随钻核磁共振测井横向弛豫时间截止值计算方法与应用_张冲.pdf

收稿日期 基金项目中海石油（中国）有限公司重大科技专项“渤海油田稳产 万吨，上产 万吨关键技术研究”（）。第一作者张冲（），男，博士，教授，博士生导师，现主要从事测井数据处理与综合解释方面的教学工作，。张冲，孙康，康楠，等 随钻核磁共振测井横向弛豫时间截止值计算方法与应用 长江大学学报（自然科学版），（）：，（），（）：随钻核磁共振测井横向弛豫时间截止值计算方法与应用张冲，孙康，康楠，张占松，唐磊，何伟油气资源与勘探技术教育部重点实验室（长江大学），湖北 武汉 长江大学地球物理与石油资源学院，湖北 武汉 中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 摘要横向弛豫时间（）截止值（）是核磁共振测井评价束缚水饱和度、渗透率的关键参数，由于随钻核磁共振与电缆、岩心核磁共振的测量在仪器参数、测量环境等方面存在较大差异，导致岩心核磁实验确定的 评价模型在随钻核磁共振测井资料中难以取得良好的应用效果。依据含泥砂岩 的影响因素，建立基于岩石孔隙结构特征参数的变 评价模型；同时以岩石孔隙半径为中间参数，建立随钻核磁横向弛豫时间校正模型，消除岩心与随钻的刻度差异。研究结果表明：含泥砂岩 主要受岩石微小孔隙及大孔隙发育程度的影响，微小孔隙越发育，越小；相同孔隙半径下，岩心核磁与随钻核磁横向弛豫时间呈乘幂变换关系，校正系数与随钻核磁小孔隙分量、孔隙分量中值、随钻核磁孔隙度具有高相关性。将建立的横向弛豫时间校正模型、变 评价模型应用到渤海油田的束缚水饱和度评价中，结果显示，束缚水饱和度计算的平均绝对误差由校正前的 降低为 ，表明该方法有效提高了随钻核磁共振测井评价储层束缚水饱和度的精度，也为随钻核磁共振测井 的确定提供了一个新的思路。关键词横向弛豫时间截止值（）；随钻核磁共振测井；横向弛豫时间校正；束缚水饱和度 中图分类号 文献标志码 文章编号 （），（），：（）（），（），；，：；长江大学学报（自然科学版）年 第 卷 第期 （），DOI:10.16772/ki.1673-1409.20220920.003横向弛豫时间（）截止值（）在核磁共振测井资料中作为区分束缚流体与可动流体的界限值，其准确性直接决定了束缚水饱和度、渗透率的评价精度，如何获取准确的 是核磁共振测井解释中极为重要的研究内容，。测井解释中 的确定方法主要分为三类：第一类是选取固定值作为研究区 ，通过岩心核磁共振实验，取实验结果的平均值，或直接依据岩性选用经验值，砂岩 ，灰岩 。该类方法应用简单，但具有较强的局限性，只适用于岩性特征较为稳定的地层。第二类是正态分布法，等认为饱和流体谱可以由多个正态分布叠加组成，依据谱峰的数量及位置结合正态分布函数构建相应的束缚水谱、可动水谱或第三峰谱，并在此基础上计算 。该类方法不需要岩心核磁实验进行标定，可以通过核磁共振谱直接确定 。第三类方法是基于岩心刻度测井的思想，先建立岩石物理参数或测井曲线与岩心 之间的定量关系，然后将定量模型应用到测井解释中。汪忠浩等考虑岩石孔隙结构对 的影响，提出了综合物性指数评价变 ；苏俊磊等利用核磁共振谱的几何均值建立了地区经验可变 ；邵维志等认为 与谱形态特征相关，基于谱特征参数建立了 选取方法；葛新民等认为泥质砂岩岩样 与岩石孔隙结构、渗流特性相关，利用阳离子交换量建立了 评价模型。