利用核磁共振測(cè)井判定低滲透礫巖儲(chǔ)集層流體性質(zhì)
——以瑪湖凹陷下三疊統(tǒng)百口泉組為例

張妮，王偉，王振林，趙延偉，許琳

瑪湖凹陷百口泉組儲(chǔ)集層為扇三角洲沉積，巖性以細(xì)礫巖和中礫巖為主，分選差，礦物成分復(fù)雜，填隙物含量較高且成分復(fù)雜，結(jié)構(gòu)成熟度和成分成熟度低，以低滲、孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜為主要特征[1]。研究區(qū)巖性復(fù)雜，巖電參數(shù)變化大，電阻率測(cè)井受巖性影響較大，對(duì)孔隙中油氣敏感性差，導(dǎo)致大套的砂礫巖儲(chǔ)集層電阻率較高，流體性質(zhì)識(shí)別困難。

核磁共振測(cè)井主要探測(cè)的是地層中氫核的信號(hào)幅度和衰減，能夠提供不依賴于巖性及骨架參數(shù)的孔隙度、滲透率評(píng)價(jià)以及與電性無關(guān)的油氣識(shí)別。研究區(qū)百口泉組屬于低滲透礫巖儲(chǔ)集層[2-3]，以輕質(zhì)油為主，核磁共振測(cè)井結(jié)果受孔隙結(jié)構(gòu)的影響大于孔隙流體性質(zhì)的影響，核磁共振T2譜移譜和差譜特征不明顯，常規(guī)核磁共振測(cè)井流體識(shí)別方法在研究區(qū)適用性不強(qiáng)[4-5]。針對(duì)以上問題，結(jié)合核磁共振和壓汞實(shí)驗(yàn)資料，提出了一種利用核磁共振測(cè)井識(shí)別流體性質(zhì)的新方法，提高了流體性質(zhì)識(shí)別精度。

1 核磁共振測(cè)井理論基礎(chǔ)

1.1 識(shí)別流體性質(zhì)的物理基礎(chǔ)

核磁共振測(cè)井主要是測(cè)量巖石中孔隙流體的橫向弛豫時(shí)間，橫向弛豫時(shí)間包括體積弛豫時(shí)間、表面弛豫時(shí)間和擴(kuò)散弛豫時(shí)間，它們存在如下關(guān)系：

其中，體積弛豫是流體固有的弛豫特征，由流體的物理特性決定，受流體溫度和黏度影響。表面弛豫發(fā)生在固液接觸面上，即巖石顆粒表面，與顆粒的表面弛豫強(qiáng)度以及孔隙尺寸有關(guān)。在梯度磁場中，采用較長的回波間隔時(shí)，流體具明顯的擴(kuò)散弛豫特性，此特性與流體的擴(kuò)散系數(shù)有關(guān)[6-8]。

表1 儲(chǔ)集層流體的核磁共振特征

是核磁共振測(cè)井識(shí)別流體的基礎(chǔ)。

1.2 核磁共振T2譜與毛細(xì)管壓力的轉(zhuǎn)換

從巖石物理學(xué)意義上說，壓汞毛細(xì)管壓力曲線反映的是某一孔喉控制下的孔隙體積的分布，核磁共振T2譜分布反映不同大小孔隙的孔隙體積分布，假定巖石的孔隙半徑與喉道半徑存在相關(guān)關(guān)系，且孔喉半徑比的變化不大，可以將壓汞毛細(xì)管壓力曲線轉(zhuǎn)換為孔喉半徑分布，表征巖石的孔喉分布特征[9]。由毛細(xì)管壓力理論可知，毛細(xì)管壓力與孔喉半徑之間的關(guān)系為

當(dāng)表面弛豫機(jī)制起主導(dǎo)作用時(shí)，可以利用核磁共振T2譜分布來評(píng)價(jià)孔喉大小及分布，即

聯(lián)立（2）式和（3）式得

其中，C=2σcosθ/（ρ2F2），C稱為轉(zhuǎn)換系數(shù)，可通過巖樣的壓汞毛細(xì)管壓力曲線和核磁共振測(cè)井獲得。

2 實(shí)驗(yàn)方法與結(jié)果討論

為了確定低滲透礫巖的孔喉結(jié)構(gòu)及流體性質(zhì)對(duì)T2譜的影響，選取準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷百口泉組15塊巖樣，進(jìn)行核磁共振和恒速壓汞毛細(xì)管壓力測(cè)定。核磁共振采用弛豫衰減測(cè)量法，設(shè)備是英國牛津公司生產(chǎn)的ARAN AUTRL核磁共振巖心分析儀，工作頻率為2 MHz，測(cè)量時(shí)等待時(shí)間為10.0 ms，回波間隔為0.3 ms，實(shí)驗(yàn)溫度為35℃，飽和液為CaCl2溶液，礦化度為21 052.67 mg/L.毛細(xì)管壓力測(cè)定采取的是恒速壓汞法，注入速度為0.000 5 mL/min，最大進(jìn)汞壓力為6.2 MPa.首先對(duì)巖樣進(jìn)行洗油，然后飽和水并測(cè)量核磁共振T2譜，最后進(jìn)行恒速壓汞毛細(xì)管壓力的測(cè)量[10-12]。

