基于核磁共振驅(qū)替技術(shù)的頁巖含油性評(píng)價(jià)

何夢卿，吳 珂

（西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院，陜西西安 710065）

基于核磁共振驅(qū)替技術(shù)的頁巖含油性評(píng)價(jià)

何夢卿，吳 珂

（西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院，陜西西安 710065）

為評(píng)價(jià)頁巖含油性，利用核磁共振技術(shù)，對(duì)頁巖樣品進(jìn)行核磁共振油驅(qū)水測試并分析樣品在不同驅(qū)替時(shí)間下的T2譜特征。結(jié)果表明，在毛細(xì)管力作用下，小孔喉和較小孔喉在整個(gè)驅(qū)替過程中含油量一直緩慢增長，因此較小孔喉和小孔喉是頁巖油氣成藏過程中原油的主要賦存場所。頁巖含油性與物性參數(shù)之間沒有表現(xiàn)出明顯的相關(guān)關(guān)系。影響頁巖含油性的主要因素是孔隙結(jié)構(gòu)，不同的孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)不同的驅(qū)替機(jī)理和驅(qū)替通道。此外，微裂縫的存在改變了頁巖微觀驅(qū)替機(jī)理，導(dǎo)致驅(qū)替波及程度變小，含油飽和度降低。

核磁共振驅(qū)替技術(shù)；頁巖；含油性

在現(xiàn)今世界石油工業(yè)中，正經(jīng)歷著從常規(guī)油氣向非常規(guī)油氣的跨越，由于頁巖油的特殊地位，作為最重要的非常規(guī)油氣接替資源之一，受到了各方研究者的普遍關(guān)注。起初對(duì)于頁巖含油性評(píng)價(jià)主要通過測井資料和地球化學(xué)實(shí)驗(yàn)[1，2]，逐漸開始應(yīng)用氣體吸附、高壓壓汞、掃描電鏡、核磁共振等方法，通過研究頁巖微觀孔隙特征，評(píng)價(jià)頁巖含油性[3，4]。核磁共振技術(shù)具備區(qū)分可動(dòng)流體和束縛流體的能力，但研究多集中于孔隙結(jié)構(gòu)、可動(dòng)流體參數(shù)和表面潤濕性等方面[5，6]，有關(guān)頁巖含油性評(píng)價(jià)的研究較少。基于此，筆者利用核磁共振高壓驅(qū)替系統(tǒng)，模擬油氣成藏條件，對(duì)頁巖樣品進(jìn)行核磁共振油驅(qū)水實(shí)驗(yàn)，明確了油氣成藏過程中原油的主要賦存場所并分析了影響頁巖含油性的主要因素。

1 實(shí)驗(yàn)介紹

1.1 實(shí)驗(yàn)材料及設(shè)備

實(shí)驗(yàn)用水為根據(jù)油田采出水所配制的模擬地層水，其礦化度為25 000 mg/L，黏度為2.2 mPa·s。實(shí)驗(yàn)樣品巖性為頁巖，其平均孔隙度和滲透率為1.67%和0.02×10-3μm2。選取 4 塊直徑 2.5 cm，長度 4 cm～7 cm的巖樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)溫度為室溫23℃。實(shí)驗(yàn)設(shè)備主要由核磁共振儀、巖心夾持器及中間容器組成。

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

鉆取直徑為2.5 cm，長度為4 cm～7 cm的頁巖巖心，進(jìn)行核磁共振驅(qū)替實(shí)驗(yàn)。注入3 PV的含Mn2+模擬地層水驅(qū)替巖心，消除巖心中的水信號(hào)后，此時(shí)測試在巖心飽和地層水狀態(tài)下的核磁共振T2譜。之后用模擬油驅(qū)替巖心，測各樣品被驅(qū)替2 h，4 h，6 h，8 h后的核磁共振T2譜，根據(jù)核磁共振T2譜在不同驅(qū)替時(shí)間包圍面積的變化分析頁巖含油性。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析及討論

