T1—T2二维核磁页岩油含油性评价方法在大港油田的成功应用

2021-11-18 00:30:47, 勤劳的搬运工苏州纽迈分析仪器股份有限公司

大家好，本期为大家解读并推荐的文章，是大港油田勘探开发研究院2020年发表在《录井工程》上的最新成果，聚焦油田勘探研究热点，提出了页岩油储集层含油性检测的二维核磁共振方法。

文章最为核心是提出了４状态法T₁—T₂二维核磁共振页岩油流体组分检测方法，并建立了准确的页岩油流体组分位置标准谱图，根据T₁—T₂谱图得到各种流体组分含量，计算页岩油产能指数，产能指数越高，含油性越好。

这一方法在大港油田黄骅坳陷某井沙三段成功进行了应用，根据T₁—T₂谱计算了产能指数，进而确定了优质储集层，部署钻探水平侧钻井，试油效果较好，验证了T1—T2二维核磁共振页岩油含油性检测的可行性。

图形摘要

流体分布位置

流体分布边界

T1—T2二维核磁共振不同流体组分标准谱图

页岩油储集层与常规储集层体积模型对比

图1a 常规储集层体积模型

图1b 页岩油储集层体积模型

▲图1. 常规砂泥岩储集层与页岩油储集层体积模型对比

常规储集层

主要包括骨架矿物、黏土束缚水、有效孔隙中占据微小孔径部分的毛管束缚水、占据大孔径部分的可动水和油气。核磁共振测量能够探测到的信息包括黏土束缚水、毛管束缚水以及可动水和油的信号。

页岩油储集层

页岩油储集层最大的差异是源储一体，除骨架矿物和无机孔隙之外，还存在大量的有机质以及有机孔隙，其中有机质（即干酪根）是以固态形式存在，该部分信息目前的核磁共振测量仪器难以探测到。有机质存在大量孔隙，孔隙中存在转化不完全的沥青质物质，微小孔径中的束缚油以及相对大孔径中的可动油，而可动油是可以产出的。当核磁共振测量参数回波间隔较大时，有机孔中的流体信息探测会不完整。

本文结论

页岩油源储一体，含有大量的有机孔隙，原油不仅分布在大孔径无机孔隙中，有机孔隙中亦含有丰富的沥青质、束缚油和可动油。
不同性质和赋存状态流体横向弛豫时间T2谱互相重叠，一维核磁共振T2谱测量难以满足页岩油含油性评价。
不同性质和赋存状态流体纵向弛豫时间T1还是存在一定差异性，特别是T1/T2比值差异明显,为T1—T2二维核磁共振定量评价页岩油含油性提供了可能。
根据T1—T2谱数据计算的页岩油产能指数越高，该储集层含油性越好。

一维核磁共振T₂谱检测局限性

▲图2. 页岩连续４状态一维核磁共振T₂谱对比图

实验说明

原始状态——经过一段时间放置之后，无机孔中可动油或水以及有机孔中可动油可能会部分或完全挥发出去，岩样中剩下的主要是有机孔和无机孔中束缚流体，若可动油未完全挥发，则可能含部分可动油。

原样饱和油——岩样中有机孔以及无机孔中大孔径充满可动油。

岩样洗油后饱和水——岩样中无机孔充满水的信息，有机孔中为水以及可能部分没有完全洗净的残余油的信息。

饱和水岩样离心——岩样中以有机孔和无机孔束缚水为主。

实验结果

大孔径中可动油位于长T₂谱位置，比较容易识别。

短T2谱部分（0.01～10 ms之间），饱和油岩样T2谱包络面积小于饱和水岩样T2谱包络面积，说明有无机微孔隙存在，饱和油状态时油无法进入无机微孔隙，因此饱和蒸馏水测量才能揭示全部孔隙。

原始岩样T2谱左峰与饱和油岩样T2谱左峰位置一致，饱和水岩样T2谱左峰与饱和水后离心状态T2谱左峰位置一致，且含油状态下T2谱左峰位置相对于洗油后状态下T2谱左峰位置更靠左，说明页岩油岩样中存在有机质，且有机质T2谱峰位置相对于无机小孔径T2谱峰位置更靠左。

