昆北地区储层核磁共振孔隙度偏低分析及校正

吴 丰，司马立强，令狐松，姚军朋，田葱葱

(1.西南石油大学，四川 成都 610500;2.中油测井有限公司，陕西 西安 710021)

1 地质概况

昆北断阶带位于柴达木盆地西部地区昆北逆冲带南侧祁漫塔格山前，包括铁木里克凸起、切克里克凹陷、东柴山以及黄石凸起南侧。由于昆仑山的抬升，导致构造活动比较强烈［1］。该区从早第三纪开始接受沉积，勘探开发目的层主要为路乐河组(E1+2l)及下干柴沟组下段(E3g1)。E1+2l—E3g1时期主要沉积有辫状河三角洲平原亚相、辫状河三角洲前缘亚相、滨浅湖亚相。基岩以花岗岩为主，其次为变质岩;E1+2l、E3g1地层主要发育棕红色泥岩、砂质泥岩，棕红色或灰黄色粉砂岩、泥质粉砂岩、砾岩等，岩石中含大量岩屑成分。岩石压实成岩作用中等、溶蚀和胶结成岩作用较弱，孔隙类型以原生粒间孔为主。

2 核磁共振特征

对昆北地区E1+2l—E3g1储层进行大量核磁共振测井［2-3］。通过与岩心氦孔隙度对比，发现核磁共振测井孔隙度普遍偏低。为了进一步证实该现象，挑选了10个样品进行岩心核磁共振测量。实验采用纽迈科技的全直径岩心核磁共振成像分析系统(AniMR-150型)，该仪器可测量全直径岩心、标准岩样、岩屑，除了根据横向弛豫时间(T2)分布得到孔隙度、渗透率、流体饱和度、孔径分布等重要参数以外，还可进行三维成像，系统升级后回波间隔TE最低可调至0.1 ms。

(1)核磁共振孔隙度特征。10个样品的岩心核磁孔隙度平均值为8.3%，与之对应的核磁共振测井总孔隙度平均值为7.9%，而岩心氦孔隙度平均值为12.2%，核磁共振孔隙度与岩心氦孔隙度的相对误差达到32.0%。

(2)核磁共振T2分布特征。由图1可以看出，岩心核磁共振的T2曲线分布大部分呈双峰形态，少部分呈单峰形态，T2偏小。随着回波间隔增大，T2分布逐渐丢失部分信号，尤其是短弛豫时间部分的信号丢失较多(图1a)。对饱和水岩样进行离心前后测量，1.138 MPa离心力得到的T2截止值为1.5～3.0 ms(图1b)，该值与砂岩的理论T2截止值 33 ms［4］相比低了很多。

一般认为核磁共振测井直接反映岩石孔隙中的流体，测量结果几乎不受岩石骨架矿物的影响，也有部分研究成果指出火成岩和绿泥石含量高的岩石受骨架影响较大［5-6］。

图1 不同回波间隔与不同离心力的岩心核磁共振T2分布

3 孔隙度偏低原因详析

3.1 绿泥石含量

对昆北地区的全岩X衍射及黏土X衍射分析表明:E1+2l—E3g1地层绿泥石含量较低(砂砾岩黏土含量分布范围为5.0% ～30.0%，绿泥石占黏土总量的12.0%左右，即绿泥石仅占岩石骨架的0.6%～3.6%)。而一般绿泥石含量需要达到20.0%～30.0%才能对T2分布造成较明显的影响［7］，因此可知，昆北地区核磁共振受影响的主要原因并非绿泥石的存在。

3.2 顺磁性矿物

昆北地区E1+2l—E3g1时期岩心薄片分析表明，岩石组分中除长石颗粒、石英颗粒、泥质外，还有大量岩屑颗粒。其岩屑颗粒主要来源于花岗岩和变质岩(千枚岩、板岩、石英片岩等)，岩屑含量分布范围为10.0% ～29.0%，平均含量为19.8%。录井重矿物分析表明，E1+2l—E3g1时期储层重矿物含量总体较高，平均可达500颗/m，而柴达木盆地其他地区平均为100颗/m左右。同时，E1+2l—E3g1储层地层磁铁矿、黄铁矿、赤铁矿的含量很高，某些层段超过了1000颗/m，而柴达木盆地其他地区磁铁矿、黄铁矿、赤铁矿的平均含量非常低，如NBX地区约10颗/m左右(图2)。

图2 昆北地区磁铁矿、赤铁矿、黄铁矿分布

磁铁矿、黄铁矿、赤铁矿具有高磁化率，尤其是磁铁矿最为明显。磁铁矿、黄铁矿、赤铁矿等含有顺磁性矿物，一方面使得横向表面弛豫强度增大，另一方面使得岩石产生内部磁场梯度［7］。这2种情况会减小地层流体孔隙的横向弛豫时间T2，一些 较小T2的组分衰减很快，仪器测量不到这部分信号，导致核磁共振测量孔隙度降低。

4 校正核磁共振孔隙度

4.1 孔径分布转换

由于核磁共振测量受岩石内部梯度磁场的影响机理非常复杂，目前由顺磁物质引起的核磁共振孔隙度减小还无法校正［8］，因此从其他方向入手研究。核磁共振T2分布曲线与毛管压力曲线具有一定相似性，都可用来表征岩石孔隙结构。毛管压力与毛管孔径之间的关系为［9-11］:

