫坐標(biāo)，毛管壓力PC為縱坐標(biāo)，繪制1/T2與PC之間的散點(diǎn)圖(圖1)，進(jìn)行回歸分析，可得出PC與1/T2的關(guān)系式。

a.大孔隙擬合關(guān)系; b.小孔隙擬合關(guān)系。

按照上述步驟對王府?dāng)嘞莶煌瑑?chǔ)層類型的毛管壓力曲線進(jìn)行分析，結(jié)果表明Ⅰ、Ⅱ類儲(chǔ)層，1/T2—Pc在大孔隙的部分(≥33 ms)滿足對數(shù)關(guān)系，小孔隙部分(<33 ms)滿足冪指數(shù)關(guān)系；Ⅲ類儲(chǔ)層滿足冪指數(shù)關(guān)系，其對應(yīng)關(guān)系見圖2和表1。

根據(jù)表1內(nèi)不同儲(chǔ)層的轉(zhuǎn)換公式可將橫向弛豫時(shí)間T2i轉(zhuǎn)換成毛管壓力PCi。由式(7)將T2譜從高值向低值累積，得到一系列的累加百分?jǐn)?shù)Si，作PCi-Si的關(guān)系曲線，即完成了T2譜對毛管壓力曲線的構(gòu)建。

表1 不同儲(chǔ)層類型的T2譜與毛管壓力關(guān)系式

圖2 不同儲(chǔ)層類型的1/T2與毛管壓力 PC的相關(guān)圖

圖3為研究區(qū)偽毛管壓力曲線構(gòu)造成果圖，由圖可知，構(gòu)造的偽毛管壓力曲線與實(shí)際測量的毛管壓力曲線一致性好。Ⅰ 類儲(chǔ)層偽毛管壓力曲線與實(shí)測結(jié)果吻合最好，大孔和小孔在分界處連續(xù)性好；Ⅱ、Ⅲ類儲(chǔ)層吻合較好，但在大小孔隙轉(zhuǎn)換分界位置處出現(xiàn)了拐點(diǎn)，需要進(jìn)一步研究。

3 儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)評價(jià)應(yīng)用

核磁測井資料在縱向上具有連續(xù)性，根據(jù)轉(zhuǎn)換關(guān)系能夠連續(xù)構(gòu)造偽毛管壓力曲線，可以求得平均孔隙半徑、最大孔隙半徑、中值壓力等孔隙結(jié)構(gòu)定量參數(shù)[15--17]。結(jié)合孔隙度、滲透率等參數(shù)，可以定量對儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行評價(jià)。

圖4巖性為流紋質(zhì)巖石，115/116/117號(hào)層位試氣層段，試氣結(jié)論為氣層，日產(chǎn)氣7.24萬m3，日產(chǎn)水11.6 m3。該儲(chǔ)層孔隙度為8.1%，滲透率0.037 mD，屬于Ⅰ、Ⅱ類儲(chǔ)層，中子--密度測井曲線疊合幅度較大，含氣性好；T2譜主峰右側(cè)寬度較寬，拖尾現(xiàn)象明顯，說明有較多大孔隙存在，平均孔隙半徑為3.97 μm，最大孔隙半徑為14.47 μm，中值壓力10.30 MPa，表明儲(chǔ)層具有較好的孔隙結(jié)構(gòu)，與試氣結(jié)論相符。

圖5巖性為安山質(zhì)巖，153號(hào)層測井解釋為干層，該儲(chǔ)層孔隙度為1.3%，滲透率低，屬于Ⅲ類儲(chǔ)層，中子--密度測井曲線未見疊合，含氣性差；T2譜主峰右側(cè)寬度窄，未見拖尾現(xiàn)象，說明儲(chǔ)層以小孔隙為主，平均孔隙半徑為0.46 μm，最大孔隙半徑為1.12 μm，中值壓力21.85 MPa，表明儲(chǔ)層具有較差的孔隙結(jié)構(gòu)。

圖4和圖5對比分析，孔隙半徑大，中值壓力小的儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)好，多為Ⅰ、Ⅱ類儲(chǔ)層，產(chǎn)氣概率較大。因此，利用核磁測井資料構(gòu)建的偽毛管壓力曲線，可以對火成巖儲(chǔ)層進(jìn)行孔隙結(jié)構(gòu)評價(jià)，為研究區(qū)的勘探開發(fā)及開采提供參考。

4 結(jié)論

(1)分儲(chǔ)層類型、分段構(gòu)造了偽毛管壓力曲線；小孔部分采用冪函數(shù)刻度法，大孔隙部分采用對數(shù)函數(shù)刻度法，提高了偽毛管壓力曲線的構(gòu)造精度。

a、b：Ⅰ類儲(chǔ)層的原始毛管壓力曲線與T2擬合曲線對比；c、d：Ⅱ類儲(chǔ)層的原始毛管壓力曲線與T2擬合曲線對比；e、f：Ⅲ類儲(chǔ)層的原始毛管壓力曲線與T2擬合曲線對比。

圖4 X1井段核磁共振測井資料評價(jià)孔隙結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

圖5 X2井段核磁共振測井資料評價(jià)孔隙結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

(2)由偽毛管壓力曲線可以求取平均孔隙半徑、最大孔隙半徑和中值壓力等儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)。平均孔隙半徑與最大孔隙半徑大、中值壓力小的毛管應(yīng)力曲線對應(yīng)的孔隙結(jié)構(gòu)較好；核磁轉(zhuǎn)化的偽毛管壓力曲線能夠有效地評價(jià)研究區(qū)火山巖儲(chǔ)層的孔隙結(jié)構(gòu)。