鄂尔多斯盆地西南部长8超低渗透砂岩核磁共振T2截止值研究

闫子旺，张红玲，周晓峰，罗 超，宋广宇，辛一男

(中国石油大学(北京)石油工程教育部重点实验室，北京昌平 102249)

鄂尔多斯盆地西南部长8超低渗透砂岩核磁共振T2截止值研究

闫子旺，张红玲，周晓峰，罗 超，宋广宇，辛一男

(中国石油大学(北京)石油工程教育部重点实验室，北京昌平 102249)

鄂尔多斯盆地；T2截止值；核磁共振；离心实验；超低渗砂岩

1 研究背景

核磁共振技术是表征储层可动流体百分数的有效手段，而T2截止值是标定可动流体的关键参数。因此，可动流体T2截止值的确定一直是国内外学者研究的热点问题之一[1]。研究表明，不同地区、不同岩性、不同物性的储层T2截止值 差异明显，很难用统一的截止值来笼统地确定可动流体。早在20世纪60年代，Brown利用核磁共振技术对原油的核磁共振特征进行了研究[2]。Morriss在分析总结前人研究成果的基础上，通过T1与T2之间的转换关系，计算得到了砂岩T2截止值大约为33 ms[3]，这也是美国斯伦贝谢公司推荐的砂岩T2截止值。大量学者对海相碳酸盐岩T2截止值也进行了研究，认为海相碳酸盐岩T2截止值大多集中在90～100 ms之间[4]。

核磁共振技术作为一种检测含氢流体饱和度的新方法在国内普遍应用主要从20世纪90年代开始。对于我国陆相沉积常规砂岩，王志战[5]、邵维志[6]分别提出了根据室内自由流体饱和度及岩样T2谱形态特征确定T2截止值的新方法。汪中浩[7]、姜鹏[8]分别对塔中地区及新疆、大庆等低渗透砂岩进行了T2谱测试，得到T2截止值变化范围为6.4～68.3 ms，平均值为23.7 ms。郎东江[9]、李振涛[10]对碳酸盐岩T2截止值进行了研究，推荐63.6 ms作为碳酸盐岩可动流体T2截止值。此外，杨正明[11]、廖作才[12]、郭和坤[13]、孙军昌[14-15]等人分别对火山岩、低渗火山岩、致密砂岩、页岩岩心的T2截止值进行了研究，给出了各种岩性岩心的T2截止值范围。但是，无论是根据T2截止值与核磁共振T2谱的形态特征的关系确定T2截止值，还是利用核磁共振技术与某一规定大小的离心力离心实验结合确定可动流体T2截止值，都具有很强的经验性。并且，鄂尔多斯盆地西南部长8储层微观孔隙结构复杂，岩石物性总体较差，平均孔隙度8.90%，平均渗透率0.75×10-3μm2，属于低孔、超低渗透储层。为了更好地进行超低渗透储层分类评价，有必要对盆地西南部长8超低渗砂岩储层的T2截止值进行研究。

2 实验步骤

2.1 实验准备

将实验岩心洗油、烘干，测量长度、直径和密度；测量气测孔隙度、气测渗透率；抽真空饱和盐水，利用湿重与干重差计算水测孔隙度(表1)。

2.2 最佳离心力的标定

采用气水离心实验确定T2截止值时，离心力大小的标定至关重要。最初，国外学者都以100 psi作为砂岩的最佳离心力来进行离心实验，D.Logan等人选取100 psi作为最佳离心力对美国Delaware砂岩岩心进行了离心实验[16]。之后，Rahul Dastidar等人将离心力从0 psi逐步增加到120 psi来标定最佳离心力，确定100 psi为砂岩岩心最佳离心力[17]。Keh-Jim Dunn等人对13个区块91个低渗碎屑岩样品进行了离心，离心力从50 psi逐步增加到400 psi，确定最佳离心力大于或接近400psi[18]。但以上研究都是基于国外海相沉积砂岩，不一定适用于国内复杂的陆相沉积砂岩。杨平、郭和坤等人对长庆超低渗砂岩使用0.138、0.276、0.689、1.38、2.07、2.76 MPa离心力进行最佳离心力的标定，认为长庆超低渗砂岩岩样最佳离心力为2.07 MPa[19]。但由于超低渗储层可动流体百分数较低，用两次离心后岩心内含水饱和度的减少量在3%以内作为标定最佳离心力的评判标准不够精确，所以有必要对盆地西南部长8超低渗砂岩岩心的最佳离心力进行重新标定。

表1 岩心常规测试及核磁共振分析结果

在前人研究的基础上，本次实验设计20、40、200、400 psi(即0.14、0.28、1.38、2.76 MPa)4组离心力对研究区典型超低渗岩心进行高速离心。当离心力从200 psi增大至400 psi，岩心含水饱和度的减少量为6.1%～11.68%，平均值9.33%，显然200 psi不能作为本地区超低渗砂岩岩心核磁共振最佳离心力。选取盆地西南部长8代表性的5块岩心对岩心含水饱和度与离心力的关系进行数据拟合，发现两者呈很好的乘幂关系(图1)，相关系数均高达0.99。利用以上拟合关系式，计算不同离心力下的含水饱和度，并与上一次离心后的含水饱和度做差，计算结果表明，450 psi离心力后与400 psi 离心后的差值在0.13%～1.71%之间，平均值为1.02%，故标定400 psi(2.76 MPa)为盆地西南部长8超低渗砂岩核磁共振最佳离心力。根据毛管力计算公式，400 psi离心力对应的喉道半径大小约为0.05 μm，因此，储层有效渗流喉道半径的下限约为0.05 μm。

