利用核磁共振测井资料评价储集层孔隙结构的讨论.doc

利用核磁共振测井资料评价储集层孔隙结构的讨论肖亮( 西安石油大学 油气资源学院, 西安 710065)摘 要: 从核磁共振测井的理论基础出发, 介绍了利用核磁共振测井技术评价储集层孔隙结构的原理, 探讨了储集层含烃时对核磁共振流体横向弛豫时间分布的影响。提出, 利用核磁共振资料评价储集层孔隙结构时需要注意其应用 条件及适用范围。在一定条件下应对含烃储集层核磁共振的流体横向弛豫时间分布谱进行校正, 使其转换为 100% 饱 和水状态下的核磁共振流体横向弛豫时间分布谱, 然后再利用“三孔隙度组分百分比”法评价储集层孔隙结构, 将会 得出合理的评价结果。关键词: 核磁共振; 测井; 孔隙结构; 评价中图分类号: P631.84文献标识码: A文献 1 是发表在 2007 年 SPWLA 第 48 届测井分析家协会年会上的一篇论文, 该文详细地阐述了作 者通过对大量的岩心毛细管压力曲线, 核磁共振 t2 分 布以及 t2 分布累积孔隙度曲线的分析, 找到了控制岩 石孔隙结构的关键因素并不是孔隙度, 而是整个的孔 隙系统中在一定的孔隙范围内的孔隙度组分百分比。 据此, 文献 1 提出了利用核磁共振测井资料评价储 集层孔隙结构的新方法, 并将其命名为“三孔隙度组 分百分比”法。实际应用表明, 该方法在直观显示储集 层孔隙结构方面确实具有较大的改进和创新, 然而, 在利用核磁共振测井资料评价储集层的孔隙结构时 该方法尚需考虑其前提条件, 即岩石必须是水润湿相 的。为此, 笔者针对利用核磁共振测井资料评价储集 层孔隙结构的理论基础以及储集层含烃对核磁共振t2 分布形态的影响等方面进行阐述, 提出了文献 1 所提方法的适用范围, 旨在更好地应用该方法评价储 集层的孔隙结构。在岩石孔隙中, 水介质作为润湿相流体, 其体弛豫 t2B 数值通常在 3 000 ms 左右, 要比 t2 大得多t2B>> t2, 因此( 1) 式中右边的第一项可忽略。当磁场均匀时( 对应 G 很小) , 扩散系数 D 不太大, 且回波隔 tE 足够短时,( 1) 式中右边的第三项( 即扩散弛豫量) 也可以忽略, 于是( 1) 式可写为 1 = S .(2t2V( 2) 式表明, 当孔隙介质的体积弛豫和扩散弛分量可以忽略时, 核磁共振测井得到的信号主要为面弛豫或孔隙壁弛豫8。即氢核在孔隙中作横向弛运动时, 由于扩散作用会与孔隙壁产生直接碰撞。这一碰撞过程中造成氢核的能量损失, 使氢核从高态回到低能态, 即氢核的表面( 横向) 弛豫过程。碰越频繁, 氢核的能量损失也越快, 也就是加快了氢的横向弛豫过程。很显然, 孔隙的大小决定了氢核孔隙壁碰撞机率的大小, 孔隙越小, 则氢核在作横弛豫的过程中, 与孔隙壁的碰撞几率越大。由此得1 核磁共振测井理论基础核磁共振测井技术是通过测量地层岩石孔隙流 体中氢核的核磁共振弛豫信号幅度和弛豫速率来探 测孔隙结构和孔隙流体的有关信息。氢核弛豫信号的 幅度与地层的孔隙度成正比, 弛豫速率或横向弛豫时 间 t2 与孔隙大小和流体流动特性( 如粘度等) 有关2- 7。 由核磁共振弛豫机制可知, 观测到的横向弛豫时间 t2 可以表示为孔隙的大小与氢核的弛豫率成反比关系 ( 即孔隙小, 氢核的横向弛豫率越高) , 这就是应用核磁共振( t2 谱) 研究岩石孔隙结构的理论基础。如果假设孔隙具有规则的几何形状, 则由( 2)可以导出 t2 与孔隙半径 rpor 之间的对应的关系式为 1 = S =F 2.(2st2Vrpor( 3) 式代表着含水孔隙介质的表面弛豫机制。(3) 式可见, 孔隙内流体的弛豫时间与孔隙空间大 1 = 1 +2 S + D( GtE) 2.( 1)及形状有关, 孔隙越小, 比面积越大, 表面相互作用t2t2BV12收稿日期: 2007- 08- 27修订日期: 2007- 10- 15作者简介: 肖 亮( 1981- ) , 男, 湖北浠水人, 硕士, 地球物理测井,( Tel) 029- 88382797( E- mail) liangxhb.影响越强烈, t2 时间也越短。观测的弛豫时间 t2 和平均孔隙半径 rpor 是一一对应的。因此, 在表面弛豫起主 导作用的条件下, 可利用 t2 分布来评价孔隙大小及其 分布。