核磁共振渗透率

发布网友 发布时间：2022-04-22 08:09

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热心网友 时间：2022-06-18 08:53

采用核磁共振T₂谱方法确定孔隙度和可动流体含量等信息后可进一步计算岩石的渗透率。前人通过在室内开展大量的岩石核磁共振实验，逐渐建立了核磁渗透率与核磁共振T₂几何平均值，核磁孔隙度和可动流体等的定量关系，并建立了多种核磁渗透率计算模型（Timur，1969；Kenyon，1992；Taicheret al.，1994；Jerosch-Heroldet al.，1995；Michaelet al.，1995），这些模型已经被应用到常规油气储层的测井领域。其中，目前应用较普遍的模型主要有两个，即Coates模型和SDR模型（Timur，1969；Kenyon，1992；彭石林等，2006）。这两种模型都是基于核磁孔隙度进行计算的，差别在于前者引用了可动流体饱和度，后者还引用了T₂几何平均值进行计算。

4.3.4.1 Coates模型

Coates模型可表示为：

煤储层精细定量表征与综合评价模型

式中：Φ为核磁孔隙度或水测孔隙度，％；BVM为自由流体饱和度，％；BVI为束缚流体饱和度（＝100-BVM），％；C为待定系数；K_N1为基于该模型的核磁渗透率值，×10^-3μm²。

将C₁＝C^-4代入式4.6可变换为：

煤储层精细定量表征与综合评价模型

由于前文已经求得样品的核磁渗透率、可动流体和束缚流体的饱和度，因此，只要确定参数C₁即可求得样品的核磁渗透率。

令

煤储层精细定量表征与综合评价模型

对实测的空气渗透率值K_a与Y值进行线性拟合，根据直线的斜率即可求得C1值。拟合结果显示，两者的拟合优度为0.99。根据C₁值便可求得C值为5.9。据国内陆相储层大量砂岩岩心的实验结果表明（Kenyon，1992；彭石林等，2006）：C值的主要分布范围为3～12；对于孔隙度大于8％的岩样而言，C值的平均值约为8；对于孔隙度小于8％的岩样而言，C值的平均值约为5。从这个结果看，本文计算的结果与砂岩的结果较一致。

然而，将C＝5.9代入式4.6后，求得K_N1值后发现，所得的K_N1值与常规空气渗透率的误差较大（表4.1和表4.2）。除两个孔隙度较高、渗透率较好的样品的误差较小外，其他样品的误差都在1～3个数量级。误差较大的主要原因是，一方面是由于煤是一种低孔、低渗的介质，孔隙结构复杂且以吸附孔为主，而煤的渗透率主要取决大孔和裂隙系统；而另一方面也说明Coates模型对煤这种孔隙介质的渗透率预测的适用性非常差。

表4.2 基于不同模型的核磁共振渗透率计算结果

4.3.4.2 SDR模型

SDR模型有多种变型形式，其中应用最普遍的表达式为：

煤储层精细定量表征与综合评价模型

式中：Φ为核磁孔隙度或水测孔隙度，％；C₃为待定系数；T_2g为T₂分布的几何平均值。SDR模型不受束缚水的影响，但当岩石孔隙中含有烃时，T₂分布的几何平均值会发生变化。SDR模型适合于不含烃类的岩石渗透率计算。

根据实测的Φ值和T_2g求得 后，将之与空气渗透率数据拟合发现，拟合优度很低。说明这种方法也不适用于煤的核磁共振渗透率计算。原因除了与煤的孔裂隙结构有关外，可能也与煤中残余有吸附的甲烷气体有关，另外也与实验过程中的参数选取等有关。

4.3.4.3 可动流体孔隙度模型

上述分析可知，传统的在砂岩储层中通用的核磁共振渗透率模型并不适用于煤的核磁共振渗透率计算。因此需要建立适用于煤的核磁共振渗透率计算模型。

考虑到煤的空气渗透率与样品的可动流体孔隙度的相关性很强（图4.6），这里将空气渗透率值与可动流体孔隙度数据进行非线性回归后发现，两者的关系符合指数分布（拟合优度为0.997）：

煤储层精细定量表征与综合评价模型

式中：Φ_m为核磁可动流体孔隙度，％；K_N3为基于该模型的核磁渗透率值，×10^-3μm²。

根据该模型计算了核磁渗透率值，如表4.2所示。结果发现该模型与Coates模型和SDR模型相比拟合效果明显要好。但总体上对于特别低渗的岩心的拟合效果也较差，特别是SH3和CZ3两个样品的拟合的结果为负值，已经脱离现实意义。造成这种现象的原因主要是两个样品的渗透率太低，其中一个更是只有0.00032×10^-3μm²。同时说明可动流体孔隙度模型在分析特别低渗的煤岩时也存在一定的局限性。

综合以上几种模型的分析结果发现，在根据煤的核磁信号确定渗透率时，目前还存在一定的局限性。表现在对特别低渗样品的符合度非常低，误差非常大。造成这种现象的原因主要有两个：一是本文中选取的样品数有限，样品的渗透率极差太大；二是由于煤的渗透性主要取决于裂隙和大孔，造成利用可动流体含量和孔隙度来评价渗透性时存在误差。

将几个样品的实测渗透率、核磁共振渗透率及可动流体信息与高分辨率X-CT扫描图像相对比发现，微裂缝对渗透性的意义显著，它能够沟通其他孔隙，增加可动流体量，因此微裂缝发育程度对可动流体百分数高低有显著影响。如果煤样的微裂缝发育程度较高，那么即使其孔隙度或渗透率较低，该样的可动流体百分数仍然可能会较高；反之，如果煤样的微裂缝发育程度较低，那么即使其孔隙度或渗透率较高，该样的可动流体百分数仍然可能会较低。对于孔隙度和渗透率接近的两块煤样而言，如果其微裂缝发育程度不等，则微裂缝发育程度较高岩样的可动流体百分数较高。

虽然，就目前来看在采用核磁共振手段来分析煤的渗透率方面还存在一定的困难，但是对于煤储层来讲，核磁共振分析提供的有效孔隙度、孔裂隙结构和可动流体含量等信息对评价储层也具有重要意义。