應用核磁共振技術(shù)研究頁巖氣儲層可動流體

李太偉，郭和坤，2，李海波，2，路 巖，薛小佳

(1.中科院滲流流體力學研究所，河北 廊坊 065007;2.中油勘探開發(fā)研究院廊坊分院，河北 廊坊 065007;3.中國石油天然氣勘探開發(fā)公司，北京 100034;4.中油長慶油田分公司，陜西 西安 710021)

應用核磁共振技術(shù)研究頁巖氣儲層可動流體

李太偉1，郭和坤1，2，李海波1，2，路 巖3，薛小佳4

(1.中科院滲流流體力學研究所，河北 廊坊 065007;2.中油勘探開發(fā)研究院廊坊分院，河北 廊坊 065007;3.中國石油天然氣勘探開發(fā)公司，北京 100034;4.中油長慶油田分公司，陜西 西安 710021)

國內(nèi)對頁巖氣儲層特征及評價的工作開展得相對較少，在調(diào)研大量國內(nèi)外文獻的基礎(chǔ)上，從常規(guī)儲層研究思路入手，應用核磁共振技術(shù)對不同區(qū)塊的34塊頁巖氣儲層巖樣進行可動流體測試。研究結(jié)果表明:頁巖氣儲層可動流體含量低，具有非均質(zhì)性;可動流體百分數(shù)與氣測孔隙度和滲透率具有一定相關(guān)性，且孔滲越大相關(guān)性越好;分析了裂縫微裂縫含量對可動流體百分數(shù)的影響，裂縫微裂縫含量大于2%時，與可動流體百分數(shù)具有較好相關(guān)性;可動流體百分數(shù)和裂縫微裂縫百分數(shù)可以表征頁巖氣儲層物性特征，是評價頁巖氣儲層滲流能力及開發(fā)潛力的一個重要物性參數(shù)。

頁巖氣;可動流體百分數(shù);核磁共振;裂縫;離心

引 言

全球頁巖氣資源量為456.24×1012m3，主要分布在北美、中亞、中國、拉美、中東、北非和前蘇聯(lián)［1－2］。中國擁有豐富的頁巖氣資源，初步計算頁巖氣資源量約為15×1012～30×1012m3，開發(fā)前景廣闊［3－6］。頁巖儲層不僅孔滲物性極差，而且黏土礦物含量較高，頁巖儲層的礦物組成除常見的黏土礦物(伊利石、蒙皂石、高嶺石)外，還混雜有石英、長石、云母、方解石、白云石、黃鐵礦、磷灰石等礦物［7］，除此之外，頁巖氣還不同程度的發(fā)育有裂縫微裂縫。應用核磁共振技術(shù)，能定量檢測外來水相進入巖心后引起的束縛水增加量和可動水相滯留量，不但能準確給出水鎖傷害程度，實現(xiàn)對水鎖傷害的客觀評價，而且能建立束縛水增加量與黏土吸水傷害、可動水相滯留量與水鎖傷害之間的對應關(guān)系［8］。因此，有必要搞清楚頁巖氣巖心中水的可動性。

1 實驗材料

對不同地區(qū)34塊頁巖氣巖心進行孔滲測試，氣測孔隙度分布在0.14% ～7.14%之間，平均為1.44%;水測孔隙度分布在0.0024% ～5.5100%之間，平均為1.89%;氣測滲透率分布在0.029×10－3～6.87 ×10－3μm2之間，平均為 0.95 ×10－3μm2;脈沖法所得的克氏滲透率分布在0.029×10－3～1.620 ×10－3μm2，平均為 0.150 ×10－3μm2。

2 實驗步驟

核磁共振實驗使用中國科學院滲流流體力學研究所開發(fā)研制的國內(nèi)第二代核磁產(chǎn)品RecCore－04型低磁場核磁共振巖樣分析儀，對巖心進行可動流體百分數(shù)測試;離心實驗采用PC－1型石油巖心離心機。其具體測試步驟和方法如下。

(1)鉆取直徑為2.5 cm的柱塞巖樣，稱干重，測量長度和直徑;采用皂沫法以及脈沖法測量滲透率;采用氣測法以及水測法測量孔隙度。

(2)將100%飽和模擬地層水的巖樣進行核磁共振T2測試并反演得到T2譜。

(3)對所有巖心在1.38 MPa(1.38 MPa離心力對應的喉道半徑為0.1 μm)離心力下離心并進行核磁共振測量，選取其中一部分具有代表性的巖心在2.76 MPa(2.76 MPa離心力對應的喉道半徑為0.05 μm)離心力下離心并進行核磁共振測量。

