0 引 言

核磁共振技术在油田录井中应用广泛,通过测量岩样孔隙内的流体量、流体性质以及流体与岩石孔隙固体表面之间的相互作用,快速求取储集层的孔隙度、渗透率、油水饱和度、可动流体饱和度、可动水饱和度等评价参数^{[1,2,3,4,5,6]},在划分储集层、研究孔隙结构、识别流体性质等方面发挥了重要作用。

在实际应用中,由于处理岩心岩样,如在分析过程中对岩样进行盐水浸泡,会造成盐水充填岩样所有孔隙,导致所测量的信号代表了孔隙内所有流体信号,在大孔隙中会造成可动流体部分变大。本文对这部分流体到底是原生孔隙内流体还是后期处理岩样造成的流体进行了阐述,并通过岩心干扫实验证实孔隙内流体的来源,有助于储集层评价及流体性质判断。

在核磁共振岩样分析中,很多情况下会出现油相信号超出油+水相信号,对解释核磁共振数据会造成很大影响。为此,笔者通过MnCl₂溶液浓度影响、柱塞样干扫、低孔隙度测量3项实验阐述了造成油相信号溢出的原因,并指出了针对该现象的后期研究方向。

1 核磁共振技术各项参数测量原理

1.1 孔隙度的测量原理

岩样孔隙度等于孔隙体积除以岩样外观体积,核磁孔隙度测量的是岩石孔隙内流体的体积,与岩石骨架无关,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即岩样孔隙度。

1.2 含油饱和度的测量原理

含油饱和度等于岩样孔隙内的含油量除以总液量,将岩样浸泡在浓度为15 000 mg/L的MnCl₂溶液中,Mn²⁺会通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即含油饱和度。

1.3 可动(束缚)流体的测量原理

可动流体受岩石孔隙固体表面的作用力弱,弛豫时间长;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部分物理性质。

1.4 渗透率的测量原理

核磁共振录井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K。

K=( ϕC1)⁴( BVMBVI)²

式中:ϕ为核磁孔隙度,%;C₁为待定系数;BVM为可动流体饱和度,%;BVI为束缚流体饱和度,%。

2 孔隙内剩余流体的判断

2.1 专用术语

孔隙内剩余流体的判断涉及到操作方面知识,现以中国石油勘探开发研究院廊坊分院生产的RecCore2500型核磁共振分析仪进行操作方面的一些专用术语来进行介绍。

(1)初次测量:指岩样在未进行任何处理之前测量,测得初始状态油+水的总核磁共振信号。

(2)饱和状态:用抽真空的方法抽出岩样内的空气,使岩样的孔隙空间内充满液体,测得的信号为岩样孔隙中油+水的总核磁共振信号。与原始状态测得的信号相比,差值反映的是岩样中油气的逃逸程度。通常称之为油气的一次测量。

(3)泡锰状态:用MnCl₂溶液浸泡岩样,Mn²⁺扩散进入岩样内的水相中后,消除了水相的核磁共振信号,此时只测得油相的核磁共振信号,油+水的总核磁共振信号减去油相的核磁共振信号即为水相的核磁共振信号。通常称之为油气的二次测量。

(4)t₂截止值:反映岩石孔径分布情况,在谱图上存在一个界限,当孔隙流体的弛豫时间大于某一弛豫时间时,流体为可动流体,反之为束缚流体,这个弛豫时间界限就称为可动流体截止值,即t₂截止值。

2.2 岩样孔隙内流体性质特征

为了测量岩样孔隙内剩余流体的性质,在岩心出筒时及时用专用工具取内部代表性强的新鲜岩样,并用保鲜膜密封,最大限度防止孔隙内流体逸散。在分析时运用初次测量、饱和状态测量、泡锰状态测量方法进行测试。初次测量与饱和状态测量之间的差值为岩样在处理和分析过程中的逸散量,初次测量时的信号与泡锰状态下油相信号的幅度进行对比,利用差值来区分孔隙内剩余流体性质,油层、油水同层、含油水层、水层、干层的特征如下。

(1)油层:初始测量状态下可动流体信号幅度与二次测量时的可动油相信号幅度差异不大,可动流体部分数据基本一致,其中以可动油为主(图1a)。

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图1   剩余流体性质特征

   

(2)油水同层:初始测量状态下可动流体信号幅度与二次测量时的可动油相信号差异增大,幅度大于油层,小于含油水层、水层,可动流体中可动油与可动水基本相当(图1b)。

(3)含油水层、水层:初始测量时油+水相信号幅度低,且远大于二次测量时的可动油相信号,可动流体部分可动油较少或无,且大部分以束缚形式存在(图1c)。

(4)干层:初始测量信号与油相信号基本一致,以束缚流体存在,可动流体较少或无(图1d)。

3 核磁含油饱和度数据溢出原因分析

通过含油饱和度的测量原理可以得知,MnCl₂溶液中Mn²⁺会通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屏蔽,图2为核磁共振测量标准谱图。

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图2   核磁共振测量标准谱图

   

在实际操作过程中,大部分为标准的核磁共振谱图(图3a),油相信号包裹在油+水相信号中,但很多情况会呈现以下特征:

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图3   核磁共振谱图

   

