核磁共振是一种快捷、简便、对样品无损的孔隙结构特征测量方法，作为一种典型的储层评价技术，在石油勘探开发领域得到广泛的应用[1-7]。低场核磁共振实验在 20世纪 60年代就应用到常规油气藏的勘探中，用于分析目标储层岩石的物理特征，相关实验分为饱和地层水条件下的核磁共振实验、离心法核磁共振实验、驱替法核磁共振实验和核磁共振成像四类。与其他分析方法相比，核磁共振技术不仅能综合多种信息(孔隙结构、孔隙度、渗透率、可动流体饱和度和有效孔隙度等)对储层进行分类[9-13]，还能对核磁测井进行参数优化，广泛应用于油田现场[14-15]。核磁共振实验研究的可动流体对应油气储层内的孔隙水和可动流体[16]，通过对弛豫时间(T2)截止值的精确划分，可以明确储层内孔隙水和可动流体的赋存状态。通常认为，小于 T2截止值的孔隙中赋存的流体为束缚流体，大于 T2截止值的孔隙中赋存的流体为可动流体[17-19]。然而，T2截止值会因岩性和孔隙结构的不同而发生较大的变化，这对确定孔隙水饱和度和可动流体饱和度、预测渗透率及储层评价等均有不同程度的影响。
目前，实验室确定 T2截止值有以下 3种方法。1) 离心核磁实验法: 通过对比 T2谱在饱和地层水与离心后两种情况下的累积曲线得到截止值; 2) 区域经验法: 基于前人经验及大量实验数据，求取研究区的 T2谱平均截止值，该方法经验性过强，难以大范围推广应用; 3) 参数拟合法: 根据核磁实验所得有效孔隙度、渗透率、孔渗综合指数和 T2几何平均值进行拟合，从而求取 T2截止值，但该方法仅适用于高孔岩样，对于低孔的复杂孔隙结构，需要更加合理的拟合参数。
由于区域经验法标定 T2截止值需要依赖专家经验，人为解释的主观性会对标定结果产生一定的影响。参数拟合法标定 T2截止值需要配合其他实验结果的辅助来完成，会受到样品同步性、实验配套性和费用成本的限制。一般认为，离心法核磁共振实验是标定 T2截止值的有效方法。
随着对致密储层和泥页岩储层孔隙结构研究的逐步深入，学者们不断地对转换参数进行优化。针对具有多峰值 T2谱分布特征的样品，由于其代表的孔隙类型多样，孔径尺度差异大，采用单一测试条件获得的 T2谱曲线难以满足 T2截止值的标定需求。实验结果表明，离心力的大小在一定程度上决定束缚水饱和度标定值的高低[17]。受实验仪器限制，可以测试的最大离心力有限，不能简单地认为束缚流体与自由流体是完全不可动或者完全可动。因此，有学者引入双截止值来划分束缚流体[20-22]。
基于上述背景，本文提出一种基于离心法核磁共振划分多 T2截止值的方法来确定储层内流体类型和分布特征，并结合孔隙结构和矿物组成分析，探讨多尺度孔隙空间内可动流体赋存特征及控制因素。
1 样品与方法
1.1 样品特征
本研究选取鄂尔多斯盆地北部上古生界二叠系石盒子组和山西组 9块具有不同渗透率的砂岩、粉砂岩和泥岩钻井岩芯样品(表1)，同步开展多级离心核磁共振实验和恒速压汞实验，即同一块标准岩芯柱塞样品先进行核磁共振测试，再进行恒速压汞测试。
表1 离心法核磁共振实验与恒速压汞实验同步测试样品的物理性质及孔渗特征参数
Table 1 Physical properties and pore-permeation characteristic parameters of samples tested simultaneously by centrifugal nuclear magnetic resonance experiment and constant-speed mercury intrusion experiment
样品编号 长度/cm 直径/cm 密度/(g·cm-3) 孔隙体积/cm3 气测孔隙度(Φ)/% 气测渗透率(K)/10-3μm2 SU-21 6.217 2.526 2.35 3.534 11.34 1.033 SU-20 5.937 2.535 2.36 3.255 10.86 0.863 SU-12 6.379 2.527 2.27 4.812 15.04 0.599 SU-01 5.537 2.512 2.41 2.492 9.08 0.407 SU-27 4.886 2.526 2.35 2.852 11.65 0.303 SU-17 6.761 2.527 2.49 2.007 5.92 0.207 SU-04 6.799 2.518 2.49 2.104 6.22 0.076 SU-32 4.372 2.514 2.48 1.318 6.07 0.049 SU-07 7.332 2.508 2.44 3.148 8.69 0.003平均值 6.024 2.521 2.40 2.836 9.43 0.393
