一种基于孔隙结构的饱和度指数预测方法

摘要

本发明公开了一种基于孔隙结构的饱和度指数预测方法，包括：步骤1，选取目的层有代表性的岩心样品，用一定浓度的盐溶液进行饱和，测量饱和状态岩心的核磁共振T2谱；步骤2，利用离心机在不同的转速下对饱和状态岩心进行离心，并分别测量不同离心状态下岩心的核磁共振T2谱；步骤3，计算饱和状态岩心的核磁共振T2谱的T2几何均值，不同离心状态下岩心的核磁共振T2谱的T2几何均值及岩心含水饱和度；步骤4，构建T2谱分布变化率，根据T2谱分布变化率与含水饱和度变化关系曲线，获取岩心孔隙结构指数n′；步骤5，根据岩心孔隙度指数n′预测岩心饱和度指数，并确定目的层饱和度指数。

说明书

技术领域

本发明涉及石油勘探中的油气藏储层测井评价技术领域，特别涉及一种基于孔隙 结构的饱和度指数预测方法。

背景技术

在石油勘探开发中，测井评价的主要任务是基于测井获得的一系列参数以完成对 测井油气层的识别和定量评价油气层。其中，一系列参数中的含油饱和度参数能够影 响产层类型判断和储量计算的精度，因此在油气藏储层测井评价中显得极为重要。

含油饱和度一方面是油气层识别的基本依据。目前进行测井评价时，通常需要以 饱和度作为划分产层依据，来确定油层、水层、油水同层、含油水层等类型，若含油 饱和度计算不准确，则会影响并误判产层的类型。

另一方面，含油饱和度计算的结果决定了油气层定量评价的精度，其会直接影响 以含油饱和度为主要参数的储量计算的精度。

现有的确定含油饱和度的方法，主要是利用阿尔奇公式计算含水饱和度，进而得 到含油饱和度。Archie(阿尔奇)最早提出了油气层电阻率—含水饱和度之间的关系 式，即Archie公式，如下所示：

$S_w={\left(\frac{{\mathrm{abR}}_w}{{\phi }^m{R}_t}\right)}^{\frac{1}{n}};$

其中，R_w为地层水电阻率，单位为Ω·m(欧姆·米)；

R_t为岩石电阻率，单位为Ω·m；

φ为岩石孔隙度，小数；

S_w为含水饱和度，小数；

n为饱和度指数，单位为无因次量纲；

m为胶结指数，单位为无因次量纲；

a、b为与岩性有关的系数，其取值通常为1.0。

上述Archie公式主要适用于粒间孔隙且物性较好，即具有较单一的孔隙大小分 布的砂岩储层。目前，随着油气勘探的不断深入，非常规致密砂岩油气、页岩油气等 复杂储层油气藏逐渐成为勘探的潜力区。对于测井评价而言，复杂的孔隙结构控制了 复杂储层的渗流与导电能力，直接影响了储集层的物性参数和油气水层的电性响应特 征。对致密砂岩储集层而言，由于其孔隙度和渗透率很低，特别是储层喉道细小，孔 喉结构复杂，经常导致致密砂岩的岩石电性实验难以开展，即通常的驱替方法难以驱 替出致密砂岩中的水，即开展致密砂岩电学实验难度大且耗时长。

对于中高孔渗砂岩储层，其储集空间通常为粒间孔隙，并且孔隙和喉道的大小发 育较为均一，可认为是均质储层，即孔隙结构相对简单(可近似认为具有相同的孔隙 结构)，因此，其饱和度指数n通常为固定值。