(1)油相信号会有部分溢出,部分区域泡锰状态相信号幅度会超过饱和状态信号幅度(图3b)。

(2)在饱和状态下无峰区域出现油相信号(图3c)。

(3)浸泡MnCl₂溶液状态下信号会大幅度超出饱和状态信号(图3d)。

这类现象的出现有悖于核磁共振分析原理,通过数据对比,作出以下假设:(1)油相信号溢出是否为浸泡MnCl₂溶液时,Mn²⁺浓度不合适,造成不能完全屏蔽水相信号;(2)束缚流体分为两种,一种为黏土束缚,一种为毛细管束缚,是否为束缚流体部分随着压力、温度的改变而向可动流体部分运移,造成油相信号溢出;(3)当孔隙度特别低时,MnCl₂溶液不能浸入孔隙内,造成二次测量时水相信号误认为油相信号,造成油相信号大幅度溢出。

为了明确这些现象的产生原因,笔者针对性的做了以下实验。

3.1 MnCl₂溶液浓度影响实验

二次测量即含油饱和度测量时,所用MnCl₂溶液Mn²⁺的浓度为15 000 mg/L,但油相信号会有溢出现象,为了验证MnCl₂溶液浓度是否对油相信号溢出有影响,分别配制了5 000、8 000、10 000、12 000、15 000、18 000、20 000 mg/L不同浓度的7种MnCl₂溶液进行对比试验,分析结果见表1及图4。通过表1和图4可知:(1)随着Mn²⁺浓度的增加,孔隙信号幅度呈逐渐下降趋势,至15 000 mg/L后,孔隙信号值较低且趋于平稳;(2)随着Mn²⁺浓度增加,孔隙度呈下降趋势,至15 000 mg/L后,孔隙度不变且为0;(3)Mn²⁺含油饱和度实验MnCl₂溶液弛豫时间都为3 ms以内,为束缚流体,所以不会对可动流体造成影响;(4)15 000 mg/L的MnCl₂溶液完全可以屏蔽岩样内水相信号,不会使数据溢出,故油相信号溢出不是Mn²⁺浓度低造成。MnCl₂溶液在实际操作中是循环利用的,为了避免出现因Mn²⁺浓度发生变化造成油相信号溢出,建议MnCl₂溶液使用3~5次后更换或重新测量MnCl₂溶液中Mn²⁺浓度是否发生变化,以便最大限度地减少对核磁信号的干扰。

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图4   不同浓度MnCl₂溶液实验对比图

   

3.2 柱塞样干扫实验

束缚流体向可动流体流出试验,采用现场岩心柱塞样,进行岩心干扫实验,每隔24 h进行一次扫描,直至岩样分析数据及谱图形态无变化为止。分析数据及结果见表2及图5、图6。

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图5   1号岩样干扫谱图

   

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图6   2号岩样干扫谱图

   

通过表2及图5、图6可知:(1)一遍干扫为岩样未经过处理,直接进行分析,基本可以表示为岩样内流体的原始状态;(2)24 h后,原始大孔隙内驰豫时间大于10 ms的可动流体基本挥发殆尽,表明岩样在24 h内测量更能代表地层内真实流体;(3)随着时间的推移,小孔隙内的束缚流体逐渐向右侧转移进入大孔隙内,成为可动流体。

通过本次实验,可以证实该原因会导致某些岩样油相信号超出油+水相信号,这是数据溢出的一个主要原因。为了避免此类现象的出现,建议岩样出筒后在24 h内甚至更短时间内进行分析,这样获得的数据能更准确反映地层流体的真实产状,也不会造成油相信号溢出。

3.3 低孔隙度测量实验

孔隙度特别低时,测量的含油饱和度数据不准确,会大幅度超出油+水相信号。分析认为,由于MnCl₂溶液不能浸入岩样孔隙内,不能屏蔽水相信号,造成二次测量时将孔隙内流体误认为油相信号。为了验证这一说法,将孔隙度低的二次测量岩样长时间用MnCl₂溶液浸泡,逐天进行扫描,总结规律。分析数据及谱图见表3、图7。

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图7   MnCl₂溶液实验时间关系

   

通过表3和图7可知:(1)随着浸泡时间的增加油相信号幅度变化较小,说明低孔隙度岩样MnCl₂溶液未浸入岩样孔隙内,测量信号仍然为原始信号;(2)通过谱图来看,形态无明显变化,由于孔隙度小,流体为束缚流体,无可动流体,此种数据的出现对于地层流体的判断无影响。

通过本次实验可以证实,低孔隙度会导致某些岩样油相信号超出油+水相信号,这是数据溢出的另一个主要原因。通过近几年分析岩样的数据来看,当孔隙度低于1%时,油相信号溢出现象明显,不能代表地层的真实情况,建议对于低孔隙度样品,只进行物性参数分析(孔隙度、渗透率),不再进行二次分析(含油饱和度测量)。

4 结论与建议

(1)通过实验证明初次测量与含油饱和度测量结果可以很好地反映地层原始状态下的流体特征,对判断地层流体性质有很好的帮助作用,不过由于油质轻重不同,散失速率会各不相同,会对判断结果产生一定的影响。

(2)通过实验数据发现造成核磁共振油相信号溢出的原因主要有两个:一是岩样在浸泡的过程中束缚流体向可动流体转移,造成测量时油相信号溢出;二是低孔隙度,MnCl₂溶液浸入岩样中较少,不能完全屏蔽水相信号,造成孔隙内原有的流体被误认为油相信号,造成油相信号溢出,数据失真。

(3)在后期的研究中将有针对性地改进实验,验证是否出现文中所提的各类现象,从而提供生产所需的精确数据支持,发挥核磁共振技术在录井解释评价中的优势。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献

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