CN107727679B - 一种表征深层碳酸盐岩岩石物理学特征方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及油田勘探开发技术领域，特别是涉及一种表征深层碳酸盐岩岩石物理学特征方法，包括：通过对与岩心柱塞样品对应的岩石薄片的表面结构特征进行鉴定，确定出岩石薄片所属的岩石相类型；对岩心柱塞样品进行常压核磁共振测试和岩石物理学特征测试，岩石物理学特征包括岩石的孔隙度、渗透率和孔隙结构；基于岩心柱塞样品的岩石相类型、岩石物理学特征测试结果和常压核磁共振测试结果，建立识别图版、第一关系式、第二关系式和第三关系式；基于识别图版、第一关系式、第二关系式和第三关系式，分别根据目标岩石样品的常压核磁共振测试结果和覆压核磁共振测试结果，表征目标岩石样品在常压下的岩石物理学特征和在其埋藏深度下的岩石物理学特征。

Description

一种表征深层碳酸盐岩岩石物理学特征方法

技术领域

本发明涉及油田勘探开发技术领域，特别是涉及一种表征深层碳酸盐岩岩石物理学特征方法。

背景技术

在石油天然气勘探开发过程中，油气工业需要对地下储层的岩石物理学特征进行准确表征，以评价地下储层的储集能力，判断油气藏的经济价值和勘探开发策略，以提高勘探的准确性和经济效益。其中，岩石物理学特征主要包括孔隙度、渗透率和孔隙结构等方面。因此准确表征储层的岩石物理学特征对石油天然气的勘探开发具有重要的指导意义。

碳酸盐储层是石油和天然气主要储层之一，碳酸盐岩储层的岩石组分由于易受后期成岩作用影响，因此其储集空间复杂，孔隙结构类型多样。因此，有效地对碳酸盐岩储层的岩石物理学特征进行表征存在很大难度。随着油气勘探技术的不断进步，埋藏深度超过4500米的深层碳酸盐岩油气藏受到越来越多的重视。同埋藏深度小于4500米的中浅层储层相比，深层碳酸盐岩储层具有埋藏深度大、孔隙度和渗透率普遍较低、孔隙结构更加复杂的特点。因此，有效表征深层碳酸盐岩储层的岩石物理学特征难度很大。

而对于如何准确表征深层碳酸盐岩的岩石物理学特征，现有技术通常采用表征中浅层储层岩石物理学特征的传统方法。例如，通过对取心段岩心特征的测量进行表征，包括观察铸体薄片定性描述孔隙结构、扫描电镜半定量分析孔隙形态和化学组分、或高精度CT扫描实验定量获得微米级别CT切片来重构三维微观孔隙结构。然而，由于深层碳酸盐岩孔隙结构十分复杂、非均质性极强，采用上述传统方法无法准确地对深层碳酸盐岩的岩石物理学特征进行表征，进而无法准确地评价深层碳酸盐岩储层的发育特征。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的表征深层碳酸盐岩岩石物理学特征方法。

本发明实施例提供一种表征深层碳酸盐岩岩石物理学特征的方法，所述方法包括：

确定碳酸盐岩的取样位置；

在所述取样位置提取出岩心柱塞样品；

制作与所述岩心柱塞样品对应的岩石薄片；

通过对所述岩石薄片的表面结构特征进行鉴定，确定出所述岩石薄片所属的岩石相类型，其中，所述岩石薄片的岩石相类型用于表征与该岩石薄片对应的岩石柱塞样品的岩石相类型；

对所述岩心柱塞样品进行常压核磁共振测试和用于测量岩石物理学特征的岩石物理学特征测试，获得所述岩心柱塞样品的岩石物理学特征测试结果和常压核磁共振测试结果，其中，所述岩石物理学特征包括岩石的孔隙度、渗透率和孔隙结构；

基于所述岩心柱塞样品的岩石相类型、所述岩石物理学特征测试结果和所述常压核磁共振测试结果，建立用于表征岩石相和核磁共振测试结果之间对应关系的识别图版，建立用于表征孔隙度和核磁共振测试结果之间对应关系的第一关系式，建立用于表征渗透率和核磁共振测试结果之间对应关系的第二关系式，以及建立用于表征孔隙结构和核磁共振结果之间对应关系的第三关系式；

基于所述识别图版、所述第一关系式、所述第二关系式和所述第三关系式，根据目标岩石样品的常压核磁共振测试结果，表征所述目标岩石样品在常压下的岩石相类型、孔隙度、渗透率和孔隙结构；

基于所述识别图版、所述第一关系式、所述第二关系式和所述第三关系式，根据所述目标岩石样品的覆压核磁共振测试结果，表征所述目标岩石样品在其埋藏深度下的孔隙度、渗透率和孔隙结构。