核磁共振時(shí)，氫核做橫向馳豫運(yùn)動(dòng)，與孔隙壁發(fā)生碰撞，孔隙大小決定了氫核與孔隙壁的碰撞幾率，孔隙越小，碰撞的幾率越大，反之越小，T2值表現(xiàn)巖石孔喉內(nèi)比表面的大小，與孔喉半徑成正比。基于此，定義小孔隙為核磁共振橫向弛豫時(shí)間小于1 ms的，較小孔隙為 1 ms～10 ms，中等孔隙為 10 ms～100 ms，大孔隙為大于100 ms的。核磁共振T2譜在飽和水條件下的分布狀態(tài)呈現(xiàn)雙峰態(tài)分布，特點(diǎn)為左峰高右峰低的T2譜形態(tài)（見圖1）。由此可見，在飽和水條件下，油的分布狀況主要是存在于小孔隙和較小孔隙之中。

圖1 實(shí)驗(yàn)樣品核磁共振T2譜Fig.1 The NMR T2spectrum of experimental samples

4塊樣品在進(jìn)行驅(qū)替后，其核磁共振T2譜并未發(fā)生大的變化，仍以雙峰態(tài)為主，但相比較飽和水狀態(tài)下有了不同程度的上升，尤其左峰較以前有明顯的幅度增加。說明油進(jìn)入小孔喉及較小孔喉的量很大，這是由于毛細(xì)管半徑與毛細(xì)管力成反比，當(dāng)孔徑越小，毛細(xì)管力相反越大，相應(yīng)的自吸作用也就越強(qiáng)。

可見，在驅(qū)替初期，中等孔喉和大孔喉內(nèi)含油量增長很快，隨著驅(qū)替進(jìn)行，含油量開始減少，而小孔喉和較小孔喉在整個(gè)驅(qū)替過程中含油量一直緩慢增長，表明油優(yōu)先進(jìn)入較大孔喉，隨著驅(qū)替不斷進(jìn)行，油開始進(jìn)入較小孔喉和小孔喉，因此較小孔喉和小孔喉是頁巖油氣成藏過程中原油的主要賦存場所。

圖2 含油飽和度與物性相關(guān)關(guān)系Fig.2 Correlation between oil saturation and physical property

3 影響含油飽和度的因素

3.1 物性參數(shù)

通過對(duì)比驅(qū)替前飽和水狀態(tài)下的油相T2譜和驅(qū)替過程中各個(gè)不同時(shí)間的油相T2譜，可以計(jì)算出含油飽和度。含油飽和度可以體現(xiàn)油驅(qū)水的效果，含油飽和度越高則油驅(qū)水的效果越好，因此在一定程度上可以反映出含油性的好壞。其中含油飽和度、孔隙度和滲透率三者之間沒有明顯的相關(guān)關(guān)系（見圖2）。這說明物性較好的樣品含油性不一定好，物性較差的樣品也可能有較好的含油性，對(duì)于含油性的評(píng)價(jià)還需要考慮儲(chǔ)層的微觀特征。

3.2 孔隙結(jié)構(gòu)

影響頁巖含油性的主要因素是孔隙結(jié)構(gòu)，不同的孔隙結(jié)構(gòu)擁有不同的驅(qū)替通道。孔隙連通性較好的樣品，一般發(fā)育較好的粒間孔和粒內(nèi)孔。油在驅(qū)替過程中首先沿著粒間孔迅速流動(dòng)，在流動(dòng)過程中隨著壓力和驅(qū)替面積逐漸增加，油開始進(jìn)入與粒間孔連通較好的粒內(nèi)孔之中，樣品含油飽和度高。但在一些連通性較差的樣品中，如粒間孔和其他孔隙發(fā)育程度較差，但有機(jī)質(zhì)孔發(fā)育程度高，則主要驅(qū)替通道變?yōu)橛袡C(jī)質(zhì)孔。油先進(jìn)入有機(jī)質(zhì)孔并緩慢向四周擴(kuò)散，因此驅(qū)替范圍較小，導(dǎo)致含油飽和度較低。然而粒間孔過于發(fā)育時(shí)，油驅(qū)水過程中油沿著粒間孔之間連通性好的通道突進(jìn)，發(fā)生繞流現(xiàn)象。因此油基本不會(huì)進(jìn)入粒間孔連通性差或孔隙不發(fā)育的區(qū)域，驅(qū)替面積很小，含油飽和度低。

3.3 微裂縫

因?yàn)槲⒘芽p的出現(xiàn)，造成微觀驅(qū)替機(jī)理發(fā)生變化。雖然微裂縫的發(fā)育可以連接孔隙，以及增加樣品的滲透性，但微裂縫的發(fā)育同樣增大了微觀孔隙結(jié)構(gòu)的非均質(zhì)程度。微裂縫發(fā)育的樣品與粒間孔發(fā)育的樣品在驅(qū)替過程中情況相似。油沿著微裂縫快速前行，發(fā)生繞流，即使增大驅(qū)替壓力，油也幾乎不向四周擴(kuò)散，波及程度很小，導(dǎo)致最終的驅(qū)替效率較差。