为探讨矿物组成对可动流体赋存的控制机制，对样品进行全岩及黏土矿物 X射线衍射分析，明确岩芯样品的矿物组成(表2)。结果显示，碎屑矿物颗粒主要由石英组成(65.1%～93.6%)，含少量长石(0.1%～0.4%); 黏土矿物总含量为 5.0%～34.4%，其中绿泥石占比(平均值为 41.4%)最大，高岭石占比(平均值为 33.7%)次之，伊蒙混层和伊利石占比(平均值均为 12.4%)较小。
表2 样品矿物组成
Table 2 Mineral composition of the samples
黏土矿物占比/%样号 石英含量/% 长石含量/% 黏土矿物总含量/%伊蒙混层 伊利石 高岭石 绿泥石SU-21 93.3 0.1 6.1 21 15 38 26 SU-20 93.6 0.1 6.2 15 12 11 62 SU-12 78.4 0.3 18.7 18 12 25 45 SU-01 90.6 0.2 5.0 5 7 57 31 SU-27 84.7 0.2 14.2 14 14 27 45 SU-17 88.1 0.1 7.8 11 21 52 16 SU-04 89.5 0.2 6.5 3 13 48 36 SU-32 65.1 0.4 34.4 25 12 28 35 SU-07 88.2 0.2 11.6 0 6 17 77平均值 85.7 0.2 12.3 12.4 12.4 33.7 41.4
1.2 实验方法
核磁共振指通过发射特定频率的射频脉冲，自旋磁矩原子核在恒定的外加静磁场下进动，使孔隙内流体产生弛豫信号，其中横向弛豫时间(T2)指关闭 90°射频脉冲后质子群相散时，xy平面上宏观磁化矢量衰减至 63%时所需时间[23]。在回波间隔(TE)短、静磁场均匀、水相饱和以及岩石内部磁场梯度的影响可忽略的特定实验条件下，体积弛豫与扩散弛豫的贡献可近似忽略，此时，低场核磁共振的横向弛豫速率(1/T2)由表面弛豫主导，使得弛豫时间(T2)与孔隙半径呈正比关系。基于这一原理，结合T2截止值，即可有效区分孔隙中的可动流体(大孔隙)与束缚流体(小孔隙)，弛豫过程可用式(1)表述:
式中，F为孔隙形状因子，ρ2为表面弛豫率(μm/ms)，r为孔喉半径(μm)。
本文设计的离心法核磁共振实验使用 oxford-2M型核磁共振仪和 PC-12石油岩样分析离心机，在饱和地层水条件下，分别在不施加离心力、42 psi (0.290 MPa)、208 psi (1.434 MPa)、417 psi (2.875 MPa)和 900 psi (6.205 MPa) 5种条件下进行，采用CPMG脉冲序列测量 T2，测试温度为 35℃，回波间隔(TE)为 0.2 ms，完全恢复时间(Tw)为 6 s，实验中遵循石油与天然气行业标准 SY/T 6490—2023《岩样核磁共振参数实验室测量规范》中相关要求[24]。
恒速压汞实验中，可以根据进汞压力曲线的细微波动来区分孔隙和喉道。通常认为压力值突然下降代表汞进入孔隙[25-26]，从而可以分别记录喉道进汞、孔隙进汞和总进汞 3条曲线。恒速压汞实验的9块样品与后面离心法核磁共振实验的样品同步，使用 Coretest ASPE730型恒速压汞仪。实验过程中，使用恒定的进汞速度(0.00005 mL/min)，最大进汞压力约为 6.2 MPa，采用的高分辨率压力感应及采集设备可以分辨 0.001 psi。
2 孔隙特征
2.1 孔隙结构特征
恒速压汞实验中获得的进汞曲线可以分为两类，分别对应两种孔隙结构: I类样品(SU-01，SU-07，SU-20和 SU-21)在进汞初期，非润湿相优先进入尺寸较大的孔隙空间，随着压力增大，总进汞量逐渐受到喉道控制(图1(a))，指示该类样品孔隙和喉道均有不同程度的发育，储渗能力相对较好; Ⅱ 类样品(SU-04，SU-12，SU-17，SU-27和 SU-32)孔隙进汞增量仅对应相对较窄的压力范围，随着压力增大，总进汞曲线与喉道进汞曲线基本上保持一致，指示该类样品中大尺寸孔隙较少，渗流能力差，储集空间多由管状的喉道控制(图1(b))。
图1 两类毛管的压力曲线
Fig.1 Two types of capillary pressure curve graphs
2.2 孔隙尺寸分布特征
恒速压汞测试结果可用于确定储层储渗性能的控制因素。测试结果表明，研究区样品的储渗性能主要受由细小的狭长孔隙裂缝形成的喉道尺寸控制。9块样品的孔隙半径均值分布在 151.56～188.74 μm之间，平均值为 169.22 μm; 喉道半径均值分布在 0.77～2.16 μm之间，平均值为 1.37 μm。I类样品(图2(a))具有较大的孔喉半径均值(孔隙: 179.49 μm;喉道: 1.71 μm)，Ⅱ 类样品(图2(b))孔喉半径均值相对较小(孔隙: 161 μm; 喉道: 1.09 μm)，说明 I类样品具有更好的储渗性能。
图2 两类样品的孔喉半径分布曲线
Fig.2 Pore throat radii distribution curves for two types of samples