优选的，所述取样位置包括碳酸盐岩溶孔与洞穴均不发育段、半充填裂缝发育段和全充填裂缝发育段，所述取样位置的岩层岩石相均一，所述取样位置的岩层厚度大于30cm。

优选的，所述岩心柱塞样品的高度为3.0～6.0cm。

优选的，所述表面结构特征包括颗粒特征、灰泥特征、生物格架特征、晶粒特征和裂缝特征中的至少一种，所述岩石相类型为泥晶灰岩、粒泥灰岩、泥粒灰岩、颗粒灰岩、格架岩、结晶岩、半充填裂缝碳酸盐岩或全充填裂缝碳酸盐岩。

优选的，对所述岩心柱塞样品进行岩石物理学特征测试，包括：

对所述岩心柱塞样品进行孔隙度测试、渗透率测试和压汞毛细管压力测试。

优选的，在所述表征所述目标岩石样品在其埋藏深度下的孔隙度、渗透率和孔隙结构之前，所述方法还包括：

对所述目标岩石样品进行覆压核磁共振测试，获得所述目标岩石样品的覆压核磁共振测试结果；

其中，所述对所述目标岩石样品进行覆压核磁共振测试，包括：

在指定的测试压力值下对所述目标岩石样品进行核磁共振测试，所述指定的测试压力值为所述目标岩石样品的埋藏深度对应的静岩压力。

优选的，所述建立用于表征岩石相和核磁共振测试结果之间对应关系的识别图版，包括：

依据所述常压核磁共振测试结果中驰豫时间的长短，对所述岩心柱塞样品的孔隙进行划分，其中，将所述常压核磁共振测试结果中弛豫时间大于200ms的常压核磁共振谱划分为所述岩心柱塞样品的大孔隙，将所述常压核磁共振测试结果中弛豫时间大于20ms且小于200ms的常压核磁共振谱划分为所述岩心柱塞样品的中孔隙，将所述常压核磁共振测试结果中弛豫时间小于20ms的常压核磁共振谱划分为所述岩心柱塞样品的小孔隙；

分别计算所述大孔隙、所述中孔隙和所述小孔隙对应的常压核磁共振谱面积占常压核磁共振谱总面积的百分率；

分别将所述大孔隙对应的常压核磁共振谱面积占常压核磁共振谱总面积的百分率、所述中孔隙对应的常压核磁共振谱面积占常压核磁共振谱总面积的百分率和所述小孔隙对应的常压核磁共振谱面积占常压核磁共振谱总面积的百分率，投点到三角图图版中，获得所述识别图版。

优选的，所述第一关系式为：

其中，Φ_nmr为所述岩心柱塞样品的孔隙度，V_b为所述岩心柱塞样品的体积，A为核磁共振测试回波信号总幅度，C_Φ为孔隙度已知的标准样品的测定出的孔隙度与核磁共振计算的孔隙度之间的刻度因子。

优选的，所述第二关系式为：

其中，K_nmr为所述岩心柱塞样品的渗透率，C_K为渗透率已知的标准样品的测定出的渗透率与核磁共振计算的渗透率之间的刻度因子，Φ_nmr为所述岩心柱塞样品的孔隙度，T_2g为所述岩心柱塞样品的核磁共振横向弛豫时间的几何平均值。

优选的，所述第三关系式为：

r_c＝C_r×T₂

其中，r_c为所述岩心柱塞样品的孔喉半径，T₂为核磁共振横向弛豫时间，C_r为孔隙结构已知的标准样品的测定出的孔隙结构与核磁共振转换的孔隙结构之间的转换系数。

本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本申请在提取出岩心柱塞样品之后，通过制作与岩心柱塞样品对应的岩石薄片，并对岩石薄片的表面结构特征进行鉴定，确定出岩石薄片所属的岩石相类型。岩石薄片的岩石相类型即表征了与该岩石薄片对应的岩石柱塞样品的岩石相类型。本申请在提取出岩心柱塞样品之后，还会对岩心柱塞样品进行用于测量岩石物理学特征的岩石物理学特征测试和常压核磁共振测试，从而获得岩心柱塞样品的岩石物理学特征测试结果和常压核磁共振测试结果。其中，岩石物理学特征包括岩石的孔隙度、渗透率和孔隙结构。然后，基于岩心柱塞样品的岩石相类型、岩石物理学特征测试结果和常压核磁共振测试结果，建立用于表征岩石相和核磁共振测试结果之间对应关系的识别图版，建立用于表征孔隙度和核磁共振测试结果之间对应关系的第一关系式，建立用于表征渗透率和核磁共振测试结果之间对应关系的第二关系式，以及建立用于表征孔隙结构和核磁共振结果之间对应关系的第三关系式。进一步，基于识别图版、所述第一关系式、所述第二关系式和所述第三关系式，根据目标岩石样品的常压核磁共振测试结果，表征目标岩石样品在常压下的岩石相类型、孔隙度、渗透率和孔隙结构，以及根据目标岩石样品的覆压核磁共振测试结果，表征目标岩石样品在其埋藏深度下的孔隙度、渗透率和孔隙结构。从而实现了大量、快速、无损、准确地得到目标岩石样品在实验室常压环境和其埋藏深度下的岩石物理学特征，对油田评价各岩石相在地下的岩石物理学特征提供了技术支持。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考图形表示相同的部件。在附图中：

