CN106442600A - 页岩束缚水含量确定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于多状态核磁共振测量来确定页岩束缚水含量的方法。首先对页岩真空加压饱和油，通过对核磁共振测量参数的优选，进行一维核磁共振T2谱测量，经过洗油烘干，对页岩进行真空加压饱和水，测量一维核磁共振T2谱，再选择页岩最佳离心力进行离心，进而测量页岩离心后的核磁共振T2谱，将页岩放入烘箱高温烘干，测量背景核磁共振T2谱，最后通过比较四类状态核磁共振T2谱的变化，分析和计算页岩束缚水含量。本发明克服了目前实验室条件下确定页岩束缚水含量方法容易造成岩心破坏、计算不准确的问题，为非常规储层评价提供有力帮助。
Description
技术领域
本发明涉及一种石油勘探开发行业测井领域中的束缚水含量计算方法，具体的说是页岩束缚水含量确定方法。
背景技术
由于常规油气大量开采已经日益枯竭，而资源潜力巨大的非常规油气资源逐步成为研究的热点。尤其是美国页岩油气开采技术的突破，页岩油气藏作为一种非常规油气藏近年来越来越受到人们的关注。页岩既是源岩又是储集层，具有典型的“自生自储”成藏特征，而且储集空间复杂，存在原生孔隙、次生孔隙和微裂缝。由于页岩油气藏明显不同于常规油气藏，故常规油气藏的评价方法也难以满足页岩油气藏的综合评价。页岩束缚水含量作为非常规储层评价的重要参数，准确的求取有助于快速有效评价页岩储层、产能预测及储量计算。
目前，实验室确定岩心束缚水含量的主要方法包括三类：压汞法计算束缚水含量、密闭取心岩心计算束缚水含量，及核磁共振T2截止值法计算束缚水含量。
压汞法是以汞为驱替流体的测量束缚水含量方法，具体方法为：当进汞压力达到一定条件，难以再注入孔隙时，岩样剩下的水为束缚水。高压压汞基本能够驱替岩心大部分孔隙中可动流体，但该方法对岩心造成不可恢复的损坏。
密闭取心岩心法是将具有真实流体状态的井下岩心密闭取出，通过计算含油饱和度进而转换为岩心束缚水含量。该方法测得的束缚水含量是岩心在真实地层条件下束缚水含量，计算结果准确，缺点是密闭取心的过程较为繁琐。
核磁共振T2截止值方法是岩心束缚水含量求取的常用方法，包括两类：一类是由实验室饱和水岩样离心前、后核磁共振T2积分曲线对比分析得到；另一类是统计分析核磁共振T2谱形态与核磁共振T2截止值的关系，进而建立一种基于核磁共振T2谱形态特征的核磁共振T2截止值确定方法。由于常规岩性的岩心束缚流体与可动流体在核磁共振T2谱上具有一个明显的截止值，因此核磁共振T2截止值方法适用于常规岩性的岩心。但对于页岩，油气在孔隙中分布是混合状态，单一的核磁共振T2截止值无法确定束缚水含量。
页岩岩性复杂，微孔隙发育，油气在孔隙中混合分布，为了在不损坏岩心的基础上准确的获得页岩束缚水含量，同时克服目前三类方法存在的问题，需要寻找一种新的页岩束缚水求取方法。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种页岩束缚水含量的确定方法，通过综合分析多种流体分布状态的页岩核磁共振T2谱，获得准确的页岩束缚水含量，为储层评价提供有力的帮助。
本发明为实现其目的所采用的技术方案是通过多状态核磁共振测量来确定页岩束缚水的含量，首先对页岩真空加压饱和油，通过对核磁共振测量参数的优选，进行一维核磁共振T2谱测量，经过洗油烘干，对页岩进行真空加压饱和水，测量一维核磁共振T2谱，再选择页岩最佳离心力进行离心，进而测量页岩离心后的核磁共振T2谱，将页岩放入烘箱高温烘干，测量背景核磁共振T2谱，最后通过比较四类状态核磁共振T2谱的变化，分析页岩束缚水含量，具体包括以下步骤：
a.页岩饱和油测量核磁共振T2谱