排驱压力代表非润湿相进入岩石的压力值，可在一定程度上表征储层物性。测试结果(附录 1)显示，I类型样品具有较小的排驱压力，介于 0.214～0.413 MPa之间，平均值为 0.310 MPa，物性较好; Ⅱ类样品排驱压力相对较大，介于 0.384～1.188 MPa之间，平均值为 0.717 MPa，物性较差。
从总体进汞饱和度来看，Ⅱ 类样品最终进汞饱和度均值的平均值为 50.82%，相较于 I类样品的70.38%处于劣势，说明 Ⅱ 类样品中连通的孔喉空间总体积小于 I类样品，且 Ⅱ 类样品的总孔/喉体积比为 0.14，远低于 I类样品的 0.55，说明 Ⅱ 类样品的储集空间主要为连通的细小喉道网络。虽然 I类样品的孔喉配比相对均衡，但具有优势占比的储集空间仍然为喉道。
I类样品孔隙半径峰值的分布频率略大于 Ⅱ 类样品，而二者孔隙半径的峰值趋于一致，均分布在135～150 μm之间，说明研究区样品的孔隙尺寸较为均匀。随着渗透率增大，两类样品均表现出喉道半径分布曲线单峰右移的特征，而孔隙半径的迁移特征不明显。
总体来看，I类样品具有更大更丰富的孔隙空间。对比 I类样品 SU-07与 II类样品 SU-17可以发现，两个样品具有相同的喉道半径峰值(1 μm)，但样品 SU-07孔隙分布频率高，且半径峰值大(SU-07:150 μm; SU-17: 135 μm)。喉道半径峰值均为 1.2 μm的 I类样品 SU-01和 Ⅱ 类样品 SU-27也具有相同的特点。
3 可动流体赋存特征
3.1 不同离心力下可动流体赋存特征
可动流体饱和度和可动流体孔隙度是描述储层内可动流体赋存状态的主要参数[26-27]。其中，可动流体饱和度为可动流体在孔隙体积中的占比，用于描述可动流体在孔喉中的相对含量; 可动流体孔隙度指可动流体占据的孔隙体积与岩石总体积的百分比，即在给定驱替压力下可以采出的孔隙体积，可将其视为开发过程中实际参与渗流的有效储集空间。孔隙度分量反映特定孔径范围内孔隙的储集能力，可用于表示储层岩石中某一特定尺寸(即某一特定弛豫时间 T2区间)孔隙贡献的孔隙度值。
将离心后的核磁共振 T2谱与饱和地层水条件下核磁共振 T2谱进行比较，可以分析流体在岩石中的流动分布情况，从而标定 T2截止值，对可动流体和束缚流体加以区分。实验结果表明，随着驱动压力(离心力)逐渐增大，束缚水饱和度逐渐降低，束缚流体在离心力的作用下变为可动流体，可动流体饱和度和可动流体孔隙度升高，可动流体动用程度增加，储层内的有效孔隙度相应地升高(表3和附录 2)。
表3 不同离心力条件下可动流体特征参数
Table 3 Characteristic parameters of movable fluids under different centrifugal force conditions
42 psi 离心后 208 psi 离心后 417 psi 离心后 900 psi 离心后样号 可动流体饱和度 Sbf42/%可动流体孔隙度 Φmf42/%可动流体饱和度 Sbf208/%可动流体孔隙度 Φmf208/%可动流体饱和度 Sbf417/%可动流体孔隙度 Φmf417/%可动流体饱和度 Sbf900/%可动流体孔隙度 Φmf900/%SU-01 28.03 2.55 53.90 4.90 59.32 5.39 66.69 6.06 SU-04 10.91 0.68 40.64 2.53 48.38 3.01 56.82 3.53 SU-07 23.04 2.00 48.01 4.17 54.38 4.73 60.20 5.23 SU-12 13.68 2.06 28.63 4.31 32.09 4.83 38.12 5.73 SU-17 25.50 1.51 41.93 2.48 51.59 3.05 59.01 3.49 SU-20 39.93 4.34 58.84 6.39 67.69 7.35 67.69 7.35 SU-21 41.35 4.69 60.97 6.91 67.83 7.69 72.74 8.25 SU-27 13.78 1.60 30.75 3.58 38.51 4.49 45.55 5.31 SU-32 4.67 0.34 7.43 0.55 11.44 0.84 14.89 1.10平均值 22.32 2.20 41.23 3.98 47.91 4.60 53.52 5.12
3.2 多截止值划分流体赋存空间类型
本研究将束缚流体划分为两类。1) 黏土矿物束缚流体: 束缚在矿物颗粒表面，以薄膜态滞留于微小孔隙中，这类矿物多为亲水矿物或为以发育纳米孔为主的黏土矿物颗粒。2) 毛管束缚流体: 受毛管表面作用力控制，流体赋存在小于截止值的孔喉中，这部分“暂时”被束缚的流体可在离心力达到一定大小时转化为可动流体。依据 T2谱响应的孔径分布特征，将可动流体空间从小到大划分为三级自由流体孔隙、二级自由流体孔隙和一级自由流体孔隙，分别对应不同尺寸的孔隙空间。如图3所示，4个 T2截止值的确定过程如下。
