CN104237957A - 一种核磁共振测井t2截止值的确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种核磁共振测井T₂谱中T₂截止值的确定方法，尤其是一种依据核磁共振测井T₂谱各时间点T₂谱强度所反映的孔隙结构特征构建T₂截止值的方法。本发明能节省原本大量岩心的实验分析标定T₂截止值的时间和成本；同时，也不用建立在T₂谱分类基础上经验公式求取T₂截止值，实现的T₂截止值动态自动求取，该方法实现了科学简便快速求取T2截止值。

Description

一种核磁共振测井T2截止值的确定方法

技术领域

本发明涉及一种核磁共振测井T₂谱中T₂截止值的确定方法，尤其是一种依据核磁共振测井T₂谱各时间点T₂谱强度所反映的孔隙结构特征构建T₂截止值的方法。 

背景技术

在公知的技术领域，自核磁共振技术引入油气测井勘探以来，促使油气测井对孔隙流体和孔隙结构的认识得到了质的飞跃。核磁响应参数： 

               （1）

式中：为核磁测井测量得到的随时间t变化的回波幅度；

T_2i为第i个组分的横向弛豫时间，i=1,…,N；

为对应于T_2i组分的核磁共振孔隙度，i=1,…,N；

由公式(1)进行多指数拟合可以求出每一个测量点的T_2i—的分布曲线，构建核磁共振测井T₂谱，进而实现对储层孔隙结构的评价，并从中获取总孔隙度、有效孔隙度、渗透率、束缚水饱和度、可动流体饱和度等重要的储层评价参数。而要准确的得到这些评价参数, 必须确定的一个重要参数就是T₂截止值，即T_2cutoff。T₂截止值是可动流体和束缚流体的T₂的分界值，分布谱上对应T₂值大于T_2cutoff的流体为可动流体，对应T₂值小于T_2cutoff的流体为束缚流体，因此对T₂截止值的确定直接决定了对储层可采性的评价，进而决定了油气藏的经济价值的评价。 

对T₂截止值的确定的确定，国内外专家做了不少的工作，1991年Straley通过北美地区低渗透、富含粘土的砂岩样品的分析发现，饱和水样品的T₁分布谱能反应样品孔隙大小分布，长T₁组分对应着大孔隙，短T₁组分对应着小孔隙，并认为46ms就是岩样的束缚水与可动水的分界线，可视其为T₁截止值。1993年Kleinberg重新刻度T₁谱得到同一岩样的T₂分布谱，，Morriss在分析了前人研究成果的基础上，提出碎屑岩的T₁截止值应取50ms，计算得出T_2cutoff大约为33ms。目前为止，国内外基本上也是按照采用这个截止值对核磁测井进行处理和评价的。 

但在实际应用过程中，碎屑岩储层的T_2cutoff变化范围相当大，根本就不是一个固定值。T₂截止值随储层岩性的差异变化很大，匡立春等在申请号为20051007223.9的发明专利中也有类似的发现，所以T₂截止值固定在实际地层中变得不适用了。 

专家们从不同的角度探寻核磁共振测井T₂截止值的求取方法，概括起来主要有以下三类方法。 

(1)岩心实验刻度求取核磁共振测井T₂截止值 

岩心实验刻度求取核磁共振测井T₂截止值法进一步分为：孔隙度累加法、压汞毛管压力曲线法和束缚水饱和度反算法。

①孔隙度累加法确定T₂截止值 

首先，将岩样在饱和水状态下进行一次NMR测量，得到一个T₂分布谱，该谱所包围的面积为岩样孔隙度。对T₂谱顺次累加，得到饱和水状态下的孔隙度累加曲线。其次，在一定的压力条件下(一般为室温10~25℃，压力100psi) ，用离心机甩出岩样中的可动水，再进行一次NMR测量，得到一个T₂谱，该谱所包围的面积为束缚流体体积（BVI）。将T₂谱顺次累加，得到束缚水状态下的孔隙度累加曲线，将这两种状态下的孔隙度累加曲线作于同一张图上，从离心后T₂谱累加孔隙度曲线最大值处（即束缚水体积BVI）作一条与时间轴平行的直线，该直线与饱和水状态下T₂谱孔隙度累加曲线有一个交点，经过该交点作一条平行于孔隙度分量的直线，该直线与时间轴的交点对应的T₂值即为该岩心样品的T₂截止值。

