利用核磁共振測(cè)井資料評(píng)價(jià)儲(chǔ)集層孔隙結(jié)構(gòu)的討論

1、利用核磁共振測(cè)井資料評(píng)價(jià)儲(chǔ)集層孔隙結(jié)構(gòu)的討論肖亮( 西安石油大學(xué) 油氣資源學(xué)院, 西安 710065)摘 要: 從核磁共振測(cè)井的理論基礎(chǔ)出發(fā), 介紹了利用核磁共振測(cè)井技術(shù)評(píng)價(jià)儲(chǔ)集層孔隙結(jié)構(gòu)的原理, 探討了儲(chǔ)集層含烴時(shí)對(duì)核磁共振流體橫向弛豫時(shí)間分布的影響。提出, 利用核磁共振資料評(píng)價(jià)儲(chǔ)集層孔隙結(jié)構(gòu)時(shí)需要注意其應(yīng)用 條件及適用范圍。在一定條件下應(yīng)對(duì)含烴儲(chǔ)集層核磁共振的流體橫向弛豫時(shí)間分布譜進(jìn)行校正, 使其轉(zhuǎn)換為 100% 飽 和水狀態(tài)下的核磁共振流體橫向弛豫時(shí)間分布譜, 然后再利用“三孔隙度組分百分比”法評(píng)價(jià)儲(chǔ)集層孔隙結(jié)構(gòu), 將會(huì) 得出合理的評(píng)價(jià)結(jié)果。關(guān)鍵詞: 核磁共振; 測(cè)井; 孔隙結(jié)構(gòu); 評(píng)價(jià)

2、中圖分類號(hào): p631.84文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: a文獻(xiàn) 1 是發(fā)表在 2007 年 spwla 第 48 屆測(cè)井分析家協(xié)會(huì)年會(huì)上的一篇論文, 該文詳細(xì)地闡述了作 者通過對(duì)大量的巖心毛細(xì)管壓力曲線, 核磁共振 t2 分 布以及 t2 分布累積孔隙度曲線的分析, 找到了控制巖 石孔隙結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵因素并不是孔隙度, 而是整個(gè)的孔 隙系統(tǒng)中在一定的孔隙范圍內(nèi)的孔隙度組分百分比。 據(jù)此, 文獻(xiàn) 1 提出了利用核磁共振測(cè)井資料評(píng)價(jià)儲(chǔ) 集層孔隙結(jié)構(gòu)的新方法, 并將其命名為“三孔隙度組 分百分比”法。實(shí)際應(yīng)用表明, 該方法在直觀顯示儲(chǔ)集 層孔隙結(jié)構(gòu)方面確實(shí)具有較大的改進(jìn)和創(chuàng)新, 然而, 在利用核磁共振測(cè)井資料評(píng)價(jià)儲(chǔ)集

3、層的孔隙結(jié)構(gòu)時(shí) 該方法尚需考慮其前提條件, 即巖石必須是水潤(rùn)濕相 的。為此, 筆者針對(duì)利用核磁共振測(cè)井資料評(píng)價(jià)儲(chǔ)集 層孔隙結(jié)構(gòu)的理論基礎(chǔ)以及儲(chǔ)集層含烴對(duì)核磁共振t2 分布形態(tài)的影響等方面進(jìn)行闡述, 提出了文獻(xiàn) 1 所提方法的適用范圍, 旨在更好地應(yīng)用該方法評(píng)價(jià)儲(chǔ) 集層的孔隙結(jié)構(gòu)。在巖石孔隙中, 水介質(zhì)作為潤(rùn)濕相流體, 其體弛豫 t2b 數(shù)值通常在 3 000 ms 左右, 要比 t2 大得多t2b t2, 因此( 1) 式中右邊的第一項(xiàng)可忽略。當(dāng)磁場(chǎng)均勻時(shí)( 對(duì)應(yīng) g 很小) , 擴(kuò)散系數(shù) d 不太大, 且回波隔 te 足夠短時(shí),( 1) 式中右邊的第三項(xiàng)( 即擴(kuò)散弛豫量) 也可以忽略, 于是