该类方法具有较强的地区经验特性，需要根据研究区实际资料重新确定 计算模型。渤海油田开发井含大量随钻核磁共振测井资料，在岩心 刻度测井解释过程中发现，随钻核磁计算的束缚水饱和度、渗透率与岩心真实值之间的误差较大。随钻核磁在钻井条件下进行，为克服复杂环境及运动对测量结果的影响，其仪器参数、探测特性与电缆核磁存在差异，以往电缆核磁测井的解释方法不再适用，给岩心刻度随钻测井带来较大困难。针对上述问题，笔者分析了泥质砂岩岩性特征及 影响因素，结合谱中提取的孔隙结构特征参数确定了变 评价模型，并探讨了随钻核磁共振测井与岩心核磁共振测井谱之间的差异问题；并在此基础上利用岩心和随钻谱的饱和度累积曲线，建立随钻核磁与岩心核磁横向弛豫时间的转换公式，由此解决随钻核磁与岩心核磁横向弛豫刻度不一致的问题，从而提高束缚水饱和度的评价精度。计算模型 的确定图岩心核磁共振实验确定 示意图 利用岩心核磁测量的饱和水、离心束缚水谱确定岩心 ，其方法见图。分别利用饱和水、离心束缚水谱计算饱和水、离心束缚水累积孔隙分量曲线，作离心束缚水累积曲线最大值与轴的平行线，平行线与饱和水累积曲线相交，交点的横向弛豫时间即为该岩样 。计算模型岩心 主要受岩石孔隙结构的影响，而核磁谱能够表征岩石的孔隙结构。基于此，首先确定岩样 ，然后对谱进行量化，拾取与孔隙连通性、大小及分布相关的孔隙结构特征参数，并统计分析 与特征参数之间的相关性，建立变 计算模型。对渤海 油田 块泥质砂岩岩样进行饱和水、离心束缚水核磁共振测量，并利用上述方法确定每一岩样的 。块岩样的孔隙度分布范围为 ，平均为 ，渗透率分布范围为 ，平均为 。图为研究区全部岩样的 计算结果，分布范围在 ，平均为 ，明显低于一般认为的砂岩 （）。前人研究指出，与岩性、颗粒大小、孔隙结构等因素有关 。实验岩样的薄片分析资料（见图）显示，岩石成分主要长江大学学报（自然科学版）年月图研究区泥质砂岩岩样 分布图 为石英、长石，岩石颗粒较细，小孔隙发育。当泥质含量变化时，泥质吸附在大孔隙表面或堵塞小孔隙，导致岩石孔隙结构变化明显，而孔隙结构的变化会使测量的谱形态发生改变，也因此受到影响。对 块岩样饱和水谱进行量化，提取出表征谱形态、岩石孔隙结构的 个参数，分别为核磁孔隙度、谱峰弛豫时间、小孔隙分量、中孔隙分量、大孔隙分量、均值、几何均值、标准差、变异系数、峰度。谱峰弛豫时间指谱谱峰的弛豫时间值，反映岩石中主体孔隙的大小；小、中、大孔隙分量分别指微孔隙发育情况下黏土吸附水体积、毛细管压力图研究区泥质砂岩岩样铸体薄片 下束缚水体积以及可动流体体积，泥质砂岩储层中，和 常用于划分黏土孔及束缚水孔隙的界限，因此本次研究中小孔隙分量为弛豫时间小于 的孔隙，中孔隙分量为弛豫时间在 之间的孔隙，大孔隙分量为弛豫时间大于 的孔隙；均值为谱的平均位置；几何均值用于描述谱孔隙分量平均增长率；标准差为谱孔隙分量的分散程度的衡量参数；变异系数是综合评价孔隙分布和平均位置的参数；峰度是计算谱谱峰的尖度，反映曲线的陡缓程度。图为上述特征参数在谱中的示意图，其计算方法可以参考文献 ，需要指出的是，标准差、变异系数和峰度表征孔隙分 选特 征，没 有量化 到图孔隙结构特征参数在谱中的位置 图中。