CN109030311B - 基于核磁共振t2谱敏感参数的孔隙结构分类与识别方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于核磁共振T2谱敏感参数的孔隙结构分类与识别方法，包括如下步骤：S1：进行岩心标准样制备；S2：分别进行核磁共振实验、物性和高压压汞实验测试；S3：进行实验室岩样的孔隙结构类型划分和井下储层孔隙结构类型的核磁共振T2谱敏感参数标准划分。本发明的优点在于：综合压汞、核磁、物性资料，能够明确并表征岩心样品孔隙结构类型与特征，并利用多种核磁共振测井T2谱敏感参数制定了井下储层孔隙结构类型的划分图版，可在井眼剖面上进行孔隙结构类型与储层有效性评价。
Description
技术领域
本发明涉及油气勘探开发技术领域，特别涉及一种基于核磁共振 T2谱敏感参数的孔隙结构分类与识别方法。
背景技术
随着非常规油气勘探开发的不断推进，地层评价难度不断增加，油气需求量也持续上升，常规石油天然气已无法满足需求，低渗透、致密油气逐步成为了重要的战略接替能源(赵新智.鄂尔多斯盆地陇东地区低渗透储层特征及分级评价[D].2012，武汉：中国地质大学.)。勘探开发中大量的实例表明，储层岩石的孔隙结构显著地影响其储渗能力，并对油气田的产能有着决定性的影响(郝乐伟，唐俊，王琪.储层岩石微观孔隙结构研究方法与理论综述[J].岩性油气藏，2013，25 (5)：123-128.)，而低渗透、致密油气储层通常孔隙类型多样、孔隙结构复杂，国内外对低渗透、致密储层孔隙结构方面开展了大量的研究工作，并在低渗透致密砂岩、泥页岩、碳酸盐岩及火成岩中取得了丰富的成果与认识(Stephen AH.Tight gas sands[J].Journal of Petroleum Technology,2006,58(6):86-93；王瑞飞，陈明强，孙卫.鄂尔多斯盆地延长组超低渗透砂岩储层微观孔隙结构特征研究[J].地质论评，2008，54(2)：270-277；邹才能，杨智，朱如凯，等.中国非常规油气勘探开发与理论技术进展[J].地质学报，2015，89(6)： 979-1007；Mayka S,Celso P F,Fabiano G,et al.Wolfcharacterization of Brazilian tight gas sandstones relating permeability andAngstrom-to micron-scale pore structures[J].Journal of Natural Gas Scienceand Engineering,2015:1-23；Sakhaee P A and Steven L B.Pore structure of shale[J].Fuel,2015(143):467-475.)。
储层的孔隙结构是指岩石孔隙和喉道的几何形状、大小、分布及其相互连通关系，它在微观尺度上影响着油气的储集和运移规律，且受到沉积、成岩和构造等地质作用的综合影响。致密碎屑岩储层具有成分成熟度低、结构成熟度低、成岩机理复杂、储集物性差的特点，往往具有复杂的孔隙结构，因此，准确表征和识别孔隙结构类型是孔隙结构及储层有效性评价的关键。
在实验方法方面，采用压汞实验来获取毛管压力数据及其相应的各种孔隙结构参数，或是利用扫描电镜直接观察岩石的多种矿物组分、微观孔隙，以及利用微CT技术研究岩心内部的孔隙结构特征。随着认识的深入，考虑到岩心样品在压汞实验中可能会产生裂缝，电镜扫描的制样过程会造成人为损伤以及微CT技术不能完全反应更加细小(<2μm)的孔隙特征等问题。后期研究除电镜扫描外，还采用氩离子抛光结合X衍射技术如QEMSCAN微区矿物定量分析系统，进行矿物成分分析，或者用聚焦离子束电子显微镜进行三维建模从而研究孔隙结构。以及通过气体吸附实验，分析气体等温吸附、脱附曲线，研究微孔孔隙结构的类型及其与等温吸附之间的关系。
核磁共振T2谱能够反映岩石的孔隙结构特征，尤其在对数坐标下与岩石孔喉分布具有数学上的转换关系，因此，基于数学形态学，提出从典型核磁共振T2谱中提取相应的形态特征参数作为敏感参数，形成较为独立的评价储层孔隙结构的核磁共振T2谱评价参数集，进而进行岩石孔隙结构的表征和分类。
