超深油气井核磁共振测井影响分析及谱形态校正

陈国军，张啸，高明，张帆，张进，范小秦

（新疆油田公司勘探开发研究院地球物理研究所，新疆 乌鲁木齐 830013）

0 引 言

准噶尔盆地南缘地区油气资源丰富，具有良好的成藏条件，先后发现了以中上组合为主的独山子油田、齐古油田、呼图壁气田、卡因迪克油田和玛河气田等。2018年以来中下组合多口探井获得高产油气流，显示该区勘探潜力巨大。

目前，准噶尔盆地南缘中下组合成为油气勘探的重要目标。其埋藏深、温度高、压力系统复杂，地层钻井过程中易发生遇阻、卡钻、井漏等事故，为保证井眼稳定性，油基钻井液被应用于钻井中。相比于水基钻井液，油基钻井液具有抗高温、润滑性好、保持井壁稳定和抗水敏效应等优点，在深井高温高压储层中应用广泛。油基钻井液具有较强的亲油性，钻开油层后，侵入井筒的原油快速与钻井液中的基础油融合[1-4]，侵入带储层物理性质和测井响应特征发生变化，给油层的识别和孔隙结构特征判别带来极大困难。

学者针对油基钻井液对储层的影响进行研究。吴俊晨等[5]基于大尺寸地层模型的砂岩储层来模拟油基钻井液的侵入，主要是模拟径向电阻率变化。刘欢等[6]通过建立T2谱形态校正模型和核磁共振孔隙度校正方法，对受高矿化度钻井液滤液侵入影响的T2谱形态和孔隙度进行校正。邵维志等[7]建立原油黏度与视含氢指数的关系，通过计算来校正地层核磁共振总孔隙度。周宇等[8]使用人工智能校准由铁等顺磁性物质引起的火山岩中核磁共振孔隙度测量误差。高衍武等[9]建立基于Fe、Al、Ca等元素的核磁共振孔隙度误差校正方法。以上方法有些不涉及核磁共振T2谱的校正，有些是从水基钻井液条件下地层流体及岩性本身影响出发进行核磁共振T2谱校正，但对于油基钻井液条件下核磁共振T2谱形态的校正研究较少。现有基于水基钻井液测井评价模型不适用于油基钻井液侵入地层的情况，因此，亟需开展油基钻井液侵入机理研究，建立相应的储层评价模型，为准噶尔盆地南缘地区下一步勘探部署提供测井技术支撑。

本文基于高温核磁共振实验，分析3类储层饱和水谱及油基钻井液驱替谱的响应差异特征，分析核磁共振响应机理，通过可动孔隙度的变化量与束缚孔隙度分量的相关性，对比模型校正前后T2谱的变化，并在超深油气井的核磁共振T2谱孔隙结构及可动孔隙度解释中得到检验。

1 岩心实验设计

在模拟高温条件下的核磁共振实验中，侵入岩心的流体会产生一定程度的气化现象，对实验结果造成较大影响，为了确保高温下岩样中流体不会气化散失，对岩样进行密封。常用的密封材料为环氧树脂，该材料能有效对岩样中的流体进行封隔，但在高温下条件下易产生较强的核磁共振信号，影响岩样核磁共振实验数据的真实性。

为了避免密封材料对核磁共振信号的干扰，选取高温下对核磁共振影响较小的聚四氟乙烯（PTFE）介质，密封包裹加热的岩样。氟油预加热2 h，岩心加热5 min（100 ℃），为防止流体损失，加温时间要短。实验结果表明，岩样未密封加温前的核磁共振数据与岩样密封加温冷却后的核磁共振数据基本无变化，保证得到的高温核磁共振实验数据真实可靠（见图1）。

