非常规油气储层核磁共振测井理论与反演方法研究

Nuclear magnetic resonance (NMR) logging is an important geophysical well logging method in evaluating the underground oil and gas resources, and has potential application in the field of unconventional oil and gas reservoir evaluation. But unconventional reservoirs are tight reservoirs who have some unique properties such as low porosity, developed tiny pores, complex fluid occurrence state, as well as obvious pore fluid restricted diffusion phenomenon, which makes it a great challenge for the data inversion methods and the NMR logging theory basing on conventional reservoir fluid free diffusion. This application focuses on foundational theoretical research of some basic scientific problems including NMR logging theory of unconventional reservoir, data acquisition pulse sequence, low signal to noise ratio (SNR) NMR data inversion method and pore fluid restricted diffusion phenomenon. This study tries to develop the new NMR logging theory and put forward a new NMR data inversion method for unconventional reservoir, establish innovative way of restricted diffusion fluid identification based on multi-dimensional NMR maps of unconventional oil and gas reservoirs, promote the development of the detection technology of unconventional oil and gas resources.

核磁共振（NMR）测井是评价地下油气资源的一种重要地球物理测井方法，在非常规油气储层评价中具有应用潜力。但非常规油气储层岩石致密，孔隙度低，微小孔隙发育，流体赋存状态复杂，以及孔隙流体受限扩散明显，使得基于常规储层流体自由扩散的NMR测井理论和数据反演方法面临挑战。本申请围绕非常规油气储层NMR测井理论，数据采集脉冲序列，低信噪比NMR数据反演方法和孔隙流体受限扩散等基本科学问题开展理论基础研究，发展非常规油气储层NMR测井新理论和数据反演新方法，建立基于非常规油气储层多维NMR谱识别受限扩散流体的新方法，推动非常规油气资源探测技术的进步。

非常规油气储层岩石致密，孔隙度和渗透率低，微小孔隙发育，孔隙结构复杂。核磁共振（NMR）测井采集的回波数据信噪比低，小孔隙中的流体受限扩散明显，现有的岩石物理参数评价方法和孔隙结构表征方法不能满足非常规储层NMR测井评价的需要。本项目围绕上述难题进行了攻关研究。首先，开展了非常规油气储层NMR测井理论与数值模拟研究。分别应用X射线CT法和马尔可夫链-蒙特卡洛方法构建了致密砂岩三维数字岩心模型，设计了一维和多维NMR数据采集脉冲序列，采用随机游走方法模拟了两相流致密砂岩NMR一维、二维D-T2和T1-T2响应以及三维D-T1-T2响应特征，推导了孔隙中润湿相流体扩散系数与弛豫时间的关系式，发展了基于扩散-弛豫谱识别受限扩散流体的方法。其次，开展了低信噪比NMR回波数据反演方法研究。提出了一种基于灰度形态学的NMR回波数据滤波方法，降低了噪声对回波数据反演的影响。提出了一种基于快速奇异值分解的NMR回波数据压缩方法，提高了回波数据反演速度。发展了两种NMR回波数据反演方法，分别为基于L1正则化的回波数据反演方法和基于双参数正则化的回波数据反演方法，提高了低信噪比NMR回波数据的反演精度。最后，开展了非常规油气储层NMR测井评价方法研究。提出了一种基于NMR回波数据利用积分变换求取储层岩石物理参数的新方法。建立了基于NMR T2分布预测毛管压力曲线的混合模型。发展了基于分布函数模型拟合T2分布的储层孔隙结构评价方法。本项目研究成果提高了NMR测井在非常规储层评价中的应用效果，对建立和完善我国的非常规油气资源探测技术体系具有重要意义。