CN109100812B - 基于核磁共振的岩石孔隙分形维数评价方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基于核磁共振的岩石孔隙分形维数评价方法及装置，在不同深度下进行核磁共振法测试，测量获得不同深度下储层的核磁共振T2谱，再通过将不同深度下储层的核磁共振T2谱转换为不同深度下储层对应的伪毛管压力曲线，并对不同深度下储层对应的伪毛管压力曲线转换至双对数坐标系下，获得在双对数坐标系下不同深度对应的直线，从而可以根据相应直线的斜率K，计算获得不同深度储层对应的分形维数D，其中D＝2‑K。本申请的方案中，通过伪毛管压力曲线的构建，可以利用核磁共振法简便地对油井中各储层分形维数进行测量，能够快速得到目的储层的分形维数，有利于石油矿藏的开采开发。

Description

基于核磁共振的岩石孔隙分形维数评价方法及装置

技术领域

本申请涉及石油工程和岩石物理领域，尤其涉及一种基于核磁共振的岩石孔隙分形维数评价方法及装置。

背景技术

分形理论自发展以来，已广泛应用于石油工程和岩石物理的各个领域，成为表征岩石孔隙结构的重要手段之一，取得了较好的应用效果。

根据分形理论，岩石的孔隙结构具有较好的分形性质。孔隙半径在 0.2μm-50μm之间时，岩石孔隙的分形维数在2和3之间。根据研究表明，岩石孔隙分形维数越小，接近2，孔隙形状越规则，渗流能力越好；岩石孔隙分形维数越大，接近3，孔隙形状越复杂，渗流能力越差。进一步研究表明，产油能力强的储层(优质储层)的分形维数更小，表明储层储集空间趋于大孔隙，孔喉连通性好，孔隙结构复杂程度低。

毛管压力曲线是分形理论用于表征岩石孔隙结构的重要基础资料，以往通常根据进汞饱和度与排驱压力的幂指数关系建立分形维数的模型，并用最小二乘法求解。所以，目前为了得到不同深度目的地层分形维数曲线的连续刻画，现有的方法需要对不同深度目的地层的岩样进行压汞实验获得毛管压力曲线从而计算样品的分形维数，现有方法既费时又费力。

因此，如何能够简单方便地得到目的地层的分形维数，是本领域亟需解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供了一种基于核磁共振的岩石孔隙分形维数评价方法及装置，以能够简单方便地得到目的地层的分形维数。

第一方面，本申请实施例提供了一种基于核磁共振的岩石孔隙分形维数评价方法，包括：

在不同深度下进行核磁共振法测试，测量获得所述不同深度下的核磁共振T2谱；

将所述不同深度下的核磁共振T2谱转换为不同深度下的伪毛管压力曲线，并对不同深度下的伪毛管压力曲线转换至双对数坐标系下，以获得在所述双对数坐标系下所述不同深度对应的直线；

根据所述不同深度对应的直线的斜率K，计算获得所述不同深度对应的分形维数D，其中，D＝2-K。

结合第一方面，本申请实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，所述在不同深度下进行核磁共振法测试，测量获得所述不同深度下的核磁共振T2谱之前，还包括：

从待测岩样采样获得第一深度对应的岩样；

对第一深度对应的岩样进行压汞法测试，获得第一深度下毛管压力的采样值；

对第一深度对应的岩样进行核磁共振法测试，获得第一深度下核磁共振横向弛豫时间的采样值；

根据第一深度下毛管压力的采样值和第一深度下核磁共振横向弛豫时间的采样值，分析获得第一关系。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，所述第一深度的数量为预设的第一阈值。

结合第一方面，本申请实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，所述方法还包括：

根据所述不同深度对应的分形维数D，绘制分形维数的连续曲线。

结合第一方面至第一方面的第三种可能的实施方式，本申请实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，所述不同深度的间隔为1英尺-2英尺之间。

第二方面，本申请实施例提供了一种基于核磁共振的岩石孔隙分形维数评价装置，包括：

核磁测量模块，用于在不同深度下进行核磁共振法测试，测量获得所述不同深度下的核磁共振T2谱；

转换模块，用于将所述不同深度下的核磁共振T2谱转换为不同深度下的伪毛管压力曲线，并对不同深度下的伪毛管压力曲线转换至双对数坐标系下，以获得在所述双对数坐标系下所述不同深度对应的直线；

