頁巖流體參數核磁共振實驗研究

陳云燕，李小越，孫婧榕

（1.中國石油化工股份有限公司華東分公司石油勘探開發研究院，江蘇南京 210000；2.泰州油恒油氣工程服務有限公司，江蘇泰州 225300）

頁巖流體參數核磁共振實驗研究

陳云燕1，李小越1，孫婧榕2

（1.中國石油化工股份有限公司華東分公司石油勘探開發研究院，江蘇南京 210000；2.泰州油恒油氣工程服務有限公司，江蘇泰州 225300）

以低磁場核磁共振巖心分析技術為主，系統研究了JY2井9塊頁巖巖心核磁共振T2譜響應特征、可動流體T2截止值、可動流體飽和度影響因素以及頁巖核磁孔隙度與常規孔隙度的差異。實驗結果表明，頁巖核磁共振T2譜呈左右峰連續分布的雙峰；可動流體T2截止值平均為6.90ms，小于致密砂巖儲層的T2截止值，可動流體飽和度與頁巖孔隙度滲透率相關性較差，以及核磁孔隙度與氣測孔隙度的差異。

頁巖；核磁共振；可動流體

頁巖氣一般以游離態、吸附態和溶解狀態賦存在頁巖孔隙中，是典型的“自生自儲”系統。與常規砂巖儲層相比，頁巖氣儲層巖性極為致密，孔隙度和滲透率極低，儲層既發育亞微米、納米級的基質孔隙，同時也發育有孔徑相對較大的裂縫[2]。使用一些常規實驗測試方法分析頁巖時，實驗效率不高或實驗結果誤差較大。核磁共振實驗通過檢測頁巖儲層孔隙流體中氫質子的核磁共振信號，可直接測量巖石孔隙中的流體特性，從而獲得儲層有效孔隙度、滲透率、可動流體飽和度和束縛流體飽和度等地質參數。目前，核磁共振巖芯實驗在砂巖儲層中應用較多，但在頁巖氣藏開發中還處在探索階段。

1 實驗方法

實驗共選取了9塊來自JY2井的頁巖巖心進行核磁共振實驗。實驗采用中國石油勘探開發研究院廊坊分院研制的RecCore2500型低磁場核磁共振巖樣分析儀。核磁共振實驗中設置等待時間Tw為2 000ms，回波間隔時間TE為0.6ms，回波個數NE為1 024，掃描次數SCAN為64。離心實驗采用LXJ-ⅡB型離心機，在4 000r/min離心力下離心，然后進行核磁共振實驗。實驗步驟按照行業標準《巖樣核磁共振參數實驗室測量規范》（SY/T6490—2000）來執行。

2 巖心核磁共振響應特征

2.1 頁巖核磁共振T2譜

通過實驗對JY2井9塊巖心樣品進行測試，圖1為9塊巖心飽和水狀態下的核磁共振T2譜，橫坐標為橫向弛豫時間T2，反映流體受巖心孔隙表面作用力的大小，縱坐標表示巖心不同弛豫時間組分占有的份額。較大孔隙對應的弛豫時間較長，較小孔隙對應的弛豫時間較短，弛豫時間譜在油層物理上的含義為巖心中不同大小的孔隙占總孔隙的比例。由測試結果來看，JY2井9塊樣品的飽和態T2譜都是左右峰連續分布的雙峰，樣品44、54、58、60、68第一個峰分布在0.1~10ms，其余樣品第一個峰分布在10~100ms。除了樣品60、68外，其他樣品左峰分布較寬，核磁信號幅度較大，這說明微小孔較為發育。樣品44、58、60、68具有較高的右峰，說明這些樣品的大孔隙也很發育。如圖2所示，以樣品60為例，經過掃描電鏡觀察，微孔隙、微裂縫較為發育[6-9]。

圖1 9塊巖心飽和水狀態下的核磁共振T2譜

圖2 樣品60掃描電鏡分析圖

2.2 核磁共振T2截止值

T2截止值是核磁共振測試巖心流體用的重要參數，是區分核磁共振飽和水狀態T2譜上可動流體和束縛流體的界線，T2截止值的右側為可動流體，左側為束縛流體。由圖3可以看出，樣品44頁巖巖心經過離心后，核磁共振譜中右峰消失，左峰基本沒有變化，即較大孔隙中的流體被離心出來，小孔隙中的流體沒有被離心出來這說明微小孔隙連通性差，微小孔中束縛水不能夠通過離心實驗離出；而微裂縫的連通性好，利于流體的運移。9塊巖心經過離心實驗測定后的T2截止值為4.64~18.00ms，平均為6.90ms。頁巖可動流體T2截止值低于致密砂巖的T2截止值。

圖3 樣品44離心前后核磁共振T2譜

2.3 可動流體飽和度

核磁共振T2譜上弛豫時間大于T2截止值的這部分流體處于自由狀態，就是可動流體；弛豫時間小于T2截止值的這部分流體處于束縛狀態，就是束縛流體。9塊巖心樣品可動流體飽和度在18.75%~64.60%，平均42.60%，束縛流體飽和度35.40%~81.25%，平均57.40%。

