文摘

孔隙结构的特征是至关重要的石油勘探和开发页岩储层,但实际评价页岩孔隙结构仍然是一个长期的挑战。在这项研究中,基于核磁共振横向弛豫时间(T₂)光谱分辨率和不可约的条件下,总孔隙空间和可移动的流体空间巧妙地确定。与此同时,多重分形谱用来描述T₂总孔隙空间和可动流体空间的分布。结果显示高概率测度的特征参数的多重分形谱(多重分形参数)与T强负相关性₂几何平均值和平均孔隙半径和喉咙的增加与减少多重分形参数,表明页岩储层的多重分形参数值较低的可能有良好的孔隙结构。此外,粘土矿物含量对多重分形参数有很强的积极作用。相比之下,(石英+长石)矿物对多重分形参数产生负面影响的内容。最后,新的精确模型为核心的规模和测井渗透率估算页岩的规模都是提出了基于多重分形参数,也适用于其他水库。总的来说,这项研究很重要,及时评价孔隙结构和预测页岩储层的渗透率。

1。介绍

日益增长的全球能源需求引导的重要性非常规油藏的勘探和开发1- - - - - -4]。孔隙结构中扮演着重要的角色在流体发生和流属性和页岩储层评价的主要特性之一(5- - - - - -9]。与其它油藏相比,如砂岩和碳酸盐岩储层页岩储层的孔隙结构是更具挑战性的评估6- - - - - -11]。这是由于页岩储层总是以各种矿物成分,导致复杂的孔喉连通性和孔隙大小分布的极端异质性(8,10- - - - - -13]。因此,有效地评估页岩储层的孔隙结构是必要的和有意义的。

目前,许多实验方法可以测试岩石的孔隙结构。扫描电子显微镜(SEM)可以直观地代表孔的形状和喉咙14- - - - - -16]。高压压汞(HPMI)方法可以有效地描述连接在岩石中孔隙大小的分布(7,17]。弛豫时间(T₂)从核磁共振(NMR)获得的光谱实验能定量描述孔隙大小分布在不损害岩石,并结合一个核心离心实验中,孔隙的分布空间的可动流体在岩石特征可以有效地6,18- - - - - -20.]。纳米和microcomputed断层扫描(CT)也可以准确地描述三维分布没有破坏岩石的孔隙和喉咙(21- - - - - -23]。然而,对于页岩具有较强的非均质多孔系统,很难直接使用孔隙尺寸和孔隙分布的特点从上面获得实验定量地评估他们的孔隙结构。

多重分形理论分析了分形集基于当地概率测度的波动,从而揭示全球属性和孔隙大小分布的详细本地信息(20.,21,24]。在能源行业,多重分形维度是一个强大的工具来评估岩石的孔隙结构特征孔隙大小分布的异质性。由于核磁共振实验可以获得岩石孔隙大小分布的方便和准确,许多学者利用NMR T₂光谱计算多重分形维度。李等人。25)透露,强烈构造变形煤的孔隙度与多重分形维度基于NMR实验。刘和Ostadhassan [26T]使用核磁共振的多重分形特征₂光谱评价致密砂岩的孔隙结构。郑et al。24)提供了一个新颖的方法来评价煤的孔隙结构,利用多重分形维计算T₂截止。然而,很少有研究页岩孔隙结构的多重分形特征。此外,这些多重分形分析方法基于NMR实验仅限于规模和核心是很难被用于连续的测井纵向评估储层渗透率。

页岩储层,孔隙大小的不规则分布直接导致了复杂的孔隙结构特征(27- - - - - -29日),因此重要的是使用多重分形理论来评价孔隙大小分布的异质性和解释相对应的物理意义的多重分形参数页岩。此外,根据孔隙流体流动行为,页岩的总孔隙空间可分为两部分:可动流体空间和束缚流体空间(7,30.,31日]。先前的研究通常进行多重分形分析孔隙大小分布的孔隙空间通过NMR T₂光谱分辨率条件下(23- - - - - -25]。它已经表明,之间有很强的相关性的特点,可动流体空间和岩石孔喉连通性(6,7,31日]。不幸的是,很少有报道与页岩的可动流体空间的多重分形分析。因此,有必要分析孔隙结构参数之间的关系和可动流体的多重分形参数空间的页岩。

