F19672苏德尔特地区岩心电性参数及核磁共振实验研究.docx

1、F19672苏德尔特地区岩心电性参数及核磁共振实验研究合同编号：4100239苏德尔特地区岩心电性参数及核磁共振实验研究大庆油田有限责任公司勘探开发研究院二四年十二月合同编号：4100239苏德尔特地区岩心电性参数及核磁共振实验研究甲 方：大庆油田有限责任公司勘探开发研究院 乙 方：北京泰利泛思技术有限公司报告编写人：白建平 田中元参加人：白建平 李 洁 王金兴 田中元 审核人：田中元目 录概述 11 国内外有关复杂储层电性参数和核磁共振实验的研究现状 31.1 国内外复杂储层岩电参数研究现状 41.2 国内外核磁共振测井实验研究现状 62 苏德尔特油田油藏类型和储层特征 92.1 油藏特征

2、92.2 储层岩性和物性特征 102.2.1 岩性特征 102.2.2 物性特征 123 储层岩心电性参数的实验分析 133.1 储层的有效孔隙度和空气渗透率 133.2 Archie电性参数实验 143.2.1 布达特群特低孔、特低渗储层的电性参数 143.2.2 兴安岭群复杂储层的电性参数 163.2.3 不同储层含水饱和度参数模型的选择 234 核磁共振实验 264.1 核磁共振的基础 274.2 核磁共振实验的基本分析方法 304.2.1 核磁孔隙度nmr的确定 304.2.2 T2截止值T2c的确定 304.2.3 T2平均值的计算 314.2.4 核磁束缚水饱和度的确定 314.2

3、.5 核磁渗透率的确定 314.3 实验结果与分析 325 结论和建议 385.1 结 论 385.2 建 议 39致 谢 41参考文献 41苏德尔特地区岩心电性参数及核磁共振实验研究概述根据双方商定，大庆油田有限责任公司勘探开发研究院(甲方)与北京泰利泛思技术有限公司(乙方)签订了苏德尔特地区岩心电性参数及核磁共振实验研究项目合同。合同要求的内容包括两部分：岩心实验内容和实验分析研究内容。岩心实验内容主要包括相对电阻率实验、电阻增大率实验和核磁共振实验，每项实验的岩心块数见表0-1；研究内容包括（1）通过对兴安岭群和布达特群储层的岩心实验，总结出一套适合该地区的合理的阿尔奇电性参数a、b、m

4、、n；（2）对兴安岭群储层岩心的核磁共振实验结果进行分析，确定出合理的T2谱值及束缚水饱和度值等。（3）最终向甲方提供研究成果报告。表0-1 合同要求的工作量与实际完成的工作量比较表项 目合同要求的工作量（块数）实际完成的工作量（块数）孔隙度和渗透率70相对电阻率实验5568电阻增大率实验5558核磁共振1012乙方在合同规定的时间内超额完成了合同要求的实验内容，实际完成的工作量见表0-1。在岩心实验中，严格按照中华人民共和国石油天然气行业标准中各项实验的具体操作规程进行实验，保证了实验结果的可靠性和真实性。通过该实验项目的研究，主要取得以下成果：1.特低孔特低渗储层、砂砾岩、粗砂岩以及粉细砂

5、岩储层岩心电性参数实验结果表明，它们之间的阿尔奇电性参数（m、n、a、b）相差较大(表0-2、0-3)，并具有随着岩性的变细，m和n值减小的趋势。另外，不同油组的电性参数也存在明显差别(表0-3)。因此针对不同油组、不同岩性的储层，建议选择相应的电性参数，这样才能得到合理的含水饱和度值。2.通过对不同含水饱和度模型的比较，建议对于高电阻率储层，采用Archie方程较合理，对于粘土含量高的储层，采用印尼方程较合理。在使用这些方程时，针对不同的储层特征，选用不同的解释模型与相应的电性参数，以保证含水饱和度计算的合理性。 3. 岩心的核磁共振实验结果表明，(1)不同孔隙结构岩心的T2谱分布明显不同（