图1 环氧树脂和聚四氟乙烯核磁共振信号对比

设计油基钻井液侵入对储层岩石物理特性影响的实验方案：①在原油、油基钻井液、地层水条件下，对自由流体核磁共振弛豫特性进行分析；② 抽真空加压饱和地层水，在模拟地层条件下对饱和水样品进行核磁共振数据采集；③用油基钻井液滤液驱替水，对驱替样品进行核磁共振数据采集，核磁共振数据采集设备采用纽迈科技公司的MicroMR12-040 V核磁共振分析仪。

具体实验步骤：①对高温、高压地层条件下的原油、油基钻井液和地层水进行体积弛豫实验；② 对岩心进行钻取、洗油、洗盐等处理；③对岩样进行含水饱和，抽真空时间为8 h，饱和介质为模拟地层水40 000 mg/L，饱和压力为25 MPa，饱和时间大于12 h；④对岩样进行驱替，模拟油基钻井液侵入冲洗带，选用油基钻井液进行驱替，地层有效压力为12 MPa；⑤分别对步骤②、③处理的岩心进行加热，采用聚四氟乙烯介质密封包裹岩心，防止岩心与加热介质接触发生流体交换，避免流体损失；⑥在高温状态下，对不同流体进行核磁共振测量，采用CPMG脉冲序列测量T2谱，等待时间4 000 ms，回波间隔0.2 ms，回波数5 000个，反演布点200个。通过回波信号的反演，获得相应的T2谱。

2 岩心实验结果分析

选取不同孔隙结构的样品进行实验（见表1、图2）。实验结果表明，通过对比地层条件下的饱和水谱和油基钻井液驱替谱可知，高温下不同孔隙结构的油基钻井液驱替样品的核磁共振T2谱束缚峰降低，可动峰弛豫时间谱后移，可动峰增大，整个谱呈现双峰特征。核磁共振特征参数反映束缚峰始降时间、可动峰始升时间、可动峰始收敛时间有差异，饱和水累积孔隙度与油基钻井液驱替累积孔隙度接近，即地层受钻井液侵入影响，核磁共振能基本反映孔隙度的大小，但是无法反映真实的孔隙结构特征。

表1 地层条件下不同孔隙结构的饱和水谱和油基钻井液驱替谱特征参数

图2 地层条件下不同孔隙结构的饱和水谱和油基钻井液驱替谱

基于核磁共振机理分析，油基钻井液驱替后，在水湿条件下，水受到表面弛豫和自由弛豫的影响。油基钻井液表现为非润湿相，侵入岩心后，大孔隙表现为油基钻井液的体积弛豫特征（见图3）。

图3 原油、油基钻井液、地层水的核磁共振T2谱

因油基钻井液为轻质油混合物，T2谱后移，岩心部分小孔隙表现为非润湿相，T2谱束缚峰出现下降趋势。同时流体黏度对核磁共振T2谱也有影响，温度升高，流体黏度降低，核磁共振长弛豫时间T2谱后移[10-11]。孔隙结构越好、侵入越深，T2谱后移越明显。

3 T2谱形态校正

在实际钻井过程中，受油基钻井液侵入的影响，束缚孔隙度分量降低，可动孔隙度分量升高，总孔隙度不受影响，因此，可依据可动孔隙度分量校正束缚孔隙度分量。用可动孔隙度分量减去束缚孔隙度分量的增加部分，就可以得到校正后的T2谱（见图4）。为了建立统一的模型来校正受钻井液侵入影响的T2谱，将每个需要校正的T2谱分成束缚孔隙度变化部分、可动孔隙度变化部分，最终按T2谱的形态，即双峰型、半双峰型、单峰型，分选3类岩心，根据相应参数建立校正模型。

图4 核磁共振T2谱分布图

研究中将受油基钻井液侵入影响的T2谱可动孔隙度变化部分的10个孔隙度分量作为自变量，T2谱束缚孔隙度变化部分变化量（饱和水谱与油基钻井液驱替谱的差值）的10个孔隙度分量作为因变量，建立T2谱校正模型。

