低渗-致密砂岩储层微观孔隙结构具有孔喉细小、结构复杂和非均质性强等特点^[1]，其受沉积作用控制的原始组构和埋藏过程中成岩改造的共同影响^[2-3]，与油气分布规律及聚集机理密切相关，且直接决定了储层储集和渗流能力，同时影响储层的产液性质和产能特征^[4-5]。孔喉分布研究作为孔隙结构研究的重点内容，主要依托于各种岩石测试方法，可分为直接观测法和间接测量法。直接观测方法包括铸体薄片、各类扫描电镜和μm-nm级断层扫描(CT)等；间接测量方法包括气体吸附、核磁共振、高压压汞和恒速压汞等^[6-8]。这些测试方法在总体上呈现由二维低分辨率的定性特点向三维高分辨率的定量特点发展，均是从不同的方面反映孔隙结构特征，如何融合多尺度多方法进行孔喉分布定量表征是目前面临的主要问题^[9]。

核磁共振法通过对原始回波串的多指数拟合反演得到T₂谱，进而获得T₂截止值、T₂几何均值、三孔隙度组分百分比等直接提取的量化参数以及通过T₂谱转换为伪毛管压力曲线所间接提取的孔隙结构参数^[10-11]。核磁共振三孔隙度组分百分比法虽能实现对孔喉分布的定量表征和分类，但划分孔隙组分的T₂值界限缺乏明确的地质意义，且难以适用于孔喉分布范围差异较大的各类储层，而实际研究工作中核磁共振测试数量往往又较为有限。高压压汞基于平行毛管束的理论，利用进汞压力与进汞饱和度和孔喉半径的关系，建立毛管压力曲线和孔喉分布曲线，依据平均孔喉半径和曲线形态特征等进行孔喉分布评价^[12]，缺少直接反映整体孔喉分布特征的定量表征参数。

基于上述问题，本文建立了基于核磁共振标定的高压压汞孔喉分布定量评价方法，即通过进行离心前后T₂谱图对比，依据孔隙流体赋存状态，调整核磁共振三孔隙度组分百分比法的T₂值界限，根据T₂值与孔喉半径相关关系将T₂值界限转化为孔喉半径界限，利用高压压汞统计不同类型孔喉含量来定量评价孔喉分布特征，将此方法应用于西湖凹陷花港组低渗-致密储层评价，获得的孔喉分布类型划分结果与储层物性、岩石学和微观孔隙结构特征具有很好的吻合度。

1.   实验部分

1.1   实验样品

实验样品来自西湖凹陷中央反转构造带中北部花港组低渗-致密砂岩储层，选取不同井位、深度和岩石学特征的岩心样品约400余块，开展核磁共振实验共计56块，开展高压压汞实验共计420块，其中9块研究区普遍发育的辫状河三角洲水下分流河道中砂岩和细砂岩样品同时开展了核磁共振和高压压汞实验，用于建立核磁共振T₂值与孔喉半径转化关系。

1.2   测试方法

核磁共振法：实验设备为中国石油勘探开发研究院廊坊分院储层渗流实验室Magnet 2000型核磁共振岩心分析仪。实验过程和数据处理参照行业标准SY/T 6490—2007《岩样核磁共振参数实验室测量规范》，首先对样品进行烘干(气藏样品不需要洗油)和流体饱和，开展饱和模拟地层水样品的核磁共振实验，反演T₂弛豫时间谱和T₂累积分布曲线。再将样品在300 psi(约2 MPa)条件下进行离心，开展残余束缚水样品的核磁共振实验。

高压压汞法：实验设备为中国石油勘探开发研究院廊坊分院储层渗流实验室AutoPore Ⅳ型压汞式孔隙分析仪。实验过程和数据处理参照行业标准SY/T 5346—2005《岩石毛细管压力曲线的测定》，实验最大进汞压力约为17000 psi(约117 MPa)，可测孔喉半径范围约为6 nm~63 μm，获取毛管压力曲线和孔喉半径分布曲线。

