基于核磁共振的致密岩心物性参数测定及表征*

王湘涛，王学武

(中国石油大学胜利学院油气工程学院，山东 东营 257061)

储层的孔隙度、渗透率、含油饱和度是油气田勘探开发最基本的岩样物性参数。而致密储层由于孔喉细小、孔隙结构复杂[1]，常规测井解释的储层物性参数误差较大，而核磁共振作为一项新兴的岩石分析技术在致密储层中的应用发展迅速[2]。

核磁共振技术检测的对象是岩样孔隙内流体中的氢原子核1H，在特定的条件下，氢原子核与磁场之间会发生强烈的相互作用即共振。利用此特性，可以检测到流体的核磁共振信号强弱及T2弛豫时间大小，流体的核磁共振信号强弱和T2弛豫时间大小中包含着丰富的油层物理信息[3-4]。本文利用核磁共振岩心分析技术，测定大庆外围致密岩心的储层物性参数，并依此对储层进行综合分类。

1 实验原理

核磁共振信号强弱取决于流体量的多少，流体的总量对应于岩样孔隙度，而弛豫时间谱积分面积的大小与岩样中所含流体的总量成正比，因此，只要对弛豫时间谱进行适当的刻度，可获得岩样的孔隙度。在实际测量中，首先测量标准样，建立刻度关系式如图1所示，然后测量实际岩样，将其信号幅度代入刻度关系式，即可计算得到岩样孔隙度。

图1 孔隙度定标Fig.1 Porosity calibration

(1)

式中：Φ为孔隙度，%；M信号幅度，无因次；V样品体积，mL；a、b标定拟合曲线回归系数，无因次。

根据油层物理原理，岩样渗透率受岩样孔喉半径分布的控制[5-6]。核磁共振弛豫时间谱T2代表岩样孔径分布信息，因此可用来确定岩样的渗透率。核磁渗透率计算一般采用一些经验公式来进行，本项目磁共振渗透率计算的经验公式：

(2)

式中：Knmr为核磁渗透率，10-3μm2；φ为核磁孔隙度，%；C为系数，根据地区经验得出；BVM为可动流体百分数，%；BVI为束缚流体百分数，%。

油和水中都含有氢原子，利用核磁共振可以测定油和水的总信号量。然后，将岩样浸泡在MnCl2水溶液中24小时，顺磁离子Mn2+将扩散到水中，使得水的弛豫时间缩短到10毫秒以下，而Mn2+不能扩散到油中，因此可以屏蔽掉水的信号，此时核磁共振测得的为油的信号量[7]，因此含油饱和度计算公式为：

(3)

式中：S0为含油饱和度，%；M0为油信号量；Ma油和水的总信号量。

2 实验方法

2.1 实验仪器

实验设备为苏州纽迈分析仪器股份有限公司生产的核磁共振岩心分析仪，如图2所示。

图2 核磁共振岩心分析仪Fig.2 Nuclear magnetic resonance core analyzer

2.2 实验样品

实验样品来自大庆外围某井的井壁取芯。

2.3 实验流程

(1)测量井壁取芯样品的长度、直径；(2)测量标准样，建立孔隙度与样品信号量的关系式；(3)将样品放入核磁共振岩心分析仪，测量样品内流体的信号量；(4)将岩心浸泡在锰离子浓度为15000 mg/L的MnCl2溶液中24 h以上，使水相的核磁共振信号得以消除；(5)将样品放入核磁共振岩心分析仪，测量样品内油的信号量；(6)计算样品的孔隙度、渗透率及含油饱和度。

3 结果与讨论

对大庆外围某井的11块样品进行了核磁共振物性参数测定，图3为3号样品的测试图谱。弛豫时间谱T2表征流体在不同孔隙中的分布，因此从油水信号分布曲线可以得到岩样孔径分布信息，而油信号可以得到油在不同孔隙中的分布。两条曲线均表现为不同程度的双峰形态，说明该样品具有两种孔隙类型。利用该曲线，结合孔隙度定标曲线，便可计算样品的孔隙度、渗透率、含油饱和度等物性参数。

大庆油田对储层物性好差的分类评价标准如表1所示。将11块岩心的测试结果，利用公式(1)～(3)计算得到的物性参数和分类结果如表2所示。从表2可以看出，该井储层物性中等偏差，非均质严重，孔隙度分布在9.74%～16.93%之间，平均为14.66%；渗透率分布在0.17～3.69×10-3μm2之间，平均为1.83×10-3μm2；含油饱和度分布在34.28%～57.42%之间，平均为44.48%。

图3 3号样品核磁共振测试图谱Fig.3 NMR spectrum of core No.3

表1 储层物性好差分类评价标准Table 1 Evaluation and classification of reservoir physical properties

表2 岩样物性参数和分类结果Table 2 Physical parameters and classification results of core samples

4 结 论

(1)利用核磁共振岩心分析技术，可以对致密岩心内流体的T2弛豫时间谱进行测试，实现了致密岩心的储层物性快速有效的测量；

(2)从岩心测试结果可以看出，致密岩心孔隙结构复杂，储层非均质性强，物性中等偏差；

(3)核磁共振岩心物性参数测定和分类结果，可以评价致密储层的开发潜力，为油田开发提供可靠的物性参数。