閆建平， 溫丹妮， 李尊芝， 耿斌， 蔡進(jìn)功， 梁強(qiáng)， 言語(yǔ)

1 西南石油大學(xué)天然氣地質(zhì)四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 成都　610500 2 西南石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院， 成都　610500 3 中石化勝利油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院， 山東東營(yíng)　257015 4 同濟(jì)大學(xué)海洋與地球科學(xué)學(xué)院， 上?！?00092

基于核磁共振測(cè)井的低滲透砂巖孔隙結(jié)構(gòu)定量評(píng)價(jià)方法

——以東營(yíng)凹陷南斜坡沙四段為例

閆建平1, 2， 溫丹妮2， 李尊芝2， 耿斌3， 蔡進(jìn)功4， 梁強(qiáng)2， 言語(yǔ)2

1 西南石油大學(xué)天然氣地質(zhì)四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 成都610500 2 西南石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院， 成都610500 3 中石化勝利油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院， 山東東營(yíng)257015 4 同濟(jì)大學(xué)海洋與地球科學(xué)學(xué)院， 上海200092

摘要低滲透砂巖油氣藏已成為油氣增儲(chǔ)生產(chǎn)的重要勘探開(kāi)發(fā)目標(biāo)，但孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜使得儲(chǔ)層及其有效性難以準(zhǔn)確識(shí)別.筆者利用物性、壓汞、核磁等資料，對(duì)東營(yíng)凹陷南坡沙四段(Es4)低滲透砂巖孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，劃分出了3種類型.核磁T2譜與毛管壓力曲線都在一定程度上反映孔喉分布，但常規(guī)方法利用T2譜重構(gòu)偽毛管壓力曲線所得到的孔隙半徑與壓汞孔喉半徑有較大誤差，而巖石孔隙自由流體T2與壓汞孔喉分布對(duì)應(yīng)關(guān)系更好，以此建立了不同孔隙結(jié)構(gòu)類型二者之間不同孔喉尺度對(duì)應(yīng)的關(guān)系式(大尺度：線性；小尺度：分段冪函數(shù))，可在井筒剖面上通過(guò)識(shí)別孔隙結(jié)構(gòu)類型，進(jìn)而利用核磁共振測(cè)井(NML)定量反演孔徑分布，省去了構(gòu)建偽毛管曲線環(huán)節(jié)，為低滲透砂巖儲(chǔ)層有效性評(píng)價(jià)提供了直接依據(jù)，也是測(cè)井用于定量反演儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)信息的有益探索.

關(guān)鍵詞核磁共振； 低滲透砂巖； 壓汞； 自由流體； 孔隙結(jié)構(gòu)