图3 基于离心法核磁共振的多截止值划分方案示意图
Fig.3 Schematic diagram of a schem for determining multi-cutoff value based on centrifugal nuclear magnetic resonance experiments
1) 将最大离心力条件下 T2谱分布曲线 T2-max与饱和水条件下 T2谱分布曲线 T2-w的分异点处对应的T2值确定为第一截止值 T2cutoff1。
2) 将确定第二截止值 T2 cutoff2的累积曲线记为Ccutoff2。当(Pmid2 - Pmax) > (Pmid1 - Pmid2)时，Ccutoff2 =Cmid2; 当(Pmid2 - Pmax) < (Pmid1 - Pmid2)时，Ccutoff2 =Cmid1。将 Ccutoff2的延长线与 Cw交点处对应的 T2值确定为第二截止值 T2cutoff2，其中 Pw，Pmin，Pmid1，Pmid2和 Pmax为不同条件下的孔隙度累积值，为 T2谱累积曲线 Cw，Cmin，Cmid1，Cmid2和 Cmax的最大值。
3) 将 Cmin延长线与 Cw交点处对应的 T2值确定为第三截止值 T2cutoff3。
4) 将最小离心力条件下 T2谱分布曲线 T2-min从右至左第一个不为零的点确定为第四截止值 T2cutoff4。
确定流体类型及其赋存空间的关键在于通过 T2谱构建毛管压力曲线，并与实际压汞实验测得的毛管压力曲线进行拟合，获得基于核磁共振试验的孔径分布曲线，具体转化过程如下。
1) 匹配 T2谱分布与孔隙半径 r的对应关系:
式中，Pc为毛管压力(MPa); σ 为汞与空气的表面张力，取值为 480 mN/m; θ 为汞与空气的接触角，取值为 140°。
2) 在同一润湿相饱和度 Sw(i)条件下，每个样品的 Sw(i)值可以分别对应 r(i)和 T2(i)两个数值，我们据此使用同一样品的高压压汞(HPMI)数据和核磁共振(NMR)数据，对最大进汞饱和度 SHg_max以内的数据(图4(a))进行自然对数拟合(图4(b))，确定 r(i)与 T2(i)关系的转化方程:
图4 T2分布谱与孔隙半径转化过程示意图
Fig.4 Schematic diagram of the conversion from T2 distribution spectrum to pore radius distribution
(a) T2 谱与孔隙半径的关系; (b) 通过线性拟合确定孔隙半径与T2 关系的转化方程
式中，a和 C是代表孔隙形态特征的常数。Sw( i) 与SHg( i )满足互补关系: Sw (i ) = 1 - SHg (i )。
基于 T2弛豫时间与孔喉半径之间的转换关系(式(2))以及不同离心力条件下 T2谱累计曲线与饱和地层水条件下 T2谱分布的响应特征，将储层内的流体赋存状态和赋存空间精确地划分为黏土束缚流体、毛管束缚流体、三级自由流体、二级自由流体以及一级自由流体五类(图3)，其中黏土束缚流体为完全束缚流体，无法通过提高离心力变为可动流体，而毛管束缚流体为暂时性束缚流体，可通过提高离心力获得流动性能。不同级别的自由流体类型占据不同尺寸(孔喉半径 r)级别的孔隙空间，具体情况如下。
1) 当 r对应的 T2值满足 T2<T2cutoff1时，判定为黏土束缚孔隙，赋存在这类孔隙的流体为黏土束缚流体。此时孔隙内的流体被完全束缚而不可动，表现形式为亲水黏土矿物表面的水膜或微小闭孔。
2) 当 r对应的 T2值满足 T2cutoff1<T2<T2cutoff2时，判定为毛管束缚孔隙，赋存在这类孔隙的流体为毛管束缚流体。此时孔隙内的流体主要受毛管压力束缚，当离心力足够大时，可脱离毛管力束缚，转化为可动流体，可动性较差。
3) 当 r对应的 T2值满足 T2cutoff2<T2<T2cutoff3时，判定为三级自由流体孔隙，赋存在这类孔隙的流体为三级自由流体。此时孔隙内的流体在较大离心力条件下即为可流动状态，可动性适中。
4) 当 r对应的 T2值满足 T2cutoff3<T2<T2cutoff4时，判定为二级自由流体孔隙，赋存在这类孔隙的流体为二级自由流体。此时孔隙内的流体在较小离心力条件下即为可流动状态，可动性较强。
5) 当 r对应的 T2值满足 T2>T2cutoff4时，判定为一级自由流体孔隙，赋存在这类孔隙的流体为一级自由流体。此时孔隙中的流体完全可动。