计算模块，用于根据所述不同深度对应的直线的斜率K，计算获得所述不同深度对应的分形维数D，其中，D＝2-K。

结合第二方面，本申请实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，所述装置还包括：

采样模块，用于所述测量模块在不同深度下进行核磁共振法测试，测量获得所述不同深度下的核磁共振T2谱之前，从待测岩样采样获得第一深度对应的岩样；

压汞测试模块，用于对第一深度对应的岩样进行压汞法测试，获得第一深度下毛管压力的采样值；

所述核磁共振测量模块，还用于对第一深度对应的岩样进行核磁共振法测试，获得第一深度下核磁共振横向弛豫时间的采样值；

分析模块，用于根据第一深度下毛管压力的采样值和第一深度下核磁共振横向弛豫时间的采样值，分析获得第一关系。

结合第二方面的第一种可能的实施方式，本申请实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，所述第一深度的数量为预设的第一阈值。

结合第二方面，本申请实施例提供了第二方面的第三种可能的实施方式，所述装置还包括：

绘制模块，用于根据所述不同深度对应的分形维数D，绘制分形维数的连续曲线。

结合第二方面至第二方面的第三种可能的实施方式，本申请实施例提供了第二方面的第四种可能的实施方式，所述不同深度的间隔为1英尺-2英尺之间。

本申请提供的基于核磁共振的岩石孔隙分形维数评价方法及装置，通过在不同深度下进行核磁共振法测试，可以测量获得不同深度下储层的核磁共振T2谱，再通过将不同深度下储层的核磁共振T2谱转换为不同深度下储层对应的伪毛管压力曲线，并对不同深度下储层对应的伪毛管压力曲线转换至双对数坐标系下，从而获得在双对数坐标系下不同深度储层的伪毛管压力曲线对应的直线，从而可以根据相应直线的斜率K，计算获得不同深度储层对应的分形维数D，其中D＝2-K。本申请的方案中，通过伪毛管压力曲线的构建，可以利用核磁共振法简便地对油井中各储层分形维数进行测量，能够快速得到目的储层的分形维数，有利于石油矿藏的开采开发。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例一提供的基于核磁共振的岩石孔隙分形维数评价方法的流程示意图；

图2为伪毛管压力曲线转换至双对数坐标系下的示意图；

图3为为核磁共振T2谱与孔喉分布曲线的相关性示意图；

图4为本申请实施例二提供的基于核磁共振的岩石孔隙分形维数评价装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例一

图1为本申请实施例一提供的基于核磁共振的岩石孔隙分形维数评价方法的流程示意图，如图1所示，该方法可以包括以下步骤：

101、在不同深度下进行核磁共振法测试，测量获得不同深度下的核磁共振T2谱；

102、将不同深度下的核磁共振T2谱转换为不同深度下的伪毛管压力曲线，并对不同深度下的伪毛管压力曲线转换至双对数坐标系下，以获得在双对数坐标系下不同深度对应的直线；

103、根据不同深度对应的直线的斜率K，计算获得不同深度对应的分形维数D，其中，D＝2-K。

实际应用中，本实施例的执行主体可以为基于核磁共振的岩石孔隙分形维数评价装置。在实际应用中，该基于核磁共振的岩石孔隙分形维数评价装置可以通过虚拟装置，例如软件代码实现，也可以通过写入有相关执行代码的实体装置，例如，U盘实现，再或者，也可以通过集成有相关执行代码的实体装置实现，例如，智能终端、各式电脑等。

结合实际场景进行示例：以本实施例的执行主体为基于核磁共振的岩石孔隙分形维数评价装置为例，简称评价装置。实际应用中，以测量某油井中不同深度储层的分形维数为例，不同深度可以是深度1、深度2、深度3、深度4和深度5，当然，还可以有更多的深度，可以理解，各深度之间间隔一定的距离。毛管压力曲线是分形理论用于表征岩石孔隙结构的重要基础资料，以往通常是采用压汞法来测量当前储层中岩样的毛管压力曲线，进而计算获得当前储层的分形维数，然而想要获得深度1、深度2、深度3、深度4和深度5的储层的分形维数，就必须先获取各深度储层的岩样，然后分别对各岩样进行压汞法测试得到对应的毛管压力曲线，进而才能计算获得深度1、深度2、深度3、深度4和深度5对应的分形维数，该过程较为繁琐，即费事又费力。

由于核磁共振实验的T2谱分布与压汞实验结果反映的岩石孔径分布具有很好的对应关系，经过一定的刻度可以转换为伪毛管压力曲线(类似于毛管压力曲线)，可以用于评价储层的微观孔隙结构。