1引言

東營(yíng)凹陷南斜坡是濟(jì)陽(yáng)坳陷最為典型、規(guī)模最大的洼陷緩坡構(gòu)造帶，Es4時(shí)期由濱淺湖灘壩沉積的灘壩砂體為南斜坡中一類重要的油氣儲(chǔ)集體(田景春等，2004).受復(fù)雜沉積環(huán)境、成藏機(jī)制與構(gòu)造、成巖作用等的影響(劉俊海等，2003)，Es4段巖心孔隙度分布在1.9%～19.6%，滲透率分布在0.02～69.40 mD，是典型復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)的低滲透砂巖儲(chǔ)層，其有效儲(chǔ)層往往難以識(shí)別.利用核磁共振測(cè)井T2譜中的孔喉分布信息可有效識(shí)別有效儲(chǔ)層(司兆偉等，2013)，而其實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵在于準(zhǔn)確地建立不同孔隙結(jié)構(gòu)核磁T2譜與巖石孔喉分布的轉(zhuǎn)換關(guān)系.目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)核磁T2譜轉(zhuǎn)換偽毛管壓力曲線等方面進(jìn)行了廣泛研究，Volokitin(2001)提出橫向馳豫時(shí)間和毛管壓力之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，并將核磁共振(NMR)轉(zhuǎn)換的毛管力曲線與注汞實(shí)測(cè)的毛管力曲線進(jìn)行了對(duì)比(Volokitin et al.,2001；Hofman et al.,2001; 運(yùn)華云等，2002).劉堂宴等(2003)采用最大相似性原理來(lái)確定偽毛管壓力曲線，分大、小孔隙運(yùn)用冪函數(shù)構(gòu)建偽毛管壓力曲線(何雨丹等，2005a)，或者將巖石孔隙歸結(jié)為球形孔和毛管孔，通過(guò)確定球孔隙半徑和毛管孔隙半徑的比例系數(shù)，進(jìn)而解譜得到反映孔喉結(jié)構(gòu)的T2分布(劉堂晏等，2004).此外，Nakashima提出采用核磁測(cè)井來(lái)評(píng)價(jià)裂縫孔隙(Nakashima and Kikuchi，2007)，Lu(2015)進(jìn)一步通過(guò)建立一維模型來(lái)構(gòu)建能反映裂縫孔隙的核磁T2譜，可評(píng)價(jià)多孔介質(zhì)巖心的孔隙空間分布特征(Lu and Heidari，2015).然而，以上方法均在一定程度上忽略了薄膜束縛水對(duì)小孔徑范圍孔隙核磁信號(hào)的影響.何雨丹用自由流體譜來(lái)消除薄膜束縛水的影響(何雨丹等，2005b)，Gao(2015)通過(guò)核磁共振資料來(lái)確定可動(dòng)流體參數(shù)(可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)，可動(dòng)流體孔隙度)，并利用可動(dòng)流體參數(shù)對(duì)低滲、致密砂巖孔隙結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行分析及評(píng)價(jià)(Gao and Li，2015)，但其方法是針對(duì)巖心巖樣分析，還沒(méi)有用于實(shí)際核磁共振測(cè)井沿地層剖面連續(xù)計(jì)算的研究.筆者考慮薄膜束縛水的影響，將不同孔隙結(jié)構(gòu)的自由流體譜與其對(duì)應(yīng)的壓汞孔喉分布曲線之間進(jìn)行對(duì)比，建立分孔隙結(jié)構(gòu)、分孔隙尺度的弛豫時(shí)間與壓汞孔喉分布之間的轉(zhuǎn)換方法，進(jìn)而可在井筒地層剖面上，通過(guò)識(shí)別孔隙結(jié)構(gòu)類型，利用核磁共振測(cè)井(NML)定量反演孔徑分布，省去了構(gòu)建偽毛管曲線環(huán)節(jié)，為低滲透砂巖儲(chǔ)層有效性評(píng)價(jià)提供了直接依據(jù)，對(duì)利用測(cè)井信息用于定量反演儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行了有益的探索.

2核磁T2譜與毛管壓力曲線的關(guān)系

2.1理論基礎(chǔ)

由于地層巖石含有大小不同的多種孔隙，不同孔隙中的流體具有不同的核磁共振弛豫速率，因此核磁共振測(cè)井觀測(cè)到的自旋回波串服從多指數(shù)衰減規(guī)律：

(1)

式中，M(t)為t時(shí)刻觀測(cè)到的回波幅度；Mi(0)為第i種弛豫分量在零時(shí)刻的回波幅度；T2i為第i種弛豫分量的橫向弛豫時(shí)間.

利用式(1)，對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的回波數(shù)據(jù)做多指數(shù)擬合，可以得到各T2i對(duì)應(yīng)的Mi(0)，即構(gòu)成了T2分布.

巖石孔隙中的流體與自由流體的核磁共振弛豫特性有很大差別，巖石孔隙流體除了自由弛豫和擴(kuò)散弛豫以外，還受到固-液界面引起的表面弛豫的作用，使弛豫速率增加，弛豫時(shí)間變短.由NMR弛豫機(jī)理可知(肖立志，1998)，橫向弛豫時(shí)間T2為

(2)

式中，T2B為流體的體積(自由)弛豫時(shí)間，單位ms；D為擴(kuò)散系數(shù), μm2·ms-1；G為磁場(chǎng)梯度，G·cm-1；TE為回波間隔，ms；S為孔隙表面積，cm2；V為孔隙體積，cm3；ρ2為巖石的橫向表面弛豫強(qiáng)度，μm·ms-1.

