基于核磁沙礫巖油儲(chǔ)全尺寸孔徑分布研究

引言：

我國(guó)新疆砂礫巖油藏儲(chǔ)量豐富。然而砂礫巖儲(chǔ)層具有非均質(zhì)性較強(qiáng)、孔喉結(jié)構(gòu)復(fù)雜、孔徑分布較廣的特點(diǎn)，砂礫巖全尺度孔隙結(jié)構(gòu)和可動(dòng)油分布的定量化分析十分關(guān)鍵。
核磁共振（(NMR)是一種快速、無損的測(cè)孔技術(shù)。它通過測(cè)試飽和含氫流體巖心的核磁共振T2譜，獲得巖石物性和流體賦存狀態(tài)信息(孔隙度、滲透率、孔徑分布、可動(dòng)流體占比等)。而表征全尺度孔徑分布的關(guān)鍵是確定橫向弛豫時(shí)間T2與孔徑r之間的轉(zhuǎn)換系數(shù)C。
轉(zhuǎn)換系數(shù)C值的獲取方法有經(jīng)驗(yàn)法、T2截止值法和相似性法。經(jīng)驗(yàn)法僅適用于特定均質(zhì)性較強(qiáng)儲(chǔ)層；T2截止值法僅適用于孔隙連通性較好的儲(chǔ)層；相似性法是目前針對(duì)低滲、致密儲(chǔ)層常用的方法，其中T2譜與高壓壓汞孔徑分布曲線的結(jié)合非常普遍。然而砂礫巖滲透率相對(duì)較低、汞注入飽和度通常低于50%，核磁結(jié)合高壓壓汞確定C值的方法對(duì)砂礫巖并不適用。
本文提出一種低溫氮?dú)馕浇Y(jié)合核磁共振確定C值的方法。低溫氮?dú)馕娇杀碚骺缀矸植?，可識(shí)別的小孔徑取決于設(shè)定的小相對(duì)壓力。而核磁共振可表征的小孔隙取決于飽和流體的原子尺寸和核磁共振參數(shù)TE值。當(dāng)選取合適的飽和流體和合適的參數(shù)時(shí)，通過低溫氮?dú)馕将@得的孔徑分布和核磁共振T2譜就會(huì)在<200nm范圍內(nèi)有很好的相似性。

1.實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介:

本文制備了18組取自新疆油田砂礫巖儲(chǔ)層的樣本(表1)，將每組樣本分為六份，分別進(jìn)行了X射線衍射(XRD)、鑄體薄片、掃描電鏡(SEM)、低溫氮?dú)馕?LTNA)、高壓壓汞(HPMI)和NMR測(cè)試，其中NMR測(cè)試通過紐邁公司生產(chǎn)的MesoMR3-060H-I核磁共振儀進(jìn)行。

表1 砂礫巖樣本巖性及主要礦物質(zhì)含量

2.實(shí)驗(yàn)結(jié)果:

礦物組分和沉積成分特征：
砂礫巖以石英(44.3%)和長(zhǎng)石(40.1%)為主，其次為粘土礦物(10.3%)，見表1。通過鑄體薄片分析得知砂礫巖沉積碎屑顆粒以巖石碎屑(58.2%)為主，其次是長(zhǎng)石碎屑(15.9%)和石英碎屑(12.3%)。顆粒分選性由中到差，圓度主要為近圓形和近棱角形。石英和長(zhǎng)石碎屑越多，微米級(jí)孔隙越發(fā)育；火山巖碎屑、泥質(zhì)基質(zhì)和膠結(jié)物越多，微米級(jí)孔隙越不發(fā)育。

鑄體薄片中主要的孔隙類型
（Q,石英；F,長(zhǎng)石；R,巖屑;C,碳酸鹽膠結(jié)物）

儲(chǔ)集空間特征：
結(jié)合鑄體薄片和掃描電鏡(見圖2)，砂礫巖儲(chǔ)集空間有五種類型：原生粒間孔、粒間溶孔、鑄?？?、粒內(nèi)溶孔和晶間孔。

圖2 掃描電鏡中的主要孔類型

原生粒間孔、粒間溶孔和鑄?？壮叽缦鄬?duì)較大，從幾十到幾百納米；粒內(nèi)溶孔孔徑范圍較廣，從幾十納米到幾十微米；粘土晶間孔孔徑相對(duì)較小，主要在幾納米到幾十納米分布。

低溫氮?dú)馕剑?br />砂礫巖氮?dú)馕?解吸等溫線存在明顯的滯后環(huán)，滯后環(huán)類型可以反映多孔介質(zhì)的孔隙形態(tài)。砂礫巖樣本的滯后環(huán)大致分為四種類型（見圖3）：樣本1#、8#、5#和11#分別對(duì)應(yīng)開縫孔、狹縫孔、墨水瓶孔和*寬體的墨水瓶孔。

圖3 砂礫巖樣本氮?dú)馕?解吸等溫線

通過DFT模型獲得的砂礫巖孔徑分布曲線見圖4。曲線呈左半峰或單峰形態(tài)，主要分布在大于0.02μm的部分。

圖4 通過DFT模型獲得的砂礫巖樣本孔徑分布

核磁共振T2譜：
本文測(cè)試了樣本在三種狀態(tài)下的核磁共振T2譜:(1)洗油并110℃干燥后;(2)正十二烷飽和-So;(3)正十二烷離心-Soir。洗油干燥樣本的T2譜代表巖石顆粒表面的束縛水和粘土層間緊密結(jié)合的羥基水。So和Soir狀態(tài)下的T2譜需要減去干燥樣本的T2譜。

