鄂爾多斯盆地西南部長8超低滲透砂巖核磁共振T2截止值研究

閆子旺，張紅玲，周曉峰，羅 超，宋廣宇，辛一男

(中國石油大學(北京)石油工程教育部重點實驗室，北京昌平 102249)

鄂爾多斯盆地西南部長8超低滲透砂巖核磁共振T2截止值研究

閆子旺，張紅玲，周曉峰，羅 超，宋廣宇，辛一男

(中國石油大學(北京)石油工程教育部重點實驗室，北京昌平 102249)

鄂爾多斯盆地；T2截止值；核磁共振；離心實驗；超低滲砂巖

1 研究背景

核磁共振技術是表征儲層可動流體百分數的有效手段，而T2截止值是標定可動流體的關鍵參數。因此，可動流體T2截止值的確定一直是國內外學者研究的熱點問題之一[1]。研究表明，不同地區、不同巖性、不同物性的儲層T2截止值 差異明顯，很難用統一的截止值來籠統地確定可動流體。早在20世紀60年代，Brown利用核磁共振技術對原油的核磁共振特征進行了研究[2]。Morriss在分析總結前人研究成果的基礎上，通過T1與T2之間的轉換關系，計算得到了砂巖T2截止值大約為33 ms[3]，這也是美國斯倫貝謝公司推薦的砂巖T2截止值。大量學者對海相碳酸鹽巖T2截止值也進行了研究，認為海相碳酸鹽巖T2截止值大多集中在90～100 ms之間[4]。

核磁共振技術作為一種檢測含氫流體飽和度的新方法在國內普遍應用主要從20世紀90年代開始。對于我國陸相沉積常規砂巖，王志戰[5]、邵維志[6]分別提出了根據室內自由流體飽和度及巖樣T2譜形態特征確定T2截止值的新方法。汪中浩[7]、姜鵬[8]分別對塔中地區及新疆、大慶等低滲透砂巖進行了T2譜測試，得到T2截止值變化范圍為6.4～68.3 ms，平均值為23.7 ms。郎東江[9]、李振濤[10]對碳酸鹽巖T2截止值進行了研究，推薦63.6 ms作為碳酸鹽巖可動流體T2截止值。此外，楊正明[11]、廖作才[12]、郭和坤[13]、孫軍昌[14-15]等人分別對火山巖、低滲火山巖、致密砂巖、頁巖巖心的T2截止值進行了研究，給出了各種巖性巖心的T2截止值范圍。但是，無論是根據T2截止值與核磁共振T2譜的形態特征的關系確定T2截止值，還是利用核磁共振技術與某一規定大小的離心力離心實驗結合確定可動流體T2截止值，都具有很強的經驗性。并且，鄂爾多斯盆地西南部長8儲層微觀孔隙結構復雜，巖石物性總體較差，平均孔隙度8.90%，平均滲透率0.75×10-3μm2，屬于低孔、超低滲透儲層。為了更好地進行超低滲透儲層分類評價，有必要對盆地西南部長8超低滲砂巖儲層的T2截止值進行研究。

2 實驗步驟

2.1 實驗準備

將實驗巖心洗油、烘干，測量長度、直徑和密度；測量氣測孔隙度、氣測滲透率；抽真空飽和鹽水，利用濕重與干重差計算水測孔隙度(表1)。

2.2 最佳離心力的標定

采用氣水離心實驗確定T2截止值時，離心力大小的標定至關重要。最初，國外學者都以100 psi作為砂巖的最佳離心力來進行離心實驗，D.Logan等人選取100 psi作為最佳離心力對美國Delaware砂巖巖心進行了離心實驗[16]。之后，Rahul Dastidar等人將離心力從0 psi逐步增加到120 psi來標定最佳離心力，確定100 psi為砂巖巖心最佳離心力[17]。Keh-Jim Dunn等人對13個區塊91個低滲碎屑巖樣品進行了離心，離心力從50 psi逐步增加到400 psi，確定最佳離心力大于或接近400psi[18]。但以上研究都是基于國外海相沉積砂巖，不一定適用于國內復雜的陸相沉積砂巖。楊平、郭和坤等人對長慶超低滲砂巖使用0.138、0.276、0.689、1.38、2.07、2.76 MPa離心力進行最佳離心力的標定，認為長慶超低滲砂巖巖樣最佳離心力為2.07 MPa[19]。但由于超低滲儲層可動流體百分數較低，用兩次離心后巖心內含水飽和度的減少量在3%以內作為標定最佳離心力的評判標準不夠精確，所以有必要對盆地西南部長8超低滲砂巖巖心的最佳離心力進行重新標定。

表1 巖心常規測試及核磁共振分析結果

在前人研究的基礎上，本次實驗設計20、40、200、400 psi(即0.14、0.28、1.38、2.76 MPa)4組離心力對研究區典型超低滲巖心進行高速離心。當離心力從200 psi增大至400 psi，巖心含水飽和度的減少量為6.1%～11.68%，平均值9.33%，顯然200 psi不能作為本地區超低滲砂巖巖心核磁共振最佳離心力。選取盆地西南部長8代表性的5塊巖心對巖心含水飽和度與離心力的關系進行數據擬合，發現兩者呈很好的乘冪關系(圖1)，相關系數均高達0.99。利用以上擬合關系式，計算不同離心力下的含水飽和度，并與上一次離心后的含水飽和度做差，計算結果表明，450 psi離心力后與400 psi 離心后的差值在0.13%～1.71%之間，平均值為1.02%，故標定400 psi(2.76 MPa)為盆地西南部長8超低滲砂巖核磁共振最佳離心力。根據毛管力計算公式，400 psi離心力對應的喉道半徑大小約為0.05 μm，因此，儲層有效滲流喉道半徑的下限約為0.05 μm。

