引言

我國(guó)新疆砂礫巖油藏儲(chǔ)量豐富。然而砂礫巖儲(chǔ)層具有非均質(zhì)性較強(qiáng)、孔喉結(jié)構(gòu)復(fù)雜、孔徑分布較廣的特點(diǎn)，砂礫巖全尺度孔隙結(jié)構(gòu)和可動(dòng)油分布的定量化分析十分關(guān)鍵。

核磁共振（(NMR)是一種快速、無(wú)損的測(cè)孔技術(shù)。它通過(guò)測(cè)試飽和含氫流體巖心的核磁共振T2譜，獲得巖石物性和流體賦存狀態(tài)信息(孔隙度、滲透率、孔徑分布、可動(dòng)流體占比等)。而表征全尺度孔徑分布的關(guān)鍵是確定橫向弛豫時(shí)間T2與孔徑r之間的轉(zhuǎn)換系數(shù)C。

轉(zhuǎn)換系數(shù)C值的獲取方法有經(jīng)驗(yàn)法、T2截止值法和相似性法。經(jīng)驗(yàn)法僅適用于特定均質(zhì)性較強(qiáng)儲(chǔ)層；T2截止值法僅適用于孔隙連通性較好的儲(chǔ)層；相似性法是目前針對(duì)低滲、致密儲(chǔ)層zui為常用的方法，其中T2譜與高壓壓汞孔徑分布曲線的結(jié)合zui為普遍。然而砂礫巖滲透率相對(duì)較低、汞注入飽和度通常低于50%，核磁結(jié)合高壓壓汞確定C值的方法對(duì)砂礫巖并不適用。

本文提出一種低溫氮?dú)馕浇Y(jié)合核磁共振確定C值的方法。低溫氮?dú)馕娇杀碚骺缀矸植迹勺R(shí)別的zui小孔徑取決于設(shè)定的zui小相對(duì)壓力。而核磁共振可表征的zui小孔隙取決于飽和流體的原子尺寸和核磁共振參數(shù)TE值。當(dāng)選取合適的飽和流體和合適的參數(shù)時(shí)，通過(guò)低溫氮?dú)馕将@得的孔徑分布和核磁共振T2譜就會(huì)在<200nm范圍內(nèi)有很好的相似性。

1.實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介:

本文制備了18組取自新疆油田砂礫巖儲(chǔ)層的樣本(表1)，將每組樣本分為六份，分別進(jìn)行了X射線衍射(XRD)、鑄體薄片、掃描電鏡(SEM)、低溫氮?dú)馕?LTNA)、高壓壓汞(HPMI)和NMR測(cè)試，其中NMR測(cè)試通過(guò)紐邁公司生產(chǎn)的MesoMR3-060H-I核磁共振儀進(jìn)行。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

礦物組分和沉積成分特征：砂礫巖以石英(44.3%)和長(zhǎng)石(40.1%)為主，其次為粘土礦物(10.3%)，見(jiàn)表1。通過(guò)鑄體薄片分析得知砂礫巖沉積碎屑顆粒以巖石碎屑(58.2%)為主，其次是長(zhǎng)石碎屑(15.9%)和石英碎屑(12.3%)。顆粒分選性由中到差，圓度主要為近圓形和近棱角形。石英和長(zhǎng)石碎屑越多，微米級(jí)孔隙越發(fā)育；火山巖碎屑、泥質(zhì)基質(zhì)和膠結(jié)物越多，微米級(jí)孔隙越不發(fā)育。

圖1 鑄體薄片中主要的孔隙類型（Q,石英；F,長(zhǎng)石；R,巖屑;C,碳酸鹽膠結(jié)物）

儲(chǔ)集空間特征：結(jié)合鑄體薄片和掃描電鏡(見(jiàn)圖2)，砂礫巖儲(chǔ)集空間有五種類型：原生粒間孔、粒間溶孔、鑄模孔、粒內(nèi)溶孔和晶間孔。

