核磁共振測(cè)井在低滲礫巖儲(chǔ)集層評(píng)價(jià)中的應(yīng)用
——以瑪湖凹陷下三疊統(tǒng)百口泉組為例

毛銳，許琳，房濤，王振林

有效孔隙度預(yù)測(cè)是低滲礫巖油藏的基礎(chǔ)工作之一[1]，精確表征儲(chǔ)集層有效孔隙度，可以有效指導(dǎo)物性、含油氣性及分類等的研究工作。目前，有效孔隙度的預(yù)測(cè)主要是利用密度、聲波時(shí)差和核磁共振測(cè)井等方法。利用密度和聲波時(shí)差測(cè)井確定有效孔隙度，需要先確定地層巖性、礦物類型，進(jìn)而確定巖石骨架參數(shù)，具有一定的經(jīng)驗(yàn)性[1]。利用核磁共振測(cè)井計(jì)算儲(chǔ)集層有效孔隙度，就是根據(jù)儲(chǔ)集層中黏土礦物類型，確定有效孔隙度的T2起算時(shí)間，在T2起算時(shí)間后的核磁共振孔隙度之和即為有效孔隙度，碎屑巖儲(chǔ)集層的T2起算時(shí)間一般為3 ms[2-3].然而，瑪湖凹陷下三疊統(tǒng)百口泉組礫巖儲(chǔ)集層巖性復(fù)雜，非均質(zhì)性強(qiáng)，導(dǎo)致巖石骨架參數(shù)的不確定性[4-6]，黏土礦物類型多樣、孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜又使得有效孔隙度不能僅依靠T2起算時(shí)間進(jìn)行計(jì)算，給物性測(cè)井評(píng)價(jià)帶來(lái)了巨大困難。本文在分析低滲礫巖儲(chǔ)集層物性影響因素的基礎(chǔ)上，綜合利用巖心分析總孔隙度、有效孔隙度和黏土礦物含量，利用中子測(cè)井及核磁共振測(cè)井資料對(duì)瑪湖凹陷下三疊統(tǒng)百口泉組低滲礫巖儲(chǔ)集層有效孔隙度進(jìn)行了計(jì)算，實(shí)現(xiàn)了研究區(qū)探井有效孔隙度的精確表征，為儲(chǔ)集層測(cè)井評(píng)價(jià)奠定了基礎(chǔ)。

1 儲(chǔ)集層物性特征

瑪湖凹陷下三疊統(tǒng)百口泉組屬于陸相碎屑巖沉積，儲(chǔ)集層中發(fā)育有多種類型黏土礦物，如伊利石、綠泥石、高嶺石、伊蒙混層等（圖1），孔隙類型主要以粒內(nèi)溶蝕孔為主，其次為粒間溶蝕孔、微裂縫等[5]，平均孔隙度為8.84%，平均滲透率為1.14 mD，屬于低孔低滲儲(chǔ)集層?？碧匠晒砻?，黏土礦物含量是影響儲(chǔ)集層物性的關(guān)鍵因素[4]，且隨著黏土礦物含量的增大，孔隙度迅速變小，滲透率呈數(shù)量級(jí)降低，黏土礦物含量對(duì)物性控制明顯（圖2），當(dāng)黏土礦物含量超過(guò)6%時(shí)，物性極差，為非儲(chǔ)集層。因此，準(zhǔn)確表征黏土礦物含量是評(píng)價(jià)有效孔隙度的基礎(chǔ)。

圖1 瑪湖凹陷百口泉組典型黏土礦物掃描電鏡照片

2 黏土礦物含量測(cè)井表征方法

瑪湖凹陷不同井區(qū)百口泉組的黏土礦物含量不超過(guò)8%，且以伊蒙混層為主，但不同井區(qū)不同類型的黏土礦物含量變化較大，說(shuō)明研究區(qū)百口泉組黏土礦物復(fù)雜（表1）。在測(cè)井儲(chǔ)集層評(píng)價(jià)中，通常用自然伽馬、中子等常規(guī)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)計(jì)算泥質(zhì)含量，即黏土礦物與粗粉砂之和，并沒(méi)有關(guān)于黏土礦物含量的測(cè)井計(jì)算模型。