4 結(jié)論

（1）毛細(xì)管半徑與毛細(xì)管力成反比，孔徑越小，對(duì)應(yīng)的自吸作用就越強(qiáng)。中等孔喉和大孔喉內(nèi)含油量增長很快，而小孔喉和較小孔喉在整個(gè)驅(qū)替過程中含油量一直緩慢增長，說明較小孔喉和小孔喉是頁巖油氣成藏過程中原油的主要賦存場所。

（2）含油飽和度與物性參數(shù)之間沒有表現(xiàn)出明顯的相關(guān)關(guān)系。物性較好的樣品含油性不一定好，物性較差的樣品也有可能有較好的含油性。

（3）影響頁巖含油性的主要因素為孔隙結(jié)構(gòu)，由于孔隙結(jié)構(gòu)的不同，驅(qū)替機(jī)理就不同。尤其是微裂縫的存在，雖然提高了孔隙連通性和物性，但改變了頁巖微觀驅(qū)替機(jī)理，使得注入油幾乎不向四周擴(kuò)散，波及程度很小，最終驅(qū)替效率較差。

［1］唐小梅，曾聯(lián)波，岳峰，等.鄂爾多斯盆地三疊系延長組頁巖油儲(chǔ)層裂縫特征及常規(guī)測井識(shí)別方法［J］.石油天然氣學(xué)報(bào)，2012，36（6）：95-99.

［2］張晉言.頁巖油測井評(píng)價(jià)方法及其應(yīng)用［J］.地球物理學(xué)進(jìn)展，2012，27（3）：1154-1162.

［3］楊峰，寧正福，孔德濤，等.高壓壓汞法和氮?dú)馕椒ǚ治鲰搸r孔隙結(jié)構(gòu)［J］.天然氣地球科學(xué)，2013，24（3）：450-455.

［4］李吉軍，史穎琳，黃振凱，等.松遼盆地北部陸相泥頁巖孔隙特征及其對(duì)頁巖油賦存的影響［J］.中國石油大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，39（4）：27-34.

［5］高輝，程媛，王小軍，等.基于核磁共振驅(qū)替技術(shù)的超低滲透砂巖水驅(qū)油微觀機(jī)理實(shí)驗(yàn)［J］.地球物理學(xué)進(jìn)展，2015，30（5）：2157-2163.

［6］高輝，孫衛(wèi)，田育紅，等.核磁共振技術(shù)在特低滲砂巖微觀孔隙結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用［J］.地球物理學(xué)進(jìn)展，2011，26（1）：294-299.

［7］高航，孫衛(wèi)，龐振宇，等.低滲透致密氣藏可動(dòng)流體飽和度研究-以蘇里格蘇48區(qū)塊盒8段儲(chǔ)層為例［J］.地球物理學(xué)進(jìn)展，2014，29（1）：324-330.

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［9］Wang F P，Reed R M，John A，et al.Pore networks and fluid flow in gas shales［R］.SPE 124253，2009.

［10］張國輝，任曉娟，張寧生，等.微裂縫對(duì)低滲儲(chǔ)層水驅(qū)油滲流規(guī)律的影響［J］.西安石油大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，22（5）：44-51.

Evaluation of shale oil based on NMR displacement technology

HE Mengqing，WU Ke
（College of Petroleum Engineering，Xi'an Shiyou University，Xi'an Shanxi 710065，China）

In order to evaluate the oil content of shale,NMR displacement technology was used to test shale samples and the T2spectrum characteristics of samples under different displacement time was analysed.The result shows that the oil content of small pore and smaller pore is increasing slowly in the whole displacement process because of the capillary force.Therefore,the smaller pore and small pore are the main place of oil storage.There is no significant correlation between oil content and physical property of shale.Pore structure is the main factor which influences oil content of shale.Different pore structure correspond to different displacement mechanism and displacement channel.In addition,microcracks change the displacement mechanism of shale,resulting in smaller sweep area and lower oil saturation.

nuclear magnetic resonance displacement technology；shale；oil content

TE122.23

A

1673-5285（2017）11-0083-04

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.11.020

2017-10-30