可见, 要利用核磁共振测井准确地评价储集层 的孔隙结构, 必须是在岩石孔隙 100% 饱和水的情况 下。当储集层含烃时, 可能会对其 t2 谱的形态造成一 定的影响。此时,( 2) 式和( 3) 式将不再成立。( 1) 当岩石孔隙中存在非润湿相的油时, 由于孔隙表面束缚水膜的隔离作用导致非润湿的油主要表 现为体积弛豫, 它会对岩石的核磁共振 t2 分布谱的形 态造成影响, 可动流体弛豫谱的位置主要取决于油的 体积弛豫时间。(2)当岩石孔隙结构较差, 岩石孔隙空间主要为束缚流体充填, 样品在饱和水状态下的 t2 分布主要小于 10 ms 时, 孔隙空间含油不会对核磁 t2 分布的形态2 孔隙含烃对核磁共振 t2 分布的影响为了研究储集层岩石孔隙中含有非润湿相烃时 其对核磁共振 t2 分布的影响, 文献 9 对储集层岩石 进行了不同饱和状态下的核磁共振测井实验研究。该 研究的基本方法是采用煤油和变压器油来模拟不同 粘度下的非润湿相原油。然后让储集层岩石分别处于4 种饱和状态: 分别为 100% 饱和盐水状态, 离心状 态, 饱和油状态和残余油状态, 根据核磁共振测井探 测深度浅的特点将残余油状态下的核磁共振 t2 分布 模拟为实际测量的核磁共振 t2 分布。研究岩石孔隙空 间具有不同含量的油时对其 t2 分布形态的影响。其不 同饱和状态下的 t2 分布特征见图 1.造成影响, 此时可以利用残余油状态下的核磁共振 t2分布评价储集层的孔隙结构, 如图 1a 所示。(3)当岩石孔隙结构中等, 样品在饱和水状态下的 t2 分布主要位于 10 ms 到 100 ms 之间时, 岩石孔隙空间含油会对其 t2 分布形态造成影响, 相对的可动 流体 t2 分布谱峰的位置会右移, 表现出双峰分布特 征, 当 100% 饱和盐水状态下的 t2 分布表现为单峰时, 残余油状态下 t2 分布表现为双峰, 当 100% 饱和盐水 状态下的 t2 分布表现为双峰时, 残余油状态下 t2 分布 的双峰分布更加明显, 此时不能利用残余油状态下的 核磁共振 t2 分布评价储集层的孔隙结构, 否则会得出 错误的评价结果, 如图 1b 和图 1c 所示。( 4) 当岩石孔隙结构较好, 样品在 100% 饱和盐 水状态下的 t2 分布较宽, 且其 t2 谱可以或基本可以包 含油的体积弛豫 t2 分布谱时, 残余油状态下的 t2 谱与 饱和盐水状态下的 t2 谱的形态比较接近, 此时可以利 用残余油状态下的核磁共振 t2 分布评价储集层的孔 隙结构, 如图 1d 所示。从上面的实验以及分析结果可以看出, 当储集层 孔隙结构较好或较差时, 孔隙含烃对其核磁共振 t2 分 布的形态不会产生影响或者影响不大, 此时将“三孔 隙度组分百分比”法运用于实际测量的核磁共振 t2 分 布中可以准确地评价储集层的孔隙结构。而当储集层 孔隙结构为中等时, 孔隙含烃可能会对其核磁 t2 分布 具有一定的影响, 此时, 可能需要在一定的条件下对 储集层 t2 分布形态进行校正, 将其校正到 100% 饱和 水状态下的 t2 分布谱。然后运用“三孔隙度组分百分 比”法来评价储集层的孔隙结构就能得出正确的评价0.160.140.120.100.080.060.040.0200.160.140.120.100.080.060.040.020孔 隙 度=12.201%渗 透 率=0.153×10- 3 m2孔 隙 度=10.8%渗 透 率=0.5×10- 3 m2Swi =87.59%Swi =55.9%Sor=7.45%Sor=31.5%abSwi =74.7%Swi =88.11%0.1110100 1000100000.1110 100 1000t( 弛豫时间) , ms10000t2( 弛豫时间) , ms20.160.140.120.100.080.060.040.0200.160.140.120.100.080.060.040.02孔 隙 度=14.1%渗 透 率=316.6×10- 3 m2孔 隙 度=14.1%渗 透 率=4.1×10- 3 m2Swi =38.7%Swi =53.6%Sor=30.3%Sor=26.9%cdSwi =80.5%10 100 1000 10000t2( 弛豫时间) , msSwi =33.2%1000 1000000.1 110 1000.1 1t2( 弛豫时间) , ms图 1 岩心样品不同饱和状态下的核磁共振t2 分布( 引自文献 9 )图 1 为 4 种不同类型岩心样品在饱和不同含量油品状态下的核磁共振 t2 分布图。