4、( 1) 式可寫為 1 = s .(2t2v( 2) 式表明, 當(dāng)孔隙介質(zhì)的體積弛豫和擴(kuò)散弛分量可以忽略時(shí), 核磁共振測(cè)井得到的信號(hào)主要為面弛豫或孔隙壁弛豫8。即氫核在孔隙中作橫向弛運(yùn)動(dòng)時(shí), 由于擴(kuò)散作用會(huì)與孔隙壁產(chǎn)生直接碰撞。這一碰撞過程中造成氫核的能量損失, 使氫核從高態(tài)回到低能態(tài), 即氫核的表面( 橫向) 弛豫過程。碰越頻繁, 氫核的能量損失也越快, 也就是加快了氫的橫向弛豫過程。很顯然, 孔隙的大小決定了氫核孔隙壁碰撞機(jī)率的大小, 孔隙越小, 則氫核在作橫弛豫的過程中, 與孔隙壁的碰撞幾率越大。由此得1 核磁共振測(cè)井理論基礎(chǔ)核磁共振測(cè)井技術(shù)是通過測(cè)量地層巖石孔隙流 體中氫核的核磁共振弛

5、豫信號(hào)幅度和弛豫速率來探 測(cè)孔隙結(jié)構(gòu)和孔隙流體的有關(guān)信息。氫核弛豫信號(hào)的 幅度與地層的孔隙度成正比, 弛豫速率或橫向弛豫時(shí) 間 t2 與孔隙大小和流體流動(dòng)特性( 如粘度等) 有關(guān)2- 7。 由核磁共振弛豫機(jī)制可知, 觀測(cè)到的橫向弛豫時(shí)間 t2 可以表示為孔隙的大小與氫核的弛豫率成反比關(guān)系 ( 即孔隙小, 氫核的橫向弛豫率越高) , 這就是應(yīng)用核磁共振( t2 譜) 研究巖石孔隙結(jié)構(gòu)的理論基礎(chǔ)。如果假設(shè)孔隙具有規(guī)則的幾何形狀, 則由( 2)可以導(dǎo)出 t2 與孔隙半徑 rpor 之間的對(duì)應(yīng)的關(guān)系式為 1 = s =f 2.(2st2vrpor( 3) 式代表著含水孔隙介質(zhì)的表面弛豫機(jī)制。(3) 式

6、可見, 孔隙內(nèi)流體的弛豫時(shí)間與孔隙空間大 1 = 1 +2 s + d( gte) 2.( 1)及形狀有關(guān), 孔隙越小, 比面積越大, 表面相互作用t2t2bv12收稿日期: 2007- 08- 27修訂日期: 2007- 10- 15作者簡(jiǎn)介: 肖 亮( 1981- ) , 男, 湖北浠水人, 碩士, 地球物理測(cè)井,( tel) 029- 88382797( e- mail) .影響越強(qiáng)烈, t2 時(shí)間也越短。觀測(cè)的弛豫時(shí)間 t2 和平均孔隙半徑 rpor 是一一對(duì)應(yīng)的。因此, 在表面弛豫起主 導(dǎo)作用的條件下, 可利用 t2 分布來評(píng)價(jià)孔隙大小及其 分

7、布?？梢? 要利用核磁共振測(cè)井準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)儲(chǔ)集層 的孔隙結(jié)構(gòu), 必須是在巖石孔隙 100% 飽和水的情況 下。當(dāng)儲(chǔ)集層含烴時(shí), 可能會(huì)對(duì)其 t2 譜的形態(tài)造成一 定的影響。此時(shí),( 2) 式和( 3) 式將不再成立。( 1) 當(dāng)巖石孔隙中存在非潤(rùn)濕相的油時(shí), 由于孔隙表面束縛水膜的隔離作用導(dǎo)致非潤(rùn)濕的油主要表 現(xiàn)為體積弛豫, 它會(huì)對(duì)巖石的核磁共振 t2 分布譜的形 態(tài)造成影響, 可動(dòng)流體弛豫譜的位置主要取決于油的 體積弛豫時(shí)間。(2)當(dāng)巖石孔隙結(jié)構(gòu)較差, 巖石孔隙空間主要為束縛流體充填, 樣品在飽和水狀態(tài)下的 t2 分布主要小于 10 ms 時(shí), 孔隙空間含油不會(huì)對(duì)核磁 t2 分布的形態(tài)2 孔隙