因此，为了简化对分形维数的测量过程，本申请实施例中，具体地，首先在不同深度下对储层进行核磁共振法测试，测量获得不同深度下储层对应的核磁共振T2谱，该过程不需要对储层进行取样，其中核磁共振法测试采用相关技术，在此不再赘述。其次，将不同深度下的核磁共振T2谱转换为不同深度下的伪毛管压力曲线，并对不同深度下的伪毛管压力曲线转换至双对数坐标系下，，以获得在双对数坐标系下不同深度对应的直线，根据不同深度对应的直线的斜率K，计算获得不同深度对应的分形维数D，其中，D＝2-K。图2为伪毛管压力曲线转换至双对数坐标系下的示意图，表明通过核磁共振 T2谱可以计算分形维数，分形维数的值与该直线的斜率相关。

在通过核磁共振法测试得到不同深度的分形维数之后，一种实施方式中，上述方法还可以包括以下步骤：

104、根据不同深度对应的分形维数D，绘制分形维数的连续曲线。

本实施方式中，通过将不同深度对应的分形维数D绘制成分形维数的连续曲线，可以将油井中不同深度储层的空隙结构直观地表达出来，更有利于石油矿藏的开采开发。

下面对将不同深度下的核磁共振T2谱转换为不同深度下的伪毛管压力曲线的原理进行介绍。

根据分形原理，若储层孔隙分布符合分形结构，则储层中孔径大于r的孔喉数量N与r有幂函数关系：

N(r)∝r^-D (1)

式中：r为孔喉半径，单位为μm；N(r)为孔喉数量；D为分形维数。

压汞法中，根据毛细管模型有：

式中：V_hg为流过半径为r孔喉的累积汞体积，单位为mL；l为毛细管长度，单位为cm。

根据式(1)和式(2)有：

V_hg∝r^2-D (3)

根据毛细管理论有：

式中：σ为界面张力，单位为mN/m；P_C为毛管压力，单位为MPa；θ为接触角，单位为°(度)。

结合式(3)和式(4)有：

V_hg∝P_c ^-(2-D) (5)

由岩样中汞饱和度的定义有：

式中：S_hg为汞饱和度，单位为％；V_p为岩样总孔隙体积，单位cm³。

由式(5)和式(6)可得：

S_hg＝aP_c ^-(2-D) (7)

式中：a为常数。

通过式(7)可以看出若岩样的微观孔隙结构符合分形结构，则汞饱和度与毛细管压力之间应满足幂函数关系，并在双对数坐标系下二者为一条直线，分形维数的值与该直线的斜率相关。

根据核磁共振理论，核磁共振的横向弛豫机制如下：

式中：右边的第1、2、3项分别表示横向体积弛豫、横向表面弛豫和扩散弛豫；T_2B为流体的体积弛豫时间，单位为ms；ρ为岩石的横向表面弛豫强度，单位为μm/ms；V为岩石孔隙体积，单位为cm³；S为岩石孔隙表面积，单位为cm²；D为扩散系数，单位为μm²/ms；G为磁场梯度，单位为10^-4T/ cm；T_E为回波间隔，单位为ms；γ为磁旋比，单位为(T·s)^-1。

岩石孔隙中的流体的弛豫过程是三种机制的叠加，分别为自由弛豫、表面弛豫和存在梯度磁场时的扩散弛豫。

根据相关研究有：

式中：C为伪毛管压力曲线与毛管压力曲线之间的拟合参数。

根据拟合参数C，结合式(7)和式(9)有：

S_hg＝aT₂ ^2-D (10)

其中：由于S_hg与核磁T₂谱累积饱和度相似，可以互换，因此S_hg可以代表核磁T₂谱累积饱和度；T₂为核磁共振横向弛豫时间；

由式(10)可以得到伪毛管压力曲线，进而两边取对数，有：

logS_hg＝loga+(2-D)logT₂ (11)

根据式(11)可知，对不同深度下的伪毛管压力曲线转换至双对数坐标系下后，可以获得在双对数坐标系下不同深度储层对应的直线，从而得到相应直线的斜率K，即式中的2-D，从而可得相应深度储层的分形维数D＝2-K，因此可利用核磁共振T₂谱计算不同深度储层的分形维数。