为了减小测量时间，同时保证测量质量，在一维核磁共振T2谱测量前，首先需要优选核磁共振测量参数。根据不同核磁共振测量参数的调试及仪器的限制，对于页岩，确定回波个数NECH为6000个-18000个、回波间隔TE为0.1ms、等待时间TW为1000ms-10000ms、扫描次数NS为32次-96次，保证探测到页岩的微小孔隙，信噪比大于100和完全弛豫衰减。页岩抽真空加压饱和航空煤油，饱和24小时，确保页岩完全饱和油，再测量核磁共振T2谱。
b.页岩饱和水测量核磁共振T2谱
对上一步饱和油的页岩洗油处理，去除页岩孔隙中的烃。将洗油后的页岩在恒温箱保持90℃恒温24小时，将孔隙内的自由水分蒸干。再利用真空加压泵将页岩饱和水，饱和24小时，确保页岩完全饱和水。采用与步骤a相同的核磁共振测量参数对饱和水的页岩进行核磁共振T2谱测量。
c.页岩离心测量核磁共振T2谱
对于饱和水的页岩，采用多级离心的方式确定最佳离心力为7000r/min。离心后的页岩进行核磁共振T2谱测量，核磁共振测量参数与步骤a或步骤b一致。
d.高温烘干页岩测量核磁共振T2谱
将离心后的页岩放入高温烘箱，在300℃高温下烘干24小时，去除页岩孔隙中流体信号，只留下页岩背景信号，再对烘干后的页岩按照步骤a或步骤b相同的核磁共振测量参数进行核磁共振T2谱测量。
e.页岩束缚水含量计算
分析步骤a-d得到的四类核磁共振T2谱，根据多状态核磁共振T2谱的物理含义计算页岩束缚水含量：
(1)由于饱和油的页岩核磁共振T2谱反映油在孔隙中的分布，主要是分布在有机孔隙内，无机孔隙较难进入；
(2)洗油烘干加压饱和水后，水进入无机孔隙，页岩饱和水核磁共振T2谱包括束缚水、有机孔隙自由水、无机孔隙自由水；
(3)由于离心可以甩出自由水，因此页岩离心后，测量核磁共振T2谱只包含束缚水；
(4)离心后的页岩核磁共振T2谱与饱和油核磁共振T2谱的面积差，反映的是束缚水部分。高温烘干后的背景信号，是不可动组分，同样可以算作束缚水。因此，总束缚水含量＝面积差法得到的束缚水含量+背景信号束缚水含量。将纵坐标统一为孔隙度分量，进而计算页岩总束缚水含量。
所述确定页岩离心测量核磁共振T2谱中的采用多级离心的方式确定最佳离心力是对饱和水页岩在多个离心力条件下测量含水饱和度的变化，既保证页岩尽可能达到束缚水状态，又保证岩心孔隙结构不被破坏。
本发明与现有技术相比较的有益效果是：用多状态核磁共振测量确定页岩束缚水含量的方法得到的束缚水含量，能够在核磁共振T2谱上明确的反映束缚水的位置，解决了油气在孔隙中混合分布无法用单一T2截止值的问题，可以准确计算页岩束缚水饱和度，同时不破坏岩心，为储层评价以及油田开发提供帮助，克服了目前实验室条件下页岩确定束缚水含量方法容易造成岩心破坏、计算不准确的问题，实际应用效果显著，在计算页岩束缚水含量方面具备其它束缚水求取方法无可比拟的优势，因此极具推广价值。在目前公开发表文献和商业应用软件中尚无类似方法的提出与应用。
附图说明
图1是页岩1利用本发明得到的四种状态核磁共振T2谱及束缚水位置。
图2是页岩2利用本发明得到的四种状态核磁共振T2谱及束缚水位置。
图3是不同页岩利用本发明所述方法和密闭取心法得到的束缚水含量对比图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
多状态核磁共振测量确定页岩束缚水含量的方法步骤如下：
第一步，页岩饱和油测量核磁共振T2谱。
收集页岩，并进行预处理切割，切割的页岩直径为1英寸(2.54cm)，长度为3cm-5cm，便于后续实验测量。
为了减小测量时间，同时保证测量质量，在一维核磁共振T2谱测量前，首先需要优选核磁共振测量参数。选取一块原始状态页岩，进行不同核磁测量参数的调试，如表1所示，为了探测微小孔隙，TE采用仪器最小值，即TE为0.1ms。实验采用回波个数NECH＝(5000个、6000个、12000个、18000个)、等待时间TW＝(500ms、1000ms、5000ms、10000ms)、扫描次数NS＝(16次、32次、64次、96次)。
表1不同核磁共振测量参数对测量孔隙度影响
