利用核磁共振测井评价储层的捕集能力

1、文章编号 : 02532697 (2004) 04003804利用核磁共振测井评价储层的捕集能力肖立志1刘堂宴1 ,2傅容珊3( 11 石油大学资源与信息学院 北京 102249 ; 21 同济大学海洋和地球科学学院 上海 200092 ;31 中国科学技术大学地球和空间科学学院 安徽合肥 230026)摘要 : 在常规油藏评价中常常忽略对盖层和储层组合的评价 。特定储盖层组合下的综合储集能力主要取决于盖层孔隙半径和储层孔隙半径之间的相对数值关系 ,这个数值关系可以用临界油柱高度表征 。盖层一般为泥岩或其他类型的致密岩石 ,对其取心和 岩心分析都很困难 ,导致盖层孔隙半径的计算精度不高或根本不

2、能计算 。根据核磁共振测井对岩石孔隙结构的敏感性 ,提出了利 用核磁测井计算盖层和储层孔隙半径的方法 ,经过压汞资料的刻度后 ,核磁共振测井可以计算连续的孔隙半径 。在渤海湾井区的实际应用表明 ,利用核磁共振测井计算的岩石孔隙半径对于确定储盖层的临界油柱高度 、评价特定储盖层组合下的油气捕集能力 、识别层内致密夹层等方面均有良好的作用 。关键词 : 储层 ; 盖层储集能力 ; 油柱高度 ; 孔隙结构 ; 油藏评价 ; 核磁共振 ; 测井中图分类号 : p6311823文献标识码 : aappl icat ion of nuclear magnet ic resonance l og to tr

3、a pping ca pa bil ity eval uat ionxiao li- zhi1 l iu tang- yan1 ,2 fu ro ng- shan2( 1 . u ni versi t y of pet roleu m , beiji n g 102249 , chi n a ; 2 . ton gji u ni versi t y , s hanghai 200092 , chi n a ;3 . u ni versi t y of s cience an d tech nology , hef ei 230026 , chi n a)abstract : the co mb

4、inatio n evaluatio n of cap rock and reservoir is of ten neglected in t he co nventio nal reservoir evaluatio n. for a given co m2 binatio n model of cap rocks and reservoirs ,t he numerical relatio nship bet ween t he pore radius of cap rock and t hat of reservoir defines t he t rapping capabilit y

5、 and can be exp ressed as t he height of t hreshold oil column. in general ,t he cap rock co nsist s of shale or ot her tight rock. it is difficult to co nduct coring and laboratory measurement ,which leads to t he low calculatio n p recisio n of t he pore radius of cap rock. ont he basis of t he se

6、nsitivity of nuclear magnetic reso nance ( nm r) log to t he porous st ruct ure of rock ,a new met hod to calculate t he porousradii of cap rocks and reservoir wit h nm r log was p resented. when t he nm r log is calibrated wit h mercury injectio n data ,t he porous radii can be obtained co ntinuous

7、ly. applicatio ns and case st udies of t he new met hod in bo hai bay area suggest t hat t he porous radii of rocks ob2 tained f ro m nm r logs are favorable for calculating t he t hreshold of oil column height and can be applied to evaluate oil t rapping capabilit y oft he special co mbinatio n sys

8、tem of cap rock and reservoir and to identify t he tight layers in a reservoir .key words : reservoir ; cap rock ; oil t rapping capabilit y ; oil column height ; po ro us st ruct ure ; reservoir evaluatio n ;nuclear magnetic reso nance ; log石油勘探的实践多次证明 ,良好的储集条件是油藏形成的必要条件 ,但并不是充要条件 。例如 ,塔中 4 井古油藏遭受破

9、坏 ,就是因为断裂造成盖层缺失 ;克拉 玛依黑油山的油苗 ,也是盖层不完备形成的 。所以 ,在成藏机制上 ,油藏的形成分别与储层的储集能力和盖 层圈捕能力有关 ,它们的综合能力可用临界油柱高度 描述1 。根据毛管理论 ,盖层的捕集能力和储层的储集能力均与岩石孔喉半径密切相关 ,而计算储层和盖层 的孔隙半径是进行储层和盖层组合评价的关键之一。测井曲线在井剖面上具有连续测量的特点 ,所以 ,很多研究人员认识到测井资料在组合评价盖层封堵能 力和储层的储集能力上的优势 ,郝石生和傅广等先后提出用声波 、密度计算盖层的突破压力2 5 。核磁共 振测井能够反映地层的孔隙结构 ,并可用于计算孔喉半径6 ,7