图中从上到下分别 为油品核磁共振 t2 弛豫谱, 饱和油状态下核磁共振 t2 分布谱, 残余油状态下核磁共振 t2 分布谱, 100% 饱和 盐水状态下核磁共振 t2 分布谱以及离心束缚水状态 下核磁共振 t2 分布谱, 其中样品 a、c 和 d 使用的油品 为煤油, 样品 b 使用的是变压器油。从图中对不同状 态下核磁 t2 分布形态特征的分析, 可以得出如下结结果。而如果在没有对 t 分布形态进行校正的情况下2直接将其运用于实际地层中来判断储集层的孔隙结构, 可能会夸大实际地层的孔隙结构特征。3应用分析以 6 块在不同饱和状态下进行了核磁共振测量的岩心样品为例, 进一步研究“三孔隙度组分百分比”法的适用范围。在 100% 饱和盐水状态下以及残余油 状态下不同 t2 分布区间内的孔隙度组分百分比 S1、S2论:相对幅度相对幅度相对幅度相对幅度和 S3 计 算 结 果 以 及 孔 隙 结 构 的 评 价 结 果 如 表 1 所示。从对表 1 的分析可知, 对于孔隙结构较差的岩 石, 如 1 号和 6 号样品, 孔隙含烃对其 t2 分布的形态 不会造成太大的影响, 因此, 100% 饱和盐水和残余油 状态下利用“三孔隙度组分百分比”法判断储集层孔 隙结构类型均是类; 对于孔隙结构较好的岩石, 如5 号样品, 其 100% 饱和盐水状态下 t2 分布较宽, 其 t2 分布基本可以包含油的体积弛豫 t2 谱, 孔隙含油对 其 t2 分布形态的影响不大, 因此 100% 饱和盐水和残 余油状态下利用“三孔隙度组分百分比”法判断储集分百分比”法判断该样品则属于第类; 对于 3 号品, 100% 饱和盐水状态下利用“三孔隙度组分百比”法判断该样品属于第类, 而残余油状态下利“三孔隙度组分百分比”法判断该样品则属于第类; 对于 4 号样品, 100% 饱和盐水状态下利用“三隙度组分百分比”法判断该样品属于第类, 而残油状态下利用“三孔隙度组分百分比”法判断该样则属于第类。从对表 1 的分析可以进一步得出结论: 在实际层评价中, 利用核磁共振测井资料对储集层孔隙结进行评价时需要注意其应用的前提条件及其适用层孔隙结构类型均是第类;而对于孔隙结构中等围。“三孔隙度组分百分比”法在实际水层、孔隙结的岩石, 如 2 号、3 号和 4 号样品, 孔隙含油会导致其可动流体峰的位置右移, 此时 100% 饱和盐水和残余 油状态下利用“三孔隙度组分百分比”法判断储集层 孔隙结构类型就会出现偏差。例如 2 号样品, 100% 饱 和盐水状态下利用“三孔隙度组分百分比”法判断该 样品属于第类, 而残余油状态下利用“三孔隙度组较好或者较差的储集层中其评价结果是可靠的。而孔隙结构中等的储集层中, 其评价结果可能会有所差, 此时应该首先考虑在一定的条件下对含烃储集核磁共振 t2 分布谱进行校正, 使其转换为 100% 饱水状态下的核磁共振 t2 分布谱, 然后利用此方法进评价, 将能使评价得出的结果更加合理可靠。表 1100% 饱和盐水和残余油状态下利用“三孔隙度组分百分比”法评价储集层孔隙结构结果对比S1 (110ms)S2 (10100ms)S3 (1001 000ms)孔隙结构评价结果样品孔隙度渗透率100% 饱和残余油100% 饱和残余油100% 饱和残余油100% 饱和残余油( %)( 10- 3 m2)编号盐水状态状态盐水状态状态盐水状态状态盐水状态状态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 40.174 10.333 80.323 60.439 80.502 368.1110.3980.5840.511 80.349 70.270 20.066 30.218利用该方法进行储集层孔隙结构评价, 可能会与实4 结 语“三孔隙度组分百分比”法在评价储集层孔隙结 构方面具有直观显示的特点, 采用“PORCLA”指数能 直接的指示储集层孔隙结构质量。