圖1 巖心離心力與含水飽和度擬合曲線

2.3 核磁共振測試

實驗用中石油勘探開發研究院廊坊分院開發研制的編號為RecCore-04型低磁場核磁共振巖樣分析儀，對巖心進行核磁共振T2譜測試。核磁共振實驗設置等待時間為5000 ms，回波間隔時間為0.6 ms，回波個數為1024，掃描次數為128。選取6塊代表性的超低滲巖心樣品在飽和水狀態下進行核磁共振T2測試，并反演計算出T2弛豫時間譜。然后分別進行20、40、200、400psi(即0.14、0.28、1.38、2.76 MPa)離心力測試并進行核磁共振測量，反演計算出T2弛豫時間譜，圖2是巖心標號為b168的巖心核磁共振T2譜。

圖2 巖心標號b168巖心核磁共振T2譜

3 實驗結果分析與討論

3.1 T2截止值的確定

國外通常采用孔隙度累加法確定T2截止值。其基本步驟是：首先將巖樣在飽和水狀態下進行核磁共振測量，對T2譜幅度累加，得到飽和水狀態下的孔隙度累加曲線；接著在最佳離心力離心后，進行核磁共振測量，對T2譜幅度累加，得到束縛水狀態下的孔隙度累加曲線。將這兩條曲線作于同一張圖上，從離心后T2譜累加孔隙度曲線最大值處作一條與時間軸平行的直線，該直線與飽和水狀態下T2譜孔隙度累加曲線有一個交點，經過該交點作一條平行于縱坐標的直線，該直線與弛豫時間軸的交點對應的T2值即該巖樣的T2截止值(圖3)。

圖3 孔隙度累加法確定巖樣T2,cutoff原理圖

根據我國行業標準《巖樣核磁共振參數實驗室測量規范》(SY/T6490-2000)，在最佳離心力離心后的巖心T2譜上計算累積孔隙度，再在全飽和巖心的T2譜上找一點，使其左邊累積孔隙度與最佳離心力離心后計算的累積孔隙度相等，該點對應的T2值即為T2截止值。對比國內外兩種計算T2截止值的方法，國外孔隙度累加法計算方法簡單易操作，但誤差較大；我國行業標準提供的計算方法更加嚴謹、精確，但兩種方法的實質是一樣的。按照我國行業標準提供的計算方法對盆地西南部長8儲層的6塊超低滲砂巖巖心分析得出，超低滲砂巖巖心T2截止值分布在4.18～23.14 ms，平均值為8.7 ms。前人推薦的長慶油田超低滲砂巖儲層T2截止值為12.47 ms[19]，已不適用于本地區超低滲砂巖儲層。盆地西南部長8儲層可采用8.7 ms作為參考的T2截止值。

對比前人研究成果發現，超低滲砂巖巖心T2截止值并不完全處于飽和水狀態下核磁共振T2譜雙峰間的最低點，而是靠近高峰的一側，說明經驗方法認為砂巖的T2截止值位于雙峰間最低點的觀點存在很大誤差。以b168巖心為例，按照我國行業標準計算得到的T2截止值為5.25 ms，而通過經驗估計得到的T2截止值約為10.8 ms，兩者相對誤差51.39%。說明利用經驗方法估算T2截止值已不適用于復雜的超低滲透砂巖儲層。

3.2 T2截止值與儲層物性參數的關系

超低滲透砂巖T2截止值隨地區和巖性的變化差異很大，為了得出同一地區相同巖性條件下超低滲透砂巖T2截止值與儲層物性參數的關系，建立區域性的T2截止值變化規律，可以通過常規室內實驗或測井方法獲得儲層物性參數并對該地區T2截止值進行一定精度的預測，獲得同一地區相同巖性儲層T2截止值隨深度的變化規律，從而使用變T2截止值模型對儲層做出解釋評價。

4 結論

(1)通過分析不同離心力下核磁共振T2譜含水飽和度的變化，標定鄂爾多斯盆地西南部長8超低滲砂巖儲層T2截止值的最佳離心力為2.76 MPa，儲層有效滲流喉道半徑的下限約為0.05 μm。

(2)根據我國行業標準提供的T2截止值計算方法，確定盆地西南部長8超低滲砂巖T2截止值分布在4.18～23.14 ms，平均值8.7 ms，因此推薦8.7 ms作為該地區參考的T2截止值。

(3)盆地西南部長8超低滲砂巖T2截止值與孔隙度的相關性并不理想，但與滲透率和最佳離心力滲透率具有很好的函數關系，利用這種函數關系，建立區域性的T2截止值變化規律，為預測鄂爾多斯盆地超低滲砂巖T2截止值、可動流體百分數和儲層可動用下限提供了科學依據。

圖4 巖心T2截止值與滲透率、孔隙度及關系

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編輯：李金華

1673-8217(2015)05-0128-04

2015-04-23

閆子旺，1990年生，2012年畢業于中國石油大學(華東)石油工程專業，在讀碩士研究生，研究方向：油氣田開發理論與系統工程。

中國石油大學(北京)科研基金(KYJJ2012-02-46)；國家科技重大專項(2011ZX05013-006)資助。

TE125

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