在这项研究中,其主要目的是研究页岩储层的孔隙结构特征基于NMR T的多重分形分析₂光谱。这代表了一个关键贡献石油页岩储层的勘探和开发,并将在全球非常规储层有实际应用。研究内容(1)用NMR T₂分布在水饱和和不可约的条件下确定的可移动的流体空间页岩;(2)理解多重分形参数之间的关系和页岩的孔隙结构参数;(3)研究页岩组成的多重分形参数的影响;(4)提出一种多重分形模型的渗透率估算页岩储层在测井规模。

2。实验和多重分形方法

2.1。样品

在这项研究中,核心样本收集从较低的上部形成干柴沟组(E₃²)页岩水库,位于Yingxiongling的Yingxi区域构造带在柴达木盆地,中国西北部[26]。在E₃²页岩沉积水体是盐水,湖平面频繁改变,从而导致典型页岩具有复杂的矿物成分(32]。此外,非均质性强的E₃²页岩储层,孔隙度和渗透率较低(23,33,34]。共有15个标准核心样本测试通过x射线衍射(XRD),常规岩心分析(RCA)和核磁共振(NMR)实验。此外,五个典型样本选自前15标准核心样本测试的聚焦离子束(FIB)的实验。

详细的矿物学和物理参数的15个样品展示在表1。XRD分析结果显示广泛的矿物成分,主要由碳酸盐和粘土矿物。白云石含量在17.4%和33.7%之间,平均为26.2% ( )。方解石含量从6.4%到17.9%不等,平均为11.8% ( )。粘土含量从17.8%到44.2%不等,平均为30.1% ( )。此外,矿物成分含有适量的石英(一个 和 )和长石(一个 和 ),和低丰度的石膏和黄铁矿。15个样品的物理性质、孔隙度和渗透率变化(从1.53%到12.65% 和 ),和0.006 0.043 mD(一个医学博士 和 ),分别(表1)。

2.2。实验

大核磁共振分析仪(macromr12 - 150 h - l)是用来测试15芯样本。NMR实验提供了一个等待时间3000毫秒,回声间隔Te 0.6毫秒,信号叠加的时候64 ms。15个样本首先疏散(-0.1 MPa) 12小时,然后用100%饱和水。在水饱和(100%)条件下,15个样本第一次核磁共振测试了。然后,HR2500-2离心分离机用于删除的可动水饱和样品在600 psi离心力。15个样品也已经测试通过NMR实验离心后第二次。最后,增量和累积T₂频谱分布在水饱和和不可约15个样本获得的条件7,18,31日]。此外,T₂几何平均数(T_{2 lm}),T₃₅,T₅₀(T₂饱和值对应于35%和50%的累积T₂分别分布曲线)也通过T₂光谱分辨率条件下(图1)[26,35,36]。

RCA实验进行15个样本下使用一个自动化的CMM150/70-A 10 MPa的净围压和孔隙压力的7 MPa。然后,五个核心样本选择FIB测试10 nm的准确性。最大范围算法被用来提取pore-to-throat孔隙空间拓扑结构的网络模型相应的真正核心,孔隙半径和喉道半径的三维(3 d)空间。最后,XRD实验应用于15个样本。15个样本首先粉小于5μ米,然后,粉之后12小时的90°C。力量D8推进x射线衍射仪用于扫描的粉末样本2°- 70°的计数时间2秒/ 0.02°步骤(12]。然后,TOPAS软件被用来量化矿物内容。

2.3。多重分形方法

分形集的特征可以被描述为多重分形理论。张等人和李et al。23,25)特别介绍了多重分形理论的详细信息。在这项研究中,应用于多重分形维方法分析核磁共振T₂分布。基于二元比例法,区间是分区 (20.,21,25,37]。盒子的数量的在每个规模大小 是由

