碳酸鹽巖核磁共振實(shí)驗(yàn)與認(rèn)識(shí)

顏其彬 趙輝 司馬立強(qiáng) 施振飛

1.西南石油大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院 2.中國(guó)石化江蘇石油勘探局測(cè)錄井處

碳酸鹽巖核磁共振實(shí)驗(yàn)與認(rèn)識(shí)

顏其彬1趙輝1司馬立強(qiáng)1施振飛2

1.西南石油大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院 2.中國(guó)石化江蘇石油勘探局測(cè)錄井處

由于對(duì)碳酸鹽巖核磁共振的測(cè)井響應(yīng)一直缺乏系統(tǒng)的研究,使得該技術(shù)在一些復(fù)雜儲(chǔ)層中的應(yīng)用不能取得良好的效果。為此,基于大量的巖心核磁共振實(shí)驗(yàn),分析了碳酸鹽巖儲(chǔ)層巖心的 T2譜特征、移譜特征、差譜特征、T2截止值變化規(guī)律及核磁分析的孔滲參數(shù)與常規(guī)分析的孔滲參數(shù)之間的關(guān)系,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)探索了基于孔隙結(jié)構(gòu)特征來(lái)分析儲(chǔ)層有效性的方法。研究表明:孔隙結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性強(qiáng)的巖石移譜特征明顯,對(duì)這類(lèi)儲(chǔ)層段不能簡(jiǎn)單地從有移譜現(xiàn)象便判定為氣層;利用差譜法區(qū)別油氣水層時(shí),在發(fā)育大孔徑孔隙的地層中,短等待時(shí)間測(cè)量需要有足夠的等待時(shí)間;碳酸鹽巖地層的 T2截止值不是定值,與泥質(zhì)含量成反比關(guān)系;高孔段核磁計(jì)算的孔滲參數(shù)的準(zhǔn)確性明顯地高于低孔段,并且核磁計(jì)算的滲透率主要反映的是基質(zhì)滲透率,不能有效地反映裂縫滲透率。研究結(jié)果為核磁共振測(cè)井資料的采集及處理解釋提供了有價(jià)值的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

碳酸鹽巖 儲(chǔ)集層 孔隙度 滲透率 核磁共振測(cè)井 T2譜 T2截止值 參數(shù)

1 巖心孔隙結(jié)構(gòu)分析與應(yīng)用

巖石飽和水狀態(tài)下的核磁共振 T2譜分布反映了孔隙孔徑大小的分布,大孔徑孔隙組分對(duì)應(yīng)較長(zhǎng)的T2值,小孔徑孔隙組分對(duì)應(yīng)較短的 T2值,并且 T2譜弛豫時(shí)間與其孔隙半徑對(duì)應(yīng)關(guān)系為:r=c T2(c為常數(shù))[1-2]。

選取B149井和B151井嘉二段的221塊巖心開(kāi)展核磁 T2實(shí)驗(yàn),其中嘉二1亞段29塊,嘉二2亞段192塊。結(jié)果表明,嘉二1亞段的實(shí)驗(yàn)巖心無(wú)論孔隙度高低,T2譜的弛豫時(shí)間普遍較短,譜信號(hào)主要分布在0.1～30 m s之間(T2截止值在86 m s左右),即使孔隙度很大的巖心的 T2弛豫時(shí)間仍較短(圖1)。而嘉二2亞段巖心的T2譜弛豫時(shí)間長(zhǎng),譜信號(hào)主要分布在10～1 000 m s,即使孔隙度很小的巖心的 T2弛豫時(shí)間仍較長(zhǎng)。可見(jiàn),嘉二2亞段的孔隙孔徑要明顯大于嘉二1亞段,嘉二1亞段主要發(fā)育微孔隙。

