巖石儲集物性的核磁共振技術(shù)研究

O羅興發(fā)（貴州省煤田地質(zhì)局實驗室 貴州 550008）

巖石儲集物性的核磁共振技術(shù)研究

O羅興發(fā)
（貴州省煤田地質(zhì)局實驗室 貴州 550008）

在實驗室條件下利用MesoMR23-060H型低場核磁共振巖心分析儀以及巖心核磁共振解釋分析軟件對貴州各類巖性的大量巖心開展了巖心核磁孔隙度、滲透率、束縛流體飽和度實驗研究，總結(jié)建立了貴州巖石核磁孔隙度、滲透率、束縛水飽和度等的儲層參數(shù)的解釋模型。實驗研究了順磁離子對巖石核磁響應(yīng)的影響，對比了巖屑與完整巖心的核磁響應(yīng)，表明利用巖屑也可以實現(xiàn)巖石孔滲參數(shù)的測量。

巖心實驗研究；核磁共振；儲層參數(shù)；影響

室內(nèi)2MHz低場巖石核磁共振實驗測量原理與響應(yīng)特征與現(xiàn)場核磁共振測井基本相同或相近，因此開展低場條件下的巖石核磁共振實驗研究對提高核磁測井應(yīng)用效果具有重要意義。本文在MesoMR23-060H型低場核磁共振實驗分析儀上對貴州各類巖性的大量巖心利用巖心核磁實驗解釋分析軟件開展了各種項目的實驗分析研究，發(fā)現(xiàn)、總結(jié)了一些對提高核磁測井解釋評價儲層性質(zhì)的效果具有指導(dǎo)意義的規(guī)律、經(jīng)驗，提高了核磁測井應(yīng)用效果。

1.巖石核磁孔隙度測量及其影響因素

分別采用0．35、0．6、0．9、1．2ms四種常用的回波間隔測量了各種碎屑巖巖心的核磁共振孔隙度，并與巖心氣測孔隙度進(jìn)行了對比。實驗表明，巖石核磁孔隙度受多種因素影響，其中回波間隔的選擇至關(guān)重要。對大量泥巖的實驗測量表明，粘土泥質(zhì)束縛水的T2弛豫時間很短，通常在2ms以下，因此在保證巖石流體充分極化的前提下，巖石核磁孔隙度隨著回波間隔的增大而減小，其減小的程度與巖石粘土泥質(zhì)含量的多少有關(guān)；粘土泥質(zhì)含量越高，核磁孔隙度減小的程度越大；粘土泥質(zhì)含量越低，所測量的核磁孔隙度越接近巖石的氣測總孔隙度。實驗表明，在回波間隔為0．35ms時，測量的核磁孔隙度為巖石的真實孔隙度，二者相關(guān)系數(shù)高達(dá)0．96，平均誤差僅為0．53個孔隙度，隨著所選回波間隔的增大所測核磁孔隙度與巖心真實孔隙度的偏差也隨著增大，這主要是由于回波間隔增大，核磁測量探測不到巖石中衰減較快的粘土泥質(zhì)吸附束縛水信號的緣故。因此在核磁測井中，核磁測井孔隙度與地層真實孔隙度的偏差與地層粘土泥質(zhì)含量有關(guān)，地層孔隙度的測量選擇回波間隔越小越好，對于最小回波間隔為0．6ms核磁測井孔隙度，在地層粘土含量低到中等條件下，基本能夠反映地層的真實總孔隙度。利用核磁測量可以劃分巖石中不同類型的孔隙度，如總孔隙度、粘土孔隙度、毛管束縛水孔隙度、有效孔隙度等等。除了上述影響因素外，巖石中順磁離子的含量較高時也會降低所測量的核磁孔隙度。

2.順磁離子對核磁響應(yīng)的影響及其應(yīng)用

在核磁測井應(yīng)用中巖石中順磁離子的存在會極大地影響核磁測井資料的解釋結(jié)果，因此采用巖心實驗的方法開展順磁離子在巖石中的擴散規(guī)律及其對自由流體、巖心中飽和流體的核磁響應(yīng)的影響規(guī)律的研究具有重要的實際應(yīng)用價值。

常見的順磁離子有銅、鐵、鉻、錳等離子，其中MnCL2試劑是目前我們實驗室所具備的一種常見的核磁弛豫試劑，在本次研究中我們以MnCL2試劑作為核磁測量的弛豫添加劑，考查了不同濃度的Mn2+離子對自由流體、飽和巖心的核磁響應(yīng)的影響。

Mn2+離子添加劑的濃度即使很小也會對水分子中的氫核的磁共振特性產(chǎn)生較大的影響，使水的弛豫衰減加快，信號幅度明顯降低，T2弛豫譜向弛豫時間短的方向移動。當(dāng)Mn2+離子添加劑的濃度達(dá)到2000ppm時，水相的T2弛豫時間小于10ms，而Mn2+離子對油相的磁共振特性的影響卻很小，添加Mn2+離子前后油相的T2譜幾乎沒有變化。