在岩石中,概率测度的孔隙体积盒子是由 孔隙体积的哪里我th ( )盒子是和岩石的总量 。

有以下和规模之间的关系在多重分形测量38,39]: 在哪里是奇点指数对应的奇异力量th盒子,它描述了概率的不均匀程度的子集。

当一个奇点指数增加 ,盒子的数量表示 ,和增加减少(39]。因此,可以得到如下: 在哪里奇点是一组光谱具有相同的价值(20.),的情节与被称为多重分形谱(20.,24]。

多重分形谱,通常是一个单峰凸曲线。的和值也可以获得以下直接算法: 在哪里统计时刻的顺序吗 和是盒子的数量的大小(20.,24]。此外, 是一系列概率措施,定义如下:

对E₃²页岩,这些措施反映了孔隙大小分布的特点(20.,39]。为了确保有一个良好的线性相关性 和规模大小( ), 在范围从10到10−在这项研究。α_最小值和α_马克斯奇点指数对应 和 ,分别。的奇异性指数对应的峰值(20.,23,39,40]。此外,许多研究表明,左分支( )与一个更大的宽度反映了高概率测度和强非均质性,和正确的分支( )更大的宽度反映了低概率测度和异质性较强,20.,23,26,36,38]。

3所示。结果

3.1。核磁共振T₂可动流体空间光谱和总孔隙空间

在核磁共振实验中,T₂光谱分辨率条件下可以反映总孔隙空间的孔隙大小分布(6,30.,41]。离心后,只有束缚水的岩石,所以相应的T₂谱能反映束缚流体孔隙大小分布的空间。一般来说,T₂截止(T_2摄氏度)是一个弛豫时间阈值,将总孔隙空间划分为不可约流体空间和可动流体空间,而左边的T_2摄氏度束缚水,T的权利吗_2摄氏度可动水(6,30.,42,43]。然而,应该指出的是,离心机曲线甚至不为零的右边 (图1),这意味着部分考虑动水传统大毛孔不有效的活动7,44]。与此同时,离心机T₂曲线的左边 低于饱和T₂曲线(图1),表明部分认为传统束缚水即使在较小的孔也可移动,应解释为可动水(6,31日]。在以前的研究中也可以找到一些类似的现象(20.,30.,31日]。因此,确定可动流体的分布空间基于T₂C需要更好的约束。事实上,核磁共振实验的可动流体空间应该是红色阴影图1,即,我nterval enclosed area by the T₂在被水浸透的和不可约的条件下光谱曲线。

15个样品的核磁共振特征参数表中列出2。如图2,有三种类型的T₂光谱的E₃²页岩:单峰,孤立的双峰,不间断的双峰。T₂光谱形状的可动流体空间类似于相应的总孔隙空间,和T₂峰的总孔隙空间和可动流体空间主要分布在5和10女士,女士(图2)。然而,有更多的短T的百分比₂总孔隙空间的分布与可动流体的空间。因此,总孔隙空间更大的宽度短T₂分布的可动流体空间(图2)。此外,值得注意的是,这三种类型的T₂总孔隙空间光谱有显著差异,在孤立的双峰和不间断的双峰类型都明显有几个长T₂较单峰分布类型(数据2(一个)- - - - - -2 (c))。这同样适用于可动流体空间(数字2 (d)- - - - - -2 (f))。

3.2。核磁共振多重分形谱

的多重分形谱核磁共振T₂总孔隙空间和可动流体空间的分布如图所示3和多重分形谱的特征参数表中列出2。相应的多重分形谱的单峰型的T₂左分支的光谱都有更大的宽度比孤立的双峰和不间断的双峰类型(图3)。就像前面提到的3所示。1,有更多比例的长T₂孤立的双峰分布,不间断的双峰类型与总孔隙空间的单峰型和可动流体空间。由于宽度相对应的左支的多重分形谱的异质性高的概率测度区域T₂分布,越高( )值反映高概率测度区域有较强的异质性(表2和图3)[20.,21]。因此,高概率测量领域的异质性的影响比例的长T₂分布(图2和3)。