圖1 B151井嘉二1亞段3 168.46 m巖樣 T2譜圖

表1 常規(guī)物性分析與核磁分析對(duì)比表

常規(guī)物性分析與核磁分析對(duì)比表明(見(jiàn)表1):嘉二2亞段與嘉二1亞段的儲(chǔ)層總孔隙度相差較小,但核磁共振分析的兩段有效孔隙度與束縛水飽和度有很大差異,嘉二1亞段的儲(chǔ)層由于孔隙孔徑小,主要發(fā)育微孔隙,束縛水飽和度遠(yuǎn)高于嘉二2亞段的儲(chǔ)層。這一結(jié)論為試油所證實(shí):即嘉二2亞段儲(chǔ)層段能形成工業(yè)產(chǎn)能,而嘉二1亞段儲(chǔ)層試油多數(shù)情況為干層或產(chǎn)少量氣或少量水。

2 移譜、差譜的應(yīng)用分析

2.1 移譜實(shí)驗(yàn)特征在流體性質(zhì)判別中的應(yīng)用分析

實(shí)驗(yàn)選取下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組15塊巖心進(jìn)行實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明:隨著回波間隔(Te)的增大,擴(kuò)散作用對(duì) T2弛豫影響增強(qiáng),核磁共振信號(hào)幅度減小[3-4],小孔徑的孔隙信號(hào)已探測(cè)不到。實(shí)驗(yàn)結(jié)果還表明:不同回波間隔下 T2譜移譜現(xiàn)象受孔隙結(jié)構(gòu)影響很大,當(dāng)巖樣的孔隙孔徑變化范圍不大,孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)育均勻,且以大孔為主時(shí),飽和水巖樣的 T2譜移譜現(xiàn)象不明顯(圖2-a)。該巖樣的 T2譜分布范圍很窄,表明巖樣的孔隙孔徑變化范圍小,巖樣的孔隙結(jié)構(gòu)均勻,譜信號(hào)的弛豫時(shí)間長(zhǎng)(主要在200～4 000 m s),孔隙孔徑大,在不同回波間隔下 T2譜移譜現(xiàn)象不明顯,譜形狀變化不大,變窄不明顯。

當(dāng)巖樣的孔隙孔徑變化范圍大,孔隙結(jié)構(gòu)非均值性較強(qiáng),小孔徑的孔隙占主導(dǎo)地位時(shí),飽和水巖樣的T2譜不僅移譜很明顯,形狀和峰值也發(fā)生很大的變化(圖2-b)。巖樣的 T2譜分布范圍較寬,反映巖樣的孔隙孔徑變化范圍大,巖樣的孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)育非均值性較強(qiáng),該巖樣在5～200 m s弛豫時(shí)間內(nèi)的信號(hào)較大,表明小孔徑孔隙占總孔隙的比例較高。T2譜在不同回波間隔下譜的形狀和分布范圍發(fā)生了明顯變化,當(dāng) Te= 2.4 m s時(shí),大量短弛豫組分無(wú)法探測(cè)到。

因此實(shí)際測(cè)井中回波間隔選擇應(yīng)盡量小,才能保證測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性;同時(shí),在利用移譜法識(shí)別氣水層時(shí)應(yīng)考慮孔隙結(jié)構(gòu)的影響因素,不能盲目的只靠有移譜現(xiàn)象就確定為氣層。

2.2 差譜實(shí)驗(yàn)特征在流體性質(zhì)判別中的應(yīng)用分析

飛仙關(guān)組15塊巖心的差譜實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,不同等待時(shí)間條件下測(cè)量的 T2譜形狀基本相似,呈雙峰特征,長(zhǎng)弛豫組分的(大孔徑孔隙)信號(hào)幅度隨等待時(shí)間的增加而增大(圖2-c),表明可以探測(cè)到大孔隙中更多的氫核,等待時(shí)間越長(zhǎng),大孔徑孔隙中的流體極化程度越高。也就是說(shuō)大孔徑孔隙中的流體需要較長(zhǎng)的等待時(shí)間才能得到充分極化,但短弛豫組分的(小孔徑孔隙)信號(hào)幅度在不同的等待時(shí)間下變化不大,表明小孔徑孔隙在較短的時(shí)間內(nèi)氫核就能得到充分極化。圖2-c中:Tw等于6 s和8 s時(shí),兩弛豫譜線基本重疊,表明當(dāng)?shù)却龝r(shí)間超過(guò)6 s時(shí),大孔徑中的氫核達(dá)到完全極化。在6 s以內(nèi)的等待時(shí)間,大孔徑中的氫核不能完全極化,故 T2譜幅度較小,隨著 Tw的增大,極化程度增大,T2譜幅度增加,因此出現(xiàn)大的差譜信號(hào)。

