核磁共振测井在低渗砾岩储集层评价中的应用——以玛湖凹陷下三叠统百口泉组为例

毛锐，许琳，房涛，王振林

有效孔隙度预测是低渗砾岩油藏的基础工作之一[1]，精确表征储集层有效孔隙度，可以有效指导物性、含油气性及分类等的研究工作。目前，有效孔隙度的预测主要是利用密度、声波时差和核磁共振测井等方法。利用密度和声波时差测井确定有效孔隙度，需要先确定地层岩性、矿物类型，进而确定岩石骨架参数，具有一定的经验性[1]。利用核磁共振测井计算储集层有效孔隙度，就是根据储集层中黏土矿物类型，确定有效孔隙度的T2起算时间，在T2起算时间后的核磁共振孔隙度之和即为有效孔隙度，碎屑岩储集层的T2起算时间一般为3 ms[2-3].然而，玛湖凹陷下三叠统百口泉组砾岩储集层岩性复杂，非均质性强，导致岩石骨架参数的不确定性[4-6]，黏土矿物类型多样、孔隙结构复杂又使得有效孔隙度不能仅依靠T2起算时间进行计算，给物性测井评价带来了巨大困难。本文在分析低渗砾岩储集层物性影响因素的基础上，综合利用岩心分析总孔隙度、有效孔隙度和黏土矿物含量，利用中子测井及核磁共振测井资料对玛湖凹陷下三叠统百口泉组低渗砾岩储集层有效孔隙度进行了计算，实现了研究区探井有效孔隙度的精确表征，为储集层测井评价奠定了基础。

1 储集层物性特征

玛湖凹陷下三叠统百口泉组属于陆相碎屑岩沉积，储集层中发育有多种类型黏土矿物，如伊利石、绿泥石、高岭石、伊蒙混层等（图1），孔隙类型主要以粒内溶蚀孔为主，其次为粒间溶蚀孔、微裂缝等[5]，平均孔隙度为8.84%，平均渗透率为1.14 mD，属于低孔低渗储集层。勘探成果表明，黏土矿物含量是影响储集层物性的关键因素[4]，且随着黏土矿物含量的增大，孔隙度迅速变小，渗透率呈数量级降低，黏土矿物含量对物性控制明显（图2），当黏土矿物含量超过6%时，物性极差，为非储集层。因此，准确表征黏土矿物含量是评价有效孔隙度的基础。

图1 玛湖凹陷百口泉组典型黏土矿物扫描电镜照片

2 黏土矿物含量测井表征方法

玛湖凹陷不同井区百口泉组的黏土矿物含量不超过8%，且以伊蒙混层为主，但不同井区不同类型的黏土矿物含量变化较大，说明研究区百口泉组黏土矿物复杂（表1）。在测井储集层评价中，通常用自然伽马、中子等常规测井数据计算泥质含量，即黏土矿物与粗粉砂之和，并没有关于黏土矿物含量的测井计算模型。

图2 玛湖凹陷百口泉组物性参数与黏土矿物含量交会图

表1 玛湖凹陷百口泉组黏土矿物X射线衍射分析结果%

研究表明，黏土矿物束缚水的核磁共振横向弛豫时间范围很小，一般为0.1～16.0 ms[7]，且每种黏土矿物束缚水的核磁共振横向弛豫时间范围都不一样，如高岭石为1.0～10.0 ms，伊利石为1.0～3.0 ms，蒙脱石一般小于1.0 ms[7-9].同时，研究区百口泉组砾岩储集层微裂缝发育（图3），由于微裂缝孔隙结构差，实验室20.48 MPa毛细管压力下进汞饱和度较低，且在最大进汞饱和度时，利用毛细管压力转换的横向弛豫时间普遍小于3.0 ms（表2），说明微裂缝中存在的毛细管束缚水与黏土矿物束缚水的核磁共振横向弛豫时间范围有所重叠[10]。然而，核磁共振测井理论认为，毛细管束缚水孔隙度是有效孔隙度的一部分（图4）。因此，地层有效孔隙度就不能仅利用T2起算时间进行计算[11-13]。

