巖樣滲透性核磁共振實驗分析

鄧鑰

根據巖石核磁共振橫向馳豫譜分布特征，采用孔隙分割原則，將核磁共振累積曲線劃分三段式，確定巖樣的小孔、中間過渡孔和大孔分布。大孔隙對巖石滲透性有貢獻，而過渡孔有部分貢獻，小孔則無貢獻，依據相關性最佳原則確定過渡孔的權重系數，進而得到有效孔隙度與滲透率關系模型。利用該模型確定巖石滲透率，并與經典Coates模型對比，表明其滲透率計算精度較高。

砂巖核磁共振有效孔隙度滲透率一、引言

巖石滲透性決定了該地層是否具有流體儲集能力，其大小用滲透率表征。巖石為多孔介質，它對流體的滲透能力取決于孔隙大小和分布特征。目前，由于核磁共振（NMR）橫向馳豫信號反映了巖石的孔隙結構特征，因此在確定巖石的滲透性方面具有一定優勢。經典的SDR模型是基于T2幾何平均值與滲透率的關系，Coates模型則認為滲透率與可動流體與不可動流體的比值有關。本文以巖石核磁共振實驗為基礎，基于分段分形原理，依據核磁共振T2譜，將樣品孔隙劃分為小、中（過渡）、大孔隙三部分，設置最佳權重系數確定對滲透性有貢獻的有效孔隙，進而確定樣品的滲透率。

二、核磁實驗測量

1.樣品預處理

選取滲透性砂巖樣品30塊，對樣品進行切磨、洗油、洗鹽、烘干等預處理，利用STY-2型氣體滲透率測量儀測量樣品的滲透率，用于實驗對比。再對巖樣加壓飽和特定濃度的NaCl水溶液，將飽含水樣品放在裝有飽和用鹽溶液的容器瓶中，靜置48小時后待用。

2.實驗過程

利用紐邁生產主頻為2MHz的核磁共振信號分析儀，進行飽含水巖樣核磁共振橫向弛豫信號的測量。在恒溫25℃測量環境下，儀器標準參數設定為：等待時間為6000ms，疊加次數為128次，回波個數為4096，回波間隔為0.37ms，利用SIRT反演方法進行T2譜反演。

3.實驗結果

實驗得到巖石的核磁共振橫向馳豫T2譜如圖1，藍色方塊為巖石的橫向馳豫T2分布與孔隙度分量關系，黑色方塊為T2譜的累積曲線，其中，T2值越小，對應孔隙的尺度越小。結果顯示，本實驗巖樣的核磁共振T2譜主要呈現雙峰特征，如左峰偏大，預示巖樣的小孔隙較發育；核磁共振累計曲線顯示為非線性，但可以近似表示為多段線性組合分布，因此，核磁共振橫向馳豫譜具有分段分形特征。

三、巖石滲透性分析

1.基于核磁共振T2譜的孔隙度尺度劃分

以某巖樣為例，如圖2，在雙對數坐標系下，核磁共振累積曲線Sv與T2為3段線性組合關系，每段的斜率反映了孔隙的非均質性，其大小與孔隙尺度有關。分別確定三段的線性方程，聯立求得兩個交點，以交點為分界值，將T2譜劃分為三部分，分別對應小孔、中間過渡孔和大孔，分別對應圖中的S1、S2和S3。其中，S1即為不具有滲流能力的小孔隙，S2為具有部分滲流能力的中間過渡孔隙，S3則為具有滲透性的較大孔隙。

2.巖樣滲透率的確定方法

基于核磁共振T2譜對巖樣孔隙的劃分，對巖石滲透性有貢獻的有效孔隙（Se）可表示為：

Se=f·S2+S3（1）

式中，f為權重系數。其確定方法是將改變f，得到Se與滲透率（K）的關系，根據相關性最佳原則選取f。權重系數f與相關系數（R2）的關系如圖3，當f=0.4時，R2取得極大值。因此，選取0.4為最佳權重系數，進而分析f與滲透率關系，如圖4，二者為冪函數關系，

K=0.01175Se2.6946（2）

3.效果分析

利用式（3）確定樣品滲透率，并將其與經典Coates模型確定的滲透率對比，如圖5，圖中縱坐標為樣品氦氣法測量滲透率。結果顯示，相對于經典Coates模型，本實驗方法確定的滲透率精度有較大提高。

四、結論

（1）根據核磁共振T2譜的分形特征，可將實驗樣品的孔隙進行尺度劃分。

（2）準確確定過渡孔隙的權重系數，有助于對滲透性有貢獻的有效孔隙的確定。

（3）基于孔隙尺度分形劃分有效孔隙，進而確定核磁共振滲透率，其精度優于經典Coates模型，為利用核磁共振研究巖石滲透性提供了有益參考。

參考文獻：

[1]常文會，趙永剛，華新軍.用核磁共振測井技術評價儲層滲透率特性[J].測井技術，2005，（06）：528-530.

[2]肖立志.核磁共振成像測井與巖石核磁共振及其應用[M].北京：科學出版社，1998.