图1示出了本发明实施例中的表征深层碳酸盐岩岩石物理学特征的方法的流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本发明实施例提供一种表征深层碳酸盐岩岩石物理学特征的方法，用于研究埋深超过4500米的深层碳酸盐岩的岩石物理学特征，如图1所示，所述方法包括：

步骤101：确定碳酸盐岩的取样位置。

本申请首先需要确定碳酸盐岩的取样位置，对于步骤101而言，在具体实施过程中，将碳酸盐岩溶孔与洞穴均不发育段、半充填裂缝发育段和全充填裂缝发育段确定为取样位置。进一步，考虑到碳酸盐岩储层的非均质性，取样位置的岩层需要岩石相均一，即取样位置的岩层仅包含一种岩石相，同时，取样位置的岩层厚度应大于30cm。

在完成步骤101之后，执行步骤102：在取样位置提取出岩心柱塞样品。

对于步骤102而言，在具体实施过程中，先在取样位置利用岩心钻取机钻取岩心柱塞样品，再利用岩心切割机将岩心柱塞样品的两端打磨平整，并为岩心柱塞样品进行标号和贴标签，标签上记录有岩心柱塞样品的取样位置和对应的标号。例如，将从碳酸盐岩溶孔与洞穴均不发育段提取出的第一岩心柱塞样品标号为1，同时在贴附于第一岩心柱塞样品上的标签上记录标号“1”和取样位置“碳酸盐岩溶孔与洞穴均不发育段”。其中，岩心柱塞样品的高度为3.0～6.0cm为宜，直径可以为2.0～3.0cm。

在完成步骤102之后，执行步骤103：制作与岩心柱塞样品对应的岩石薄片。

对于步骤103而言，在具体实施过程中，可以利用步骤102中与岩心柱塞样品对应的剩余的岩心样品制作岩石薄片。同样，在制作出岩石薄片之后，也可以对岩石薄片进行标号和贴标签，标签上记录有与该岩石薄片对应的岩心柱塞样品。例如，将制作出的与第一岩心柱塞样品对应的第一岩石薄片标号为1，同时在贴附在第一岩石薄片上的标签上记录标号“1”和“第一岩心柱塞样品”。其中，在实际制作过程中，岩石薄片的厚度为0.03mm、长度为20～40mm，宽度为10～30mm。需要说明的是，岩石薄片的厚度0.03mm为行业规范要求的必须厚度，岩石薄片的长度和宽度可以根据实际情况在上述范围内进行选择。

在完成步骤103之后，执行步骤104：通过对岩石薄片的表面结构特征进行鉴定，确定出岩石薄片所属的岩石相类型。

对于步骤104而言，在具体实施过程中，可以利用偏光显微镜和显微照相系统对岩石薄片进行鉴定。进一步，对岩石薄片的表面结构特征的鉴定包括颗粒特征的鉴定、灰泥特征的鉴定、生物格架特征的鉴定、晶粒特征的鉴定和裂缝特征的鉴定中的至少一种，其中，裂缝鉴定具体包括鉴定裂缝的发育情况和发育位置。优选的，对于同一岩石薄片而言，进行上述所有特征的鉴定。在鉴定时，可以利用显微照相系统进行拍照，并为得到的照片标号和命名，以使得照片与对应的岩石薄片能够建立对应关系。

进一步，可以基于Dunham的碳酸盐岩分类方案以及裂缝的发育和填充情况，根据鉴定得到的岩石薄片的表面结构特征能够确定出岩石薄片所属的岩石相类型，确定出的岩石相类型将会标记到岩石薄片的标签上。其中，岩石相类型为泥晶灰岩、粒泥灰岩、泥粒灰岩、颗粒灰岩、格架岩、结晶岩、半充填裂缝碳酸盐岩或全充填裂缝碳酸盐岩。

具体地，泥晶灰岩主要是由粒度小于30μm的碳酸盐岩灰泥组成，这些灰泥主要由化学沉淀成因、机械破碎成因和生物成因等类型组成，颗粒含量小于10％。粒泥灰岩是灰泥支撑的灰岩，灰泥的含量超过50％，含有的颗粒超过10％。泥粒灰岩以颗粒支撑为主，颗粒的含量超过50％，粒间以灰泥填隙。颗粒灰岩以颗粒支撑为主，几乎见不到灰泥沉积物，颗粒主要由内碎屑、鲕粒和生物碎屑等组成，颗粒间被亮晶方解石充填。在致密的碳酸盐岩地层中，裂缝的发育可以很好的改善储层的物性特征。碳酸盐岩地层内部溶解和沉淀等成岩作用频繁交互发生，处于地下水流动较为活跃的层位的裂缝多为半填充的，这样的碳酸盐岩被称为半充填裂缝碳酸盐岩。碳酸盐岩地层内部溶解和沉淀等成岩作用频繁交互发生，那些位于地下水处于停滞流动状态的层位，裂缝很容易被后期的方解石等所充填，这样的碳酸盐岩被称为全充填裂缝碳酸盐岩。