2.   结果与讨论

2.1   核磁共振孔喉分布评价方法

核磁共振三孔隙度组分百分比法和T₂截止值法是开展孔隙结构评价的重要方法。三孔隙度组分百分比法从T₂谱中提取横向弛豫时间介于1~10 ms、10~100 ms和100~1000 ms范围内的孔隙度百分比S₁、S₂和S₃，依据三者相对大小进行储层孔隙结构分类^[13-14]。相对于通过观察T₂谱形态进行储层孔隙结构定性评价的方法而言，该方法提出了可行的定量表征参数，但不同类型储层孔喉半径分布范围差异较大，常规储层发育毫米级至微米级孔喉系统，非常规储层发育微米级至纳米级孔喉系统^[15]，该方法将三孔隙度组分界限定义为1 ms、10 ms、100 ms和1000 ms，难以适用各类具有不同孔隙结构特征的储层。核磁共振T₂截止值为可动流体和束缚流体的T₂值界限，通常将离心后T₂谱累积量投影到离心前T₂谱累积曲线之上，对应数据点的横坐标即为T₂截止值^[16]。T₂谱分布不仅受孔喉分布的控制，还与储层岩石学特征、润湿性、孔隙流体性质、测量参数和样品状态等密切相关^[16]，仅利用T₂截止值评价孔隙流体状态存在一定的误差。

本文综合核磁共振三孔隙度组分百分比法和T₂截止值法各自优势，即同时考虑孔喉大小和流体赋存状态，通过核磁共振离心前后T₂谱图对比，对三孔隙度组分百分比法的T₂值界限进行重新划分。小孔喉以束缚流体为主，对应的T₂谱离心后基本不变或略有降低；大孔喉以可动流体为主，对应的T₂谱离心后明显降低或基本消失；期间存在离心后T₂谱中等幅度降低的过渡孔喉，对应为束缚流体和可动流体的混合流体。利用离心后与离心前T₂值对应孔隙度分量比值R作为相应尺寸孔喉内束缚流体饱和度，定量统计56块核磁共振T₂截止值对应R值约为50%，本文将R大于70%定义为束缚流体，将R介于70%~30%定义为过渡流体，将R小于30%定义为可动流体。以R为70%的A点和R为30%的B点对应的T₂值T₂₁和T₂₂为界，确定不同流体赋存状态的孔喉分别对应的T₂值分布范围，其含量分别为S₁、S₂和S₃(图 1)。

图  1  改进的核磁共振三孔隙度组分百分比法示意图

Figure  1.  Schematics of improved percentages of three pore components of NMR

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2.2   核磁共振T₂值转化为孔喉半径

利用上述方法开展实际工作时，由于核磁共振测试数量往往较为有限，可依据前人提出的伪毛管压力曲线法建立的核磁共振T₂值与孔喉半径转化关系，将T₂值界限转化为孔喉半径界限^[17-18]，从而利用丰富的高压压汞资料进行孔喉分布定量评价。

核磁共振横向弛豫时间T₂由体积弛豫时间(T_2B)、扩散弛豫时间(T_2D)和表面弛豫时间(T_2S)三部分构成^[19]：

T_2B通常远大于T₂，等式右边第一项可以忽略，当采用足够小回波间隔，等式右边第二项也可以忽略，从而将式(1)进行简化^[19-20]：

依据式(2)和高压压汞中毛管压力与孔喉半径关系，从而建立T₂值与孔隙半径的转化关系：

利用同时开展核磁共振和高压压汞的9块中砂岩和细砂岩样品求取转换系数C。具体方法为：在给定C值条件下进行T₂值与r转换，计算转换后核磁共振孔隙度累积曲线与高压压汞累积曲线均方差，确定均方差最小时对应的转换系数C(图 2)，得到平均转换系数约为0.0079，求取56块核磁共振样品不同赋存状态流体对应的孔喉半径界限r₁和r₂分别为60 nm和160 nm。

