煤層氣儲層參數的磁共振無損檢測技術研究

油氣是一種非正式的天然氣。由于油氣儲存的密度和中國油氣儲存的特點，其開發比傳統天然氣儲量更難開發。目前已試采的煤層氣井產量較低,甚至有些井不壓裂就無自然產能。要經濟有效的開發煤層氣藏,首先要做好基礎研究工作,即煤層氣藏的儲層特征、滲流機理和滲流理論研究。由低滲透油氣田的開發經驗中得知,對于低滲透特低滲透儲層而言只以孔隙度、滲透率來判斷儲層物性的好差存在很大的缺陷,而且煤層氣儲層是一個特殊類型的儲層,煤層氣的賦存與產出涉及到吸附、解吸、擴散和滲流這樣一系列復雜的過程,因此必須根據其自身的特點研究煤層氣藏的儲層特征。另外,由于煤層氣藏開發的基礎理論缺少,在煤層氣藏開發過程中出現的許多現象不能得到合理的解釋和充分的解決。核磁共振技術在低滲透油藏的儲層評價等方面研究取得了很大成果。利用核磁共振技術的優勢在于:對測試樣品無損害,充分結合煤樣易碎、巖心難鉆取的特點。筆者將利用核磁共振無損技術,來探討該技術在煤層氣藏儲層評價中的應用問題。旨在為煤層氣藏的高效合理開發提供理論基礎和技術支持。1弛豫時間和巖石流體系統顧名思義,核磁共振是原子核和磁場之間的相互作用。由于油、水中富含氫核1H,因此,石油勘探與開發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中會產生能級分裂,此時當有選定頻率的外加射頻場時,核磁矩就會發生吸收躍遷,產生核磁共振。通過適當的探測、接收線圈就可以觀察到核磁共振現象,探測到核磁共振信號(磁化矢量),核磁共振信號強度與被測樣品內所含氫核的數目成正比。核磁共振中極其重要的一個物理量是弛豫,弛豫是磁化矢量在受到射頻場的激發下發生核磁共振時偏離平衡態后又恢復到平衡態的過程。核磁共振中有兩種作用機制不同的弛豫,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,對于同一種流體,弛豫速度只取決于巖石物性。標識弛豫速度快慢的常數稱為弛豫時間,對于T1弛豫叫T1弛豫時間,對于T2弛豫叫T2弛豫時間。雖然T1弛豫時間和T2弛豫時間均反映巖石物性和流體特征,但T1弛豫時間測量費時,現代核磁共振通常測量T2弛豫時間。對純凈物質樣品(如純水),每個氫核的周圍環境及原子核相互作用均相同,因此可用一個弛豫時間T2描述樣品的物性。而對于油氣藏的巖石多孔介質樣品而言,情況要復雜得多,儲層巖石中礦物組成和孔隙結構非常復雜,流體存在于多孔介質中,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接觸的機會不一致等,使得各個原子核弛豫得到加強的幾率不等,所以巖石流體系統中原子核弛豫不能以單個弛豫時間來描述,而應當是一個分布。不同巖石流體系統的物性決定了它們具有不同的T2分布,因此反過來獲得了它們的T2分布就可以確定它們的物理性質。相關資料參見文獻。2巖樣密度和孔隙度的測量核磁共振T2測試是在中石油勘探開發研究院廊坊分院滲流所自行開發研制的低磁場核磁共振巖心分析儀上進行的,該儀器各項性能指標均達到國際先進水平。具體實驗步驟和方法如下:①實驗準備。首先獲取直徑和長度都不能大于2.5cm的任意形狀的巖樣,并將巖樣置于干燥箱中65℃條件下進行干燥至恒重為止,稱巖樣干重。②巖樣飽和水及孔隙度測量。將巖樣抽真空12h以上加壓5MPa飽和模擬地層水,稱濕重,計算孔隙度。③核磁共振T2測試。將飽和水的巖樣置于低磁場核磁共振巖心分析儀的探頭中,進行核磁共振T2測試,并反演計算出T2弛豫時間譜。主要測試參數為:共振頻率2MHz,回波時間0.3ms,恢復時間6000ms,回波數1024,信噪比控制在30∶1以上,T2譜擬合點數64。3煤巖心滲透率與可動流體百分數實驗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巖心進行測定,測試參數包括孔隙度、滲透率、可動流體百分數以及T2幾何均值。對常規水測孔隙度與核磁共振的結果對比(如圖1)可以看出兩者的相關性很好,核磁共振測試結果基本上可以反映出煤層氣藏儲層的孔隙度水平。圖2是滲透率與孔隙度的關系,從中可以看出滲透率與孔隙度的相關性并不是很明顯,滲透率隨著孔隙度的增大基本上呈現為增大的趨勢。圖3是煤巖心可動流體百分數與滲透率的關系,從中可以看出,可動流體百分數與巖心滲透率之間都沒有太好的相關性,巖心的可動流體百分數并不隨著滲透率的增大而增大。從低滲透油藏的開發經驗可以知道,可動流體百分數是一個比滲透率和孔隙更優的儲層評價參數。因為可動流體百分數畢竟反映了介質流動能力的大小,能否用可動流體百分數來作為表征煤層氣儲層物性還有待進一步研究。考慮到煤層氣藏的特殊性,除可動流體百分數外,還應該考慮煤層氣藏的孔隙結構。巖心核磁共振T2譜分布反映了巖石的孔隙結構,其不僅與孔隙結構密切相關,而且與部分孔隙結構參數也有很好的相關關系。繪制T2幾何均值與煤層氣巖心其他物性的相關性圖(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性。因此核磁共振T2譜可以考慮作為儲層評價的參數之一。結合以上兩部分討論可知:反映介質流動的可動流體百分數和T2幾何均質可能是優于滲透率和孔隙度的參數。4核磁共振檢測技術1)利用核磁