核磁共振分析及地质综合应用.ppt

1、核磁共振录井分析及测录井综合评价技术陆风才,地质测井处二一一年八月十八日,学习提纲,一、核磁共振录井测量原理二、核磁共振录井测量分析方法三、核磁共振测录井综合评价技术,一、核磁共振录井测量原理,1、核磁共振岩样分析技术简介 2、核磁共振技术测量原理,一、核磁共振录井测量原理,核磁共振技术的检测对象,储层岩样：岩心、岩屑和井壁取心。核磁共振技术可检测任意形状岩样。岩样孔隙内的流体。固体骨架不产生核磁共振信号。,一、核磁共振录井测量原理,孔隙度、渗透率、含油饱和度 可动流体饱和度(可动水、油)束缚流体饱和度(束缚水)原油粘度 岩石孔隙固体表面润湿性,核磁共振技术的检测参数,一、核磁共振录井测量原理

2、,可检测任意形状的岩样。常规分析仅针对标准圆柱岩心，无法检测岩屑和井壁取心。提交结果快速。岩心样两天、岩屑样1天。常规岩心分析至少需要1个月。可对流体的赋存状态进行分析。常规分析手段难以提供可动流体、束缚流体饱和度等参数。,核磁共振录井技术的特点,一、核磁共振录井测量原理,1、核磁共振岩样分析技术简介2、核磁共振技术测量原理,一、核磁共振录井测量原理,核磁共振技术的应用原理,核磁共振指的是氢原子核(1H)与磁场之间的相互作用。地层流体(油、气、水)中富含氢核，因此核磁共振技术能够在油气田勘探开发的多个领域(开发实验、核磁共振测井、核磁共振录井)中得到广泛应用。,一、核磁共振录井测量原理,氢核的

3、自旋,氢原子核(1H)：有一定的重量 有一定的体积 表面带电 具有自旋转的特性 因此具有磁矩(小磁针),一、核磁共振录井测量原理,宏观磁化矢量,自然界中,静磁场中,样品置于自然界中，小磁针杂乱无序分布，对外没有磁性。样品置于静磁场中后，每个小磁针具有一致取向，每个氢核磁矩的合成，表现为对外具有宏观磁化矢量。磁化矢量的大小与氢核的个数成正比，即与流体量成正比。,一、核磁共振录井测量原理,弛豫过程及弛豫时间,Z轴方向：平衡状态(M0与流体量成正比)。对M0施加一个外来能量，M0将偏离平衡态。比如施加90o脉冲，M0将从平衡状态的Z轴方向旋转到非平衡状态的XY平面上。90o脉冲消失后，M0必然要向平

4、衡状态的Z轴方向恢复，这一过程叫做弛豫过程。弛豫过程的快慢用弛豫时间来表示。,一、核磁共振录井测量原理,弛豫时间的物理含义,岩石孔隙内流体弛豫速度的快慢即弛豫时间的大小取决于固体表面对流体分子的作用力强弱。这种作用力强弱的内在机制取决于三个方面：一是岩样内的孔隙大小，二是岩样内的固体表面性质，三是岩样内饱和流体的流体类型和流体性质。,一、核磁共振录井测量原理,弛豫时间的物理含义,一、核磁共振录井测量原理,弛豫时间的油层物理含义,一、核磁共振录井测量原理,核磁共振T2谱及其油层物理含义,岩样孔隙内流体的T2弛豫时间具有分布特征即T2谱,T2谱的下包面积对应于流体量(总液量、油量、水量)T2谱的横

5、坐标T2弛豫时间的大小反映流体受到固体表面的作用力强弱，隐含着孔隙大小、固体表面性质、流体性质以及流体赋存状态(可动、束缚)等信息。,一、核磁共振录井测量原理,在室内研究中，可以采用巧妙的实验方法，开展一系列的储层评价和开发试验方面的研究工作。如当固体表面性质和流体性质相同或相似时，弛豫时间的差异主要反映岩样内孔隙大小的差异。同理，当孔隙大小和固体表面性质相同或相似时，弛豫时间的差异主要反映岩样内流体性质的差异；当孔隙大小和流体性质相同或相似时，弛豫时间的差异主要反映岩样内固体表面性质的差异。,一、核磁共振录井测量原理,岩样孔隙度等于孔隙体积除以岩样外观体积岩样外观体积用常规方法可以测量获得岩

6、样孔隙体积用核磁共振方法可以测量获得,核磁共振技术测量孔隙度的原理(1),一、核磁共振录井测量原理,核磁共振技术测量孔隙度的原理(2),采用核磁共振技术能够准确测量得到岩样孔隙内的流体量。当岩样孔隙内充满流体时，流体量就与孔隙体积相等，因此采用核磁共振技术能够准确检测岩样孔隙体积。,一、核磁共振录井测量原理,岩样孔隙度核磁共振测量方法,首先测量标准样，建立刻度关系式。然后测量实际岩样，将其信号幅度代入刻度关系式，即可计算得到岩样孔隙度。要求：1)岩样孔隙内充满流体；2)测量岩样外观体积。,一、核磁共振录井测量原理,将岩样浸泡在Mn2+浓度为10000mg/l的MnCl2水溶液中后，Mn2+会通

