致密砂岩储层核磁共振T2谱分析研究

张晓

（西安石油大学，陕西西安710065）

致密砂岩储层核磁共振T2谱分析研究

张晓

（西安石油大学，陕西西安710065）

为了分析岩石孔隙中流体分布，使用核磁共振（NMR）仪器对致密砂岩储层不同井位岩心进行了测量，得到T2谱分布。核磁共振（NMR）T2谱可较为直观的反映岩石孔隙中流体分布。实验结果表明，样品T2截止值较小，并且其T2谱分布主要为双峰，横坐标表示横向弛豫时间，横向弛豫时间对应孔隙的大小，1 ms~10 ms对应小孔隙，10 ms~100 ms对应的中等孔隙，100 ms以上对应大孔隙。小孔隙中的流体由于毛管力作用导致流体不可流动，也就是所谓的束缚流体，而大中孔隙中流体可以在驱动力作用下流动也就是常说的可动流体。

T2谱；可动流体分布；可动流体饱和度

核磁共振最早是应用于医疗诊断、分子波谱等领域。而在20世纪90年代，核磁共振（NMR）技术被引入石油测井行业，可以利用它来区分可动流体和不可动流体，从而形成了一种新的测井方法，使得测井技术取得了阶段性的进步，在石油勘探开发领域得到了广泛应用[1-3]。总的来说，NMR技术特点是快速、无损，该技术在石油行业内的应用主要分为两个方面：（1）应用于核磁测井和解释评价，（2）应用于低场核磁共振室内岩心分析。现代核磁共振测井技术为油层解释评价提供了一种新的方法和理论，并且提高了其评价的精度[4-7]。目前，NMR岩心分析技术和核磁共振测井技术已经发展成为非常重要的测量手段，在核磁测井资料的收集处理、解释分析及应用实施方面得到了充分的发挥，利用核磁共振岩心分析技术可较为直观的评价岩心的孔隙结构和孔隙中可动流体的分布及含量[8-10]。

1 核磁共振基本原理

从分子角度来讲，原子核具有净磁矩和角动量（或自旋）。当原子核位于一个磁场中时，原子核会被磁场磁化并对射频作出响应，围绕外磁场的方向进动，所谓进动是指当自旋物体受力矩作用沿着垂直于力矩的方向的运动，这就是核磁共振的定义。当原子核的中子数和质子数有一项或两者均为奇数时，就能产生一个能够检测到的核磁共振信号。如氢核1H，碳13C，氮14N等。其中氢核1H为大部分核磁共振技术检测的基础，原因是其含量丰富，大部分检测物质都有氢核的存在，特点是灵敏度较高、磁矩较大、信号较强。

核磁共振是指某些具有自旋磁矩的原子核处于一个均匀的静磁场中时，若再施加一个射频场，原子核吸收特定的电磁波，从而能量状态发生改变，在测量结束撤掉磁场后，能接收到一个幅度随时间变化的且呈指数函数递减的一串衰减信号，这就是核磁共振的理论基础，一般T2谱来表征该信号的衰减幅度，可用下式表示：

其中：T2－岩心的横向弛豫时间，μs；-流体的体积横向弛豫时间，μs；ρ-岩心表面弛豫强度常数，（10-7rad·S-1·T-1）；-岩石孔隙比表面，cm-1。

由实验测试结果可以看出，体积横向弛豫时间一般较大，基本都＞3 000 μs，所以在公式中可忽略不计，所以有：。其中，若假设孔隙是由理想球体组成的，其中：S=4πr2，，r为毛管半径，μm，其比表面；假设孔隙是理想圆柱体组成的，S=2πr2， V=πr3，其比表面，r为毛管半径，μm。

储层岩石孔隙是由多孔介质中不同孔隙组成的，孔隙差异性导致测量结果存在多种指数衰减信号，总的核磁弛豫信号是不同孔隙弛豫时间的叠加，可以用下式描述：

在测得信号衰减叠加曲线以后可利用数学方法计算得出不同弛豫时间的流体所占比例，即为核磁共振T2时间谱。孔道大小可用流体的弛豫时间来表示，弛豫时间不同反应出孔道大小不一样，弛豫时间越大表示孔道越大，反之表示孔道越小。

2 实验步骤

（1）钻取直径2.5 cm，长度4 cm左右的岩心样品，洗油后烘干，测气测渗透率。

（2）配制模拟地层水。

（3）抽真空饱和模拟地层水，测试核磁共振T2谱。

（4）让岩心放入离心机中，以8 000 r/min的转速离心3 h，测核磁共振T2谱。

3 试验样品信息与结果

实验样品来自致密砂岩储层不同井的4块岩心进行了核磁共振测试，实验样品（见表1），孔隙度最大为10.93%，最小的为2.08%，平均为4.991%，从渗透率来看，样品属于低孔、低渗岩样。