在高压下进行离心脱水的岩样由于受压力影响，导致孔隙结构发生变化，其T₂谱已经不能再真实的反映岩样原始小孔隙部分的孔隙结构。 尤其对于比较疏松的岩样，受离心压力的影响更大。在这种条件下，用孔隙度累加法确定T₂截止值显然不准确。 

②压汞毛管压力曲线法确定T₂截止值 

具体步骤是：首先，测量一条岩心压汞毛管压力曲线和核磁共振T₂谱，由压汞毛管压力曲线确定近似的油藏束缚水饱和度S_wi，将束缚水饱和度与孔隙度相乘得到束缚流体体积(BVI)；其次，将T₂谱进行孔隙度累加，找到一个对应的T₂值点，使小于该T₂值所围的面积等于或近似等于束缚流体体积(BVI)，则对应的T₂值即为核磁T₂截止值。

采用压汞毛管压力曲线法确定T₂截止值存在两个问题：(a)进汞压力大小的确定问题，压力太小，自由流体没有完全排出，求取的T₂就会过大；压力过大，会把一部分束缚水也排挤出去，导致求取的T₂截止值过小，另外还会破坏岩样的孔隙结构；(b)当孔隙中含有稠油时(粘度大于20cp)，由于粘度较大，不易脱出，且弛豫时间较短，会与束缚水的信号发生叠加。在这种情况下，采用压汞毛管压力曲线法确定的T₂截止值不够准确。 

③利用束缚水饱和度反算T₂截止值 

周灿灿和孙建孟等人（2001）在在充分考虑到孔隙度累加法和压汞毛管压力曲线法在确定核磁共振测井T₂截止值中存在的问题，提出了利用离心束缚水饱和度和完全饱和水状态下的NMR实验数据来确定T₂截止值的方法。具体步骤为：首先，将离心前的T₂分布谱进行累加得到一条孔隙度累加曲线；其次，将时间轴分为若干分量，逐个对小于该时间分量的T₂谱进行孔隙度累加，并计算该累加孔隙度值与总孔隙度累加值的比S_i。当这一比值与离心束缚水饱和度S_wi的差值小于某一允许的误差范围时，即认为对应的T₂值为岩样的T₂截止值。这个方法的原理与①和②基本一致，只是在数据处理上存在一定的差异。

岩心实验刻度法计算的T₂截止值相对于33ms作为T₂截止值有了很大的进步，它确定了不同地区应采用不同T₂截止值的思想，计算的结果也更符合油田实际。然而，这几种方法存在的一个共同的问题就是其结果均是通过岩心实验分析得到，其计算精度不可避免地受到选取的岩心数量以及层位的影响，岩样选择不当，则计算结果就不具备代表性。而且也没有考虑环境的变化对岩石孔隙结构的影响。同时岩心实验刻度法得到的T₂截止值虽然不等于33ms，但是它仍然是全井段甚至是整个地区都选择固定的T₂截止值，而不是随储层类型或物性变化的值。该值是否能代表整个井段甚至地区还有待商榷。 

(2)原始地层连续刻度求取核磁共振测井T₂截止值 

原始地层连续刻度求取核磁共振测井T₂截止值的主要优势在于：通过岩心刻度得到统计关系，利用该统计关系可以在全井段连续的确定出一条随深度而变化的T₂截止曲线。原始地层连续刻度求取T₂截止值的方法分为利用综合物性指数确定T₂截止法和利用油柱高度确定T₂截止值法。

①综合物性指数确定T₂截止法 

汪中浩等人(2004)在全井段确定出一条随综合物性指数而变化T2截止值，发现当> 2 时，即高孔、高渗储层，T₂截止值并不满足的二次多项式，而对于<2的储层，T₂截止值综合物性指数之间仍然存在着一定的正相关关系。

  