此外,T的多重分形谱₂总孔隙空间和可动流体空间的分布都是右偏态,但宽度的左支总孔隙空间大于可动流体的空间(图3)。相应地,总孔隙空间有更多比例的短T₂比,可动流体的空间分布。所以短T的百分比₂分布的异质性也影响高概率测度区域(数据2和3)。然而,没有显著差异的宽度对分公司的总孔隙空间的多重分形谱,和可动流体空间也是如此(图3)。因此,适当使用高概率测度区域的孔隙结构分析E₃²页岩。

3.3。孔隙结构的3 d CT

根据x射线衍射结果(表110),样品9日,11日,12日和15被FIB测试实验中,孔隙结构及其三维重建。它可以发现毛孔和喉咙的5个样品都是在一个相对均匀分散在三维空间(数据状态4(一)- - - - - -4 (e))。样本10和15个主要由硅酸盐(石英+长石)和碳酸盐矿物,和样品12的主要矿物是硅酸盐(石英+长石)、碳酸盐和粘土矿物,而样品11和9是主要由碳酸盐和粘土矿物(表1)。孔隙类型的样本10、15和12是由石英和长石矿物粒间孔隙(数字4 (f)- - - - - -4 (h))。相比之下,晶间孔的白云石、方解石和粘土矿物被广泛开发的样品11和9(数字4(我)和4 (j))。此外,值得注意的是,喉咙的半径分布密切相关的连通孔隙半径分布页岩样品相同,平均孔隙半径越大,平均喉道半径越大(图5)。例如,样品10、15和12都有一个相对较高的比例大毛孔。他们的平均孔隙半径和喉道半径是158海里,126 nm和89 nm和144 nm, 101 nm和81 nm,分别。相比之下,有很高比例的小孔和喉咙在样品11和9中,只有平均孔隙半径和喉道半径的47海里,33和32 nm和26海里,分别(图5)。

基于表1和图5毛孔和喉咙的,半径分布有重要关系的矿物内容E₃²页岩。例如,样品10、15和12日,这是由石英和长石矿物的矿物,都有一个高的比例大毛孔和喉咙,虽然有很大一部分样品11和12的小孔和喉咙有粘土矿物。此外,平均孔隙半径和喉道半径明显增加的增加内容(石英+长石)矿物质,但高粘土矿物含量显著负面影响的平均孔隙半径平均喉道半径(表1和图5)。这些表明,粘土、石英和长石矿物发挥重要作用在控制孔隙结构特征的E₃²页岩。

4所示。讨论

4.1。多重分形参数和NMR参数之间的关系

左支的宽度的多重分形谱可以反映T的特点₂分布明显,和对应的异质性高的概率测度区域总孔隙空间和可移动的孔隙空间,分别。如数据所示6(一)和6 (b),和与T都有强烈的负相关性_{2 lm}。由于T_{2 lm}主要是影响T₂分布,长时间T的百分比₂T分布,越大_{2 lm}(26,35,36,45];因此,较低的值和对应的比例越长T₂分布,T_{2 lm}随的增加而减小和 。值得注意的是,T_{2 lm}有更好的相关性比的 。这可能是由于T_{2 lm}直接对应于T₂总孔隙空间的分布。然而,T₂动孔隙空间的分布不能完全反映实际的T₂总孔隙空间的分布。

在核磁共振实验中,T越低₃₅或T₅₀是,短T的百分比越高₂分布(26,35,45]。数据6 (c)和6 (d)表明,有很好的与T负相关₅₀,这是一个温和的负相关性和T₅₀。此外,这两个和减少与增加的T₃₅的相关性和T₃₅比这更好的吗和T₃₅(数据7(e)和7(f))。这些表明,和T更敏感₅₀和T₃₅,分别。这可能是因为总孔隙空间有更多比例的短T₂分布的动孔隙空间,讨论部分3所示。1。

