核磁共振测井作为近年来全新的测井方法,对石油行业低渗透油气资源的开发利用具有非常重要的意义,利用储层流体中的氢原子在磁场中产生共振信号,能够准确测得储层的有效孔隙度、渗透率、束缚水饱和度、孔径分布等信息,并可区分可动流体体积与束缚流体体积,为储层孔隙结构分析提供可靠参数.对于低渗透致密储层来说,不仅需考虑储层厚度、储层连续性和分布稳定性、储层孔隙度和渗透率数据等常规评价标准,也要充分重视可动流体因素的影响(高敏等,2000;王为民等,2001a,2001b;王忠东等,2003;何雨丹等,2005;谢然红等,2006;杨正明等2007;廖广志等,2007;刘晓鹏和胡晓新,2009;高辉等,2011).因此,定量分析可动流体参数对储层有利区开发利用具有指导意义.
核磁共振利用含烃样品不同原子核具有不同的共振频率,测得氢核核磁信号幅度的变化,核磁信号由强到弱,衰减过程中信号幅度随着时间以指数函数式减小至消失,衰减的时间即弛豫时间,可分为纵向驰豫时间T1和横向驰豫时间T2.将T2信号处理后获得T2谱,T2谱反映孔隙分布情况,大孔隙中流体对应大的T2值,小孔隙中流体对应小的T2值.当孔隙达到某一特定程度,孔隙中流体将无法流动,这个界限即T2截止值,大于此T2值的流体为可动流体,小于此T2值为束缚流体(肖立志,1998;王为民等,2001a,2001b;刘堂宴等,2003;肖立志等,2004;张宇晓,2004;童茂松等,2005;陈冬霞等,2006;宋明会等,2007;赵文杰和谭茂金,2008;肖亮和肖忠祥,2008;高辉和孙卫,2011).可动流体饱和度指T2谱上T2弛豫时间大于T2截止值各点的幅度和占T2谱上所有点幅度和的百分比即为可动流体饱和度,是表征低渗透储层性质的特征参数.
通过实验对鄂尔多斯盆地苏里格地区苏48区块盒8段样品进行测试,图1为所测试的5块岩心饱和水状态下的核磁共振T2谱,横坐标为横向弛豫时间T2反映了岩石介质内比表面的分布及其对展布在内表面上流体作用力的强弱,纵坐标为T2幅度值表示与T2对应的一定孔径的孔隙体积占总孔隙体积的百分率,实验中以13.895 ms作为可动流体与束缚流体的T2弛豫时间界限值.由此,对低渗透致密储层的可动流体饱和度特征进行分析.
由测试样品的结果来看,其T2谱分布形态主要有两种:左峰高右峰低型(图 1a,图 1b)和单峰分布型(图 1c,图 1d,图 1e).由于不同岩性和不同孔隙结构T2截止值不同(高楚桥等,2004;),且对可动流体饱和度的判断有很大的影响,因此必须对该值进行认真选择,实验中经过岩心离心实验测定,以13.895ms该次实验的T2截止值(T2截止值具有地区经验性,对亲水表面砂岩岩心适用).
测试样品的可动流体饱和度主要在15.60%~83.62%之间,平均为44.52%,可动流体孔隙度主要分布于1.13%~6.19%内,平均为3.67%.根据实验结果来看,可动流体饱和度变化范围大,可动流体孔隙度变化范围较小,这是由于可动流体孔隙度为可动流体饱和度和孔隙度的综合反映,表征了储层的渗透和储集性能(高辉和孙卫,2011).
根据可动流体饱和度大小,将储层划分为三类:可动流体饱和度大于65%的为I类(好)储层;可动流体饱和度界于35%~65%之间的为Ⅱ类(中等)储层;可动流体饱和度小于35%之间的为Ⅲ类(较差)储层.
根据表1核磁共振可动流体饱和度相关参数统计,Ⅰ类储层可动流体体积占孔隙体积的百分比和可动流体孔隙度值最高,如样品e分别为83.62%和6.19%;Ⅱ类储层可动流体饱和度与可动流体孔隙度较高,平均为49.84%和3.85%;Ⅲ类储层可动流体饱和度与可动流体孔隙度最低,平均为19.65%和2.20%,可见不同类别储层可动流体饱和度差异较大.