7、过扩散作用进入岩样孔隙内的水相中，使得水相的核磁信号被消除。对该状态下的岩样进行核磁共振测量，可测得岩样孔隙内的含油量。含油饱和度等于岩样孔隙内的含油量除以总液量。,含油饱和度核磁共振测量原理,一、核磁共振录井测量原理,可动流体受岩石孔隙固体表面的作用力弱，弛豫时间长。反之束缚流体受岩石孔隙固体表面的作用力强，弛豫时间短。因此采用核磁共振技术能够检测可动流体和束缚流体。,可动(束缚)流体核磁共振测量原理,核磁共振技术利用孔隙度和可动流体(可流动孔隙空间大小)来计算岩样渗透率，原理相对可靠。,岩样渗透率核磁共振测量原理,一、核磁共振录井测量原理,油+水T2谱的总幅度对应于总液体量(孔隙度)，右峰

8、幅度对应于可动流体，左峰幅度对应于束缚流体。油相T2谱的幅度对应于油量(含油饱和度)。油+水T2谱与油相T2谱相减对应于含水量(可动水、束缚水),现场含油含水新鲜岩样,束缚水饱和度对应于油(气)饱和度的上限,可动水饱和度可用于水淹层识别和地层出水量预测,储层评价参数检测方法,一、核磁共振录井测量原理,核磁共振技术测量原理小结,核磁共振岩样分析技术的测量参数、测量原理以及仪器结构等均与核磁共振测井相同或相似，区别在于测井是在井下测井壁，而岩样分析是在地面测岩心、岩屑或井壁取心。地面仪器最早是用于核磁测井刻度定标的，具有较高的测量精度。通过对早期仪器进行数字化升级，仪器的体积、重量均大幅度减小，因

9、此适合推广应用。,一、核磁共振录井测量原理,学习提纲,一、核磁共振录井测量原理二、核磁共振录井测量分析方法三、核磁共振测录井评价技术,二、核磁共振录井测量分析方法,1、核磁共振测录井测量方法2、参数应用效果分析3、核磁共振录井识别油水层的方法,二、核磁共振录井测量分析方法,地面岩样含油饱和度核磁共振测量方法,第一次测干样,首次测量：将现场采集有代表性岩心样品，经去表皮、泥浆，剪去棱角，除去岩心粉沫，用电子天秤称重后，进行干样测量(初始状态油+水)。,二、核磁共振录井测量分析方法,地面岩样含油饱和度核磁共振测量方法,第二次核磁测量获得岩样内油+水的总核磁信号 经干样测量后，将岩心样品用清洁的脱脂

10、纱布编号后包扎好，浸入真空饱和装置的KCl溶液中，经真空饱和6小时并静放6小时以上，待岩心二次油+水信号测量。,第二次只测油,二、核磁共振录井测量分析方法,地面岩样含油饱和度核磁共振测量方法,用MnCl2水溶液浸泡，消除岩样内水相的核磁信号第三次核磁测量获得岩样内油相的核磁信号,第三次只测油,二、核磁共振录井测量分析方法,锰离子(Mn2+)浓度对水相核磁信号的影响,实验结果表明：当锰离子(Mn2+)达到10000mg/l时，能够将水相的弛豫时间缩短到仪器的探测极限以下，此时水相的核磁信号接近为0。,二、核磁共振录井测量分析方法,锰离子(Mn2+)扩散进入岩样孔隙内的水相中,纯水岩样在Mn2+浓

11、度为10000mg/l的MnCl2水溶液中浸泡一段时间后，锰离子(Mn2+)将充分扩散进入岩样孔隙内的水相中，此时岩样核磁信号大小将接近为0。,二、核磁共振录井测量分析方法,MnCl2水溶液浸泡时间的确定,中孔高渗岩样孔隙度：16.0%渗透率：296mD,低孔低渗岩样孔隙度：11.9%渗透率：1.24mD,二、核磁共振录井测量分析方法,含油饱和度核磁测量精度(仪器鉴定),平均值：常规49.8%，核磁48.7%，偏差1.2%,二、核磁共振录井测量分析方法,岩屑T2谱与岩心T2谱基本相同或接近,多数情况下，岩屑T2谱与岩心T2谱基本相同,个别情况下，岩屑T2谱与岩心T2谱有较小差别,=15.84%