饱和油岩样短T2谱包络面积大于原始岩样短T2谱包络面积，说明有机质中可能存在束缚油信息。

实验室中可以通过以上４种状态下T₂谱对比差异进行定性含油性评价，但除大孔径中可动油之外，很难定量评价有机质、束缚水、有机质中束缚油等信息。

（a）一维T_２谱图

（b）二维T１－T２谱图

▲图3. 不同性质流体在一维T₂谱图和二维T₂—T₂谱图上分布位置对比

有机孔隙与束缚水信息在T2谱上基本重叠在一起，但是有机孔中沥青质、原油和无机孔中原油的纵向弛豫时间T1均长于相似情况下水的T1，在T1/T2上差异更为明显。

4状态二维核磁含油性评价步骤与方法

岩样原始状态T₁—T₂信号采集

▲图4. 页岩油岩样原始状态T_１－T_２二维核磁共振谱图

裸露放置一段时间后岩样中的流体组分主要包括有机孔、无机孔中束缚流体以及可能存在的部分可动油信息。

航空煤油饱和原始岩样进行T₁—T₂信号采集

▲图5. 页岩油岩样饱和油状态T_１－T_２二维核磁共振谱图

此时，岩样中的流体组分除原始岩样中所包括的流体组分之外，已经被挥发了的无机大孔径中的可动油和有机孔中的可动油得到恢复。

☆ 使用仪器 ☆

本文中使用的是纽迈分析的中尺寸核磁共振成像分析仪

MesoMR23-060H-I

蒸馏水饱和岩样进行T₁—T₂信号采集

▲图6. 页岩油岩样饱和水状态T₁—T₂二维核磁共振谱图

步骤2中饱和油后的岩样进行洗油、洗盐、烘干等处理，并用蒸馏水进行饱和，得到完全饱和水的页岩油岩样，采用相同方法对饱和水岩样进行T1—T2二维核磁共振信号采集。无机孔中所有可动油都能被处理掉，有机孔中能够溶解流动的油亦被清洗干净，而有机孔中的沥青质和束缚油非常难以处理干净，可能会遗留下部分信息。

此时，岩样中流体组分主要包括可能剩下的有机孔中难以清除的沥青质、束缚油和各种状态下水的信号，此时测量的孔隙信号最为完整。

饱和水岩样离心后进行T₁—T₂信号采集

▲图7. 页岩油岩样饱和水离心后T₁—T₂二维核磁共振谱图

此时，可动水基本上已经完全被去掉，岩样中流体组分主要包括可能剩下的有机孔中难以清除的沥青质、束缚油和无机孔中束缚水信号。

对比4状态T₁—T₂二维谱图确定不同流体组分标准谱图

（a）流体分布位置

（b）流体分布边界

▲图8. T₁—T₂二维核磁共振不同流体组分标准谱图

通过对比4状态T1—T2二维谱图中不同流体的分布位置，得到以下认识：

(a) 各种流体组分均位于左上半部分区域，即位于T1／T2＝１分界线上方；

(b)无论是束缚水还是可动水，其在T1—T2二维谱图上均靠近于T1/T2＝１这条线；

(d) 有机孔油相对于无机孔油靠左，与束缚水T2位置相当，但其T1位置相对于束缚水峰靠上。

计算页岩油含油性定量评价参数——产能指数

具体计算公式如下：

式中：RPI为页岩油产能指数；Voil为页岩油含油体积，其值为无机孔可动油、有机孔可动油、有机孔束缚油之和；Vb为有机孔沥青质体积；VTOC为干酪根体积。

产能指数越高，含油性越好!

实例验证

▲图9. 二维核磁共振流体性质评价谱图（实例）

根据第8道T1—T2二维核磁共振谱图，计算得到第11道页岩油产能指数。目标区块页岩油产能指数大于１即可解释为优质储集层，将该层系作为目标箱体，部署钻探水平侧钻井。对水平侧钻井该目标井段试油，压后３mm喷嘴自喷，产油22.71t/d,产气3801m³/d，验证了二维核磁共振页岩油含油性检测的准确性和可行性。

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