表1 不同岩心核磁共振测试结果

四块岩心饱和水模拟地层水后测的核磁共振T2谱（见图1），四块岩心离心前后核磁共振T2谱分布图（见图2）。从图1可以看出四块岩心都呈现双峰状态，T2截止值平均值在7.674左右，在常规砂岩储层的T2谱截止值经验范围中偏小，根据经验判断，左峰表示孔隙中不可动流体的幅度，右峰代表可动流体，在T2谱中横坐标位于7.674 ms右侧的点的幅度占T2谱全部点幅度的百分比即可动流体饱和度，另外，定义孔隙度和可动流体饱和度的乘积为可动流体孔隙度。从图2可以看出，T2谱分布主要呈现双峰结构，一般情况下，通过离心后右峰应基本消失，但也不会完全消失，左峰变化微弱，这是由于离心力作用一部分连通的小孔隙中的流体被甩出，造成左峰轻微减小或微小偏移。另外，中大孔隙中的流体在离心力的作用下运移过程中会被小孔隙卡住不会被离心出来，在离心结束后测试过程中凝结成水滴表现为可动流体，从而使得离心后右峰不会完全消失。从本次实验所用样品的四块岩心来看，可动流体饱和度介于17%~73%，可动流体孔隙度介于0.35%~7.97%。一般认为样品物性越好，特别是样品渗透率越高，可动流体参数一般都会有增加的趋势，但由表1可以看出，渗透率和可动流体饱和度不是完全的正比关系，渗透率低的岩心也有可动流体饱和度比较高的情况，比如实验样品中的14号样品；而渗透率较高的岩心可动流体不见得比低渗透率岩心可动流体饱和度高，比如实验样品中的10号样品。这说明，对于致密砂岩储层，可动流体的影响因素比较复杂，不完全受孔隙度和渗透率的影响。

图1 核磁共振T2谱－饱和模拟地层水

图2 不同岩心离心前后核磁共振T2谱

结论：（1）核磁共振T2谱可较为直观的表示岩心孔隙中流体分布，对应在T2谱横坐标上，0.1 ms~1 ms表示微孔隙，1 ms~10 ms表示小孔隙，10 ms~100 ms表示中孔隙，100 ms以上表示大孔隙。

（2）T2谱图呈双峰状态，左峰表示孔隙中不可流动的束缚流体，右峰表示孔隙中可动流体。

（3）致密砂岩的T2截止值较小，可动流体饱和度影响因素复杂，不完全受样品物性的影响。

［1］刘堂宴，王绍民，傅容珊，等.核磁共振谱的岩石孔喉结构分析［J］.石油地球物理勘探，2003，38（3）：329-334.

［2］高辉，任国富，穆谦益.鄂尔多斯盆地延长组特低渗透砂岩微观孔喉特征的定量评价［J］.岩石力学与工程学报, 2013，32（2）：3116-3122.

［3］高辉，孙卫，田育红，等.核磁共振技术在特低渗砂岩微观孔隙结构中的应用［J］.地球物理学进展，2011，26（1）：294-299.

［4］周科平，李杰林，许玉娟，等.基于核磁共振技术的岩石孔隙结构特征测定［J］.中南大学学报，2012，43（12）：4796-4800.

［5］连华云，赵文杰，刘兵开，等.利用T2分布进行岩石孔隙结构研究［J］.测井技术，2002，26（1）：18-21.

［6］张超谟，陈振标，张占松，等.基于核磁共振T2谱分布的储层岩石孔隙分形结构研究［J］.石油天然气学报，2007，29（4）：80-86.

［7］王学武，杨正明，李海波，等.核磁共振研究低渗透储层孔隙结构方法［J］.西南石油大学学报，2010，32（2）：69-72.

［8］罗少成，成志刚，林伟川，等.基于核磁共振测井的致密砂岩储层孔喉空间有效性定量评价［J］.油气地质与采收率，2015，22（3）：16-21.

［9］汪中浩，章成广，肖承文，等.低渗透储集层T2截止值实验研究［J］.地球物理学进展，2004，19（3）：652-655.

［10］李艳，范仁宜，邓少贵，等.核磁共振岩心实验研究储层孔隙结构［J］.勘探地球物理进展，2008，31（2）：129-133.

The T2spectrum analysis of tight sandstone reservoir

ZHANG Xiao
（Xi'an Shiyou University，Xi'an Shanxi 710065，China）

In order to analyze the fluid distribution in rock pores,using Nuclear Magnetic Resonance（NMR）instrument to measure different cores of the tight sandstone reservoir to get T2spectrum distribution.The T2spectrum can reflect the fluid distribution in rock pores more directly.The experimental results show that the T2cutoff value is smaller and its T2spectrum distribution mainly in double peak and the horizontal coordinate represents the abscissa transverse relaxation time.Transverse relaxation time corresponding pores size,1 ms~ 10 ms corresponding small pores,10 ms~100 ms corresponding medium pores,more than 100 ms corresponding large pores.Irreducible fluid means that can't flow because of capillary pressure,movable fluid means that fluid can flow because of the driving force.

T2spectrum；movable fluid distribution；movable fluid saturation

TE132.14

A

1673-5285（2017）02-0085-04

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.02.020

2016－12-18