【油(you)氣(qi)專欄】頁巖(yan)孔隙(xi)知多少(shao) 低(di)場核磁見分曉(xiao)

研(yan)究背景 頁(ye)巖氣儲(chu)層(ceng)孔隙(xi)類型(xing)多樣(yang)，從成因上可分為有機孔與(yu)無(wu)機(ji)孔。有機孔與(yu)有機質(zhi)熱演(yan)化及成烴(ting)作(zuo)用(yong)有關(guan)，而(er)無機孔與(yu)無(wu)機(ji)物質(zhi)沈(chen)積作(zuo)用(yong)及成巖(yan)作(zuo)用(yong)有關(guan)。
目(mu)前識別(bie)和(he)評價頁巖有機孔與(yu)無(wu)機(ji)孔有效手段(duan)是聚(ju)焦離(li)子(zi)束(shu)-掃描(miao)電鏡(jing)技術（FIB-SEM），該(gai)技術雖(sui)能直觀觀測各(ge)種微觀(guan)孔隙(xi)組(zu)分，但(dan)觀(guan)測範圍(wei)較小(xiao)。測(ce)定(ding)巖石孔徑(jing)分布(bu)方法還采(cai)用壓汞(gong)法，液(ye)氮及CO2吸附(fu)法等(deng)，這些(xie)方(fang)法屬間(jian)接(jie)測(ce)量方法，不(bu)能分辨(bian)其(qi)中的(de)有機孔與(yu)無(wu)機(ji)孔。

研(yan)究目(mu)的(de)：

低場(chang)核磁是確(que)定(ding)孔隙(xi)度(du)和(he)孔隙(xi)尺(chi)寸(cun)的(de)有利工(gong)具(ju)。那(na)麽(me)基於頁巖(yan)中有機孔和(he)無機(ji)孔潤(run)濕(shi)性的(de)差異，分別(bie)在飽和(he)水和(he)油條(tiao)件(jian)下觀測(ce)氫(qing)核信號(hao)，從(cong)而建(jian)立(li)弛(chi)豫時間(jian)與(yu)孔徑(jing)的(de)定量(liang)關(guan)系(xi)，這就(jiu)為利用(yong)核(he)磁共振(zhen)技術確(que)定(ding)有機孔和(he)無機(ji)孔提供(gong)了可能。

實驗(yan)方法：

實驗(yan)樣品采(cai)自(zi)涪陵地區誌(zhi)流系(xi)龍(long)馬(ma)溪(xi)組(zu)頁(ye)巖，樣品物性、TOC含量(liang)及礦物含量見(jian)下表(biao)。

為識別(bie)有機孔與(yu)無(wu)機(ji)孔T2譜(pu)峰(feng)位(wei)置(zhi)，將同(tong)壹深(shen)度點(dian)的(de)柱樣(yang)分成(cheng)兩部分，分別(bie)在飽和(he)鹽水(shui)和(he)油（正十(shi)二烷(wan)）條(tiao)件(jian)下進行T2譜(pu)測(ce)量(liang)，具(ju)體(ti)步驟(zhou)如(ru)下圖所(suo)示(shi)。

實驗(yan)結(jie)果

1.飽和(he)鹽水(shui)和(he)飽和(he)油下的(de)T2譜(pu)
實(shi)驗(yan)過(guo)程(cheng)中，采用(yong)自(zi)吸方(fang)式和(he)加壓(ya)方(fang)式飽和(he)水或(huo)油(you)，結(jie)果顯示(shi)親油孔隙(xi)和(he)親水孔隙(xi)T2譜(pu)分布(bu)明顯不(bu)同(tong)：對(dui)於自吸油(you)飽(bao)和(he)巖心，親油孔隙(xi)T2峰(feng)分布(bu)在0.2ms左右(you)，其(qi)次(ci)分布(bu)在8ms，且前(qian)者(zhe)幅度(du)明顯(xian)大於後(hou)者(zhe)。表(biao)明親油孔隙(xi)有兩類，且較(jiao)小(xiao)孔徑(jing)占(zhan)優(you)勢(shi)。加(jia)壓飽和(he)油巖(yan)心與自(zi)吸狀(zhuang)態(tai)相比，變(bian)化不(bu)大，說(shuo)明(ming)親油孔隙(xi)具(ju)有強(qiang)烈油(you)潤(run)濕(shi)性，自吸狀(zhuang)態(tai)下很(hen)快達(da)到(dao)飽(bao)和(he)。親油孔隙(xi)對(dui)應(ying)有機孔隙(xi)。

對(dui)自(zi)吸水(shui)飽(bao)和(he)巖心，親水孔隙(xi)主要(yao)分布(bu)在1ms左右(you)。加(jia)壓(ya)狀(zhuang)態(tai)下核磁信號明顯(xian)大於自吸狀(zhuang)態(tai)下核磁信號，表(biao)明在加壓(ya)狀(zhuang)態(tai)下，水可以進入(ru)更(geng)多(duo)小孔中。親水孔隙(xi)對(dui)應(ying)於無機(ji)孔隙(xi)。