为了获得伪毛管压力曲线与毛管压力曲线之间的拟合参数，一种实施方式中，步骤101之前，还可以包括以下步骤：

201、从待测岩样采样获得第一深度对应的岩样；

202、对第一深度对应的岩样进行压汞法测试，获得第一深度下毛管压力的采样值；

203、对第一深度对应的岩样进行核磁共振法测试，获得第一深度下核磁共振横向弛豫时间的采样值；

204、根据第一深度下毛管压力的采样值和第一深度下核磁共振横向弛豫时间的采样值，分析获得第一关系。

实际应用中，研究表明，对某岩样进行核磁共振试验得到的核磁共振T2 谱，通过确定恰当的拟合参数(与横向表面弛豫相关的因子)，将核磁共振 T2谱进行合理的移动，可以得到核磁共振T2谱与该岩样利用压汞实验得到的孔喉分布曲线有很好的相关性，这表明核磁共振T2谱与毛管压力资料是相关的，如图3所示为核磁共振T2谱与孔喉分布曲线的相关性示意图。

为了获得伪毛管压力曲线与毛管压力曲线之间的拟合参数，本实施方式中，具体地，首先，从待测岩样采样获得第一深度对应的岩样，其中，第一深度包括多个深度，比如深度1和深度2。优选的，第一深度的数量可以是预设的第一阈值，比如第一阈值为3，则第一深度包括3个不同的深度。其次，对第一深度对应的岩样进行压汞法测试，获得第一深度下毛管压力的采样值，压汞法测试采用相关技术，在此不再赘述。然后对第一深度对应的岩样进行核磁共振法测试，获得第一深度下核磁共振横向弛豫时间的采样值。最后，根据第一深度下毛管压力的采样值和第一深度下核磁共振横向弛豫时间的采样值，分析获得第一关系，该第一关系是指伪毛管压力曲线与毛管压力曲线之间的拟合参数。故可将核磁共振实验资料与压汞实验资料通过拟合参数联系起来，用于伪毛管压力曲线的构建，进而得到岩样的分形维数。

为了能够更精确地描述油井中的孔隙构造，优选地，一种实施方式中，上述各方法中的不同深度的间隔可以为1英尺-2英尺之间。

本实施方式中，通过将核磁共振法测试的各储层之间的间距设置为1英尺-2英尺之间，可以更加全面、精确地测量油井中不同储层的孔隙构造，更加有利于石油矿藏的开采开发。

本申请提供的基于核磁共振的岩石孔隙分形维数评价方法，通过在不同深度下进行核磁共振法测试，可以测量获得不同深度下储层的核磁共振T2 谱，再通过将不同深度下储层的核磁共振T2谱转换为不同深度下储层对应的伪毛管压力曲线，并对不同深度下储层对应的伪毛管压力曲线转换至双对数坐标系下，从而获得在双对数坐标系下不同深度储层的伪毛管压力曲线对应的直线，从而可以根据相应直线的斜率K，计算获得不同深度储层对应的分形维数D，其中，D＝2-K。本申请的方案中，通过伪毛管压力曲线的构建，可以利用核磁共振法简便地对油井中各储层分形维数进行测量，能够快速得到目的储层的分形维数，有利于石油矿藏的开采开发。

下述为本申请装置实施例，可以用于执行本申请方法实施例。对于本申请装置实施例中未披露的细节，请参照本申请方法实施例。

实施例二

图4为本申请实施例二提供的基于核磁共振的岩石孔隙分形维数评价装置的结构示意图，如图4所示，包括：

核磁测量模块301，用于在不同深度下进行核磁共振法测试，测量获得不同深度下的核磁共振T2谱；

转换模块302，用于将不同深度下的核磁共振T2谱转换为不同深度下的伪毛管压力曲线，并对不同深度下的伪毛管压力曲线转换至双对数坐标系下，以获得在双对数坐标系下不同深度对应的直线；

计算模块303，用于根据不同深度对应的直线的斜率K，计算获得不同深度对应的分形维数D，其中，D＝2-K。

优选地，一种实施方式中，在上述实施例二的基础上，该装置还可以包括：

绘制模块304，用于根据不同深度对应的分形维数D，绘制分形维数的连续曲线。

本实施方式中，通过将不同深度对应的分形维数D绘制成分形维数的连续曲线，可以将油井中不同深度储层的空隙结构直观地表达出来，更有利于石油矿藏的开采开发。

优选地，另一种实施方式中，该装置还可以包括：

采样模块，用于在核磁测量模块301在不同深度下进行核磁共振法测试，测量获得不同深度下的核磁共振T2谱之前，从待测岩样采样获得第一深度对应的岩样；

压汞测试模块，用于对第一深度对应的岩样进行压汞法测试，获得第一深度下毛管压力的采样值；

核磁测量模块301，还用于对第一深度对应的岩样进行核磁共振法测试，获得第一深度下核磁共振横向弛豫时间的采样值；

分析模块，用于根据第一深度下毛管压力的采样值和第一深度下核磁共振横向弛豫时间的采样值，分析获得第一关系。

优选地，另一种实施方式中，上述第一深度的数量为预设的第一阈值。

优选地，另一种实施方式中，在上述任一实施方式的基础上，不同深度的间隔为1英尺-2英尺之间。

本实施方式中，通过将核磁测量模块301测试的各储层之间的间距设置为1英尺-2英尺之间，可以更加全面、精确地测量油井中不同储层的孔隙构造，更加有利于石油矿藏的开采开发。

