用NMR+T2谱分布研究储层岩石孔隙分形结构

当孑Ｌ隙中仅饱和一种流体时，体积弛豫会比表 面弛豫慢得多，故ｌ／％可以忽略；当磁场均匀（对应 磁场梯度Ｇ很小），同时回波间隔％足够短时，第三 项扩散弛豫项也可以忽略。此时，上式可以简化为
百乃 １＝ｐ７㈩＼ Ｖ ／
（２）
从而可以得到死与孔径ｒｃ的关系式为
告ｉ２＝ｐｐ可导＝甜瓦ｓ旦＃
（ｕ３’）
式中：风称为几何形状因子，对球状孔隙，风＝３；对
摘要：利用ＮＭＲ疋谱分布进行储层岩石分形结构研究，进而分析岩石物性，是一种分析、评价储
层孔隙结构与物性的新方法。在前人研究的基础上，首先，对中一高孔渗储层的分形性质作了进一
步的分析；其次，着重讨论了在低孔低渗情况下，利用ＮＭＲ死谱分布研究岩石分形结构这一方法
的适用性与准确性；最后，对此方法在中一高孔渗储层与低孔低渗储层中的应用进行了对比分析。
１ 理论基础
由ＮＭＲ弛豫机制可知，ＮＭＲ总的横向弛豫速 率为横向体积弛豫、横向表面弛豫、扩散弛豫３种 机制的叠加‘７】：
去ｉ＝２击瓦＋＋ｐ㈥ｐＩ＋可１ＤＪ（＋ＴＧ—厂百Ｔｒ一）２ （１）
式（１）中右边的第一、二、三项分别表示横向体积（自
由）弛豫、横向表面弛豫、扩散弛豫。％为流体的体
积（自由）弛豫时间，ｍｓ；Ｓ为孔隙表面积，ｃｍ２；Ｖ为 孔隙体积，ｃｍ３；Ｐ为岩石的横向表面弛豫强度，肛ＩＩｌ， ｍｓ；Ｄ为扩散系数，Ｉ山ｍ２／ｍｓ；Ｇ为磁场梯度，ｇａｕｓｓ／ ｃｍ；ＴＥ为回波间隔，ｍｓ。
收稿日期：２００７—０６—１６；修回日期：２００７－０７－２０ 基金项目：国家８６３项Ｈ ０６２２课题“研究特殊储层测井识别与地层参数定量评估计算（编号：２００６ＡＡ０６２２２０）”及中国石油集团公一Ｊ项目
“二低油气层测井解释方法和解释模型研究（编号：０６Ａ３０１０２）”资助。 作者简介：陈振标。１９８１年生。男，在读硕十研究生，研究方向为测井资料地质应用。地址：（４３４０２３）湖北省荆州市长江大学油气资源与勘
文献标识码：Ａ
Ｕｓｉｎｇ ＮＭＲ死ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｆｒａｃｔａｌ ｎａｔｕｒｅ
ｏｆ ｐｏｒｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
ＣＨＥＮ Ｚｈｅｎ—ｂｉａ０１，ＺＨＡＮＧ Ｃｈａｏ．ｎ０１，ＺＨＡＮＧ Ｚｈａｎ－ｓｏｎ９１，ＬＩＮＧ Ｈｕ—ｓｏｎ９２，ＳＵＮ Ｂａｏ—ｄｉａｎ２ （１．Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｆｏｒ Ｏｉｌ ａｎｄ Ｇ∞Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｙａｎｇｔｚｅ Ｕｎｉｖｅｒｓ毋，
核磁共振（ＮＭＲ）在石油勘探开发领域已经得 到广泛应用，ＮＭＲ岩心分析正在发展成为一种非常 重要的地球物理观测手段［６】。从ＮＭＲ乃谱分布中 获取毛管压力信息评价岩石孔隙结构是ＮＭＲ技术 独特的优势之一，且一直是应用研究的热点［７，８１。 ＮＭＲ Ｔ２分布与孑Ｌ隙结构有着直接关系，因而能获 得毛管压力信息。Ｙａｋｏｖ、运华云、刘堂宴、何雨丹等 先后对利用ＮＭＲ Ｔ２谱构造毛管压力曲线从而进行 孔隙结构研究等作了分析１．９～１２】。分形几何学为研究 油气储层多孔介质复杂的微观孔隙结构提供了新 的思路和方法。Ｐｆｅｉｆｅｒ、Ｋａｔｚ、Ｋｒｏｈｎ、Ａｎｇｕｌｏ、贾芬淑、 贺承祖等人分别对储集层岩石孔隙结构的分形特 征、应用以及岩石物理相关参数的分形几何意义进 行了研究［１３～１９】。张超谟等［２０１在前人研究的基础上推 导出了ＮＭＲ Ｔ２谱的分形几何公式，并在中一高孔 渗储层的应用中发现：利用ＮＭＲ乃谱分布计算出 的分形维数风眦与岩石物性之间存在着较好的相 关性。