10、。完整的储盖层组合系统是连续分布的 , 但盖层一般是泥岩或其他类型的致密岩层 ,在岩心取心和岩样分析上均受到限制 。核磁共振测井是连续测量 的 ,应用核磁共振测井计算盖层和储层的孔隙半径避基金项目 :中国石油天然气集团公司重大应用基础研究项目( 03a30302) 油气藏地质及开发国家重点实验室开放基金( tl n0401) 联合资助。作者简介 :肖立志 ,男 ,1962 年 3 月生 ,1982 年毕业于江汉石油学院石油测井专业 ,1995 年获中国科学院博士学位 ,现为石油大学( 北京) 教授 ,博 士生导师 ,主要从事石油测井和核磁共振理论及应用研究及教学工作。e- mail : xia

11、olizhi bjpeu. edu. cn开了这个限制 。笔者提出应用核磁共振测井计算临界油珠高度和 连续孔喉半径的新方法 ,并用于储层和盖层的组合评 价 。由于储层的临界油柱高度与储层的真实储集能 力 、储层的饱和度分布及油气的运移方向密切相关 ,所 以 ,这个方法的提出和应用对提高勘探开发效益具有 实际意义 。1240m 和 1245m 井段 ,这两个深度的 t2 谱分别作为盖层谱和储层谱(图 1) 。图 1 表明储层具有较长的弛豫时 间 ,也就是储层具有较大孔隙半径。对于特定的盖层和储层的组合 ,在获得盖层和储层的孔隙半径后 ,就可以根据式(1) 计算储盖层组合下的临界油柱高度。评价原理

12、油气在运移过程中 ,储层的孔隙结构是决定微孔 隙内流体流动和油气运聚的重要地质条件8 。由于 油水密度差形成压力的驱动 ,油气有突破上部盖层 、继 续向上部运动的趋势 ,直到上部盖层具有足够的阻挡 作用 ,将油气限制在储层中 ,此时才可能形成油藏 ,盖 层捕集能力的大小主要取决于油藏平均孔隙半径的大 小 。平均孔隙半径越小 ,盖层的捕集能力越强 。另一 方面 ,油藏的油柱高度还与储层的孔喉半径有关 ,储层 的孔喉半径越大 ,油藏的油柱高度越大 。盖层孔隙半 径 、储层孔隙半径和油柱高度的关系式为11图 1 单独显示盖层和储层的 t2 谱fig11 spectra t2 in reservoir

13、 and cover layer112转换系数的确定核磁共振测井与岩石的孔隙分布有关 ,但必须经 过压汞资料的刻度后才能用于定量计算岩石的孔隙半 径 。压汞岩石孔隙半径和横向弛豫时间 ( t 2 ) 之间的关系式为9 ,10 11zc = 2/ g (w - o ) c1 c2-(1)( )r r2=t pt 2 r cc 为赝毛管力转换系数 ( 将zc 为储层的临界油柱高度 ,cm ; 为油水的界式中式中t 转换成赝毛管12面张力 , 10 - 5 n/ cm ; w 为地层水的密度 , g/ cm3 ; o力) ,msm pa ; c2 为毛管半径转换系数 ( 将压汞的孔为油的密度 ,g/

14、 cm3 ; rt 为盖层的孔喉半径 ,cm ;储层的孔喉半径 ,cm 。111 盖层和储层典型 t2 谱的选择式 (1) 表明 ,可以用油柱高度综合表征盖层的捕集 能力和储层的储集能力 。计算油柱高度的关键参数是 盖层和储层的孔隙半径。相对而言 ,储层的取心和岩心分析都比较容易 ,但盖层多数是泥岩或其他类型的致密 岩层 ,所以 ,盖层的取心和岩心分析都很困难。正是由于这个原因 ,计算盖层的孔隙半径一直是一个难题。 盖层和储层在井剖面的分布是连续的 ,核磁共振测井对井剖面也是连续测量的 ,所以 ,可以利用核磁共振 测井计算井剖面的连续孔隙半径。分别在盖层和储层 中选择典型的 t2 谱 ,然后

15、,用 t2 谱计算孔隙半径。选择盖层和储层的典型 t2 谱的原则是 : 用于反演 t2谱的弛豫信号应有较好的采集质量 ; 在同一盖层或储 层中 ,多数谱的形态应比较一致 ,以便选择的典型 t2 谱能真实地反映所在层位的主要物性特征。如果盖层或储层中单一的 t2 谱达不到这个要求 ,可以考虑选择若 干条 t2 谱 ,然后取这几条 t2 谱的平均值作为目的层 的特征谱。本次研究的盖层和储层分别位于 1934 井rp 为隙半径转换成核磁共振毛管半径) ,mm pa ;t 为岩2石的横向弛豫时间 , ms ; r c 为压汞的毛管半径 , m 。首先 ,将压汞毛管数据转成压力与汞饱和度之间 的分布曲线