而在實(shí)際運(yùn)用中，由于T2B比T2大得多，G(磁場(chǎng)均勻時(shí))、TE足夠小，因此可省略第一項(xiàng)和第三項(xiàng)，于是T2為

(3)

式中，F(xiàn)S為形狀幾何因子.由式(2)可知，T2與孔隙大小及其孔徑分布成正比關(guān)系.

2.2T2譜與孔喉分布對(duì)比分析

通常巖石孔隙表面為親水性，含有一層束縛水，壓汞法是在真空下對(duì)洗凈烘干的巖樣逐步加壓使得非潤(rùn)濕相汞進(jìn)入孔喉系統(tǒng)(沈平平等，1995)，毛管壓力曲線反映的是去掉薄膜束縛水部分的孔隙，也就是自由水部分對(duì)應(yīng)的孔隙.而NMR的T2譜分布則能反映出其自由流體孔隙、束縛流體孔隙，何雨丹認(rèn)為與毛管壓力曲線具有較好對(duì)應(yīng)關(guān)系的是自由流體T2譜(即反映巖心自由流體孔喉空間的核磁T2譜)，其具體獲得方法為將離心T2譜信號(hào)從飽和T2譜信號(hào)中減去，剩下自由流體部分信號(hào)即為自由流體T2譜(何雨丹等，2005b).

針對(duì)ES4層段巖心樣品低孔、低滲的特點(diǎn)，核磁共振儀器采用AniMR-150全直徑巖心核磁共振成像系統(tǒng)，進(jìn)行核磁共振實(shí)驗(yàn)測(cè)量時(shí)設(shè)置累加次數(shù)為32次，回波間隔0.1 ms，等待時(shí)間6 s，分別進(jìn)行巖樣飽和水、離心核磁共振測(cè)試，利用多指數(shù)擬合法的反演方法(肖立志，1998)得到了飽和T2譜、離心T2譜，并根據(jù)自由流體T2譜獲取方法得到了每個(gè)樣品對(duì)應(yīng)的自由流體T2譜.例如樊A井3號(hào)樣品(3115.45 m)，CPor(巖心孔隙度)為11.46%，CPerm(巖心滲透率)為0.3627 mD，SBVI(束縛水飽和度)為58.2%，核磁自由流體T2譜與壓汞孔喉分布曲線可見(jiàn)有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系(圖1)，說(shuō)明與毛管壓力曲線對(duì)應(yīng)較好的是核磁自由流體T2譜，而非飽和譜，認(rèn)為在飽和譜、離心譜中大孔的薄膜束縛水在小孔T2譜的疊加方式相同，從而通過(guò)求取自由流體譜可消除薄膜束縛水的影響(圖2).因此可以利用核磁自由流體T2譜來(lái)評(píng)價(jià)巖石孔隙大小及其孔喉分布.

圖1　自由流體譜與壓汞孔喉分布對(duì)應(yīng)圖Fig.1　Free fluid spectrum and pore throat distribution of mercury injection

圖2　低滲透砂巖飽和、離心T2譜Fig.2　The saturated, centrifugal T2 spectrum of low permeable sandstone

2.3自由流體T2譜與孔喉尺度對(duì)應(yīng)關(guān)系

核磁共振T2譜響應(yīng)同時(shí)包含孔隙大小及不同尺寸孔隙在總孔隙度中的體積分?jǐn)?shù)兩種信息(楊寧等，2013).前人在研究T2譜與毛管壓力曲線時(shí)，發(fā)現(xiàn)一塊巖樣大、小孔徑部分的縱向轉(zhuǎn)換系數(shù)不同(何雨丹等，2005b).筆者采用直接將自由流體T2譜與毛管壓力曲線對(duì)應(yīng)的方法，同樣發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象(圖3).可以理解為，核磁T2譜受到薄膜束縛水的影響，且束縛水對(duì)不同尺度孔徑信號(hào)的影響程度不同，故而不同尺度孔徑的T2譜與孔喉分布的關(guān)系不同，且與小孔徑部分不為線性關(guān)系，而是多尺度冪函數(shù)關(guān)系.有學(xué)者將孔徑尺度劃分為大孔(≥50 μm)、小孔(<50 μm)兩個(gè)范圍(肖立志，1998)，或者為大孔(≥10 μm)，小孔(<10 μm)(何雨丹，2005b).對(duì)于低滲透砂巖，這一尺度劃分方法就不再適用了，因?yàn)榈蜐B透砂巖整體孔徑值小，一般分布在3 μm以下.根據(jù)實(shí)際資料分析，將孔徑尺度劃分為：≥1 μm、0.1～1 μm、<0.1 μm三個(gè)尺度范圍，建立核磁自由流體T2譜與毛管孔喉分布對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)圖3.