4.2。多重分形参数与孔隙结构参数之间的关系

为了理解角色的多重分形特征上的孔隙结构在E₃²页岩,孔隙结构参数之间的相关散点图和多重分形参数如图所示7。平均孔隙半径有很强的负相关的的相关系数 (图7(一)),这是与致密砂岩的研究一致20.),细白云石(23),和新鲜煤(24]。相比之下,平均孔隙半径显示一个通用的负相关(图7 (b)),这意味着平均孔隙半径有很大的影响而不是 。这可能是因为动孔隙空间是只有一小部分的总孔隙空间,不能代表所有孔隙的分布。正如3.4.2节所讨论的,价值就越高和对应的百分比越短T₂在T分布₂光谱。与此同时,T₂值对应不同的孔隙大小的岩石在核磁共振实验中(7,30.,31日]。因此,E₃²较低的页岩和可能更少比例的小孔,导致一个好的孔隙结构与一个更大的平均孔隙半径。

平均喉道半径不同的相关性和 。有一种普遍的平均喉道半径和之间的负相关(图7 (c))。相反,有很强的负相关平均喉道半径(图7 (d))。这些发现表明,可以有效地代表的平均喉道半径E₃²页岩。一般来说,喉道半径总是小于相应的连接在岩石孔隙半径6,46,47),所以短T₂分布可能最好的代表喉道半径的分布。因此,更敏感的平均喉道半径因为T₃₅有更好的相关性比 。此外,E₃²页岩具有较高可能有一个更大的平均喉道半径,有利于流体的流动。

4.3。页岩组成对多重分形的影响参数

矿物成分的E₃²页岩尤为复杂和孔隙结构有一个基本的控制(7,45,46]。与此同时,有明显的孔隙结构参数和多重分形参数之间的关系,因此它也是必要的,讨论矿物成分的影响的多重分形特征。如数据所示8(一个)和8 (b)(石英+长石)内容有温和的和强烈的负相关性和 ,分别。E₃²页岩具有更高的内容(石英+长石)矿物质通常有更大的孔隙半径和喉咙,这是因为在石英和长石矿物粒间孔隙发达主要是脆性矿物的保护,因此,生产更多的大孔隙容易(图4 (f)和4 (g))。由于平均孔隙半径增加而增加的百分比大孔隙在岩石中(7,45,46,48的内容),因此,矿物(石英+长石)在E₃²页岩可能影响孔隙半径,反过来,对多重分形参数的影响。此外,矿物(石英+长石)的内容有更好的相关性的比的 ,这可能是可动流体空间为主的大孔隙发达(石英+长石)矿物质。因此,E₃²页岩具有高含量的矿物(石英+长石)往往有一个良好的孔隙结构。

数据8 (c)和8 (d)同时表明,和有很强的正相关性与粘土矿物的内容,说明粘土矿物的含量在E₃²页岩是控制孔隙结构的主要因素。这可能是由于粘土矿物的内容起着至关重要的作用在减少孔隙和喉道半径。如数据所示4(我)和4 (j)粘土矿物是在压实过程中容易变形,导致粘土晶间孔隙坍塌没有保护,从而生产更多的微孔隙的E₃²页岩(48,49]。此外,粘土矿物含量较高的E₃²页岩的脆性矿物很容易支持的粒间孔隙充满了粘土矿物的杂质,因此导致进一步减少孔隙空间(图4 (j))。因此,较高含量的粘土矿物的形成不利于良好的孔隙结构在E₃²页岩。此外,碳酸盐矿物的内容有轻微的负相关性和(数据8 (e)和8 (f)),这意味着碳酸盐矿物也有利于形成良好的孔隙结构,但不影响孔隙结构与矿物(石英+长石)。这可能取决于晶间碳酸盐岩孔隙充满了粘土矿物或保护的石英和长石矿物成岩作用中E₃²页岩(43,48),而真正的原因需要进一步的探索。