利用核磁共振测井资料评价储集层孔隙结构的 前提是储集层岩石是水润湿相的, 储集层孔隙含烃会 对其 t2 分布的形态造成影响, 尤其是对于孔隙结构中 等的岩石, 储集层含烃会导致其 t2 分布上可动峰位置 右移, 表现出明显的双峰分布特征。利用“三孔隙度组分百分比”法判断储集层孔隙 结构类型具有一定适用范围, 在水层以及孔隙结构类 型较好或较差的储集层中, 此方法得出的评价结果是 真实可靠的。而对于孔隙结构类型中等的储集层, 在 实际应用中应该具有一定的适用条件, 首先应该在一 定的条件下对核磁共振 t2 分布谱的形态进行校正, 使地层的孔隙结构特征产生误差。本文只是针对“三孔隙度组分百分比”法在实储集层孔隙结构评价中的应用进行的讨论, 以期望使该方法在实际储集层孔隙结构评价中得出的结更加真实可靠, 方法的适用条件考虑更加周全, 其的观点有不正确的地方还望批评指正。符 号 注 释D扩散系数, m2/ms;Fs 孔隙几何形状因子, 对于球状孔隙: Fs=3, 对柱状道: Fs=2;G磁场梯度, nT/m;rpor 孔隙半径, m;S 孔隙表面积, m2;t 流体横向弛豫时间, ms;2t2B 流体体积( 自由) 弛豫时间, ms;tE 回波间隔, ms;其转化为 100% 饱和水状态下的 t2 分布谱。如果直接V孔隙体积, m3;2 岩石横向表面弛豫率, m/ms;旋磁比, 无量纲。drainage capillary pressure curves from NMR core and log data J . 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In some conditions, such a distribution shape of t2 in NMR logs should be corrected into that in state of 100% water saturation, followed by using the method of percentage of three-porosity composition to evaluate the formation pore structure, the results will be more reasonable.Key Wor ds: NMR; well log; pore structure; evaluation"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""青海油田钻成 22 口水平井截至 2007 年 12 月 20 日, 青海油田全年已先后在 8 个油气田的 5 种类型油气藏上, 顺利钻完 22 口水平井, 使水平井占到了全年开发井总数的 3.3%.针对柴达木盆地复杂的地质条件, 运用水平井井眼轨迹优化设计技术及井眼轨迹剖面优化设计技术, 最大限度发挥水平井的 潜 力, 采用 MWD+LWD 地质导向及随钻测量技术, 加强随钻地质跟踪分析, 使平均油层钻遇率达到了 83.86% . 尤其在国内罕见的 长水平段水平井台 H5- 1、台 H5- 2 井中, 完井水平段长分别为 1 009 m、625 m, 气层钻遇率达到 100%.( 本刊编辑部)!塔河油田出现第一口日产超千吨油井中国石化西北石油局西北油田分公司近日在塔河油田西北部艾丁地区寻找原生油气藏取得重大突破, 在该区域奥陶系获得高产工业油气流。位于该区域的 AD4 井目前原油日产量达到 1 048 t, 成为塔河油田第一口产量超过千吨的油井。与此同时, 在塔河油田西南部的托甫台南部地区也发现了高产油气缝洞带, 在塔河东南部奥陶系发现新的天然气条带, 在塔河 中新生界碎屑岩勘探也取得重要进展, 探明了一批小型油气藏。塔里木盆地是石油界公认的能够找出特大型油田的盆地, 在艾丁地区奥陶系勘探取得重大突破, 更坚定了西北石油局、西北油 田分公司建设千万吨级塔河大油田的信心。2008 年, 他们将力争提交三级储量 3×109 t 油当量, 生产原油突破 600×104 t, 全力推进千 万吨级塔河大油田的建设。