将 与特征参数进行相关性分析，图为 及孔隙结构特征参数的 相关性热度图。从图中可以看出，与小孔隙分量相关程度最大，为 。小孔隙分量用于表征岩石微小孔隙发育程度，小孔隙分量越大，微小 孔 隙 发 育 程 度 越 高。除 小 孔 隙 分 量 外，与几何均值、大孔隙分量的 相关性也较高，但为了避免特征参数之间的自相关程度带来的共线性误差以及岩心与实际地层流体差异导致的参数计算误差，最终选用小孔隙分量和大孔隙分量建立 计算模型。图为岩心 与小孔隙分量以及大孔隙分量的关系图，可以看出，岩心 与小孔隙分量和大孔隙分量具有较高的乘幂、指数相关性。随着小孔隙分量的增加、大孔隙分量的减少，逐渐减小，说明含泥砂岩中 受岩石孔隙流体分布的影响较为明显。可动流体体积越高，越大；微小孔隙越发育，越小，但微小孔隙发育程度过高时，受影响程度降低。采用多参数拟合得到 计算模型：第 卷 第期张冲 等：随钻核磁共振测井横向弛豫时间截止值计算方法与应用 （）式中：为小孔隙分量，；为大孔隙分量，。图 及孔隙结构特征参数的 相关性热度图 图岩心 与孔隙结构特征参数的关系 随钻核磁测井与岩心谱特征差异分析及校正方法 特征差异分析随钻核磁共振测井是在钻井条件下进行的，为克服钻具运动、井眼环境等因素对仪器敏感区间、核磁信号信噪比的影响，获取准确的核磁信号，其仪器设计和测量参数与电缆核磁共振、岩心核磁共振存在较大差异。但三者的测量原理基本相同，都是通过观测孔隙中流体的弛豫机制，评价岩石的流体性质和孔隙结构。横向弛豫时间由表面弛豫、体积弛豫和扩散弛豫个部分组成，可表示为：（）（）（）式中：为流体体积弛豫时间，；为岩石的横向表面弛豫强度，；为孔隙的表面积，长江大学学报（自然科学版）年月；为孔隙体积，；为扩散系数，；为氢质子的磁旋比，；为磁场梯度，；为回波间隔，。体积弛豫 主要受控于孔隙中流体的性质，油的体积弛豫时间要明显慢于水的体积弛豫时间。表面弛豫（）与孔隙空间的大小和形状有关，当流体性质、仪器参数、测量环境等不发生变化时，横向弛豫时间随表面弛豫时间改变，可有效评价储层孔隙空间的大小及分布。扩散弛豫（）主要受磁场梯度和回波间隔的影响，随钻核磁共振测井在测量时采用低梯度磁场，当磁场梯度较低时，扩散弛豫部分明显减小，会造成谱出现右移的现象。研究区岩心谱是岩样在饱和水情况下，采用 核磁共振分析仪测量得到，仪器测量参数为等待时间（）、回波间隔（）、回波个数（个）、测试温度（）、磁场强度（）、脉冲频率（）、饱和水矿化度（）。随钻谱由 的 随钻核磁共振测井仪测量得到，仪器测试参数为回波间隔（）、工作频率（）、磁场梯度（）。岩样取心深度段为油层，油样为轻质油，水分析资料显示地层水矿化度约为 。图相同深度下岩心谱与随钻谱对比图 图为相同深度下岩心核磁共振测井谱（以下简称“岩心谱”）与随钻核磁共振测井谱（以下简称“随钻谱”）的对比图，可以看出，随钻谱相较于岩心谱明显右移，二者最小弛豫时间不同，最大弛豫时间基本一致，说明随钻谱产生了较为明显的非线性右移。岩心核磁仪器采用射频场，随钻核磁测井采用梯度场，且岩心核磁测量仪器的主频率（）远高于随钻核磁测井仪（），仪器的主频率越低，对小孔隙信号的分辨能力越差。因此分析认为，仪器测量参数以及环境差异使得随钻谱与岩心谱存在横向偏移，也导致了岩心实验确定的变 在测井刻度应用时，难以取得良好的评价效果。