低渗碳酸盐岩储层核磁共振渗透率计算新方法

2019-01-14张鹏浩张占松朱林奇

当代化工 2019年12期

张鹏浩张占松朱林奇

摘要：对于孔隙结构复杂的碳酸盐岩储层来说，基于中高渗储层提出的经典核磁共振渗透率计算模型，不能精确的反映低渗储层的孔隙结构复杂性，适用性较差。因此，针对中东H油田低渗碳酸盐岩储层，提出了一种能够反映可动流体孔隙结构的渗透率计算方法。根据压汞曲线的分布特征，确立孔径分类标准，然后通过建立核磁共振T2谱和压汞孔喉半径之间的关系，将孔径分类标准转化为核磁共振横向弛豫时间标准，并将可动流体孔隙精细的划分为易流体孔隙和不易流体孔隙。基于不同孔隙组分含量对渗透率的不同影响，建立了精细评价孔隙结构的核磁共振计算渗透率新模型。通过对比，新方法的计算精度明显高于传统经典模型，对研究区块有很好的适用性。

关键词：碳酸盐岩;低渗储层;核磁共振;压汞;流体组分;渗透率

中图分类号：TE344 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2019）12-2861-05

Abstract： For carbonate reservoirs with complex pore structure， the classical nuclear magnetic resonance permeability calculation model for medium and high permeability reservoir analysis cannot accurately reflect the pore structure complexity of low permeability reservoirs， so its applicability is poor. Therefore， a permeability calculation method which can reflect the pore structure of movable fluids was proposed for the low permeability carbonate reservoir in the Middle East H oilfield. According to the distribution characteristics of mercury porosimetry curve， the pore size classification criterion was established. Then， the pore size classification criterion was transformed into the transverse relaxation time criterion of NMR by establishing the relationship between the T2 spectrum of NMR and the pore throat radius of mercury porosimetry. The movable fluid pore was divided into easy fluid pore and difficult fluid pore. Based on the different effect of different pore component contents on the permeability， a new permeability calculation model of nuclear magnetic resonance （NMR） for fine evaluation of pore structure was established. The comparison results showed that the accuracy of the new model was much higher than that of the traditional classical model， which had good applicability to the research blocks.

Key words： Carbonate rocks; Low permeability reservoir; Nuclear magnetic resonance; Mercury intrusion; Fluid component; Permeability

渗透率是储层评价和储量计算中的重要参数，渗透率的准确计算是油田开发的关键一步[1-3]。对于常规储层来说，由于孔隙结构简单，孔隙度和渗透率相关性较好，常规的测井方法就可以对渗透率进行准确的计算。但是对于岩性复杂的碳酸盐岩储层来说，其孔隙结构复杂多样，常规的方法不能对渗透率进行精确的预测。因此，在碳酸盐岩储层测井评价中，准确预测渗透率是其中存在的一大难题[4-6]。

核磁共振测井作为一种能表征储层孔隙结构的测井方法，可以将储集层孔隙中的束缚水体积直观的表现出来[7-9]，从而对渗透率进行精细的评价。很多学者提出了利用核磁共振测井技术计算渗透率的方法，其中最經典的有Coates模型和SDR模型[10-12]，以及在此基础上提出来的基于核磁共振T2谱分布的渗透率计算方法[12-14]。但该类模型在表征复杂孔隙结构储集层渗流机理方面，只是通过岩石宏观信息来计算渗透率，没有精细考虑T2谱的分布，不能充分反映不同孔隙结构对渗透率的贡献值不同的情况。尤其是对于低渗储层来说，相同的孔隙度，渗透率的大小会根据孔隙结构而变化，表现出不同级别[15，16]。压汞法绘制的毛管压力曲线，可以通过进汞过程表征储层的孔隙结构，因此，笔者结合岩心压汞与核磁共振资料对渗透率进行预测。通过分析压汞孔喉半径的分布，确立了小孔和微孔的分类标准，结合核磁共振T2谱的分布情况，建立了横向弛豫时间与孔喉半径的指数关系，将孔径分类标准转化成横向弛豫时间标准，从而确定了不同孔隙组分的核磁共振横向弛豫时间范围，将可动流体孔隙组分更精细的划分为孔隙半径较大，连通性较好，对渗透率起主要贡献作用的易流体孔隙和孔隙半径较小，连通性较差，对渗透率起限制作用的不易流体孔隙。通过计算易流体组分和不易流体组分的孔隙含量，并基于两种孔隙组分和渗透率的关系，笔者提出了一种精细划分孔隙组分的核磁共振计算渗透率的新方法，计算精度有了明显的提高。

1 经典核磁共振测井渗透率计算模型

（1）Coates模型，通过确定T2截止值，将孔隙分成可动流体（VFFI）和束缚流体（VBVI），并将两种流体孔隙的比值和孔隙度作为影响渗透率的两大参数，进行线性拟合，得到渗透率的计算公式：

Coates模型只是将孔隙度直接分为以可动流体为主的大孔隙和以束缚流体为主的小孔隙，没有考虑不同孔隙对渗透率的贡献差异。SDR模型则是不考虑孔隙结构的不同，通过将T2谱分布平均化，反映孔隙度的整体平均水平，来计算渗透率。对于孔隙结构简单的常规储层来说，这两类经典模型通常可以准确的求取渗透率。但是对于孔隙结构复杂的碳酸岩储层来说，简单的流体划分和几何平均，并不能准确反映出储集层的储集特征和渗流机理，计算效果不理想。以中东地区某区块A井为例，采用Coates模型和SDR模型计算渗透率，并分别与核磁实验测得的岩心渗透率进行对比，见图1，可以看到对于渗透率大于10×10-3μm2的中高渗储层样品，两个经典模型的计算效果都比较好，但是对于那些渗透率小于10×10-3μm2的低渗样品，计算效果并不理想。因此，对于渗透率小于10×10-3μm2的低渗样品，笔者通过分析对应的压汞资料和核磁资料，对这些样品的孔隙结构进行了更加深入的研究。