ｔｈｅ ｐｏｒｏｓｉｔｙ
万方数据
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岩性油 气藏
第２０卷第１期
渗透率（ｘｌｏ－３¨ｍ２）
图２孔隙结构分形维数Ｄｗｗｎ与渗透率相关关系图 Ｆｉｇ．２ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｆｒａｃｔａｌ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ
与中一高孔渗储层分析过程相类似，首先，对 ＮＭＲ岩心实验数据进行预处理；然后，对ｌｇＴ２与Ｊ昏孓 作相关性分析；最后，利用ｌｇ乃与ｌｇＳ。回归方程的系 数分别计算出各样品的分形维数风Ｍ。。由表２（第６ 列）知ｌｇ孔与１９ｓ，相关系数平均为０．８４４。这说明二 者之间具有较好的相关性，即这些样品具有较好的 分形性质。由同归方程的系数分别计算出各样品的 分形维数巩Ｍ。（表２第５列），其值分布在１．３～２．２。 ２．２．２ ＤＮＭＲ与岩石物性相关性分析
利用ＮＭＲ／＇２谱分布进行储层岩石分形结构研 究，进而分析岩石物性，是一种分析与评价储层孔 隙结构与物性的新方法。笔者首先对中一高孑Ｌ渗储 层的分形性质作了进一步的分析；然后，着重讨论 了在低孑Ｌ低渗情况下，利用ＮＭＲ死谱分布研究岩 石分形结构这一方法的适用性与准确性；最后，对 中一高孔渗储层与低孔低渗储层情况进行了对比 分析。
对中一高孔渗储层与低孔低渗储层研究均表明：利用ＮＭＲ疋谱法可以较准确地判断岩石孔隙结构
的分形性质与进行分形维数计算；同时应用该方法求取的分形维数可以较好地表征岩石物性，从而
为储层特征研究、储层分类等提供参考依据。
关键词：孔隙结构；分形几何；ＮＭＲ死谱分布；岩石物性；低孔低渗储层
中图分类号：Ｐ６３１．８ Ｐ５８３
第２０卷第１期 ２００８年３月
岩性’油气藏
ＬＩＴＨＯＬＯＧＩＣ ＲＥＳＥＲＶ０ｌＲＳ
文章编号：１６７３—８９２６（２００８）０１—０１０５—０６
Ｖ０１．２０ Ｎｏ．１ Ｍａｒ．２００８
利用ＮＭＲ死谱分布研究储层岩石 孔隙分形结构
陈振标１，张超谟１，张占松１，令狐松２，孙宝佃２
（１．长江大学油气资源与勘探技术教育部重点实验室；２．中国石油集团测井有限公司技术中心）
探技术教育部重点实验室。Ｅ－ｍａｉｌ：ｃｈｅｎｚｈｅｎｂｉａ００１２＠１６３．ｃｏｍ
万方数据
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岩性油气藏
第２０卷第１期
０引 言
在储集层评价中，孔隙结构是储集层性质微观 物理研究的核心，无论储集层性质如何，其孔隙、喉 道的类型、大小、分布以及它们的配合情况，与储集 层的物理特性和储集性能均有着密切关系，故储集 层尤其是复杂储集层的孑Ｌ隙结构分析与评价具有 十分重要的理论与实际意义ｔｔ吲。
部分分形性质较岩石整体孑Ｌ隙明显。 由表１（第２、３、４列）知，随着岩石物性的变好，
由ＮＭＲ死分布计算的分形维数值风Ｍｎ整体呈减 小趋势。通过对分形维数Ｄ。Ｍ。与岩样物性参数相关 性分析知，ＤＮＭ。与孔隙度（９）、渗透率（Ｋ）及渗孔比
（脚）相关性较好（图１～图３）。
２．２低孔低渗储层实例研究 ２．２．１ 储层岩石孔隙分形结构判断及分形维数求取
选择Ｂ地区低孔低渗储层段１５块ＮＭＲ岩心
样品的分析数据。这１５块样品的孔隙度范围为 ０．３％～１１．７％，渗透率范围为（０．０２４～０．５９０）Ｘ１０－３ 斗ｍ２，具有明显的低孔低渗性质。
譬 Ｑ 骚 鼎 碘 求
