一维核磁共振流体识别

   核磁共振测井在测量时,主要测量储层中各种孔隙流体的信息,在解释储层参数及原油特性时具有明显优势。油、气、水在弛豫和扩散特性上的差异(如表1)更是为核磁共振测井识别储层流体类型和评价流体性质提供了坚实的基础。

表1 多孔介质中饱和流体的核磁共振特性(邵维志等,2014)

核磁共振特性束缚水可动水稠油中等粘度油轻质油天然气
纵向弛豫T1很短中等-长中等很长
横向弛豫 T2 很短中等-长中等
扩散特性很慢中等-较快很慢中等-较快中等-较快很快

T2 截止值法

  实验研究表明,油对岩样T2分布有影响。岩样100%含水时,由观测回波串反演得到的T2分布放在图的最前面。然后向样品孔隙中注油,随着含油饱和度的增加,水的体积减小,T2分布的左边部分,即水的峰逐步降低,而右边部分,即油的峰,则不断增加。同时,由于水所占据的空间面体比发生变化(相同的表面积,但体积减小),使水的T2值相对减小,如同小孔中的快衰减。100%含水单一孔径在T2分布上只有一个单峰,数值大小由面体比确定。当孔隙中注入油后,油是非润湿相,在孔隙中处于被水包围状态,驰豫保持其固有的T2特征值,分布在T2增大的方向,随着油含量的增多,峰值幅度会不断增加。而水本身的信号不仅幅度下降,其位置也往T2低的方向移动。

图1 流体识别示意图

   在实际测井中,由于井眼环境的影响,核磁测井回波信号信噪比低,一般在 T2 谱反演时, T2 分布平缓,对于亲水岩石,当储层含油(非稠油)时,在 T2 分布上有可能油水峰分不开。在不能从观测方式上提高信噪比的情况下,为了从 T2 分布上识别油水层,一个最直接的方法是采用低信噪比的高分辨 T2 分布反演算法。


双Tw观测模式

   在不同等待时间内,流体的极化率不同,等待时间越长,流体的极化率越高。在短等待时间里,只有水能够完全极化;在长等待时间里,水和烃均可完全极化。双Tw测井便是通过对比和分析长等待时间和短等待时间的核磁共振测井响应,来对储层流体进行定性和定量评价。核磁双 Tw 观测方式主要是利用水和烃的T1差异来识别油气,适用于区分轻烃和水。

差谱法(DSM)

   一种用来定性判别地层中轻烃是否存在的流体识别方法。将不同等待时间的2个回波串分别通过反演得到对应的T2谱;用长等待时间的T2谱减去短等待时间的T2谱,得到差谱。典型情况下,气分布在差谱的中部,轻质油分布在差谱的后部。若储层不含油气,则无差谱信号。

时域分析法(TDA)

   用包含水和烃信号的长等待时间回波串减去只含水信号的短等待时间回波串,得到主要是烃信号的回波串差。然后对这个回波串差进行反演得到T2谱,即差谱,具体原理如图2。时域分析法是通过在时间域相减,消除了DSM方法中反演不确定性的影响,并根据流体核磁共振响应特征来进行定量计算。 相较于差谱法更加准确。 从而得到仪器探测。适用于轻质烃类识别,对小孔径油水同层定量分析的准确度高于大孔径油水同层,甚至会将大孔径纯水层解释为油层。同时NMR测井数据的信噪比会影响TDA定量评价的精确度 。

图2 时域分析法原理图


双 TE观测模式

   在足够长的等待时间下,利用两组长短不同的回波间隔测量两组回波串。由于水与气或者中等粘度油的扩散系数不同,使得各自在T2谱上的位置发生变化,以此来识别储层中的流体。

移谱法

   在中等粘度油层,根据水和中等粘度油扩散系数的差异,选择合理的长短TE组合,使得长TE测得的水和油的T2值比短TE测得的小,且水小的更多,从而来区分水和油。

图3 移谱法原理

   在气层,由于气的扩散比油、水都强,因此通过对比长短TE的移谱信号,长TE的可动流体峰会向短TE方向明显移动。以此来对气层进行识别。

增强扩散法

   根据油气水在梯度磁场条件下扩散特性不同的特点,通过增加回波间隔来提高流体扩散作用。由于水的视弛豫时间衰减幅度大于油气,便以此来识别油气。这种方法能够确定可动水体积和检测轻质油的存在 ,但仅适用于一定粘度范围内的油水识别,且容易受到钻井液影响。

扩散分析法

   首先将双TE测井采集的两组回波串进行反演得到对应的T2谱。再计算出这两个T2谱中自由流体的几何均值,分别为T2L和T2S。将这两个几何均值通过等式与扩散系数建立联系,等式如下:

\[1/T_{2S}=1/T_{int}+[CD_a(GγT_{ES})^2/12] (1)\] \[1/T_{2L}=1/T_{int}+[CD_a(GγT_{EL})^2/12] (2)\]

   其中T2int为孔隙流体的固有横向弛豫时间;Da为孔隙流体视扩散系数;C为仪器常数。 通过等式解出T2int和Da,构建1/T2int和Da/DW交会图版。通过图版(如图4)来确定SWa,从而计算出SW

图4 DIFAN 处理的交会图


与其他测井资料综合解释方法

   通过将探测深度比较浅的核磁数据与深电阻率数据相结合,来提供全面的原状地层流体信息。利用核磁共振测井提供粘土水孔隙度(MCBW)和有效孔隙度(MPHI)以及电阻率测井提供的地层电阻率,双水模型计算出原状地层中总含水饱和度,再应用MRIAN体积模型得到原状地层毛管束缚水、可动水、可动烃体积,进而对储层流体性质进行判别。

表2 常规流体识别方法适用性分析

轻质油中等粘度油气层
大孔径移谱法(合适 TEL,孔隙均匀 )移谱法 标准 T2 谱与差谱结合
中-小孔径标准 T2 谱、差谱法移谱法、差谱法 标准 T2 谱与差谱结合
低孔低渗 标准 T2 标准 T2

相关资料:

  1. 邵维志, 贵兴海, 郝丽萍, et al. 浅析核磁共振测井在储层流体性质识别方面的局限性[J]. 测井技术, 2014, 38(6):684-689.
  2. 李鹏举,张智鹏,姜大鹏.核磁共振测井流体识别方法综述[J].测井技术,2011,35(05):396-401.
  3. 谭茂金, 赵文杰, 范宜仁. 用测井双TW观测数据识别储层流体性质[J]. 天然气工业, 2006, 026(004):38-40.
  4. 王少鹤. 核磁共振测井判别气层方法研究及在辽河油田的应用[J]. 石油天然气学报, 2012, 034(012):86-89.
  5. 邵维志.核磁共振测井移谱差谱法影响因素实验分析[J].测井技术,2003(06):502-507+543.
  6. 王忠东,汪浩,向天德.综合利用核磁谱差分与谱位移测井提高油层解释精度[J].测井技术,2001(05):365-368+399.
  7. 谢然红, 肖立志, 刘家军. 核磁共振测井时域分析法数值模拟及影响因素分析[J]. 地球物理学报, 2011, 054(008):2184-2192.
  8. 谭茂金, 石耀霖, 赵文杰,等. 核磁共振双TW测井数据联合反演与流体识别[J]. 地球物理学报, 2008(05):308-316.
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