Petrophysics 2023年第3期论文摘要翻译
版权及使用说明：本翻译的版权归SPWLA西南分会所有，仅供学术交流使用。若有翻译不到之处，请联系：E-mail:support@spwla-swchina.org.cn
本期摘要【译者：高云翔，校稿：王欣茹，郭宇航】
设定岩心样品初始水饱和度的混合技术
Victor Fernandes2,3,*, Benjamin Nicot2, Fabrice Pairoys2, Henri Bertin3, Jean Lachaud3, and Cyril Caubit2
相对渗透率和毛细管压力是储层模拟的重要参数，因为它有助于理解和预测多年来石油和或天然气的生产情况，且都是在实验室中建立所需初始条件后获得的。事实上，在测量渗吸相对渗透率和毛细管压力之前，建议先建立合适的初始含水饱和度（Swi），并通过老化岩心的方法恢复储层的湿润性，即可设定初始岩石储层条件。当前已有几种建立初始含水饱和度（Swi）的常规技术。粘性驱替是一项快速的技术，但它可能会产生不均匀的饱和度剖面，在某些情况下，达到低Swi目标时效率很低。离心是一种毛细管驱替技术，速度也非常快，但是出口面可能出现不饱和现象是一个不可忽视的限制。在这两种情况下，一般都会反转流向来平滑饱和度曲线，但这种现象依旧很难控制。通过多孔板施加毛细管压力，可以针对特定的Swi值并产生均匀的饱和度曲线；然而，这是一种非常耗时的方法。在本文中，我们提出了混合动力驱替技术（HDT），它结合了粘性驱替和多孔板方法，显著缩短了设置Swi的实验持续时间。该方法的另一个优点是可以在目标Swi处设置均匀的饱和度剖面。同时，设计了一个特定的岩心夹持器，不仅适用于核磁共振成像测量，还能够在不卸载岩石的情况下进行粘性驱替和多孔板的混合驱替。使用该岩心夹持器，无需进一步操作岩心样品，即可进行老化和渗吸岩心驱替测试。同时核磁共振成像装置的应用也让监测饱和度剖面成为可能。该方法已经在Bentheimer（砂岩）和Richemont（石灰岩）的两个露头样品上进行了测试和验证。与经典的多孔板驱替法相比，不仅大大减少了初步驱替步骤的实验时间，同时也获得了均匀的含水饱和度剖面。缩短了实验时间，还实现了岩心驱替，因此该技术可用于相对渗透率实验中常用的较大样品。这种方法是首选，因为它提供了更快和更可靠的饱和度测量技术。
离心机中电阻率指数的无线采集 - WiRI：三种Pc-RI的比较研究
Quentin Danielczick2, Ata Nepesov3, Laurent Rochereau3, Sandrine Lescoulie3, Victor De Oliveira Fernandes3,and Benjamin Nicot3
技术上的改进和创新是为了给成本、质量、速度等各个方面提供具有卓越效率的解决方案。在特殊岩心分析领域（SCAL），传统的电阻率指数测量（多孔板技术）是一种具有成本效益的方法，可以提供高质量的结果，但非常耗时。为此，我们开发了几种方法来减少电阻率测量所需的时间。2017年，我们提出了结合离心、核磁共振（NMR）成像和电阻率分析的超快速毛细管压力和电阻率指数测量方法（UFPCRI）。自2021年以来，无线电阻率指数（WiRI）法可以在几天内测量得到毛细管压力和电阻率指数。这个方法基于一个新的内部系统，在岩石样品的离心过程中同时以无线方式获取电阻率指数。通过优化算法确定电阻率-饱和度曲线和阿尔奇公式的n值。在本文中，我们展示了WiRI、UFPCRI和多孔板的多种模拟和实验得到的结果，讨论了每种方法在可靠性和实验时间方面的优劣。研究了六块岩心样品，并对比上述三种方法的阿尔奇定律的n值、电阻率指数和毛细管压力曲线。
预测覆盖层条件下地层电阻率因素和电阻率指数的分析模型
Meysam Nourani2,*, Stefano Pruno2, Mohammad Ghasemi2, Muhamet Meti Fazlija2, Byron Gonzalez2,and Hans-Erik Rodvelt2
