致密砂巖儲層核磁共振T2譜分析研究

張曉

（西安石油大學，陜西西安710065）

致密砂巖儲層核磁共振T2譜分析研究

張曉

（西安石油大學，陜西西安710065）

為了分析巖石孔隙中流體分布，使用核磁共振（NMR）儀器對致密砂巖儲層不同井位巖心進行了測量，得到T2譜分布。核磁共振（NMR）T2譜可較為直觀的反映巖石孔隙中流體分布。實驗結果表明，樣品T2截止值較小，并且其T2譜分布主要為雙峰，橫坐標表示橫向弛豫時間，橫向弛豫時間對應孔隙的大小，1 ms~10 ms對應小孔隙，10 ms~100 ms對應的中等孔隙，100 ms以上對應大孔隙。小孔隙中的流體由于毛管力作用導致流體不可流動，也就是所謂的束縛流體，而大中孔隙中流體可以在驅動力作用下流動也就是常說的可動流體。

T2譜；可動流體分布；可動流體飽和度

核磁共振最早是應用于醫療診斷、分子波譜等領域。而在20世紀90年代，核磁共振（NMR）技術被引入石油測井行業，可以利用它來區分可動流體和不可動流體，從而形成了一種新的測井方法，使得測井技術取得了階段性的進步，在石油勘探開發領域得到了廣泛應用[1-3]。總的來說，NMR技術特點是快速、無損，該技術在石油行業內的應用主要分為兩個方面：（1）應用于核磁測井和解釋評價，（2）應用于低場核磁共振室內巖心分析。現代核磁共振測井技術為油層解釋評價提供了一種新的方法和理論，并且提高了其評價的精度[4-7]。目前，NMR巖心分析技術和核磁共振測井技術已經發展成為非常重要的測量手段，在核磁測井資料的收集處理、解釋分析及應用實施方面得到了充分的發揮，利用核磁共振巖心分析技術可較為直觀的評價巖心的孔隙結構和孔隙中可動流體的分布及含量[8-10]。

1 核磁共振基本原理

從分子角度來講，原子核具有凈磁矩和角動量（或自旋）。當原子核位于一個磁場中時，原子核會被磁場磁化并對射頻作出響應，圍繞外磁場的方向進動，所謂進動是指當自旋物體受力矩作用沿著垂直于力矩的方向的運動，這就是核磁共振的定義。當原子核的中子數和質子數有一項或兩者均為奇數時，就能產生一個能夠檢測到的核磁共振信號。如氫核1H，碳13C，氮14N等。其中氫核1H為大部分核磁共振技術檢測的基礎，原因是其含量豐富，大部分檢測物質都有氫核的存在，特點是靈敏度較高、磁矩較大、信號較強。

核磁共振是指某些具有自旋磁矩的原子核處于一個均勻的靜磁場中時，若再施加一個射頻場，原子核吸收特定的電磁波，從而能量狀態發生改變，在測量結束撤掉磁場后，能接收到一個幅度隨時間變化的且呈指數函數遞減的一串衰減信號，這就是核磁共振的理論基礎，一般T2譜來表征該信號的衰減幅度，可用下式表示：

其中：T2－巖心的橫向弛豫時間，μs；-流體的體積橫向弛豫時間，μs；ρ-巖心表面弛豫強度常數，（10-7rad·S-1·T-1）；-巖石孔隙比表面，cm-1。

由實驗測試結果可以看出，體積橫向弛豫時間一般較大，基本都＞3 000 μs，所以在公式中可忽略不計，所以有：。其中，若假設孔隙是由理想球體組成的，其中：S=4πr2，，r為毛管半徑，μm，其比表面；假設孔隙是理想圓柱體組成的，S=2πr2， V=πr3，其比表面，r為毛管半徑，μm。

儲層巖石孔隙是由多孔介質中不同孔隙組成的，孔隙差異性導致測量結果存在多種指數衰減信號，總的核磁弛豫信號是不同孔隙弛豫時間的疊加，可以用下式描述：

在測得信號衰減疊加曲線以后可利用數學方法計算得出不同弛豫時間的流體所占比例，即為核磁共振T2時間譜。孔道大小可用流體的弛豫時間來表示，弛豫時間不同反應出孔道大小不一樣，弛豫時間越大表示孔道越大，反之表示孔道越小。