圖2 掃描電鏡中的主要孔類型

原生粒間孔、粒間溶孔和鑄模孔尺寸相對(duì)較大，從幾十到幾百納米；粒內(nèi)溶孔孔徑范圍較廣，從幾十納米到幾十微米；粘土晶間孔孔徑相對(duì)較小，主要在幾納米到幾十納米分布。

低溫氮?dú)馕剑荷暗[巖氮?dú)馕?解吸等溫線存在明顯的滯后環(huán)，滯后環(huán)類型可以反映多孔介質(zhì)的孔隙形態(tài)。砂礫巖樣本的滯后環(huán)大致分為四種類型（見(jiàn)圖3）：樣本1#、8#、5#和11#分別對(duì)應(yīng)開(kāi)縫孔、狹縫孔、墨水瓶孔和細(xì)頸寬體的墨水瓶孔。

圖3 砂礫巖樣本氮?dú)馕?解吸等溫線

通過(guò)DFT模型獲得的砂礫巖孔徑分布曲線見(jiàn)圖4。曲線呈左半峰或單峰形態(tài)，主要分布在大于0.02μm的部分。

圖4 通過(guò)DFT模型獲得的砂礫巖樣本孔徑分布

核磁共振 T₂ 譜：本文測(cè)試了樣本在三種狀態(tài)下的核磁共振 T₂ 譜:(1)洗油并110℃干燥后;(2)正十二烷飽和-So;(3)正十二烷離心-Soir。洗油干燥樣本的 T₂ 譜代表巖石顆粒表面的束縛水和粘土層間緊密結(jié)合的羥基水。So和Soir狀態(tài)下的 T₂ 譜需要減去干燥樣本的T2譜。

圖5 So和Soir狀態(tài)下的NMR T₂譜

樣本在So狀態(tài)下的NMR T₂ 譜如圖5實(shí)線所示。T2譜整體呈三峰結(jié)構(gòu)，存在四種類型：類型I有三個(gè)連續(xù)峰，P1峰zui高，P2與P3較為接近；類型II有明顯的P1和P3峰，P3峰左移；類型III有明顯的P1和P2峰或P1+P2峰；類型IV P1峰幅值z(mì)ui高，P2和P3峰均較小。

Soir狀態(tài)通過(guò)將飽和油狀態(tài)下的樣本離心去可動(dòng)油獲得。通過(guò)計(jì)算得知本文殘余油存在于小于0.014μm的孔隙或由小于0.014μm的喉道控制的孔隙中。Soir狀態(tài)下的樣本 T₂ 譜如圖5虛線所示，大部分樣本存在兩個(gè)峰(P1和P2)。

T₂ 截止值通過(guò)So和Soir狀態(tài)下 T₂ 譜確定，見(jiàn)圖6。18個(gè)實(shí)驗(yàn)樣本的T2截止值由0.438到12.993ms變化，顯著低于常規(guī)的砂巖和碳酸鹽巖。 T₂ 截止值的變化主要受巖性、潤(rùn)濕性、鐵磁成分和孔喉結(jié)構(gòu)影響。

圖6 樣本通過(guò)So和Soir狀態(tài)下T2譜計(jì)算的截止值

通過(guò)比較So和Soir狀態(tài)下 T₂ 譜我們可以定量評(píng)價(jià)砂礫巖可動(dòng)油飽和度(Smo)。當(dāng)樣本從類型I到類型IV變化時(shí)，Smo呈遞減趨勢(shì)(47.49-25.01%)。

實(shí)驗(yàn)討論

　　轉(zhuǎn)換T₂譜為孔徑分布的新方法

圖7 通過(guò)DFT模型計(jì)算的孔徑分布與Soir狀態(tài)下的NMR T2譜對(duì)比

通過(guò)比較Soir狀態(tài)的 T₂ 譜和低溫氮?dú)馕将@得的孔徑分布曲線，我們發(fā)現(xiàn)Soir狀態(tài)下 T₂ 譜的第1峰與DFT模型的孔徑分布在形態(tài)和幅值上有很好地相似性(見(jiàn)圖7)。因此，我們可以通過(guò)DFT孔徑分布校準(zhǔn)NMR T₂ 譜。關(guān)于轉(zhuǎn)換系數(shù)C值的計(jì)算公式如下：