在这项研究中，定义了岩石电阻率模量（RRM）和真实电阻率模量（TRM）等新参数。基于RRM、TRM和Archie方程建立了覆盖层压力条件下地层电阻率因素（FRF）和电阻率指数（RI）的预测模型。结果表明，覆盖层FRF取决于初始压力下的FRF（环境FRF）、RRM和净围压差。RRM随着胶结指数和岩石压缩性的增加而减少。用来自3个砂岩储层和4个碳酸盐岩储层的79个柱塞样（31个砂岩和48个碳酸盐岩），在4-6种不同的覆盖层压力下测得的374个实际岩心数据，验证了所提出的FRF模型。所建立的FRF模型与实验数据拟合良好，对砂岩和碳酸盐样品的拟合平均相对误差分别为2%和3%。此外，对模型的应用和局限性进行了研究和讨论。进一步的理论分析表明，覆盖层电阻率是初始压力下的电阻率、TRM和净围压差的函数。开发的模型弥补了电阻率测量，可用于估计FRF、RI和饱和度指数（n）随覆盖层压力的变化。
砂岩气圈闭的先进数字尺度测量技术
Ying Gao2,*, Tibi Sorop2, Niels Brussee2, Hilbert van der Linde2, Ab Coorn2, Matthias Appel3, and Steffen Berg2
圈闭气饱和度（Sgr）在地下工程中发挥着重要作用，如碳捕获和储存、H2储存效率以及天然气的生产。然而，不论在实验室还是现场，测量Sgr都是非常困难的。传统的测量方法—低速非稳态岩心驱替—经常受到气体溶解效应的影响，导致测量的Sgr有很大的不确定性。此外，人们不理解这种效应为何出现，即使使用的是用气体预平衡过的盐水。为了解决这个问题，我们使用了高分辨率的X射线计算机断层扫描（microCT）成像技术来直接观察气体捕获过程中的孔隙尺度变化过程。与以前的研究一致，我们发现对于预平衡的盐水，随着注入更多的（预平衡的）盐水，甚至在停止注入盐水后，剩余的气体饱和度持续下降，导致孔隙尺度上的Sgr值非常低（甚至可能为零）。此外，我们能够清楚地观察到由断裂效应引起的最初的气体圈闭，随后是没有连接到外部的气团的进一步收缩。我们的实验结果表明，这种效应与多孔介质内气体的有效相行为有关，由于几何约束，气体的有效相行为可能不同于分散流体的相行为。潜在的机制可能与成熟动力学有关，它涉及到相平衡和组分的溶解/分配、扩散运输和孔隙空间几何限制中的毛细作用之间的耦合。
在低磁场和高磁场下使用T1-T2*磁共振弛豫相关测量法对页岩进行表征
Mohammad Sadegh Zamiri2,3, Jiangfeng Guo2,4, Florea Marica2, Laura Romero-Zerón3, and Bruce J. Balcom2,*
页岩的低孔低渗特征使其表征变得复杂。纳米孔隙度和高度非均质性带来了进一步的困难。1H磁共振（MR）方法在提供多孔岩石中流体的定量和空间分辨信息方面有很大潜力。然而，由于短时间信号使定量信号检测和成像复杂化，使得页岩MR响应在解释上具有挑战性。多分量信号需要用高分辨率的方法来充分区分信号。MR方法必须解决低场测量灵敏度低的问题。本文采用了T1-T2*和Look-Locker T1*-T2*方法来分辨高、低场的水、油和干酪根的页岩信号。这样就可以进行流体定量和干酪根评估。T1-T2*测量被用来了解和控制单点斜坡成像与T1增强（SPRITE）成像方法的对比度，同时令成像能够获取水和油的独立图像。同时，通过T1-T2*测量和MR成像可以监测水的吸附/解吸、蒸发、阶跃热解和吸水实验。结果显示：(i) T1-T2*测量能够区分和量化页岩中的干酪根、油和水；(ii) 在柱塞样尺度上表征页岩非均质性；(iii) 论证了润湿性在决定页岩水空间分布中的关键作用。
用于估计复杂岩石样品的高分辨率弹性特性的角度相关的超声波反射
Daria Olszowska2, Gabriel Gallardo-Giozza2, Domenico Crisafulli2, and Carlos Torres-Verdín2