8、含烴對(duì)核磁共振 t2 分布的影響為了研究?jī)?chǔ)集層巖石孔隙中含有非潤(rùn)濕相烴時(shí) 其對(duì)核磁共振 t2 分布的影響, 文獻(xiàn) 9 對(duì)儲(chǔ)集層巖石 進(jìn)行了不同飽和狀態(tài)下的核磁共振測(cè)井實(shí)驗(yàn)研究。該 研究的基本方法是采用煤油和變壓器油來模擬不同 粘度下的非潤(rùn)濕相原油。然后讓儲(chǔ)集層巖石分別處于4 種飽和狀態(tài): 分別為 100% 飽和鹽水狀態(tài), 離心狀 態(tài), 飽和油狀態(tài)和殘余油狀態(tài), 根據(jù)核磁共振測(cè)井探 測(cè)深度淺的特點(diǎn)將殘余油狀態(tài)下的核磁共振 t2 分布 模擬為實(shí)際測(cè)量的核磁共振 t2 分布。研究巖石孔隙空 間具有不同含量的油時(shí)對(duì)其 t2 分布形態(tài)的影響。其不 同飽和狀態(tài)下的 t2 分布特征見圖 1.造成影響, 此時(shí)

9、可以利用殘余油狀態(tài)下的核磁共振 t2分布評(píng)價(jià)儲(chǔ)集層的孔隙結(jié)構(gòu), 如圖 1a 所示。(3)當(dāng)巖石孔隙結(jié)構(gòu)中等, 樣品在飽和水狀態(tài)下的 t2 分布主要位于 10 ms 到 100 ms 之間時(shí), 巖石孔隙空間含油會(huì)對(duì)其 t2 分布形態(tài)造成影響, 相對(duì)的可動(dòng) 流體 t2 分布譜峰的位置會(huì)右移, 表現(xiàn)出雙峰分布特 征, 當(dāng) 100% 飽和鹽水狀態(tài)下的 t2 分布表現(xiàn)為單峰時(shí), 殘余油狀態(tài)下 t2 分布表現(xiàn)為雙峰, 當(dāng) 100% 飽和鹽水 狀態(tài)下的 t2 分布表現(xiàn)為雙峰時(shí), 殘余油狀態(tài)下 t2 分布 的雙峰分布更加明顯, 此時(shí)不能利用殘余油狀態(tài)下的 核磁共振 t2 分布評(píng)價(jià)儲(chǔ)集層的孔隙結(jié)構(gòu), 否則會(huì)得出

10、 錯(cuò)誤的評(píng)價(jià)結(jié)果, 如圖 1b 和圖 1c 所示。( 4) 當(dāng)巖石孔隙結(jié)構(gòu)較好, 樣品在 100% 飽和鹽 水狀態(tài)下的 t2 分布較寬, 且其 t2 譜可以或基本可以包 含油的體積弛豫 t2 分布譜時(shí), 殘余油狀態(tài)下的 t2 譜與 飽和鹽水狀態(tài)下的 t2 譜的形態(tài)比較接近, 此時(shí)可以利 用殘余油狀態(tài)下的核磁共振 t2 分布評(píng)價(jià)儲(chǔ)集層的孔 隙結(jié)構(gòu), 如圖 1d 所示。從上面的實(shí)驗(yàn)以及分析結(jié)果可以看出, 當(dāng)儲(chǔ)集層 孔隙結(jié)構(gòu)較好或較差時(shí), 孔隙含烴對(duì)其核磁共振 t2 分 布的形態(tài)不會(huì)產(chǎn)生影響或者影響不大, 此時(shí)將“三孔 隙度組分百分比”法運(yùn)用于實(shí)際測(cè)量的核磁共振 t2 分 布中可以準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)儲(chǔ)集層的