3低滲透砂巖孔隙結(jié)構(gòu)分類及孔喉分布定量評(píng)價(jià)

3.1孔隙結(jié)構(gòu)分類

孔隙結(jié)構(gòu)特征在微觀上反映了儲(chǔ)集層的儲(chǔ)集及滲流能力，是儲(chǔ)集層評(píng)價(jià)和儲(chǔ)集層分類的重要依據(jù).東營(yíng)凹陷南斜坡Es4段壓汞曲線整體上非常凌亂，其原因在于各個(gè)樣品的孔隙結(jié)構(gòu)差異比較大.SHgmax(最大進(jìn)汞飽和度)、Pd(排驅(qū)壓力)比較分散，其他所涉及到的幾個(gè)反映孔隙結(jié)構(gòu)的基本表征量如滲透率、孔隙度和孔喉半徑均值都較低，分布范圍也較寬，清楚地說(shuō)明了該區(qū)塊灘壩砂巖孔隙結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和低滲性.鑒于其孔隙結(jié)構(gòu)類型的復(fù)雜多樣性，且為了便于分類研究，進(jìn)一步對(duì)研究層段的毛管壓力曲線形態(tài)及各特征參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)合常規(guī)物性、核磁共振等資料，詳細(xì)對(duì)比各種孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，將低滲透砂巖孔隙結(jié)構(gòu)細(xì)分成了3大類型、5種小類(表1)，不同孔隙結(jié)構(gòu)類型與壓汞、核磁間的對(duì)應(yīng)關(guān)系詳細(xì)描述見(jiàn)圖4.

圖3　自由流體T2譜與毛管孔喉rc分布對(duì)應(yīng)關(guān)系Fig.3　The relation between free fluid T2 spectrum and pore throat distribution of mercury injection

Ⅰ1型孔隙結(jié)構(gòu)特征(圖4A，I1型)連通性良好，排驅(qū)壓力值(Pd)低，一般<0.2 MPa.核磁自由流體T2譜主要集中在10～300 ms之間；對(duì)應(yīng)的孔喉分布集中在0.73～1.495 μm范圍內(nèi)；物性級(jí)別屬于中孔低滲，具有該類孔隙結(jié)構(gòu)的儲(chǔ)層物性較好，儲(chǔ)集空間以原始粒間孔隙和溶蝕孔隙為主.

表1　東營(yíng)南斜坡灘壩低滲透砂巖ES4段孔隙結(jié)構(gòu)分類參數(shù)表

注：Por為孔隙度，%；Perm為滲透率，mD；Pd為排驅(qū)壓力，MPa；SHgmax為最大進(jìn)汞飽和度，%；T2cut為T2截止值，ms；SBVI為束縛水飽和度，%.

圖4　(A)，(B)，(C)，(D)，(E)分別對(duì)應(yīng)Ⅰ1， Ⅰ2 ，Ⅱ1， Ⅱ2,Ⅲ型孔隙結(jié)構(gòu)(a1)，(b1)，(c1)，(d1)，(e1)壓汞曲線；(a2)，(b2)，(c2)，(d2)，(e2)核磁T2譜；(a3)，(b3)，(c3)，(d3)，(e3)壓汞孔喉分布.Fig.4　Characteristic of Ⅰ1(A)， Ⅰ2(B)， Ⅱ1(C)， Ⅱ2(D)， Ⅲ(E) pore structure(a1)，(b1)，(c1)，(d1)，(e1) is for the mercury injection； (a2)，(b2)，(c2)，(d2)，(e2) is NML T2 spectrum；(a3)，(b3)，(c3)，(d3)，(e3) is for the pore-throat distributions from the mercury injection.