需要说明的是，在本申请中，岩石薄片的岩石相类型用于表征与该岩石薄片对应的岩石柱塞样品的岩石相类型，也就是说，岩石薄片的岩石相类型即为与该岩石薄片对应的岩石柱塞样品的岩石相类型。例如，标号为1的第一岩石薄片的岩石相类型即为标号为1的第一岩心柱塞样品的岩石相类型。

在完成步骤102之后，还执行步骤105：对岩心柱塞样品进行常压核磁共振测试和用于测量岩石物理学特征的岩石物理学特征测试，获得岩心柱塞样品的岩石物理学特征测试结果和常压核磁共振测试结果，其中，岩石物理学特征包括岩石的孔隙度、渗透率和孔隙结构。

对于步骤105而言，在对岩心柱塞样品进行岩石物理学特征测试和常压核磁共振测试之前，需要对岩心柱塞样品进行前处理，其中，在对岩心柱塞样品进行岩石物理学特征测试之前，所述方法还包括：去除岩心柱塞样品中原有的流体，并烘干岩心柱塞样品；在对岩心柱塞样品进行常压核磁共振测试之前，所述方法还包括：去除岩心柱塞样品中原有的流体，并烘干，然后饱和岩心柱塞样品。具体地，可以采用离心机清除岩心柱塞样品中原有的流体，离心机运行时需向岩心柱塞样品喷射清洁热溶剂，离心力使溶剂流过岩心柱塞样品，驱替岩心柱塞样品中原有的全部流体。可选的，离心机的转速为8000～14000转/分钟，离心时间为30分钟。接着，在去除岩心柱塞样品中的流体之后，需要烘干岩心柱塞样品，利用常规烘箱将岩心柱塞样品烘干至恒重为止。另外，在对岩心柱塞样品进行核磁共振测试之前，在去除岩心柱塞样品中的流体之后，先烘干岩心柱塞样品，再将岩心柱塞样品饱和，饱和溶液为模拟地层水溶液。

接着，执行对岩心柱塞样品进行岩石物理学特征测试和常压核磁共振测试的过程，分别获得岩心柱塞样品的岩石物理学特征测试结果和常压核磁共振测试结果。

在完成步骤104和步骤105之后，执行步骤106：基于岩心柱塞样品的岩石相类型、岩石物理学特征测试结果和常压核磁共振测试结果，建立用于表征岩石相和核磁共振测试结果之间对应关系的识别图版，建立用于表征孔隙度和核磁共振测试结果之间对应关系的第一关系式，建立用于表征渗透率和核磁共振测试结果之间对应关系的第二关系式，以及建立用于表征孔隙结构和核磁共振结果之间对应关系的第三关系式。

下面将对步骤105和步骤106的具体实现过程进行详细说明。

在步骤105中，对岩心柱塞样品进行的岩石物理学特征测试包括孔隙度测试、渗透率测试和压汞毛细管压力测试。通过孔隙度测试能够获得岩心柱塞样品的孔隙度，通过渗透率测试能够获得岩心柱塞样品的渗透率，通过压汞毛细管压力测试能够获得岩心柱塞样品的孔喉分布，进而得到其孔隙结构。

对于孔隙度测试而言，通过孔隙度测试最终得到岩心柱塞样品的孔隙度，孔隙度(Φ)是岩心柱塞样品的孔隙空间体积(V_p)与其总体积之比(V_b)，其中，在实验室测定的岩心柱塞样品总体积(V_b)与颗粒体积(V_g)之差即为孔隙体积(V_p)，Φ可以通过以下公式求得：进一步，岩心柱塞样品的V_g和V_b的具体测量过程如下：

对于V_g而言，利用氦气作为驱替介质，在等温的环境下，采用气体孔隙度测定装置测量岩心柱塞样品的骨架体积。具体地，第一步，将岩心柱塞样品放入岩心室(岩心室容积已知，为V₁)，打开样品阀和放空阀，确保岩心室气体压力为大气压力；第二步，关闭样品阀和放空阀，记录岩心室的原始压力P₀(压力计A测定得到)；第三步，打开气源阀和供气阀，调节调压阀，将标准室气体压力调至500～900kPa中的某一预设压力值(标准室容积已知，为V₂)，待压力稳定之后，关闭供气阀，并记录标准室气体压力P₁(压力计B测定的)；第四步，打开样品阀，气体从标准室膨胀到岩心室，待压力稳定后，记录平衡压力P₂(压力计A测定得到)；第五步，打开样品阀和放空阀，使岩心室气体压力为大气压力，取出岩心柱塞样品；第六步，计算岩心柱塞样品的V_g，由波义耳定律可知：

(V₁-V_g)×P₀+V₂×P₁＝(V₁+V₂-V_g)×P₂，

从而，得到：

对于V_b而言，采用阿基米德水银浸没法测量岩心柱塞样品的总体积。具体地，第一步，用聚四氟乙烯管包封岩心柱塞样品，要求在聚四氟乙烯管与岩心柱塞样品之间不得有空气间隙；第二步，在25℃的实验室中，将聚四氟乙烯管包封的岩心柱塞样品浸没在水银中，称量排开的水银体积；第三步，排开的水银体积减去聚四氟乙烯管的体积即为岩心柱塞样品的总体积。