而对于致密砂岩储层，通常其储集空间类型多样，粒间孔隙、粒内孔隙及微孔隙 均有发育，且孔隙和喉道的大小分布也不均一，通常为非均质储层，即具有复杂的孔 隙结构。因此，致密砂岩储层的电性响应不再是含油饱和度的单调函数，而是含油饱 和度和孔隙结构的综合函数。也就是说，对孔隙结构具有一定响应的致密砂岩储层饱 和度指数n也不再是固定值，而是随着孔隙结构的变化而变化，因此，为了准确计算 复杂孔隙结构致密砂岩储层的含油饱和度，需要确定饱和度指数n值随孔隙结构变化 的规律。

发明内容

本发明提出了一种基于孔隙结构并利用核磁共振测井技术进行预测砂岩储层饱 和度指数的方法，该方法实现了考虑孔隙结构变化获取致密砂岩储层的饱和度指数， 能够较为准确地确定致密砂岩储层含油饱和度。

核磁共振测井信号是唯一能够提供反映孔径分布信息的测井资料。假设岩石为水 润湿并饱和水，并且核磁共振测井或实验室采集/测量模式适当(有足够长的极化时 间T_w和足够小的回波间隔T_E)，经反演得到的T2分布可以反映岩石的孔径分布。 因此，可以考虑从核磁共振T2谱中提取孔隙结构参数间接的反映岩石的电性变化规 律。

本发明提出的一种基于孔隙结构的饱和度指数预测方法包括：步骤1，选取目的 层有代表性的岩心样品，用一定浓度的盐溶液进行饱和，测量饱和状态岩心的核磁共 振T2谱；步骤2，利用离心机在不同的转速下对饱和状态岩心进行离心，并分别测 量不同离心状态下岩心的核磁共振T2谱；步骤3，计算饱和状态岩心的核磁共振T2 谱的T2几何均值，不同离心状态下岩心的核磁共振T2谱的T2几何均值及岩心含水 饱和度；步骤4，构建T2谱分布变化率，根据T2谱分布变化率与含水饱和度变化关 系曲线，获取岩心孔隙结构指数n′；步骤5，根据岩心孔隙度指数n′预测岩心饱和度 指数，并确定目的层饱和度指数。

进一步的，在步骤1中，盐溶液采用氯化钠溶液，浓度大小根据研究目的层位的 地层水矿化度来确定。

进一步的，在步骤2中，利用离心机在不同的转速下对饱和状态岩心进行离心， 并分别测量不同转速离心后岩心离心状态的核磁共振T2谱，包括：根据离心机的最 大转速选取多个固定的转速值，对每块岩心分别采用选定的多个固定的转速值进行离 心，逐渐驱替岩心中的可动水，改变岩心的含水饱和度，并分别测量不同离心状态下 岩心的核磁共振T2谱。

进一步的，在步骤3中，计算饱和状态的核磁共振T2谱的T2几何均值，利用 的公式如下：

$T_{2go}={\left(\underset{i=1}{\overset{N}{\Pi }}{T}_{2i}^{{\phi }_i}\right)}^{\frac{1}{{\phi }_{nmr}}},{\phi }_{nmr}=\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{\phi }_i;$

其中，T_2go为饱和状态的核磁共振T2谱的T2几何均值，单位为ms；

φ_nmr为在饱和状态下核磁共振T2谱确定的孔隙度，单位为％；

T_2i为横向弛豫时间分量，单位为ms；

φ_i为孔隙度分量，单位为％；

N为T2横向弛豫时间分量的个数。

进一步的，在步骤3中，计算不同离心状态下岩心的核磁共振T2谱的T2几何 均值及岩心含水饱和度，利用的公式如下：

$T_{2gt}={\left(\underset{i=1}{\overset{N}{\Pi }}{T}_{2i}^{{\phi }_i}\right)}^{\frac{1}{{\phi }_{psa}}},{\phi }_{psa}=\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{\phi }_i,$S_w＝φ_psa/φ_nmr；