谱形校正步骤：①利用3类岩心分析数据标定式 （1），计算得到校正参数，并建立束缚孔隙度分量部分的校正模型；②将计算得到的模型应用到实际数据中，将储层进行分类，确定测量核磁共振的校正区间，参照式 （2）、式（3）将束缚孔隙度分量加上校正量，就得到校正后的束缚孔隙度分量，用可动孔隙度分量减去校正量，就得到校正后的可动孔隙度分量。

式中，φsf(1)、φsf(2)…φsf(10)为束缚孔隙度变化部分变化量的孔隙度分量；φnd(i)为油基钻井液驱替可动孔隙度变化部分的孔隙度校正前的分量；a1,i～a10,i为校正参数。

式中，φxf(i)为油基钻井液束缚孔隙度变化部分的孔隙度校正后的分量；φnf(i)为油基钻井液驱替束缚孔隙度变化部分的孔隙度校正前的分量。

式中，φkd(i)为油基钻井液可动孔隙度变化部分的孔隙度校正后的分量。φnd(i)，φsf(i)的计算见式 （4）、式 （5）。

式中，S（T）为横向弛豫时间相关的孔隙度分布函数；T2,i依次为T2谱中束缚孔隙度变化部分10个孔隙度分量的T2值（取大孔隙T2谱1.5 ～54.8 ms的对数间隔）；T2,j依次为T2谱中可动孔隙度变化部分10个孔隙度分量的T2值（取大孔隙T2谱54.8 ～1 245.8 ms的对数间隔）。

利用3类储层的实验分析数据，计算式 （1）～式（5）并建立模型，由图4可知，校正后的T2谱分量与饱和水谱较为吻合。

4 实例效果分析

图5为研究区X井油基钻井液侵入校正前、后T2谱及可动孔隙度对比效果图。该井为油基钻井液钻井，钻井时间长，钻井液密度大，地层受钻井液影响大，核磁共振测井无法真实反映孔隙结构。取心段岩性为中细砂岩，发育微细裂缝。

图5 X井油基钻井液侵入校正前、后T2谱及可动孔隙度对比图

图5中第5道和第6道分别为模型校正前、后的T2谱，第7道分别为T2谱以33 ms计算校正前、后可动孔隙度与岩心饱和水分析可动孔隙度数据。从谱形来看，校正前受油基钻井液影响，反映大孔隙较多，拖后现象明显，校正前计算可动孔隙度数据明显大于分析可动孔隙度数据。利用本文方法，经过T2谱校正，尾部的油基钻井液弛豫信号叠加到T2谱的束缚孔隙度部分，校正后计算的可动孔隙度与实测可动孔隙度分析数据一致性好。将校正前、后的可动孔隙度数据进行对比，其平均相对误差从25%下降到7%，较好地消除了油基钻井液对孔隙结构解释的影响，能够更真实地反映地层孔隙结构特征，可更好地为试油选层提供依据。

5 结 论

（1）准噶尔盆地南缘地区中下组合为油基钻井液钻井，受油基钻井液侵入影响，侵入带储层物性和测井响应特征发生变化，现有基于水基钻井液的测井评价模型不适用于油基钻井液侵入地层孔隙结构评价，核磁共振T2谱形态无法真实反映地层孔隙结构特征。

（2）针对油基钻井液侵入响应特征分析发现，相对于饱和水谱的束缚谱峰降低，可动峰弛豫时间谱后移，可动峰谱增大，整个谱呈现双峰特征，饱和水累积孔隙度与油基钻井液驱替累积孔隙度接近，依据束缚峰始降时间、可动峰始升时间、可动峰始收敛时间的差异，结合实验数据，将储层分为3类。

（3）通过可动孔隙度的变化量与束缚孔隙度部分的相关性，建立模型校正T2谱的前、后变化，据实例，校正后T2谱能够更真实地反映地层孔隙结构特征，提高了可动孔隙度的计算精度。