基于核磁共振测井的致密气储层孔隙结构评价与分类_王跃祥.pdf

2023 年第 38 卷 第2期2023，38(2):0759-0767地球物理学进展Progress in Geophysicshttp:/wwwprogeophyscnISSN 1004-2903CN 11-2982/P王跃祥，谢冰，赖强，等 2023 基于核磁共振测井的致密气储层孔隙结构评价与分类 地球物理学进展，38(2):0759-0767，doi:10 6038/pg2023GG0041WANG YueXiang，XIE Bing，LAI Qiang，et al 2023 Evaluation of pore structure and classification in tight gas reservoir based on NM logging Progressin Geophysics(in Chinese)，38(2):0759-0767，doi:10 6038/pg2023GG0041基于核磁共振测井的致密气储层孔隙结构评价与分类Evaluation of pore structure and classification in tight gas reservoir based onNM logging王跃祥1，谢冰1，赖强1，赵佐安2，夏小勇1，谢然红3WANG YueXiang1，XIE Bing1，LAI Qiang1，ZHAO ZuoAn2，XIA XiaoYong1，XIE anHong3收稿日期2022-07-05;修回日期2022-11-03投稿网址http:/www progeophys cn基金项目中国石油西南油气田科技专项“川中-川西地区沙溪庙组致密气测井评价技术研究”(20210301-23)资助第一作者简介王跃祥，男，1985 年生，硕士研究生，高级工程师，主要从事测井评价方法和测井地质应用研究E-mail:wyuex petrochina com cn1 中国石油西南油气田分公司勘探开发研究院，成都6100412 中国石油西南油气田分公司，成都6100413 中国石油大学(北京)地球物理学院，北京1022491 Exploration and Development esearch Institute，PetroChina Southwest Oil and Gasfield Company，Chengdu 610041，China2 PetroChina Southwest Oil and Gasfield Company，Chengdu 610041，China3 College of Geophysics，China University of Petroleum(Beijing)，Beijing 102249，China摘要孔隙结构评价和储层类型划分对致密储层的勘探和开发具有重要意义 本文利用核磁共振测井对沙溪庙组致密气储层孔隙结构进行评价和分类 首先根据核磁共振 T2分布形态利用模糊聚类的方法将致密砂岩储层孔隙结构分为、和类，随后结合压汞实验数据，利用变刻度幂函数法建立不同类型孔隙结构岩石 T2分布转化毛管压力曲线的模型 根据建立的模型，我们将研究区实际核磁共振测井 T2分布转化为毛管压力曲线，并计算储层孔隙结构参数，实现研究区致密气储层分类，通过岩心压汞实验数据和试油数据验证了储层分类结果的准确性 该方法可以扩展应用于其他地区致密储层的孔隙结构评价和分类关键词致密砂岩;孔隙结构;核磁共振测井;毛管压力曲线中图分类号P631文献标识码Adoi:10 6038/pg2023GG0041AbstractEvaluation of pore structure and classificationare of great significance for tight reservoirs exploration anddevelopment In this paper，taking the tight gas reservoirofShaximiaoFormationastheresearchexampleEvaluation the pore structure and classification based onNuclear Magnetic esonance(NM)logging First of all，the pore structure of tight reservoirs is divided into Class，by the fuzzy clustering according to the coreNM T2distributionThen combined with the data ofMercury Injection Capillary Pressure(MICP)experiments，the MICP curve prediction model is established withdifferent types of pore structures，based on the variablescalepowerfunctionconversionmethodNMT2distribution was used to predict the MICP curve of tightsandstone accordingtotheestablishedmodelThencalculate the pore structure parameters of the reservoir，and classify the reservoir in the study area The accuracyof the reservoir classification results was verified bymercury intrusion data and test data This