本申请提供的基于核磁共振的岩石孔隙分形维数评价装置，通过在不同深度下进行核磁共振法测试，可以测量获得不同深度下储层的核磁共振T2 谱，再通过将不同深度下储层的核磁共振T2谱转换为不同深度下储层对应的伪毛管压力曲线，并对不同深度下储层对应的伪毛管压力曲线转换至双对数坐标系下，从而获得在双对数坐标系下不同深度储层的伪毛管压力曲线对应的直线，从而可以根据相应直线的斜率K，计算获得不同深度储层对应的分形维数D，其中，D＝2-K。本申请的方案中，通过伪毛管压力曲线的构建，可以利用核磁共振法简便地对油井中各储层分形维数进行测量，能够快速得到目的储层的分形维数，有利于石油矿藏的开采开发。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种基于核磁共振的岩石孔隙分形维数评价方法，其特征在于，包括：

在不同深度下进行核磁共振法测试，测量获得所述不同深度下的核磁共振T2谱；

将所述不同深度下的核磁共振T2谱转换为不同深度下的伪毛管压力曲线，并对不同深度下的伪毛管压力曲线转换至双对数坐标系下，以获得在所述双对数坐标系下所述不同深度对应的直线；

根据所述不同深度对应的直线的斜率K，计算获得所述不同深度对应的分形维数D，其中，D＝2-K；

所述方法还包括：

根据所述不同深度对应的分形维数D，绘制分形维数的连续曲线；

所述在不同深度下进行核磁共振法测试，测量获得所述不同深度下的核磁共振T2谱之前，还包括：

从待测岩样采样获得第一深度对应的岩样；

对第一深度对应的岩样进行压汞法测试，获得第一深度下毛管压力的采样值；

对第一深度对应的岩样进行核磁共振法测试，获得第一深度下核磁共振横向弛豫时间的采样值；

根据第一深度下毛管压力的采样值和第一深度下核磁共振横向弛豫时间的采样值，分析获得第一关系；

所述将所述不同深度下的核磁共振T2谱转换为不同深度下的伪毛管压力曲线，包括：根据所述第一关系将所述不同深度下的核磁共振T2谱转换为不同深度下的伪毛管压力曲线。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述第一深度的数量为预设的第一阈值。

3.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其特征在于，所述不同深度的间隔为1英尺-2英尺之间。

4.一种基于核磁共振的岩石孔隙分形维数评价装置，其特征在于，包括：

核磁测量模块，用于在不同深度下进行核磁共振法测试，测量获得所述不同深度下的核磁共振T2谱；

转换模块，用于将所述不同深度下的核磁共振T2谱转换为不同深度下的伪毛管压力曲线，并对不同深度下的伪毛管压力曲线转换至双对数坐标系下，以获得在所述双对数坐标系下所述不同深度对应的直线；

计算模块，用于根据所述不同深度对应的直线的斜率K，计算获得所述不同深度对应的分形维数D，其中，D＝2-K；

所述装置还包括：

绘制模块，用于根据所述不同深度对应的分形维数D，绘制分形维数的连续曲线；

所述装置还包括：

采样模块，用于所述测量模块在不同深度下进行核磁共振法测试，测量获得所述不同深度下的核磁共振T2谱之前，从待测岩样采样获得第一深度对应的岩样；

压汞测试模块，用于对第一深度对应的岩样进行压汞法测试，获得第一深度下毛管压力的采样值；

所述核磁共振测量模块，还用于对第一深度对应的岩样进行核磁共振法测试，获得第一深度下核磁共振横向弛豫时间的采样值；

分析模块，用于根据第一深度下毛管压力的采样值和第一深度下核磁共振横向弛豫时间的采样值，分析获得第一关系；

所述将所述不同深度下的核磁共振T2谱转换为不同深度下的伪毛管压力曲线，包括：根据所述第一关系将所述不同深度下的核磁共振T2谱转换为不同深度下的伪毛管压力曲线。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，

所述第一深度的数量为预设的第一阈值。

6.根据权利要求4-5中任一项所述的装置，其特征在于，所述不同深度的间隔为1英尺-2英尺之间。

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