对于渗透率测试而言，通过渗透率测试最终获得岩心柱塞样品的渗透率，渗透率根据气体一维稳定渗流达西定律来测定，反映了流体在压力差下通过岩样的能力，本申请利用传递“下降”原理测定渗透率，已知精确体积的罐充满氦气通过岩心柱塞样品，氦气流到大气中，随时间监测衰减的罐压，对每一个给定时间，测定岩心柱塞样品气流速度和压力降，计算机采集一系列的进口压力随时间的变化数据，进而得到岩心柱塞样品的渗透率。

对于压汞毛细管压力测试而言，通过压汞毛细管压力测试最终得到岩心柱塞样品的孔喉分布，其中，孔喉分布也代表了孔隙结构。由于根据岩石薄片的镜下观察以及图像孔隙分析只能观察出孔隙在一个平面上的形状、大小和连通形式以及孔隙组合类型，无法对岩心柱塞样品整体的孔隙系统进行定性以及定量的评价。同时，由于碳酸盐岩的孔隙空间极为复杂、孔道迂回曲折，因此，本申请通过对岩心柱塞样品进行压汞毛细管压力测试可以获得毛细管压力曲线以对其孔隙结构进行分析。

具体地，可以采用高压压汞法实现压汞毛细管压力测试，本申请将汞作为非润湿相注入岩石孔隙系统用以克服孔隙、喉道形成的毛细管阻力，记录注入压力和注入汞的体积，得到注入压力和汞饱和度之间的关系。毛细管压力曲线的斜率记录了在某一毛细管压力(P_C)下流体通过大于某一具体尺寸的喉道而进入孔隙的体积百分比，毛细管压力曲线可以反映岩心柱塞样品的孔喉结构及其概率分布，可以表征岩样的孔隙结构参数，如孔隙喉道均值、喉道分选系数、平均喉道半径等，毛细管压力曲线的形态取决于孔道的相互连通好坏以及孔隙的大小分布，可以实现对孔隙结构的定量表征，并且，毛细管压力曲线的形态主要受孔隙喉道的分选性和喉道大小的控制，由其可定性判断岩石的储层性质和产能。

具体地，毛管压力与孔喉半径具有以下关系：

其中，P_C为毛管压力，单位为MPa，σ为流体界面张力，单位为N/cm²，θ为润湿接触角，单位为°，r_c为孔喉半径，单位为μm。对汞而言，σ＝49.44N/cm²，θ＝140°，因此，

在步骤105中，对岩石柱塞样品进行常压核磁共振测试，常压为一个大气压，获得常压核磁共振测试结果。

对于核磁共振测试而言，本申请采用测量T₂分布的方法，其具有自动化程度高、操作简便、用时短、对岩心柱塞样品无损坏的优点，并且适合于进行多个岩心柱塞样品的孔隙结构的研究。具体地，本申请中的实验仪器采用高温高压核磁共振在线测试平台，实验设备主要由核磁共振岩心分析仪、ISCO泵、环压泵和非金属无磁岩心夹持器组成。岩心夹持器选用PEEK材料制成，可以满足驱替的同时进行核磁共振在线测量。通过环压系统对岩心夹持器加以预设的环压，模拟地层压力，采用无氢全氟烃油作为环压流体。ISCO泵保证流体以恒流量或恒压力两种状态对岩心进行驱替。计算机终端通过软件在线对岩心的状态进行T₂弛豫时间谱和核磁共振成像的测试，并对各项实验数据进行记录和保存。

对于核磁共振而言，根据核磁共振弛豫机制和岩石物性测量原理，当饱和水的岩石处于均匀磁场的情况下，核磁共振横向弛豫时间T₂与孔喉半径r_c呈正比关系：

T₂＝C×r_c

其中，C为T₂与r_c之间的转换系数，ρ₂为岩石的横向表面弛豫强度，不受压力和温度的影响，与岩石性质相关的参数，单位为μm/ms，F_S为孔隙形状因子，可见，在确定出C的值之后，利用核磁共振T₂谱就可以获得岩石柱塞样品的孔隙半径r_c的分布曲线。核磁共振横向弛豫时间T₂的弛豫时间谱表现的是不同大小的孔隙的分布情况，弛豫时间与孔隙半径大小成正比，弛豫时间越长代表孔隙越大。岩心柱塞样品的岩石相类型不同，其核磁共振(NMR)特征差别很大。

进一步，在本申请中，对于识别图版的建立而言，具体过程包括：

第一步：依据常压核磁共振测试结果中驰豫时间的长短，对岩心柱塞样品的孔隙进行划分，其中，将常压核磁共振测试结果中弛豫时间大于200ms的常压核磁共振谱划分为岩心柱塞样品的大孔隙，将常压核磁共振测试结果中弛豫时间大于20ms且小于200ms的常压核磁共振谱划分为岩心柱塞样品的中孔隙，将常压核磁共振测试结果中弛豫时间小于20ms的常压核磁共振谱划分为岩心柱塞样品的小孔隙。