11、孔隙結(jié)構(gòu)。而當(dāng)儲(chǔ)集層 孔隙結(jié)構(gòu)為中等時(shí), 孔隙含烴可能會(huì)對(duì)其核磁 t2 分布 具有一定的影響, 此時(shí), 可能需要在一定的條件下對(duì) 儲(chǔ)集層 t2 分布形態(tài)進(jìn)行校正, 將其校正到 100% 飽和 水狀態(tài)下的 t2 分布譜。然后運(yùn)用“三孔隙度組分百分 比”法來評(píng)價(jià)儲(chǔ)集層的孔隙結(jié)構(gòu)就能得出正確的評(píng)價(jià)20.100.080.060.040.020.100.080.060.040.020孔 隙 度=12.201%滲 透 率=0.15310- 3 m2孔 隙 度=10.8%滲 透 率=0.510- 3 m2swi =87.59%swi =55.9%sor=7.4

12、5%sor=31.5%abswi =74.7%swi =88.11%0.1110100 1000100000.1110 100 1000t( 弛豫時(shí)間) , ms10000t2( 弛豫時(shí)間) , ms20.100.080.060.040.020.100.080.060.040.02孔 隙 度=14.1%滲 透 率=316.610- 3 m2孔 隙 度=14.1%滲 透 率=4.110- 3 m2swi =38.7%swi =53.6%sor=30.3%sor=26.9%cdswi =80.5%10 100 1000 10000t2( 弛豫時(shí)間)

13、 , msswi =33.2%1000 1000000.1 110 1000.1 1t2( 弛豫時(shí)間) , ms圖 1 巖心樣品不同飽和狀態(tài)下的核磁共振t2 分布( 引自文獻(xiàn) 9 )圖 1 為 4 種不同類型巖心樣品在飽和不同含量油品狀態(tài)下的核磁共振 t2 分布圖。圖中從上到下分別 為油品核磁共振 t2 弛豫譜, 飽和油狀態(tài)下核磁共振 t2 分布譜, 殘余油狀態(tài)下核磁共振 t2 分布譜, 100% 飽和 鹽水狀態(tài)下核磁共振 t2 分布譜以及離心束縛水狀態(tài) 下核磁共振 t2 分布譜, 其中樣品 a、c 和 d 使用的油品 為煤油, 樣品 b 使用的是變壓器油。從圖中對(duì)不同狀 態(tài)下核磁 t2 分布

14、形態(tài)特征的分析, 可以得出如下結(jié)結(jié)果。而如果在沒有對(duì) t 分布形態(tài)進(jìn)行校正的情況下2直接將其運(yùn)用于實(shí)際地層中來判斷儲(chǔ)集層的孔隙結(jié)構(gòu), 可能會(huì)夸大實(shí)際地層的孔隙結(jié)構(gòu)特征。3應(yīng)用分析以 6 塊在不同飽和狀態(tài)下進(jìn)行了核磁共振測(cè)量的巖心樣品為例, 進(jìn)一步研究“三孔隙度組分百分比”法的適用范圍。在 100% 飽和鹽水狀態(tài)下以及殘余油 狀態(tài)下不同 t2 分布區(qū)間內(nèi)的孔隙度組分百分比 s1、s2論:相對(duì)幅度相對(duì)幅度相對(duì)幅度相對(duì)幅度和 s3 計(jì) 算 結(jié) 果 以 及 孔 隙 結(jié) 構(gòu) 的 評(píng) 價(jià) 結(jié) 果 如 表 1 所示。從對(duì)表 1 的分析可知, 對(duì)于孔隙結(jié)構(gòu)較差的巖 石, 如 1 號(hào)和 6 號(hào)樣品, 孔隙含烴對(duì)