3 實驗結(jié)果分析

3.1 可動流體百分數(shù)與孔隙度關(guān)系

如圖1所示，可動流體百分數(shù)與巖心孔隙度相關(guān)性較差。這是由于頁巖氣巖心物性較差，孔隙度較低，并且頁巖氣巖心具有較強的吸附性。但可動流體百分數(shù)與氣測孔隙度的相關(guān)性要好于與水測孔隙度的相關(guān)性。水測孔隙度受巖心表面吸附水的影響，在水測孔隙度過程中，巖心表面吸附的水量較多，這部分吸附水存在不同程度的揮發(fā)，此外，在水測孔隙度過程中，要將巖心表面水擦拭干凈，巖心表面水的擦拭在一定程度上受人為因素影響，具有一定誤差。

圖1 可動流體百分數(shù)與孔隙度關(guān)系

觀察可動流體百分數(shù)與氣測孔隙度之間的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，孔隙度小于1%的巖心，可動流體百分數(shù)分布在1.47% ～39.43%之間，分布具有隨機性;孔隙度大于1%的巖心，可動流體百分數(shù)分布在12.46%～28.16%之間，兩者之間具有一定相關(guān)性，但相關(guān)性很小，這是因為孔隙度主要表征儲層的有效孔隙所占的比例，不能很好地表征孔隙之間的連通性，而可動流體百分數(shù)受到孔隙大小及其連通性的影響，所以導致孔隙度低的巖心可動流體百分數(shù)可能很高，孔隙度高的巖心可動流體百分數(shù)可能很低，但總體而言，可動流體百分數(shù)隨著孔隙度的增加而增加。

3.2 可動流體百分數(shù)與滲透率關(guān)系

滲透率與可動流體百分數(shù)的相關(guān)性較差(圖2)。滲透率小于0.05×10－3μm2的巖心可動流體分布在1.47% ～39.43%之間，不具有任何相關(guān)性。隨著滲透率的增加，可動流體百分數(shù)趨于穩(wěn)定，分布在13.26% ～25.80%之間。這是因為不同大小孔喉分布比例對可動流體百分數(shù)影響較大，大孔喉所占比例越高，可動流體百分數(shù)越高，而不同孔喉分布的巖心可能具有相同的滲透率，由此可以看出，兩者相關(guān)性較差。

圖2 可動流體百分數(shù)與滲透率關(guān)系

3.3 核磁共振T2譜分析孔隙中可動流體百分數(shù)

頁巖儲層中的可動流體大部分存在于裂縫中，裂縫多以微裂縫形式存在。對頁巖巖樣而言，核磁共振T2譜右峰通常對應于裂縫或微裂縫，這里定義裂縫/微裂縫百分數(shù)為T2弛豫時間大于10 ms各點的T2譜幅度和占T2譜總幅度和的百分數(shù)，依據(jù)此種方法所計算得出的1號和31號巖樣中裂縫/微裂縫所占的百分數(shù)分別為 30.81%和0%［9－12］。圖3為1號巖心和31號巖心的經(jīng)歸一化處理后的核磁共振T2譜，2塊巖樣的氣測孔隙度都為0.33%，滲透率分別為0.020×10－3μm2和0.014 ×10－3μm2，經(jīng)1.38 MPa離心后所得巖心可動流體百分數(shù)分別為39.34%和1.47%，相差37.87%?？紫吨兴蓜恿黧w百分數(shù)(流體飽和度)等于巖心可動流體百分數(shù)分減去裂縫/微裂縫百分數(shù)，即孔隙中所含可動流體百分數(shù)分別為8.53%和1.47%。

圖3 1號和31號巖心飽和狀態(tài)和束縛水狀態(tài)下核磁共振T2譜

1號樣和31號巖心滲透率相差無幾，但其孔隙中的可動流體百分數(shù)卻相差較大。因此，相比于孔隙度和滲透率，可動流體百分數(shù)可以更好地表征頁巖氣儲層物性特征，是評價頁巖氣儲層滲流能力及開發(fā)潛力的1個重要物性參數(shù)。

