[发明专利]基于核磁共振的低渗透砂岩储层孔隙结构定量反演方法

说明书

技术领域

本发明涉及岩心核磁共振、压汞实验及核磁共振测井领域，特别涉及一种基于核磁共振的低渗透砂岩储层孔隙结构定量反演方法。

背景技术

核磁共振的基础是原子核的磁性及其外加磁场的相互作用。在外加磁场作用下使得地层流体中的质子极化，核自旋空间取向从无序变为有序。极化后，关闭外加磁场，测量自旋系统从不平衡状态向平衡状态过程的时间(弛豫时间)，即测量纵向弛豫时间T₁、横向弛豫时间T₂。

磁共振测井的原始数据是随时间衰减的自旋回波串，自旋回波串包含了储层物性、孔隙类型、孔径大小、流体类型及其分布等十分丰富的信息。自旋一回波串可以表示为多个衰减指数的迭加：

式中：Echo(t)，核磁测井测量得到的随时间t变化的回波幅度；

T_2i，第i个组分的横向弛豫时间，i＝l，…，N；

ф_i，对应于T_2i组分的核磁共振孔隙度，i＝l，…，N；

通过对核磁测井仪器测量得到的自旋回波串(即式(1))进行多指数拟合，可以求出每一测量点的T_2i-ф_i的分布曲线，即所谓的核磁共振测井T₂分布谱。该T₂分布谱的横坐标为T₂值，纵坐标为信号相对幅度，总的信号幅度与岩石孔隙度有关。

在岩石孔隙中，流体分子弛豫时间不仅与本身弛豫特点有关，还与岩石孔隙结构、成分关系密切，弛豫过程较复杂。目前普遍认为有三种机制控制孔隙流体的横向弛豫过程，即体积弛豫、表面弛豫和扩散弛豫，分别用T_2B、T_2S、T_2D表示相应的弛豫时间常数。进而横向弛豫时间表示为：

式中：T_2B为流体的体积(自由)弛豫时间，ms；

T_2S为横向表面弛豫时间，ms；

T_2D为横向扩散弛豫时间，ms；

D为扩散系数,μm2/ms；

G为磁场梯度，G/cm；

T_E为回波间隔，ms；

S为孔隙表面积，cm²；

V为孔隙体积，cm³；

ρ₂为岩石的横向表面弛豫强度，μm/ms；

T_2B的数值通常为2～3s，比T₂大得多。即T_2B>>T₂。因此式3中右边的第一项可忽略。当磁场均匀时(相对G很小)，且T_E足够短时，式2右边第三项也可忽略，于是T₂为：

得到T₂与孔径r_c的关系式为：

式中：F_S为形状几何因子。对于球形孔隙，F_S＝3,；对柱状管道，F_S＝2。由式5可知，孔隙内的流体的弛豫时间与孔隙空间的大小及形状有关，孔隙越小，比表面积越大，表面相互作用的影响就越强烈，T₂时间也越短。观测的弛豫时间T₂和平均孔径r_c是一一对应的，因此，可以利用T₂谱来评价岩石孔隙大小及其孔喉分布。

目前现有技术提出横向驰豫时间和毛管压力之间的转换关系，如式5，该方法假设孔隙结构可以简化为球形和柱状管道。其比表面积与孔径成线性关系，Pc＝C/T₂线性关系进行转换获得毛细管压力曲线，其转换系数C由相似原理确定，该方法的一个关键假设条件是要求核磁T₂谱曲线与毛细管压力曲线的形态一致性高，而从大量的岩心核磁共振测量与压汞测量结果对比发现，T₂谱与压汞微分曲线形态存在一定差异。并且，未考虑T₂谱与压汞曲线反应的孔隙空间不同这一关键。故而，这种方法计算误差就会较大。