校正方法岩心资料深度归位后，测井与岩石物理测量对象是一致的。岩心谱与随钻谱表征同一种孔隙结构分布，且两者曲线形态较为接近，但横向弛豫时间刻度存在不同。基于此原理，利用岩心谱和随钻谱的饱和度累积曲线，建立随钻核磁横向弛豫时间与岩心核磁横向弛豫时间的转换公式，校正测量仪器、测量参数、环境等因素导致的横向弛豫时间差异。谱的横向弛豫时间与孔隙分量具有一致性，横向弛豫时间的大小代表孔隙半径的相对大小，孔隙分量代表某一孔隙半径孔隙的占比，所以饱和度累积曲线与毛细管压力曲线性质相似，通过连续截取相同饱和度累积百分比的岩心核磁横向弛豫时间和随钻核磁横向弛豫时间，可以得到相同孔隙半径下岩心核磁与随钻核磁的横向弛豫时间对应关系。图为岩心谱和随钻谱的饱和度累积曲线，从到 ，等间隔，共计截取 个点，图中箭头为饱和度累积百分比为 时，截取得到的岩心核磁和随钻核磁的横向弛豫时间。以此为例，在完成共计 个饱和度点截取后，将提取的岩心核磁横向弛豫时间与随钻核磁横向弛豫时间作交会图。图（）为种不同物性条件下岩心核磁和随钻核磁横向弛豫时间交会图，由图（）可知，在第 卷 第期张冲 等：随钻核磁共振测井横向弛豫时间截止值计算方法与应用图岩心谱和随钻谱的饱和度累积曲线 孔隙度、渗透率、岩心 发生变化的情况下，随钻核磁横向弛豫时间与岩心核磁横向弛豫时间始终存在高相关、乘幂变化关系。其校正公式为：（）式 中：为 岩 心 核 磁 横 向 弛 豫 时 间，；为随钻核磁横向弛豫时间，；、为校正系数，无量纲。将校正公式（）应用到随钻谱中，校正结果如图（）所示，黑色虚线为 。从图（）可以看出，校正后的随钻谱与岩心谱在横向弛豫时间刻度上保持一致，最小弛豫时间、谱峰弛豫位置基本符合。校正后随钻谱谱峰位置从 右侧校正至 左侧，短弛豫时间部分与岩心谱相近。右侧中长弛豫时间部分的校正后随钻谱与岩心谱符合效果一般，主要是因为该部分流体为可动流体，随钻谱受含油性影响，弛豫时间存在有一定的差异。实例应用 校正系数的确定从图（）中块岩样的横向弛豫时间变化关系趋势线可以看出，、是可变的，因此在利用校正公式（）进行随钻核磁横向弛豫时间校正前，需要先确定公式中的校正系数。由于随钻核磁测井曲线不完整，只在部分油层段进行了有效测量，所以 块岩样中只有 块岩样的深度点存在有效的随钻谱。表为 块岩样的物性参数、及校正系数：分布范围 ，平均 ；分布范围 ，平均 。考虑连续井资料处理问题，、需要利用随钻核磁测井数据确定，才能取得实际的应用效果。通过统计分析发现，与随钻谱中提取的小孔隙分量和孔隙分量中值都呈明显的正相关关系，且相关性较高。与随钻谱中提取的孔隙分量中值和随钻核磁孔隙度呈明显的负相关关系，且相关性较高。建立、的多参数计算公式，具体为：（）（）式中：为孔隙分量中值，表示孔隙分量的中间值，；为随钻核磁孔隙度，。应用效果以变 计算束缚水饱和度为例，验证上述校正方法的应用效果。具体的应用方法为：首先，从随钻谱中提取小孔隙分量、孔隙分量中值和随钻核磁孔隙度，利用式（）和式（）确定、；然后，采用式（）对全井段随钻谱的横向弛豫时间作校正，通过数据插值的方式将校正后的谱孔隙分量标定至 ，与岩心谱的弛豫时间刻度一致，获得校正后随钻谱，并提取校正后随钻谱的小孔隙分量和大孔隙分量，结合式（）计算校正后的变 ；最后，利用变 评价储层束缚水饱和度。