分别统计每个样品的 4个截止值 T2cutoff1，T2cutoff2，T2cutoff3和 T2cutoff4，求取 Fc-min，Fc-mid1，Fc-mid2和 Fc-max对应的可动流体饱和度，分别记为 Smf1，Smf2，Smf3和Smf4，与之对应的可动流体饱和度可通过下式计算:
式中，Φmf为可动流体孔隙度(%)，Smf为可动流体饱和度(%)，Φ 为核磁孔隙度(%)。
为了提高不同样品之间的横向可比性，综合考虑不同样品的截止值划分结果，针对本次实验的 9块样品，将束缚流体空间划分为黏土束缚孔隙(T2<5 ms)和毛管束缚孔隙(5 ms<T2<25 ms); 依据 T2谱响应的孔径分布，将可动流体占据的孔隙空间从小到大划分为三级自由流体孔隙(25 ms<T2<100 ms)、二级自由流体孔隙(100 ms<T2<500 ms)和一级自由流体孔隙(T2>500 ms)，分别对应不同尺寸的孔隙空间(表4)。
表4 流体赋存空间参数
Table 4 Parameters of fluid occurrence space
样号黏土束缚流体孔隙 毛管束缚流体孔隙 三级自由流体孔隙 二级自由流体孔隙 一级自由流体孔隙孔隙度/% 孔体积贡献率/% 孔隙度/% 孔体积贡献率/% 孔隙度/% 孔体积贡献率/% 孔隙度/% 孔体积贡献率/% 孔隙度/% 孔体积贡献率/%SU-01 0.24 2.67 3.11 34.59 3.52 39.15 2.05 22.80 0.07 0.78 SU-04 0.80 13.68 3.18 54.36 1.57 26.84 0.27 4.62 0.02 0.34 SU-07 1.29 15.03 3.88 45.22 1.99 23.19 1.36 15.85 0.06 0.70 SU-12 4.08 27.76 7.86 53.47 2.40 16.33 0.30 2.04 0.06 0.41 SU-17 0.49 8.58 2.77 48.51 2.00 35.03 0.41 7.18 0.04 0.70 SU-20 0.22 2.06 2.63 24.65 3.60 33.74 4.00 37.49 0.22 2.06 SU-21 0.44 3.93 3.15 28.10 4.43 39.52 2.76 24.62 0.43 3.84 SU-27 1.89 16.38 5.90 51.13 2.81 24.35 0.94 8.15 0.00 0.00 SU-32 4.80 66.95 2.12 29.57 0.12 1.67 0.13 1.81 0.00 0.00平均值 1.58 17.45 3.84 41.07 2.49 26.65 1.36 13.84 0.10 0.98
如表4所示，在饱和地层水条件下，本研究测试的 9块样品中，毛管束缚孔隙的孔体积贡献率最高，平均值为 41.98%，有效孔隙度范围为 2.12%～7.86%，与之对应的孔隙尺寸为 0.1～0.5 μm; 其次为三级自由流体，孔隙占比为 1.67%～39.52%，平均值为 13.84%，有效孔隙度为 0.12%～4.43%，对应的孔隙尺寸为 0.5 μm<r<2 μm; 随后为黏土束缚流体孔隙(r<0.1 μm)和二级自由流体孔隙(2<r<10 μm)，孔体积贡献率均值分别为 17.45%和 13.84%，其中黏土束缚流体孔隙有效孔隙度为 0.22%～4.8%，平均值为 1.58%，二级自由流体孔隙有效孔隙度为 0.13%～4%，平均值为 1.36%; 一级自由流体孔隙(r>10 μm)的孔体积占比最小，从实验结果来看，不是所有样品都发育一级自由流体孔隙，此类孔隙的孔体积贡献率最大为 3.84%，平均值为 0.98%，有效孔隙度最大为0.43%，平均值为 0.1%。
4 可动流体赋存规律的控制因素分析
影响可动流体赋存特征的主要因素包括储层物性[26]、黏土矿物含量[18，26]以及孔隙结构[18，28-31]等。结合前人研究结果，采用本文提出的多截止值划方案，分别从储层物性、流体赋存空间的组合类型、矿物组成和孔隙结构 4个方面展开分析。
4.1 储层物性
致密储层和泥页岩储层孔隙结构的微观非均质性强，孔隙度相同储层的孔隙连通性和渗流能力有很大的差异。为了厘清储层可动流体赋存特征与物性之间的关系，对气测孔隙度和渗透性与可动流体饱和度和可动流体孔隙度进行相关性分析。需要说明的是，核磁共振实验中饱和水条件下测得样品的孔隙度分布在 5.71%～14.70%之间，平均值为 9.38%，该数值与气测孔隙度具有很好的一致性(附录 3(a))，具备与气测孔渗参数进行比对分析的条件。
