煤層氣儲(chǔ)層參數(shù)的磁共振無(wú)損檢測(cè)技術(shù)研究

煤層氣儲(chǔ)層參數(shù)的磁共振無(wú)損檢測(cè)技術(shù)研究

油氣是一種非正式的天然氣。由于油氣儲(chǔ)存的密度和中國(guó)油氣儲(chǔ)存的特點(diǎn)，其開(kāi)發(fā)比傳統(tǒng)天然氣儲(chǔ)量更難開(kāi)發(fā)。目前已試采的煤層氣井產(chǎn)量較低,甚至有些井不壓裂就無(wú)自然產(chǎn)能。要經(jīng)濟(jì)有效的開(kāi)發(fā)煤層氣藏,首先要做好基礎(chǔ)研究工作,即煤層氣藏的儲(chǔ)層特征、滲流機(jī)理和滲流理論研究。由低滲透油氣田的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)中得知,對(duì)于低滲透特低滲透儲(chǔ)層而言只以孔隙度、滲透率來(lái)判斷儲(chǔ)層物性的好差存在很大的缺陷,而且煤層氣儲(chǔ)層是一個(gè)特殊類型的儲(chǔ)層,煤層氣的賦存與產(chǎn)出涉及到吸附、解吸、擴(kuò)散和滲流這樣一系列復(fù)雜的過(guò)程,因此必須根據(jù)其自身的特點(diǎn)研究煤層氣藏的儲(chǔ)層特征。另外,由于煤層氣藏開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)理論缺少,在煤層氣藏開(kāi)發(fā)過(guò)程中出現(xiàn)的許多現(xiàn)象不能得到合理的解釋和充分的解決。核磁共振技術(shù)在低滲透油藏的儲(chǔ)層評(píng)價(jià)等方面研究取得了很大成果。利用核磁共振技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于:對(duì)測(cè)試樣品無(wú)損害,充分結(jié)合煤樣易碎、巖心難鉆取的特點(diǎn)。筆者將利用核磁共振無(wú)損技術(shù),來(lái)探討該技術(shù)在煤層氣藏儲(chǔ)層評(píng)價(jià)中的應(yīng)用問(wèn)題。旨在為煤層氣藏的高效合理開(kāi)發(fā)提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。1弛豫時(shí)間和巖石流體系統(tǒng)顧名思義,核磁共振是原子核和磁場(chǎng)之間的相互作用。由于油、水中富含氫核1H,因此,石油勘探與開(kāi)發(fā)研究中最常用的原子核是氫核1H。巖樣飽和油或水后,由于油或水中的氫核具有核磁矩,核磁矩在外加靜磁場(chǎng)中會(huì)產(chǎn)生能級(jí)分裂,此時(shí)當(dāng)有選定頻率的外加射頻場(chǎng)時(shí),核磁矩就會(huì)發(fā)生吸收躍遷,產(chǎn)生核磁共振。通過(guò)適當(dāng)?shù)奶綔y(cè)、接收線圈就可以觀察到核磁共振現(xiàn)象,探測(cè)到核磁共振信號(hào)(磁化矢量),核磁共振信號(hào)強(qiáng)度與被測(cè)樣品內(nèi)所含氫核的數(shù)目成正比。核磁共振中極其重要的一個(gè)物理量是弛豫,弛豫是磁化矢量在受到射頻場(chǎng)的激發(fā)下發(fā)生核磁共振時(shí)偏離平衡態(tài)后又恢復(fù)到平衡態(tài)的過(guò)程。核磁共振中有兩種作用機(jī)制不同的弛豫,分別叫做T1弛豫和T2弛豫。弛豫速度的快慢由巖石物性和流體特征決定,對(duì)于同一種流體,弛豫速度只取決于巖石物性。標(biāo)識(shí)弛豫速度快慢的常數(shù)稱為弛豫時(shí)間,對(duì)于T1弛豫叫T1弛豫時(shí)間,對(duì)于T2弛豫叫T2弛豫時(shí)間。雖然T1弛豫時(shí)間和T2弛豫時(shí)間均反映巖石物性和流體特征,但T1弛豫時(shí)間測(cè)量費(fèi)時(shí),現(xiàn)代核磁共振通常測(cè)量T2弛豫時(shí)間。對(duì)純凈物質(zhì)樣品(如純水),每個(gè)氫核的周圍環(huán)境及原子核相互作用均相同,因此可用一個(gè)弛豫時(shí)間T2描述樣品的物性。而對(duì)于油氣藏的巖石多孔介質(zhì)樣品而言,情況要復(fù)雜得多,儲(chǔ)層巖石中礦物組成和孔隙結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜,流體存在于多孔介質(zhì)中,被許多界面分割包圍,孔道形狀、大小不一,原子核與固體表面上順磁雜質(zhì)接觸的機(jī)會(huì)不一致等,使得各個(gè)原子核弛豫得到加強(qiáng)的幾率不等,所以巖石流體系統(tǒng)中原子核弛豫不能以單個(gè)弛豫時(shí)間來(lái)描述,而應(yīng)當(dāng)是一個(gè)分布。