2 實驗步驟

（1）鉆取直徑2.5 cm，長度4 cm左右的巖心樣品，洗油后烘干，測氣測滲透率。

（2）配制模擬地層水。

（3）抽真空飽和模擬地層水，測試核磁共振T2譜。

（4）讓巖心放入離心機中，以8 000 r/min的轉速離心3 h，測核磁共振T2譜。

3 試驗樣品信息與結果

實驗樣品來自致密砂巖儲層不同井的4塊巖心進行了核磁共振測試，實驗樣品（見表1），孔隙度最大為10.93%，最小的為2.08%，平均為4.991%，從滲透率來看，樣品屬于低孔、低滲巖樣。

表1 不同巖心核磁共振測試結果

四塊巖心飽和水模擬地層水后測的核磁共振T2譜（見圖1），四塊巖心離心前后核磁共振T2譜分布圖（見圖2）。從圖1可以看出四塊巖心都呈現雙峰狀態，T2截止值平均值在7.674左右，在常規砂巖儲層的T2譜截止值經驗范圍中偏小，根據經驗判斷，左峰表示孔隙中不可動流體的幅度，右峰代表可動流體，在T2譜中橫坐標位于7.674 ms右側的點的幅度占T2譜全部點幅度的百分比即可動流體飽和度，另外，定義孔隙度和可動流體飽和度的乘積為可動流體孔隙度。從圖2可以看出，T2譜分布主要呈現雙峰結構，一般情況下，通過離心后右峰應基本消失，但也不會完全消失，左峰變化微弱，這是由于離心力作用一部分連通的小孔隙中的流體被甩出，造成左峰輕微減小或微小偏移。另外，中大孔隙中的流體在離心力的作用下運移過程中會被小孔隙卡住不會被離心出來，在離心結束后測試過程中凝結成水滴表現為可動流體，從而使得離心后右峰不會完全消失。從本次實驗所用樣品的四塊巖心來看，可動流體飽和度介于17%~73%，可動流體孔隙度介于0.35%~7.97%。一般認為樣品物性越好，特別是樣品滲透率越高，可動流體參數一般都會有增加的趨勢，但由表1可以看出，滲透率和可動流體飽和度不是完全的正比關系，滲透率低的巖心也有可動流體飽和度比較高的情況，比如實驗樣品中的14號樣品；而滲透率較高的巖心可動流體不見得比低滲透率巖心可動流體飽和度高，比如實驗樣品中的10號樣品。這說明，對于致密砂巖儲層，可動流體的影響因素比較復雜，不完全受孔隙度和滲透率的影響。

圖1 核磁共振T2譜－飽和模擬地層水

圖2 不同巖心離心前后核磁共振T2譜

結論：（1）核磁共振T2譜可較為直觀的表示巖心孔隙中流體分布，對應在T2譜橫坐標上，0.1 ms~1 ms表示微孔隙，1 ms~10 ms表示小孔隙，10 ms~100 ms表示中孔隙，100 ms以上表示大孔隙。

（2）T2譜圖呈雙峰狀態，左峰表示孔隙中不可流動的束縛流體，右峰表示孔隙中可動流體。

（3）致密砂巖的T2截止值較小，可動流體飽和度影響因素復雜，不完全受樣品物性的影響。

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The T2spectrum analysis of tight sandstone reservoir

ZHANG Xiao
（Xi'an Shiyou University，Xi'an Shanxi 710065，China）

In order to analyze the fluid distribution in rock pores,using Nuclear Magnetic Resonance（NMR）instrument to measure different cores of the tight sandstone reservoir to get T2spectrum distribution.The T2spectrum can reflect the fluid distribution in rock pores more directly.The experimental results show that the T2cutoff value is smaller and its T2spectrum distribution mainly in double peak and the horizontal coordinate represents the abscissa transverse relaxation time.Transverse relaxation time corresponding pores size,1 ms~ 10 ms corresponding small pores,10 ms~100 ms corresponding medium pores,more than 100 ms corresponding large pores.Irreducible fluid means that can't flow because of capillary pressure,movable fluid means that fluid can flow because of the driving force.

T2spectrum；movable fluid distribution；movable fluid saturation

TE132.14

A

1673-5285（2017）02-0085-04

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.02.020

2016－12-18