method can beextended to pore structure evaluation and classification oftight reservoirs in other regionsKeywordsTight sandstone;Porestructure;NuclearMagnetic esonance(NM)logging;Mercury InjectionCapillary Pressure(MICP)curve地球物理学进展www progeophys cn2023，38(2)0引言致密气储层是非常规油气勘探和开发的重要领域之一，目前，塔里木盆地、鄂尔多斯盆地、四川盆地等已经成为我国天然气主要的生产基地(刘国强，2021;贾爱林，2018;邹才能等，2018;肖富森等，2020)但是，致密气储层等非常规油气在勘探和开发过程中还面临着许多的技术挑战，例如致密砂岩储层具有孔隙结构复杂，非均质性强等特点(何贤等，2022)因此，有必要对致密气储层进行孔隙结构研究，为该类储层的勘探开发提供技术支撑(魏赫鑫等，2020)目前，诸多学者对储层孔隙结构评价方法进行了探索研究，评价手段主要包括毛管压力曲线和核磁共振测井曲线(司马立强等，2016)应用岩心压汞实验得到的毛管压力曲线形态及其特征参数能够定性和定量地描述储层孔隙结构(陈晶等，2017)，但是该方法不能对储层孔隙结构进行连续评价(冯动军和肖开华，2021;刘焯等，2019;李 天 降 等，2006)利用核磁共振测井 T2分布预测毛管压力曲线，对储层孔隙结构进行连续评价则是目前常用的一种方法(张宪国等，2020;Liu et al，2018)但是，现有的毛管压力曲线预测方法:线性转换法和幂函数转换法，在致密砂岩储层中对小孔喉分布的预测精度低(何雨丹等，2005)Slijkerman 等(2001)尝试利用变刻度线性转换法，提高毛管压力曲线预测精度 对于孔隙结构复杂的储层，孔隙半径和吼道半径之间不是简单的线性关系，通常将 T2截止值、T2分布两峰的分界点等作为分段点(李天降等，2006;唐大海等，2020)，使用分段幂函数转换方法预测储层的毛管压力曲线，但是分段点的选取没有统一的标准(刘焯等，2019)由于致密砂岩储层孔隙结构复杂，测量获得的毛管压力曲线和核磁共振 T2分布形态存在较大差异(吴亚军等，2019;汪新光等，2021)为了能够准确表征致密砂岩储层孔隙结构，在预测毛管压力曲线时，需要进行储层分类，对每一类样品分别建模目前，储层分类常用的方法主要是根据孔隙度、渗透率等参数的大小进行分类本文基于岩心压汞实验和核磁共振实验，分析了研究区储层孔隙结构特征，利用模糊聚类根据核磁共振 T2分布曲线形态对研究区储层进行分类，然后用数理统计的方法，建立储层分类标准 利用变刻度幂函数转换法建立不同类型储层的毛管压力曲线预测模型，对实际核磁共振测井资料进行处理，结合岩心实验资料和试油资料验证了分类的有效性 该方法对致密砂岩气层孔隙结构评价和分类具有应用价值1方法原理1.1模糊聚类方法聚类分析能够将相似性较高或者相近的事物划分为一类，模糊聚类是由 Bezdek(1981)发展起来的一种聚类算法模糊聚类可以把一个 n 维给定数据集 X=x1，x2，xn，分为 c 组，模糊聚类方法的目标函数为:E=ci=1nj=1umijxj vi2，(1)其中，vi为每个聚类中心，ij为第 j 个样本对于第 i个聚类中心的隶属度，在 0 1 之间，xj vi为第 i个聚类中心与第 j 样本间的欧几里德距离;m 为隶属度的加权指数 式(1)能够达到极小值的必要条件为:vi=nj=1umijxjnj=1umij，(2)uij=xj vi2/(b1)ci=1xj vi2/(b1)(3)采用迭代的方法求解式(2)和式(3)，直到满足收敛条件，得到最优解核磁共振 T2分布可以表征储层孔隙结构特征，因此，本文利用核磁共振 T2分布，采用模糊聚类对储层进行分类1.2毛管压力曲线预测核磁共振 T2分布预测毛管压力曲线的实质就是确定 Pc和 1/T2的最佳转化关系 利用幂函数法预测毛管压力曲线的表达式为(何雨丹等，2005):Pc=f(T2)=E1T()2D，(4)其中，T2为核磁共振横向弛豫时间，单位为 ms;Pc是毛管压力，单位为 MPa;D、E 为模型系数;f 表示函数关系变刻度幂函数的表达式为(刘秘，2015):vS(T2)=1+A2(B2T2+1)C2，(5)变刻度幂函数转换法的表达式为:Pc=ETD2vS(T2)，(6)0672023，38(2)王跃祥，等:基于核磁共振测井的致密气储层孔隙结构评价与分类(www progeophys cn)图 5第类岩心样品的毛细管压力曲线和核磁共振 T2分布Fig 5MICP curves and NM T2distributions of type core samples图 11/T2和 Pc的交会图Fig 1Cross plot of 1/T2and Pc图 2致密砂岩毛管压力曲线Fig 2MICP curves of tight sandstone图 3致密砂岩孔喉分布Fig 3Pore throat distributions of tight sandstone图 4致密砂岩核磁共振 T2分布Fig 4NM T2distributions of tight sandstone167地球物理学进展www progeophys cn2023，38(2)其中，A2、B2、C2、D、E 为模型系数，需岩心刻度计算得到根据公式(4)可知 Pc和 1/T2在对数坐标下呈线性关系，图 1 为利用压汞和核磁共振实验数据计算所得(1/T2，Pc)的交会图，图中曲线的斜率在不断变化，曲线不呈直线，Pc和 1/T2的关系不是单一的函数，Pc和 1/T2的关系似 S 型曲线2结果分析2.1实验分析孔隙结构特征是对岩石内部孔喉分布、孔喉连通性和孔径大小等的综合反映(Jin et a