不同巖石流體系統(tǒng)的物性決定了它們具有不同的T2分布,因此反過(guò)來(lái)獲得了它們的T2分布就可以確定它們的物理性質(zhì)。相關(guān)資料參見(jiàn)文獻(xiàn)。2巖樣密度和孔隙度的測(cè)量核磁共振T2測(cè)試是在中石油勘探開(kāi)發(fā)研究院廊坊分院滲流所自行開(kāi)發(fā)研制的低磁場(chǎng)核磁共振巖心分析儀上進(jìn)行的,該儀器各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。具體實(shí)驗(yàn)步驟和方法如下:①實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備。首先獲取直徑和長(zhǎng)度都不能大于2.5cm的任意形狀的巖樣,并將巖樣置于干燥箱中65℃條件下進(jìn)行干燥至恒重為止,稱巖樣干重。②巖樣飽和水及孔隙度測(cè)量。將巖樣抽真空12h以上加壓5MPa飽和模擬地層水,稱濕重,計(jì)算孔隙度。③核磁共振T2測(cè)試。將飽和水的巖樣置于低磁場(chǎng)核磁共振巖心分析儀的探頭中,進(jìn)行核磁共振T2測(cè)試,并反演計(jì)算出T2弛豫時(shí)間譜。主要測(cè)試參數(shù)為:共振頻率2MHz,回波時(shí)間0.3ms,恢復(fù)時(shí)間6000ms,回波數(shù)1024,信噪比控制在30∶1以上,T2譜擬合點(diǎn)數(shù)64。3煤巖心滲透率與可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)實(shí)驗(yàn)樣品取自山西沁水盆地62塊的任意形狀煤樣。利用核磁共振巖心分析儀分別對(duì)巖心進(jìn)行測(cè)定,測(cè)試參數(shù)包括孔隙度、滲透率、可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)以及T2幾何均值。對(duì)常規(guī)水測(cè)孔隙度與核磁共振的結(jié)果對(duì)比(如圖1)可以看出兩者的相關(guān)性很好,核磁共振測(cè)試結(jié)果基本上可以反映出煤層氣藏儲(chǔ)層的孔隙度水平。圖2是滲透率與孔隙度的關(guān)系,從中可以看出滲透率與孔隙度的相關(guān)性并不是很明顯,滲透率隨著孔隙度的增大基本上呈現(xiàn)為增大的趨勢(shì)。圖3是煤巖心可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)與滲透率的關(guān)系,從中可以看出,可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)與巖心滲透率之間都沒(méi)有太好的相關(guān)性,巖心的可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)并不隨著滲透率的增大而增大。從低滲透油藏的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)可以知道,可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)是一個(gè)比滲透率和孔隙更優(yōu)的儲(chǔ)層評(píng)價(jià)參數(shù)。因?yàn)榭蓜?dòng)流體百分?jǐn)?shù)畢竟反映了介質(zhì)流動(dòng)能力的大小,能否用可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)來(lái)作為表征煤層氣儲(chǔ)層物性還有待進(jìn)一步研究?？紤]到煤層氣藏的特殊性,除可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)外,還應(yīng)該考慮煤層氣藏的孔隙結(jié)構(gòu)。巖心核磁共振T2譜分布反映了巖石的孔隙結(jié)構(gòu),其不僅與孔隙結(jié)構(gòu)密切相關(guān),而且與部分孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)也有很好的相關(guān)關(guān)系。繪制T2幾何均值與煤層氣巖心其他物性的相關(guān)性圖(圖4、5)。從圖5中可以看出煤層氣藏的T2幾何均值與滲透率有很好的相關(guān)性。因此核磁共振T2譜可以考慮作為儲(chǔ)層評(píng)價(jià)的參數(shù)之一。結(jié)合以上兩部分討論可知:反映介質(zhì)流動(dòng)的可動(dòng)流體百分?jǐn)?shù)和T2幾何均質(zhì)可能是優(yōu)于滲透率和孔隙度的參數(shù)。4核磁共振檢測(cè)技術(shù)1)利用核磁