引用本文
马宏伟, 张君, 郭选, 焦艳爽, 方铁园, 赵培鹏. 核磁共振录井技术在气探井解释中的优化应用[J]. 录井工程, 2025,36(2): 85-90.
MA Hongwei, ZHANG Jun, GUO Xuan, JIAO Yanshuang, FANG Tieyuan, ZHAO Peipeng. Optimization and application of NMR logging technology in gas exploration well interpretation[J]. Mud Logging Engineering, 2025,36(2): 85-90.
Doi:10.3969/j.issn.1672-9803.2025.02.013  
Permissions
Copyright©2025, 《录井工程》杂志社
《录井工程》杂志社 所有
核磁共振录井技术在气探井解释中的优化应用
马宏伟①, 张君①, 郭选①, 焦艳爽②, 方铁园②, 赵培鹏②
①中国石油长庆油田第三采油厂
②盘锦中录油气技术服务有限公司

作者简介：马宏伟 高级工程师,1985年生,2007年毕业于成都理工大学石油工程专业,现在中国石油长庆油田第三采油厂从事石油勘探开发工作。通信地址：750006 宁夏银川石油城长庆油田第三采油厂生产指挥中心。E-mail：mhw_cq@petrochina.com.cn

收稿日期: 2025-04-26
摘要

针对鄂尔多斯盆地气探井储层流体性质解释符合率偏低的问题,通过系统分析核磁共振录井技术的关键影响因素,基于岩心实验数据,重新构建了以核磁孔隙度和初始状态可动水饱和度/初始状态束缚水饱和度动态比值为核心的定量评价模型,突破了传统谱图直观识别法对数据质量的过度依赖。现场应用表明,该模型通过规范数据采集流程、建立储层分级分类标准,显著提升了储层含水性判识精度,解释符合率由79.23%提高至85.32%。研究结果证实,动态比值参数模型可有效表征低孔低渗储层流体分布特征,从而为复杂地质条件下完井测试层段优选及储层改造方案制定提供了可靠的技术支撑,对类似油气藏勘探开发具有推广价值。

关键词: 核磁共振录井; 鄂尔多斯盆地; 动态比值; 参数模型; 含水性识别; 解释符合率; 低孔低渗储层
中图分类号:TE132.1 文献标志码:A
Optimization and application of NMR logging technology in gas exploration well interpretation
MA Hongwei①, ZHANG Jun①, GUO Xuan①, JIAO Yanshuang②, FANG Tieyuan②, ZHAO Peipeng②
①The Third Exploitation Factory, PetroChina Changqing Oilfield Company, Yinchuan, Ningxia 750006,China
②Panjin Zhonglu Oil & Gas Technology Services Co., Ltd., Panjin, Liaoning 124000,China
Abstract

Aiming at the problem of the low coincidence rate of the interpretation of the reservoir fluid properties in gas exploration wells in Ordos Basin, the key influencing factors of NMR logging technology were systematically analyzed. Based on core experimental data, a quantitative evaluation model centered on NMR porosity and the dynamic ratio of the initial state movable water saturation to the initial state irreducible water saturation was reconstructed, breaking through the excessive reliance on data quality by the traditional intuitive identification method of spectra. Field application shows that the model significantly improves the accuracy of reservoir water content discrimination by standardizing data acquisition process and establishing reservoir gradation and classification standards, and the interpretation coincidence rate increases from 79.23% to 85.32%. The research results confirm that the dynamic ratio parameter model can effectively characterize the fluid distribution characteristics of low-porosity and low-permeability reservoirs, thereby providing reliable technical support for the optimization of well completion test intervals and the establishment of reservoir stimulation schemes under complex geologic conditions, and has promotion value for the exploration and development of similar hydrocarbon reservoirs.