可見(jiàn)要獲得好的核磁共振信號(hào),必須有足夠長(zhǎng)的等待時(shí)間,讓大孔徑孔隙中的氫核完全極化。這一現(xiàn)象也說(shuō)明在孔隙孔徑大的地層中,若利用差譜法識(shí)別流體性質(zhì)時(shí),如果短等待時(shí)間測(cè)量時(shí)的等待時(shí)間不足,并不是所有的有差譜信號(hào)的儲(chǔ)層都為油氣層,發(fā)育大孔徑孔隙的水層也可能出現(xiàn)差譜信號(hào)[5]。

3 巖性與 T2截止值的關(guān)系

通過(guò)對(duì)216塊巖樣的 T2截止值實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明:孔隙度大小對(duì) T2截止值影響沒(méi)有明顯的規(guī)律,泥質(zhì)含量高低與 T2截止值有一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律,一般情況下,泥質(zhì)含量高的碳酸鹽巖的 T2截止值一般較小(表2),普遍在41 m s左右;而泥質(zhì)含量低,巖性較純的碳酸鹽巖的 T2截止值普遍較泥質(zhì)含量高的巖樣的 T2截止值高,在86 m s左右。因此碳酸鹽巖地層核磁共振測(cè)井的 T2截止值不應(yīng)是定值,它與泥質(zhì)含量成反比關(guān)系[6]。

圖2 巖心移譜、差譜圖

表2 不同巖性的T2截止值表

4 應(yīng)用效果分析

4口井的277塊巖樣的核磁實(shí)驗(yàn)表明:對(duì)于較高孔隙度的樣品核磁可準(zhǔn)確地計(jì)算孔隙度、滲透率,而孔隙度較低的樣品,核磁計(jì)算的孔、滲參數(shù)誤差很大(圖3)。

對(duì)于裂縫發(fā)育的巖心,核磁計(jì)算的滲透率(由SDR模型計(jì)算滲透率)與常規(guī)方法分析的相差很大(表3),核磁計(jì)算的滲透率要明顯小于常規(guī)方法分析的,這是因?yàn)楹舜艥B透率是由束縛水飽和度或 T2幾何平均值(T2g)建立的滲透率模型計(jì)算得到的,并不是直接測(cè)量的結(jié)果,核磁滲透率模型(常用有 Coates、SDR模型)計(jì)算得到的滲透率反映的主要為基質(zhì)滲透率,不能有效地計(jì)算裂縫滲透率。

圖3 常規(guī)分析孔隙度與核磁分析孔隙度交會(huì)圖

表3 B49井裂縫發(fā)育巖心孔、滲分析數(shù)據(jù)表

5 結(jié)論

1)核磁共振 T2譜分布反映了孔隙孔徑大小的分布,能有效評(píng)價(jià)碳酸鹽巖的孔隙結(jié)構(gòu)及儲(chǔ)層的有效性。

2)孔隙結(jié)構(gòu)均質(zhì)性差異對(duì)移譜特征的影響:孔隙結(jié)構(gòu)均勻、孔隙度大時(shí),T2譜移譜現(xiàn)象不明顯;孔隙結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性強(qiáng)、孔隙度小時(shí),T2譜移譜現(xiàn)象明顯,形狀和峰值變化較大。

3)T2截止值與泥質(zhì)含量有密切關(guān)系,泥質(zhì)含量高的巖石,T2截止值較小,巖性純的巖石 T2截止值高,一般在86 m s之間。

4)孔隙度大的巖心核磁計(jì)算的孔滲值較低孔巖心準(zhǔn)確,核磁計(jì)算的滲透率主要為基質(zhì)滲透率,不能有效的計(jì)算裂縫滲透率。

[1]王為民,葉朝暉,郭和坤.陸相儲(chǔ)層巖石核磁共振物理特征的實(shí)驗(yàn)研究[J].波普學(xué)雜志,2001,18(2):113-121.