6、表0-5），而且T2截止值与岩性存在明显关系，岩性越粗，T2截止值越高，岩性越细，T2截止值越低。（2）得出了不同岩性的T2截止值，即砂砾岩T2截止值为37.99ms，粗砂岩T2截止值为28.06ms，粉细砂岩T2截止值为23.18ms。因此在进行核磁测井解释时对于不同岩性的储层应选择不同的T2截止值，这样才能合理的解释结果，以提高核磁测井解释的精度；(3)利用核磁实验不仅可以计算出岩心的总孔隙度，而且还可计算出可动流体孔隙度和束缚流体孔隙度，计算的总孔隙度与氦气法测量结果相似，另外利用核磁计算的渗透率和束缚水饱和度均与岩心常规法测定的结果相似。通过在苏德尔特油田开展机理实验研究，为综合利用常

7、规测井方法和核磁共振测井方法评价储层奠定了基础，具有实际的应用价值。表0-2 不同岩性、物性的孔隙度指数实验结果油 藏井号岩 性样品数地层因素实验ma相关系数兴安岭群德106-203A砂砾岩111.5671.0000.957粗砂岩131.6200.8870.892粉细砂岩141.4671.1060.883贝16、贝20101.7330.9530.981布达特群德124-137特低孔低渗砂岩201.2231.4520.934合 计68表0-3 不同岩性的饱和度指数实验结果油 藏井 号岩 性样品数电阻增大率实验nb相关系数兴安岭群德106-203A、砂砾岩101.8170.9880.984粗砂岩9

8、1.4371.0040.981粉细砂岩91.4011.0150.990贝16、贝20101.3091.0130.976布达特群德124-137低孔低渗砂岩201.5511.0010.976合 计58表0-4 兴安岭群油藏不同油组电性参数统计结果油 组相对电阻率实验电阻增大率实验ma相关系数nb相关系数1.2141.3260.7921.3371.0100.9811.5350.8670.9841.3400.9950.9431.7271.1240.9731.7280.9910.9731.5671.2500.9531.3851.0170.9901.5621.0660.9961.5030.9930.99

9、0表0-5兴安岭群不同岩性、物性样品的T2截止值统计表岩 性样品数T2截止值范围(ms)T2截止值均值(ms)砂砾岩618.5458.4337.99粗砂岩221.1534.9628.06粉细砂岩45.6844.7123.18合计121 国内外有关复杂储层电性参数和核磁共振实验的研究现状在利用常规测井电阻率曲线计算储层的含水饱和度过程中，Archie公式起到了决定性的作用，它架起了储层电性参数和物性参数间的桥梁。利用这个桥梁可直接利用测井的电阻率计算出相应的含油饱和度这一重要的参数。Archie公式可写成下式： (1-1)上式中，F和I分别表示地层因素和电阻增大率，R0、Rt分别表示完全含水和含

10、油气时岩石的电阻率，单位为欧姆米；Rw表示地层水的电阻率，单位为欧姆米；m、n分别表示孔隙度指数和饱和度指数；a、b分别为经验常数。m、n、a、b这四个常数主要通过岩石的电学性质实验得到。人们通过大量的测井解释，逐步发现电阻率测井曲线主要是岩性、物性和含流体性质的综合反映，对于不同岩性、物性的储层，用相同的m、n、a、b去解释含水饱和度有时得出不可思议的结果，表现在将油层误解释为水层，将水层误解释为油层。近年来，测井新系列核磁共振测井开始应用，它与常规测井相结合在储层的评价中取得了明显的效果，在一定程度上弥补了常规测井解释的不足。T2截止值是核磁共振测井解释中的一个关键参数，它也是通过岩心实验

11、得到的，因此m、n、a、b和T2截止值这五个参数的可靠性非常重要，因为它们直接影响到常规测井和核磁共振测井相结合评价储层的效果。对于不同的储层来说，由于岩性、物性等特征参数的差异，导致上述五个重要参数的不同，有时差别较大，因此为了提高饱和度测井解释的精度，需要对不同的储层进行岩电实验和核磁共振实验，以获得可靠的实验参数。所以为了达到本次实验研究的目的，首先回顾一下国内外有关岩电实验和核磁共振实验的现状。1.1 国内外复杂储层岩电参数研究现状 岩石的物性参数和电性参数是储层测井评价的重要参数，二者之间存在着紧密的关系，但是又存在一定的差别。岩石物性参数研究的主要目的在于通过对某一地区的储集层岩心