| 序号 | NECH(个) | TW(ms) | NS(次) | 孔隙度(％) |
| 1 | 5000 | 3000 | 32 | 4.20 |
| 2 | 6000 | 3000 | 32 | 4.21 |
| 3 | 12000 | 3000 | 32 | 4.21 |
| 4 | 18000 | 3000 | 32 | 4.21 |
| 5 | 16000 | 500 | 32 | 4.19 |
| 6 | 16000 | 1000 | 32 | 4.21 |
| 7 | 16000 | 5000 | 32 | 4.21 |
| 8 | 16000 | 10000 | 32 | 4.21 |
| 9 | 16000 | 3000 | 16 | 4.19 |
| 10 | 16000 | 3000 | 32 | 4.21 |
| 11 | 16000 | 3000 | 64 | 4.21 |
| 12 | 16000 | 3000 | 96 | 4.21 |
根据不同核磁共振测量参数的调试及仪器的限制，确定参数选取范围：回波个数NECH为6000个-18000个、回波间隔TE为0.1ms、等待时间TW为1000ms-10000ms、扫描次数NS为32次-96次。优选页岩核磁共振测量参数如下：回波个数NECH＝16000；等待时间TW＝2000ms；扫描次数NS＝64；回波间隔TE＝0.1ms。
页岩抽真空加压饱和航空煤油，饱和24小时，确保页岩完全饱和油，再测量核磁共振T2谱。
第二步，页岩饱和水测量核磁共振T2谱
对第一步饱和油的页岩进行洗油处理，去除页岩孔隙中的烃。将洗油后的页岩在恒温箱保持90℃恒温24小时，将孔隙内的自由水分蒸干。再利用真空加压泵将页岩饱和水，饱和24小时，确保页岩完全饱和水。采用与第一步相同的核磁共振测量参数对饱和水页岩进行核磁共振T2谱测量。
第三步，页岩离心测量核磁共振T2谱
对于饱和水的页岩，采用多级离心的方式确定最佳离心力。首先称量饱和水页岩质量，再将页岩放入离心机中，设置离心转速分别为1000r/min，3000r/min，5000r/min，7000r/min，9000r/min，12000r/min，每次离心时间为一小时，在每次离心后将岩心取出称量质量。实验发现随着离心力不断增大，含水饱和度逐渐减小，但减小的速率也在变化，当离心力达到12000r/min时，页岩发生破碎，因此认为7000r/min(离心压力400psi)左右是页岩最佳离心力。
在最佳离心力条件下对饱和页岩离心，离心后的页岩进行核磁共振T2谱测量，核磁共振测量参数与第一步或第二步的一致。
第四步，高温烘干页岩测量核磁共振T2谱
将离心后的页岩放入高温烘箱，在300℃高温下烘干24小时，目的是去除页岩孔隙中流体信号，只留下页岩背景信号，再对烘干后的岩心按照第一步、第二步或第三步相同核磁共振测量参数进行核磁共振T2谱测量。
第五步，页岩束缚水含量计算
分析步骤一到步骤四实验结果，得到的四类核磁共振T2谱，根据多状态核磁共振T2谱的物理含义计算页岩束缚水含量：
(1)由于饱和油的页岩核磁共振T2谱反映油在孔隙中的分布，主要是分布在有机孔隙内，无机孔隙较难进入；
(2)洗油烘干加压饱和水后，水进入无机孔隙，页岩饱和水核磁共振T2谱包括束缚水、有机孔自由水、无机孔自由水；
(3)由于离心可以甩出自由水，因此页岩离心后，测量核磁共振T2谱只包含束缚水；
(4)离心后的页岩核磁共振T2谱与饱和油核磁共振T2谱面积差，反映的是束缚水部分。高温烘干后的背景信号，是不可动组分，同样可以算作束缚水。因此，总束缚水含量＝面积差法得到的束缚水含量+背景信号束缚水含量。将纵坐标统一为孔隙度分量，进而计算页岩总束缚水含量。