[2]趙永剛,吳非.核磁共振測(cè)井技術(shù)在儲(chǔ)層評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].天然氣工業(yè),2007,27(7):42-44.

[3]汪中浩,章成廣,肖承文,等.低滲透儲(chǔ)集層 T2截止值實(shí)驗(yàn)研究[J].地球物理學(xué)進(jìn)展,2004,19(3):652-655.

[4]王忠東,汪浩,李能根,等.核磁共振巖心基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)分析[J].測(cè)井技術(shù),2001,25(3):170-174.

[5]譚茂金,趙文杰,范宜仁.用測(cè)井雙 TW觀測(cè)數(shù)據(jù)識(shí)別儲(chǔ)層流體性質(zhì)[J].天然氣工業(yè),2006,26(4):38-40.

[6]高效增.核磁共振孔隙度和巖性有關(guān)[J].測(cè)井技術(shù),1998, 22(4):295-298.

A study of NM R experiments of carbonates

Yan Qibin1,Zhao Hui1,Sima Liqiang1,Shi Zhenfei2
(1.School of Resources&Environment,Southw est Petroleum University,Chengdu,Sichuan 610500,China; 2.Logging Department of Sinopec Jiangsu Petroleum Exp loration Bureau,Yangzhou,Jiangsu 225009,China)

NATUR.GAS IND.VOLUM E 30,ISSUE 1,pp.36-38,1/25/2010.(ISSN 1000-0976;In Chinese)

A s no systematic research has been carried out on the NMR logging responses of carbonates,the app lication of NMR to some comp lex carbonate reservoirs is unsuccessful.Based on a large amount of NMR experimentsof carbonate cores,we analyze the T2 spectrum,shifted spectrum,differential spectrum,T2 cutoff variation,as well as the relationship between the NMR-based and the conventional log-based po rosity and permeability,and discuss the effectivenessof po re structure-based reservoir analysis through experiments.Rocks w ith strong heterogeneity of pore structure show significant shifted spectrum features,thus the identification of gas layers in this kind of reservoirs canno t be based simply on the existence of shifted spectrum.When the differential spectrum method is used to discriminate oil,gas and water layers,sho rt waiting-timemeasurement should have enough waiting-time in reservoirs w ith large pores.The T2 cutoff of carbonates is not a constant but a variable in reverse relation to shale content.For reservoir intervalsw ith high po rosity,the accuracy of NM R-based po rosity and permeability is significantly higher than that fo r reservoir intervals w ith low po rosity.Moreover,the NMR-based permeability mainly rep resentsmatrix permeability,thus cannot effectively reflect fracture permeability.These analysis results p rovide valuable experimental bases fo r NMR log acquisition and interp retation.

carbonates,reservoir,porosity,permeability,NMR logging,T2 spectrum,T2 cutoff,parameter

國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)(編號(hào):2006AA 06Z220)的部分成果。

顏其彬,1942年生,教授,博士生導(dǎo)師;發(fā)表論文13篇,現(xiàn)從事測(cè)井教學(xué)及科研工作。地址:(610500)四川省成都市新都區(qū)新都大道8號(hào)。電話:13072896656。E-mail:swpu2000@126.com

顏其彬等.碳酸鹽巖核磁共振實(shí)驗(yàn)與認(rèn)識(shí).天然氣工業(yè),2010,30(1):36-38.

DO I:10.3787/j.issn.1000-0976.2010.01.009

(修改回稿日期 2009-11-16 編輯 韓曉渝)

DO I:10.3787/j.issn.1000-0976.2010.001.009

Yan Qibin,p rofesso r,was bo rn in 1942.He is engaged in teaching and research of well logging.

Add:No.8,Xindu Rd.,Xindu District,Chengdu,Sichuan 610500,P.R.China

Mobile:+86-13072896656E-mail:swpu2000@126.com