12、各种物理参数的分析，确定各种测井资料与储层地质参数的对应关系。而岩电参数的研究目的则是通过对储集层岩心的电学性质的实验室测量，建立测井资料与储集层含水饱和度的关系。由于各个地区储集层的岩性、物性以及实验条件（温度、压力和润湿性等）不同，实验室中得出的电性参数也不尽相同，若在实际测井解释中对于不同的储层使用相同的电性参数，必然造成较大的误差，有时导致错误的结论。为了更好地利用实验室的测量结果为油田测井解释服务，考虑岩石的本质因素(岩石的组成矿物，孔隙结构及其润湿性)对其电性的影响及正确地理解测量条件对结果的影响，选择合适的解释模型是十分必要的，尤其表现在Archie参数的选择上。阿尔奇公式(公式

13、(1-1)发明于1941年，阿尔奇根据岩电实验研究，建立了油气层岩石电阻增大率与含水饱和度的关系曲线，由此建立了计算油气层岩石饱和度的公式。公式的核心内容是把测量的岩石电阻率转换成饱和度，根据饱和度评价油气层。阿尔奇公式是以纯砂岩为基础建立起来的，同样它也主要应用于纯砂岩。阿尔奇公式的基本假设是：在储层条件下，油气运移没有进入储层以前，岩石孔隙空间完全饱和着地层水，这时候，测量的岩石电阻率称为油气层岩石电阻率背景值。然而，当油气运移进入储层以后，岩石孔隙空间一部分饱和着油气，而另一部分饱和着地层水。这时候，测量的岩石电阻率称为油气层岩石电阻率。阿尔奇两个公式突出了油气层岩石饱和度的重要性。在油

14、气勘探开发过程中，测井的中心任务是寻找储层岩石油气饱和区的分布。在勘探阶段，测井寻找的是原始含气饱和度的分布；在开发阶段，测井则寻找的是剩余油气饱和度分布。以饱和度为核心的阿尔奇公式，奠定了测井解释油气层的地质基础。阿尔奇地层电阻率因素公式要求：孔隙大小的分布形态是稳定的，且孔隙大小平均值与孔隙度成正比；平均孔隙大小与平均孔喉大小具有固定的关系。但仅有一些非常有限的岩石类型中，地层因素才是孔隙度的简单函数。对于大多数储集层来说，岩相图像分析与水银孔隙度仪测量表明：同时存在几种具有不同大小和形态的孔隙类型；在同一岩心中，各岩样孔隙类型所占相对比例差异很大；孔隙类型与孔隙大小之间存在着程度不同的关

15、系。这种关系违背了含在阿尔奇公式中的假设条件，从而导致在同一砂岩储集层内m和a值的连续变化。孔隙类型对岩石电阻率的控制作用是阿尔奇公式在实际应用中受到一定的限制。应用阿尔奇公式时，将m和a值当作常数使用，会导致不准确的地层因素和含油饱和度值。实验室中岩石电阻率参数的测定，特别是阿尔奇公式中的m、n、a和b值的确定，对于油田利用测井资料确定地层含油饱和度、计算地质储量是至关重要的。阿尔奇公式自1942年公开发表以来，尽管测井分析家们提出了大量的改进公式，但大多数都是以阿尔奇公式为基础的。因此，如何在实验室内较准确地测定岩石电阻率，进而准确确定阿尔奇公式的有关参数，以便于油田测井分析家们准确确定地