计算束缚水饱和度的公式为：（）（）（）式中：为束缚水饱和度，；为最小弛豫时间，；为最大弛豫时间，；（）为对应弛豫时间时的孔隙分量，。长江大学学报（自然科学版）年月图部分岩样随钻谱校正图版及校正结果 表岩样物性参数、及校正系数 ，样号孔隙度渗透率 图 为随钻核磁共振测井束缚水饱和度评价结果。图 中左起第道为未校正的原始随钻谱，道中曲线为原始随钻谱计算的变 ；右起第道为校正后的随钻谱，道中曲线为校正后随钻谱计算的变 ；右起第道为两种变 分别结合未校正随钻谱、校正后随钻谱的束缚水饱和度计算结果，岩心束缚水饱和度为岩心核磁实验确定的束缚水饱和度。从图 上可以看出，校正后随钻谱形态基本保持不变，但变 明显发生改变，从未校正前的谱峰左侧，经 校 正 后 变 为 谱 峰 右 侧。利 用 校 正 后 的 确定的束缚水饱和度与岩心束缚水饱和度基本符合，平均绝对误差约为 ，相比于未校正束缚水饱和度计算的平均绝对误差 ，评价精度显著提高。上述应用结果表明，随钻谱第 卷 第期张冲 等：随钻核磁共振测井横向弛豫时间截止值计算方法与应用的横向弛豫弛豫时间经过校正后，有效减小了随钻核磁测井与岩心核磁的差异，提高了岩心刻度测井的应用效果及评价精度。图 随钻核磁共振测井束缚水饱和度评价结果 结论）含泥砂岩岩样 与岩石孔隙结构有关，通过对孔隙结构特征参数进行优选，得到 主要受大、小孔隙分量的影响的结论，即 随小孔隙分量的增大而减小，但减小趋势逐渐变缓，且随大孔隙分量的增大而增大。）随钻核磁共振测井与岩心核磁共振测井谱的形态较为相似，但横向弛豫时间存在明显差异，主要表现为：随钻谱的最小横向弛豫时间较岩心谱向右偏移，但最大横向弛豫时间基本一致。）本次研究提出的随钻核磁共振测井横向弛豫时间校正方法，提高了随钻核磁共振测井 评价束缚水饱和度的精度。参考文献朱明，贾春明，穆玉庆，等基于正态分布拟合的致密砂砾岩储层核磁共振测井可变截止值计算方法 石油地球物理勘探，（）：，长江大学学报（自然科学版）年月 ，（）：朱林奇，张冲，何小菊，等基于动态孔隙结构效率的核 磁 共 振测井预测渗透率方法 新疆石油地质，（）：，（）：肖亮，肖忠祥核磁共振测井 确定方法及适用性分析 地球物理学进展，（）：，（）：，（），：汪中浩，章成广，肖承文，等低渗透储层截止值实验研究及其测井应用 石油物探，（）：，（）：苏俊磊，王艳，孙建孟应用可变截止值确定束缚水饱和度 吉林大学学报（地球科学版），（）：，（），（）：，邵维志，丁娱娇，肖斐，等 利用谱形态确定截止值的方法探索 测井技术，（）：，（）：葛新民，范宜仁，邓少贵基于实验分析的泥质砂岩截止值确定方法研究 测井技术，（）：，（）：胡海涛，肖立志 电缆核磁共振测井仪探测特性研究 波谱学杂志，（）：，（）：李新，肖立志，胡海涛随钻核磁共振测井仪探测特性研究 波谱学杂志，（）：，（）：李新，肖立志，刘化冰随钻核磁共振测井的特殊问题与应用实例 测井技术，（）：，（）：李新，肖立志，黄科，等随钻核磁共振测井的地层界面响应特征 地球物理学报，（）：，（）：王志战，邓美寅，翟慎德，等油井样品 谱的影响因素及截止值的确定方法 波谱学杂志，（）：，（）：谢然红，肖立志，王忠东，等 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