15、其 t2 分布的形態(tài) 不會(huì)造成太大的影響, 因此, 100% 飽和鹽水和殘余油 狀態(tài)下利用“三孔隙度組分百分比”法判斷儲(chǔ)集層孔 隙結(jié)構(gòu)類型均是類; 對(duì)于孔隙結(jié)構(gòu)較好的巖石, 如5 號(hào)樣品, 其 100% 飽和鹽水狀態(tài)下 t2 分布較寬, 其 t2 分布基本可以包含油的體積弛豫 t2 譜, 孔隙含油對(duì) 其 t2 分布形態(tài)的影響不大, 因此 100% 飽和鹽水和殘 余油狀態(tài)下利用“三孔隙度組分百分比”法判斷儲(chǔ)集分百分比”法判斷該樣品則屬于第類; 對(duì)于 3 號(hào)品, 100% 飽和鹽水狀態(tài)下利用“三孔隙度組分百比”法判斷該樣品屬于第類, 而殘余油狀態(tài)下利“三孔隙度組分百分比”法判斷該樣品則屬于第類;

16、對(duì)于 4 號(hào)樣品, 100% 飽和鹽水狀態(tài)下利用“三隙度組分百分比”法判斷該樣品屬于第類, 而殘油狀態(tài)下利用“三孔隙度組分百分比”法判斷該樣則屬于第類。從對(duì)表 1 的分析可以進(jìn)一步得出結(jié)論: 在實(shí)際層評(píng)價(jià)中, 利用核磁共振測(cè)井資料對(duì)儲(chǔ)集層孔隙結(jié)進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)需要注意其應(yīng)用的前提條件及其適用層孔隙結(jié)構(gòu)類型均是第類;而對(duì)于孔隙結(jié)構(gòu)中等圍?！叭紫抖冉M分百分比”法在實(shí)際水層、孔隙結(jié)的巖石, 如 2 號(hào)、3 號(hào)和 4 號(hào)樣品, 孔隙含油會(huì)導(dǎo)致其可動(dòng)流體峰的位置右移, 此時(shí) 100% 飽和鹽水和殘余 油狀態(tài)下利用“三孔隙度組分百分比”法判斷儲(chǔ)集層 孔隙結(jié)構(gòu)類型就會(huì)出現(xiàn)偏差。例如 2 號(hào)樣品, 100% 飽

17、和鹽水狀態(tài)下利用“三孔隙度組分百分比”法判斷該 樣品屬于第類, 而殘余油狀態(tài)下利用“三孔隙度組較好或者較差的儲(chǔ)集層中其評(píng)價(jià)結(jié)果是可靠的。而孔隙結(jié)構(gòu)中等的儲(chǔ)集層中, 其評(píng)價(jià)結(jié)果可能會(huì)有所差, 此時(shí)應(yīng)該首先考慮在一定的條件下對(duì)含烴儲(chǔ)集核磁共振 t2 分布譜進(jìn)行校正, 使其轉(zhuǎn)換為 100% 飽水狀態(tài)下的核磁共振 t2 分布譜, 然后利用此方法進(jìn)評(píng)價(jià), 將能使評(píng)價(jià)得出的結(jié)果更加合理可靠。表 1100% 飽和鹽水和殘余油狀態(tài)下利用“三孔隙度組分百分比”法評(píng)價(jià)儲(chǔ)集層孔隙結(jié)構(gòu)結(jié)果對(duì)比s1 (110ms)s2 (10100ms)s3 (1001 000ms)孔隙結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)結(jié)果樣品孔隙度滲透率100% 飽和殘余油