其中，T_2gt为离心状态T2谱几何均值，单位为ms；

φ_psa为在离心状态下核磁共振T2谱确定的孔隙度，单位为％；

S_w为含水饱和度，无量纲。

进一步的，在步骤4中，构建T2谱分布变化率，利用的公式如下：

$G=\frac{T_{2go}}{T_{2gt}};$

其中，G为T2谱分布变化率，无量纲；

T_2go为饱和状态T2谱几何均值，单位为ms；

T_2gt为离心状态T2谱几何均值，单位为ms；

在步骤4中，根据T2谱分布变化率与含水饱和度变化关系曲线，获取岩心孔隙 结构指数n′，利用的公式如下：

$G=\frac{b^{\prime }}{{S_w}^{n^{\prime }}};$

其中，n′为孔隙结构指数，无量纲；

S_w为含水饱和度，无量纲；

b′为系数，取值为1。

进一步的，在步骤5中，建立函数关系：n＝f(n′)，根据岩心孔隙度指数n′预 测岩心饱和度指数n，并根据目的层所有实验岩心的T2谱分布变化率与含水饱和度 变化关系曲线采用最小二乘法拟合确定目的层饱和度指数

本发明提出的基于孔隙结构的饱和度指数预测方法，通过从不同含水饱和度核磁 共振T2谱中提取反映电性变化的孔隙结构参数，预测致密砂岩储层的饱和度指数， 由于考虑了孔隙结构对电性影响的因素，因此，本发明能够较为准确地确定致密砂岩 储层含油饱和度，为测井油气层识别和定量评价提供准确依据。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不 构成对本发明的限定。在附图中：

图1是本发明一实施例的基于孔隙结构的饱和度指数预测方法流程图。

图2是本发明一具体实施例中对一块岩心样品进行饱和及4种不同转速离心后， 进行核磁共振T2谱实验获得的饱和状态和离心状态核磁共振T2谱示意图。

图3是本发明一具体实施例中对一块致密砂岩岩心计算的饱和状态和离心状态 下的T2几何均值与含水饱和度的变化关系示意图。

图4是本发明一具体实施例中确定的一块致密砂岩岩心的T2分布变化率与含水 饱和度关系图。

图5是本发明一具体实施例中确定的所有岩心孔隙结构指数与饱和度指数的相 关关系图。

图6是本发明一具体实施例中目的层位所有岩心的T2分布变化率与含水饱和度 关系图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例，对本发明的技术方案作详细说明，应理解这些实 施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技 术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围内。

本发明提供一种确定致密砂岩储层饱和度的方法，其通过确定饱和度指数随孔隙 结构变化的规律，能够较为准确地确定致密砂岩储层饱和度，以为测井油气层识别和 定量评价的精度提供准确依据。

图1是本发明一实施例的基于孔隙结构的饱和度指数预测方法流程图。如图1 所示，该方法包括：

步骤1，选取目的层有代表性的岩心样品，用一定浓度的盐溶液进行饱和，测量 饱和状态岩心的核磁共振T2谱。

其中，具有代表性的岩心样品主要是指，岩心参数(孔隙度、渗透率参数)能够 代表研究目的层位参数分布的大部分范围的岩心，选择的岩心不能是其参数分布在一 个很局限的范围内，而不反映整个目的层孔隙度和渗透率参数分布的情况。

在本实施例中，一定浓度的盐溶液一般是根据研究目的层位的地层水类型及其矿 化度大小来确定。具体的，如目的层位地层水为氯化钠型，矿化度为20000ppm，则 在实验室配置的盐溶液也选用氯化钠，矿化度为20000ppm。