《早操有感》（劉曉云）：月明星亮意未盡，暫做燈塔照前行。勻步穩(wěn)隨口令出，轉(zhuǎn)處自有圈線警。惟念小段低洼處，懼身一顫亂隊(duì)形。千溝萬壑難阻遏，心志堅(jiān)定目標(biāo)明。

對(duì)于親水巖石，洗油后飽和水測(cè)量的T2譜主要是由水的表面弛豫引起的，即T2譜形態(tài)主要反映孔隙結(jié)構(gòu)特征。研究區(qū)A井3 068.26 m巖樣洗油后飽和水的T2譜分布在100 ms之前，而在A井3 068.26 m的核磁共振T2譜在100 ms之后仍有分布（圖1）。

圖1 瑪湖凹陷A井百口泉組3 068.26 m處的T2譜

利用（2）式將恒速壓汞毛細(xì)管壓力曲線轉(zhuǎn)換為孔喉半徑分布，再利用（4）式將孔喉半徑分布轉(zhuǎn)換為T2譜，然后與核磁共振T2譜對(duì)比，發(fā)現(xiàn)恒速壓汞毛細(xì)管壓力曲線轉(zhuǎn)換的T2譜分布在100 ms之前，而在相同深度處的核磁共振T2譜在100 ms之后的孔隙度分量仍然較大（圖2），其他巖樣均反映了這一特征。結(jié)合研究區(qū)儲(chǔ)集層特征，這種差異主要是因?yàn)榈[巖儲(chǔ)集層物性差，泥漿侵入淺，核磁共振測(cè)井探測(cè)范圍內(nèi)殘余油飽和度高，原油對(duì)T2譜產(chǎn)生影響，導(dǎo)致T2譜分布較寬，且隨著含油飽和度的增加，T2譜峰值幅度增加，譜峰向右移動(dòng)[13-15]。

圖2 瑪湖凹陷B井百口泉組3 886.11 m處的T2譜

3 核磁共振測(cè)井流體識(shí)別圖版與應(yīng)用

3.1 流體識(shí)別圖版的建立

對(duì)研究區(qū)試油井段的核磁共振T2譜進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，油層和油水同層井段核磁共振T2譜較寬，在100 ms之后存在孔隙度分量，而含油水層和水層井段核磁共振T2譜較窄，在100 ms之后孔隙度分量較小或不存在（表2）。因此，將橫向弛豫時(shí)間100 ms作為劃分流體性質(zhì)標(biāo)志，構(gòu)建敏感參數(shù)，建立流體識(shí)別圖版[16]。

表2 瑪湖凹陷百口泉組不同含油性儲(chǔ)集層核磁共振T2譜特征

通過大量核磁共振T2譜發(fā)現(xiàn)，橫向弛豫時(shí)間大于300 ms的譜反映的是測(cè)量時(shí)的噪聲，并沒有特殊的地質(zhì)意義。另外，前期研究表明，瑪湖凹陷為富烴凹陷，油層排烴潛力足夠大，認(rèn)為可動(dòng)流體飽和度即為含油飽和度。結(jié)合巖樣核磁共振實(shí)驗(yàn)以及密閉取心含油飽和度分析資料可得，含油孔隙橫向弛豫時(shí)間的起算時(shí)間為10 ms[11-12].鑒于上述分析，選擇2個(gè)核磁共振測(cè)井流體識(shí)別敏感參數(shù)S'o和T2g，其中，S'o為視含油飽和度，S'o=?1/?2，T2g為T2譜上10～300 ms橫向弛豫時(shí)間幾何平均值。

利用試油資料得到的核磁共振測(cè)井流體識(shí)別敏感參數(shù)做流體性質(zhì)識(shí)別圖版（圖3），得到流體性質(zhì)劃分標(biāo)準(zhǔn)（表3），圖版中有1個(gè)油水同層數(shù)據(jù)分布在油層區(qū)域，1個(gè)含油水層數(shù)據(jù)分布在油水同層區(qū)域?，F(xiàn)有圖版不能區(qū)分含油水層與水層，因?yàn)楹退畬优c水層核磁共振T2譜特征相似，大于100 ms的孔隙度分量基本不存在。該圖版的識(shí)別精度為94.3%.