孔隙度（％） 图１孔隙结构分形维数ＤｗＭｔ与孔隙度相关关系图
Ｆｉｇ．１ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｆｒａｃｔａｌ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ ａｎｄ
柱状管道，尽＝２。
由物理学可知，毛管压力与孔径之间的关系为
Ｐｃ：—２０＇ｃ—ｏｓ０
（４）
式中：只为与孔径ｒ相对应的毛管压力；盯，０分别为
液体的表面张力和接触角。
由式（３）、（４）可得［９，１０１
Ｐｃ＝Ｃｘ了１
（５）
其中Ｃ：—２０Ｆ＇ｃｏｓ０，为转换系数１。２
ｒｓｐ
由以上分析可知，ＮＭＲ死谱分布与实验室毛
ｌｇＳ，＝（３一Ｄ）ｌｇＴ２＋（Ｄ一３）ｌｇＴ２。。，
（９）
该式说明，若储层岩石孔隙结构具有分形性
质，则ＮＭＲ资料中的ｌｇＳ，与ｌｇ咒应有线性相关关 系，并可用图解法或回归分析法方程的系数计算出
孔隙结构分形维数及最大弛豫时间。根据回归分析
给出的相关系数可说明孔隙分形结构的符合程度。
２应用实例
为了更准确地反映岩石的孔喉分布情况，在进 行数据分析前，需对数据进行预处理，即将ＮＭＲ Ｔ２
Ｊｚｎｇｈｏｕ ４３４０２３，Ｃｈｉｎａ；２．Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｌｏｇｇｉｎｇ Ｃｏ．Ｌｔｄ．，ＣＮＰＣ，Ｘｉ’ａｎ ７１００２１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｔ ｉｓ ａ ｎｅｗ ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｆｒａｃｔａｌ ｎａｔｕｒｅ ｏｆ ｐｏｒｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｐｅｔｒｏｐｈｙｓｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ＮＭＲ 死ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｆｏｒｍｅｒ ｓｔｕｄｙ，ｔｈｅ ｆｒａｃｔａｌ ｎａｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍｅｄｉｕｍ—ｈｉｇｈ ｐｏｒｏｓｉｔｙ ａｎｄ ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ
Ｔａｂｌｅ ｌ
表１各样品分形维数及相关系数表 Ｆｒａｃｔａｌ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｆｏｒ ｔｈｅ ＣＯｌ＇ｅ ｓａｍｐｌｅｓ
注：表中孔隙度和渗透率均为气测值；Ｄｍ。为利用ＮＭＲ疋谱求取的分形维数；Ｄ。。。为利用较大孔隙对应的ＮＭＲ疋谱部分求取的分形维数； 巩为利用毛管压力求取的分形维数；相关系数为相应回归方程的相关系数。
润湿相饱和度。
将式（５）、（６）代入式（７）得
＆＝（，字个 ｌＤ－、 ３
（８）
、
Ｊ２
Ｊ
此时，式中＆为横向弛豫时间小于疋的孑Ｌ隙累积
体积所占总孔隙体积的百分比。式（８）即为ＮＭＲ乃
谱的近似分形几何公式。来自将式（８）两边取对数得
万方数据
２００８年
陈振标等：利用ＮＭＲ乃谱分布研究储层岩石孔隙分形结构
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管压力曲线之间具有相关性，二者均在一定程度上
反映了岩石的孑Ｌ隙结构。由关系式（５）知死与Ｒ是
一一对应的，其中只商。对应死一，即
Ｐｃ面。＝Ｃｘ古