核磁共振敏感参数在低对比度油层识别中的应用

赵静,冯春珍,王艳梅,郭红梅,王琪,徐磊

(中国石油集团测井有限公司长庆分公司,陕西西安710201)

0 引 言

姬塬地区长×油藏位于鄂尔多斯盆地中西部,砂体纵向发育、横向变化快,物性好,是近年来主要勘探层系。但由于长×油藏含油面积相对小,地层水矿化度变化大,储层四性关系复杂,油水分异不明显,呈低对比度特征,通常表现为油层与水层物性相当时,电阻率基本无差异或差异很小。长×低对比度油层可分为2种,一种是同层低对比度油层(底水油层),油层段与水层段电阻率接近,另一种是邻层低对比度油层,油层与邻近水层电阻率接近。常规测井流体性质识别比较困难:油层规模小,连片性差,井间电性可对比性较差;地层水矿化度低且变化较大,高电阻率水层和中低电阻率油层并存;油层结构复杂,油层底水发育,岩石脆性大,试油压裂改造难度大。

核磁共振测井受岩性及地层水矿化度影响小,是目前唯一能够评价储层孔隙结构的测井方法。以往核磁共振测井识别流体性质大多是通过改变采集模式,利用差谱和移谱信号定性判识流体性质,但对于姬塬地区长×低孔隙度低渗透率、低对比度储层应用效果不理想。在以往核磁共振资料应用的基础上,结合岩心实验分析,提取了基于核磁共振T2谱的半幅点偏移量、离散度、右翼展幅、拖尾面积等反映流体性质的敏感参数,并综合应用敏感参数加权组合,建立该区基于核磁共振综合参数的流体性质定量识别标准,深化了核磁共振T2谱及其敏感参数对流体识别应用,有效解决了低对比度油层流体性质识别难题。

1 长×储层特征及解释评价难点

1.1 储层特征

姬塬地区长×地层分为西北、东北沉积体系。其中西北体系主要发育辫状河与三角洲平原相,砂体垂向叠加厚度大,复合连片,大部分厚度超过30 m,但含油分布不连续,属于岩性-构造油藏。岩石类型主要为细粒—中粒岩屑长石、长石岩屑砂岩,填隙物中绿泥石、硅质含量较高。颗粒分选较好,中等分选为主;孔隙类型以原生粒间孔、次生长石溶孔为主。

姬塬地区长×储层以低孔隙度为主,孔隙度分布在6%～16%,主要集中在10%～14%,渗透率主要分布在0.1～50 mD(1)非法定计量单位,1 mD=9.87×10-4 μm2下同,孔隙结构分为3类,以I、II类为主(见图1至图3)。

图1 姬塬地区长×地层孔隙度分布图

图2 姬塬地区长×地层渗透率分布图

图3 姬塬地区长×地层压汞曲线

1.2 解释评价难点

长×地层水矿化度分布于5 000～60 000 mg/L之间,变化较大,地层水电阻率(Rw)变化范围为0.07～0.4 Ω·m。地层水矿化度的变化导致储层含油电阻率差异较大,高电阻率水层和中低电阻率油层并存,且油水层对比度低,电阻率测井系列油水识别难度大。

F55井储层电阻率为49.39 Ω·m,高于围岩电阻率。试油结果日产水40.4 m3,地层水矿化度9 199 mg/L,导致储层高电阻率(见图4)。而H219井电阻率仅为14.0 Ω·m,且低于围岩电阻率,试油结果为日产纯油34.43 t(见图5)。常规电阻率与储层含油性相关性差,造成部分井解释偏差。

2 核磁共振T2谱敏感参数的提出

图4 F55井长×测井综合图

图5 H219井长×测井综合图

由于核磁共振T2谱能够反映岩石的孔隙特征,因此,基于数学形态学,提出从典型核磁共振T2谱中提取相应的形态特征参数做为敏感参数(见图6),形成评价储层孔隙结构及流体信息较为独立的核磁共振评价参数集。相应的敏感参数:T2谱末峰最大非零时间、T2谱末峰弛豫时间、T2谱末峰幅度、T2谱首末峰弛豫时间差等参数。实验表明,储层的岩石成分、孔隙结构等差异导致核磁共振T2谱各敏感参数差异不尽相同,而不同矿化度饱和水对核磁共振T2谱影响不大。在姬塬地区长×储层由于矿化度变化大导致油水层对比度低,常规的电阻率测井无法有效判识储层流体性质,而T2谱对矿化度的变化不太敏感,因此在该区流体性质识别中利用核磁共振T2谱的敏感参数进行流体性质识别。