不同类别储层可动流体饱和度具有明显差异,导致这种差异的影响因素较多,如储层物性、孔喉特征、粘土矿物存在形式及其充填孔喉程度以及沉积相、油层分布、构造位置都会对可动流体饱和度造成不同程度的影响(王为民等,2001a;熊伟等,2009;),而本文着重讨论本区盒8段可动流体饱和度的主控因素.
根据表1进行物性参数与可动流体饱和度相关性分析,确定储层物性对可动流体饱和度的影响作用.实验结果表明,I类储层物性最好,孔隙度为12.98%,渗透率为4×10-3 μm2,Ⅱ类储层物性较好,孔隙度平均为12.08%,渗透率平均为1.32×10-3 μm2,Ⅲ类储层物性较差,孔隙度平均为11.15%,渗透率平均为1.66×10-3 μm2,三类储层的物性差异并不十分明显.
经对比分析,可动流体饱和度与孔隙度、渗透率具有一定正相关性,(图2、图3),相关系数分别为0.2156、0.3974,随着孔隙度、渗透率的不断变大,可动流体饱和度逐渐增加,但相关性都较差.可动流体孔隙度与孔隙度、渗透率相关性较为明显(图4,图5),呈正相关,相关系数分别为0.4689、0.6626;可动流体孔隙度随孔隙度和渗透率变大而增加.因此认为,可动流体饱和度、可动流体孔隙度受物性的影响较小,孔隙度、渗透率与可动流体饱和度相关性都较差,其中渗透率的相关性相对较好.
利用高压压汞、恒速压汞、核磁共振实验,分析微观孔喉 特征对可动流体饱和度的具体影响.表 2为实验测定的孔喉特征参数,并将这些参数与可动流体饱和度进行相关性分析.
分选系数、孔隙半径平均值、喉道半径平均值、孔喉体积比与可动流体饱和度呈正相关,相关系数依次为0.7827、0.7623、0.3506、0.6530、(图6,图9,图10,图12);均值系数、排驱压力、孔喉半径比加权平均值与可动流体饱和度呈负相 关(图7,图8,图11),相关系数依次为0.6969、0.5899、0.7727.可以看出,可动流体饱和度与分选系数、孔隙半径平均值、孔喉体积比、孔喉半径比加权平均值相关性最好,与喉道半径平均值、均值系数、排驱压力相关性较好,且相关系数均较大,可见可动流体饱和度主要受微观孔隙结构的控制.
由表2样品孔喉特征参数,Ⅰ类储层排驱压力最小,为0.07 MPa,分选系数最大,为3.58,均值系数最小,为7.93,孔隙半径平均值最大,为167.65 μm,喉道半径平均值最大,为1.64 μm,孔喉半径比加权平均值最小,为137.08,孔喉体积比最大,为2.14,可见此类储层孔隙大,喉道粗,孔喉分布均匀,孔隙连通性好,流体易流动,可动流体饱和度高.
Ⅱ类储层排驱压力较小,平均为0.26 MPa,分选系数较大,平均为2.91,均值系数较小,平均为7.97,孔隙半径平均值较大,平均为156.30 μm,喉道半径平均值最小,平均为0.61 μm,孔喉半径比加权平均值较大,平均为317.44,孔喉体积比最小,平均为0.37,表明此类储层孔喉特征较好,虽然喉道半径小,孔隙半径较大,但有效孔隙体积较大,孔喉分布较均匀,可动流体饱和度较高.
Ⅲ类储层排驱压力最大,平均为1.26 MPa,分选系数最小,平均为2.15,均值系数最大,平均为10.94,孔隙半径平均值最小,平均为149.27 μm,喉道半径平均值较大为0.86 μm,孔喉半径比加权平均值最大,平均为345.86,孔喉 体积比较大为0.43,此类储层孔隙小,孔喉分选差,分布不均匀,孔隙连通性差,造成束缚流体增多,可动流体饱和度低.
