CN104634718B - 应用核磁共振表征致密砂岩孔径分布的标定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为应用核磁共振表征致密砂岩孔径分布的标定方法，测量岩石孔隙度及骨架密度；碎样低温N2吸脱附实验，规则柱样饱和地层水状态下核磁共振测试和高压压汞测试；将N2吸附得到的孔体积、毛细管累计进汞曲线换算为不同孔喉半径下的孔隙度分量，综合低温N2‑高压压汞建立孔隙比例累计曲线；对比不同C值下的核磁共振孔隙比例累计曲线，确定最佳的标定系数，实现核磁共振T2谱到孔喉半径的转换；分岩性建立标定系数C与反映孔喉结构的参数间联系，将同一地区相同岩性的致密砂岩储层进行核磁共振转化。应用低温N2吸附和高压压汞实验联合标定核磁共振T2谱，包含大孔、微孔和中孔部分的标定，能够有效表征致密砂岩中不同级别孔径的分布。
Description
技术领域
本发明涉及一种应用核磁共振表征孔径分布的标定方法，特别涉及应用核磁共振表征致密砂岩孔径分布的标定方法。
背景技术
随着常规油气的日益枯竭，资源潜力巨大的非常规油气资源逐步引起广泛关注及重视，尤其以致密砂岩油气的增长速度最快。致密储层发育微纳米级别的复杂孔喉系统，渗透率值多小于1mD，孔隙度与渗透率间不具明显相关性，油气的聚集、流动、油气藏形成及甜点分布等特征明显不同于常规油气藏。精细表征致密储层的微观孔喉结构，对于研究致密储层的成储机理、分级评价、储层甜点优选等方面具有重要意义。
储层微观孔喉结构是指储集层中孔喉的几何形状、大小、分布及其连通关系。目前，孔径分布表征的方法主要包括流体法、射线法和数值模拟法三类，其中射线法及数值模拟法以定性刻画为主，测试样品小，难以全面反映致密储层的非均质性；流体法是定量表征孔径分布的有效方法，包括高压压汞、恒速压汞、低温N2吸附和核磁共振等实验手段，各方法均存在一定的局限性：高压压汞可获得毛细管压汞曲线，反映岩石中孔喉半径及相互连通的孔隙体积，但由于测量速度快，在低进汞压力时测量精度低，在高进汞压力时容易造成裂缝，故刻画孔径＞1000nm和＜50nm的孔隙时误差较大；恒速压汞可以分别获得岩石的孔隙体积和喉道体积，但最大进汞压力约为6.22Mpa，所以对＜100nm部分的孔喉不能有效刻画；低温N2吸脱附可以获得＜200nm的孔径及孔隙体积，但对＞100nm孔径的孔隙精度较低；核磁共振T2谱曲线可以反映不同级别孔隙的分布，但测量值为T2弛豫时间，需要进行有效的标定。
在定量表征致密储层的孔径分布时，前人多采用以下两种方法：
(1)联合压汞和低温N2吸脱附实验，前者表征较大孔径(＞50nm)部分的孔隙分布，后者表征微孔和中孔(＜50nm)部分的孔隙分布，但两种实验方法原理不同，在重叠的部分二者测量值差异大，难以统一。
(2)标定核磁共振T2谱，实现孔径分布的表征。
该方法假定T2弛豫时间与压汞获得的孔径分布具线性相关性，根据T2谱和压汞进汞曲线可以确定一个标定系数，实现核磁共振T2谱的转换。该方法在常规储层中得到较好应用。常规储层以大孔(＞100nm)为主，T2谱与压汞进汞曲线间形态基本一致；而对于致密砂岩储层，孔隙以微孔和中孔(＜100nm)为主，对于小孔部分，压汞的测量误差较大，T2谱与压汞曲线间存在较大差异，该方法确定的标定系数误差较大。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种应用核磁共振表征致密砂岩孔径分布的标定方法，采用低温N2吸附和高压压汞联合标定核磁共振，标定后的核磁共振曲线能够有效刻画出不同级别孔隙的分布。
应用核磁共振表征致密砂岩孔径分布的标定方法，包括如下步骤：
(1)致密砂岩取样，用甲醇洗净后烘干，粉碎至80目，制备15-20g碎样；
同时对同一块样品，进行取得一个规则柱样体积为V，用甲醇洗净后烘干，测量柱样的干重G1；抽真空后在常温及常压下用配置的地层水饱和柱样岩心，取出再次称重G2，利用公式(G2-G1)/V，得出岩石样品的孔隙度利用公式G1/(V-·V)得出样品的骨架密度ρma；