第二步：分别计算大孔隙、中孔隙和小孔隙对应的常压核磁共振谱面积占常压核磁共振谱总面积的百分率。

第三步：分别将大孔隙对应的常压核磁共振谱面积占常压核磁共振谱总面积的百分率、中孔隙对应的常压核磁共振谱面积占常压核磁共振谱总面积的百分率和小孔隙对应的常压核磁共振谱面积占常压核磁共振谱总面积的百分率，投点到三角图图版中，获得识别图版。

下面本申请将给出一个具体实施例对建立核磁共振图版的过程进行详细说明。

第一步：对于岩石相类型为A的岩心柱塞样品i而言，依据常压核磁共振测试结果(T₂谱)中驰豫时间的长短，对岩石柱塞样品的孔隙进行划分，其中，将常压核磁共振测试结果中弛豫时间大于200ms的常压核磁共振谱划分为岩心柱塞样品的大孔隙，将常压核磁共振测试结果中弛豫时间大于20ms且小于200ms的常压核磁共振谱划分为岩心柱塞样品的中孔隙，将常压核磁共振测试结果中弛豫时间小于20ms的常压核磁共振谱划分为岩心柱塞样品的小孔隙。

第二步：分别计算大孔隙的T₂谱面积占总面积的百分率，中孔隙的T₂谱面积占总面积的百分率，小孔隙的T₂谱面积占总面积的百分率，公式为：

其中，A₁为小孔隙的百分率，A₂为中孔隙的百分率，A₃为大孔隙的百分率，S₁为小孔隙的T₂谱面积，S₂为中孔隙的T₂谱面积，S₃为大孔隙的T₂谱面积，A₁+A₂+A₃＝1。

从而，得到携带有岩心柱塞样品i标识的核磁共振测试的孔隙结构数。根据岩心柱塞样品i标识同时能够知晓该岩心柱塞样品的岩石相类型，具体地，岩心柱塞样品i对应的核磁共振测试的孔隙结构数为：(A_1i，A_2i，A_3i)。

第三步：将(A_1i，A_2i，A_3i)投点到三角图图版中，获得识别图版。

需要说明的是，当包含多个岩心柱塞样品，且各个岩心柱塞样品的岩石相类型不同时，可以采用上述方法分别获得各个岩石相类型的核磁共振图版。

对于建立第一关系式而言，具体来讲：

对完全饱和岩心柱塞样品测得的T₂谱，可以将核磁共振信号强度转化为孔隙度，并且利用已测量的孔隙度进行刻度。具体地，第一关系式为：

其中，Φ_nmr为岩心柱塞样品的孔隙度，V_b为岩心柱塞样品的体积，A为核磁共振测试回波信号总幅度，C_Φ为孔隙度已知的标准样品的测定出的孔隙度与核磁共振计算的孔隙度之间的刻度因子，刻度因子与岩石相类型相关，在本申请中，每种岩石相类型具有相应的C_Φ。

对于建立第二关系式而言，具体来讲：

利用岩心柱塞样品的空气渗透率同核磁共振测量结果进行统计分析，主要采用SDR扩展模型计算岩心柱塞样品的渗透率。具体地，第二关系式为：

其中，K_nmr为岩心柱塞样品的渗透率，单位为，毫达西(10^-3×μm²)；C_K为渗透率已知的标准样品的测定出的渗透率与核磁共振计算的渗透率之间的刻度因子，刻度因子与岩石相类型相关，在本申请中，每种岩石相类型具有相应的C_K，Φ_nmr为岩心柱塞样品的孔隙度，7_2g为岩心柱塞样品的核磁共振横向弛豫时间的几何平均值。

对于建立第三关系式而言，具体来讲：

利用岩心柱塞样品的孔隙结构同核磁共振测量结果进行统计分析，主要采用最小二乘法确定孔隙结构分布曲线与核磁共振横向弛豫时间(T₂)之间的转换系数。具体地，第三关系式为：

r_c＝C_r×T₂

其中，T₂为核磁共振横向弛豫时间，r_c为岩心柱塞样品的孔喉半径，C_r为孔隙结构已知的标准样品的测定出的孔隙结构与核磁共振转换的孔隙结构之间的转换系数，转换系数与岩石相类型相关。

在完成步骤106之后，执行步骤107：基于识别图版、第一关系式、第二关系式和第三关系式，根据目标岩石样品的常压核磁共振测试结果，表征目标岩石样品在常压下的岩石相类型、孔隙度、渗透率和孔隙结构。

具体来讲，目标岩石样品为具有与岩石柱塞样品相同的岩石相类型的样品，在步骤107中，可以先对目标岩石样品进行常压核磁共振测试，在获得目标岩石样品的常压核磁共振测试结果之后，基于识别图版、第一关系式、第二关系式和第三关系式，根据目标岩石样品的常压核磁共振测试结果，能够反推出目标岩石样品在常压下的岩石相类型、孔隙度、渗透率和孔隙结构。由此，采用本申请的方法不再需要进行薄片观察、岩石物理学特征测试分析，就能够直接获得目标岩石样品在常压下的岩石物理学特征，并且获得的岩石物理学特征准确，获得过程快速，实现了大量、快速、无损的测量样品岩石物理学特征的目的。