2.頁巖(yan)T2時間(jian)與(yu)孔徑(jing)定(ding)量(liang)關(guan)系(xi)
利用T2譜(pu)確(que)定(ding)孔徑(jing)分布(bu)的(de)基礎(chu)是(shi)認為T2時間(jian)與(yu)孔徑(jing)大小(xiao)呈線(xian)性分布(bu)，即：r=kT₂
將T2譜(pu)與(yu)壓(ya)汞(gong)液(ye)氮聯(lian)測(ce)的(de)孔徑(jing)分布(bu)進行對(dui)比，進而確(que)定(ding)上式中的(de)k值。將頁巖(yan)中親油孔隙(xi)與(yu)親水孔隙(xi)疊加(jia)，則更(geng)能反映(ying)頁巖孔隙(xi)分布(bu)全(quan)貌。壓汞(gong)法適合較大孔徑(jing)的(de)測定(ding)，而液(ye)氮吸附(fu)適於2~50nm的(de)介(jie)孔孔徑(jing)測(ce)定(ding)。下圖顯(xian)示(shi)親油孔隙(xi)和(he)親水孔隙(xi)T2譜(pu)與(yu)壓(ya)汞(gong)/液(ye)氮聯(lian)測(ce)孔徑(jing)對(dui)比，可以看出T2譜(pu)包(bao)絡線與(yu)壓汞(gong)/液(ye)氮吸附(fu)聯測孔徑(jing)分布(bu)形(xing)態(tai)具(ju)有壹致性(xing)。通過(guo)對(dui)比分析(xi)，確(que)定(ding)T2時間(jian)與(yu)孔徑(jing)大小(xiao)對(dui)應(ying)關(guan)系(xi)為：r_b=52T₂

應用(yong)實例(li)

對(dui)來(lai)自(zi)涪陵龍(long)馬(ma)溪(xi)組(zu)頁(ye)巖巖心（H8）進行高分辨(bian)率(lv)FIB-SEM觀測(ce)，識別(bie)孔隙(xi)類型(xing)。下圖顯(xian)示(shi)頁(ye)巖中細粒(li)礦物粒(li)間(jian)孔隙(xi)（無(wu)機孔）、有機孔及微裂(lie)縫分布(bu)。3種孔隙(xi)具(ju)有不(bu)同(tong)分布(bu)範圍(wei)：有機孔尺(chi)寸(cun)小，為納(na)米(mi)級(ji)別，細粒(li)礦物粒(li)間(jian)孔隙(xi)為微米(mi)-納(na)米(mi)級(ji)別，微(wei)裂(lie)縫尺(chi)寸(cun)較大，為微米(mi)級(ji)別。

這種(zhong)分布(bu)與核磁T2譜(pu)三(san)峰(feng)分布(bu)具(ju)有壹致性(xing)。下圖核(he)磁孔徑(jing)分布(bu)是采用(yong)公(gong)式轉(zhuan)換(huan)得(de)到(dao)，其(qi)結(jie)果與利(li)用掃描(miao)圖(tu)像(xiang)確(que)定(ding)的(de)孔徑(jing)分布(bu)吻合(he)。進(jin)壹(yi)步(bu)證明，利用(yong)核磁共振(zhen)技術識(shi)別(bie)與(yu)評價頁巖有機孔和(he)無機(ji)孔是(shi)可行的(de)。

H8巖心T2譜(pu)與(yu)壓(ya)汞(gong)/液(ye)氮聯(lian)測(ce)對(dui)比

結(jie)論

1.頁巖(yan)中有機孔和(he)無機(ji)孔在飽和(he)油和(he)鹽水(shui)條(tiao)件(jian)下，具(ju)有不(bu)同(tong)的(de)T2譜(pu)。涪陵地區龍(long)馬(ma)溪(xi)組(zu)頁(ye)巖巖心實驗(yan)表(biao)明，有機孔表(biao)現強(qiang)烈親油特性(xing)，T2峰(feng)值(zhi)分布(bu)在0.2ms位置(zhi)；無(wu)機(ji)孔表(biao)現為親水特性(xing)，T2峰(feng)值(zhi)分布(bu)在1ms位置(zhi)。
2.采(cai)用(yong)核磁共振(zhen)確(que)定(ding)龍(long)馬(ma)溪(xi)組(zu)頁(ye)巖孔隙(xi)與(yu)FIB-SEM掃描(miao)圖(tu)像(xiang)結(jie)果基本(ben)吻合(he)。利(li)用(yong)核(he)磁法確(que)定(ding)頁巖孔徑(jing)分布(bu)具(ju)有兩大優(you)勢(shi)：壹(yi)是不(bu)破壞(huai)巖(yan)心可多次(ci)重復(fu)測量；二是可進行全(quan)直徑巖心測量(liang)，能從宏(hong)觀尺(chi)度反映(ying)真(zhen)實(shi)地下地層(ceng)情況。

參考(kao)文獻：
李軍,金武(wu)軍,王亮,武(wu)清(qing)釗(zhao),路菁,郝士(shi)博.利用核(he)磁共振(zhen)技術確(que)定(ding)有機孔與(yu)無(wu)機(ji)孔孔徑(jing)分布(bu)—以四(si)川(chuan)盆(pen)地涪陵地區誌(zhi)留(liu)系(xi)龍(long)馬(ma)溪(xi)組(zu)頁(ye)巖氣儲層(ceng)為例[J].石(shi)油(you)與天(tian)然氣地質(zhi),2016,37(01):129-134.

紐(niu)邁小編(bian):小(xiao)Y. 更(geng)多(duo)低場核磁共振(zhen)技術的(de)前沿(yan)應用研(yan)究進(jin)展(zhan)可關(guan)註紐(niu)邁wechat號
 

推(tui)薦(jian)儀器(qi)：
 

中尺(chi)寸(cun)核磁共振(zhen)成像(xiang)分析(xi)儀MesoMR23-060H-I
大孔徑(jing)核(he)磁共振(zhen)成像(xiang)分析(xi)儀MacroMR12-150H-I