②油柱高度确定T₂截止值

高楚桥等人(2004) T₂截止值与毛细管压力之间存在着如下对应指数关系：

    （2）

公式（2）中，Pc为毛细管压力，MPa；A和B为计算参数，其值需通过岩心试验数据分析得到。由于毛细管压力与油水界面之上油柱高度之间存在着如下对应关系

   （3）

式中为油水两相密度差，g/cm³，g为重力加速度，一般为常数，取9.8m/s²；为油柱高度，m。

由（2）和（3）联合，得到 

     （4）

其中，C和D均为常数，其值需通过岩心试验数据分析得到。由此，在已知油水界面的情况下，就可以根据统计关系计算出一条可变的T₂截止值曲线。

(3)直接根据核磁共振测井T₂(饱和T₂谱)的形态特征确定每个点的 T₂截止值 

匡立春、毛志强、孙中春等人在申请号为200510072232.9发明专利中提出了一种直接根据核磁共振测井T₂(饱和T₂谱)的形态特征确定每个点的T₂截止值的方法。其方法是：首先对核磁共振测井T₂谱按形态分为双峰型、单峰型以及多峰型。其次依据不同类型的测井T₂谱拟合得出其离心谱，其拟合公式为：

  （4）

公式（4）中，A为拟合T₂谱中的幅值极大值，A值取T₂分布谱中的幅值极大值；B为某个T2时间值，B值取幅度值减小到某个极小时的T₂值；C为某个待定的参数；x为各组分T₂时间值与测井T₂谱的T2时间值相同；f(x)为拟合得到的幅度值。

对于单峰大孔型测井T₂截止值的计算方法为，将测井T₂谱面积减去拟合谱面积，即为离心谱面积。 

对于单峰小孔型测井T₂截止值的计算方法为，假设孔隙中流体都是束缚流体，将孔隙赋予一个固定的T₂截止值。 

对于双峰测井T₂谱T₂截止值的计算方法为，利用正态函数在测井T₂谱上拟合出一个离心谱。 

对于多峰测井T₂谱T₂截止值的计算方法为，利用正态函数在测井T₂谱上拟合出一个离心谱，具体与双峰测井T₂谱T₂截止值的计算方法相同。 

最后对T₂截止值和T₂谱进行积分，积分后T₂截止值即为束缚水饱和度，积分后T₂谱与T₂截止值的差值为可动水饱和度。 

该方法在综合物性指数确定T₂截止法上是一种进步，考虑了孔隙结构的差异对束缚水饱和度的影响，但是存在的问题是对核磁共振测井T₂谱按形态分类过程中，需要人工干预，受人为主观因素影响较大；另外，采用正态函数拟合缺乏一定的理论基础，存在一定可靠性问题，推广应用存在难度。 

上述所论述确定T₂截止值的各种方法具有各自的优势及局限性。 

（1）岩心实验刻度求取核磁共振测井T₂截止值的优点是可以获取准确的T₂截止值，但其应用上的局限性是需要岩心样品，都需要岩心实验分析或要用到其他辅助测井方法，这导致成本高、周期长，并且由于岩石结构特征的差异，有限的岩心实验数据不足以展现出真实的规律。 

（2）原始地层连续刻度求取核磁共振测井T₂截止值，如综合物性指数确定T₂截止法，该方法属于一般的经验公式，且需要大量的岩心孔隙度和渗透率数据的测定为基础，这种经验公式的应用范围有限，难以应用与其他地区，而且公式中的参数也不是唯一的，受地层的变化而变化。油柱高度确定T₂截止值方法，也需要大量的岩心做核磁共振实验，标定公式(4)中的C和D的大小。 

（3）直接根据核磁共振测井T₂(饱和T₂谱)的形态特征确定每个点的T₂截止值的方法，存在的问题是首先得人工对核磁共振测井T₂谱进行分类，在依据经验公式求取T₂截止值，实现了摆脱岩心实验，直接利用核磁共振测井得到T₂谱而快速确定每个深度点T₂截止值的目标，但是这个方法在推广上遇到一定问题，很多地区数据预测效果并不理想。 

