基于核磁共振测井的储层渗透率计算方法综述

基于核磁共振测井的储层渗透率计算方

法综述

摘要：储层渗透率是储层评价的重要参数之一，在油气勘探中发挥着重要的

作用，是不可或缺的储层物性参数。页岩储层由于储集空间多样复杂，使得页岩

储层评价和渗透率定量计算变得困难。而核磁共振测井突破传统测井技术，可以

不受岩性影响，直接测量获得地层中的流体体积，能够较为便捷地获取储层渗透率，目前广泛应用于逐步特殊化、复杂化的储层中，成为了众多学者关注研究的

焦点。本文阐述了页岩孔隙结构现状，梳理基于核磁共振计算储层渗透率的研究

进展情况，归纳总结核磁共振测井计算渗透率的模型，以期为页岩油储层渗透率

评价提供思路。

关键词：核磁共振测井；储层渗透率；孔隙结构

引言

近年来，我国油气安全形势日益严峻，对外依存度持续攀升，油气勘探开发

领域面临着重大挑战。为此，国家多次作出大力提升油气勘探开发力度、保障国

家能源安全的重要指示。这一重要指示不仅改变了当前我国各大油企的既定目标

与整体方向，也将对以后数年的发展战略产生深刻的影响。中国页岩油气资源丰富，将是未来油气勘探突破和增储上产的重点。近年来我国页岩油气勘探开发取

得了许多突破，尤其在地质认识上取得一些重要的进展。然而，由于页岩储层地

质条件复杂，页岩油气储层甜点评价技术依然存在不足。作为储层静态特征评价

参数，孔隙度、渗透率和饱和度的准确求取，有助于寻找产油气优势层位,推动

页岩油气效益开发。测井技术是实现储层孔、渗、饱三参数精细计算的主要手段，能够根据储层岩石物理响应机理实现井内连续深度的储层参数计算。作为唯一可

以直接探测储层流体信号的测井技术，核磁共振测井已经广泛应用到多种类型的

储集层，而且在储层参数计算中取得了较好的成果。

1核磁测井原理

核磁共振是指原子核对磁场的响应。核磁共振信号大小取决于核的数量、核角动量、磁矩及所在的环境。地层所含有的所有元素中，氢核的旋磁比最大，具有很高的丰度，因此检测氢核的核磁共振信号比较容易。核磁共振测井就是利用氢核的自身磁性与外加磁场在特定条件下发生共振作用，排除了骨架的影响，能够获取孔隙流体和孔隙结构的相关特征参数，与常规测井相比，可直接提供地层孔隙度、孔隙结构、孔隙流体等信息（图1为核磁共振测井原理图）。

图1 核磁共振测井原理图

2页岩孔隙结构分析现状

在地质历史上，页岩通常在各种沉积环境的中逐渐形成，在压实、地壳运动和地质流体等作用下发生的叠加变化，最终造成其孔隙和断裂系统的复杂多样。近年来，许多研究都集中在页岩纳米孔的表征方法上，加之孔隙和裂缝的自身复杂多样性，通常需要多种方法结合表征页岩的孔隙结构特征。目前国内外采用的表征手段包括图像分析法、流体注入法和非流体注入法。常见的孔隙结构研究方法见表1所示，这些方法应用较广泛，但真正能够准确表征整个页岩油储层孔隙分布及发育的方法寥寥无几。近年来兴起的核磁共振技术，利用较低的磁场强度检测泥页岩中流体的1H核磁共振信号，得出孔隙中流体的T2弛豫时间谱，可用于分析泥页岩的物理性质和渗流特性。其试验周期短，测量结果较为稳定，实用环境多一（测井、实验室等），且结果不受岩石骨架成分影响，在识别储层中的流体信号等方面应用前景广阔，对于表征复杂多变的页岩孔隙结构是一种快速有效、富有潜力的测量技术。