3.4 可動流體百分數(shù)與裂縫/微裂縫關(guān)系

圖4 可動流體百分數(shù)與裂縫/微裂縫百分數(shù)關(guān)系

可動流體百分數(shù)與巖心裂縫/微裂縫相關(guān)性(圖4)明顯高于與孔隙、滲透率的相關(guān)性。當裂縫/微裂縫百分數(shù)小于2%的時候，可動流體分布具有隨機性;當裂縫/微裂縫百分數(shù)大于2%的時候，可動流體百分數(shù)分布具有一定規(guī)律性?？傮w來說，可動流體隨著裂縫/微裂縫百分數(shù)的增加而增加。當獲得頁巖氣巖心核磁共振T2譜之后，結(jié)合巖心孔滲資料，在一定程度上可以對可動流體百分數(shù)做出準確預測，因而，裂縫/微裂縫百分數(shù)也可以作為評價頁巖氣儲層滲流能力及開發(fā)潛力的1個重要參數(shù)。此外，34塊巖樣中有27塊巖樣不同程度的發(fā)育裂縫微裂縫，說明頁巖氣巖心非均質(zhì)性較強，在以后的研究中有必要對全直徑巖心進行可動流體測試。

4 結(jié)論

(1)應用核磁共振技術(shù)對34塊頁巖氣巖心分析結(jié)果表明，頁巖氣儲層巖石孔滲極小，物性較差;頁巖儲層屬于特低滲致密儲層，具備一定儲集能力且不同程度的有裂縫微裂縫發(fā)育，非均質(zhì)性較強。

(2)對于頁巖氣儲層，相比于孔隙度、滲透率等參數(shù)，可動流體百分數(shù)可以更好地評價儲層滲流能力及開發(fā)潛力。

(3)頁巖氣儲層可動流體含量較低，非均質(zhì)性強，可動流體百分數(shù)與孔滲相關(guān)性較差，當孔隙度小于1%，滲透率小于0.5×10－3μm2的時候，可動流體分布具有隨機性;當孔隙度大于2%，滲透率大于0.5×10－3μm2的時候，可動流體的分布分布具有一定規(guī)律性?？傮w而言，可動流體百分數(shù)隨著孔滲的增大而增大。

(4)應用核磁共振技術(shù)分析了頁巖氣巖心中裂縫/微裂縫百分數(shù)，與可動流體百分數(shù)有較好相關(guān)性，通過裂縫微裂縫的發(fā)育程度，可以在一定程度上對可動流體百分數(shù)做出準確預測。

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Research on movable fluids in shale gas reservoirs with NMR technology

LI Tai － wei1，GUO He － kun1，2，LI Hai － bo1，2，LU Yan3，XUE Xiao － jia4
(1．Institute of Porous Flow and Fluid Mechanics，Chinese Academy of Sciences，Langfang，Hebei065007，China;
2．Langfang Branch，Research Institute of Petroleum Exploration and Development，PetroChina，Langfang，Hebei065007，China;
3．China National Oil＆Gas Exploration and Development Corporation，CNPC，Beijing100034，China;
4．Changqing Oilfield Company，PetroChina，Xi’an，Shaanxi710021，China)

Researches on shale gas reservoir characteristics are limited in China．This research conducted movable fluid tests with 34 core samples from different shale gas reservoirs using NMR technology based on conventional reservoir study concepts and investigation of a great number of literatures at home and abroad．The results indicate that shale gas reservoirs have less movable fluids and are heterogeneous;the percentage of movable fluids is correlated with porosity and permeability，and the higher the porosity and permeability，the closer the correlation is．The impact of the percentage of fractures and microfractures on the percentage of movable fluids is also analyzed．When the percentage of fractures and microfractures is over 2%，there is a good correlation with the percentage of movable fluids．Movable fluid percentage and fracture and microfracture percentage can be used to characterize and evaluate shale gas reservoirs for flow capability and development potential．

shale gas;movable fluid percentage;NMR;fracture;centrifuge

TE122.2

A

1006－6535(2012)01－0107－03

20110729;改回日期20111030

國家科技重大專項“頁巖氣開發(fā)機理及技術(shù)政策研究”(2011ZX05018－005)

李太偉(1986－)，男，2009年畢業(yè)于中國石油大學(華東)船舶與海洋工程專業(yè)，現(xiàn)為中國科學院滲流流體力學研究所油氣田開發(fā)專業(yè)在讀碩士研究生，主要從事滲流理論、儲層傷害評價以及核磁共振技術(shù)應用等方面的研究。

編輯 周丹妮