为了解决核磁共振测井应用中T₂截止值准确确定的实际难题，借鉴200510072232.9发明专利的方法，研究直接根据核磁共振测井T₂谱（饱和T₂谱）的形态特征确定每个测量点的T2截止值，提供确定核磁共振测井T₂截止值的一种可靠的方法和技术，克服现行方法的技术局限性，以期核磁共振测井技术在油气勘探与开发中发挥出更强大的作用。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种核磁共振测井T₂截止值的确定方法，可以利用该方法可以直接利用核磁共振测井得到的T₂谱确定每个深度点的T₂截止值。 

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种核磁共振测井T₂截止值的确定方法，主要过程包括：首先，建立均一单个孔隙下的束缚水体积的数学模型；然后，结合孔隙度测井数据，将T₂谱数据转化成孔隙度数据，构建T₂谱与孔隙度的对比线；再次，结合束缚水体积的数学模型的各T₂时间点分别进行计算，得到各T₂时间点对应孔隙度下的束缚水体积；最后，对各T₂时间点束缚水体积积分得到总束缚水体积，沿总束缚水体积作T₂时间轴的平行线，该线与累计孔隙度的交线的所对应的T₂时间值即为T₂截止值， 

包括以下步骤： 

（I）建立均一孔隙下的束缚水体积的数学模型，

均一孔隙下单孔隙束缚水的体积数学模型为：

       （a）

公式（a）中，设为岩石颗粒半径为r时候的束缚水体积，单位：μm3；岩石颗粒的半径为r，单位：mm；束缚水膜厚度为h，单位：μm，束缚水膜厚度取平均值0.043μm；

（II）构建T₂谱与孔隙度的对比图，

通过对T₂谱各时间点信号积分，其积分结果数值归一化后再乘以总孔隙体积Vr，单位为立方厘米；以1立方厘米岩石体积为标准，Vr=，为孔隙度，无量纲，由孔隙度测井获取，孔隙体积Vr的基础上对T₂谱各时间点信号微分，得到单位岩石体积各T₂时间点与孔隙体积Vri的分布图；

（III）计算各T₂时间点对应的束缚水体积，

   （b）

公式（b）中，为半径为r的岩石颗粒的孔隙体积，由测井孔隙度数据获取，单位：μm3，将公式（b）中所计算的岩石颗粒半径代入到公式（a）中，公式（a）中的求取各T2时间点对应孔隙体积下的束缚水体积，其中：

（c）

当计算得到的束缚水体积大于孔隙体积时，说明孔隙中流体全部为束缚流体，束缚水体积即为孔隙体积，即公式（c）应该变为公式（d），其中：

（d）

由此建立了单位岩石体积各T2时间点束缚水体积与对应T2时间点孔隙体积之间的关系；

（IV）确定T2截止值，

对公式（d）中各T2时间点束缚水体积积分得到总束缚水体积，沿总束缚水体积的极大值作T2时间轴的平行线，该线与孔隙体积Vr的交线所对应的T2时间值即为T2截止值；

（V）在不同井深重复步骤II～IV，得到不同深度点的T2截止值。

本发明的有益效果是：本发明基于岩石孔隙结构的基础上建立起T2截止值的动态计算模型，节省了原本大量岩心的实验分析标定T₂截止值的时间和成本；同时，也不用建立在T₂谱分类基础上经验公式求取T₂截止值，实现的T₂截止值动态自动求取，该方法实现了科学简便快速求取T2截止值。 

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。 

图1是一种核磁共振测井T₂截止值的确定方法的流程图。 

图2是孔隙中束缚水与自由水弛豫时间对比示意图。 

图3是孔隙中束缚水与自由水的分布结构示意图。 

图4是松辽盆地fs13井3330m深T₂时间谱及其幅度积分分布图。 

图5是松辽盆地fs13井3330m井深T₂时间谱及各T₂时间点孔隙体积以及束缚水体积、T₂截止值图。 

图6是松辽盆地fs13井3325~3345m处的核磁测井T₂截止值以及束缚水、可动水解释图。 

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。 

如图1～6所示的本发明一种核磁共振测井T₂截止值的确定方法的优选实施例，以松辽盆地fs13井3325～3345m处核磁共振测井信号的T2截止值的确定为例，对核磁共振测井T2截止值的确定方法，先以3330m测点为例，其他测点均参照该点方法处理即可， 