与本发明相关的现有技术一
中国发明专利，专利号为：CN201010102928.2，名称为：一种利用核磁共振测井资料连续定量评价储集层孔隙结构的方法
该发明是利用核磁共振测井资料连续定量评价储集层孔隙结构，划分储集层类型的方法，对T2谱按反映储集层差异的参数进行分类，对不同的T2谱采用非线性刻度方法获取储集层连续分布的毛管压力曲线；利用核磁毛管压力曲线获取连续的储集层孔喉半径分布和孔隙结构参数；根据该核磁毛管压力曲线，储集层孔喉半径分布特征和孔隙结构参数大小评价储集层的孔隙结构，划分储集层类型。本发明利用核磁共振测井资料连续获取每个深度点上的核磁毛管压力曲线、储集层孔喉半径分布以及储集层孔隙结构参数定量评价储集层孔隙结构，划分储集层类型，提高了复杂油气藏的勘探开发效率。
现有技术一的缺点
这种方法对于孔隙结构评价较为合理，但是仍然存在一些缺点， (1)转换过程过于复杂；(2)处理结果仍然为二维数据，直观性不够；(3)在生产中考虑到数据信噪比和井下复杂测量环境的影响，转换结果与理论契合度有限，不利于实际的生产操作。
与本发明相关的现有技术二
现有技术二的技术方案
中国发明专利，专利号为：CN201010218652.4，名称为：一种基于核磁三组分百分比的储层孔隙结构分类方法
该发明涉及一种基于核磁三组分百分比的储层孔隙结构分类方法，对不同孔隙结构岩芯样品进行配套的核磁共振及压汞实验，以压汞曲线形态特征为标准对岩心孔隙结构进行分类；分析不同孔隙结构岩芯的压汞曲线、核磁共振T2谱及其累积孔隙度曲线的变化特征，确定控制孔隙结构优劣的关键因素；从核磁共振实验数据中提取小尺寸、中等尺寸与大尺寸孔隙组分在总孔隙系统中的百分比S1、S2及S3；确定不同孔隙结构类型的S1、S2及S3之间相对大小的变化规律及确定标准；从核磁测井数据中提取S1、S2及S3，运用确定标准快速分类；利用该发明处理了30口井的核磁共振测井资料，结果与试油产能结果的符合率达90％，较以前提高了16％。
现有技术二的缺点
这种方法对于孔隙结构评价也较为合理，但是仍然存在一些缺点，(1)对核磁共振T2谱定量化表征参数过少，细节信息表征不全； (2)岩心样品选取较少，对于该方法能否较好地适应复杂的低渗透、致密储层孔隙结构分类及其储层有效性评价还有待更深入的研究和应用实践。
与本发明相关的现有技术三
现有技术三的技术方案
中国发明专利，专利号为：CN201610887081.0，名称为：基于核磁共振的页岩孔隙结构检测方法
该发明提供一种基于核磁共振的页岩孔隙结构检测方法，包括以下步骤：试样加工成圆柱体；将试样进行常压饱水12h后取出；对试样进行CPMG脉冲序列测试，得到自旋回波串的衰减信号；对自旋回波串信号进行反演后，得到T2谱的分布图、各峰详细信息；将得到的同一试样在饱水和离心下的T2谱放到一个坐标系下进行分析，得知试样孔隙体积、数量的变化。以解决目前核磁共振主要从饱水状态下对页岩孔隙结构进行研究，研究角度单一，具有一定局限性，且仅能研究孔隙分布情况，无法进行裂缝预测的问题。
现有技术三的缺点
该技术仅限于实验室页岩岩样测量转化分析，未能应用到核磁共振测井及井下地层分析统计和储层孔隙结构分类与评价应用。
发明内容
本发明针对现有技术的缺陷，提供了一种基于核磁共振T2谱敏感参数的孔隙结构分类与识别方法，能有效地解决上述现有技术存在的问题。
为了实现以上发明目的，本发明采取的技术方案如下：
一种基于核磁共振T2谱敏感参数的孔隙结构分类与识别方法，包括如下步骤：
S1：进行岩心标准样制备；
S2：分别进行核磁共振实验、物性和高压压汞实验测试；
核磁共振实验得到核磁共振T2谱敏感特征参数：束缚水饱和度 SBVI、T2截止值T2cutoff、末峰幅度Peak2、末峰序数Opeak2、T2谱对数积分Area、中值时间T2-half和平均时间T2aver；
物性测试得到孔隙度Por和渗透率Perm；
高压压汞实验得到毛管压力曲线特征参数：最大进汞饱和度 SHgmax、最大孔喉半径Rmax和排驱压力Pd；
S3：进行实验室岩样的孔隙结构类型划分和井下储层孔隙结构类型的核磁共振T2谱敏感参数标准划分；