2 岩石孔隙结构对储层渗透率的影响

储层孔隙结构的好坏在孔隙度上会有对应的体现，但是孔隙度不能作为表征孔隙结构的决定因素。尤其在低渗复杂岩性储层中，经常出现孔隙度接近的样品，但是渗透率属于不同级别。如表1中，A1、A2是中东H油田两块典型的低渗样品，在岩性和孔隙度接近的情况下，渗透率相差了两个数量级。对两块样品的压汞、薄片等实验资料进行对比分析，通过两块样品的孔喉半径分布特征可以看到，样品A1的孔喉半径峰值为0.04 μm，孔型主要是小于0.1 μm的微孔;样品A2的孔喉半径峰值为0.15 μm，孔型主要由大于0.1 μm的小孔组成。由样品对应的薄片资料也可以看出，样品A1的孔隙类型主要是独立存在的，孔隙半径相对较小的微孔，不利于岩石孔隙中流体的相互流通，岩石的渗透性差。

样品A2的孔隙类型主要是连通的，孔隙半径相对较大的小孔，有利于岩石孔隙中流体的相互流通，提高了岩石的渗透性。

统计分析该研究区块A井8块低渗岩心资料的分析结果，均有上述类似特征。这说明了孔隙结构上的差异，是造成这些低渗透率岩心存在渗透率差异的主要原因。因此，有必要对孔隙结构进行精细研究，得到低渗透储层的渗流特征，从而对渗透率进行准确评价。

在进行核磁共振测井时，如果岩石處于水润湿并完全饱和盐水的状态下，那么经反演处理得到的核磁T2谱形态，可以真实地反映出岩石的孔径分布状况[17]。

通过分析前面不同级别渗透率的孔喉半径分布特征的差异，微孔和小孔的临界孔喉半径确定为0.1 μm，由公式（3）可得到对应的核磁T2谱为35 ms。微孔和小孔的核磁共振横向弛豫时间标准以及压汞孔喉半径分布标准见表2。微孔和小孔的准确划分，是准确评价低渗透储层渗透率的前提条件。

3 结合孔隙组分的核磁共振计算渗透率新模型

在低渗储层划分微孔和小孔的基础上，对可动流体进行更精细的孔隙划分，明确不同孔隙含量对渗透率的贡献。根据岩心核磁T2谱分布特征的分析，对渗透率起主要贡献作用的可动流体进行对应的弛豫时间划分。定义孔隙分量S为T2谱中不同弛豫时间对应孔隙分量与总孔隙度分量的百分比，S1为可动流体孔隙中，横向弛豫时间大于35 ms所对应的孔隙分量，称为易流体孔隙;S2为可动流体孔隙中，横向弛豫时间小于35 ms所对应的孔隙分量，称为不易流体孔隙，见图4。建立S1、S2与渗透率的关系，见图5，S1和渗透率呈明显的正相关，S1的含量越高，表明孔隙半径越大，孔隙结构越好，渗透率越大;S2和渗透率的关系呈负相关，S2的含量越高，表明孔隙半径越小，孔隙结构越差，渗透率越小。

通过回归分析，本次研究所选用的参数分别为：a=0.46，b=-1.21，c=0.07，d=0.04，代入渗透率新模型，低渗岩心渗透率计算精度达到了0.943 3，远高于经典模型Coates模型和SDR模型。

4 应用效果

B井是该地区另一口进行了岩心核磁实验的取心井，该井共有10块低渗样品。针对这些样品的压汞资料和薄片资料分析发现，孔隙类型中存在的孔隙半径小于1 μm，以及连通性较差的孔隙，导致了岩石的渗透率偏小。

对于经典的Coates模型，只是将孔隙类型划分为可动流体和束缚流体，对渗透率起主要贡献作用的可动流体中包含了孔隙结构较差的孔隙，因此相对岩心渗透率，该类模型计算的渗透率往往偏大。而笔者建立的预测渗透率新模型，进一步对可动流体的孔隙类型进行了精细的划分，区分了对渗透率起主要贡献作用的易流体孔隙，以及对渗透率起限制作用的不易流体孔隙。采用新模型对B井的低渗岩心进行预测，预测结果见图7，可以看到新模型的计算结果与岩心渗透率基本在45°对角线上，计算精度较高，相关性达到了0.947 3，说明基于孔径分布和核磁共振T2谱建立的新模型，通过对孔隙结构进行更加精细的划分，对该地区低渗透油藏的评价有良好的指导作用。

5 解释结论

（1）对于孔隙结构和渗流机理复杂的碳酸盐岩储层来说，基于中高渗储层提出的经典的核磁共振渗透率计算模型，不能精确表征低渗透渗储层的孔隙结构，计算精度较差。

（2）构建压汞孔喉分布半径和核磁共振横向弛豫时间的转换关系，孔隙结构通过核磁T2谱刻度，将可动流体分为易流体孔隙和不易流体孔隙。基于两者对渗透率的贡献效果，建立了一种能够精细表征孔隙结构，划分孔隙分量的渗透率计算新模型，解决了低渗透储层渗透率的计算难题。

（3）准确划分易流体孔隙和不易流体孔隙的界限，是新模型准确评价渗透率的关键，需要基于一定数量的压汞和核磁T2谱实验资料进行统一分析，建立两者之间的关系。

参考文献：

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