核磁共振錄井技術在海上的應用

林炳龍

（中法渤海地質服務有限公司，天津 300452）

核磁共振錄井技術在海上的應用

林炳龍

（中法渤海地質服務有限公司，天津 300452）

錄井資料作為鉆探現場的第一手資料，時效性強是其優勢之一。核磁共振錄井技術在海上應用之前，在海上鉆探時，無法第一時間獲取孔滲飽資料。這是因為無法在鉆進過程中及時得到所需樣品，且分析周期比較長。核磁共振錄井技術是在實驗室大型核磁共振儀的基礎上，將核磁共振儀器外形小型化、操作便攜化，使從前必須在陸地實驗室里完成的物性分析工作可以轉移至鉆井作業現場進行分析，且分析效果符合預期，滿足了油藏評價工作對物性數據時效性、準確性的要求。目前，海上數口井的初步應用顯示，核磁共振錄井技術可以適應海上較復雜的作業條件，其評價成果的精度可以滿足勘探評價與決策的基本要求。這表明，該技術具有良好的運行前景。

海上鉆探；核磁共振錄井技術；物性分析；孔滲飽資料

1 背景闡述

油藏評價、鉆探決策等工作對鉆井現場錄井數據的要求越來越高，各項新技術不斷地從陸地實驗室移至鉆井現場，同時，也要求海上錄井工作必須做精、做細。核磁共振錄井技術可以評價巖石的孔滲飽等物性，儀器小型化后可在鉆井現場直接取樣分析，為海上油藏評價等工作提供及時、有效的技術支持[1]。傳統的巖石物性實驗室評價方法周期比較長，在完鉆討論、試油決策時無法及時提供量化的孔、滲、飽等物性資料數據供決策者參考，而核磁共振錄井技術可解決此難題。隨著技術的日趨成熟，其分析設備越來越集成化、小型化，分析精度也越來越高，分析周期也大大縮短，現場隨鉆從取樣、樣品處理、泡樣直至得到分析成果，依據分析項目、樣品數量和樣品品質的不同，一批樣品根據分析項目的不同，其分析周期為1～3 d。

核磁共振錄井技術除了分析巖石樣品的孔滲飽參數外，還可以快速、準確地提供分析樣品的可動流體、束縛流體等重要物性參數，它逐步受到了油氣開發層的重視。核磁共振錄井技術對樣品外形無特殊要求，可以用來檢測巖屑和井壁取心、破碎的巖心等，彌補了某些傳統實驗室必須使用柱狀規則巖心進行分析的缺陷。核磁共振錄井新技術具有樣品用量少、分析速度快、單樣分析參數多、準確性高、連續性強、時效性好、可隨鉆分析等常規巖心分析和測井所不可替代的優點。截至目前，經過海上17口井共計407個樣品的分析應用，其分析效果得到了廣泛認可。

2 技術簡介

巖石樣品中的流體含有氫原子核（1H），它具有一定質量、一定體積、表面帶正電荷且自旋的特性，因此，可將其視為具有一定磁矩的小磁針[2-3]，當受到外加磁場作用時，這些小磁針定向排列，形成較強的磁矩信號，外部磁場消失時，這些磁矩信號將以指數形式衰減至原來的狀態[4]，即發生偏轉變化，這些變化的信號可以被儀器測量出來，信號強度與巖樣內所含的流體量成正比，而巖石固體部分不產生此偏轉信號。由于巖樣離開原來的環境，其內部流體難免溢出流失，因此，測量時要將巖樣用流體（水或原油）重新填滿，使得孔隙內的流體信號能正確反映樣品內孔隙大小，進而求得孔隙度等參數。其測量過程一般是，先測量標準樣，建立核磁信號與孔隙度之間的刻度關系式，然后測量鉆井取心、巖屑或井壁取心樣品，將其信號大小代入刻度關系式，即可得到核磁孔隙度。

對磁矩施以一定強度的90°脈沖，磁矩將從平衡狀態向非平衡狀態偏轉。脈沖消失后，磁矩必然要向原平衡狀態恢復，這一過程叫做弛豫過程，其快慢可用橫向弛豫時間T2來表示。由于T2的大小反映孔隙內的流體受孔隙固體表面作用力的強弱，因此，利用T2譜可以計算巖樣可動流體的飽和度。T2值較大的流體，即為那些較大孔隙內與固體表面接觸不是很緊密的可動流體；T2值較小的流體，即為小孔隙內的流體或大孔隙內與固體表面接觸較緊密的流體，即束縛流體。