将岩心岩样孔隙结构类型的划分标准与核磁共振测井T2谱敏感参数物性测试参数、高压压汞实验参数结合，建立划分井下储层孔隙结构类型的参数标准：当末峰幅度大于1.2、末峰序数大于140、T2谱对数积分面积大于460、中值时间大于30、孔隙度Por大于10％、渗透率Perm大于0.15mD、最大进汞饱和度SHgmax大于90％、最大孔喉半径Rmax大于0.4μm和排驱压力Pd小于2.5MPa时，为Ⅰ类孔隙结构类型；当末峰幅度小于0.8、末峰序数小于116、T2谱对数积分面积小于360、中值时间小于10、孔隙度Por小于8％、渗透率Perm小于 0.1mD、最大进汞饱和度SHgmax小于84％、最大孔喉半径Rmax小于 0.2μm和排驱压力Pd大于3MPa时，为Ⅲ类孔隙结构类型；当末峰幅度介于0.8-1.2、末峰序数介于116-140、T2谱对数积分面积介于360-460、中值时间介于10-30时、孔隙度Por介于8-10％、渗透率Perm 介于0.1-0.15mD、最大进汞饱和度SHgmax介于84-90％、最大孔喉半径Rmax介于0.2-0.4μm和排驱压力Pd介于2.5-3MPa时，为Ⅱ类孔隙结构类型；。
进一步地，所述S3中T2谱末峰序数(Opeak2)是核磁共振T2谱最后一个峰值对应的横坐标序数(一般为幅度分量最大的峰值，也称为末峰偏移量)，核磁T2谱横坐标为横向弛豫时间，呈对数显示，分布范围为0.3～3000ms，在保持T2谱形态特征不变的情况下，对横坐标进行线性转换得到的数列序数，序数大小可以表征岩石孔喉半径的相对大小。
进一步地，所述S3中T2谱末峰幅度(Peak2)是T2谱呈双峰特征时最后一个峰(往往也是纵向幅度分量最大的一个峰)对应的纵向幅度分量，反映具有双峰特征的岩石中大孔径的多少。
进一步地，所述S3中T2谱中值时间(T2-half)是T2谱纵向累加分量占总分量的50％时对应的横向弛豫时间，不受偏大或者偏小数据影响，更适合表征岩石整体孔径大小的分布。
进一步地，所述S3中T2谱对数积分(Area)是对T2谱核磁共振曲线与横向弛豫时间坐标轴所围成的区域利用梯形面积法求积分，同时包含了总孔隙度和孔径分布信息，T2i和Ai分别代表各点处的T2弛豫时间及相应的幅度，n为T2谱数据点数量，其公式为：
与现有技术相比本发明的优点在于：
(1)综合压汞、核磁、物性资料，能够明确并表征岩心样品的孔隙结构类型与特征。
(2)不同孔隙结构类型的表征方面，结合参考标准(SYT6285- 2011)和前人研究成果，将研究区的孔隙结构划分为三大类型，表征不同孔隙结构类型的压汞、核磁共振、孔径分布特征后发现，三种孔隙结构的毛管压力曲线特征差异明显，随着孔隙结构越好，毛管压力曲线平台越平缓，歪度越粗，排驱压力越小，最大进汞饱和量越大，核磁T2谱面积也变大，谱形右偏现象明显。
(3)将孔隙结构划分应用到测井剖面方面，依据岩心实验室测试和划分结果，制定了井下孔隙结构核磁共振测井T2谱敏感参数划分图版，可在井眼剖面上进行孔隙结构类型与储层有效性评价。
建立了基于核磁共振T2谱敏感参数的地层孔隙结构分类与识别方法，深入挖掘核磁共振T2谱信息，有助于核磁共振测井定量评价地层孔隙结构，深化了核磁共振测井在致密砂岩储层孔隙结构评价中的应用。
附图说明
图1为本发明实施例I型孔隙结构压汞曲线特征、孔喉分布曲线及核磁共振T2谱图；
图2为本发明实施例II型孔隙结构压汞曲线特征、孔喉分布曲线及核磁共振T2谱图；
图3为本发明实施例Ⅲ型孔隙结构压汞曲线特征、孔喉分布曲线及核磁共振T2谱图；
图4为本发明实施例岩心岩样孔隙结构类型划分的参数特征图；
图5为本发明实施例不同孔隙结构类型核磁共振测井T2谱敏感参数划分标准图；
图6为本发明实施例建立的基于核磁共振T2谱敏感参数的孔隙结构划分流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图并列举实施例，对本发明做进一步详细说明。
不同类型孔隙结构特征
1.I型孔隙结构