主要包括以下步骤： 

（I）建立均一孔隙下的束缚水体积的数学模型，对于分选磨圆较好的储层砂岩来说，球状模型为相对理想的孔隙模型，见图2和图3，

均一孔隙下单孔隙束缚水的体积数学模型为：

       （a）

公式（a）中，设为岩石颗粒半径为r时候的束缚水体积，单位：μm3；岩石颗粒的半径为r，单位：mm；束缚水膜厚度为h，单位：μm，束缚水膜厚度取平均值0.043μm；

（II）构建T2谱与孔隙度的对比图，

通过对T₂谱各时间点信号积分，得到T₂谱振幅积分，见图4，对T₂谱振幅积分结果数值归一化后再乘以总孔隙体积V_r，单位为立方厘米；以1立方厘米岩石体积为标准，V_r=，为孔隙度，无量纲，由孔隙度测井获取。在总孔隙体积V_r的基础上对T₂谱各时间点信号微分，得到单位岩石体积各T₂时间点与孔隙体积V_ri的分布图，见图5；

（III）计算各T2时间点对应的束缚水体积，

      （b）

公式（b）中，为半径为r的岩石颗粒的孔隙体积，由测井孔隙度数据获取，   单位：μm3，将公式（b）中所计算的岩石颗粒半径代入到公式（a）中，公式（a）中的求取各T2时间点对应孔隙体积下的束缚水体积，其中：

（c）

当计算得到的束缚水体积大于孔隙体积时，说明孔隙中流体全部为束缚流体，束缚水体积即为孔隙体积，即公式（c）应该变为公式（d），其中：

（d）

由此建立了单位岩石体积各T2时间点束缚水体积与对应T2时间点孔隙体积之间的关系，见图5；

（IV）确定T2截止值，

对各T₂时间点束缚水体积积分得到总束缚水体积，沿总束缚水体积的极大值作T₂时间轴的平行线，该线与孔隙体积V_r的交线所对应的T₂时间值即为T₂截止值（图5），读取T₂截止值（T_2cutoff）为9ms；

（V）在不同井深重复步骤II～IV，得到不同深度点的T2截止值，见图6。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。 

Claims (1)

1.一种核磁共振测井T₂截止值的确定方法，其特征在于：包括以下步骤： 

（                                               ）建立均一孔隙下的束缚水体积的数学模型，

均一孔隙下单孔隙束缚水的体积数学模型为：

       （a）

公式（a）中，设为岩石颗粒半径为r时候的束缚水体积，单位：μm3；岩石颗粒的半径为r，单位：mm；束缚水膜厚度为h，单位：μm，束缚水膜厚度取平均值0.043μm；

（II）构建T2谱与孔隙度的对比图，

通过对T2谱各时间点信号积分，其积分结果数值归一化后再乘以总孔隙体积Vr，单位为立方厘米；以1立方厘米岩石体积为标准，Vr=，为孔隙度，无量纲，由孔隙度测井获取，孔隙体积Vr的基础上对T2谱各时间点信号微分，得到单位岩石体积各T2时间点与孔隙体积Vri的分布图；

（III）计算各T2时间点对应的束缚水体积，

               （b）

公式（b）中，为半径为r的岩石颗粒的孔隙体积，由测井孔隙度数据获取，  单位：μm3，将公式（b）中所计算的岩石颗粒半径代入到公式（a）中，公式（a）中的求取各T2时间点对应孔隙体积下的束缚水体积，其中：

（c）

当计算得到的束缚水体积大于孔隙体积时，说明孔隙中流体全部为束缚流体，束缚水体积即为孔隙体积，即公式（c）应该变为公式（d），其中：

（d）

由此建立了单位岩石体积各T2时间点束缚水体积与对应T2时间点孔隙体积之间的关系；

（IV）确定T2截止值，

对公式（d）中各T2时间点束缚水体积积分得到总束缚水体积，沿总束缚水体积的极大值作T2时间轴的平行线，该线与孔隙体积Vr的交线所对应的T2时间值即为T2截止值；

（V）在不同井深重复步骤II～IV，得到不同深度点的T2截止值。