柴西地区复杂岩性核磁共振T2截止值研究

吴丰，司马立强，杨洪明，令狐松，田葱葱

（1.西南石油大学资源与环境学院，四川 成都610500；2.中国石油集团测井有限公司，陕西 西安710021）

0 引 言

核磁共振测井可获得丰富的地层信息，包括总孔隙度、有效孔隙度、束缚水孔隙度、可动流体孔隙度、孔径分布、渗透率等多种岩石物性参数，在复杂储层评价方面具有独特的优势［1－2］。要得到这些准确的评价参数必须确定一个重要的参数，即T2截止值（T2，cutoff）。它是可动流体和束缚流体在T2谱分布上的分界值，位于T2截止值左边的流体为束缚流体，位于T2截止值右边的流体为可动流体［3－4］。柴达木盆地西部地区储层岩性复杂，例如含岩屑砂砾岩、泥质砂岩、藻灰岩、中高孔隙度低渗透率泥灰岩、基质低孔隙度低渗透率裂缝型灰岩等均有发育，不同岩性的孔隙结构也有较大差异。在实际应用过程中发现核磁共振采用理论T2截止值（砂岩33ms，碳酸盐岩92ms）计算可动流体饱和度完全不适应，有必要研究一套适合柴西地区的复杂岩性核磁共振T2截止值确定方法。

1 地质概况

柴达木盆地位于青藏高原东北隅，受东昆仑构造带、阿尔金构造带和祁连山构造带的共同影响［5］。柴达木盆地西部地区（以下简称柴西地区）新生界地层自下而上主要为路乐河组（E1＋2）、下干柴沟组下段（）、下干柴沟组上段）、上干柴沟组（N1）、下油砂山组（）、上油砂山组（）、狮子沟组（）和七个泉组（Q1＋2）［6］。

柴西地区E1＋2－时期主要为湖侵阶段，以后主要为湖退阶段，并且在此期间湖盆沉积中心频繁迁移。因此，柴西地区广泛发育冲积扇相、三角洲相、滨浅湖相、半深湖相、深湖相的沉积物，同时发育有碎屑岩和碳酸盐岩，在纵向上相互叠加、横向上依次展布。并且由于区域构造活动较强［7］，阵发性或季节性洪水时常注入湖盆，将细粒的泥质和粉砂质带入湖盆，出现碎屑岩和碳酸盐岩的共生沉积，使柴西地区岩性更加复杂。

2 岩性、物性、孔隙结构特征

针对柴西地区岩性复杂的现象选择5类具有代表性的储层进行研究：含岩屑砂砾岩、泥质砂岩、藻灰岩、中高孔隙度低渗透率泥灰岩、低孔隙度低渗透率裂缝型灰岩。这5类储层中既有碎屑岩、也有碳酸盐岩。

这5类岩石的物性有较大差别（见图1），岩心物性分析孔隙度最高的是泥灰岩，主要分布在22%～38%之间；其次是泥质砂岩，孔隙度在16%～36%之间；再次是藻灰岩，孔隙度在6%～26%之间；接着是砂砾岩，孔隙度在4%～20%之间；最低的是裂缝型灰岩，基质孔隙度在0%～12%之间，且绝大部分低于4%。

图1 柴西地区复杂岩性岩心分析孔隙度频率直方图

这5类岩石的储集空间也有较大差异，砂砾岩、泥质砂岩以粒间孔为主；泥灰岩以晶间孔为主，发育少量微裂缝；藻灰岩以溶蚀孔洞为主［8］；裂缝型灰岩则以构造裂缝为主，顺构造缝发育少量溶蚀孔洞［9］，而基质孔隙度极低。

3 实验最佳离心压力确定

确定核磁共振T2截止值最常用、最可靠的方法是离心法，但离心过程关键点在于最佳离心力大小的选择，既要保证所有可动流体能够基本被分离，又不能因为离心力过大导致岩心孔隙结构被破坏或使岩心碎裂。

离心压力确定一般方法［10－11］。首先对饱和水岩样进行核磁共振测量，得到饱和水T2分布；随后设定多个离心压力进行离心，每离心一次测量一次T2分布；直到增加离心力后测得的T2分布没有明显变化，即可认为该离心力为实验最佳离心力。柴西地区第三系沉积的岩石大部分成岩作用较差，非常疏松［12］。核磁共振实验时，少部分岩心在加压饱和水过程中就出现了损坏，进行多次离心非常困难，尤其在高离心力的作用下，岩心更容易破碎。

中国石油天然气行业标准《岩样核磁共振参数实验室测量规范》（SY／T6490－2007）推荐：干岩样密度小于2.6g／cm3，选用0.345MPa离心力；干岩样密度在2.6～2.65g／cm3之间，选用0.689MPa离心力；干岩样密度大于2.65g／cm3，选用1.034MPa离心压力。柴达木盆地砂岩、砾岩类密度一般在2.62～2.67g／cm3，灰岩类密度一般在2.62～2.74g／cm3。因此，参照行业标准和柴西地区岩心具体情况，离心压力取150～165psi＊非法定计量单位，1psi＝6.895kPa，下同，在该压力下对岩样进行离心，具有相对较高的成功率，且能离心出绝大部分可动水。

4 核磁共振T2截止值确定

柴西地区核磁共振T2弛豫时间普遍偏小，若采用理论T2截止值，计算可动流体饱和度明显不合适。例如，若图2（b）中泥质砂岩按照33ms、图2（c）中泥灰岩按照92ms作为T2截止值，几乎没有可动流体孔隙，而类似岩心所在地层测试产油量一般可达1.0～8.0m3／d，因此实际T2截止值应低于33ms和92ms。