Keyword: NMR logging; Ordos Basin; dynamic ratio; parameter model; water content discrimination; interpretation coincidence rate; low-porosity and low-permeability reservoir
0 引言

鄂尔多斯盆地上古生界砂岩储层普遍具有低孔隙度、低渗透率、低含气饱和度的特性, 气层与水层、有效储层与非储层的岩电响应差异小, 天然气的聚集成藏主要受储集砂体分布和物性的控制, 气水关系复杂, 无统一气水界面, 地层水相对独立、不连通, 气层含水性识别难[1, 2, 3]。根据鄂尔多斯盆地地质特点和油气藏特征, 近些年, 气探井形成了以综合录井（气测）为主体, 核磁共振、元素、离子色谱等特色录井技术配套的体系[4], 其中核磁共振录井技术是利用核磁共振原理在现场对壁心或岩心进行测量, 对储层和流体性质进行快速分析、评价。该项技术作为一项成熟的录井分析技术, 已在复杂油气藏的评价中显示出一定的优势, 尤其在储层含水性识别方面, 建立了一些常规的解释评价方法（谱图直观识别法及初始状态含水饱和度值高低判断法、核磁二维图板法等）[5, 6]。但是, 随着应用井的增多, 笔者统计鄂尔多斯盆地32口气探井发现, 5口测试井核磁共振录井资料与测试结论相悖离, 部分表现为采集谱图形态差, 孔隙结构发生变化, 定量求取参数与常规物性差异性大等情况。针对此类问题, 开展了标准样品与相同岩性核磁共振信号强度对比, 岩心样品分为整块、砸成裂缝、砸成2块进行差异性分析以及试管壁沾水对核磁共振谱图影响等多种实验, 论证多因素对分析结果的影响。分析实验结果可知, 试管壁沾水操作对核磁共振谱图影响最大, 直接造成数据失真而影响了解释评价质量。为更好地指导现场采集及后期解释评价工作, 对核磁共振录井现场取样操作进行了规范, 优化了取样流程与方法, 并重新梳理了核磁共振解释评价新方法, 优选了核磁孔隙度、初始状态可动水饱和度/初始状态束缚水饱和度比值, 建立新的流体性质识别方法。从应用效果看, 该方法使解释符合率由79.23%提高到85.32%, 有效提高了低渗透储层流体的录井识别能力。

1 核磁共振录井技术原理

核磁共振录井技术利用地层孔隙内富含氢原子的流体（油、气、水）中氢核受激发后产生的核磁共振信号, 实现钻井现场快速、准确评价储层流体特性。该技术可获得孔隙信号、干样信号、油信号, 进而得到储层有效孔隙度、渗透率、可动流体和束缚流体体积等与储层物性和产能有关的地质信息[7]。

2 核磁共振录井岩心样品分析要求

每一项录井技术都有其独特的技术优势, 但由于仪器的系统误差及在取样、选样、处理过程中引起的误差, 还有一些其他因素如T2截止值、浸泡时间、储层物性等造成的误差[8], 最终导致核磁共振谱图数据出现孔隙信号、干样信号、油信号不同步, 谱图后峰上翘造成数据失真等。王守军等[9]提到了油井三次分析谱图一些问题, 但未提出气井核磁共振谱图问题。为提高气探井核磁共振录井采集质量, 本文分别开展了标准样品核磁共振信号强度与相同孔隙度岩心强度对比等方面的实验, 验证其影响因素。

2.1 标准样品与相同孔隙度岩心核磁共振信号强度对比

核磁共振录井设备标定合格后, 选取与标准样品孔隙度值大小相近的岩心样品, 例如标准样品孔隙度为2.97%, 对应岩心常规物性孔隙度3.12%, 进行核磁共振录井分析。

分析结果对比：标准样品核磁共振信号强度（该数据为孔隙信号各个采集点数据之和）为1 418.22 n/a（图1a）, 孔隙度为2.97%, 岩心样品核磁共振信号强度为1 795.66 n/a（图1b）, 孔隙度为3.71%。这表明谱图采集合格, 孔隙信号强度大于干样信号, 信号强度差异性不大, 对致密储层谱图分析影响小, 未出现数据失真情况。

图1 核磁共振信号强度对比T2弛豫谱谱图

2.2 同一岩心样品不同形态核磁共振谱图峰型差异分析

核磁共振录井岩心样品要求质量为30 g, 同一个样品里选取3块（第一块为整块、第二块砸成裂缝、第三块砸成2块）, 分别进行核磁共振录井分析, 以便查看核磁共振谱图形态是否受样品形态的影响。数据对比见表1。