如图1和图2所示，分别为页岩1和页岩2利用本发明得到的四种状态核磁共振T2谱及束缚水位置。页岩1饱和水核磁孔隙度8.55％，饱和油核磁孔隙度6.12％，离心后核磁孔隙度5.94％，背景信号等效核磁孔隙度2.72％(图1中网格填充部分)，四类核磁共振T2谱如图1所示。离心后的页岩核磁共振T2谱与饱和油核磁共振T2谱面积差对应的核磁孔隙度1.10％(图1中线条填充部分)，因此页岩2总束缚水核磁孔隙度3.82％，束缚水含量为束缚水孔隙度与总孔隙度的比值，即44.68％。
页岩2饱和水核磁孔隙度12.65％，饱和油核磁孔隙度8.04％，离心后核磁孔隙度8.16％，背景信号等效核磁孔隙度2.49％(图2中网格填充部分)，四类核磁共振T2谱如图2所示。离心后的页岩核磁共振T2谱与饱和油核磁共振T2谱面积差对应的核磁孔隙度1.84％(图2中线条填充部分)，因此页岩2总束缚水孔隙度4.33％，束缚水含量为束缚水孔隙度与总孔隙度的比值，即34.23％。
图3是10块不同页岩利用本发明所述方法和密闭取心法得到的束缚水含量对比图，从图中可以看出用本发明方法得到的束缚水含量与密闭取心法结果基本一致，束缚水含量绝对误差平均值4.07％，验证了该方法的有效性和适用性。
利用本发明所提供的多状态核磁测量确定页岩束缚水含量的方法，能够解决目前实验室确定束缚水含量方法容易造成岩心破坏、束缚水含量计算不准确等问题。通过综合分析多种流体分布状态的页岩核磁共振T2谱，可以获得准确的页岩束缚水含量，为储层评价提供有力帮助，具有较高推广价值和社会效益。
本发明并不限于上述的实施方式，在本领域技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化，变化后的内容仍属于本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种页岩束缚水含量确定方法，其特征在于：首先对页岩真空加压饱和油，通过对核磁共振测量参数的优选，进行一维核磁共振T2谱测量，经过洗油烘干，对页岩进行真空加压饱和水，测量一维核磁共振T2谱，再选择页岩最佳离心力进行离心，进而测量页岩离心后核磁共振T2谱，将页岩放入烘箱高温烘干，测量背景核磁共振T2谱，最后通过比较四类状态核磁共振T2谱的变化，确定页岩束缚水含量，具体包括以下步骤：
a.页岩饱和油测量核磁共振T2谱
根据不同核磁共振测量参数的调试及仪器的限制，确定回波个数NECH为6000个-18000个、回波间隔TE为0.1ms、等待时间TW为1000ms-10000ms、扫描次数NS为32次-96次，保证探测到页岩的微小孔隙，信噪比大于100和完全弛豫衰减；页岩抽真空加压饱和航空煤油，饱和24小时，确保页岩完全饱和油，测量核磁共振T2谱；
b.页岩饱和水测量核磁共振T2谱
对步骤a饱和油的页岩进行洗油处理，去除页岩孔隙中的烃，将洗油后的页岩在恒温箱保持90℃恒温24小时，将孔隙内的自由水分蒸干，再利用真空加压泵将页岩饱和水，饱和24小时，确保页岩完全饱和水，采用与步骤a相同的核磁共振测量参数对饱和水页岩进行核磁共振T2谱测量；
c.页岩离心测量核磁共振T2谱
对于饱和水的页岩，以7000r/min的转速进行离心一小时，离心后的页岩进行核磁共振T2谱测量，核磁共振测量参数与步骤a或步骤b相同；
d.高温烘干页岩测量核磁共振T2谱
将离心后的页岩放入高温烘箱，在300℃高温下烘干24小时，去除页岩孔隙中流体的核磁共振信号，只留下页岩背景的核磁共振信号，对烘干后的页岩按照步骤a或步骤b相同的核磁共振测量参数进行核磁共振T2谱测量；
e.页岩束缚水含量计算
分析步骤a-d得到的四类核磁共振T2谱，根据多状态核磁共振T2谱的物理含义按下式计算页岩束缚水含量：
总束缚水含量＝面积差法得到的束缚水含量+背景信号束缚水含量。
2.根据权利要求1所述的页岩束缚水含量确定方法，其特征在于所述的核磁共振测量参数为回波个数NECH＝16000、等待时间TW＝2000ms、扫描次数NS＝64、回波间隔TE＝0.1ms。
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