核磁共振測量孔隙結構實驗研究

劉 學

(東北石油大學提高油氣采收率教育部重點實驗室 黑龍江 大慶 163318)

核磁共振測量孔隙結構實驗研究

劉 學

(東北石油大學提高油氣采收率教育部重點實驗室 黑龍江 大慶 163318)

隨著油田的不斷開發，儲層中巖石的物性也在不斷變化，影響著下一步的油田開發，因此了解巖心變好或變差顯得尤為重要。巖石物性的變化與儲層巖石礦物學特征、儲層流體性質、注入的流體性質和多少以及地面的工藝措施等諸多因素有關。本文利用核磁共振技術，對于現場天然巖心進行長期驅替實驗，并在驅替過程中改變其驅替速度，觀察在驅替速度逐漸增大的過程中儲層巖石孔隙變化情況，進一步加深儲層物性變化的認識。為下一步剩余油的挖潛提供指導。

核磁共振；水驅；孔隙結構；剩余油

在注水開發過程中，儲層水洗后結構發生的變化是由于注入的流體與原始地層發生了各種作用，從而改變了原有的性質，其中儲層巖石礦物學特征是影響和決定儲層變化的重要內因之一，其次就是儲層流體的性質，即注入的流體性質和多少以及地面的工藝措施等是引起儲層變化的外部因素。儲層巖石的成巖作用、礦物組成、粒度中值、粘土礦物的成分等儲層特征都決定著儲層水洗后的變化方向，而儲層流體的成分、粘度、溫度以及壓力等決定著變化的大小。

一、核磁共振測試原理

核磁共振現象是磁性核子對外加磁場的一種物理響應[1,2]。所有含奇數個核子以及偶數個核子但原子序數為奇數的原子核，都具有磁動量。在靜磁場中，磁性核子沿磁場方向排列[3-5]。當有干擾使之偏離磁場方向時，其會沿磁場方向進動。若沿垂直方向加一交變電磁場，且頻率與某一核子共振頻率相同，該類核子就會發生核磁共振現象，沿新磁場方向排列[6]。去掉交變磁場后，該類核子又會以進動方式向靜磁場方向趨近，此時可以探測該類核子信息。核磁共振測量的是H1發生核磁共振后自由進動過程的衰減時間和振幅[7]。振幅信息與H1的數量成正比，通過刻度可以獲得地層的孔隙度信息。衰減時間又被稱為弛豫時間。核磁共振中有2種作用機制不同的弛豫，分別為縱向弛豫和橫向弛豫。弛豫速度由巖石物性和流體特征決定。對于同一種流體，弛豫速度只取決于巖石物性。雖然縱向弛豫時間T1和橫向弛豫時間T2均反映巖石物性和流體特征，但T1弛豫時間測量較費時間，現代核磁共振通常測量T2弛豫時間[8]。儀器所測原始數據為自旋回波串，是多種橫向弛豫分量共同貢獻的結果，通過多指數反演，可以轉換為T2分布。

二、核磁共振測量室內長期水驅實驗不同狀態下的T2譜

實驗所取巖心為大慶油田取心井所取的水驅后的天然巖心，洗油烘干后進行實驗。巖心號為13號，氣測滲透率為92.4×10-3μm2，孔隙度為17.42%，孔隙體積4.13cm3。

實驗步驟：①實驗前巖心切至5cm左右，110℃烘干；測巖心長度、直徑后測巖心常規孔隙度、滲透率及巖石視密度；巖心抽真空加壓飽和地層水；測巖心飽和水狀態下核磁，核磁文件名為“飽和水狀態”；②長期用水驅替巖心，首先用驅替速度為0.1mL/min，共驅替約28PV，驅替到0.2、0.5、1、2、4、7、11、16、28PV時測巖心該狀態下核磁，核磁標號分別為狀態2-10；③28PV后，改用驅替速度0.2mL/min，共驅替約5PV，驅替0.2、0.5、1、2、3、5PV后測巖心該狀態下核磁，核磁標號分別為11-16，此時共驅替33個PV；④改用驅替速度0.4mL/min，共驅替約5PV，驅替0.5、1.5、3、5PV后測巖心該狀態下核磁，核磁標號分別為狀態17-20，此時共驅替38個PV；⑤改用驅替速度0.8mL/min，共驅替約5PV，驅替0.5、1.5、3、5PV后測巖心該狀態下核磁，核磁標號分別為狀態21-24。

三、實驗結果及分析

圖1 巖心長期水驅不同狀態下T2譜比較圖

圖1為天然巖心長期水驅不同狀態下核磁共振T2譜，狀態1、2、3、4分別為飽和水狀態、水驅速度為0.1ml/min驅替0.2PV、0.5PV、1PV時的T2譜曲線，從核磁共振測得長期水驅不同狀態下巖心的T2譜信號可以看出，驅替開始階段，由于巖心內粘土礦物膨脹，導致孔隙空間變小，狀態2、3、4分別比原孔隙減小了5.48%、8.06%、9.09%。其中，由于粘土礦物主要存在于較大孔隙中，細小喉道中含量較少，故主要是中大孔隙變小。

圖2 巖心長期水驅不同狀態下T2譜比較圖

隨著驅替PV數逐漸增加，由于受到大量水的沖刷，孔道逐漸變大，在30PV時達到最大。此時的驅替速度為0.2mL/min。而在驅替速度提到0.4mL/min以上時總孔隙信號反而又減小，圖2-12中狀態20、22分別為驅替速度為0.4mL/min和0.8mL/min時的T2譜，比在0.2mL/min時的狀態14分別減小了5.50%和6.87%。分析由于低滲透油層微觀孔道結構及微觀非均質性影響的原因，水驅速度的進一步增加導致微觀孔道發生細微的變化，大中小孔隙均有減小趨勢。

由此可以得到結論：含水率在81%以下時，巖心孔道并未被完全沖刷，優勢通道尚未完全形成，孔隙空間由于粘土膨脹等原因有減小的趨勢，尤其大孔隙中減小的更為明顯。在含水81%到98%過程中，水驅優勢通道基本形成，驅替過程中，由于水的沖刷，部分孔喉半徑略有增加，此時驅替速度也僅為0.2mL/min，說明在驅替速度變化不大的情況下，含水80%以后，孔隙物性隨著含水率增加而逐漸變好。

[1]沈煥文,李化斌,王碧濤,等.特低滲油藏水驅后儲層動態特征變化研究——以盤古梁A油藏為例[J].石油化工應用,2016,35(3):72-75.

[2]孟慶芬.油田開發過程中巖石與流體作用機理及儲層動態模型研究——以羊三木油田館陶組河道砂儲層為例[D].中國石油大學(北京),2009.

[3]李巖.碳酸鹽巖巖心孔隙空間的三維成像和特征描述,預測單相流和兩相流性質[J].測井技術信息,2007(1):32-42.

[4]Knackstedt,李慶華,黎發文.應用碳酸鹽巖巖心孔隙空間的三維成象和特征描述結果預測單相流和兩相流性質[J].國外油氣地質信息,2007(1):63-74.

[5]高旺來.安塞油田低滲透儲層巖石物性特征實驗研究[J].特種油氣藏,1998,5(tz):51-55.

[6]萬永清,王云翠,夏丹,等.水敏性儲層微觀物性特征變化及其對采收率的影響——以吐哈油田溫西三區塊為例[J].新疆石油天然氣,2015(3):45-48.

劉學(1993-)，女，研究生，東北石油大學，從事油氣田開發理論與技術研究。