圖2-2給出了一塊飽和水巖心在不同濃度（200、500、800、2000ppm）MnCL2鹽水溶液中浸泡不同時間后的T2弛豫時間譜的變化。

實驗表明順磁物質(zhì)對巖心中流體的T2弛豫影響很復(fù)雜，也很明顯，其總體效果是使流體核磁衰減明顯加快，T2譜向短T2方向移動。研究表明Mn2+離子首先通過滲吸擴散到巖心的可動流體孔隙，巖心的可動峰逐漸降低，直至基本消失，表明巖石中大中孔隙中的Mn2+離子濃度達(dá)到外部溶液的離子濃度，而Mn2+離子擴散進(jìn)入巖石的微小孔隙所需的時間則較長。Mn2+離子使不同巖心中可動流體譜峰消失所需的時間在低濃度下比高濃度長；在濃度相近的條件下Mn2+離子擴散到各種巖石中所需時間大致相同。

實驗表明順磁離子的存在會加快水相流體的弛豫過程，這一特點可以用來測量巖心的含油飽和度，也證明其在提高核磁測井識別油氣層中的應(yīng)用潛力。

3.巖屑與巖心核磁測量信號的對比

從鉆井取心鉆取巖心實驗用的巖樣費用較高，時間較長，如果能用鉆井過程中獲得的巖屑直接進(jìn)行實驗測量，獲取地層孔隙度、滲透率等信息，這對油氣勘探開發(fā)將是十分有意義的。由于磁共振是直接測量巖石樣品中流體的分布，在測試中無需加壓和進(jìn)行其他處理，而且不要求樣品的幾何形狀規(guī)則。因此我們可以用形狀、大小不規(guī)則的巖屑進(jìn)行磁共振實驗分析，獲取地層巖石的孔、滲、飽等參數(shù)。

實驗中首先對從鉆井取心上鉆取的規(guī)則的圓柱狀巖樣進(jìn)行磁共振測量，然后將巖樣打碎成指頭大小的大小不一的巖屑，對巖屑再進(jìn)行一次磁共振測量，將兩次的測量結(jié)果進(jìn)行對比，如圖3-1所示（圖中帶點的為完整巖心的T2譜，不帶點的為相應(yīng)巖心打碎成巖屑后測量的T2譜）。表1給出了圖3-1中幾塊巖心與相應(yīng)巖屑的核磁共振測量結(jié)果的對比統(tǒng)計。

實驗結(jié)果表明，完整巖樣與巖屑的磁共振響應(yīng)特性沒有明顯的變化，我們可以利用巖屑進(jìn)行基礎(chǔ)的核磁實驗分析，獲取巖石的孔隙度（總孔隙度、有效孔隙度、粘土孔隙度等）、滲透率、可動流體含量等重要的儲集參數(shù)信息，從而拓寬了利用巖石核磁共振實驗分析獲取儲層參數(shù)的樣品來源范圍，并降低了費用成本。

4.結(jié)論

通過大量巖石核磁實驗測量數(shù)據(jù)與常規(guī)實驗室物性參數(shù)測量數(shù)據(jù)之間的相關(guān)對比研究表明可以用核磁實驗測量技術(shù)來研究巖石的儲層物性參數(shù)及其變化特征。并針對貴州地區(qū)特點建立總結(jié)了利用核磁共振技術(shù)測量巖石儲集參數(shù)的一些規(guī)律及解釋模型，為貴州核磁共振測井技術(shù)的推廣應(yīng)用提供了重要支持。

Nuclear Magnetic Resonance Technology Research of Rock Reservoir Nature

Luo Xingfa
（Guizhou Coal Field Geological Laboratory, Guizhou, 550008）

Under the condition of laboratory, make use of MesoMR23-060H type Low fi eld nuclear magnetic resonance core analyzer and core nuclear magnetic resonance ( NMR ) analysis and explanation software to take large number of experimental study of core MPHS , permeability and irreducible fl uid saturation experiment for various rocks characteristics in Guizhou province, and summarize and establish the interpretation models of core MPHS , permeability and irreducible fl uid saturation experiment for various rocks characteristics in Guizhou province. The experiment takes research of the infl uence on rock nuclear magnetic response of paramagnetic ions and compares the magnetic response of rock debris and complete core, which shows that using rock debris can also achieve the measurement of rock permeability parameter.

core experiment research；nuclear magnetic resonance；reservoir parameter；infl uence

圖1 Mn++離子對油水相T2弛豫時間的影響

圖2 Mn++離子對飽和水巖心的T2譜的影響

圖3-1 不同巖性的巖心與巖屑磁共振響應(yīng)對比

圖3-2 不同巖性的巖心與巖屑磁共振響應(yīng)對比

表1 完整巖心與巖屑的核磁共振T2 測量對比

圖3-3 不同巖性的巖心與巖屑磁共振響應(yīng)對比

圖3-4 不同巖性的巖心與巖屑磁共振響應(yīng)對比

圖3-5 不同巖性的巖心與巖屑磁共振響應(yīng)對比

圖3-6 不同巖性的巖心與巖屑磁共振響應(yīng)對比

T< class="emphasis_bold">文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

A

羅興發(fā)（1982～），男，貴州省煤田地質(zhì)局實驗室，研究方向：巖礦測試。