图  2  核磁共振与高压压汞孔隙分量和累积量分布曲线

Figure  2.  Pore component curves and pore cumulative curves of NMR and HPMI

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2.3   高压压汞孔喉分布定量评价

利用上述所求得的各类流体对应孔喉半径界限r₁和r₂，定量统计各类流体对应的饱和度S₁、S₂和S₃(图 3)。需要特别注意的是，核磁共振基本上可以反映样品全部的孔喉半径信息，而由于最大进汞压力和非连通孔喉的限制，高压压汞虽能较好地反映样品中相对较大的连通孔喉的分布状况，但难以准确识别极细孔喉和非连通孔喉。低渗-致密储层微孔喉较发育，连通性远差于常规储层，高压压汞与核磁共振孔喉分布曲线在大孔喉范围内吻合度较好，但高压压汞反映的小孔喉含量明显小于核磁共振(图 2)，这也是高压压汞最大进汞饱和度小于100%的主要原因。介于高压压汞对应的最小孔喉半径r₀与r₁之间的孔喉含量S₁₁只是S₁的一部分，半径小于r₀的非连通孔喉和极细孔喉含量S₁₂贡献了S₁的另一部分(图 3)。

图  3  高压压汞三孔隙度组分百分比法示意图

Figure  3.  Schematics of percentages of three pore components of HPMI

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利用上述方法对西湖凹陷中央反转构造带中北部低渗-致密储层的420条高压压汞曲线进行定量统计。束缚流体孔喉对应饱和度S₁主要分布在20%~55%，平均值为37.75%，与渗透率呈较好的负相关关系；过渡流体孔喉对应饱和度S₂主要分布在5%~15%，平均值为10.41%，与渗透率呈较好的负相关关系；可动流体孔喉对应饱和度S₃主要分布在35%~75%，平均值为51.84%，与渗透率呈较好的正相关关系。依据S₁、S₂和S₃大小及其相互关系，将孔喉分布划分为四种类型：Ⅰ类孔喉分布S₃≫S₁，S₂主要分布在5%~10%，储层物性极好；Ⅱ类孔喉分布S₃>S₁，S₂主要分布在6%~12%，储层物性较好；Ⅲ类孔喉分布S₃与S₁相近，S₂主要分布在8%~16%，储层物性较差；Ⅳ类孔喉分布S₃≪S₁，S₂主要分布在10%~25%，储层物性极差(图 4)。

图  4  依据S₁、S₂和S₃大小和相互关系的孔喉分布分类方案

Figure  4.  Classification of pore-throat distribution based on values of S₁, S₂ and S₃ and their interrelations

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Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类和Ⅳ类孔喉分布储层特征呈现规律性变化，整体储层粒度减小，石英含量降低，黏土矿物胶结增加，原生孔隙保存和次生溶蚀增孔均减弱，进汞压力整体增加，最大进汞饱和度降低，核磁共振右峰(大孔候)与左锋(小孔喉)差值逐渐减小(图 5)。以上分析表明，依据本文方法划分的孔喉分布类型符合储层岩石学特征和微观孔隙结构特征变化规律。

图  5  各类孔喉分布类型岩石学特征和孔隙结构特征

Figure  5.  Petrology and pore structure characteristics of four types of pore-throat distribution

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3.   结论

本文提出基于核磁共振标定的高压压汞孔喉分布定量评价的方法。利用核磁共振离心前后T₂谱图对比判别流体赋存状态的优势，重新划分三孔隙度组分百分比法的T₂值界限，结合T₂值与孔喉半径转化关系，将T₂值界限转化为孔喉半径界限，依据流体赋存状态将孔喉分为束缚流体孔喉、过渡流体孔喉和可动流体孔喉，各类孔喉含量分别为S₁、S₂和S₃。通过定量统计S₁、S₂和S₃，依据三者大小及其相互关系将孔喉分布划分为四种类型，划分结果与储层物性、岩石学特征和微观孔隙结构特征的吻合度很好，表明本文所提出的孔喉分布划分方法可靠。

本文以前人提出的利用单一测试手段或考虑单一微观特征的孔隙结构评价方法为基础，结合核磁共振和高压压汞测试方法的优势，即核磁共振能反映几乎全部孔喉的流体赋存状态，高压压汞能直观反映孔喉大小，综合考虑孔喉大小和孔喉流体赋存状态进行孔喉分布定量评价。孔隙结构测试手段已向多样性发展，各种方法均从不同方面提供评价参数，孔隙结构评价也应朝着融合多尺度多方法的定量表征方向发展，为储层评价提供能真正反映储层特征的综合参数。