Ⅰ2型孔隙結(jié)構(gòu)樣品(圖4B，Ⅰ2型)連通性較好，Pd較低，核磁自由流體T2譜主要集中在10～300 ms之間，但其孔隙含量低于Ⅰ1型，對(duì)應(yīng)的孔喉分布集中在0.1374～0.3721 μm范圍；屬于中孔特低滲型.

Ⅱ1型孔隙結(jié)構(gòu)樣品(圖4C，Ⅱ1型)連通性稍差，Pd變大，核磁自由流體T2譜主要集中在5～300 ms之間，孔喉分布集中在0.1497～0.3801 μm范圍，孔隙含量低于I2型；屬于低孔超低滲型.

Ⅱ2型孔隙結(jié)構(gòu)樣品(圖4D，Ⅱ2型)連通性差，Pd較大，達(dá)到1.517 MPa，核磁自由流體T2譜分布廣，孔喉分布集中在0.0936～0.1477 μm范圍，孔隙含量低；屬于特低孔超低滲型，滲透性差.

Ⅲ型孔隙結(jié)構(gòu)樣品(圖4E，Ⅲ型)連通性極差，Pd值高，往往大于1.6 MPa，T2譜可見(jiàn)離心譜與飽和譜差異不大，飽和譜整體分布在0.3～20 ms之間，孔喉分布以微孔(<0.0248 μm)分布為主，屬于超低孔非滲型，滲透性極差，為典型非滲透層.

五種孔隙結(jié)構(gòu)的毛管壓力曲線特征差異明顯，孔隙結(jié)構(gòu)越好，毛管壓力曲線平臺(tái)越平緩，歪度越粗，排驅(qū)壓力越小，最大進(jìn)汞飽和度越大，核磁T2自由流體譜面積也變大(圖4A—4D).核磁自由流體T2譜與壓汞孔喉半徑分布具有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系.隨著孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)(孔隙度、滲透率)的逐漸變小，核磁自由流體譜左移、自由孔隙含量變低，壓汞孔喉分布也向微孔喉半徑范圍偏移.

3.2不同孔隙結(jié)構(gòu)孔喉分布計(jì)算式建立

核磁T2譜測(cè)量的是氫原子從不平衡狀態(tài)恢復(fù)到平衡狀態(tài)這一弛豫過(guò)程所用的時(shí)間.孔隙結(jié)構(gòu)不同，而其他條件(孔隙流體、巖石顆粒大小等)相同的情況下，T2譜主要受孔隙結(jié)構(gòu)的影響較大(鄒德江和于興河，2008).從圖4明顯看出，孔隙結(jié)構(gòu)越差的樣品，T2譜越靠左.核磁自由流體譜反應(yīng)的是巖石的連通孔隙空間.壓汞實(shí)驗(yàn)資料可識(shí)別孔喉≥0.0248 μm以上的有效孔隙空間，而不能精確識(shí)別<0.0248 μm孔喉分量的孔喉半徑大小及分布(連通孔隙和未連通孔隙).通過(guò)采用壓汞孔喉分布(≥0.0248 μm)部分曲線與核磁自由流體譜對(duì)應(yīng)的方法來(lái)消除未連通孔隙空間的差異.在劃分孔隙結(jié)構(gòu)類型的基礎(chǔ)上，建立了5種孔隙結(jié)構(gòu)的自由流體譜與壓汞孔喉分布(≥0.0248 μm)的對(duì)應(yīng)關(guān)系(表2)，同時(shí)也建立核磁飽和流體譜與壓汞孔喉分布的對(duì)應(yīng)關(guān)系(表3)，以便與表2進(jìn)行對(duì)比.

然而，實(shí)際核磁共振測(cè)井不能直接得到核磁自由流體T2譜,故而在分孔隙結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，利用巖心核磁實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立核磁飽和譜與核磁自由流體譜的對(duì)應(yīng)關(guān)系(如表4).進(jìn)而可利用核磁共振測(cè)井T2譜在井筒剖面連續(xù)地計(jì)算地層自由流體孔喉分布.