样品取自NX1井，深度为1678.00m，Por＝12.7％，Perm＝0.340mD。 SAB段较长，SHgmax＝90.82％，Pd＝1.12MPa，SBVI＝41.38％，T2cutoff＝9.35ms，T2aver＝13.69ms，Peak2＝0.34，孔喉半径主要分布区间为 0.0643-0.253μm(图1)。
2.II型孔隙结构
样品取自NX1井，深度为1705.00m，Por＝8.2％，Perm＝0.099mD， SAB段较短，SHgmax＝87.76％，Pd＝2.3MPa，SBVI＝48.03％，T2cutoff＝4.79ms，T2aver＝6.58ms，Peak2＝0.17，孔喉半径主要分布区间为 0.0255-0.1623μm和0.0048-0.0165μm(图2)。
3.Ⅲ型孔隙结构
样品取自NX2井，深度为1661m，Por＝5.1％，Perm＝0.09mD， SAB段短，进汞饱和度低，SHgmax＝78.59％，Pd＝6.83MPa，SBVI＝53.90％， T2cutoff＝1.96ms，T2aver＝2.28ms，Peak2＝0.16，孔喉半径主要分布区间为0.0255-0.0643μm和0.0048-0.0165μm(图3)。
三种孔隙结构的毛管压力曲线特征差异明显，随着孔隙结构越好，毛管压力曲线平台越平缓，歪度越粗，排驱压力越小，最大进汞饱和量越大，核磁T2谱面积也变大(图1、图2、图3)。
孔隙结构类型标准
岩石孔隙结构可划分为3大类，其中I类孔隙结构，往往对应有效储层。在实验室测量条件下，所得孔隙结构类型为：
I型孔隙结构：Por≥10％，Perm≥0.15mD，Pd＜2.5MPa，SHgmax≥90％， Rmax≥0.4μm，SBVI<40％，T2cutoff≥7ms，Peak2≥0.2，T2aver≥12ms；
Ⅱ型孔隙结构：8≤Por<10％，0.1≤Perm<0.15mD，2.5≤Pd<3MPa， 84≤SHgmax<90％，0.20≤Rmax<0.40μm，40≤SBVI<48％，5≤T2cutoff＜7ms， 0.15≤Peak2＜0.2，5≤T2aver＜12；
Ⅲ型孔隙结构：Por<8％，Perm<0.1mD，Pd≥3MPa，SHgmax<84％， Rmax<0.20μm，SBVI≥48％，T2cutoff＜5ms，Peak2＜0.15，T2aver＜5ms(表 1，图4)。
在基于压汞曲线划分孔隙结构类型的基础上，分析不同孔隙结构类型与其孔隙结构参数的对应性、一致性较好，随着岩石孔隙结构从Ⅰ型、II型到Ⅲ型逐渐变差，最大进汞饱和度逐渐减小，排驱压力增大，孔、渗变差，最大孔喉半径变小，束缚水饱和度增大。
表1孔隙结构类型参数表
井下孔隙结构定量识别：
从核磁共振原理得出，核磁共振T2谱与压汞得到的孔径分布图具有几何上的相似意义，因而可以免去核磁共振T2谱向毛管压力曲线的转换过程，直接进行几何量化分析和核磁共振T2谱敏感参数的提取，在剖面上进行孔隙结构的评价。鉴于井下地层流体性质与实验室饱和氯化钠溶液不同，因而在根据井下取心样品的实验室测试划分结果的基础上，制定核磁共振测井T2谱敏感参数孔隙结构类型划分标准，并进行剖面上的孔隙结构类型划分。
T2谱末峰序数(Opeak2)是核磁共振T2谱最后一个峰值对应的横坐标序数(一般为幅度分量最大的峰值，也称为末峰偏移量)，核磁 T2谱横坐标为横向弛豫时间，呈对数显示，分布范围为0.3～3000ms，在保持T2谱形态特征不变的情况下，对横坐标进行线性转换得到的数列序数，序数大小可以表征岩石孔喉半径的相对大小。
T2谱末峰幅度(Peak2)是T2谱呈双峰特征时最后一个峰(往往也是纵向幅度分量最大的一个峰)对应的纵向幅度分量，反映具有双峰特征的岩石中大孔径的多少。
T2谱中值时间(T2-half)是T2谱纵向累加分量占总分量的50％时对应的横向弛豫时间，不受偏大或者偏小数据影响，更适合表征岩石整体孔径大小的分布。
T2谱对数积分(Area)是对T2谱核磁共振曲线与横向弛豫时间坐标轴所围成的区域利用梯形面积法求积分，同时包含了总孔隙度和孔径分布信息，T2i和Ai分别代表各点处的T2弛豫时间及相应的幅度， n为T2谱数据点数量，其公式为：