结果显示，可动流体饱和度与储层气测孔隙度几乎没有相关性，与气测渗透率具有一定的正相关关系(附录 3(b)～(e))，但随着离心力的增加，这种微弱的相关性逐渐消失(附录 3(b)～(i))。这一现象说明，在具有较大外部驱动压力的条件下，可动流体赋存特征受孔隙结构的控制作用较小，当驱动力降低时，孔隙结构非均质性特征导致的储层局部渗流能力差异逐渐变为控制可动流体分布特征和赋存规律的主要因素。在较低驱动力条件下，可动流体孔隙度与气测孔隙度几乎没有相关性(附录 4(a)～(d))，随着外部驱动压力逐渐升高，细小的渗流通道逐渐成为有效流动空间(附录 4(e)～(h))，具有流动性的有效孔隙度随之增大，可动流体孔隙度与物性的相关性有所改善。
4.2 流体赋存空间的组合类型
在最大离心力 900 psi条件下，三类自由流体均处于可动状态，此时仅三级自由流体孔隙的孔体积分量与可动流体饱和度具有良好的相关性(附录5)。不同离心力条件下，可动流体饱和度与黏土矿物束缚流体孔隙的孔体积贡献率相关性最好，与毛管束缚流体孔隙无明显的相关性，与不同级别的自由流体孔隙具有显著的正相关关系。在最小离心力42 psi条件下，三类自由流体中只有二级自由流体和一级自由流体处于流动状态，三级自由流体仍然被毛管力束缚，此时一级自由流体孔隙的孔体积分量与可动流体饱和度相关性最好，二级自由流体孔体积分量次之。
上述结果表明，可动流体饱和度与孔隙尺寸之间存在明确的分级动用机制。在高驱动力(900 psi)条件下，较小尺寸孔喉(0.5～2 μm)的发育程度是控制可动流体饱和度的关键因素; 在低驱动力(42 psi)条件下，可动性主要源自较大尺寸的一级自由流体孔隙。整体而言，不同类型的孔隙对可动流体饱和度的贡献差异明显，黏土矿物束缚孔隙对可动流体饱和度无正向贡献，各级自由流体孔隙的体积分量均与流体饱和度正相关，且这种正相关性随驱动力的降低而逐步向更大孔径区间转移。
4.3 矿物组份特征
可动流体主要赋存于表面光滑的碎屑颗粒(如石英)粒间孔及狭缝型孔喉中，受伊利石抑制作用最强; 束缚流体分为水膜束缚与毛管束缚，呈现极值孔径可动、中间孔径束缚的规律。其中，可动流体饱和度与黏土矿物总含量显著负相关(附录 6(b)～(d))，与石英含量显著正相关(附录 6(f)～(h))，且这种相关性随着离心力的增加而增强，说明随着离心力增加，可动流体趋向于赋存在石英矿物边缘的粒间孔、颗粒间狭缝中的孔喉和黏土矿物微孔中，极大孔和极小孔对可动流体的赋存控制作用显著，而尺寸居中的孔隙对可动流体的控制作用不明显。
在最大离心 900 psi条件下，不同类型的黏土矿物对可动流体饱和度的控制作用具有差异性，其中伊利石的控制作用最强，其含量与可动流体饱和度显著负相关(R2=0.89)(附录 7(a))，其次是高岭石(附录 7(b))和伊蒙混层(附录 7(c))，绿泥石(附录 7(d))的控制作用最弱。这种现象主要与伊利石具有较大的比表面积有关。
束缚流体占据的孔隙特征与矿物组份特征密切相关，其中黏土矿物含量与黏土矿物束缚流体的孔体积分量显著正相关(R2=0.909)(附录 6(a))，石英含量与黏土矿物束缚流体的孔体积分量显著负相关(R2=0.898)(附录 6(e))，进一步印证当孔喉半径小于第一截止值 T2cutoff1时，孔隙内的流体被束缚为亲水黏土矿物表面的水膜，完全不可动。介于第一截止值 T2cutoff1与第二截止值 T2cutoff2之间的束缚流体与各类矿物的含量没有明显的相关性(附录 6(i)和(j))，揭示此类束缚流体主要由毛管力控制。同时，随着离心力增加，束缚流体具有以黏土矿物微孔束缚为主的特点。
4.4 孔隙结构参数
可动流体在不同驱动压力下的赋存与流动并非由某单一孔隙结构参数决定，而是受驱动力与孔隙结构的耦合控制，呈现主控参数随驱动力变化而迁移的特征。高驱动力下总孔隙体积主导可动性，低驱动力下孔喉尺寸成为主控因素，孔隙结构的非均质性则是这一迁移规律的内在因素。
孔隙结构特征参数对不同类型流体赋存空间的响应良好，与可动流体饱和度显著相关的孔喉参数共有 11个，相关性从高到低分别为最终进汞饱和度(正相关，900 psi条件下 R2=0.944)、总孔隙进汞饱和度(正相关，900 psi条件下 R2=0.937)、相对分选系数(负相关，900 psi条件下 R2=0.87)、饱和度中值压力(负相关，208 psi条件下 R2=0.846)、饱和度中值半径(正相关，42 psi条件下 R2=0.766)、最大连通喉道半径(正相关，42 psi条件下 R2=0.777)、平均毛管半径(正相关，42 psi条件下 R2=0.766)、平均孔隙体积(正相关，417 psi条件下 R2=0.762)、喉道半径均值(正相关，42 psi条件下 R2=0.753)、排驱压力(负相关，42 psi条件下 R2=0.735)和歪度(正相关，900 psi条件下R2=0.678)，其中平均毛管半径、喉道半径均值和歪度 3个参数仅在特定的离心力条件下与可动流体饱和度有较显著的相关性。