表1 常见孔隙特征研究方法对比

3基于核磁共振计算储层渗透率研究进展

在核磁共振T2谱计算储层绝对渗透率的算法中，常采用SDR和Timur／Coates模型计算，考虑了自由流体与束缚流体孔隙之比和核磁有效孔隙度；SDR 模型考虑自由流体与束缚流体的平均驰豫时间和核磁有效孔隙度。在实际常规砂岩储层测井解释中，这两种模型的储层渗透率计算均能显示出相对较好的效果，因此也是目前油田利用核磁共振T2谱计算储层渗透率的主流模型。常用的这两种模型对不含油、含油量低或者含轻质原油的岩样测量比较准确，对于含油饱和度高、原油密度大的岩样却存在较大的误差，因此首先对实际测量的核磁共振T2谱进行含烃校正非常重要。对高含油高密度原油岩样核磁共振测量渗透率偏差的问题，引入了原油修正系数，对Coates模型进行了改进，改进之后的渗透率结果精度得到了极大的提高。还有一种流体替代方法,将部分饱和水的核磁T2谱转换为完全饱和水岩石相对应的核磁T2谱分布，根据电阻率和介电常数引入了收缩因子，建立了新的渗透率计算模型,提高了核磁T2谱在含烃储层中评价渗透率的精度。由于页岩储层复杂的孔隙网络组成，利用核磁共振计算页岩储层渗透率的相关研究较少，为此调研了大量国内外学者利用核磁共振计算非页岩储层渗透率的相关文献。目前国内外学者针对非页岩油气储层，展开了一系列利用核磁共振技术评价储层渗透率的研究，主要包括以孔隙结构、T2谱细分、T2谱形状参数、人工智能算法、原始回波串和数字岩心等6个方面为切入点的核磁渗透率评

价方法，旨在为利用核磁共振技术计算页岩储层渗透率提供新思路。其各自的特点对比见表2。

表2 基于核磁共振计算储层渗透率方法对比表

4页岩油储层渗透率计算方法研究

1)孔隙度计算方法研究

常规测井计算页岩油储层物性参数的误差太大，需要使用核磁共振测井资料确定储层的孔隙度。利用岩心分析孔隙度与核磁孔隙度对比分析优化孔隙度计算方法，使用T2时间1.7ms作为有效孔隙度计算的起算值，较好地解决了测井有效孔隙度的表征问题，如图2所示。

图2 井核磁共振测井处理成果图

2)渗透率计算方法研究

岩石孔径分布能够直接反映渗透性的大小，核磁的T2谱能够近似表征孔径的分布，并能够反映渗透率的微观特征。针对页岩油储层的特点，利用岩心刻度测井，建立核磁共振测井渗透率计算模型。

核磁渗透率的计算公式为:

logK=2．481297logPMT+0．759logT2lm－0．04535 (1)

式中:PMT为核磁总孔隙度;T2lm为T2几何平均值。

随着储层复杂化，仅用单一的T2截止值已经无法对孔隙连通性作出较好评价，有学者提出的双截止值法在致密砂岩储层渗透率计算中有着较好的运用，相较于常规的方法能更好地刻画致密砂岩中流体的赋存状态和渗流规律，该方法可能会成为基于截止值的渗透率计算方法下一步研究的方向。

结束语

本文利用核磁共振测井在孔隙度和孔隙结构分析方面的优势，浅析页岩油储层渗透率方法研究进展，总结渗透率计算模型，为学者对核磁共振测井在页岩油储层参数评价方面应用研究提供方向和思路，有力保障勘探开发的顺利进行。

参考文献

[1]陈瑶,何宗斌,覃莹瑶,童新,陆迪.基于核磁共振测井的储层渗透率计算方法综述[J].能源与环保,2020,44(01):125-131.

[2]李博.致密砂岩储层核磁共振测井数据处理与流体识别方法[D].中国地质大学(北京),2020.001609.

[3]刘亮.核磁共振测井反演及应用研究[D].中国地质大学,2020.000027.

[4]刘蝶.核磁共振在低渗透砂岩低对比度油层成因分析及识别中的应用[D].中国地质大学(北京),2020.001660.

[5]仝波文.核磁共振在致密砂岩、页岩储层物性计算中的应用[J].煤炭技术,2019,38(12):67-69.