其中，rgm為DFT模型孔徑分布的加權(quán)幾何平均值；RLTNA為對(duì)應(yīng)Voir的低溫氮?dú)馕綄?shí)驗(yàn)表征的孔隙體積占比；Voir為Soir狀態(tài)的NMR孔體積；Aoir為Soir狀態(tài)下的NMR累積信號(hào)幅值；T2gm(RLTNA)為對(duì)應(yīng)RLTNA占比的Soir狀態(tài)T2譜的T2加權(quán)幾何平均。

圖8 砂礫巖樣本全尺度孔徑分布

通過(guò)轉(zhuǎn)換系數(shù)C值得到的樣本全尺度孔徑分布見(jiàn)圖8。類型I樣本孔隙主要在0.001-200μm范圍發(fā)育；類型II樣本孔隙主要在小于100μm范圍分布；類型III樣本主要為小于20μm的孔隙；類型IV樣本主要為納米級(jí)孔隙，微米級(jí)孔隙較少。

可動(dòng)油分布特征及控制因素分析:

對(duì)于所有樣本，大于6μm的孔隙主要為粒間孔、粒間溶孔和鑄模孔，主要含可動(dòng)油(占比超90%)；0.1到6μm的孔隙主要為粒內(nèi)溶孔和粘土晶間孔，該范圍內(nèi)可動(dòng)油占比隨孔徑增加而快速增加(20-80%)；小于0.1μm的孔隙主要為粘土晶間孔，主要含殘余油，可動(dòng)油占比普遍較低(＜20%)。可以發(fā)現(xiàn)，大尺寸孔隙占比越大，可動(dòng)油飽和度越高。

通過(guò)進(jìn)一步分析可動(dòng)油體積和壓汞體積的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，可動(dòng)油體積主要為喉道大于0.44μm的孔體積。微觀來(lái)看可動(dòng)油分布主要受孔喉結(jié)構(gòu)影響，圖9總結(jié)了砂礫巖主要的孔喉結(jié)構(gòu)類型，可動(dòng)油占比：A＞C＞B＞D＞E。

圖9 砂礫巖中發(fā)育的五種主要的孔喉結(jié)構(gòu)

宏觀來(lái)看，礦物組分和巖石結(jié)構(gòu)影響孔喉結(jié)構(gòu)特征，進(jìn)而決定油的可動(dòng)性。石英含量越高，喉道和初始孔尺寸越大，A型孔喉越發(fā)育；長(zhǎng)石含量越高，A、B和C型孔喉越發(fā)育；方解石含量越高，孔喉尺寸越小，D型孔喉越發(fā)育；粘土礦物含量越高，D和E型孔喉越發(fā)育。可動(dòng)油飽和度隨石英、長(zhǎng)石礦物含量增加而增加，隨方解石和粘土礦物含量增加而減小。

小結(jié)

本文對(duì)18組砂礫巖樣本進(jìn)行了全尺度孔徑分布表征和可動(dòng)油分布和控制因素的定量化研究。有以下成果：

• 通過(guò)鑄體薄片和掃描電鏡綜合觀察發(fā)現(xiàn)了砂礫巖儲(chǔ)集空間類型；
• 提出了結(jié)合Soir狀態(tài)下核磁 T₂ 譜和DFT模型孔徑分布得到砂礫巖全尺度孔徑分布的新方法。根據(jù)So狀態(tài)下 T₂ 譜形態(tài)特征將樣本分為四種類型；
• 得到了孔喉結(jié)構(gòu)、礦物含量與可動(dòng)油飽和度之間的關(guān)系。