根據(jù)表2、表3的轉(zhuǎn)換公式，分別將不同孔隙結(jié)構(gòu)類型樣品核磁自由流體譜轉(zhuǎn)換為核磁自由流體孔喉分布、核磁飽和譜轉(zhuǎn)換為核磁孔喉分布(表5).比較核磁孔喉分布與壓汞孔喉分布，可以看出Ⅰ1、Ⅰ2、Ⅱ1型孔隙結(jié)構(gòu)核磁孔喉分布與壓汞孔喉分布形態(tài)較為接近，而Ⅱ2、III型孔喉分布在小尺度孔徑處存在差異，核磁飽和譜反演的小尺度孔徑的比例稍大一些.

同時(shí)比較核磁自由流體孔喉分布與壓汞孔喉分布(表5)，可以看出，核磁自由流體孔喉分布與壓汞孔喉分布(≥0.0248 μm)具有良好的一致性，表明采用直接提取核磁自由流體譜與壓汞孔喉分布對(duì)應(yīng)關(guān)系來(lái)轉(zhuǎn)換核磁自由流體孔喉分布的方法有效.

表2　不同孔隙結(jié)構(gòu)核磁自由流體譜與壓汞孔喉分布的對(duì)應(yīng)關(guān)系

表3　不同孔隙結(jié)構(gòu)核磁飽和譜與壓汞孔喉分布的對(duì)應(yīng)關(guān)系

注：T2自由譜為巖心自由流體T2譜，ms；T2飽和譜為巖心核磁飽和譜，ms.

表4　不同孔隙結(jié)構(gòu)核磁飽和譜與核磁自由流體譜的對(duì)應(yīng)關(guān)系

注：y為自由流體譜分量；x為飽和譜分量.

表5不同孔隙結(jié)構(gòu)類型的壓汞孔喉分布與核磁孔喉分布、核磁自由流體孔喉分布對(duì)比

Table 5Comparison among the pore-throat distributions from the mercury injection, the saturated and

the free-fluid T2spectrum in different pore structure types

① Ⅰ1型孔隙結(jié)構(gòu)孔喉分布； ② Ⅰ2型孔隙結(jié)構(gòu)孔喉分布； ③ Ⅱ1型孔隙結(jié)構(gòu)孔喉分布； ④ Ⅱ2型孔隙結(jié)構(gòu)孔喉分布； ⑤ Ⅲ型巖石孔喉分布.

4井筒剖面孔隙結(jié)構(gòu)類型識(shí)別及孔喉分布反演

在孔隙結(jié)構(gòu)分類的基礎(chǔ)上，結(jié)合測(cè)井信息，統(tǒng)計(jì)每種孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的測(cè)井響應(yīng)信息，從雷達(dá)圖(圖中聲波時(shí)差(AC)、伽馬(GR)、高分辨感應(yīng)電阻率(HRID))(圖5)和氣泡圖(橫坐標(biāo)：AC，縱坐標(biāo)：GR，氣泡半徑：HRID)(圖6)上看，發(fā)現(xiàn)孔隙結(jié)構(gòu)類型不同其測(cè)井響應(yīng)有差異，其中Ⅰ型孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的AC、HRID值較高，而GR值較低.以此為依據(jù)，可利用這三種測(cè)井響應(yīng)較好地定性識(shí)別井筒地層剖面的儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)類型.

以FX井為例(圖7).將非儲(chǔ)層段3238.125～3241.2 m、3244.8～3246.13 m、3248.7～3249.625 m排除后，采用AC-GR-DEN氣泡圖識(shí)別FX井井筒剖面上的孔隙結(jié)構(gòu)類型.結(jié)果為3241.25～3243.2 m(87號(hào))落在Ⅱ1孔隙結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)，3243.2～3244.8 m(88號(hào))落在Ⅱ2孔隙結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)，3246.13～3248.7 m(89號(hào))落在Ⅱ1孔隙結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)，3249.63～3251.8 m(90號(hào))落在Ⅰ2孔隙結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)(圖7).