T2谱末峰弛豫时间:核磁共振T2谱最后一个峰值对应的横向弛豫时间(一般为幅度分量最大的峰值),对应于岩石孔径分布最为集中的部分孔隙的弛豫时间,经不同公式可转换对应于间隔孔隙度最大的孔喉半径,同时也可以显著表征不同流体下T2谱形态变化。

T2谱末峰幅度:T2谱最后一个峰(往往也是纵向幅度分量最大的一个峰)对于的纵向幅度分量,反映具有双峰特征的岩石中大孔径的多少。

图6 典型核磁共振T2谱

T2谱首末峰弛豫时间差:核磁共振T2谱出现的第1个峰值与最后一个峰值对应的横向弛豫时间之差,具有双峰特征岩石其大小孔喉的大小差值,可以表征不同类型岩石的孔隙结构特征。

T2谱中值时间:T2谱纵向累加分量占总分量的50%时对应的横向弛豫时间,岩石孔隙空间中大部分孔喉的半径大小,表征岩石整体孔径大小的分布。

T2谱末峰最大非零时间:核磁共振T2谱中,随横向弛豫时间由大到小,纵向分量不为零时对应的横向弛豫时间,其通常对应于岩石孔喉分布中的最大孔径值。

T2谱末首末峰偏移量:第一个峰对应的横向弛豫时间与最后峰对应的横向弛豫时间在线性坐标下的序数差,物理意义:可以一定程度上表征具有双峰特征岩石其大小孔喉的差别,并表征不同类型岩石的孔隙结构特征。

3 核磁共振敏感参数流体性质识别

对于油水层的识别通常是用由双等待测井得到的差谱信号进行识别的,在长极化时间测井中,水和油都应该被完全极化;而在短极化时间测井中,水被完全极化,油只能部分被极化[5]。在实际测井中,岩石的物性及孔隙结构变化范围大,导致2种极化时间的变化范围大,因此,难以找到合适且统一的极化时间。通过进行不同类型储层核磁共振横向弛豫响应量化分析,充分分析核磁共振T2谱对流体变化的敏感性,提取核磁共振敏感参数,以进一步深化核磁共振测井在流体识别中的应用。

3.1 含水饱和度计算

以Archie公式和双水模型为基础的饱和度计算,涉及到岩电参数a、b、m、n及地层水电阻率Rw的取值问题。致密碎屑岩的岩电参数不再是单一不变的参数,而是综合受控于孔隙结构等微观因素,该研究是通过孔隙结构分类确定了岩电参数。

区分孔隙结构类型优化岩电参数,有助于更加精确地计算储层参数。复杂的孔隙结构影响岩石的导电特征,进而使得低孔隙度低渗透率砂层的岩电参数出现异常的特征。

综合压汞、核磁共振、物性等资料,参考油气储层评价方法(标准-SYT 6285-2011)明确了姬塬长×孔隙结构分类标准(见表1)。

表1 姬塬地区长×储层分类标准表

以姬塬地区长×储层12块样品和其岩电实验结果为基础,在区分孔隙结构类型的基础上进行岩电参数的拟合计算(见图7、图8),得出不同孔隙结构类型的a、b、m、n值(见表2)。

地层水电阻率是根据区域水分析资料确定地层水电阻率。

3.2 核磁共振含油指数计算方法

通过对长×地层试油层段T2谱形态特征统计分析得出,含油层段特征为展幅较宽,离散度高,主峰右翼较窄,且其中横向弛豫时间大于100 ms的大孔径部分多为油所占据(见图9)。