对于井下孔隙结构类型，当末峰幅度大于1.2，末峰序数大于140， T2谱对数积分面积大于460，中值时间大于30时，为Ⅰ类孔隙结构类型；当末峰幅度小于0.8，末峰序数小于116，T2谱对数积分面积小于 360，中值时间小于10时，为Ⅲ类孔隙结构类型；当末峰幅度介于 0.8-1.2，末峰序数介于116-140，T2谱对数积分面积介于360-460，中值时间介于10-30时，为Ⅱ类孔隙结构类型(图5)。
整体基于核磁共振T2谱敏感参数的储层孔隙结构分类与识别方法流程如图6所示。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的实施方法，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
Claims (1)
1.一种基于核磁共振T2谱敏感参数的孔隙结构分类与识别方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：进行岩心标准样制备；
S2：分别进行核磁共振实验、物性和高压压汞实验测试；
核磁共振实验得到核磁共振T2谱敏感特征参数：束缚水饱和度SBVI、T2截止值T2cutoff、末峰幅度Peak2、末峰序数Opeak2、T2谱对数积分Area、中值时间T2-half和平均时间T2aver；
物性测试得到孔隙度Por和渗透率Perm；
高压压汞实验得到毛管压力曲线特征参数：最大进汞饱和度SHgmax、最大孔喉半径Rmax和排驱压力Pd；
S3：进行实验室岩样的孔隙结构类型划分和井下储层孔隙结构类型的核磁共振T2谱敏感参数标准划分；
将岩心岩样孔隙结构类型的划分标准与核磁共振测井T2谱敏感参数物性测试参数、高压压汞实验参数结合，建立划分井下储层孔隙结构类型的参数标准：当末峰幅度大于1.2、末峰序数大于140、T2谱对数积分面积大于460、中值时间大于30、束缚水饱和度SBVI小于40％、T2截止值T2cutoff大于等于7ms、平均时间T2aver大于等于12ms、孔隙度Por大于等于10％、渗透率Perm大于等于0.15mD、最大进汞饱和度SHgmax大于等于90％、最大孔喉半径Rmax大于等于0.4μm和排驱压力Pd小于2.5MPa时，为Ⅰ类孔隙结构类型；当末峰幅度小于0.8、末峰序数小于116、T2谱对数积分面积小于360、中值时间小于10、束缚水饱和度SBVI大于等于48％、T2截止值T2cutoff小于5ms、平均时间T2aver小于5ms、孔隙度Por小于8％、渗透率Perm小于0.1mD、最大进汞饱和度SHgmax小于84％、最大孔喉半径Rmax小于0.2μm和排驱压力Pd大于等于3MPa时，为Ⅲ类孔隙结构类型；当末峰幅度介于0.8-1.2、末峰序数介于116-140、T2谱对数积分面积介于360-460、中值时间介于10-30、束缚水饱和度SBVI介于40％-48％、T2截止值T2cutoff介于5ms-7ms、平均时间T2aver介于5ms-12ms、孔隙度Por介于8％-10％、渗透率Perm介于0.1mD-0.15mD、最大进汞饱和度SHgmax介于84％-90％、最大孔喉半径Rmax介于0.2μm-0.4μm和排驱压力Pd介于2.5MPa-3MPa时，为Ⅱ类孔隙结构类型；
所述S3中T2谱末峰序数是核磁共振T2谱最后一个峰值对应的横坐标序数，核磁T2谱横坐标为横向弛豫时间，呈对数显示，分布范围为0.3～3000ms，在保持T2谱形态特征不变的情况下，对横坐标进行线性转换得到数列序数，序数大小可以表征岩石孔喉半径的相对大小；
所述S3中T2谱末峰幅度是T2谱呈双峰特征时最后一个峰，对应的纵向幅度分量，反映具有双峰特征的岩石中大孔径的多少；
所述S3中T2谱中值时间是T2谱纵向累加分量占总分量的50％时对应的横向弛豫时间，不受偏大或者偏小数据影响，更适合表征岩石整体孔径大小的分布；
所述S3中T2谱对数积分Area是对T2谱核磁共振曲线与横向弛豫时间坐标轴所围成的区域利用梯形面积法求积分，同时包含了总孔隙度和孔径分布信息，T2i和Ai分别代表各点处的T2弛豫时间及相应的幅度，n为T2谱数据点数量，其公式为：
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