4.4。多重分形模型渗透率估算

渗透率估算一直是页岩储层评价的关键(24,35,44,47]。然而,这是一个问题准确估算渗透率的测井方法。作为讨论的部分4.2,平均孔隙半径和平均喉道半径有强烈的负相关性和 ,分别,它提供了一种新方法来估计核心规模和测井渗透率的规模。显然,可以通过T₂光谱分辨率条件下,必须通过使用T₂光谱分辨率和不可约的条件。核心样品的和可以应用于估计渗透率。多元线性回归的计算后,渗透率可以表示为

然而,方程(7)不能应用于测井渗透率,因为估计不能通过NMR测井。作为讨论的部分4.1,具有良好的相关性与T_{2 lm}和T₃₅;与此同时,T_{2 lm}和T₃₅可以通过NMR测井。因此, ,T_{2 lm},T₃₅可以用来估计在核磁共振测井渗透率。多元线性回归的计算后,得到的渗透率NMR测井可以给出

为了验证公式的准确性(7)和(8),估计渗透率与氦渗透率的新十样本E₃²页岩。图9显示所有的估计数据点下降约交叉线,这意味着多重分形模型的渗透率值计算与现场实测结果吻合较好。总的来说,和磁导率的主要影响因素为E₃²页岩。对E₃²页岩,毛孔被小尺寸和集中在一个狭窄的范围内。以前的研究已经表明的小孔是高度不规则的形状,和许多小孔将提高孔隙空间的异质性16,21,48,50]。与此同时,高或E代表,₃²页岩有更多比例的小孔在狭窄的范围内。因此,渗透率随的增加而减小和 。值得注意的是,氦渗透率有更好的负相关比它的(图9),表明渗透率显著异质性的影响可动流体空间。

如图10NMR T₂分布在第四跑道,T₃₅和T_{2 lm}提出了在第五,第六跟踪包括左支多重分形谱的宽度 ,第七跟踪包括渗透率计算方程(8)和氦渗透率,第八跟踪内容包括矿物元素捕获光谱(ECS)获得的日志。由方程(渗透率计算的结果8)同意与氦渗透率和矿物质的内容,分别。因此,提出多重分形模型可以有效的方法来估算渗透率的E₃²页岩核心规模和测井的规模。此外,值得注意的是,先前的统计模型的渗透率估算只对某些有用水库,因为他们总是取决于渗透率之间的相关系数和毛孔的半径或喉咙,而提出了多重分形模型渗透率估算不需要这些,因此在这项研究中提出的多重分形方法方便、适用于另一个水库。

5。结论

(1)当前的方法确定可动流体空间基于T₂截止有其局限性,而使用间隔由T封闭区域₂被水浸透的和不可约条件下光谱曲线更准确。对E₃²页岩,T₂总孔隙空间的分布具有较强的高概率测度区域比可动流体的空间,和使用的高概率测度区域T₂分布的多重分形特征的孔隙结构是更合适的(2)T_{2 lm}T₅₀,T₃₅所有的增加减少和 ,表明较低的和与更多比例的大毛孔E₃²页岩。与此同时,孔隙的平均半径和喉咙减少与增加和 ,这表明E₃²较低的页岩和可能有一个良好的孔隙结构(3)矿物成分有不同的对孔隙结构的影响₃²页岩,进而产生对多重分形参数的影响。(石英+长石)矿物含量的增加,大孔隙含量增加;相比之下,粘土矿物含量高会导致一个更小的平均孔隙大小。因此,高(石英+长石)矿物含量起着积极作用生成低和 ,而粘土矿物含量的增加会增加和(4)对E₃²页岩储层,一个新的多重分形模型核心规模提供了基于多重分形参数估算渗透率和 。此外,T_{2 lm}T₃₅,被用来建立一个小说在核磁共振测井渗透率模型的规模,这是独立于任何其他核心实验的帮助。总的来说,提供了模型的渗透率估算E₃²页岩核心规模和测井规模方便和准确,也适用于其他水库

数据可用性

核心测试数据和日志数据用于支持本研究的发现没有因为单位提供数据机密性要求。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项工作是财务支持的项目中石化科学技术部门(P21075-1 P21075-2, P22213-4),中国博士后科学基金会(2022 m723499)和中国国家自然科学基金(41872133)。