12、，K=6.87mD=14.59%，K=1.64mD,二、核磁共振录井测量分析方法,岩屑颗粒大小对T2谱没有明显影响,大岩屑粒径约68mm中等岩屑粒径约34mm小岩屑粒径约23mm,二、核磁共振录井测量分析方法,钻井泥浆浸泡对含油岩屑样T2谱影响较小,中孔中渗,中孔高渗,低孔低渗,二、核磁共振录井测量分析方法,泥浆浸泡对岩屑样含油饱和度影响实验结果,浸泡前的含油饱和度用常规驱替的方法测量浸泡后的含油饱和度用核磁共振方法测量,二、核磁共振录井测量分析方法,1、核磁共振测录井测量方法2、核磁共振测录井分析参数3、核磁共振测录井识别油水层的方法,二、核磁共振录井测量分析方法,核磁孔隙度的油层物理含义,

13、目前我们仪器软件提供的孔隙度是总孔隙度，也可以分别给出有效孔隙度、粘土或毛管束缚水孔隙度。核磁共振岩样分析的总孔隙度对应于岩样孔隙内的总液体量，与测井总孔隙度的含义完全相同，但在开发实验室称作有效孔隙度。,二、核磁共振录井测量分析方法,核磁渗透率的油层物理含义,开发实验室：绝对渗透率、有效渗透率、相对渗透率核磁渗透率指的是绝对渗透率绝对渗透率：气测、水测或油测绝对渗透率核磁渗透率的含义取决于C值如何确定常用的C值是根据气测绝对渗透率确定的，因此核磁渗透率可与气测绝对渗透率比对。,二、核磁共振录井测量分析方法,核磁含油饱和度的油层物理含义,核磁共振技术测得的含油饱和度等于岩样内的含油量与总液量之

14、比，因此与测井和开发实验室的含油饱和度的含义是完全相同的。,二、核磁共振录井测量分析方法,可动(束缚)流体饱和度的油层物理含义,可动(束缚)流体饱和度的油层物理含义与岩样内饱和流体类型的不同，以及与岩样内岩石孔隙固体表面润湿性的不同等有关。,二、核磁共振录井测量分析方法,洗油岩样饱和水状态下的核磁共振T2谱,洗油岩样饱和水状态模拟了油(气)藏成藏之前的原始沉积环境，该状态下核磁共振测量得到的可动流体为可动水，束缚流体为束缚水。可动水是能够被油(气)运移的水，束缚水不能够被油(气)运移，因此可动水饱和度即可动流体饱和度给出了油(气)藏原始含油(气)饱和度的上限。,束缚水,可动水,T2截止值,二、

15、核磁共振录井测量分析方法,现场含油含水新鲜岩样的核磁共振T2谱,束缚水,可动水,稀油,准确数据：束缚水饱和度、可动水饱和度、含油饱和度含油饱和度上限：1-束缚水饱和度可动水饱和度：水淹程度判断，地层出水量预测可动流体=可动水+可动油,二、核磁共振录井测量分析方法,油相为高凝油时岩样的核磁共振T2谱,束缚水,可动水,高凝油,准确数据：束缚水饱和度、可动水饱和度、含油饱和度(修正后)可动流体饱和度=可动水饱和度+可动油饱和度，可动油饱和度偏小导致可动流体饱和度偏小。,二、核磁共振录井测量分析方法,1、核磁共振测录井测量方法2、核磁共振测录井分析参数3、核磁共振录井油水层评价方法,二、核磁共振录井测

16、量分析方法,油层表现为四高一低特点：高孔隙度、高渗透率、高可动流体、高含油饱和度、低可动水饱和度。油层的T2弛豫谱中，弛豫时间较长，弛豫谱右半部分发育，可动流体值高，表明储集层物性较好；油信号谱峰高，且大部分处于可动状态，表明储集层含油饱和度高，绝大部分为可动油。,(1)、油层评价技术,二、核磁共振录井测量分析方法,油水同层的T2弛豫谱中，油信号谱峰与水层相比较高，孔隙中以可动水饱和度与含油饱和度相当，含油饱和度一般为20.040.0。,（2）油水同层评价技术,二、核磁共振录井测量分析方法,T2弛豫谱中，可动流体值较高，油信号谱峰低，孔隙中以可动水为主，一般情况下含油饱和度小于10.0。,（3）水层评价技术,二、核磁共振录井测量分析方法,（3）干层评价技术,干层T2弛豫谱弛豫时间短,油信号弛豫时间短，含油饱和度低，接近基线，束缚水高值。,二、核磁共振录井测量分析方法,花X4井3、4、5、6号样T2截止值确定图,（4）T2截止值求取技术,二、核磁共振录井测量分析方法,（4）T2截止值的应用,束缚水,可动水,二、核磁共振录井测量分析方法,（4）T2截止值的应用,束缚水,可动水,稀油,二、核