16、层含油饱和度，这就是我们岩电实验工作的重点。确定岩层的油、气饱和度是测井解释十分重要的任务。泥质砂岩地层的解释理论与分析方法，是由纯砂岩的模式演化过来的，更确切地说，是衍生自阿尔奇公式的解释模型，是这一经验与公式的扩展与延伸。随着科学技术的发展，不断有人在阿尔奇公式的基础上，建立新的求解砂岩饱和度的模型。我国应用阿尔奇公式始于1950年，地质家翟光明应用阿尔奇公式计算了玉门油田部分油气层的饱和度，从那时起到现在，阿尔奇公式在我国油气勘探开发中应用已有50多年的历史。我国的岩电实验起步于七十年代，当时仅有大庆、南阳、江汉等几家油田的测井公司成立了自己的实验室，由于初期设备简陋，仅进行了简单储层参

17、数的测量。之后几年中，由于人们不重视测井基础理论的实验研究，逐步将岩电实验放在次要地位，岩电实验的发展基本上处于停滞状态，有些直接取消了岩电实验室。从九十年代初期，在国内少数测井专家的呼吁下，人们才意识到测井岩石实验室的重要性，胜利、大港和石油院校相继成立了自己的实验室，有的实验室购置了国外较新的实验设备。主要进行的是砂岩和泥质砂岩的Archie参数的实验室测量，通过试验结果在实际中的应用，明显提高了测井解释的精度。从而使人们更加重视岩电实验在油气田勘探开发中的作用。随着我国油气田勘探开发的进一步深入，遇到的复杂疑难储层(低孔、低渗储层、地电阻率油层等)越来越多。为了更好地利用常规测井资料评价

18、这些疑难储层，尤其是饱和度的评价，岩电实验工作显得更加重要。如对于低孔、低渗储层来说，由于储层的岩性、物性以及微观的孔隙结构等与常规砂岩存在较大的差别，而且有时同是低孔、低渗的不同储层之间，岩电参数也存在明显的不同。因此应该重视对低孔、低渗储层等疑难储层的岩电实验结果实际应用效果的分析，并以此指导岩电实验工作，使得岩电实验结果在实际中得到更加合理的应用。1.2 国内外核磁共振测井实验研究现状 核磁共振测井是以核磁共振原理为理论依据，充分利用岩石孔隙不同流体成分中氢核的弛豫特性差异这一物理性质，借助合适的测量技术，通过测量孔隙流体核磁共振弛豫信号，经过数据处理，在井下进行油气观测与储层评价的一种

19、全新地球物理测井技术。现代核磁测井技术具有如下的优点：(1).不受泥浆、泥饼等的影响，观测到的信号基本与岩石骨架无关；(2).能同时提供各种储层参数，如总孔隙度、有效孔隙度、束缚水孔隙度、渗透率、含油饱和度等；(3).应用范围不断扩大，如复杂储层油气识别，划分油水界面，在油田注水开发过程中确定残余油饱和度等。核磁共振（NMR）作为一种物理现象是1946年由哈佛大学的Purcell和斯坦福大学的Bloch两人各自独立地发现的。1956年,Brown和Patt研究发现，当流体处于岩石孔隙中时，其核磁共振弛豫时间与自由状态相比显著减小。为了寻找引起这一现象的原因，前人进行了大量的实验和理论研究，发现

20、流体的核磁共振弛豫时间与其所处环境的孔隙大小有关。1961年，Brown对原油的核磁共振弛豫特征进行了研究。1966年，Seevers观测到核磁共振弛豫时间与岩样渗透率具有相关性。19681969年，Timur提出了自由流体指数概念以及用核磁共振技术测量砂岩孔隙度、渗透率和自由流体指数等参数的方法。1979年，Brpwnstein和Tarr提出了岩石多孔介质的核磁共振弛豫理论。核磁共振石油工业应用获得巨大发展的标志是1990年美国NUMAR公司的MRIL-B型核磁共振成像测井仪器投入商业服务。大量现场应用要求室内基础实验研究工作与之相适应，因此，国外许多学者在室内研究与现场应用结合方面陆续开展

21、了大量研究工作。R.L.Kleinberg等对油藏流体的核磁共振弛豫特征包括含氢指数（HI）、弛豫时间(T1T2)以及扩散系数（D）等进行了研究，另外还对油藏岩石的T1弛豫时间和T2弛豫时间之间的相互关系以及各自的应用进行了分析讨论。D.Marschall等对从核磁共振测井数据中获取地层孔径分布和毛管压力曲线问题进行了研究。S.Chen等给出了从核磁共振测井数据中计算可动流体百分数的新方法。Stefan Menger和Manfred Prammer将核磁共振测井获得的地层孔隙度与常规测井孔隙度及岩心分析孔隙度进行了比较，认为核磁共振测井不但可以获得地层有效孔隙度而且还可以获得地层总孔隙度。M.