圖5 So和Soir狀態(tài)下的NMR T2譜

樣本在So狀態(tài)下的NMR T2譜如圖5實(shí)線所示。T2譜整體呈三峰結(jié)構(gòu)，存在四種類型：類型I有三個(gè)連續(xù)峰，P1峰zui高，P2與P3較為接近；類型II有明顯的P1和P3峰，P3峰左移；類型III有明顯的P1和P2峰或P1+P2峰；類型IV P1峰幅值z(mì)ui高，P2和P3峰均較小。
Soir狀態(tài)通過將飽和油狀態(tài)下的樣本離心去可動(dòng)油獲得。通過計(jì)算得知本文殘余油存在于小于0.014μm的孔隙或由小于0.014μm的喉道控制的孔隙中。Soir狀態(tài)下的樣本T2譜如圖5虛線所示，大部分樣本存在兩個(gè)峰(P1和P2)。
T2截止值通過So和Soir狀態(tài)下T2譜確定，見圖6。18個(gè)實(shí)驗(yàn)樣本的T2截止值由0.438到12.993ms變化，顯著低于常規(guī)的砂巖和碳酸鹽巖。T2截止值的變化主要受巖性、潤(rùn)濕性、鐵磁成分和孔喉結(jié)構(gòu)影響。

圖6 樣本通過So和Soir狀態(tài)下T2譜計(jì)算的截止值

通過比較So和Soir狀態(tài)下T2譜我們可以定量評(píng)價(jià)砂礫巖可動(dòng)油飽和度(Smo)。當(dāng)樣本從類型I到類型IV變化時(shí)，Smo呈遞減趨勢(shì)(47.49-25.01%)。

3.實(shí)驗(yàn)討論:

轉(zhuǎn)換T2譜為孔徑分布的新方法

圖7 通過DFT模型計(jì)算的孔徑分布與Soir狀態(tài)下的NMR T2譜對(duì)比

通過比較Soir狀態(tài)的T2譜和低溫氮?dú)馕将@得的孔徑分布曲線，我們發(fā)現(xiàn)Soir狀態(tài)下T2譜的第1峰與DFT模型的孔徑分布在形態(tài)和幅值上有很好地相似性(見圖7)。因此，我們可以通過DFT孔徑分布校準(zhǔn)NMR T2譜。關(guān)于轉(zhuǎn)換系數(shù)C值的計(jì)算公式如下：

其中，rgm為DFT模型孔徑分布的加權(quán)幾何平均值；RLTNA為對(duì)應(yīng)Voir的低溫氮?dú)馕綄?shí)驗(yàn)表征的孔隙體積占比；Voir為Soir狀態(tài)的NMR孔體積；Aoir為Soir狀態(tài)下的NMR累積信號(hào)幅值；T2gm(RLTNA)為對(duì)應(yīng)RLTNA占比的Soir狀態(tài)T2譜的T2加權(quán)幾何平均。

圖8 砂礫巖樣本全尺度孔徑分布

通過轉(zhuǎn)換系數(shù)C值得到的樣本全尺度孔徑分布見圖8。類型I樣本孔隙主要在0.001-200μm范圍發(fā)育；類型II樣本孔隙主要在小于100μm范圍分布；類型III樣本主要為小于20μm的孔隙；類型IV樣本主要為納米級(jí)孔隙，微米級(jí)孔隙較少。

可動(dòng)油分布特征及控制因素分析:
對(duì)于所有樣本，大于6μm的孔隙主要為粒間孔、粒間溶孔和鑄?？?，主要含可動(dòng)油(占比超90%)；0.1到6μm的孔隙主要為粒內(nèi)溶孔和粘土晶間孔，該范圍內(nèi)可動(dòng)油占比隨孔徑增加而快速增加(20-80%)；小于0.1μm的孔隙主要為粘土晶間孔，主要含殘余油，可動(dòng)油占比普遍較低(＜20%)?？梢园l(fā)現(xiàn)，大尺寸孔隙占比越大，可動(dòng)油飽和度越高。
通過進(jìn)一步分析可動(dòng)油體積和壓汞體積的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，可動(dòng)油體積主要為喉道大于0.44μm的孔體積。微觀來看可動(dòng)油分布主要受孔喉結(jié)構(gòu)影響，圖9總結(jié)了砂礫巖主要的孔喉結(jié)構(gòu)類型，可動(dòng)油占比：A＞C＞B＞D＞E。

圖9 砂礫巖中發(fā)育的五種主要的孔喉結(jié)構(gòu)

宏觀來看，礦物組分和巖石結(jié)構(gòu)影響孔喉結(jié)構(gòu)特征，進(jìn)而決定油的可動(dòng)性。石英含量越高，喉道和初始孔尺寸越大，A型孔喉越發(fā)育；長(zhǎng)石含量越高，A、B和C型孔喉越發(fā)育；方解石含量越高，孔喉尺寸越小，D型孔喉越發(fā)育；粘土礦物含量越高，D和E型孔喉越發(fā)育?？蓜?dòng)油飽和度隨石英、長(zhǎng)石礦物含量增加而增加，隨方解石和粘土礦物含量增加而減小。

4.小結(jié):

本文對(duì)18組砂礫巖樣本進(jìn)行了全尺度孔徑分布表征和可動(dòng)油分布和控制因素的定量化研究。有以下成果：
（1）通過鑄體薄片和掃描電鏡綜合觀察發(fā)現(xiàn)了砂礫巖儲(chǔ)集空間類型；
（2）提出了結(jié)合Soir狀態(tài)下核磁T2譜和DFT模型孔徑分布得到砂礫巖全尺度孔徑分布的新方法。根據(jù)So狀態(tài)下T2譜形態(tài)特征將樣本分為四種類型；
（3）得到了孔喉結(jié)構(gòu)、礦物含量與可動(dòng)油飽和度之間的關(guān)系。