考虑提取基于T2谱选取半幅点偏移量、离散度、右翼展幅、拖尾面积等敏感参数,进行加权组合,用渗透率、含油饱和度进行约束,得到能够较好反应油气信号强度的综合指数D。从提取各个特征的敏感参数,建立了适用于姬塬长×地层的含油指数参数,公式为

图7 姬塬地区a、m参数拟合

图8 姬塬地区b、n参数拟合

孔隙类型岩电参数ambnⅠ1.03271.81.0014751.81475Ⅱ2.81291.31.008521.62725Ⅲ4.74551.0681.0047671.547

图9 姬塬地区长×储层不同流体性质T2谱

当Sw<50%时,D=(Rwidth×5+A/2+L+S×5)/10×Kc/Sw

(1)

当Sw≥50%时,D=(Rwidth×5+A/2+L+S×5)/10×Kc×(1-Sw)

(2)

Rwidth=A-B

(3)

(4)

(5)

(6)

式中,D为含油指数;Sw为含水饱和度,小数;Rwidth为右翼展幅;L为T2谱离散度;S为拖尾面积;Kc为视渗透率;A为半幅点偏移量;B为最值峰偏移量;Ti为第i点的横向弛豫时间;TDM为平均时间;Ampi为第i点的信号幅度;φF为自由流体孔隙度,%;φB为束缚水孔隙度,%;C为常数。

3.3 核磁共振敏感参数流体性质识别方法

由于长×地层水电阻率变化大,单依靠电阻率或核磁共振参数识别油水层误差较大,因而建立了基于核磁共振敏感参数与电阻率结合的流体识别方法,形成阵列感应和核磁共振组合的测井系列,依据核磁共振敏感参数进行半幅点偏移量和离散度、含油指数与含油饱和度、含油指数与深浅电阻率差值进行交会建立油水识别图版(见图10),确定了基于核磁共振敏感参数的流体识别标准(见表3)。

4 应用实例

F21井长×地层2 459.0 ～ 2 482.0 m段,纵向均质性好,孔隙连通性好,油水分异明显。顶部电阻率相对较高,为正幅度差,储层以Ⅱ类储层为主,束缚水饱和度较低T2谱展幅较宽。上部2 459～2 471 m段离散度为148,半幅点偏移量为150 ms,电阻率正幅度显示明显,含油指数显示为27左右,含水饱和度26%,解释为油层13 m。下部2 472.0～2 482.0 m段离散度较低为122,半幅点偏移量134 ms,含油指数显示为9.6左右,含水饱和度60%。分别解释为含油水层10 m。由于油层段与底水无遮挡,采用小规模控水压裂方式小规模压裂,加砂3.0 m3,砂比10%,排量1.0 m3/min。试油结果日产纯油121.72 t,解释结论与试油结果符合(见图11)。

图10 姬塬地区长×核磁共振敏感参数流体识别图版

流体性质深浅电阻率差/(Ω·m)核磁共振含油指数离散度半幅点偏移量/μs含水饱和度/%油层≥0>20>270>160<40油水同层≥0>20>270不考虑40～60含油水层-6～0>16<270130～160<80水层<-6<16<200<130>8

图11 F21井长×储层核磁共振综合解释成果图

5 结 论

(1)通过研究储层岩石物理特征—核磁共振响应关系,提出了定量表征T2谱形态特征的敏感参数的概念,充分挖掘了核磁共振T2信息。

(2)致密碎屑岩的岩电参数不再是单一不变的参数,而是综合受控于孔隙结构等微观因素,在压汞等实验分析基础上,区分孔隙结构类型优化岩电参数,有助于更加精确的计算储层参数。

(3)通过对长×地层试油层段T2谱形态特征统计分析,结合研究区储层特征,提出反映流体性质的核磁共振敏感参数,用渗透率、含油饱和度进行约束,得到能够较好反应油气信号强度的综合指数。

(4)由于长×地层水电阻率变化大,单依靠电阻率或核磁共振参数识别油水层误差较大,核磁共振敏感参数与含油饱和度、电阻率等综合解释方法,有效解决了低对比度油藏常规电法测井识别准确率低的问题。