表1 同一岩心样品不同形态核磁共振分析数据 %

从测试分析结果对比看, 砸成2块岩心样品的核磁孔隙度偏小（图2a）, 谱图孔隙信号右偏移, 初始状态可动水饱和度变大; 砸成裂缝岩心样品的谱图形态（图2b）与整块岩心样品的谱图形态（图2c）相比差异性较小, 核磁孔隙度等数据值与整块岩心样品核磁孔隙度等数据差异性偏小（表1）。实验证明, 砸成2块岩心样品易造成核磁孔隙度等数据失真, 影响分析结果。

图2 同一岩心样品不同形态核磁共振T2弛豫谱谱图

2.3 试管壁沾水对核磁共振谱图影响分析

选取A 1井同一深度岩心样品2块, 取样规格（物性、质量、体积）相近, 其差异在于放置样品试管壁是否沾水。从谱图对比来看, 试管壁沾水谱图孔隙信号在弛豫时间100~1 000 ms显著增强（图3a）, 在定量方面更直接影响了核磁共振录井参数的准确性：图3a分析核磁孔隙度为4.07%, 对比含气饱和度、初始状态可动水饱和度、初始状态束缚水饱和度等核磁共振录井参数差异性更大（表2）。多次重复该实验对比论证, 分析谱图和数据均失真。

图3 A 1井同一深度岩心样品试管壁不同条件下核磁共振T2弛豫谱谱图

表2 A 1井同一深度岩心样品试管壁不同条件下核磁共振分析数据 %

综合分析认为, 核磁共振设备排除仪器本身影响外, 操作流程的规范性直接影响了谱图分析结果。因此, 重新规范了核磁共振录井样品分析要求：采集质量为30 g, 尽量保持整块, 如砸成2块, 建议重新取样; 后期试管壁保持干净, 杜绝出现水雾、水珠等情况发生, 确保核磁共振录井分析更能真实反映地层信息。

3 核磁共振录井解释方法研究

优化核磁共振录井分析操作流程后, 现场采集质量明显提高。笔者重新整理鄂尔多斯盆地气探井32口, 扣除数据失真井5口, 统计其余27口井数据进行流体性质识别。

通过谱图分析, 以T2截止值10 ms作为储层流体赋存状态划分界限, 初始状态可动水饱和度大于10%（基于数据统计获得）为储层含水特征。这些数据的统计显示, 核磁共振谱图以可动水为主（图4）, 也有一些储层以束缚水为主, 谱图表征为高含束缚水, 理论上为干层或者差气层特征, 但在后期测试、压裂的结果具有差异性（图5a不产水, 图5b产水）, 该类情况降低了核磁共振录井解释符合率, 为此需要建立新的定量解释评价方法。

图4 含可动水核磁共振谱图

图5 高含束缚水不同孔隙结构核磁共振谱图

图4中核磁共振谱图显示储层以中孔隙为主, 含可动水明显, 压裂测试后储层产水。对比图5a与图5b的核磁共振录井原始谱图, 分析其差异性, 图5a储层孔隙结构以相对小孔隙为主, 储层致密, 图5b储层孔隙结构以相对中孔隙为主, 储层物性相对较好。综合分析认为, 如储层在后期压裂过程中大量压裂液注入原始地层, 孔隙相对小的地层阻挡了压裂液的侵入, 而相对较好储层可能会流入部分压裂液, 导致岩石颗粒发生变形, 孔隙结构发生变化, 原本的束缚水因孔隙结构变化发生改变, 部分束缚水转变为可动水, 从而导致出水[10]。

基于以上分析, 优选核磁孔隙度、初始状态可动水饱和度/初始状态束缚水饱和度比值建立了气探井核磁共振二维定量解释图板（数据来源于鄂尔多斯盆地27口测试井数据统计）（图6）, 从归类图板分析能够明显区分储层类型, 进而得到气探井核磁共振录井储层划分标准（表3）。

图6 气探井核磁共振二维定量解释图板

表3 气探井核磁共振录井储层划分标准
4 应用效果

鄂尔多斯盆地低渗透储层核磁共振录井解释评价方法是建立在相关研究分析与实践的基础上, 到目前为止, 该解释方法用于鄂尔多斯盆地不同勘探区块28口井62个储层的解释, 经后期试气或生产验证符合53层, 解释符合率由79.23%提高至85.32%, 应用效果显著, 为储层评价提供了新的思路, 下面以长庆油田气探井为例进行说明。