图1 岩心离心力与含水饱和度拟合曲线

2.3 核磁共振测试

实验用中石油勘探开发研究院廊坊分院开发研制的编号为RecCore-04型低磁场核磁共振岩样分析仪，对岩心进行核磁共振T2谱测试。核磁共振实验设置等待时间为5000 ms，回波间隔时间为0.6 ms，回波个数为1024，扫描次数为128。选取6块代表性的超低渗岩心样品在饱和水状态下进行核磁共振T2测试，并反演计算出T2弛豫时间谱。然后分别进行20、40、200、400psi(即0.14、0.28、1.38、2.76 MPa)离心力测试并进行核磁共振测量，反演计算出T2弛豫时间谱，图2是岩心标号为b168的岩心核磁共振T2谱。

图2 岩心标号b168岩心核磁共振T2谱

3 实验结果分析与讨论

3.1 T2截止值的确定

国外通常采用孔隙度累加法确定T2截止值。其基本步骤是：首先将岩样在饱和水状态下进行核磁共振测量，对T2谱幅度累加，得到饱和水状态下的孔隙度累加曲线；接着在最佳离心力离心后，进行核磁共振测量，对T2谱幅度累加，得到束缚水状态下的孔隙度累加曲线。将这两条曲线作于同一张图上，从离心后T2谱累加孔隙度曲线最大值处作一条与时间轴平行的直线，该直线与饱和水状态下T2谱孔隙度累加曲线有一个交点，经过该交点作一条平行于纵坐标的直线，该直线与弛豫时间轴的交点对应的T2值即该岩样的T2截止值(图3)。

图3 孔隙度累加法确定岩样T2,cutoff原理图

根据我国行业标准《岩样核磁共振参数实验室测量规范》(SY/T6490-2000)，在最佳离心力离心后的岩心T2谱上计算累积孔隙度，再在全饱和岩心的T2谱上找一点，使其左边累积孔隙度与最佳离心力离心后计算的累积孔隙度相等，该点对应的T2值即为T2截止值。对比国内外两种计算T2截止值的方法，国外孔隙度累加法计算方法简单易操作，但误差较大；我国行业标准提供的计算方法更加严谨、精确，但两种方法的实质是一样的。按照我国行业标准提供的计算方法对盆地西南部长8储层的6块超低渗砂岩岩心分析得出，超低渗砂岩岩心T2截止值分布在4.18～23.14 ms，平均值为8.7 ms。前人推荐的长庆油田超低渗砂岩储层T2截止值为12.47 ms[19]，已不适用于本地区超低渗砂岩储层。盆地西南部长8储层可采用8.7 ms作为参考的T2截止值。

对比前人研究成果发现，超低渗砂岩岩心T2截止值并不完全处于饱和水状态下核磁共振T2谱双峰间的最低点，而是靠近高峰的一侧，说明经验方法认为砂岩的T2截止值位于双峰间最低点的观点存在很大误差。以b168岩心为例，按照我国行业标准计算得到的T2截止值为5.25 ms，而通过经验估计得到的T2截止值约为10.8 ms，两者相对误差51.39%。说明利用经验方法估算T2截止值已不适用于复杂的超低渗透砂岩储层。

3.2 T2截止值与储层物性参数的关系

超低渗透砂岩T2截止值随地区和岩性的变化差异很大，为了得出同一地区相同岩性条件下超低渗透砂岩T2截止值与储层物性参数的关系，建立区域性的T2截止值变化规律，可以通过常规室内实验或测井方法获得储层物性参数并对该地区T2截止值进行一定精度的预测，获得同一地区相同岩性储层T2截止值随深度的变化规律，从而使用变T2截止值模型对储层做出解释评价。

4 结论

(1)通过分析不同离心力下核磁共振T2谱含水饱和度的变化，标定鄂尔多斯盆地西南部长8超低渗砂岩储层T2截止值的最佳离心力为2.76 MPa，储层有效渗流喉道半径的下限约为0.05 μm。

(2)根据我国行业标准提供的T2截止值计算方法，确定盆地西南部长8超低渗砂岩T2截止值分布在4.18～23.14 ms，平均值8.7 ms，因此推荐8.7 ms作为该地区参考的T2截止值。

(3)盆地西南部长8超低渗砂岩T2截止值与孔隙度的相关性并不理想，但与渗透率和最佳离心力渗透率具有很好的函数关系，利用这种函数关系，建立区域性的T2截止值变化规律，为预测鄂尔多斯盆地超低渗砂岩T2截止值、可动流体百分数和储层可动用下限提供了科学依据。

图4 岩心T2截止值与渗透率、孔隙度及关系

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编辑：李金华

1673-8217(2015)05-0128-04

2015-04-23

闫子旺，1990年生，2012年毕业于中国石油大学(华东)石油工程专业，在读硕士研究生，研究方向：油气田开发理论与系统工程。

中国石油大学(北京)科研基金(KYJJ2012-02-46)；国家科技重大专项(2011ZX05013-006)资助。

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