2.3.1 可動流體飽和度與物性的關系

9塊巖心氣測孔隙度為0.10%~0.75%之間，平均0.38%，滲透率在（0.184 6~0.448 9）×10-6μm2（即μD），平均為0.307 3× 10-6μm2。從圖4中可以看到，孔隙度與滲透率之間相關性很差，說明JY2井頁巖的滲流能力與孔隙增加關系不大。這是由于頁巖孔隙由有機物質內孔隙、化石孔隙、礦物內孔隙及微裂縫孔隙等組成，孔隙之間的連通性相對較差，該類儲層孔隙度與滲透率之間并不具有同比例增長關系。但對于裂縫、微裂縫發育儲層，由于流體在裂縫中的滲流阻力較小，裂縫、微裂縫發育對儲層滲透率的貢獻很大，因此該類儲層雖然孔隙度較小但卻具有較高的滲透率。

圖4 9塊頁巖巖心孔隙度與滲透率之間關系

可動流體飽和度與孔隙度、滲透率之間的相關關系見圖5?？蓜恿黧w飽和度與孔隙度的相關系數為0.0129，相關性很差，但總體而言，可動流體飽和度隨著孔隙度的增加而增加?？蓜恿黧w飽和度與滲透率的相關系數為0.211 9，高于與孔隙度的相關系數，相關性依然很差，但總體而言，可動流體飽和度隨著滲透率的增加而增加。可以看出，可動流體飽和度并不完全與孔隙度、滲透率有關，有些孔隙度和滲透率低的頁巖可動流體飽和度反而較高。這可能與頁巖孔隙中的封閉孔、微裂縫有關。因此，相對于孔隙度和滲透率，可動流體飽和度可以更好的表征頁巖儲層物性特征。

2.3.2 可動流體與裂縫/微裂縫的關系

將T2弛豫時間大于10ms各點的T2譜幅度和占T2譜總幅度和的百分數定義為裂縫/微裂縫百分數[11]。9塊頁巖巖心裂縫/微裂縫百分數為13.05%~56.02%之間，平均35.72%。從圖6中可以看出，可動流體飽和度與裂縫/微裂縫百分數的呈正相關，可動流體隨裂縫/微裂縫的增加而增加，相關性明顯高于孔隙度、滲透率的相關性。

圖5 可動流體飽和度與孔隙度、滲透率之間的相關關系

圖6 可動流體飽和度與裂縫/微裂縫百分數關系

2.4 核磁孔隙度

JY2井9塊巖心核磁孔隙度為0.42%~1.27%，平均0.74%；氣測孔隙度為0.10%~0.75%，平均0.38%。從圖7中可以看出，采用兩種方法測得的頁巖孔隙度差異明顯，核磁孔隙度高于氣測孔隙度。核磁孔隙度偏大的原因是受黏土礦物蒙脫石含有大量層間水影響，頁巖巖心初始狀態具有核磁信號。氣測孔隙度偏小的是因為頁巖發育大量納米級微孔隙，具有較強的吸附能力，容易吸附空氣中的氧氣和氮氣分子而堵塞，使測量氣體不能完全充填頁巖的微孔隙。

圖7 9塊頁巖巖心的不同孔隙度

3 結論

使用低磁場核磁共振巖心分析儀，研究了JY2井9塊頁巖巖心核磁共振T2譜響應特征、可動流體T2截止值、可動流體飽和度影響因素以及頁巖核磁孔隙度與常規孔隙度的差異。實驗結果表明：

1）JY2井9塊頁巖巖心核磁共振T2譜呈左右峰連續分布的雙峰；

2）可動流體T2截止值平均為6.90ms，小于致密砂巖儲層的T2截止值；

3）可動流體飽和度與頁巖孔隙度滲透率相關性較差，與裂縫/微裂縫相關性很好；

4）核磁孔隙度受黏土礦物的影響，比氣測孔隙度高。

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Experimental Study on Fluid Parameters of Shale Fluid

Chen Yun-yan，Li Xiao-yue，Sun Jing-rong

In this paper，the core magnetic resonance T2spectrum response characteristics of 9 shale cores in JY2 well，the T2cutoff value of movable fluid，the influencing factors of movable fluid saturation and the porosity of the shale are studied systematically. Degree and Conventional Porosity.The experimental results show that the T2NMR of the shale is the double peak of the left and right peaks.The T2cutoff value of the movable fluid is 6.90ms，which is smaller than the T2cutoff value of the compact sandstone reservoir，the fluid saturation and shale porosity Permeability correlation is poor，and the difference between nuclear magnetic porosity and gas measurement porosity.

shale；nuclear magnetic resonance；movable fluid

P618.13

A

1003–6490（2017）05–0133–03

2017–04–05

陳云燕（1987—），女，江蘇揚州人，助理工程師，主要從事地質實驗工作。