低滲透油藏有效滲流能力核磁共振表征方法

張禮臻(中石化集團勝利油田分公司勘探開發研究院，山東 東營 257000)

0 引言

核磁共振T2譜代表了巖心孔徑的豐富信息[1]，從油層物理的角度看，滲透率與毛管孔徑分布具有密切關系，所以可通過核磁共振T2譜來估算巖心的核磁共振滲透率[2]，它是通過實驗室不同方法確定的巖石滲透率與巖石核磁共振特性之間的相互關系，建立核磁滲透率經驗模型。不過在常規的巖心物性分析中，滲透率的測試一般都用氣體(通常選用空氣)作為流動介質，得到的滲透率值為空氣滲透率，這個數值要比同一巖心的液體滲透率高，這是由氣體的滑脫效應造成的。在實際應用中最能反映地層真實滲流能力的是液測滲透率[3]。但是常規方法測試巖心的液測滲透率時具有流程長、速度慢的缺點，核磁滲透率測試方法的建立將會大大提高測試速度和效率；而對于核磁測井來說，這也是為測井解釋提供解釋模型和校正系數的有效方法。本次研究主要是通過大量室內巖心實驗，建立用核磁共振來估算巖心液測滲透率模型，從而獲得有效滲流能力方法。

1 核磁共振特征參數表征方法的建立

巖石滲透率與其孔隙度、巖石的孔隙結構(比表面、彎曲因子等)相關，巖石的孔隙可分為孔隙和喉道，其中決定巖石滲透率的主要部分是喉道[4]。Kozeny 公式表明了孔隙結構對滲透率的影響[5]。即：

式中：k為滲透率；φ為孔隙度；Sv為巖石的比表面積。

由在此基礎上，1987年人Kenyon 等根據核磁共振原理，提出了公式(2)，該公式成了核磁測井傳統的滲透率計算公式的基礎[6]。

1994年，Prammer 等人在Kenyon 公式基礎上，將T2分布引入了滲透率公式，使其計算可能更準確[7]。

式中：假定孔隙度與T2之間存在一定的函數關系，即：

對于儲層巖心孔隙來說，黏土顆粒表面的負電荷既可直吸附極性水分子，又可通過它吸附的水合離間接吸引極性水分子，從而在粘土表面形一層薄水膜，這層薄水膜就是黏土束縛水。粘土束縛水所占據的孔隙是無效的，在核磁共振T2譜上，粘土束縛水表現為很短的T2弛豫時間，通常不超過3ms。那么在T2分布譜上，大于3ms 的對應的孔隙即為稱為有效孔隙[8]，可表示為：

如果用液測滲透率來表示有效滲流能力的話，就可得到有效滲流能力為：

將式(4～6)右邊函數用參數a 表示，即

通過實驗分析，發現巖心有效滲流能力kl與a 之間呈很好的線性關系，定義一個系數為W，則：

即：

式中：kl為液體滲透率(mD)，表示有效滲流能力；T2為橫向弛豫時間(ms)；W為經驗系數，取決于巖心孔隙結構及流體性質，如孔隙渠道的彎曲性、巖石顆粒礦物成分、孔隙中流的性質等。所以該參數應根據油田同一區塊的巖心對系數W 進行實驗性確定。

2 實驗步驟及結果

選取低滲透砂巖巖心樣品，首先對其進行常規孔隙度、滲透率的測試，接著抽真空加壓飽和一定礦化度的氯化鉀水溶液，進行核磁共振分析，獲得T2分布；然后，進行巖心滲流能力實驗分析，測試每一塊樣品的液體滲透率，獲得其有效滲流能力。

從實驗結果(圖1)可以看出，巖心樣品的液測滲透率與T2分布的函數相關性很好，相關系數均在0.9 以上。但是，對于不同的區塊，系數W有所不同，在進行油藏有效滲流能力評價時，應在實驗室求取模型系數。

圖1 有效滲流能力模型系數擬合結果

3 模型的對比分析

目前，核磁測井資料分析時常用的滲透率模型有兩種。

3.1 Coates模型

利用可動流體和束縛流體比值來表達，常用公式為

式中：FFI 為可動流體體積；BVI 為束縛水體積；φ為核磁孔隙度，百分數；C 為系數，具有地區經驗性，需要由巖心實驗確定。Coates 模型利用孔隙度、束縛水體積和可動流體體積來估算滲透率。當孔隙中含有輕烴，特別是天然氣時，束縛水與自由流體均需要做含烴及含氫指數校正。

3.2 SDR模型

根據大量飽和水巖心核磁共振實驗結果，Kenyon 等人提出了計算砂巖滲透率公式：

式中：T2gm為T2分布的幾何平均值；C 為系數，與巖性有關。

從圖2 中可以看出，Coates 模型主要與束縛水體積的求取有關，T2截止值的求取非常關鍵，而SDR 模型與T2幾何平均值(T2g)有關，T2g是T2分布形態的一個綜合反映。

圖2 滲透率模型示意圖

為了驗證新建模型，分別選取三口井巖心樣品為例，利用三種滲透率模型，分別對核磁數據與液測滲透率進行比較，結果表明，新建模型的擬合相關系數最高(表1)，均高于SDR 和Coates 兩個常用模型，說明該模型通用性較好，精度較高。

表1 不同模型擬合相關系數對比