根据三类储层对比分析,孔隙半径大,孔喉分布均匀,孔隙体积大,孔隙连通性好,次生孔隙发育,可动流体饱和度相对较高,粒间孔的剩余程度、溶孔及晶间孔的发育程度等对储层的好坏及可动流体饱和度的大小具有至关重要的作用,而喉道对可动流体饱和度的影响作用需进一步分析.
Ⅱ类储层样品c、样品d,孔隙半径、喉道半径、分选系数、均值系数相差不大, 虽然样品c排驱压力为 0.05 MPa, 小于样品d排驱压力0.46 MPa,但样品d孔喉半径比284.14远小于样品c的孔喉半径比350.74,样品d喉道半径平均值为0.65 μm大于样品c喉道半径平均值0.57 μm,样品d孔喉体积比0.57远大于样品c的孔喉体积比0.17,样品d的可动流体饱和度也要高出样品c的可动流体饱和度10.62%,Ⅲ类储层样品a、b也有类似的情况.因此,在孔隙半径、孔喉分选差异较小时,喉道对可动流体饱和度有很强的控制作用,孔喉体积比、孔喉半径比是影响可动流体饱和度高低的重要参数.
苏里格气田上古生界主要含气层盒8段储层粘土矿物分布较广,主要为伊利石、绿泥石、高岭石、伊/蒙混层(张明禄等,2002;刘锐娥等,2002;何自新等,2003;杨仁超等,2012).由表3 X-衍射分析可以看出,Ⅰ类储层粘土矿物绝对质量百分数最低,平均为2.14%,Ⅱ类储层粘土矿物绝对质量百分数较高,平均为2.60%,Ⅲ类储层粘土矿物绝对质量百分数最高,平均为4.25%.由此可见,随着粘土矿物质量百分数的增高,可动流体饱和度依次减小,粘土矿物质量百分数对可动流体饱和度的大小具有显著影响.
Ⅰ类储层样品e与Ⅱ类储层样品c,粘土矿物绝对质量百分数差别很小,分别为2.14%和2.17%,虽然样品e伊利石、绿泥石质量百分数均高于样品c15%左右,但样品c中高岭石质量百分数明显较高,为91.15%.铸体薄片观察,多见高岭石充填在孔隙中,破坏储层作用强,致使可动流体参数值小,可见粘土矿物中高岭石的质量百分数对可动流体饱和度影响最为明显.
伊利石对可动流体饱和度也有一定的影响,如Ⅲ类储层样品a、b伊利石质量百分数较大,分别为70.09%和50.51%,伊利石多呈毛发状、搭桥状,它们在孔隙中形成网络状的分布,使砂岩原来的粒间孔隙被肢解切割,变得迂回曲折,导致粒间孔变为晶间孔或粘土微孔,同时纤维状伊利石具有很大的比表面,在这些微孔中的流体多为束缚状态,渗流时不参与流动,导致可动流体饱和度和可动流体孔隙度变小.绿泥石与伊/蒙混层对可动流体饱和度的影响最弱.
(1)研究区样品T2谱主要为两种形态,左高右低双峰型及单峰型,T2截止值较低,可动流体饱和度、可动流体孔隙度较小,不同类型储层可动流体饱和度差异较大.
(2)可动流体饱和度受多种因素综合影响,微观孔喉特征是主要控制因素,粘土矿物影响较明显,物性影响最弱.微观孔喉特征参数中,孔隙半径、孔喉半径比、孔喉体积比、分选系数的控制作用最为显著,均值系数以及排驱压力次之.当孔隙半径、孔喉分选系数等孔喉特征差异较小时,喉道对可动流体饱和度的大小起决定性作用.
(3)粘土矿物质量百分数尤其是高岭石的质量百分数对可动流体饱和度的大小具有一定的控制作用.
(4)可动流体饱和度高,物性一般较好,然而物性的好坏并不是可动流体饱和度大小的决定性因素.
致 谢 感谢导师西北大学地质学系孙卫教授悉心教导,以及西北大学地质学系庞振宇博士的热心帮助.
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