基于核磁共振驱替技术的页岩含油性评价

何梦卿，吴 珂

（西安石油大学石油工程学院，陕西西安 710065）

基于核磁共振驱替技术的页岩含油性评价

何梦卿，吴 珂

（西安石油大学石油工程学院，陕西西安 710065）

为评价页岩含油性，利用核磁共振技术，对页岩样品进行核磁共振油驱水测试并分析样品在不同驱替时间下的T2谱特征。结果表明，在毛细管力作用下，小孔喉和较小孔喉在整个驱替过程中含油量一直缓慢增长，因此较小孔喉和小孔喉是页岩油气成藏过程中原油的主要赋存场所。页岩含油性与物性参数之间没有表现出明显的相关关系。影响页岩含油性的主要因素是孔隙结构，不同的孔隙结构对应不同的驱替机理和驱替通道。此外，微裂缝的存在改变了页岩微观驱替机理，导致驱替波及程度变小，含油饱和度降低。

核磁共振驱替技术；页岩；含油性

在现今世界石油工业中，正经历着从常规油气向非常规油气的跨越，由于页岩油的特殊地位，作为最重要的非常规油气接替资源之一，受到了各方研究者的普遍关注。起初对于页岩含油性评价主要通过测井资料和地球化学实验[1，2]，逐渐开始应用气体吸附、高压压汞、扫描电镜、核磁共振等方法，通过研究页岩微观孔隙特征，评价页岩含油性[3，4]。核磁共振技术具备区分可动流体和束缚流体的能力，但研究多集中于孔隙结构、可动流体参数和表面润湿性等方面[5，6]，有关页岩含油性评价的研究较少。基于此，笔者利用核磁共振高压驱替系统，模拟油气成藏条件，对页岩样品进行核磁共振油驱水实验，明确了油气成藏过程中原油的主要赋存场所并分析了影响页岩含油性的主要因素。

1 实验介绍

1.1 实验材料及设备

实验用水为根据油田采出水所配制的模拟地层水，其矿化度为25 000 mg/L，黏度为2.2 mPa·s。实验样品岩性为页岩，其平均孔隙度和渗透率为1.67%和0.02×10-3μm2。选取 4 块直径 2.5 cm，长度 4 cm～7 cm的岩样进行实验。实验温度为室温23℃。实验设备主要由核磁共振仪、岩心夹持器及中间容器组成。

1.2 实验步骤

钻取直径为2.5 cm，长度为4 cm～7 cm的页岩岩心，进行核磁共振驱替实验。注入3 PV的含Mn2+模拟地层水驱替岩心，消除岩心中的水信号后，此时测试在岩心饱和地层水状态下的核磁共振T2谱。之后用模拟油驱替岩心，测各样品被驱替2 h，4 h，6 h，8 h后的核磁共振T2谱，根据核磁共振T2谱在不同驱替时间包围面积的变化分析页岩含油性。

2 实验结果分析及讨论

核磁共振时，氢核做横向驰豫运动，与孔隙壁发生碰撞，孔隙大小决定了氢核与孔隙壁的碰撞几率，孔隙越小，碰撞的几率越大，反之越小，T2值表现岩石孔喉内比表面的大小，与孔喉半径成正比。基于此，定义小孔隙为核磁共振横向弛豫时间小于1 ms的，较小孔隙为 1 ms～10 ms，中等孔隙为 10 ms～100 ms，大孔隙为大于100 ms的。核磁共振T2谱在饱和水条件下的分布状态呈现双峰态分布，特点为左峰高右峰低的T2谱形态（见图1）。由此可见，在饱和水条件下，油的分布状况主要是存在于小孔隙和较小孔隙之中。

图1 实验样品核磁共振T2谱Fig.1 The NMR T2spectrum of experimental samples

4块样品在进行驱替后，其核磁共振T2谱并未发生大的变化，仍以双峰态为主，但相比较饱和水状态下有了不同程度的上升，尤其左峰较以前有明显的幅度增加。说明油进入小孔喉及较小孔喉的量很大，这是由于毛细管半径与毛细管力成反比，当孔径越小，毛细管力相反越大，相应的自吸作用也就越强。