(2)按照行业标准GB/T 19587-2004利用碎样开展低温N2吸脱附实验，得到半径＜200nm孔隙部分的比表面积及孔体积；
按照行业标准SY/T 6490-2014对饱和地层水的规则柱样开展核磁共振测试，得到核磁共振T2谱曲线；
然后用甲醇洗净规则柱样后烘干，按照行业标准SY/T 5346-2005开展高压压汞测试，得到半径＞10nm孔隙部分的累计进汞饱和度曲线；
(3)通过累计进汞饱和度曲线得到不同孔径下(孔径＞10nm)对应的进汞饱和度增量ΔSHg，ΔSHg乘以岩石样品的孔隙度得到相应的高压压汞孔隙度分量值；
N2吸附实验得到单位质量岩石中不同孔径(孔径＜200nm)的孔体积，孔体积乘以骨架密度ρma得到为低温N2吸附孔隙度分量值；
将高压压汞孔隙度分量值和低温N2吸附孔隙度分量值进行叠合，在50-100nm孔径范围内优选一个截止孔径rp，要求截止孔径rp所在点处两条孔隙度分量曲线值大致相等；保留低温N2吸附中＜rp和高压压汞中＞rp部分的数据点，累加得到连通孔隙度将各孔隙度分量值除以连通孔隙度得到不同孔径的孔隙比例累计曲线G(r)；
(4)将核磁共振中每个T2点对应的孔隙度分量值除以孔隙度得到各点相应的孔隙比例，自小而大逐点累加即得到核磁孔隙比例累计曲线H(T2)；
根据核磁弛豫时间T2与孔隙半径r间的线性关系，将H(T2)转化为孔径r的函数H(r/k)，其中k为线性系数；逐步调整k，使得H(r/k)与G(r)两条累计曲线的误差达到最小，此时对应的k值即为标定系数C；
根据r＝T2*C，将核磁共振T2谱转化为核磁孔喉分布曲线图，定量表征不同级别孔径的分布；
(5)优选工区内不同岩性不同孔喉结构的致密砂岩样品开展上述步骤(1)到步骤(4)，获得相应的标定系数C，组成核磁标定系数实例库；
统计各块样品中反映致密砂岩孔喉结构的参数与标定系数C间关系，参数为如孔隙度、渗透率、储层质量或者矿物含量等，优选、建立C与相关性最好的参数间函数关系；
对于没有开展高压压汞或低温N2吸附实验的致密砂岩，可以通过上述参数间函数关系直接确定标定系数C，实现核磁共振T2谱的标定。
本发明提供的应用核磁共振表征致密砂岩孔径分布的标定方法，将低温N2吸附有效应用于核磁共振T2谱的标定中，弥补了高压压汞在测量致密砂岩微孔和中孔部分(＜50nm)误差大、难以准确标定核磁T2谱的问题，有效提高了标定系数的可靠性。标定后的核磁共振曲线能有效刻画致密砂岩储层中微孔、中孔和大孔的体积分布，拓宽了核磁共振技术在储层孔隙结构表征上的应用。
附图说明
图1为样品低温N2吸附确定的平均孔径分布图；
图2为样品核磁共振T2谱分布图；
图3为样品高压压汞测定的累计进汞饱和度曲线；
图4为样品低温N2吸附、高压压汞不同孔径的孔隙度分量叠合图；
图5为样品低温N2吸附-高压压汞联合表征孔隙比例累计分布；
图6为不同C值时核磁孔隙比例累计曲线与压汞-N2联合累计曲线对比图；
图7为标定后核磁、低温N2、高压压汞方法表征孔径分布对比；
图8为分岩性建立核磁标定系数C与储层质量间关系；
图9为多井标定后核磁表征不同孔径孔隙分布叠合图。
具体实施方式
结合附图对本发明做进一步的说明：
本实施例为在松辽盆地徐家围子断陷沙河子组致密砂砾岩储层中进行试验：
一、试验背景介绍：
徐家围子断陷为松辽盆地北部深层的一个低角度单断型箕状断陷，近北北西向展布。该断陷位于松辽盆地东部凹陷区内，可进一步划分为四个次级构造单元，自西向东依次为徐西断坳、升平断坳、榆西断坳和徐东斜坡。徐家围子地区断陷期地层主要包括白垩系下统的火石岭组、沙河子组和营城组，沙河子组形成于断陷极盛期，构造活动强烈、持续拉张，在深湖-半深湖背景之下，发育了扇三角洲、辫状河三角洲及湖底扇等沉积体系。XT1井在沙河子组4000m以下地层中获9万方/天的工业产能，展示沙河子组致密砂砾岩气良好的勘探潜力。沙河子组气藏具“源储叠置、近源聚集”的特点，油气分布不受构造控制，具备致密砂岩气藏的典型特征，油气甜点区主要受优质储层的控制。
