利用核磁共振测井资料计算毛管压力曲线方法研究2007-10-20

利用核磁测井资料计算毛管压力曲线方法研究刘传平（大庆油田有限责任公司勘探开发研究院黑龙江大庆163712）摘要：测井地层评价的基本任务除了要研究储层参数外，还要研究岩石孔隙结构。核磁测井技术的出现和应用，为测井解释研究孔隙结构提供了一种有效方法。理论分析表明，核磁T2分布和毛管压力分析数据均在一定程度上反映了岩石的孔隙结构，二者具有一定的相关性。通过研究核磁T2分布与压汞毛管压力曲线之间的关系，建立起二者之间的相互计算方法，从T2分布构造出可靠的毛管压力曲线，从而为核磁T2分布研究孔隙结构提供了可靠的理论和方法上的支持，拓宽了测井资料的应用范围。关键词：核磁测井，毛管压力曲线，T2分布，孔隙结构1引言油藏毛细管性质决定油水分布，因此毛管压力曲线的测定是油藏表征的基本要素。迄今毛管压力曲线的测定仅限于岩心分析，通常岩心数量非常有限，进行毛管压力曲线实验的样品则更少、且造价高，一定程度上限制了应用范围。核磁在石油勘探开发领域已经得到广泛应用，核磁岩芯分析及核磁测井正在发展成为一种非常重要的地球物理观测手段。从核磁T2分布中获取毛管压力信息评价岩石孔隙结构是核磁技术独特的优势之一，一直是应用研究的热点。与传统的毛管压力测量相比，用核磁测井T2分布数据直接换算毛管压力曲线，其优点是不用取心，具有快速、大规模等特点，不失为缺乏岩心的油井获得毛管压力曲线的一种新方法。因此，从T2分布获得毛管压力信息评价岩石孔隙结构具有广阔的应用前景。本文根据实验分析以及正反演技术，对根据核磁测井T2分布数据直接换算毛管压力曲线的方法进行改进，消除了中低孔渗地层孔隙结构和非均质性等影响因素对换算结果的影响。文中对改进后计算的毛管压力曲线与实测的毛管压力曲线进行了比较，证实了改进方法的明显效果，为核磁T2分布研究孔隙结构提供了可靠的方法。2核磁测井的特点核磁测井仪采集的原始数据只包含了地层中氢核的核磁特性，由于骨架中的氢核的弛豫太快，仪器探测不到，因此，核磁测井记录的信号只来自地层孔隙流体，使其测量结果基本不受岩石骨架成分的影响，在解释孔隙度、渗透率、束缚流体饱和度等储层参数及研究储层孔隙结构特征即孔径分布规律时，具有其它测井方法无法比拟的优势〔1-3〕。核磁测井技术的应用，不仅使测井解释计算的储层参数更加准确，提高了测井对孔隙流体（油气水）的分辨能力，而且也为测井解释研究孔隙结构提供了一种有效方法。核磁测井可以较好的进行定量地层孔隙特征评价，首先，它可以测量地层中流体体积，即不受岩性影响的有效孔隙度；另外，它可以得出孔隙尺寸大小及孔隙结构的信息。而后者是常规孔隙度测井仪所不能得到的。地层孔隙尺寸大小与地层的渗透率大小有直接关系。核磁测井可以连续测量得到储层孔隙尺寸分布，处理得到的孔径分布图比较直观的反映了储层孔隙结构特征。3应用核磁T2谱计算毛管压力曲线核磁T2分布反映了孔隙大小分布，大孔隙组分对应较大的T2值，小孔隙组分对应较小的T2值。显然，核磁T2分布与孔隙结构有直接关系。如果将岩心完全饱和单一流体(一般采用水饱和)，则其T2分布能较可靠地反映出岩石孔隙大小及其分布。对自旋回波信号进行处理，采用在0.1～10000ms的T2数值范围内采用对数均匀布点的方法进行反演得到T2分布。T2分布与毛管压力曲线得到的孔喉半径分布都反映了岩石的孔隙结构，那么二者之间是否存在着密切的关系呢？本文就此进行了室内实验研究，图1是4块实验样品的T2分布与孔喉半径分布重叠对比图，纵坐标为频数，横坐标有2个，上面为T2值，下面为孔喉半径值。可看出，二者在形态和幅值上都非常相似或相近，说明二者之间确实存在着密切的相关性。这样可以由T2分布构造毛管压力曲线〔4-5〕。3.1核磁T2谱计算毛管压力曲线的基本原理压汞排驱毛管压力曲线的每一点代表一定压力下非湿相流体所占据的孔隙体积百分数，其毛管压力由流体的表面张力和孔喉半径确定：ccrP/cos*2(1)式中PC——毛管压力，MPa；——流体界面张力；——润湿接触角；rc——毛管半径，μm。由核磁弛豫机制可知，在均匀磁场中测量的岩石横向弛豫时间T2为)/(*1/T/122B2VST(2)式中T2B——流体的体积(自由)弛豫时间，ms；S——孔隙表面积；V——孔隙体积；2——岩石横向表面弛豫率，是表征岩石性质的一种参数。图2核磁共振T2分布与压汞孔喉半径分布对比T2B的数值通常在3000ms以上，要比T2值大得多，即T2B》T2。