利用核磁共振测井进行页岩气储层评价的理论与方法研究

Shale gas reservoirs have the following characteristics, very low porosity and permeabilities, tiny pore scale (average shale pore throat diameter of the nano-scale), dispersed organic matter in the rock matrix, restricted diffusion and the gas exists as an adsorbed phase free phase, dissolved phase and capillary condensed phase. This work addresses using NMR logging to evaluate shale gas reservoirs with the data of core experiments and NMR logging. By the water and methane saturated cores data, we compare the determination of the activation set and acquisition parameters while logging and the inverse methods for normal gas reservoirs and try to find out the limitation and influence factors of those, hence, to find the determination of the activation set and acquisition parameters while logging and the inverse methods for shale gas reservoirs and how they influence the inverse results. For the calculation of parameters of petrophysics, we try to form models for porosity, permeability, saturation and bounded water (including T2cutoff) et al. Finally, we use these models in the shale gas NMR logging to evaluate the shale gas reservoirs.

基于页岩气藏具有低孔低渗、孔隙尺度为纳米级、以受限扩散为主、岩石骨架中分散有机质、气体赋存状态分为游离气、吸附气、溶解气和毛管凝析气等特点，本项目拟运用岩心实验和测井资料分析相结合的方法研究如何利用核磁共振测井对页岩气藏进行评价。通过对页岩岩心进行饱和水和甲烷气体实验来研究和对比已有的几种核磁共振测井观测模式和反演方法，评估它们应用于页岩气储层评价的局限性和影响因素，确定一种或几种适合页岩气储层的观测模式和反演方法。同时确定在页岩气储层下核磁共振测井参数和反演时反演方法等对反演结果的影响。在岩石物理参数计算方面，改进和构造孔隙度模型、渗透率模型、饱和度模型、束缚水模型（包括T2截止值的确定）等，以便将这些模型应用于页岩气藏的核磁共振测井数据处理，能够根据一维的T1谱或T2谱或二维谱定性或者定量的评价页岩储层。

本项目立足于核磁共振测井在页岩气储层评价中的应用. 首先研究了核磁共振测井常规储层常用的反演方法、测井参数选取、储层参数模型的建立与计算等方面内容. 然后在此基础上，基于页岩气藏自身的特点（页岩气藏具有低孔隙度、极低渗透率、孔隙尺度为纳米级、以受限扩散为主、岩石骨架中分散有机质、气体赋存状态分为游离气、吸附气、溶解气和毛管凝析气等特点）较深入地研究了页岩储层核磁共振测井的解谱方法、正则化参数的选取方法、各测井参数对反演结果的影响、测井模式的确定、储层参数计算与储层评价等问题. .通过对常规储层研究选取Phillps-Twomey方法、TSVD方法和Tikhonov方法并应用于页岩核磁共振一维和二维的数值模拟、岩心分析和实际测井反演. 进而分析了各测井参数对反演结果的影响，得到较好的结论，从而确定了适用于页岩储层的测井模式和反演方法. 研究了常规储层和页岩储层的各种参数计算模型，并计算了页岩储层的有效孔隙度、孔径分布等参数，其结果与模型基本一致. .本项目在以下七方面形成了创新成果：.一、选取了适用于页岩储层的反演方法；.二、明确了各测井参数对反演结果的影响并确定了页岩储层的测井模式；.三、提出了正则化参数最小原则，结合Backus-Gilbert理论给出了一个新的确定正则化参数的方法；.四、利用SIRT方法实现非负约束；.五、证明了Tikhonov方法和广义Phillips-Twomey方法解的存在性、唯一性和稳定性；.六、给出了一种二维核磁共振反演思路，利用该思路可快速准确反演二维核磁共振数据；.七、利用反演结果计算储层参数，对页岩储层进行评价. .这些成果不仅从理论上证明了也从实际上验证了将常规正则化方法应用于页岩气藏可以得到较好的效果. .本项目所得到的结论有一定的理论和实际意义，为利用核磁共振测井进行页岩气储层评价提供了新方法，也补充和发展了核磁共振测井理论.