4.1 气层

L 93井上古生界山1段4 430.00~4 436.69 m井段, 厚度6.69 m, 岩性为浅灰色含气中砂岩。岩心出筒未见气泡, 断面干燥-潮感, 无H2S气味, 无咸味。浸水试验见气泡呈断续状逸出, 泡径0.5 mm, 持续时间1~3 min, 冒气面积1%; 塑料袋密闭试验呈薄雾状-无雾-雾状, 无水珠。

电测解释显示该井段深电阻率平均值50.77 Ω · m, 声波时差平均值208.79 μ s/m, 地层密度平均值2.09 g/cm3, 孔隙度平均值5.48%, 渗透率平均值0.43 mD, 含气饱和度平均值31.25%, 测井解释结论为差气层-含气水层（图7）。

图7 L 93井测录井综合图

该井段核磁共振录井分析岩心样品28颗, 典型核磁共振谱图见图8, 核磁孔隙度平均值4.91%, 渗透率平均值0.085 mD, 显示储层物性较差, 含气饱和度平均值44.11%, 初始状态可动水饱和度平均值5.19%, 初始状态束缚水饱和度平均值59.34%, 初始状态可动水饱和度/初始状态束缚水饱和度比值为0.087, 图板投点落在不含水区域（图6）。依据气探井核磁共振录井储层划分标准, 为气层特征, 核磁共振录井初次解释为差气层, 二次精细解释为气层, 建议测试求产, 最终试气结果产气45 915 m3/d, 不产水。

图8 L 93井典型核磁共振谱图（整块岩心分析）

4.2 气水同层

HT 3井上古生界山西组4 129.80~4 134.80 m井段, 厚度5.00 m, 岩性为灰白色含气粗砂岩。岩心新鲜断面潮湿, 无咸味; 浸水试验见气泡呈断续状冒出, 气泡面积≤ 1%, 泡径1 mm以下, 持续时间1~2 min; 塑料袋密闭试验呈雾状。电测解释显示, 该井段深电阻率平均值74.67 Ω · m, 声波时差平均值214.42 μ s/m, 地层密度平均值2.52 g/cm3, 孔隙度平均值10.00%, 渗透率平均值0.18 mD, 含气饱和度平均值68.99%, 测井解释结论为气层（图9）。

图9 HT 3井测录井综合图

该井段核磁共振录井分析岩心样品26颗, 典型核磁共振谱图见图10, 核磁孔隙度平均值10.51%, 渗透率平均值0.065 6 mD, 显示储层物性较好, 含气饱和度平均值47.60%, 含水饱和度平均值52.40%, 初始状态可动水饱和度平均值6.27%, 初始状态束缚水饱和度平均值63.97%, 初始状态可动水饱和度/初始状态束缚水饱和度比值为0.098, 图板投点落在含水区域（图6）, 依据气探井核磁共振录井储层划分标准, 为气水同层特征。综合分析, 该段储层含气性较好, 核磁共振录井最终解释结论为气水同层, 试气结果产气45 405 m3/d, 产水2.4 m3/d。

图10 HT 3井典型核磁共振谱图（整块岩心分析）

5 结论

通过系统梳理核磁共振录井技术的关键影响因素, 结合现场应用实践发现, 该技术在油气勘探开发中展现出显著的技术优势：基于核磁共振谱图特征解析, 能够精准揭示储层孔隙结构的非均质性, 为储层物性评价提供直观的定性分析依据; 通过构建初始状态可动水饱和度与初始状态束缚水饱和度的动态比值模型, 结合核磁孔隙度定量表征体系, 实现了储层流体性质与储集性能的快速定量评价。实践应用表明, 该技术在储层含水性判识、完井测试层位优选及工程措施优化等方面均发挥了关键指导作用, 其获取的储层动态参数为精准制定储层改造方案提供了重要的科学依据。