利用測(cè)井信息對(duì)FX井Es4層段地層進(jìn)行孔隙結(jié)構(gòu)類型識(shí)別后，依據(jù)建立的不同孔隙結(jié)構(gòu)類型核磁自由流體孔喉分布(表2、表4)、核磁孔喉分布(表3)反演公式進(jìn)行計(jì)算，得到井筒剖面連續(xù)的核磁孔喉分布、核磁自由流體孔喉分布譜(圖7)，發(fā)現(xiàn)3238.125～3241.2 m、3244.8～3246.13 m、3248.7～3249.625 m層段孔喉分布譜位于最左邊，孔喉尺度小、孔隙結(jié)構(gòu)差，為III型.3241.25～3243.2 m(87號(hào))、3246.13～3248.7 m(89號(hào))孔喉分布范圍廣，呈明顯雙峰特征，核磁自由流體孔喉分布特征明顯，為Ⅱ1型，解釋結(jié)論為差油層，其中3241.25～3243.2 m層段日產(chǎn)油在1.7 t左右，3246.13～3248.7 m層段日產(chǎn)油在2.3 t左右.3243.2～3244.8 m層段 (88號(hào))的孔喉分布呈單峰分布，為Ⅱ2型，解釋結(jié)論為油干層.3249.63～3251.8 m層段(90號(hào))的孔喉分布譜范圍廣，且主要分布在核磁自由流體孔喉分布高值范圍，為Ⅰ2型，解釋結(jié)論為油層，日產(chǎn)油約7.8 t.其儲(chǔ)層有效性解釋結(jié)果與測(cè)試結(jié)果基本一致.說(shuō)明基于孔隙結(jié)構(gòu)分類后對(duì)井筒核磁共振測(cè)井T2譜進(jìn)行孔喉分布定量反演有助于提高低滲透砂巖有效儲(chǔ)層識(shí)別的精度.

圖5　孔隙結(jié)構(gòu)類型識(shí)別雷達(dá)圖Fig.5　Radar of pore structure types identification

圖6　孔隙結(jié)構(gòu)類型識(shí)別氣泡圖Fig.6　Bubble of pore structure types identification

圖7　FX井核磁T2譜轉(zhuǎn)換為孔喉分布及有效儲(chǔ)層識(shí)別圖Fig.7　The converted pore throat distribution by NML T2 spectrum in well FX and effective reservoir identification

5結(jié)論

低滲透砂巖孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，通過(guò)物性、壓汞、核磁等資料，對(duì)東營(yíng)凹陷南坡沙四段(Es4)低滲透砂巖孔隙結(jié)構(gòu)類型進(jìn)行分析，結(jié)合碎屑巖油氣儲(chǔ)層物性劃分級(jí)別標(biāo)準(zhǔn)(SY/T 6285-2011)，劃分出了3類，核磁自由流體T2譜能夠較好地反映這3類孔隙結(jié)構(gòu)類型.

利用核磁T2譜重構(gòu)偽毛管壓力曲線所得到的孔隙半徑與壓汞孔喉半徑有較大誤差，而核磁自由流體T2譜與壓汞孔喉分布對(duì)應(yīng)關(guān)系更好，以此建立了不同孔隙結(jié)構(gòu)類型二者之間不同孔喉尺度對(duì)應(yīng)的關(guān)系式(大尺度：線性；小尺度：分段冪函數(shù)).

依據(jù)測(cè)井響應(yīng)特征可在井筒剖面上識(shí)別孔隙結(jié)構(gòu)類型，進(jìn)而選擇已建立的不同孔隙結(jié)構(gòu)類型孔喉分布計(jì)算公式，用核磁共振測(cè)井(NML)可定量反演地層自由流體孔喉分布，省去了構(gòu)建偽毛管曲線環(huán)節(jié)，為低滲透砂巖儲(chǔ)層有效性評(píng)價(jià)提供了直接依據(jù).