16、 (图 2) , 在选定的区间上搜索 c1 , 选择合图 2 压汞毛管力与赝毛管压力的关系( 1234155m 井深)fig12relationship of capillary pressure with mercury injectionand spectrum t2 ( 1234 . 55m in depth)c1适的 c1 , 使 t 和 t 2 谱分布的幅度与压汞曲线的方差2 i和达到最小。本次研究选择的区间是 115 msm pa ,可以根据 t 2 分布和压汞饱和度分布之间的相对位置 确定 c1 的搜索区间 。式 ( 2) 中的 c2 是建立岩石孔喉与 t 2 赝毛管压力之间关系

17、的转换系数 。就理论而石油学报2004 年 第 25 卷40言 ,如果 t 2 赝毛管压力等同于岩石真实毛管力 ,且在实验室的压汞条件下 , c2 应取为 010735mm pa10 。 但研究表明 , t 2 赝毛管力并不等同于岩石的真实毛管 力 ,而且储层条件也不等同于实验室条件 ,所以 ,必须 设法确定 c2 。岩心饱和油及水驱核磁共振实验表明 ,在岩心饱 和油和饱和水的条件下 ,其 t 2 谱均反映了岩石的孔 喉结构 。油 、水等流体作为背景值的存在 ,对岩石孔喉 的评价精度影响不大6 。基于这样的认识 , 假设 t 2 赝毛管压力的变化区间为( c1 / t 2 i ) ,压力区间和

18、赝 毛管压力曲线之间所围的面积为 s i ,在 t 2l 与 t 2n 关 系之间 , t 2 赝毛管压力曲线所围的总面积为 s t ; 假设 毛管半径的变化区间为ri , 该区间毛管半径的分布 频率为 f q i 。存在唯一的 c2 ,使 s i 与 f q i 的方差和达到 最小值 ( 图 3) , 即似的 t 2 分布 (表 1) 。表 1 中第 5 栏深度 h 是岩心深度与测井深度的匹配误差 ,负数表示岩心深度小于测 井深度 。在 13 个分析样品中 ,只有 1237165 m 的岩心深度匹配为 2165 m 。该点的 c1 系数达到了 12178 msm pa ,明显偏离了其余点的

19、c1 分布范围 , 因此 , 可以认为该点的压汞数据或 t 2 谱数据存在问题 。其余岩 样的深度匹配均表明岩心深度小于测井深度 。表 1 岩心压汞与测井 t2 谱对比参数ta ble 1comparison of mercury injection data andnm r t2 distribution测井深度/ mc1/ ( msm pa)c2/ (mm pa)q ah/ m12341101234 . 251234 . 551235 . 601235 . 801235 . 351235 . 831236 . 151236 . 351236 . 621237 . 581237 . 6512

20、49 . 4391845 . 926 . 905 . 925 . 926 . 907 . 887 . 889 . 845 . 926 . 9012 . 787 . 884 . 243 . 243 . 342 . 882 . 883 . 343 . 503 . 683 . 351 . 801 . 582 . 021 . 900 . 8371 . 0860 . 5880 . 7570 . 6410 . 3980 . 7121 . 2300 . 6010 . 6210 . 261015340 . 301- 4 . 15- 4 . 15- 3 . 85- 2 . 65- 2 . 45- 2 . 29-

21、 2 . 58- 2 . 25- 2 . 21- 1 . 33- 0 . 3652 . 69- 1 . 62 x 2= 100s txf ( x ) d x( 3)s i1c / rc= c / rc2 n( )( )s tf x d x42 inq a = ( f q i -s i ) 2( 5)f ( x ) 是由i = 1其中 , i = 1 , 2 , n ; n 为 t 2 谱的节点数 ;临界油柱高度的计算方法在选定盖层和储层典型 t 2 谱和转换系数后 , 理 论上可以根据式 ( 1) 计算岩石的临界油柱高度 。但一 般而言 ,盖层和储层的孔隙半径都不会是一个均值 ,而 可能是一个

22、分布的区间 ,可以把岩石中值孔隙半径作 为特征半径 。然后 ,将中值孔隙半径代入式 (1) 计算临 界油柱高度 。令2( c1 /t 2 i , a m i ) 生 成 的 连 续 函 数 ,x 1 =c2 / r c ( i + 1) ,x 2 = c2 / r c i 。x 1 i= c1 /t 2 ( 31 - i)y 1 i a m ( 31 - i)=( 6)( 30 - i) 293000= 3t 2 i3图 3 盖层和储层的毛管力中值fig13 median capillary pressure in cover layer and reservoir存在一个 c2 ,使式 (5