实际开发过程中，地层压力呈现逐渐衰竭的趋势。为模拟这一压力递减过程，着重分析离心力逐渐降低情况下可动流体参数与孔隙结构参数相关性的变化规律。随着离心力降低，总孔隙进汞饱和度与可动流体饱和度的相关性逐渐减弱，喉道半径均值、最大连通喉道半径与可动流体饱和度的相关性逐渐上升(图5)。离心为 900 psi时，可动流体饱和度受尺寸最大的储集空间控制; 离心力为 42 psi时，可动流体饱和度受尺寸最小的储集空间控制。随着离心力降低，可动流体孔隙度与孔径参数的相关性总体上增大(图6)。42 psi条件下，可动流体孔隙度与各参数之间的相关性较强(R2分布在 0.670～0.937之间)，与喉道半径均值、最大连通喉道半径和气测渗透率 3个参数的相关程度最高(R2均在 0.76上下浮动)，与孔隙平均半径的相关性较弱。
图5 不同离心力条件下可动流体饱和度与孔隙结构参数相关性的变化趋势
Fig.5 Trend graph of the correlation between the saturation of movable fluid and pore structure parameters under different centrifugal forces
图6 不同离心力条件下可动流体孔隙度与孔隙结构参数相关性的变化趋势
Fig.6 Trend graph of the correlation between porosity and pore structure parameters of movable fluids under different centrifugal forces
因此，可动流体的流动特征受储层孔隙结构的综合控制，既取决于不同尺度孔喉的相互配置，也受孔喉空间分布均匀程度影响。随着驱动压力的变化，这种控制作用的表现形式也不同，当驱动压力较大时，可动用孔隙的尺寸下限取决于孔隙的总体积及驱动压力本身; 当驱动压力较小时，该下限则受控于孔隙的实际尺寸及孔喉分布的均匀程度。
5 结论
本研究基于离心核磁共振实验划分多 T2截止值的方法来确定油气储层内流体类型和分布特征，并细分可动流体类型及其赋存空间。这种流体可动性评价方法能更好地响应储层微米-纳米孔喉发育特征及矿物组成特征，减少同步样品实验不配套带来的误差，使得 T2截止值的标定能够在最大程度上基于样品本身的储集空间特征，也能有效地规避单一 T2截止值划分流体类型的局限性，降低对经验值的依赖，对孔隙结构更加细微、矿物组成更加复杂的低渗、致密页岩储层的适应性更强。
可动流体赋存特征主要由储层物性、矿物组成以及孔喉分布均匀程度这 3个因素共同决定，具有以下控制规律: 1) 不同离心力条件下，可动流体饱和度与气测渗透率的相关性更强; 2) 随着离心力增加，可动流体趋向于赋存在石英矿物边缘的粒间孔和颗粒间狭缝中，同时黏土矿物微孔对流体的束缚作用加强; 3) 在孔喉尺寸基本上一致的情况下，孔喉分布越均匀，可动流体饱和度越大，随着离心力降低，控制可动流体饱和度的孔喉尺寸逐渐降低。
附录
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附录1 孔隙结构特征参数
Appendix 1 Characteristic parameters of pores structure
类别 样号 喉道半径平均值γt/μm孔隙半径平均值γp/μm孔喉半径比平均值η平均毛管半径γm/μm最终进汞饱和度Sf/%总孔隙进汞饱和度Sb/%总喉道进汞饱和度St/%总孔/喉体积比ε相对分选系数Dr特征结构参数1/Drφp 迂曲度λ 微观均质系数α分选系数 Sp排驱压力Pd/MPaⅠ类SU-01 1.36 170.81 150.21 0.82 64.62 22.66 41.96 0.54 6.35 0.009 13.06 0.45 3.40 0.41 SU-07 1.42 184.27 177.55 0.98 68.67 27.91 40.77 0.69 5.46 0.000 148.66 0.39 3.48 0.34 SU-21 2.16 174.13 115.04 1.24 79.42 28.68 50.74 0.57 0.86 0.059 11.26 0.39 1.21 0.24 SU-20 1.91 188.74 126.04 1.17 68.82 19.51 49.31 0.40 4.45 0.010 11.25 0.40 3.63 0.25Ⅱ类SU-27 1.12 165.76 172.56 0.53 58.13 6.96 51.17 0.14 9.92 0.007 16.85 0.43 3.12 0.60 SU-17 1.16 172.68 178.62 0.59 65.40 10.93 54.47 0.20 8.52 0.012 15.50 0.44 3.17 0.61 SU-12 1.51 151.56 113.27 0.70 44.07 4.39 39.68 0.11 12.42 0.005 