沙河子组岩石类型以长石质岩屑砂岩或岩屑质长石砂岩为主。岩屑含量最高，达42.53％，以岩浆岩岩屑为主，变质岩屑及沉积岩屑含量很少；长石次之，占25.64％；石英含量占17.56％；填隙物含量平均值为14.24％，主要以泥质杂基及碳酸盐为主。统计95口井450个物性测试数据，沙河子组致密储层的孔隙度值分布在0.3％～11.4％，平均值为2.77％，其中小于6％的样品点占75％；渗透率分布范围为0.01～11.2mD，平均值为0.45mD，其中小于0.1mD的样品点占80％。孔隙度与渗透率值间无明显正相关性，表明该区致密储层具有复杂的孔喉结构。
急需建立一种定量表征致密砂岩储层孔径分布的方法，开展沙河子组致密储层微观孔隙分布及影响因素的研究，以指导该区储层分级评价及优质储层的预测。
二、试验步骤
本实施例以SS4井样品为例进行说明。该样品深度为2774.01m，岩性为含砾粗砂岩，其中长石含量42％，石英含量39％，粘土含量19％。地层水PH值为7.2-7.3，总矿物度为6280-6560mg/L，以重碳酸根、钾钠离子为主。
(a)样品制备，测量岩石密度及孔隙度
(a1)原始样品为直径2.52cm、长6cm的柱样。首先用甲醇洗净后烘干，截取一个规则柱状，直径为2.52cm，长度为2.98cm，用于核磁共振和高压压汞测试；剩余样品进行粉碎，粉碎至80目，用于低温N2吸脱附实验。
(a2)测量柱样的干重为36.63g，抽真空后在常温及常压下用配置的地层水饱和，取出再次称重为37.85g，计算出样品的骨架密度为2.46g/cm3，总孔隙度为8.2％。
(b)开展低温N2吸脱附、核磁共振和高压压汞实验
(b1)将碎样混合均匀，选取15g，开展低温N2吸脱附实验，按照行业标准GB/T19587-2004，应用BET模型计算得到半径＜200nm孔隙部分的孔体积分布，见图1；
(b2)利用饱和地层水的规则柱样开展核磁共振测试(按照行业标准SY/T6490-2014)，得到核磁共振T2谱曲线，见图2；
(b3)将柱样进行烘干，开展高压压汞测试，按照行业标准SY/T 5346-2005，得到半径＞10nm部分孔喉的累计进汞饱和度曲线，见图3。
(c)联合低温N2吸附和高压压汞确定不同孔径下孔隙比例累计曲线
(c1)根据累计进汞饱和度曲线得到不同孔径(＞10nm)下的汞饱和度增量值ΔSHg，ΔSHg乘以岩石总孔隙度8.2％，即可转化为孔隙度分量值；
(c2)将低温N2吸脱附得到的不同孔径(＜200nm)的孔体积乘以岩石骨架密度值2.46g/cm3，即可转化为孔隙度分量值；
(c3)将高压压汞和低温N2吸脱附得到的孔隙度分量曲线进行叠合，见图4，两曲线在10-200nm孔径范围内重叠，其中在30nm-100nm范围内两曲线变化趋势基本一致。通过对比，在rp＝84nm时，两条曲线基本重合，选择该点作为截止孔径。保留低温N2吸脱附中半径＜84nm和高压压汞中半径＞＝84nm的点，所有点累加可得到连通孔隙度为4.53％，将各孔隙度分量值除以连通孔隙度值，得到不同孔径的孔隙比例累计曲线G(r)，见图5。
(d)确定核磁共振标定系数C
(d1)将核磁共振中每个T2点对应的孔隙度分量值除以总孔隙度8.2％，得到各点相应的孔隙比例，进而得到核磁孔隙比例累计曲线H(T2)；
(d2)根据公式r＝T2*C，T2单位为ms，r单位为nm，可将H(T2)转化为孔径r的函数H(r/C)，逐步调整C，使得H(r/C)与G(r)两条累计曲线的误差达到最小。如该实例中假定C值取5，25和60，分别绘制核磁孔隙比例累计曲线，见图6，可看出当C＝25时，H(r/25)与G(r)间误差达到最小，确定最佳标定系数C为25。
(d3)根据r＝T2*25，将核磁共振T2谱转化为核磁孔喉分布曲线图(附图5)，可以定量表征不同级别孔径的分布。标定后的核磁共振曲线与低温N2吸附和压汞得到的孔径分布曲线相比，见图7，形态基本一致，不仅孔径分布的范围基本重合，且主要孔径的分布区间也相互吻合。
(e)分岩性建立C与致密储层孔喉结构参数间联系，实现核磁共振T2谱到孔喉半径的标定。
标定系数C主要与岩性及孔喉结构有关，不同岩性、不同的孔喉结构具有不同的C值。分别选取含砂砾岩10个样品、粗砂岩9个样品，两种岩性分别进行上述实验步骤，确定出最佳C值。分析C值与孔隙度、渗透率、储层质量(为渗透率与孔隙度比值的开方)、岩石矿物含量等参数间关系，本实例中发现C值与储层质量的关系最好，见图8，建立关系如下：