根据21块岩样的离心法T2截止值分析结果，总结出柴西地区常见的5种不同类型岩石T2截止值特点。

（1）砂砾岩：一般为三角洲沉积，层位主要为E1＋2和E3。岩石中可见大量花岗岩和变质岩岩屑，且砾石颗粒的母岩主要来源为花岗岩和变质岩，岩石中含有顺磁性矿物，导致T2分布弛豫时间偏小（顺磁性矿物使岩石产生内部梯度磁场［13－14］）；岩石颗粒分选较差，岩石中同时存在大孔隙和小孔隙，T2分布多呈双峰特征，左峰幅度较高，右峰幅度较小［见图2（a）］；T2截止值一般在1.8～4.6ms之间，平均3.0ms左右（见表1）。

（2）泥质砂岩：一般为湖泊相沉积，层位主要为N2。岩石颗粒细小，泥质含量高，含有碳酸盐岩屑，孔隙空间主要为原生粒间孔，孔径小；T2分布多呈单峰特征，少量双峰特征，左峰幅度较高，右峰幅度较小［见图2（b）］；T2截止值一般在5～10ms之间（见表1）。

图2 样品离心前后T2分布与岩心、薄片照片对比

表1 岩心核磁共振T2截止值测试结果

（3）泥灰岩：一般为湖泊相沉积，层位主要为N2。颗粒主要为泥晶级别，泥质含量较高，胶结差，实验过程中极易损坏；孔隙空间主要为晶间孔，孔径小，中高孔隙度低渗透率特征；由于岩心取出地面后容易出现微裂缝，其T2分布也呈双峰特征，左峰幅度较高，右峰幅度较小［见图2（c）］；T2截止值一般在3ms左右（见表1）。

（4）藻灰岩：一般为湖泊相沉积，层位主要为E3、N2和N1。溶蚀现象普遍，部分岩石白云化作用较强，岩石藻格架溶孔或粒间溶孔发育。T2分布一般呈单峰特征，T2截止值在10～25ms之间［见图2（d）、表1］。

（5）低孔隙度低渗透率裂缝型灰岩：一般为湖泊相沉积，层位主要为N1和E1＋2。岩石基质孔隙度极低，岩石裂缝发育，伴随部分溶蚀孔洞。T2分布一般呈双峰或多峰特征，T2截止值在10～30ms之间，平均17ms左右［见图2（e）、表1］。

柴西地区碎屑岩类T2截止值在1.8～10ms，砂砾岩T2截止值低与砾石、岩屑来源于花岗岩、变质岩（含顺磁性物质）有关；泥质砂岩T2截止值低则主要与岩石颗粒细小、泥质含量高、孔隙半径小有关。碳酸盐类T2截止值与孔隙结构有很大关系，泥灰岩主要发育晶间孔，孔径最小，T2截止值最低；藻灰岩主要发育溶孔，孔径要大一些，T2截止值次之；低孔隙度低渗透率裂缝型灰岩的储渗空间以裂缝和溶蚀孔洞为主，T2截止值最大。

5 实例分析

图3为柴西地区××井核磁共振测井与常规测井的对比，井段深度2 090.0～2 094.0m岩性以砂砾岩为主，自然伽马低值，三孔隙度曲线显示有一定孔隙度，电阻率高值，属油层特征。岩心分析平均氦气孔隙度为11.0%，射孔后压裂测试，日产油7.89m3／d，无水，累计产油55.56m3。由于该段产纯油、无水，因此可以认为其孔隙中可动流体几乎全为油。采用33ms作为T2截止值计算的可动流体饱和度明显低于常规测井计算含油饱和度，而T2截止值采用3ms（岩心核磁实验结果）计算的可动流体饱和度则与常规测井计算含油饱和度比较接近，说明岩心核磁共振实验得到的T2截止值比理论T2截止值更准确。

6 结 论

（1）柴西地区储层岩性复杂，包括含岩屑砂砾岩、泥质砂岩、藻灰岩、中高孔隙度低渗透率泥灰岩、基质低孔隙度低渗透率裂缝型灰岩等类型。除三角洲相的中粗砂岩、砾岩外，绝大部分岩石颗粒细小，泥质含量高，孔隙半径小。

图3 柴西地区××井核磁共振测井与常规测井对比

（2）柴西地区岩心核磁共振T2分布弛豫时间偏小，多呈单峰特征，也有部分呈双峰形态。单峰或双峰形态的左峰主要为弛豫时间较小的原生孔隙响应；右峰幅度较低，为较大原生孔隙或次生孔洞裂缝响应。

（3）离心法测量的砂砾岩T2截止值一般为1.8～4.6ms、泥质砂岩T2截止值一般为5～10ms，较砂岩理论T2截止值33ms偏低很多。其中砂砾岩T2截止值大幅度降低与砾石、岩屑成分有关，泥质砂岩T2截止值降低主要与岩石颗粒细小、泥质含量高、孔隙半径小等因素有关。

（4）离心法测量的碳酸盐岩类T2截止值较碳酸盐岩理论T2截止值98ms偏低很多，不同类型的碳酸盐岩T2截止值差异较大，泥灰岩一般为3ms左右、藻灰岩为10～25ms、低孔隙度低渗透率裂缝型灰岩为10～30ms。这种差异与碳酸盐岩颗粒粒度、孔隙结构有关。

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