22、B .Crowe和John P.Korkowitz等对核磁共振测井油、水分辨问题进行了研究，认为地层内注入弛豫试剂可以有效缩短水相的弛豫时间，从而可实现地层油、水信号分辨。R. Akkurt等给出了核磁共振测井最佳参数选择方法，另外还对扩散弛豫作用进行了研究，认为在核磁共振测井中有效利用扩散作用可测定地层油相饱和度。总而言之，国外将核磁共振技术应用于石油工业方面在九十年代后形成了一个高潮。主要的石油技术测井服务公司均研制和使用商用核磁共振测井仪，并已发展到第四代产品。如斯伦贝谢（Schlumberger）公司推出的CMR测井仪、TCMR测井仪、CMR200测井仪以及98年推出的第四代核磁共振侧

23、井仪CMR-Plus；阿特拉斯（Atlas）公司则先后推出了MRIL-A/B、MRIL-C和MRIL-C/TP测井仪；哈里伯顿（Halliburton）公司也于98年推出了第四代核磁共振测井仪MRIL-Prime，并投入商业服务。最新一代核磁共振测井仪测速和测量精度均大大提高，一次测井可得到油藏评价所需要的大多数信息，因而更加适合于现场测井和应用。在世界范围内，核磁共振测井的应用规模也在不断扩大，据报道，全世界每年进行核磁共振测井约3000口。八十年代初，我国测井界就开始关注国外核磁共振在石油工业方面的应用发展。中国科学院武汉物理所采用核磁共振为成像技术开展了岩石结构分析工作，江汉石油学院开展

24、过核磁测井国内应用的早期文献调研和理论分析工作。石油天然气集团公司中国科学院渗流力学研究所于1991年成功地引进了国内第一台具有世界先进水平的超导核磁共振成像仪，开展了大量的石油岩心分析和石油渗流力学方面的研究工作。渗流所于1996年研制出一套 具有国际领先水平的低磁场（共振频率2MHz和5MHz）核磁共振全直径岩心分析系统，开发出了多种适合岩心分析的脉冲序列及多弛豫反演技术，实现了孔隙度、渗透率、自由流体孔隙度等岩石参数的快速无损检测，该系统根据我国岩心岩性复杂，均匀性差等特点，在国际上率先实现全直径岩心的低磁场核磁共振检测，创造了一种评价低渗透油田商业可采储量的新方法。先后为大庆、胜利、新

25、疆、厂庆、青海等近十个国内大中型油田提供技术服务，解决了一批油田生产中急需解决的疑难问题，获得了良好的经济效益和社会综合效益，受到油田的广泛好评。1996年我国开始引进国外核磁共振测井设备，截止目前为止全国已有近十个油田引进了美国NUMAR公司生产的核磁共振成像测井仪，进行了约100多口井的核磁测井工作，美国著名的石油技术服务公司Schlumberger也将其CMR型核磁测井仪投入中国进行核磁测井技术服务。初步应用结果表明，核磁共振测井在解决油田勘探开发中的一些疑难问题方面有其独特作用，特别是在低阻油藏、火成岩、灰岩等复杂油藏中的应用效果较好。采用核磁共振进行石油岩心分析，可以从一块岩样中得到

26、孔隙度（总孔隙度、流动孔隙度、粘土束缚水孔隙度等）、自由流体指数（可动流体百分数）、孔径分布以及渗透率等多种参数，具有无损检测、一机多参数的显著优点，有可能取代现有的很多常规岩石分析方法，给石油岩心分析工作带来革命性的进展。然而核磁共振测量的是核自旋信号的大小和弛豫特征，这些核磁共振特征又受到岩石饱和流体性质，岩石孔隙结构和岩石矿物组成的影响，因此要将核磁共振测量参数正确地转化为石油工业可直接应用的油层物理参数，需要进行大量的应用基础研究工作。国外虽然已进行了或正在进行一些室内基础实验研究工作，但研究的对象是以海相沉积为主的高、中渗油气藏，研究结果不能直接应用于我国以陆相沉积为主的复杂断块油气