9.95 0.37 3.20 0.38 SU-32 0.89 156.67 202.00 0.56 20.72 0.43 20.30 0.02 36.91 0.002 9.97 0.45 2.45 1.19 SU-04 0.77 158.35 231.34 0.46 65.76 12.14 53.62 0.23 10.58 0.005 23.64 0.45 2.99 0.81最小值 0.77 151.56 113.27 0.46 20.72 0.43 20.30 0.02 0.86 0.000 9.95 0.37 1.21 0.24最大值 2.16 188.74 231.34 1.24 79.42 28.68 54.47 0.69 36.91 0.059 148.66 0.45 3.63 1.19平均值 1.37 169.22 162.96 0.78 59.51 14.85 44.67 0.32 10.61 0.012 28.90 0.42 2.96 0.54
附录2多级离心核磁共振实验结果
Appendix 2 Results of multistage centrifugal nuclear magnetic resonance experiments
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附录3储层物性与不同离心力下可动流体饱和度的相关性
Appendix 3 Correlation of reservoir physical properties and the saturation of movable fluids under different centrifugal forces
images/BZ_113_636_425_1321_956.pngimages/BZ_113_1368_425_2069_956.pngimages/BZ_113_2127_425_2789_956.pngimages/BZ_113_642_1010_1314_1541.pngimages/BZ_113_1375_1004_2060_1547.pngimages/BZ_113_2122_1010_2794_1541.pngimages/BZ_113_636_1574_1320_2082.pngimages/BZ_113_1375_1574_2060_2082.pngimages/BZ_113_2114_1572_2799_2082.png
附录4储层物性与不同离心力下可动流体孔隙度的相关性
Appendix 4 Correlation of reservoir physical properties and porosity of movable fluid under different centrifugal forces
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附录5各类流体孔隙类型孔体积分量与不同离心力下可动流体孔隙度的相关性
Appendix 5 Correlation of pore volume proportion of various fluid pore types and porosity of movable fluids under different centrifugal forces
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附录6各类流体孔隙类型孔体积分量与不同离心力下可动流体孔隙度的相关性
Appendix 6 Correlation of pore volume proportion of various fluid pore types and porosity of movable fluids under different centrifugal forces
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附录7黏土矿物种类及其含量与可动流体饱和度的相关性分析图 (a) 伊利石; (b) 高岭石; (c) 伊蒙混层; (d) 绿泥石
Appendix 7 Correlation analysis chart of different types clay mineral composio n and porosity of movable fluids under different centrifugal forces (a) Illite; (b) Kaolinite; (c) I-S mixed layers; (d) Chlorite
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