含砂砾岩：R2＝0.7448
粗砂岩：R2＝0.8283
其中，C为标定系数；K为渗透率，mD；φ为孔隙度，％；
根据上述关系，在相同工区及层位内，已知岩石的岩性及孔隙度和渗透率值，即可确定该样品的C值，进而直接实现核磁共振T2谱的标定，而无需进行高压压汞和低温N2吸脱附实验。
三、试验效果分析
为研究沙河子组致密砂砾岩储层的孔径分布，对19块致密砂岩样品分别进行了核磁共振、高压压汞及低温N2吸附实验，联合低温N2吸附和高压压汞对核磁共振T2谱进行转换，进而研究致密储层的孔径分布。
从核磁孔径分布特征来看，见图9，沙河子组致密砂岩储层的孔径分布范围为2nm-100μm，主要区间为10nm-10μm，＞1um的孔隙所占比例多小于20％，表明沙河子组致密储层孔喉半径窄小，以纳米级孔隙为主。孔径分布多呈现双峰状，大孔峰值集中在1-10μm，小孔峰值集中在50-200nm。
上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明创造所作的举例，而并非对本发明创造具体实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所引伸出的任何显而易见的变化或变动仍处于本发明创造权利要求的保护范围之中。
Claims (1)
1.应用核磁共振表征致密砂岩孔径分布的标定方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)致密砂岩取样，用甲醇洗净后烘干，粉碎至80目，制备15-20g碎样；
同时对该样品，截取得到一个规则柱样，柱样体积为V，用甲醇洗净后烘干，测量柱样的干重G1；抽真空后在常温及常压下用配置的地层水饱和柱样岩心，取出再次称重G2，利用公式(G2-G1)/V，得出岩石样品的孔隙度利用公式 得出样品的骨架密度ρma；
(2)按照行业标准GB/T 19587-2004利用碎样开展低温N2吸附实验，得到半径＜200nm孔隙部分的比表面积及孔体积；
按照行业标准SY/T 6490-2014对饱和地层水的规则柱样开展核磁共振测试，得到核磁共振T2谱曲线；
然后用甲醇洗净规则柱样后烘干，按照行业标准SY/T 5346-2005开展高压压汞测试，得到半径＞10nm孔隙部分的累计进汞饱和度曲线；
(3)通过累计进汞饱和度曲线得到不同孔径下对应的进汞饱和度增量ΔSHg，ΔSHg乘以岩石样品的孔隙度得到相应的高压压汞孔隙度分量值；
N2吸附实验得到单位质量岩石中不同孔径的孔体积，孔体积乘以骨架密度ρma得到低温N2吸附孔隙度分量值；
将高压压汞孔隙度分量值和低温N2吸附孔隙度分量值进行叠合，在50-100nm孔径范围内优选一个截止孔径rp，要求截止孔径rp所在点处两条孔隙度分量曲线值大致相等；保留低温N2吸附中＜rp和高压压汞中＞rp部分的数据点，累加得到连通孔隙度将各孔隙度分量值除以连通孔隙度得到不同孔径的孔隙比例累计曲线G(r)；
(4)将核磁共振中每个T2点对应的孔隙度分量值除以孔隙度得到各点相应的孔隙比例，自小而大逐点累加即得到核磁孔隙比例累计曲线H(T2)；
根据核磁弛豫时间T2与孔隙半径r间的线性关系，将H(T2)转化为孔径r的函数H(r/k)，其中k为线性系数；逐步调整k，使得H(r/k)与G(r)两条累计曲线的误差达到最小，此时对应的k值即为标定系数C；
根据r＝T2*C，将核磁共振T2谱转化为核磁孔喉分布曲线图，定量表征不同级别孔径的分布；
(5)采用工区内不同岩性不同孔喉结构的致密砂岩样品开展上述步骤(1)到步骤(4)，获得相应的标定系数C，组成核磁标定系数实例库；
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对于没有开展高压压汞或低温N2吸附实验的致密砂岩，通过上述参数间函数关系直接确定标定系数C，实现核磁共振T2谱的标定。
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