煤層氣儲層參數(shù)的磁共振無損檢測技術(shù)研究

煤層氣儲層參數(shù)的磁共振無損檢測技術(shù)研究

油氣是一種非正式的天然氣。由于油氣儲存的密度和中國油氣儲存的特點，其開發(fā)比傳統(tǒng)天然氣儲量更難開發(fā)。目前已試采的煤層氣井產(chǎn)量較低,甚至有些井不壓裂就無自然產(chǎn)能。要經(jīng)濟有效的開發(fā)煤層氣藏,首先要做好基礎(chǔ)研究工作,即煤層氣藏的儲層特征、滲流機理和滲流理論研究。由低滲透油氣田的開發(fā)經(jīng)驗中得知,對于低滲透特低滲透儲層而言只以孔隙度、滲透率來判斷儲層物性的好差存在很大的缺陷,而且煤層氣儲層是一個特殊類型的儲層,煤層氣的賦存與產(chǎn)出涉及到吸附、解吸、擴散和滲流這樣一系列復(fù)雜的過程,因此必須根據(jù)其自身的特點研究煤層氣藏的儲層特征。另外,由于煤層氣藏開發(fā)的基礎(chǔ)理論缺少,在煤層氣藏開發(fā)過程中出現(xiàn)的許多現(xiàn)象不能得到合理的解釋和充分的解決。核磁共振技術(shù)在低滲透油藏的儲層評價等方面研究取得了很大成果。利用核磁共振技術(shù)的優(yōu)勢在于:對測試樣品無損害,充分結(jié)合煤樣易碎、巖心難鉆取的特點。筆者將利用核磁共振無損技術(shù),來探討該技術(shù)在煤層氣藏儲層評價中的應(yīng)用問題。旨在為煤層氣藏的高效合理開發(fā)提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。1弛豫時間和巖石流體系統(tǒng)顧名思義,核磁共振是原子核和磁場之間的相互作用。由于油、水中富含氫核1H,因此,石油勘探與開發(fā)研究中最常用的原子核是氫核1H。巖樣飽和油或水后,由于油或水中的氫核具有核磁矩,核磁矩在外加靜磁場中會產(chǎn)生能級分裂,此時當有選定頻率的外加射頻場時,核磁矩就會發(fā)生吸收躍遷,產(chǎn)生核磁共振。通過適當?shù)奶綔y、接收線圈就可以觀察到核磁共振現(xiàn)象,探測到核磁共振信號(磁化矢量),核磁共振信號強度與被測樣品內(nèi)所含氫核的數(shù)目成正比。核磁共振中極其重要的一個物理量是弛豫,弛豫是磁化矢量在受到射頻場的激發(fā)下發(fā)生核磁共振時偏離平衡態(tài)后又恢復(fù)到平衡態(tài)的過程。核磁共振中有兩種作用機制不同的弛豫,分別叫做T1弛豫和T2弛豫。弛豫速度的快慢由巖石物性和流體特征決定,對于同一種流體,弛豫速度只取決于巖石物性。標識弛豫速度快慢的常數(shù)稱為弛豫時間,對于T1弛豫叫T1弛豫時間,對于T2弛豫叫T2弛豫時間。雖然T1弛豫時間和T2弛豫時間均反映巖石物性和流體特征,但T1弛豫時間測量費時,現(xiàn)代核磁共振通常測量T2弛豫時間。對純凈物質(zhì)樣品(如純水),每個氫核的周圍環(huán)境及原子核相互作用均相同,因此可用一個弛豫時間T2描述樣品的物性。而對于油氣藏的巖石多孔介質(zhì)樣品而言,情況要復(fù)雜得多,儲層巖石中礦物組成和孔隙結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜,流體存在于多孔介質(zhì)中,被許多界面分割包圍,孔道形狀、大小不一,原子核與固體表面上順磁雜質(zhì)接觸的機會不一致等,使得各個原子核弛豫得到加強的幾率不等,所以巖石流體系統(tǒng)中原子核弛豫不能以單個弛豫時間來描述,而應(yīng)當是一個分布。不同巖石流體系統(tǒng)的物性決定了它們具有不同的T2分布,因此反過來獲得了它們的T2分布就可以確定它們的物理性質(zhì)。相關(guān)資料參見文獻。2巖樣密度和孔隙度的測量核磁共振T2測試是在中石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院滲流所自行開發(fā)研制的低磁場核磁共振巖心分析儀上進行的,該儀器各項性能指標均達到國際先進水平。具體實驗步驟和方法如下:①實驗準備。首先獲取直徑和長度都不能大于2.5cm的任意形狀的巖樣,并將巖樣置于干燥箱中65℃條件下進行干燥至恒重為止,稱巖樣干重。②巖樣飽和水及孔隙度測量。將巖樣抽真空12h以上加壓5MPa飽和模擬地層水,稱濕重,計算孔隙度。③核磁共振T2測試。將飽和水的巖樣置于低磁場核磁共振巖心分析儀的探頭中,進行核磁共振T2測試,并反演計算出T2弛豫時間譜。主要測試參數(shù)為:共振頻率2MHz,回波時間0.3ms,恢復(fù)時間6000ms,回波數(shù)1024,信噪比控制在30∶1以上,T2譜擬合點數(shù)64。3煤巖心滲透率與可動流體百分數(shù)實驗樣品取自山西沁水盆地62塊的任意形狀煤樣。利用核磁共振巖心分析儀分別對巖心進行測定,測試參數(shù)包括孔隙度、滲透率、可動流體百分數(shù)以及T2幾何均值。對常規(guī)水測孔隙度與核磁共振的結(jié)果對比(如圖1)可以看出兩者的相關(guān)性很好,核磁共振測試結(jié)果基本上可以反映出煤層氣藏儲層的孔隙度水平。圖2是滲透率與孔隙度的關(guān)系,從中可以看出滲透率與孔隙度的相關(guān)性并不是很明顯,滲透率隨著孔隙度的增大基本上呈現(xiàn)為增大的趨勢。圖3是煤巖心可動流體百分數(shù)與滲透率的關(guān)系,從中可以看出,可動流體百分數(shù)與巖心滲透率之間都沒有太好的相關(guān)性,巖心的可動流體百分數(shù)并不隨著滲透率的增大而增大。從低滲透油藏的開發(fā)經(jīng)驗可以知道,可動流體百分數(shù)是一個比滲透率和孔隙更優(yōu)的儲層評價參數(shù)。因為可動流體百分數(shù)畢竟反映了介質(zhì)流動能力的大小,能否用可動流體百分數(shù)來作為表征煤層氣儲層物性還有待進一步研究。考慮到煤層氣藏的特殊性,除可動流體百分數(shù)外,還應(yīng)該考慮煤層氣藏的孔隙結(jié)構(gòu)。巖心核磁共振T2譜分布反映了巖石的孔隙結(jié)構(gòu),其不僅與孔隙結(jié)構(gòu)密切相關(guān),而且與部分孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)也有很好的相關(guān)關(guān)系。繪制T2幾何均值與煤層氣巖心其他物性的相關(guān)性圖(圖4、5)。從圖5中可以看出煤層氣藏的T2幾何均值與滲透率有很好的相關(guān)性。因此核磁共振T2譜可以考慮作為儲層評價的參數(shù)之一。結(jié)合以上兩部分討論可知:反映介質(zhì)流動的可動流體百分數(shù)和T2幾何均質(zhì)可能是優(yōu)于滲透率和孔隙度的參數(shù)。4核磁共振檢測技術(shù)1)利用核磁