在完成步骤107之后，执行步骤108：基于识别图版、第一关系式、第二关系式和第三关系式，根据目标岩石样品的覆压核磁共振测试结果，表征目标岩石样品在其埋藏深度下的孔隙度、渗透率和孔隙结构。

具体来讲，在表征目标岩石样品在其埋藏深度下的孔隙度、渗透率和孔隙结构之前，需要对目标岩石样品进行覆压核磁共振测试。对于覆压核磁共振测试而言，根据岩石力学理论，从一个应力状态变到另一个应力状态，必然引起岩石的压缩或者是拉伸，即岩石发生弹性或塑性变形。同时，岩石的变形必然要引起岩石孔隙结构和孔隙体积的变化。例如，随着压力的增大，岩石发生孔隙体积减小、孔隙吼道和裂缝的封闭等变化，这种变化将大大影响到流体在其中的渗流，若采用常压核磁共振测试无法模拟上述岩石实际所处情况，从而不能够清楚地知晓样品在其埋藏深度下的实际岩石物理学特征。而，在本申请中，通过采用覆压核磁共振测试，在指定的测试压力值下对目标岩石样品进行核磁共振测试，指定的测试压力值为目标岩石样品的埋藏深度对应的静岩压力，最终得到的测试结果能够真实、准确地反映样品其埋藏深度下的岩石物理学特征。

下面本申请给出一个应用在岩心柱塞样品中的覆压核磁共振测试的具体测试过程：

第一步，将岩心柱塞样品饱和模拟地层水后置于无磁岩芯夹持器内，并将无磁岩芯夹持器固定于核磁共振线圈中；

第二步，设置夹持器围压为初始静应力，水驱至流速稳定，保持50分钟以上，测试核磁共振T₂弛豫谱；

第三步，增加岩心柱塞样品的夹持器围压至目标岩石样品的埋藏深度对应的静岩压力，水驱至流速稳定，保持50分钟以上，测试核磁共振T₂弛豫谱。

进一步，在获得目标岩石样品的覆压核磁共振测试结果之后，基于识别图版、第一关系式、第二关系式和第三关系式，根据目标岩石样品的覆压核磁共振测试结果，能够反推出目标岩石样品在其埋藏深度下的孔隙度、渗透率和孔隙结构。由此，采用本申请的方法实现了大量、快速、无损、准确地得到目标岩石样品在其埋藏深度下的岩石物理学特征。

需要说明的是，在本申请中，对于步骤105而言，由于压汞毛细管压力测试将会在一定程度上破坏岩心柱塞样品，致使核磁共振测试结果不理想。因此，可以先对岩心柱塞样品进行核磁共振测试，在完成核磁共振测试之后，再对岩心柱塞样品进行压汞毛细管压力测试。另外，对于目标岩石样品而言，其为待表征岩石物理学特征的样品，无需进行孔隙度、渗透率和压汞毛细管压力测试。

本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本申请在提取出岩心柱塞样品之后，通过制作与岩心柱塞样品对应的岩石薄片，并对岩石薄片的表面结构特征进行鉴定，确定出岩石薄片所属的岩石相类型。岩石薄片的岩石相类型即表征了与该岩石薄片对应的岩石柱塞样品的岩石相类型。本申请在提取出岩心柱塞样品之后，还会对岩心柱塞样品进行用于测量岩石物理学特征的岩石物理学特征测试和常压核磁共振测试，从而获得岩心柱塞样品的岩石物理学特征测试结果和常压核磁共振测试结果。其中，岩石物理学特征包括岩石的孔隙度、渗透率和孔隙结构。然后，基于岩心柱塞样品的岩石相类型、岩石物理学特征测试结果和常压核磁共振测试结果，建立用于表征岩石相和核磁共振测试结果之间对应关系的识别图版，建立用于表征孔隙度和核磁共振测试结果之间对应关系的第一关系式，建立用于表征渗透率和核磁共振测试结果之间对应关系的第二关系式，以及建立用于表征孔隙结构和核磁共振结果之间对应关系的第三关系式。进一步，基于识别图版、所述第一关系式、所述第二关系式和所述第三关系式，根据目标岩石样品的常压核磁共振测试结果，表征目标岩石样品在常压下的岩石相类型、孔隙度、渗透率和孔隙结构，以及根据目标岩石样品的覆压核磁共振测试结果，表征目标岩石样品在其埋藏深度下的孔隙度、渗透率和孔隙结构。从而实现了大量、快速、无损、准确地得到目标岩石样品在实验室常压环境和其埋藏深度下的岩石物理学特征，对油田评价各岩石相在地下的岩石物理学特征提供了技术支持。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种表征深层碳酸盐岩岩石物理学特征的方法，其特征在于，应用于研究埋深超过4500米的深层碳酸盐岩的岩石物理学特征，所述方法包括：