18、100% 飽和殘余油100% 飽和殘余油100% 飽和殘余油( %)( 10- 3 m2)編號(hào)鹽水狀態(tài)狀態(tài)鹽水狀態(tài)狀態(tài)鹽水狀態(tài)狀態(tài)鹽水狀態(tài)狀態(tài)112.2010.1530.812 30.769 30.082 30.128 20.105 40.102 5213.9094.1220.235 10.265 40.604 30.414 50.160 60.320 1316.81317.1580.278 20.253 40.4490.372 20.272 80.374 5416.8283.80.059 70.070 10.584 70.363 50.355 60.566 4517.6316.60.226

19、40.174 10.333 80.323 60.439 80.502 368.1110.3980.5840.511 80.349 70.270 20.066 30.218利用該方法進(jìn)行儲(chǔ)集層孔隙結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià), 可能會(huì)與實(shí)4 結(jié) 語“三孔隙度組分百分比”法在評(píng)價(jià)儲(chǔ)集層孔隙結(jié) 構(gòu)方面具有直觀顯示的特點(diǎn), 采用“porcla”指數(shù)能 直接的指示儲(chǔ)集層孔隙結(jié)構(gòu)質(zhì)量。利用核磁共振測(cè)井資料評(píng)價(jià)儲(chǔ)集層孔隙結(jié)構(gòu)的 前提是儲(chǔ)集層巖石是水潤(rùn)濕相的, 儲(chǔ)集層孔隙含烴會(huì) 對(duì)其 t2 分布的形態(tài)造成影響, 尤其是對(duì)于孔隙結(jié)構(gòu)中 等的巖石, 儲(chǔ)集層含烴會(huì)導(dǎo)致其 t2 分布上可動(dòng)峰位置 右移, 表現(xiàn)出明顯的雙峰分布特征。利用“

20、三孔隙度組分百分比”法判斷儲(chǔ)集層孔隙 結(jié)構(gòu)類型具有一定適用范圍, 在水層以及孔隙結(jié)構(gòu)類 型較好或較差的儲(chǔ)集層中, 此方法得出的評(píng)價(jià)結(jié)果是 真實(shí)可靠的。而對(duì)于孔隙結(jié)構(gòu)類型中等的儲(chǔ)集層, 在 實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)該具有一定的適用條件, 首先應(yīng)該在一 定的條件下對(duì)核磁共振 t2 分布譜的形態(tài)進(jìn)行校正, 使地層的孔隙結(jié)構(gòu)特征產(chǎn)生誤差。本文只是針對(duì)“三孔隙度組分百分比”法在實(shí)儲(chǔ)集層孔隙結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用進(jìn)行的討論, 以期望使該方法在實(shí)際儲(chǔ)集層孔隙結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)中得出的結(jié)更加真實(shí)可靠, 方法的適用條件考慮更加周全, 其的觀點(diǎn)有不正確的地方還望批評(píng)指正。符 號(hào) 注 釋d擴(kuò)散系數(shù), m2/ms;fs 孔隙幾何形狀因子, 對(duì)于

21、球狀孔隙: fs=3, 對(duì)柱狀道: fs=2;g磁場(chǎng)梯度, nt/m;rpor 孔隙半徑, m;s 孔隙表面積, m2;t 流體橫向弛豫時(shí)間, ms;2t2b 流體體積( 自由) 弛豫時(shí)間, ms;te 回波間隔, ms;其轉(zhuǎn)化為 100% 飽和水狀態(tài)下的 t2 分布譜。如果直接v孔隙體積, m3;2 巖石橫向表面弛豫率, m/ms;旋磁比, 無量綱。drainage capillary pressure curves from nmr core and log data j . petrophysics, 2001, 42( 4) : 334- 343.yakov volokitin , w

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26、i an, shaanxi 710065, china)abstr act: the principle of evaluation of formation pore structure with nmr logs is presented. the effect of hydrocarbon-bearing reservoir on distribution shape of t2 in nmr logs is discussed. it is suggested that its applied conditions and suitable scope should be paid attention to. in some conditions, such a distribution shape of t2 in nmr logs should be corrected into that in state of 100% wate