饱和状态岩心的核磁共振T2谱实验测量是按照《岩样核磁共振参数实验室测量 规范(SY/T6490-2014)》标准流程进行。

步骤2，利用离心机在不同的转速下对饱和状态岩心进行离心，并分别测量不同 离心状态下岩心的核磁共振T2谱。

不同离心转速的设定主要根据致密砂岩的致密程度(即渗透率大小)和离心机允 许的最大转速来综合选取，可以选取多个固定的转速值。例如，对渗透率大于或等于 0.05×10^-3μm²的致密砂岩岩心，离心速率可选为3000转、6000转、9000转和12000 转四个转速。对饱和状态岩心分别用离心机按照上述4个转速(依次从小到大)进行 高速离心，目的是逐渐驱替岩心中的可动水，改变岩心的含水饱和度，并测量每一次 离心后岩心的核磁共振离心T2谱，实验测量方式按照《岩样核磁共振参数实验室测 量规范(SY/T6490-2014)》标准流程进行。

步骤3，计算饱和状态岩心的核磁共振T2谱的T2几何均值，不同离心状态下岩 心的核磁共振T2谱的T2几何均值及岩心含水饱和度。

在优选的实施方式中，计算饱和状态的核磁共振T2谱的T2几何均值，利用的 公式如下：

$T_{2go}={\left(\underset{i=1}{\overset{N}{\Pi }}{T}_{2i}^{{\phi }_i}\right)}^{\frac{1}{{\phi }_{nmr}}},{\phi }_{nmr}=\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{\phi }_i;$

其中，T_2go为饱和状态的核磁共振T2谱的T2几何均值，单位为ms；

φ_nmr为在饱和状态下核磁共振T2谱确定的孔隙度，单位为％；

T_2i为横向弛豫时间分量，单位为ms；

φ_i为孔隙度分量，单位为％；

N为T2横向弛豫时间分量的个数。

在优选的实施方式中，计算不同离心状态下岩心的核磁共振T2谱的T2几何均 值及岩心含水饱和度，利用的公式如下：

$T_{2gt}={\left(\underset{i=1}{\overset{N}{\Pi }}{T}_{2i}^{{\phi }_i}\right)}^{\frac{1}{{\phi }_{psa}}},{\phi }_{psa}=\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{\phi }_i,$S_w＝φ_psa/φ_nmr；

其中，T_2gt为离心状态T2谱几何均值，单位为ms；

φ_psa为在离心状态下核磁共振T2谱确定的孔隙度，单位为％；

S_w为含水饱和度，无量纲。

步骤4，构建T2谱分布变化率，根据T2谱分布变化率与含水饱和度变化关系曲 线，获取岩心孔隙结构指数n′。

在优选的实施方式中，构建T2谱分布变化率，利用的公式如下：

$G=\frac{T_{2go}}{T_{2gt}};$

其中，G为T2谱分布变化率，无量纲；

T_2go为饱和状态T2谱几何均值，单位为ms；

T_2gt为离心状态T2谱几何均值，单位为ms。

在优选的实施方式中，根据T2谱分布变化率与含水饱和度变化关系曲线，获取 岩心孔隙结构指数n′，利用的公式如下：

$G=\frac{b^{\prime }}{{S_w}^{n^{\prime }}};$

其中，n′为孔隙结构指数，无量纲；

S_w为含水饱和度，无量纲；

b′为系数，取值为1。

步骤5，根据岩心孔隙度指数n′预测岩心饱和度指数，并确定目的层饱和度指数。

在优选的实施方式中，根据岩心孔隙度指数n′预测岩心饱和度指数n，即建立函 数关系：n＝f(n′)，并根据目的层所有实验岩心的T2谱分布变化率与含水饱和度变 化关系曲线采用最小二乘法拟合确定目的层饱和度指数

为了对上述基于孔隙结构的饱和度指数预测方法进行更为清楚的解释，下面结合 一个具体的实施例来进行说明，然而值得注意的是该实施例仅是为了更好地说明本发 明，并不构成对本发明不当的限定。

结合图1所述方法的步骤1，选择某一油田区块一个层位的致密砂岩油气储层段 作为待研究的目的层，收集目的层段的岩心资料和测井资料，并根据这些资料选出了 具有代表性的岩心样品7块。岩心样品的孔隙度在6.0％～12.0％之间，渗透率在 0.005×10^-3μm²至0.3×10^-3μm²之间。