因此，式(2)中右边第一项可忽略，于是)/(*/122VST(3)得到T2与孔径rc的关系式为c2s22/rF)/(*/1VST(4)式中，Fs称为几何形状因子，对球状孔隙，Fs=3；对柱状管道，Fs=2。由式(4)可见，孔隙内流体的弛豫时间和孔隙空间大小及形状有关，孔隙越小，比面积越大，表面相互作用的影响越强烈，T2时间也越短。弛豫时间T2和平均孔径rc是一一对应的，因此，可利用T2分布来评价孔隙大小及其孔径分布。从理论上讲核磁T2分布谱和毛管压力曲线都表示了与孔隙尺寸和孔隙喉道相关的孔隙体积的分布。因此把式(1)和式(4)相比，可得到毛管压力和核磁T2分布谱之间的关系式：)/(*))*/(*2(22SVrCOSTPcC(5)于是2/1TCPc(6)式中，)/(*))*/(cos*2(2SVrCc，称为转换系数。由式(6)，在已知毛管压力曲线的条件下可近似求出T2分布，称之为伪T2分布。同样在已知T2分布的条件下，亦可近似得到毛管压力曲线，称之为伪毛管压力曲线。3.2核磁T2谱计算毛管压力曲线方法由于毛管压力曲线与核磁T2分布曲线有较好的一致性，在已知T2分布的条件下，就可近似得到毛管压力曲线。不过本文研究得知公式（6）只适用于高孔高渗地层，而对于中低孔渗地层则不再适用。因此，对于储层孔隙尺寸相对较均匀，如储层颗粒磨园度较好、分选性较好时，本文采用Volokitin提出的适用于中低孔渗地层的毛管压力曲线和核磁T2分布谱之间的经验公式：11122KDTBATPCC(7)式中PC——为毛管压力，MPa；T2——为核磁测井T2弛豫时间，ms；K——为渗透率，mD；A、B、C是与孔隙结构、储层类型相关的经验系数，可用实验室岩心毛管压力曲线刻度核磁T2分布谱分析确定。D是经验系数，一般默认为2000。应用220个样品岩心毛管压力曲线资料进行反刻度，确定出A、B、C、D系数值，并编制解释模块处理得到连续的毛管压力曲线,计算的毛管压力曲线和实验室毛管压力曲线形态接近（图2）。图2贝#井某深度伪毛管压力曲线与实验室毛管压力曲线对比图而对于分选性不好，非均质性强的储层，由于非均质性和渗透性的影响，式6计算的毛管压力曲线和实验室毛管压力曲线形态有些差异（图3校正前），为此，本文对Volokitin提出的经验公式进行了改进（式8）：11122KDTBATeHPCCZ(8)式中：H为乘因子；Z为指数因子。通过对7口井80个样品的统计分析，得出H和Z这2个因子，经改进后公式计算的毛管压力曲线与实验室毛管压力曲线对比吻合较好（图8校正后）图3徐深#井某深度伪毛管压力曲线与实验室毛管压力曲线对比图4实例图4（乌2#井）为核磁测井计算毛管压力曲线应用实例，图中第三道为核磁T2谱，第六道为核磁计算毛管压力曲线和岩心分析毛管压力曲线道。从岩心分析毛管压力曲线与核磁T2分布谱计算的毛管压力曲线对比来看，两曲线形态和变化趋势上都有较好的一致性。这表明本文由核磁T2分布谱计算毛管压力曲线的方法是可靠的。应用上述方法在大庆油田处理解释16口井，经岩心分析资料对比分析一致性较好。该方法弥补了岩心毛管压力曲线的不足，很好解决了测井资料计算毛管压力的难题。5结论本文经过研究得出核磁T2分布谱计算毛管压力曲线的改进方法，本方法计算得到的连续的毛管压力曲线与岩心分析的结果吻合较好，像测井曲线一样可以连续显示地层孔隙结构信息，解决了中低孔渗储层应用核磁T2分布谱计算毛管压力曲线的难题。与传统的毛管压力测量相比，用核磁测井T2分布数据直接换算毛管压力曲线，其优点是不用取心，具有快速、大规模等特点。不失为缺乏岩心的油井获得毛管压力曲线的一种新方法，同时开辟了一种确定油藏饱和度的新途径，为地质家精细评价储层微观孔隙结构特征和储层特性提供了新的技术手段，拓宽了测井资料的应用范围〔6〕。图4乌27井毛管压力曲线计算成果图参考文献：[1]肖立志.核磁共振成像测井与岩石核磁共振及应用.北京科学出版社，1998.[2]王忠东，蒋中华.核磁测井在火成岩储层解释评价中的应用研究[J].测井技术，2005，29(6):523-527.[3]朱建华，王晓艳.核磁测井识别火山岩气层应用研究[J].国外测井技术，2007，22(4):7-9.[4]运华云，赵文杰，刘兵开，周灿灿，周凤鸣.利用T2分布进行岩石孔隙结构研究[J].测井技术，2002，26(1):18-21.[5]何雨丹，毛志强，肖立志.核磁共振T2分布评价岩石孔径分布的改进方法[J].地球物理学报，2005，35(2):373-378.[6]丁绍卿，郭和坤，刘卫，孙佃庆.核磁共振岩样分析技术在储层评价中的应用[J].大庆石油地质与开发，2006，25(6):22-26.