圖2 瑪湖凹陷百口泉組物性參數(shù)與黏土礦物含量交會(huì)圖

表1 瑪湖凹陷百口泉組黏土礦物X射線衍射分析結(jié)果%

研究表明，黏土礦物束縛水的核磁共振橫向弛豫時(shí)間范圍很小，一般為0.1～16.0 ms[7]，且每種黏土礦物束縛水的核磁共振橫向弛豫時(shí)間范圍都不一樣，如高嶺石為1.0～10.0 ms，伊利石為1.0～3.0 ms，蒙脫石一般小于1.0 ms[7-9].同時(shí)，研究區(qū)百口泉組礫巖儲(chǔ)集層微裂縫發(fā)育（圖3），由于微裂縫孔隙結(jié)構(gòu)差，實(shí)驗(yàn)室20.48 MPa毛細(xì)管壓力下進(jìn)汞飽和度較低，且在最大進(jìn)汞飽和度時(shí)，利用毛細(xì)管壓力轉(zhuǎn)換的橫向弛豫時(shí)間普遍小于3.0 ms（表2），說(shuō)明微裂縫中存在的毛細(xì)管束縛水與黏土礦物束縛水的核磁共振橫向弛豫時(shí)間范圍有所重疊[10]。然而，核磁共振測(cè)井理論認(rèn)為，毛細(xì)管束縛水孔隙度是有效孔隙度的一部分（圖4）。因此，地層有效孔隙度就不能僅利用T2起算時(shí)間進(jìn)行計(jì)算[11-13]。

圖3 瑪湖凹陷百口泉組礫巖儲(chǔ)集層微裂縫鑄體薄片

表2 瑪湖凹陷百口泉組毛細(xì)管壓力轉(zhuǎn)換的橫向弛豫時(shí)間（最大毛細(xì)管壓力20.48 MPa）

圖4 含油氣泥質(zhì)砂巖體積模型

本文利用中子測(cè)井與核磁共振測(cè)井相結(jié)合的方法解決黏土礦物含量難以表征的問(wèn)題。理論認(rèn)為，中子測(cè)井可以探測(cè)到地層中全部的含氫指數(shù)，而核磁共振測(cè)井只能探測(cè)到可動(dòng)流體、毛細(xì)管束縛水和黏土礦物束縛水的含氫指數(shù)，不能探測(cè)到黏土礦物中結(jié)晶水的含氫指數(shù)[14]（圖4）。由于結(jié)晶水是以晶格的形式與黏土礦物形成礦物晶格共存，黏土礦物的含氫指數(shù)就是一個(gè)定值，如高嶺石為0.36，綠泥石為0.34，伊利石為0.12[14]，且研究區(qū)沉積作用、成巖演化作用相似，所以黏土礦物含量與結(jié)晶水含量應(yīng)存在線性關(guān)系，即黏土礦物中結(jié)晶水含量越大，黏土礦物含量就越大。因此，利用中子測(cè)井孔隙度與核磁共振測(cè)井孔隙度之差即可表征黏土礦物中結(jié)晶水含量。綜上所述，黏土礦物含量測(cè)井表征公式為

建立瑪西井區(qū)和瑪北井區(qū)黏土礦物含量與中子測(cè)井孔隙度和核磁共振測(cè)井孔隙度之差的交會(huì)圖，經(jīng)擬合回歸，得到了黏土礦物含量的計(jì)算公式（圖5）。

圖5 瑪湖凹陷百口泉組黏土礦物含量計(jì)算圖版

3 有效孔隙度測(cè)井表征方法

根據(jù)核磁共振測(cè)井理論，核磁共振測(cè)井計(jì)算的地層總孔隙度可以分3個(gè)部分，即黏土礦物束縛水孔隙度、毛細(xì)管束縛水孔隙度和可動(dòng)流體孔隙度（圖4）。其中毛細(xì)管束縛水孔隙度和可動(dòng)流體孔隙度之和為有效孔隙度，因而只要能通過(guò)黏土礦物含量得到黏土礦物束縛水孔隙度，然后利用核磁共振測(cè)井孔隙度減去黏土礦物束縛水孔隙度即可得到地層的有效孔隙度。研究表明，黏土礦物束縛水是由黏土礦物表面水化作用，吸附在黏土礦物表面而形成的不可動(dòng)的水膜[14]，因此黏土礦物束縛水含量主要受黏土礦物含量的影響，黏土礦物束縛水孔隙度應(yīng)與黏土礦物含量呈線性關(guān)系。

通過(guò)對(duì)研究區(qū)8口井的巖心分析有效孔隙度進(jìn)行深度歸位，利用核磁共振測(cè)井孔隙度與歸位后的巖心分析有效孔隙度之差表示黏土礦物束縛水孔隙度，并與巖心分析黏土礦物含量交會(huì)，發(fā)現(xiàn)二者呈現(xiàn)明顯的正相關(guān)關(guān)系（圖6），黏土礦物含量的回歸公式為