图3 玛湖凹陷百口泉组砾岩储集层微裂缝铸体薄片

表2 玛湖凹陷百口泉组毛细管压力转换的横向弛豫时间（最大毛细管压力20.48 MPa）

图4 含油气泥质砂岩体积模型

本文利用中子测井与核磁共振测井相结合的方法解决黏土矿物含量难以表征的问题。理论认为，中子测井可以探测到地层中全部的含氢指数，而核磁共振测井只能探测到可动流体、毛细管束缚水和黏土矿物束缚水的含氢指数，不能探测到黏土矿物中结晶水的含氢指数[14]（图4）。由于结晶水是以晶格的形式与黏土矿物形成矿物晶格共存，黏土矿物的含氢指数就是一个定值，如高岭石为0.36，绿泥石为0.34，伊利石为0.12[14]，且研究区沉积作用、成岩演化作用相似，所以黏土矿物含量与结晶水含量应存在线性关系，即黏土矿物中结晶水含量越大，黏土矿物含量就越大。因此，利用中子测井孔隙度与核磁共振测井孔隙度之差即可表征黏土矿物中结晶水含量。综上所述，黏土矿物含量测井表征公式为

建立玛西井区和玛北井区黏土矿物含量与中子测井孔隙度和核磁共振测井孔隙度之差的交会图，经拟合回归，得到了黏土矿物含量的计算公式（图5）。

图5 玛湖凹陷百口泉组黏土矿物含量计算图版

3 有效孔隙度测井表征方法

根据核磁共振测井理论，核磁共振测井计算的地层总孔隙度可以分3个部分，即黏土矿物束缚水孔隙度、毛细管束缚水孔隙度和可动流体孔隙度（图4）。其中毛细管束缚水孔隙度和可动流体孔隙度之和为有效孔隙度，因而只要能通过黏土矿物含量得到黏土矿物束缚水孔隙度，然后利用核磁共振测井孔隙度减去黏土矿物束缚水孔隙度即可得到地层的有效孔隙度。研究表明，黏土矿物束缚水是由黏土矿物表面水化作用，吸附在黏土矿物表面而形成的不可动的水膜[14]，因此黏土矿物束缚水含量主要受黏土矿物含量的影响，黏土矿物束缚水孔隙度应与黏土矿物含量呈线性关系。

通过对研究区8口井的岩心分析有效孔隙度进行深度归位，利用核磁共振测井孔隙度与归位后的岩心分析有效孔隙度之差表示黏土矿物束缚水孔隙度，并与岩心分析黏土矿物含量交会，发现二者呈现明显的正相关关系（图6），黏土矿物含量的回归公式为

研究区有效孔隙度的定量计算公式为

利用图5a中拟合公式计算玛西井区M601井百口泉组的黏土矿物含量与岩心分析值具有很好的一致性（图7），二者的相对误差为4.7%，满足地质需求。利用本文方法与传统T2起算时间法计算M601井百口泉组有效孔隙度，并进行对比，T2起算时间为3.0 ms时计算的有效孔隙度普遍小于岩心分析有效孔隙度，相对误差为35.4%；T2起算时间为1.0 ms，1.7 ms和2.0 ms时，计算的有效孔隙度与岩心分析孔隙度也难以完全吻合（图7），相对误差分别为13.9%，24.6%和27.6%，说明地层黏土矿物类型复杂，利用T2起算时间计算有效孔隙度适应性差。而利用本文方法计算的有效孔隙度与岩心分析有效孔隙度之间具有良好的相关性，二者之间的相对误差仅为4.7%，精度满足实际生产需求。利用本文方法对研究区内19口探井进行有效孔隙度计算，相对误差仅为6.8%，此方法在玛湖凹陷百口泉组储集层评价中得到广泛应用。

图6 玛湖凹陷百口泉组黏土矿物束缚水孔隙度与黏土矿物含量的关系

图7 玛湖凹陷玛西井区M601井百口泉组有效孔隙度计算结果对比

4 结论

（1）黏土矿物含量是玛湖凹陷百口泉组低渗砾岩储集层物性的主控因素，纵向上黏土矿物含量的连续表征是获得准确有效孔隙度的基础。

（2）以往测井理论里没有对黏土矿物含量的表征模型。本文在中子测井和核磁共振测井探测原理的基础上，利用岩心分析黏土矿物含量与中子测井孔隙度和核磁共振测井孔隙度之差建立了研究区百口泉组黏土矿物含量测井表征模型。

（3）固定的黏土矿物T2起算时间无法精确计算黏土矿物类型多样、孔隙结构复杂地层的有效孔隙度。根据核磁共振测井探测原理，利用岩心分析黏土矿物含量与黏土矿物束缚水孔隙度建立了黏土矿物束缚水孔隙度表征模型，然后利用核磁共振测井孔隙度与黏土矿物束缚水孔隙度之差计算了研究区19口探井的有效孔隙度，计算精度高，能够满足测井储集层评价的需求。

符号注释

a，c——回归分析系数；

φcm——黏土矿物含量，%；

ϕCBW——黏土矿物束缚水孔隙度，%；

ϕCMR——核磁共振测井孔隙度，%；

ϕe——有效孔隙度，%；

ϕN——中子测井孔隙度，%.

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