对每块岩心采用矿化度为20000ppm的氯化钠溶液进行饱和，按照《岩样核磁共 振参数实验室测量规范(SY/T6490-2014)》标准流程对岩心进行核磁共振饱和T2 谱实验测量。

结合步骤2，对饱和状态岩心用离心机选取不同转速进行离心，并分别测量不同 转速离心后，离心状态岩心的核磁共振T2谱。离心速率选为3000转、6000转、9000 转和12000转四个转速。对饱和岩心分别用离心机按照上述4个转速(依次从小到大) 进行高速离心，目的是逐渐驱替岩心中的可动水，改变岩心的含水饱和度，并测量每 一次离心后岩心的核磁共振离心T2谱，实验测量方式按照《岩样核磁共振参数实验 室测量规范(SY/T6490-2014)》标准流程进行。

请参照图2，图2是本发明一具体实施例中对一块岩心样品进行饱和及4种不同 转速离心后，进行核磁共振T2谱实验获得的饱和状态和离心状态核磁共振T2谱示 意图。

结合步骤3，对每块岩心样品计算饱和状态岩心的核磁共振T2谱的T2几何均值， 不同离心状态下岩心的核磁共振T2谱的T2几何均值及岩心含水饱和度。

请参照图3，图3是本发明一具体实施例中对一块致密砂岩岩心计算的饱和状态 和离心状态下的T2几何均值与含水饱和度的变化关系示意图。

结合步骤4，构建T2谱分布变化率，根据T2谱分布变化率与含水饱和度变化关 系曲线，获取岩心孔隙结构指数n′，利用这个参数可以反映不同含水饱和度下岩心中 导电部分的孔隙结构的变化规律。

请参见图4，图4是本发明一具体实施例中确定的一块致密砂岩岩心的T2分布 变化率与含水饱和度关系图。对于图4中致密砂岩岩心，根据T2谱分布变化率与含 水饱和度变化关系曲线并利用计算公式通过最小二乘拟合法可以得到该岩 心的孔隙结构指数n′＝2.036，系数b′＝1。

进一步的，可以对本具体实施例中的7块岩心均采用上述方法，计算每块岩心对 应的孔隙结构指数n′。

结合步骤5，将孔隙结构指数n′与这些岩心利用岩电实验获得的饱和度指数n进 行相关性对比分析。

图5是本发明一具体实施例中确定的所有岩心孔隙结构指数n′与饱和度指数n 的相关关系图。由该图可以看出，孔隙结构指数n′能够较好的反映饱和度指数n的大 小，两者基本在45度线附近，进一步说明了利用不同含水饱和度下核磁T2谱几何均 值的变化可以反映致密砂岩电性的变化规律(n值的变化规律)。

根据岩心孔隙结构指数n′与岩心饱和度指数n的关系，可以建立如下函数关系： n＝f(n′)，即可以利用孔隙结构指数n′来预测岩心饱和度指数n的大小。在本具体 实施例中，n＝A·n′，其中系数A＝1。

对本具体实施例中研究目的层的7块岩心，绘制T2谱分布变化率与含水饱和度 变化关系图，请参见图6，并根据目的层所有实验岩心的T2谱分布变化率与含水饱 和度变化关系曲线采用最小二乘法拟合确定目的层饱和度指数完成饱 和度指数预测。

本说明书中的上述实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似部 分可以作为相互参照。

本发明提出的基于孔隙结构的饱和度指数预测方法，通过从不同含水饱和度核磁 共振T2谱中提取反映电性变化的孔隙结构参数，预测致密砂岩储层的饱和度指数， 由于考虑了孔隙结构对电性影响的因素，因此，本发明能够较为准确地确定致密砂岩 储层含油饱和度，为测井油气层识别和定量评价提供准确依据。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详 细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发 明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。