研究區(qū)有效孔隙度的定量計(jì)算公式為

利用圖5a中擬合公式計(jì)算瑪西井區(qū)M601井百口泉組的黏土礦物含量與巖心分析值具有很好的一致性（圖7），二者的相對(duì)誤差為4.7%，滿足地質(zhì)需求。利用本文方法與傳統(tǒng)T2起算時(shí)間法計(jì)算M601井百口泉組有效孔隙度，并進(jìn)行對(duì)比，T2起算時(shí)間為3.0 ms時(shí)計(jì)算的有效孔隙度普遍小于巖心分析有效孔隙度，相對(duì)誤差為35.4%；T2起算時(shí)間為1.0 ms，1.7 ms和2.0 ms時(shí)，計(jì)算的有效孔隙度與巖心分析孔隙度也難以完全吻合（圖7），相對(duì)誤差分別為13.9%，24.6%和27.6%，說(shuō)明地層黏土礦物類型復(fù)雜，利用T2起算時(shí)間計(jì)算有效孔隙度適應(yīng)性差。而利用本文方法計(jì)算的有效孔隙度與巖心分析有效孔隙度之間具有良好的相關(guān)性，二者之間的相對(duì)誤差僅為4.7%，精度滿足實(shí)際生產(chǎn)需求。利用本文方法對(duì)研究區(qū)內(nèi)19口探井進(jìn)行有效孔隙度計(jì)算，相對(duì)誤差僅為6.8%，此方法在瑪湖凹陷百口泉組儲(chǔ)集層評(píng)價(jià)中得到廣泛應(yīng)用。

圖6 瑪湖凹陷百口泉組黏土礦物束縛水孔隙度與黏土礦物含量的關(guān)系

圖7 瑪湖凹陷瑪西井區(qū)M601井百口泉組有效孔隙度計(jì)算結(jié)果對(duì)比

4 結(jié)論

（1）黏土礦物含量是瑪湖凹陷百口泉組低滲礫巖儲(chǔ)集層物性的主控因素，縱向上黏土礦物含量的連續(xù)表征是獲得準(zhǔn)確有效孔隙度的基礎(chǔ)。

（2）以往測(cè)井理論里沒(méi)有對(duì)黏土礦物含量的表征模型。本文在中子測(cè)井和核磁共振測(cè)井探測(cè)原理的基礎(chǔ)上，利用巖心分析黏土礦物含量與中子測(cè)井孔隙度和核磁共振測(cè)井孔隙度之差建立了研究區(qū)百口泉組黏土礦物含量測(cè)井表征模型。

（3）固定的黏土礦物T2起算時(shí)間無(wú)法精確計(jì)算黏土礦物類型多樣、孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜地層的有效孔隙度。根據(jù)核磁共振測(cè)井探測(cè)原理，利用巖心分析黏土礦物含量與黏土礦物束縛水孔隙度建立了黏土礦物束縛水孔隙度表征模型，然后利用核磁共振測(cè)井孔隙度與黏土礦物束縛水孔隙度之差計(jì)算了研究區(qū)19口探井的有效孔隙度，計(jì)算精度高，能夠滿足測(cè)井儲(chǔ)集層評(píng)價(jià)的需求。

符號(hào)注釋

a，c——回歸分析系數(shù)；

φcm——黏土礦物含量，%；

?CBW——黏土礦物束縛水孔隙度，%；

?CMR——核磁共振測(cè)井孔隙度，%；

?e——有效孔隙度，%；

?N——中子測(cè)井孔隙度，%.

［1］ 洪有密.測(cè)井原理與綜合解釋［M］.山東東營(yíng)：中國(guó)石油大學(xué)出版社，2007.

HONG Youmi.Logging principles and comprehensive interpretation［M］.Dongying，Shandong：ChinaUniversityofPetroleumPress，2007.

［2］ 謝然紅，肖立志，王忠東，等.復(fù)雜流體儲(chǔ)層核磁共振測(cè)井孔隙度影響因素［J］.中國(guó)科學(xué)D輯：地球科學(xué)，2008，38（增刊I）：191-196.

XIE Ranhong，XIAO Lizhi，WANG Zhongdong，et al.Influence fac?tors of the NMR logging porosity of complex fluid reservoir［J］.Sci?ence in China Series D：Earth Sciences，2008，38（Supp.I）：191-196.