T2譜截止值即為T2譜上可動流體與束縛流體之間的時間界限值。T2譜截止值的準確值需要通過室內離心的方法來確定，在實際應用中，該值大小的確定具有一定程度的分區域、分層位的經驗性。國內陸相儲層大量砂巖巖心的實驗結果表明，T2譜截止值主要分布在10～30 ms之間，平均值約為17 ms，砂巖巖心的T2譜通常為雙峰態，可動流體T2截止值通常位于T2譜的凹點附近。確定出T2譜截止值后，T2譜上大于T2譜截止值的各點幅度之和占T2譜所有點幅度和的百分比即為可動流體飽和度，可動流體飽和度與巖樣總孔隙度的乘積即為可動流體孔隙度。

核磁共振技術利用孔隙度和可動流體來計算巖樣滲透率，常用的模型為Timmur-Coates模型[5]，即：

式（1）中：Knmr1為滲透率，10-3μm2；C1為區域系數；φnmr為核磁孔隙度，%；BVM為可動流體飽和度，%；BVI為束縛流體飽和度（＝100－BVM），%.

式（1）中的待定系數C1具有地區經驗性，其準確值需要通過離心法結合核磁共振巖心分析得到。國內陸相儲層大量砂巖巖心的實驗結果表明，C1值的主要分布范圍為3～12；對于孔隙度大于8%的巖樣而言，C1值的平均值約為8；對于孔隙度小于8%的巖樣而言，C1值的平均值約為5.當孔隙水內含有一定量的錳離子時，其T2弛豫時間會被縮短至測量門限以外，因此，可以使用“巖樣泡錳水”的方法消除水的核磁信號，測量得到油的核磁信號，進而得到含油飽和度。

3 核磁錄井技術的海上應用

在海上鉆井現場進行核磁共振分析時，使用了鉆井取心、旋轉壁心和井筒上返巖屑這3種巖石樣品。這些樣品所處的區塊既有高孔高滲區域，也有低孔低滲區域。隨著核磁共振錄井技術的應用和發展，其使用達到了預期的效果。核磁共振錄井測量的物性值與傳統實驗室測量值對比表明，核磁共振錄井分析精度可以滿足勘探項目對儲層物性進行隨鉆快速評價的要求。

3.1 儀器的定標

所謂“定標”，就是確定標準孔隙度樣品的儀器響應值。測量地層樣品前需利用標準孔隙度樣品對核磁儀進行定標。依次將12個0.5%～27%孔隙度標準樣品放入探頭中進行實際測量，得到12個標準樣品的孔隙度現場測量值。查看這些測量值所擬合直線的線性度，正常情況下，該線性度將不低于0.999 5，如果達不到，可適當延長儀器的預熱時間，并控制儀器所處環境的溫度和濕度，直至滿足標樣的線性度要求，這也說明，儀器達到了正常分析狀態。

3.2 原油修正系數測量和樣品預處理

樣品信號由孔隙內的氫核數量決定，一般情況下，單位體積的原油和地層水的氫核數量是不同的，因此，其單位體積的信號強度也不盡相同，需要區別對待油水信號。完成這項工作的具體方法是，預先取得樣品所在區塊或鄰近區塊的原油樣品，對其進行測量，得到單位體積的信號值，與地層水信號相比，得到原油修正系數，該原油修正系數可用于實測中的原油信號校正。

鉆井取心、巖心樣品處理時，應選擇巖心軸線附近代表性好的巖心，將巖心修成直徑8～12 mm的近球狀形態進行測量。對于旋轉井壁取心的樣品，應完全去除其表面的泥漿、泥餅。一般巖心類樣品質量不少于10 g為宜。

現場巖屑樣品分析人員應具有較扎實的鉆井現場地質錄井功底，能正確識別和挑選巖樣[6]。對于海上使用三級分樣篩的錄井作業，基本以頂篩樣品為主選樣，輔以中篩。樣品質量一般以2～3 g為宜，多則更好，但考慮分析室容量，一般以巖樣量不超過標準試管內3 cm高為準。

樣品一般要在一定濃度的鹽水中飽和浸泡8～12 h，以恢復其原始飽和水狀態。對于含油樣品，其泡錳水的時間一般為24～48 h，視樣品致密程度可以作適當調整。

3.3 樣品的測量過程

用微濕濾紙快速而細致地去除巖樣表面水后，放入玻璃試管進行核磁共振信號測量，得到原始分析數據。對這些數據進行分析，確定T2譜截止值，進而獲得孔隙度、滲透率、可動流體和束縛流體等參數。

3.4 海上鉆井平臺漂擺對樣品測量的影響

半潛式平臺是漂浮在海面上的鉆井作業平臺，其是使用錨鏈或自動馬達來保持船體的穩定性。在海上作業時，平臺結構固有的特點決定了其會在一定范圍內自由漂擺，這種漂擺會影響電子天平的穩定讀值，即影響樣品體積測量的準確性。圖1為W1井所測樣品在海上半潛式平臺測量與在陸地測量的質量對比圖，實測結果表明，海上半潛式平臺樣品體積測量的平均誤差為3.6%.因此，在此類半潛式平臺進行核磁共振錄井作業時，應小心保留所測樣品，以帶回陸地重新稱量其質量，校正樣品體積。

