巖樣滲透性核磁共振實(shí)驗(yàn)分析

鄧鑰

根據(jù)巖石核磁共振橫向馳豫譜分布特征，采用孔隙分割原則，將核磁共振累積曲線劃分三段式，確定巖樣的小孔、中間過渡孔和大孔分布。大孔隙對巖石滲透性有貢獻(xiàn)，而過渡孔有部分貢獻(xiàn)，小孔則無貢獻(xiàn)，依據(jù)相關(guān)性最佳原則確定過渡孔的權(quán)重系數(shù)，進(jìn)而得到有效孔隙度與滲透率關(guān)系模型。利用該模型確定巖石滲透率，并與經(jīng)典Coates模型對比，表明其滲透率計(jì)算精度較高。

砂巖核磁共振有效孔隙度滲透率一、引言

巖石滲透性決定了該地層是否具有流體儲(chǔ)集能力，其大小用滲透率表征。巖石為多孔介質(zhì)，它對流體的滲透能力取決于孔隙大小和分布特征。目前，由于核磁共振（NMR）橫向馳豫信號反映了巖石的孔隙結(jié)構(gòu)特征，因此在確定巖石的滲透性方面具有一定優(yōu)勢。經(jīng)典的SDR模型是基于T2幾何平均值與滲透率的關(guān)系，Coates模型則認(rèn)為滲透率與可動(dòng)流體與不可動(dòng)流體的比值有關(guān)。本文以巖石核磁共振實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，基于分段分形原理，依據(jù)核磁共振T2譜，將樣品孔隙劃分為小、中（過渡）、大孔隙三部分，設(shè)置最佳權(quán)重系數(shù)確定對滲透性有貢獻(xiàn)的有效孔隙，進(jìn)而確定樣品的滲透率。

二、核磁實(shí)驗(yàn)測量

1.樣品預(yù)處理

選取滲透性砂巖樣品30塊，對樣品進(jìn)行切磨、洗油、洗鹽、烘干等預(yù)處理，利用STY-2型氣體滲透率測量儀測量樣品的滲透率，用于實(shí)驗(yàn)對比。再對巖樣加壓飽和特定濃度的NaCl水溶液，將飽含水樣品放在裝有飽和用鹽溶液的容器瓶中，靜置48小時(shí)后待用。

2.實(shí)驗(yàn)過程

利用紐邁生產(chǎn)主頻為2MHz的核磁共振信號分析儀，進(jìn)行飽含水巖樣核磁共振橫向弛豫信號的測量。在恒溫25℃測量環(huán)境下，儀器標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)設(shè)定為：等待時(shí)間為6000ms，疊加次數(shù)為128次，回波個(gè)數(shù)為4096，回波間隔為0.37ms，利用SIRT反演方法進(jìn)行T2譜反演。

3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)得到巖石的核磁共振橫向馳豫T2譜如圖1，藍(lán)色方塊為巖石的橫向馳豫T2分布與孔隙度分量關(guān)系，黑色方塊為T2譜的累積曲線，其中，T2值越小，對應(yīng)孔隙的尺度越小。結(jié)果顯示，本實(shí)驗(yàn)巖樣的核磁共振T2譜主要呈現(xiàn)雙峰特征，如左峰偏大，預(yù)示巖樣的小孔隙較發(fā)育；核磁共振累計(jì)曲線顯示為非線性，但可以近似表示為多段線性組合分布，因此，核磁共振橫向馳豫譜具有分段分形特征。

三、巖石滲透性分析

1.基于核磁共振T2譜的孔隙度尺度劃分

以某巖樣為例，如圖2，在雙對數(shù)坐標(biāo)系下，核磁共振累積曲線Sv與T2為3段線性組合關(guān)系，每段的斜率反映了孔隙的非均質(zhì)性，其大小與孔隙尺度有關(guān)。分別確定三段的線性方程，聯(lián)立求得兩個(gè)交點(diǎn)，以交點(diǎn)為分界值，將T2譜劃分為三部分，分別對應(yīng)小孔、中間過渡孔和大孔，分別對應(yīng)圖中的S1、S2和S3。其中，S1即為不具有滲流能力的小孔隙，S2為具有部分滲流能力的中間過渡孔隙，S3則為具有滲透性的較大孔隙。

2.巖樣滲透率的確定方法

基于核磁共振T2譜對巖樣孔隙的劃分，對巖石滲透性有貢獻(xiàn)的有效孔隙（Se）可表示為：

Se=f·S2+S3（1）

式中，f為權(quán)重系數(shù)。其確定方法是將改變f，得到Se與滲透率（K）的關(guān)系，根據(jù)相關(guān)性最佳原則選取f。權(quán)重系數(shù)f與相關(guān)系數(shù)（R2）的關(guān)系如圖3，當(dāng)f=0.4時(shí)，R2取得極大值。因此，選取0.4為最佳權(quán)重系數(shù)，進(jìn)而分析f與滲透率關(guān)系，如圖4，二者為冪函數(shù)關(guān)系，

K=0.01175Se2.6946（2）

3.效果分析

利用式（3）確定樣品滲透率，并將其與經(jīng)典Coates模型確定的滲透率對比，如圖5，圖中縱坐標(biāo)為樣品氦氣法測量滲透率。結(jié)果顯示，相對于經(jīng)典Coates模型，本實(shí)驗(yàn)方法確定的滲透率精度有較大提高。

四、結(jié)論

（1）根據(jù)核磁共振T2譜的分形特征，可將實(shí)驗(yàn)樣品的孔隙進(jìn)行尺度劃分。

（2）準(zhǔn)確確定過渡孔隙的權(quán)重系數(shù)，有助于對滲透性有貢獻(xiàn)的有效孔隙的確定。

（3）基于孔隙尺度分形劃分有效孔隙，進(jìn)而確定核磁共振滲透率，其精度優(yōu)于經(jīng)典Coates模型，為利用核磁共振研究巖石滲透性提供了有益參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]常文會(huì)，趙永剛，華新軍.用核磁共振測井技術(shù)評價(jià)儲(chǔ)層滲透率特性[J].測井技術(shù)，2005，（06）：528-530.

[2]肖立志.核磁共振成像測井與巖石核磁共振及其應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，1998.