［3］ 王筱文，肖立志，謝然紅，等.中國(guó)陸相地層核磁共振孔隙度研究［J］.中國(guó)科學(xué)G輯：物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué)，2006，36（4）：366-374.

WANG Xiaowen，XIAO Lizhi，XIE Ranhong，et al.NMR porosity study of continental strata in China［J］.Science in China Series G：Physics，Mechanics&Astronomy，2006，36（4）：366-374.

［4］ 瞿建華，張磊，吳俊，等.瑪湖凹陷西斜坡百口泉組砂礫巖儲(chǔ)集層特征及物性控制因素［J］.新疆石油地質(zhì)，2017，38（1）：1-6.QU Jianhua，ZHANG Lei，WU Jun，et al.Characteristics of sandy conglomerate reservoirs and controlling factors on physical proper?ties of Baikouquan formation in the western slope of Mahu sag，Jung?gar basin［J］.Xinjiang Petroleum Geology，2017，38（1）：1-6.

［5］ 邵雨，李學(xué)義，于興河，等.瑪湖凹陷百口泉組粗粒三角洲成因機(jī)制與展布規(guī)律［M］.北京：科學(xué)出版社，2016.

SHAO Yu，LI Xueyi，YU Xinghe，et al.The sedimentary genesis and distribution of the coarse?grained delta of Baikouquan formation，Ma?hu depression［M］.Beijing：Science Press，2016.

［6］ 雷德文，瞿建華，安志淵，等.瑪湖凹陷百口泉組低滲砂礫巖油氣藏成藏條件及富集規(guī)律［J］.新疆石油地質(zhì)，2015，36（6）：642-647.

LEI Dewen，QU Jianhua，AN Zhiyuan,et al.Hydrocarbon accumula?tion conditions and enrichment regularity of low?permeability gluten?ite reservoirs of Baikouquan formation in Mahu sag，Junggar basin［J］.Xinjiang Petroleum Geology，2015，36（6）：642-647.

［7］ DUNN K J，BERGMAN D J，LATORRACA G A.Nuclear magnetic resonance：petrophysical and logging applications［M］.Pergamon：Elsevier Science，2002.

［8］ PRAMMER M G，DRACK E D，BOUTON J C，et al.Measurements of clay?bound water and total porosity by magnetic resonance logging［R］.SPE 36522，1996.

［9］ MATTESON A，TOMANIC J P，HERRON M M，et al.NMR relax?ation of clay?brine mixtures［R］.SPE 66185，2000.

［10］ 中國(guó)石油勘探與生產(chǎn)分公司.低孔低滲透油氣藏測(cè)井評(píng)價(jià)技術(shù)及應(yīng)用［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2009.

Exploration and Production Company，PetroChina.Logging evalua?tion technology and application of low permeability reservoir［M］.Beijing：Petroleum Industry Press，2009.

［11］ 肖亮，肖忠祥.核磁共振測(cè)井T2cutoff確定方法及適用性分析［J］.地球物理學(xué)進(jìn)展，2008，23（1）：167-172.

XIAO Liang，XIAO Zhongxiang.Analysis of methods for determin?ing NMR T2cutoffand its applicability［J］.Progress in Geophysics，2008，23（1）:167-172.

［12］ 王勝奎，羅水亮，張俊.應(yīng)用核磁共振測(cè)井資料評(píng)價(jià)低滲透儲(chǔ)層［J］.斷塊油氣田，2007，14（6）：81-83.

WANG Shengkui，LUO Shuiliang，ZHANG Jun.Using nuclear magnetic resonance data to evaluate low permeability reservoir［J］.Fault?Block Oil&Gas Field，2007，14（6）：81-83.

［13］ 趙培強(qiáng)，孫中春，羅興平，等.致密油儲(chǔ)層核磁共振測(cè)井響應(yīng)機(jī)理研究［J］.地球物理學(xué)報(bào)，2016，59（5）：1 927-1 937.

ZHAO Peiqiang，SUN Zhongchun，LUO Xingping，et al.Study on the response mechanisms of nuclear magnetic resonance（NMR）log in tight oil reservoirs［J］.Chinese Journal of Geophysics，2016，59（5）：1 927-1 937.

［14］ 雍世和，張超謨.測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)處理與綜合解釋［M］.山東東營(yíng)：中國(guó)石油大學(xué)出版社，2007.

YONG Shihe，ZHANG Chaomo.Logging data processing and com?prehensive interpretation［M］.Dongying，Shandong：China Univer?sity of Petroleum Press，2007.