3.5 核磁共振錄井應用效果

進行核磁共振錄井精度分析時，以實驗室常規方法分析結果作為其誤差大小的判別標準，即選取同一口井內樣品深度相同或極為相近的數據點進行對比。

3.5.1 核磁孔隙度精度分析

根據樣品類型的不同，T2譜的形態各有不同，圖2為海上某井實測T2譜圖。

圖1 海上與陸地樣品稱重對比圖

將全部9口井中相同深度的巖心樣品分別進行核磁共振分析和常規實驗室分析，得到同一樣品在2種分析方法下的孔隙度值，對比二者，得到的結果如圖3所示。

圖2 海上實測某井樣品的T2譜圖

圖3 巖心孔隙度對比圖

從圖3中可以看出，用核磁共振錄井方法分析的巖心樣品的孔隙度與使用傳統實驗室方法得到的分析值相比，核磁共振錄井孔隙度與傳統實驗室分析的孔隙度值走勢近乎一致，吻合程度良好。以孔隙度相對誤差10%為標準計算，核磁孔隙度符合率超過85%.

對巖屑樣品進行核磁孔隙度分析時，由于所分析井在巖屑樣品的對應深度位置無傳統實驗室分析數據，所以，將海上巖屑分析結果與對應深度的井壁取心的核磁共振分析結果進行對比，以評價巖屑分析的精確度，同時，還加入了測井孔隙度輔助比較。對比結果如圖4所示。

從圖4中可以看出，巖屑核磁孔隙度與巖心核磁、測井分析結果互有交叉，總體上看巖屑分析值略高。考慮到深度不完全一致，在缺少其他信息時，巖屑核磁共振分析結果可以作為物性評價的參考。

3.5.2 核磁錄井滲透率精度分析

核磁錄井滲透率的準確度既取決于儀器的精度，又取決于核磁孔隙度、T2譜截止值、常數C1值的準確度。其中，T2譜截止值是關鍵因素[7-10]，在未做離心分析的情況下，該值的準確度隨著區域內樣品數量的增多而趨于完善。本核磁錄井所使用儀器已通過專業機構的評審認定，儀器精度和穩定性都有保障。

現場核磁分析值與傳統實驗室對比圖如圖5所示。從圖5中可以看出，核磁錄井滲透率測量值與常規實驗室分析值有一定差異，且局部差異比較大。經過分析，認為這種差異主要是C1值和T2譜截止值選取不夠準確造成的。

圖4 巖屑、壁心核磁分析孔隙度與測井解釋對比圖

圖5 現場分析滲透率對比圖

隨著樣品數量的不斷增多，對比、總結同一區域內樣品的滲透率，并參考離心分析數據，得到了修正的T2譜截止值和常數C1值，如表1所示。利用這些修正的數據重新計 算已有井，結果如圖6所示。

表1 各區域核磁滲透率參數表

圖6 核磁錄井滲透率修正圖

表1中的這些參數值將被應用于新井測量，并通過不斷的信息反饋來修正表中的參數，以期之后的井的測量參數選取準確，提高測量結果的精確性。

對于核磁含油飽和度的海上應用情況，已有一些樣品的現場核磁分析數據提供給作業者參考，但由于核磁共振錄井在海上開展時間尚短，核磁含油飽和度分析樣品數量有限，目前，樣品深度尚未與常規含油飽和度分析樣品形成交叉，暫無可用于二者對比的分析值。但參考該核磁共振巖樣分析儀鑒定會上的分析結論，其現場實測結果表明，含油飽和度平均偏差為3.6%.隨著核磁共振錄井在海上的進一步應用，其含油飽和度分析結果也值得期待。

4 結束語

隨著海上勘探開發的深入，錄井新技術不斷涌現，核磁共振錄井作為一項新興的海上錄井新技術，將傳統陸地實驗室分析項目移至海上鉆井現場，在第一時間得到并分析樣品，避免了樣品在保存、運輸環節上可能存在的問題，測量精度符合預期。核磁共振錄井具有分析周期短、時效性強的特點，為油藏評價和現場生產快速決策提供了重要的參考依據。

海上核磁共振錄井技術的應用剛剛起步，還需進一步研究和總結，逐步完善解釋參數模版，拓展其應用領域[11]。隨著海上勘探開發的深入和核磁共振錄井技術理論與實踐應用的完善，核磁共振錄井項目在海上應用的空間也必將越來越廣闊。

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［7］申輝林，朱偉峰，劉美杰.核磁共振錄井t2譜截止值確定方法及其適應性研究［J］.錄井工程，2010，21（2）：39-42，47.

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〔編輯：白潔〕

P631.81

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.23.042

2095－6835（2017）23－0042－04