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(本文編輯胡素芳)

The quantitative evaluation method of low permeable sandstone pore structure based on nuclear magnetic resonance (NMR) logging

YAN Jian-Ping1, 2， WEN Dan-Ni2， LI Zun-Zhi2， GENG Bin3，CAI Jin-Gong4， LIANG Qiang2， YAN Yu2

1SichuanKeyLaboratoryofNaturalGasGeology,Chengdu610500，China2SchoolofGeoscienceandTechnology,SouthwestPetroleumUniversity,Chengdu610500，China3InstituteofGeoscienceofShengliOilFieldSINOPEC,ShandongDongying257015，China4CollegeofOceanandEarthScience,TongjiUniversity,Shanghai200092，China

AbstractThe low permeability sandstone reservoir, which has been an important target of exploration and development for oil and gas increase in reserves and production, is difficult to identify accurately because of the complex pore structure. The pore structure classification of complex low permeability sandstone and the investigation of the petrol-physical diversity of rock samples in different types are helpful to determine the reservoir type and the fluid properties of low permeability sandstone reservoir.

After the analysis of the pore structure based on physical properties data, mercury injection, nuclear magnetic resonance data and the considering of the properties division level standard of clastic reservoir (SY/T 6285-2011), the low permeability sandstone of Es4in the southern slope of the Dongying sag is divided into three types of pore structures. And the diversity of every type in mercury injection, nuclear magnetic resonance (saturated T2spectrum, centrifuged T2spectrum and free-fluid T2spectrum), the pore throat distribution, the porosity and permeability are discussed. Many results indicate that the T2spectrum and capillary pressure curves could reflect the pore throat distribution in some degree. Meanwhile the T2spectrum could be used to evaluate the pseudo capillary pressure curve to get the pore throat radius. However, it′s large of the deviation between the pore throat distribution from this way and mercury injection because of the membrane bound-water affect. In fact, the free-fluid T2spectrum and the pore throat distribution of mercury injection correspond much better. Based on this feature, after the comparing of the free-fluid T2spectrum and the pore throat distribution of mercury injection in different pore structure types, the conversion relationship is established between the relaxation time and the pore throat distribution of mercury injection in different pore structure types and the pore size scale (large scale-linear relationship; small scale-piecewise exponential function). Meanwhile, the electrical standards and identification methods of every pore structure are also established based on the cross-plot analysis of logging response.

Therefore, the pore structure could be identified along the well hole, and then the pore throat distribution of different pore structure can be quantitatively calculated by using nuclear magnetic resonance logging data. Not only the segment of pseudo-capillary curve′s building is avoided, but also the identification of pore structure could be more effective. Overall, this research provides a direct evidence to recognize the low permeability reservoir and sheds a new light on quantitative reconstruction of microscopic pore structure with well logging.

KeywordsNuclear magnetic resonance; Low permeable sandstone; Mercury injection; Free fluid; Pore structure

基金項(xiàng)目國(guó)家自然科學(xué)基金(41202110), 四川省應(yīng)用基礎(chǔ)研究項(xiàng)目(2015JY0200), 勝利油田低滲透示范基地項(xiàng)目(30200000-13-ZC0607-0050)， 西南石油大學(xué)校級(jí)科技基金(2012XJZ004)和四川省教育廳天然氣地質(zhì)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)(13TD0024)聯(lián)合資助.

作者簡(jiǎn)介閆建平，1980年生， 男， 副教授， 2010年畢業(yè)于同濟(jì)大學(xué)海洋地質(zhì)專業(yè)，研究方向?yàn)闇y(cè)井地質(zhì)學(xué)、巖石物理及非常規(guī)儲(chǔ)層測(cè)井評(píng)價(jià)技術(shù). E-mail:yanjp_tj@163.com

doi:10.6038/cjg20160434 中圖分類號(hào)P631

收稿日期2015-05-11，2015-10-09收修定稿

閆建平， 溫丹妮， 李尊芝等. 2016. 基于核磁共振測(cè)井的低滲透砂巖孔隙結(jié)構(gòu)定量評(píng)價(jià)方法——以東營(yíng)凹陷南斜坡沙四段為例.地球物理學(xué)報(bào)，59(4):1543-1552,doi:10.6038/cjg20160434.

Yan J P, Wen D N, Li Z Z, et al. 2016. The quantitative evaluation method of low permeable sandstone pore structure based on nuclear magnetic resonance (NMR) logging.ChineseJ.Geophys. (in Chinese),59(4):1543-1552,doi:10.6038/cjg20160434.