由于沉积、成岩和构造作用，储层岩石很少是均匀的，往往表现出显著的弹性性质的短期变化。这种空间变异性可以对钻井和流体生产作业的宏观力学特性产生可测量的影响。我们描述了一种新的实验室方法，用于进行与角度有关的反射波的超声测量，来提供沿岩石样品表面的P波和S波速度的高分辨率连续描述。反射系数与入射角的关系是有关岩石弹性特性的主要信息来源。获得的测量结果与数值模拟相匹配，来估计多孔岩羊的P波和S波速度和密度，以及它们在岩样内部的变化，从而提供样品复杂性的连续描述。从岩石试样上收集不同位置的数据后，用于构建沿岩石试样表面的弹性特性的二维（2D）模型。用这种方法估计的P波和S波速度与大多数均质岩石的声透射测量结果很一致。该方法的空间分辨率受到接收器尺寸、测量频率和入射角的限制。在高入射角下，对测量敏感的表面积增加，因此，相应的反射系数的空间分辨率在相邻岩石特征中降低。
介电频散的核磁共振映射分布图
James Funk2,*, Michael Myers2, and Lori Hathon2
核磁共振和介电测量的结合经常被用于解决常规储层中具有挑战性的饱和度和润湿性测定问题。当考虑孔隙结构效应时，核磁共振（NMR）特征是基于表面弛豫的评价来解释的，而介电结构响应则归因于岩石基质的“纹理”。如果考虑到测量中常见的分子运动和电荷迁移率，这两种孔隙结构描述符都可以得到改善。类似于Bloembergen、Purcell和Pound（BPP）模型中NMR和电介质相关时间测量的偶极弛豫等价，我们建立了弛豫时间相关性，假设有代表性的Maxwell-Wagner弛豫。用介电弛豫时间（DRT）模型对Myers证明的碳酸盐基质和vug孔隙组分的介电频散曲线进行量化。基于与电导率相关的增强Debye屏蔽距离，将模拟的孔隙系统组分光谱映射到核磁共振T1或T2分布上。表征的核磁共振分布与Micro-CT孔径测定和扩散相关性进行了验证。映射的分布为经常使用的阿尔奇指数组合（mn）提供了岩石物理学方面的见解，该指数与电导率曲率和其他润湿性筛选标准有关。
用太赫兹成像技术描绘碳酸盐岩的横向微孔分布
Shannon L. Eichmann2,*,Ϭ , Jacob Bouchard3,Ϭ , Hooisweng Ow4, Doug Petkie3, and Martin E. Poitzsch4
太赫兹（THz）光谱是一种无损的工具，用于许多行业的材料分析，包括测量生物样品中的水含量和水的分布。太赫兹时域光谱学(THz- tds)是用超快太赫兹脉冲探测样品，测量样品振幅和相位的变化，从而测量样品的介电和结构特性。在这项研究中，我们演示了使用THz-TDS成像来快速绘制微孔隙(Φμ）的横向（即二维）变化，在通过离心法排除大孔隙后，利用孔隙中的水引起太赫兹衰减。本研究对具有不同Φ和孔径分布的三个碳酸盐岩样进行了次采样。每个样品都有三种水饱和状态：饱和、离心和干燥。在每个饱和度状态下，对样品称重并使用THz-TDS成像进行空间映射和微孔隙(Φμ）测量。结果显示，对于每个样品，使用THz-TDS成像获得的Φμ与通过质量平衡和MICP获得的微孔率非常一致。此外，对于相似成分的样品，THz-TDS成像在微孔隙度空间分布上体现出了显著差异。这种方法提供了一种测量Φ和Φμ的手段，同时还能绘制Φμ的空间分布图以提高碳酸盐储层岩石的岩石物理特性表征。
基于x射线成像技术的泥浆滤液侵入和泥饼沉积的实验延时可视化研究
Pierre Aérens2, Carlos Torres-Verdín2, and Nicolas Espinoza2
多相流体流动的准确描述和建模对地下资源工程至关重要。量化原位岩石性质的主要信息来源是井中地球物理测量，但由于岩石的非均质性/各向异性和泥浆滤液侵入效应，这些测量常常充满不确定性。因此，需要实验方法来准确描述和量化泥滤侵入和泥饼沉积的物理特性及其对井中地球物理测量的影响。我们开发了一种新的高分辨率（10至50微米）的实验方法，用X射线成像技术研究水基和油基钻井泥浆对矩形岩石样品的侵入。在泥浆注入过程中，用高分辨率的X射线对岩样进行扫描，实现了泥浆-滤液侵入和外部/内部泥饼沉积的延时可视化。我们的实验方法成功地检验了岩石非均质性、层理平面方向和各向异性对泥浆滤液侵入引起的流体空间分布和泥饼形成所产生的影响。它还强调了泥浆性质对泥饼封井后最终流体饱和状态的重要性。该方法快速、准确、可靠，可在岩心尺度上量化泥浆滤液侵入过程，从而更好地了解钻井作业后侵入对井中地球物理测量的影响，特别是在层状砂岩和碳酸盐岩等空间复杂的岩石中。