27、藏和低孔低渗油气藏，因此以中国大量存在的陆相沉积岩为对象，系统研究核磁共振特征与岩石物理性质的关系，阐明核磁共振测量结果与常规岩心分析的异同，对在中国开展核磁共振石油工业应用具有重要意义。含油饱和度作为储层含油性的重要指标在早先测井方法只能通过电阻率测井利用Archie公式求取。如在水淹层测井评价中，最大的困难是地层水电阻率的确定，目前尚没有有效准确的方法。由于核磁测井的最初动机是基于油水弛豫时间常数不同，设法通过测量地层中油水弛豫信号区分油水，但是结果相当不明确。此后，基于地磁场型核磁测井为达到评价残余油饱和度的目的，用向钻井泥浆中添加溶于水而不溶于油的顺磁性物质，以消除水的影响，观测油的弛

28、豫信号（Horkowitz等，1995）。但真正利用核磁测井实现区分油水，评价含油饱和度的工作是90年代中后期。这时，仪器观测技术趋于成熟，数据处理有了长足进步，对于油水核磁性质也有了更多的认识。目前已发展出弛豫谱域与时域的多种含油饱和度解释方法。近年来，我国在低渗透油气田中发现了一定的储量，这些低渗透储量在未动用地层储量中所占用比例高达60%以上，是具有开发潜力的后备储量。但由于低渗透储层地质条件差，很大一部分流体在渗流过程中不能参与流动，只有能够参与流动的流体才是真正具有开采价值的可动资源量，因此，采用核磁共振技术，开展低渗透油田可动资源量的筛选评价研究，对我国低渗透油田开发决策的制定具有

29、重要的指导意义。在利用核磁共振测井解释孔隙度、自由流体指数、孔径分布以及渗透率等参数时，需要首先确定一个重要的参数，即T2截止值的大小，因为它直接影响到计算结果的可靠性和精度。由于该值不能由测井仪器直接测量，只能通过岩心的实验室测量得到，因此开展不同储层的T2截止值的实验研究工作对于核磁共振测井解释非常重要。2 苏德尔特油田油藏类型和储层特征2.1 油藏特征苏德尔特油田的目标油藏分别兴安岭群油藏和布达特群油藏。兴安岭群油藏分布不但受构造因素的控制，同时也受岩性、物性因素的严重影响，兴安岭群为岩性构造油藏。而布达特油藏为各断块具有统一油水（油干）关系的块状油藏。两个油藏均属于正常的温度（兴安岭群

30、储层地温梯度在3.844.05/100，平均3.95/100；布达特群储层地温梯度在3.804.10/100，平均3.95/100）、压力系统（兴安岭群储层压力系数变化范围0.851.01，平均压力系数0.93；布达特群储层压力系数变化范围0.860.98，平均压力系数0.94），原油均属于常规轻质油（地面原油密度在0.8220.856 g/cm3之间，平均为0.839 g/cm3），地层水矿化度和水型基本相同（兴安岭群储层地层水总矿化度平均为4642.9mg/L，氯离子含量平均为465.0 mg/L，pH值为8.4，水型为NaHCO3型；布达特群储层地层水总矿化度平均为4742.2mg/L，氯离子含量平均为658.9mg/L，pH值平均为7.5，水型为NaHCO3型(表2-1)）。表2-1 苏德尔特油田地层水分析统计表油 藏井号层位CL-(mg/L)PH总矿化度(mg/L)水型备注兴安岭群贝12兴组815.47.63656.9NaHCO3压后德107-239兴组196.08.44190.0NaHCO3德103-226兴组214.08.95420.0NaHCO3德103-219兴634.68.55304.9NaHCO3平 均465.08.44642.9布达特群德103-226B514.06.65024.9NaHCO3