基于核磁共振的致密巖心物性參數測定及表征*

2020-09-27 08:26:16王湘濤王學武

廣州化工 2020年18期

王湘濤，王學武

(中國石油大學勝利學院油氣工程學院，山東東營 257061)

儲層的孔隙度、滲透率、含油飽和度是油氣田勘探開發最基本的巖樣物性參數。而致密儲層由于孔喉細小、孔隙結構復雜[1]，常規測井解釋的儲層物性參數誤差較大，而核磁共振作為一項新興的巖石分析技術在致密儲層中的應用發展迅速[2]。

核磁共振技術檢測的對象是巖樣孔隙內流體中的氫原子核1H，在特定的條件下，氫原子核與磁場之間會發生強烈的相互作用即共振。利用此特性，可以檢測到流體的核磁共振信號強弱及T2弛豫時間大小，流體的核磁共振信號強弱和T2弛豫時間大小中包含著豐富的油層物理信息[3-4]。本文利用核磁共振巖心分析技術，測定大慶外圍致密巖心的儲層物性參數，并依此對儲層進行綜合分類。

1 實驗原理

核磁共振信號強弱取決于流體量的多少，流體的總量對應于巖樣孔隙度，而弛豫時間譜積分面積的大小與巖樣中所含流體的總量成正比，因此，只要對弛豫時間譜進行適當的刻度，可獲得巖樣的孔隙度。在實際測量中，首先測量標準樣，建立刻度關系式如圖1所示，然后測量實際巖樣，將其信號幅度代入刻度關系式，即可計算得到巖樣孔隙度。

圖1 孔隙度定標Fig.1 Porosity calibration

(1)

式中：Φ為孔隙度，%；M信號幅度，無因次；V樣品體積，mL；a、b標定擬合曲線回歸系數，無因次。

根據油層物理原理，巖樣滲透率受巖樣孔喉半徑分布的控制[5-6]。核磁共振弛豫時間譜T2代表巖樣孔徑分布信息，因此可用來確定巖樣的滲透率。核磁滲透率計算一般采用一些經驗公式來進行，本項目磁共振滲透率計算的經驗公式：

(2)

式中：Knmr為核磁滲透率，10-3μm2；φ為核磁孔隙度，%；C為系數，根據地區經驗得出；BVM為可動流體百分數，%；BVI為束縛流體百分數，%。

油和水中都含有氫原子，利用核磁共振可以測定油和水的總信號量。然后，將巖樣浸泡在MnCl2水溶液中24小時，順磁離子Mn2+將擴散到水中，使得水的弛豫時間縮短到10毫秒以下，而Mn2+不能擴散到油中，因此可以屏蔽掉水的信號，此時核磁共振測得的為油的信號量[7]，因此含油飽和度計算公式為：

(3)

式中：S0為含油飽和度，%；M0為油信號量；Ma油和水的總信號量。

2 實驗方法

2.1 實驗儀器

實驗設備為蘇州紐邁分析儀器股份有限公司生產的核磁共振巖心分析儀，如圖2所示。

圖2 核磁共振巖心分析儀Fig.2 Nuclear magnetic resonance core analyzer

2.2 實驗樣品

實驗樣品來自大慶外圍某井的井壁取芯。

2.3 實驗流程

(1)測量井壁取芯樣品的長度、直徑；(2)測量標準樣，建立孔隙度與樣品信號量的關系式；(3)將樣品放入核磁共振巖心分析儀，測量樣品內流體的信號量；(4)將巖心浸泡在錳離子濃度為15000 mg/L的MnCl2溶液中24 h以上，使水相的核磁共振信號得以消除；(5)將樣品放入核磁共振巖心分析儀，測量樣品內油的信號量；(6)計算樣品的孔隙度、滲透率及含油飽和度。

3 結果與討論

對大慶外圍某井的11塊樣品進行了核磁共振物性參數測定，圖3為3號樣品的測試圖譜。弛豫時間譜T2表征流體在不同孔隙中的分布，因此從油水信號分布曲線可以得到巖樣孔徑分布信息，而油信號可以得到油在不同孔隙中的分布。兩條曲線均表現為不同程度的雙峰形態，說明該樣品具有兩種孔隙類型。利用該曲線，結合孔隙度定標曲線，便可計算樣品的孔隙度、滲透率、含油飽和度等物性參數。

大慶油田對儲層物性好差的分類評價標準如表1所示。將11塊巖心的測試結果，利用公式(1)～(3)計算得到的物性參數和分類結果如表2所示。從表2可以看出，該井儲層物性中等偏差，非均質嚴重，孔隙度分布在9.74%～16.93%之間，平均為14.66%；滲透率分布在0.17～3.69×10-3μm2之間，平均為1.83×10-3μm2；含油飽和度分布在34.28%～57.42%之間，平均為44.48%。