（编辑 王丙寅）

参考文献
[1] 王伟力. 鄂尔多斯盆地中东部上古生界致密砂岩气藏成藏模式及分布规律[D]. 西安: 长安大学, 2015.
WANG Weili. Accumulation mode and distribution rule of Upper Paleozoic tight sand stone gas reservoirs in the central and eastern parts of Ordos Basin[D]. Xi’an: Chang’an University, 2015. [本文引用:1]
[2] 李得路, 李荣西, 赵卫卫, 等. 准连续型致密砂岩气藏地质条件和成藏特征: 以鄂尔多斯盆地中部上古生界山西组为例[J]. 兰州大学学报(自然科学版), 2017, 53(3): 299-308.
LI Delu, LI Rongxi, ZHAO Weiwei, et al. Geological conditions and accumulation characteristics of quasi-continuous tight sand stone gas reservoirs: A case study of Shanxi Formation in the middle of Ordos Basin[J]. Journal of Lanzhou University(Natural Sciences), 2017, 53(3): 299-308. [本文引用:1]
[3] 张水昌, 米敬奎, 刘柳红, 等. 中国致密砂岩煤成气藏地质特征及成藏过程: 以鄂尔多斯盆地上古生界与四川盆地须家河组气藏为例[J]. 石油勘探与开发, 2009, 36(3): 320-330.
ZHANG Shuichang, MI Jingkui, LIU Liuhong, et al. Geological features and formation of coal-formed tight sand stone gas pools in China: Cases from Upper Paleozoic gas pools, Ordos Basin and Xujiahe Formation gas pools, Sichuan Basin[J]. Petroleum Exploration and Development, 2009, 36(3): 320-330. [本文引用:1]
[4] 李仕芳, 贾浩, 盖文臣, 等. 离子色谱录井技术在气探井储层含水性识别中的应用[J]. 录井工程, 2023, 34(2): 45-50.
LI Shifang, JIA Hao, GAI Wenchen, et al. Application of ion chromatography logging technology to identifying reservoir water content in gas exploration wells[J]. Mud Logging Engineering, 2023, 34(2): 45-50. [本文引用:1]
[5] 王刚, 王刚, 张杰, 等. 核磁共振录井技术在鄂尔多斯盆地上古生界岩性气藏解释评价中的应用[J]. 录井工程, 2019, 30(1): 59-64.
WANG Gang, WANG Gang, ZHANG Jie, et al. Application of NMR logging technology to Upper Paleozoic lithologic gas reservoir interpretation and evaluation in Ordos Basin[J]. Mud Logging Engineering, 2019, 30(1): 59-64. [本文引用:1]
[6] 谢文敏, 马自安, 张君, 等. 基于核磁共振谱图分段技术的流体性质识别方法研究[J]. 录井工程, 2024, 35(2): 110-114.
XIE Wenmin, MA Zi′an, ZHANG Jun, et al. Study on fluid property identification method based on NMR spectrum segmentation technique[J]. Mud Logging Engineering, 2024, 35(2): 110-114. [本文引用:1]
[7] 苑洪瑞, 李洪山, 杨森. 核磁共振录井参数与孔隙结构关系及其在长庆油田的应用[J]. 录井工程, 2016, 27(4): 31-36.
YUAN Hongrui, LI Hongshan, YANG Sen. Relationship between NMR logging parameters and pore structures and its application to Changqing Oilfield[J]. Mud Logging Engineering, 2016, 27(4): 31-36. [本文引用:1]
[8] 代国祥, 谷会霞, 魏玉堂, 等. 吐哈油田核磁共振录井影响因素分析及应对方法浅谈[J]. 新疆石油天然气, 2012, 8(4): 68-76.
DAI Guoxiang, GU Huixia, WEI Yutang, et al. Analysis of influencing factors and discussions on countermeasures of NMR logging in Tuha Oilfield[J]. Xinjiang Oil & Gas, 2012, 8(4): 68-76. [本文引用:1]
[9] 王守军, 孙丕善, 郭明科. 核磁共振录井技术影响因素分析与实验研究[J]. 录井工程, 2007, 18(4): 17-21.
WANG Shoujun, SUN Pishan, GUO Mingke, et al. Analysis and experimental research on influencing factors of NMR logging technology[J]. Mud Logging Engineering, 2007, 18(4): 17-21. [本文引用:1]
[10] 杨柳. 压裂液在页岩储层中的吸收及其对工程的影响[D]. 北京: 中国石油大学(北京), 2016.
YANG Liu. Fracturing fluid imbibition into gas shale and its impact on engineering[J]. Beijing: China University of Petroleum(Beijing), 2016. [本文引用:1]