确定碳酸盐岩的取样位置；

在所述取样位置提取出岩心柱塞样品；

制作与所述岩心柱塞样品对应的岩石薄片；

通过对所述岩石薄片的表面结构特征进行鉴定，确定出所述岩石薄片所属的岩石相类型，其中，所述岩石薄片的岩石相类型用于表征与该岩石薄片对应的岩石柱塞样品的岩石相类型；

对所述岩心柱塞样品进行常压核磁共振测试和用于测量岩石物理学特征的岩石物理学特征测试，获得所述岩心柱塞样品的岩石物理学特征测试结果和常压核磁共振测试结果，其中，所述岩石物理学特征包括岩石的孔隙度、渗透率和孔隙结构，通过压汞毛细管压力测试获得所述岩心柱塞样品的孔喉分布，进而获得所述岩心柱塞样品的孔隙结构；

基于所述岩心柱塞样品的岩石相类型、所述岩石物理学特征测试结果和所述常压核磁共振测试结果，建立用于表征岩石相和核磁共振测试结果之间对应关系的识别图版，建立用于表征孔隙度和核磁共振测试结果之间对应关系的第一关系式，建立用于表征渗透率和核磁共振测试结果之间对应关系的第二关系式，以及建立用于表征孔隙结构和核磁共振结果之间对应关系的第三关系式；

基于所述识别图版、所述第一关系式、所述第二关系式和所述第三关系式，根据目标岩石样品的常压核磁共振测试结果，表征所述目标岩石样品在常压下的岩石相类型、孔隙度、渗透率和孔隙结构；

基于所述识别图版、所述第一关系式、所述第二关系式和所述第三关系式，根据所述目标岩石样品的覆压核磁共振测试结果，表征所述目标岩石样品在其埋藏深度下的孔隙度、渗透率和孔隙结构。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述取样位置包括碳酸盐岩溶孔与洞穴均不发育段、半充填裂缝发育段和全充填裂缝发育段，所述取样位置的岩层岩石相均一，所述取样位置的岩层厚度大于30cm。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述岩心柱塞样品的高度为3.0～6.0cm。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述表面结构特征包括颗粒特征、灰泥特征、生物格架特征、晶粒特征和裂缝特征中的至少一种，所述岩石相类型为泥晶灰岩、粒泥灰岩、泥粒灰岩、颗粒灰岩、格架岩、结晶岩、半充填裂缝碳酸盐岩或全充填裂缝碳酸盐岩。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述岩心柱塞样品进行岩石物理学特征测试，包括：

对所述岩心柱塞样品进行孔隙度测试、渗透率测试和压汞毛细管压力测试。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述表征所述目标岩石样品在其埋藏深度下的孔隙度、渗透率和孔隙结构之前，所述方法还包括：

对所述目标岩石样品进行覆压核磁共振测试，获得所述目标岩石样品的覆压核磁共振测试结果；

其中，所述对所述目标岩石样品进行覆压核磁共振测试，包括：

在指定的测试压力值下对所述目标岩石样品进行核磁共振测试，所述指定的测试压力值为所述目标岩石样品的埋藏深度对应的静岩压力。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立用于表征岩石相和核磁共振测试结果之间对应关系的识别图版，包括：

依据所述常压核磁共振测试结果中驰豫时间的长短，对所述岩心柱塞样品的孔隙进行划分，其中，将所述常压核磁共振测试结果中弛豫时间大于200ms的常压核磁共振谱划分为所述岩心柱塞样品的大孔隙，将所述常压核磁共振测试结果中弛豫时间大于20ms且小于200ms的常压核磁共振谱划分为所述岩心柱塞样品的中孔隙，将所述常压核磁共振测试结果中弛豫时间小于20ms的常压核磁共振谱划分为所述岩心柱塞样品的小孔隙；

分别计算所述大孔隙、所述中孔隙和所述小孔隙对应的常压核磁共振谱面积占常压核磁共振谱总面积的百分率；

分别将所述大孔隙对应的常压核磁共振谱面积占常压核磁共振谱总面积的百分率、所述中孔隙对应的常压核磁共振谱面积占常压核磁共振谱总面积的百分率和所述小孔隙对应的常压核磁共振谱面积占常压核磁共振谱总面积的百分率，投点到三角图图版中，获得所述识别图版。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一关系式为：

其中，Φ_nmr为所述岩心柱塞样品的孔隙度，V_b为所述岩心柱塞样品的体积，A为核磁共振测试回波信号总幅度，C_Φ为孔隙度已知的标准样品的测定出的孔隙度与核磁共振计算的孔隙度之间的刻度因子。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二关系式为：

其中，K_nmr为所述岩心柱塞样品的渗透率，C_K为渗透率已知的标准样品的测定出的渗透率与核磁共振计算的渗透率之间的刻度因子，Φ_nmr为所述岩心柱塞样品的孔隙度，T_2g为所述岩心柱塞样品的核磁共振横向弛豫时间的几何平均值。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第三关系式为：

r_c＝C_r×T₂

其中，r_c为所述岩心柱塞样品的孔喉半径，T₂为核磁共振横向弛豫时间，C_r为孔隙结构已知的标准样品的测定出的孔隙结构与核磁共振转换的孔隙结构之间的转换系数。