23、) 取极小值 。c2 的实质是存 在一个划分方案 ,对图 2 中的 t 2 赝毛管力分布进行 划分以后 , t 2 谱能以最近似的方式反映岩石孔喉结构 分布 。对 1934 井 13 块岩心的计算分析表明 , c1 变 化范围是 5192 9184 ms m pa ; c2 的 变 化 范 围 为11584124mm pa 。本次研究取各自的平均值 c1 =6190 msm pa , c2 = 2188mm pa 。考虑到压汞岩心 深度和测井深度可能存在匹配误差 ,以岩心深度为中心 ,在上下 5 m 的范围内搜索与压汞饱和度分布最近其中, 30 ( 横向弛豫时间的反演布点) 。i = 1 ,

24、2 ,以 x 1 和 y 1 为控制点 , 用三次样条差值方法形成连续 函 数 f ( x ) 。 x 1 为 压 力 , m pa 。在 区 间 ( x l1 , x l30) 中 , f ( x ) 包围的总面积为 s 。在压力 x 下 ,f ( x ) 包围的面积占总面积的比例为 s a ( x ) , 其计算 式为x= 100s x l1s a ( x )f ( x ) d x( 7)图 3 表明 , 在同样的饱和度下储层的毛管力更低一些 。就是说 , 油气进入储层所需要的驱替压力更低一些 , 即油气在运移过程中 , 优先进入储层 。x 50 对应的毛管半径是岩石的中值孔喉半径 其表达

25、式为算了连续的孔隙半径。3 条谱的 t2 平均值方法实际上是一种滤波方法。图 4 表明 ,3 条 t2 谱平均值计算的 岩石孔喉半径的变化趋势的确趋于平滑。一般而言 ,在油源供应充足的条件下 ,较高的临界油柱高度意味着较高的含油饱和度 。因此 ,应用核磁 共振评价孔隙结构 ,实际上是用非电测井评价含油饱 和度的解释方法 ,这个解释方法在低电阻率地区应有 良好的应用前景 。r50 ,( 8)r50= c2 /x 50将 1934 井 124010m 的 t 2 谱和 124510m 的 t 2 谱分别当作盖层和储层的典型 t 2 谱 ,用式 ( 8) 计算 ,盖层和储层的中值孔喉半径分别为 rt

26、 = 2174 10 - 4 cm 和rp = 7193 10 - 4cm ,将计算的孔喉半径代入式 ( 1) ,计 算出临界油柱高度为 zc = 100813cm 。临界油柱高度 的含义是某种储盖层组合的条件下 ,储层所能捕集的 最大含油高度 。也就是说 , 在图 1 中 , 以 123910 124410 m 井段作为盖层 , 124410 125510 m 井段作为 储层 ,此时储层最大的油柱捕集高度为 100813cm 。如果有更多的油气运移到这个储层中 ,多余的油气将通过 上部盖层扩散 ,以维持恒定的油柱高度(100813cm) 。结论4结合孔隙中流体的毛管理论 、压汞分析数据 ,提

27、出了应用核磁共振测井数据连续计算盖层和储层毛管半 径的新方法 。该方法在渤海湾地区的应用表明 ,用核 磁共振测井能有效地计算盖层的孔隙半径 ,克服了以 往在盖层取心和岩心分析的困难 。根据盖层和储层的孔隙半径 ,可以计算油藏的临界油柱高度 。特定盖层 和储层组合下的临界油柱高度表征了盖层和储层对于 油气的捕集能力。油藏的临界油柱高度与含油饱和度 分布有关 ,但不依赖于电法测井 ,所以 ,盖层储层组合评应用实例及讨论根据式(8) ,在每个 t2 谱上均可以计算岩石孔隙半 径 ,即随深度变化的连续孔喉半径(图 4) 。图 4 可用于划 分地层 ,并评价地层的非均质性。从图中看出 , 1245103

28、价的方法在识别低电阻油藏方面具有广泛的应用前景。参考文献翟光明 ,何文渊. 塔里木盆地石油勘探实现突破的重要 方向j . 石油学报 ,2004 ,25 (1) :17 .金之钧 ,汤良杰. 陆缘和陆内前陆盆地主要特征和含油 气研究j . 石油学报 ,2004 ,25 (1) :812 .罗蛰潭 ,王允诚. 油气储集层的孔隙结构 m . 北京 : 科 学出版社 ,1986 :155156 .shisheng hao , zhilo ng huang. geop hysical p ropertites of cap rock in qio ngdo ngnan basin j . sout h china sea ,ma 2 rine and pet roleum geology ,2000 ,17 (4) :547555 .傅广 ,陈章明. 盖层封