【油气专栏】页岩孔隙知多少 低场核磁见分晓

研究背景 页岩气储层孔隙类型多样，从成因上可分为有机孔与无机孔。有机孔与有机质热演化及成烃作用有关，而无机孔与无机物质沉积作用及成岩作用有关。
目前识别和评价页岩有机孔与无机孔有效手段是聚焦离子束-扫描电镜技术（FIB-SEM），该技术虽能直观观测各种微观孔隙组分，但观测范围较小。测定岩石孔径分布方法还采用压汞法，液氮及CO2吸附法等，这些方法属间接测量方法，不能分辨其中的有机孔与无机孔。

研究目的：

低场核磁是确定孔隙度和孔隙尺寸的有利工具。那么基于页岩中有机孔和无机孔润湿性的差异，分别在饱和水和油条件下观测氢核信号，从而建立弛豫时间与孔径的定量关系，这就为利用核磁共振技术确定有机孔和无机孔提供了可能。

实验方法：

实验样品采自涪陵地区志流系龙马溪组页岩，样品物性、TOC含量及矿物含量见下表。

为识别有机孔与无机孔T2谱峰位置，将同一深度点的柱样分成两部分，分别在饱和盐水和油（正十二烷）条件下进行T2谱测量，具体步骤如下图所示。

实验结果

1.饱和盐水和饱和油下的T2谱
实验过程中，采用自吸方式和加压方式饱和水或油，结果显示亲油孔隙和亲水孔隙T2谱分布明显不同：对于自吸油饱和岩心，亲油孔隙T2峰分布在0.2ms左右，其次分布在8ms，且前者幅度明显大于后者。表明亲油孔隙有两类，且较小孔径占优势。加压饱和油岩心与自吸状态相比，变化不大，说明亲油孔隙具有强烈油润湿性，自吸状态下很快达到饱和。亲油孔隙对应有机孔隙。

对自吸水饱和岩心，亲水孔隙主要分布在1ms左右。加压状态下核磁信号明显大于自吸状态下核磁信号，表明在加压状态下，水可以进入更多小孔中。亲水孔隙对应于无机孔隙。

2.页岩T2时间与孔径定量关系
利用T2谱确定孔径分布的基础是认为T2时间与孔径大小呈线性分布，即：r=kT₂
将T2谱与压汞液氮联测的孔径分布进行对比，进而确定上式中的k值。将页岩中亲油孔隙与亲水孔隙叠加，则更能反映页岩孔隙分布全貌。压汞法适合较大孔径的测定，而液氮吸附适于2~50nm的介孔孔径测定。下图显示亲油孔隙和亲水孔隙T2谱与压汞/液氮联测孔径对比，可以看出T2谱包络线与压汞/液氮吸附联测孔径分布形态具有一致性。通过对比分析，确定T2时间与孔径大小对应关系为：r_b=52T₂

应用实例

对来自涪陵龙马溪组页岩岩心（H8）进行高分辨率FIB-SEM观测，识别孔隙类型。下图显示页岩中细粒矿物粒间孔隙（无机孔）、有机孔及微裂缝分布。3种孔隙具有不同分布范围：有机孔尺寸小，为纳米级别，细粒矿物粒间孔隙为微米-纳米级别，微裂缝尺寸较大，为微米级别。

这种分布与核磁T2谱三峰分布具有一致性。下图核磁孔径分布是采用公式转换得到，其结果与利用扫描图像确定的孔径分布吻合。进一步证明，利用核磁共振技术识别与评价页岩有机孔和无机孔是可行的。

H8岩心T2谱与压汞/液氮联测对比

结论

1.页岩中有机孔和无机孔在饱和油和盐水条件下，具有不同的T2谱。涪陵地区龙马溪组页岩岩心实验表明，有机孔表现强烈亲油特性，T2峰值分布在0.2ms位置；无机孔表现为亲水特性，T2峰值分布在1ms位置。
2.采用核磁共振确定龙马溪组页岩孔隙与FIB-SEM扫描图像结果基本吻合。利用核磁法确定页岩孔径分布具有两大优势：一是不破坏岩心可多次重复测量；二是可进行全直径岩心测量，能从宏观尺度反映真实地下地层情况。

参考文献：
李军,金武军,王亮,武清钊,路菁,郝士博.利用核磁共振技术确定有机孔与无机孔孔径分布—以四川盆地涪陵地区志留系龙马溪组页岩气储层为例[J].石油与天然气地质,2016,37(01):129-134.

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推荐仪器：
 

中尺寸核磁共振成像分析仪MesoMR23-060H-I
大孔径核磁共振成像分析仪MacroMR12-150H-I