式中:pc为毛管压力，MPa;σ为流体界面张力，N/m;θ为润湿接触角，(°);Rc为毛管半径，μm。

核磁共振观测到的横向弛豫时间T2可表示为［12-15］:

式中:T2B为流体体积弛豫时间，ms;T2D为流体扩散弛豫时间，ms;T2S为流体表面弛豫时间，ms;D为扩散系数，μs2/ms;γ为旋磁比，rad/(s·T);G为磁场梯度，Gs/cm;TE为回波间隔，ms;S为孔隙表面积，cm2;V为孔隙体积，cm3;ρ2为岩石横向表面弛豫强度，μm/ms。

一般情况下，T2B的数值通常大于3 000 ms，要比T2大得多，式(2)右边第1项可以忽略。当磁场很均匀(对应G很小)，且TE足够小时，式(2)右边第2项也可以忽略。此时，核磁共振T2与孔径Rc的关系可表示为:

式中:Fs为孔隙形状因子。

将T2分布转换为毛管孔径Rc的基础，是建立在式(2)右边第1项和第2项均可忽略的情况下。然而，昆北地区E1+2l—E3g1储层含有大量顺磁性矿物磁铁矿、赤铁矿、黄铁矿，导致岩石内部磁场梯度G变大，式(2)右边第2项不能忽略，因此直接由核磁共振转换得到的视毛管半径Rc与毛管压力曲线转换的毛管半径Rc之间存在一定差异，下面对二者之间差异进行分析。

4.2 核磁共振与压汞孔径分布对比

将岩心核磁共振T2分布的孔隙度分量数据从高端向低端累计，得到一条累计曲线;将其与压汞饱和度累计曲线进行拟合，将T2分布转换为视毛管压力曲线，再进一步转换为视孔径分布。将核磁共振视孔径分布与压汞孔径分布放在同一张图中，孔喉半径与相对应的T2弛豫时间作为横坐标轴，纵坐标轴为孔隙度分量(压汞孔径分布采用常规物性分析孔隙度进行刻度)，包络线所包围的面积可代表各自孔隙度的大小，二者的差值部分即为核磁共振丢失的孔隙信号。

以B31号样品为例(图3)，岩心氦孔隙度为10.14%，岩心核磁孔隙度为6.69%，二者孔隙度相差3.45个百分点。在孔径分布对比图上，压汞孔径分布与核磁共振视孔径分布的差值主要集中在2个峰值附近，尤其是左峰的差值比较大。左峰孔径较小，约为0.007～0.037 μm，对应的核磁共振T2弛豫时间为1.3～8.7 ms;右峰孔径相对较大，在0.76 μm附近，对应的核磁共振T2弛豫时间为81 ms左右。

4.3 核磁共振孔隙度校正

昆北地区E1+2l—E3g1储层核磁共振测井以哈里伯顿MRIL-P型仪器“双TW/单TE”模式为主，核磁共振总孔隙度可表示为:

式中:PPR0.5、PPR1、PPR2、PPR4依次为由回波串反演得到的 T2(分别等于 0.5、1.0、2.0、4.0 ms 时)的孔隙度，%;PA8、PA16、PA32、PA64、PA128、PA256、PA512、PA1024、PA2108依次为回波串反演得到的T2(分别等于8、16、32、64、128、256、512、1 024、2 048 ms时)的孔隙度，%。

图3 岩心核磁共振视孔径分布与压汞孔径分布对比(样品B31)

图4 核磁共振测井孔隙度校正实例(B井)

根据文中方法校正后核磁共振总孔隙度可表 示为:

式中:n1～n13为孔隙度分量加权系数。

通过核磁共振与压汞孔径分布对比，确定出加权系数分别为:n2、n3、n4取值范围为 1.5～2.0，n8取2.5，其他系数取1.0。

5 实例分析

图4为柴达木盆地昆北地区B井的MRIL-P型核磁共振测井图，在1 814～1 831 m井段，原始核磁总孔隙度和岩心核磁孔隙度明显低于岩心分析氦孔隙度，利用式(5)对孔隙度分量进行补偿后，重新组构的核磁总孔隙度曲线与岩心分析氦孔隙度更吻合。

6 结论

(1)柴达木盆地昆北地区核磁共振测井孔隙度较岩心孔隙度偏低，T2分布弛豫时间偏小，多表现为双峰状态，离心法测得的T2截止值为1.5～3.0 ms，较砂岩理论T2截止值33 ms偏低。

(2)柴达木盆地昆北地区岩屑组分主要来源于花岗岩和变质岩，重矿物含量较高，尤其是磁铁矿、黄铁矿、赤铁矿的含量高于柴达木盆地其他地区，导致昆北地区核磁共振孔隙度降低。

(3)压汞曲线与核磁共振T2分布均可转化为岩石孔径分布。当岩石含顺磁性矿物时，核磁共振转化的视孔径分布发生畸变，将其与压汞的孔径分布进行对比，找出二者之间的差异，并对差异部分进行补偿校正，即可重构核磁共振孔隙度曲线。

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