可见，在驱替初期，中等孔喉和大孔喉内含油量增长很快，随着驱替进行，含油量开始减少，而小孔喉和较小孔喉在整个驱替过程中含油量一直缓慢增长，表明油优先进入较大孔喉，随着驱替不断进行，油开始进入较小孔喉和小孔喉，因此较小孔喉和小孔喉是页岩油气成藏过程中原油的主要赋存场所。

图2 含油饱和度与物性相关关系Fig.2 Correlation between oil saturation and physical property

3 影响含油饱和度的因素

3.1 物性参数

通过对比驱替前饱和水状态下的油相T2谱和驱替过程中各个不同时间的油相T2谱，可以计算出含油饱和度。含油饱和度可以体现油驱水的效果，含油饱和度越高则油驱水的效果越好，因此在一定程度上可以反映出含油性的好坏。其中含油饱和度、孔隙度和渗透率三者之间没有明显的相关关系（见图2）。这说明物性较好的样品含油性不一定好，物性较差的样品也可能有较好的含油性，对于含油性的评价还需要考虑储层的微观特征。

3.2 孔隙结构

影响页岩含油性的主要因素是孔隙结构，不同的孔隙结构拥有不同的驱替通道。孔隙连通性较好的样品，一般发育较好的粒间孔和粒内孔。油在驱替过程中首先沿着粒间孔迅速流动，在流动过程中随着压力和驱替面积逐渐增加，油开始进入与粒间孔连通较好的粒内孔之中，样品含油饱和度高。但在一些连通性较差的样品中，如粒间孔和其他孔隙发育程度较差，但有机质孔发育程度高，则主要驱替通道变为有机质孔。油先进入有机质孔并缓慢向四周扩散，因此驱替范围较小，导致含油饱和度较低。然而粒间孔过于发育时，油驱水过程中油沿着粒间孔之间连通性好的通道突进，发生绕流现象。因此油基本不会进入粒间孔连通性差或孔隙不发育的区域，驱替面积很小，含油饱和度低。

3.3 微裂缝

因为微裂缝的出现，造成微观驱替机理发生变化。虽然微裂缝的发育可以连接孔隙，以及增加样品的渗透性，但微裂缝的发育同样增大了微观孔隙结构的非均质程度。微裂缝发育的样品与粒间孔发育的样品在驱替过程中情况相似。油沿着微裂缝快速前行，发生绕流，即使增大驱替压力，油也几乎不向四周扩散，波及程度很小，导致最终的驱替效率较差。

4 结论

（1）毛细管半径与毛细管力成反比，孔径越小，对应的自吸作用就越强。中等孔喉和大孔喉内含油量增长很快，而小孔喉和较小孔喉在整个驱替过程中含油量一直缓慢增长，说明较小孔喉和小孔喉是页岩油气成藏过程中原油的主要赋存场所。

（2）含油饱和度与物性参数之间没有表现出明显的相关关系。物性较好的样品含油性不一定好，物性较差的样品也有可能有较好的含油性。

（3）影响页岩含油性的主要因素为孔隙结构，由于孔隙结构的不同，驱替机理就不同。尤其是微裂缝的存在，虽然提高了孔隙连通性和物性，但改变了页岩微观驱替机理，使得注入油几乎不向四周扩散，波及程度很小，最终驱替效率较差。

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Evaluation of shale oil based on NMR displacement technology

HE Mengqing，WU Ke
（College of Petroleum Engineering，Xi'an Shiyou University，Xi'an Shanxi 710065，China）

In order to evaluate the oil content of shale,NMR displacement technology was used to test shale samples and the T2spectrum characteristics of samples under different displacement time was analysed.The result shows that the oil content of small pore and smaller pore is increasing slowly in the whole displacement process because of the capillary force.Therefore,the smaller pore and small pore are the main place of oil storage.There is no significant correlation between oil content and physical property of shale.Pore structure is the main factor which influences oil content of shale.Different pore structure correspond to different displacement mechanism and displacement channel.In addition,microcracks change the displacement mechanism of shale,resulting in smaller sweep area and lower oil saturation.

nuclear magnetic resonance displacement technology；shale；oil content

TE122.23

A

1673-5285（2017）11-0083-04

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.11.020

2017-10-30