圖3 瑪湖凹陷百口泉組流體性質(zhì)識(shí)別圖版

3.2 應(yīng)用效果分析

瑪湖凹陷C井百口泉組一段4 345—4 352 m和4 355—4 357 m井段視含油飽和度小于10%，T2譜上10～300 ms橫向弛豫時(shí)間幾何平均值為30 ms左右，核磁共振測(cè)井解釋為水層，4 345—4 357 m井段試油日產(chǎn)油量0.20 t，日產(chǎn)水量11.87 m3，試油結(jié)論為水層（圖4a）?，敽枷軩井百口泉組一段3 048—3 064 m視含油飽和度為20%左右，T2譜上10～300 ms橫向弛豫時(shí)間幾何平均值為50 ms左右，核磁共振測(cè)井解釋為油層，3 048—3 056 m試油日產(chǎn)油量8.07 t，日產(chǎn)氣量1.47×104m3，不產(chǎn)水，試油結(jié)論為油層（圖4b）。C井和D井的試油結(jié)論均與核磁共振測(cè)井解釋結(jié)論相吻合，驗(yàn)證了核磁共振測(cè)井解釋結(jié)論的可靠性，表明該方法能夠有效地識(shí)別低滲透礫巖儲(chǔ)集層的流體性質(zhì)，2014—2016年測(cè)井解釋符合率由42%提高到88%.

表3 瑪湖凹陷百口泉組流體性質(zhì)劃分標(biāo)準(zhǔn)

圖4 瑪湖凹陷百口泉組一段測(cè)井解釋成果

應(yīng)用核磁共振測(cè)井識(shí)別流體性質(zhì)的方法在物性差、泥漿侵入淺、油質(zhì)輕的礫巖儲(chǔ)集層中具有較好的適用性，隨著原油黏度增大，T2譜向橫向弛豫時(shí)間減小的方向移動(dòng)；隨著原油黏度減小，T2譜向橫向弛豫時(shí)間增大的方向移動(dòng)，研究區(qū)以橫向弛豫時(shí)間100 ms作為區(qū)分油水的標(biāo)志，在其他區(qū)塊該值需要重新確定。

4 結(jié)論

（1）通過對(duì)洗油后飽和水巖樣測(cè)量的核磁共振T2譜和恒速壓汞毛細(xì)管壓力曲線轉(zhuǎn)換的T2譜對(duì)比分析表明，瑪湖凹陷百口泉組礫巖儲(chǔ)集層物性差、泥漿侵入淺、油質(zhì)輕，在飽和水狀態(tài)下幾乎不存在大于100 ms的橫向弛豫時(shí)間。將實(shí)驗(yàn)得到的T2譜與核磁共振測(cè)井T2譜對(duì)比認(rèn)為，100 ms之后的橫向弛豫時(shí)間反映油的信號(hào)，且隨著原油飽和度的增加，T2譜峰值幅度增大，且向橫向弛豫時(shí)間增大的方向移動(dòng)。

（2）在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合油層、油水同層、含油水層以及水層的核磁共振T2譜分布特征，構(gòu)建核磁共振測(cè)井流體識(shí)別敏感參數(shù)，建立了流體識(shí)別圖版，能夠快速準(zhǔn)確識(shí)別低滲透礫巖儲(chǔ)集層流體性質(zhì)，測(cè)井解釋符合率顯著提高。

符號(hào)注釋

D——流體擴(kuò)散系數(shù)；

FS——孔隙幾何形狀因子，柱狀管道為2，球狀孔隙為3；

G——磁場梯度，本文取0.001 7～0.002 0 T/cm；

pc——毛細(xì)管壓力，MPa；

r——孔喉半徑，μm；

S——孔隙表面積，μm2；

So'——視含油飽和度，%；

T2——橫向弛豫時(shí)間，ms；

T2B——體積弛豫時(shí)間，ms；

T2D——擴(kuò)散弛豫時(shí)間，ms；

T2g——T2譜上10～300 ms橫向弛豫時(shí)間幾何平均值，ms；

T2S——表面弛豫時(shí)間，ms；

TE——回波間隔，ms；

V——孔隙體積，μm3；

γ——質(zhì)子的旋磁比，Hz/T；

θ——潤濕接觸角，（°）；

ρ2——巖石的表面弛豫強(qiáng)度，μm/ms；

σ——流體界面張力，mN/m；

?1——T2譜上100～300 ms對(duì)應(yīng)的孔隙度，%；

?2——T2譜上3 ms之后對(duì)應(yīng)的孔隙度，%.

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