Top Banner

of 17

09122-11-PR-NMR_Ratios_Brine_Hydrocarbon_Relaxation_Mature_Organic_Shales-07-27-11.pdf

Jul 07, 2018

Download

Documents

downbuliao
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
  • 8/18/2019 09122-11-PR-NMR_Ratios_Brine_Hydrocarbon_Relaxation_Mature_Organic_Shales-07-27-11.pdf

    1/17

    NMR T1/T2 Ratios

     for

     Brine

     and

     

    Hydrocarbon Relaxation in Mature 

    Organic Shales

    Ayse Ozen

    Richard Sigal, 

    MPGE, University of  Oklahoma

    July 27, 2011

  • 8/18/2019 09122-11-PR-NMR_Ratios_Brine_Hydrocarbon_Relaxation_Mature_Organic_Shales-07-27-11.pdf

    2/17

    NMR in

     a Slide

    •   Magnetize hydrogen nuclei

    •   Perturb magnetism

    •   Measure time to relax back to equilibrium –    T2 Time for magnetism to loose coherence in plane perpendicular to 

    primary field direction

     –    T1 Time to return to initial magnetism state

     –   Maximum

     amplitude

     of 

     relaxation

     curve

     measures

     number

     of 

     hydrogen nuclei.

     –    Relaxation•   Surface  T1 surface > T2surface•   Bulk  T1bulk=T2bulk•

      Diffusion 

    T2 diffusion ( due

     to

     magnetic

     gradients)

    •   1/Tsurface =(surface relaxivity)*(surface area)/(Volume)

  • 8/18/2019 09122-11-PR-NMR_Ratios_Brine_Hydrocarbon_Relaxation_Mature_Organic_Shales-07-27-11.pdf

    3/17

    NMR Log

     Potential

    •   Stand alone measurement

     –  Independent of 

     water

     saturation

     –  Independent of  porosity

     –  Independent of  organic content

     –  Independent of 

     CH4 pressure (You don’t know it!)

    •   Deliver

     –  Moles/cc of  free hydrocarbon fluid in reservoir

     –  Moles/cc of  adsorbed hydrocarbon fluid in reservoir

     –  Fraction of  hydrocarbon in organic pores 

  • 8/18/2019 09122-11-PR-NMR_Ratios_Brine_Hydrocarbon_Relaxation_Mature_Organic_Shales-07-27-11.pdf

    4/17

    NMR inMature Organic Material

    •   Organic pores –    Hydrophobic

     – 

      Nanometer 

    scale –    High entry pressure for water

     –    Hydrocarbon fluids not displaced by water based mud invasion

     –    NMR signal contains all CH4 in organic pores

     –    Fast T2 as gas relaxes at pore surface

     –    Relaxation mechanism dipole‐dipole interaction not from paramagnetic impurities 

     – 

      Surface relaxation

     temperature

     dependent

    •   Inorganic pores –    Water wet or heterogeneous wettability

     –    CH4 mostly displaced by mud invasion

     –    From capillary pressure gas pressure must significantly exceed water pressure.

     –    Gas could have fast T2

    •   Mud invasion

     –    Very low water permeability implies very shallow invasion

     –    NMR tools can produce signal as function of  investigation depth

     –    Separates out inorganic and organic CH4 signal 

  • 8/18/2019 09122-11-PR-NMR_Ratios_Brine_Hydrocarbon_Relaxation_Mature_Organic_Shales-07-27-11.pdf

    5/17

    Gas Detection

     Ordinary

     Reservoirs

    •   Pore walls not gas wetting

      Measurement 

    made 

    in 

    invaded 

    zone•   Relatively large pores

    •   Logging tools permanent magnets have significant gradients 

    •  Implies

     for

     relaxation

     measurement

     –    High wetting fluid saturation

     –    Gas in centers of  pores

     –    Diffusion coefficient is approximately bulk value

     –   T1 bulk

     relaxation

     implies

     long

     T1

     –    1/T2gas = 1/Tbulk + 1/T2diffusion –    Implies short T2

  • 8/18/2019 09122-11-PR-NMR_Ratios_Brine_Hydrocarbon_Relaxation_Mature_Organic_Shales-07-27-11.pdf

    6/17

    The Elephants in the Room

    Gas Measurement

    •   The gas signal has poor signal to noise

     –  Signal has

     fast

     relaxation

     –  Maximum signal amplitude small

     –  Implies very slow logging speeds

    •   Separation of  gas and water signal

     –    Gas does not relax as bulk fluid

     –  Small pores

     mute

     diffusion

     effects

     –  Standard methods for gas identification fail

  • 8/18/2019 09122-11-PR-NMR_Ratios_Brine_Hydrocarbon_Relaxation_Mature_Organic_Shales-07-27-11.pdf

    7/17

  • 8/18/2019 09122-11-PR-NMR_Ratios_Brine_Hydrocarbon_Relaxation_Mature_Organic_Shales-07-27-11.pdf

    8/17

    Laboratory Study

     T1/T2 Ratios

    •   2 MHz system

    •   No external gradient 

    •   T2 CPMG•   T1 Inversion recovery

    •   Done on ground up samples with carefully controlled volumes –    Average volume grain pack 9.53 cc

     –    Standard deviation .01 cc

    •   Room conditions

    •   Primary porosity inter‐ granular porosity

    •   Carefully controlled saturation fluid volumes –    Average fluid volume 2.18 cc

     –   Standard

     deviation

     .03

     cc

     

     –    Brine

     –    Dead light crude

     –    Dodecane

  • 8/18/2019 09122-11-PR-NMR_Ratios_Brine_Hydrocarbon_Relaxation_Mature_Organic_Shales-07-27-11.pdf

    9/17

    T1/T2

    •   1/T 2 = +1/T 2diffusion +1/T 2bulk +1/T 2surface•   1/T 2surface =  2S/V 

     

    •   1/T 1 ‐1/T 1bulk  =1/T 1surface•

      1/T 1surface= 

      1S/V •   Estimate 1/T 2diffusion   from T 2 at several TE 

    values

    •  Correct

     for

     bulk

     relaxation

    •   T 1surface/T 2surface   =   2/  1

  • 8/18/2019 09122-11-PR-NMR_Ratios_Brine_Hydrocarbon_Relaxation_Mature_Organic_Shales-07-27-11.pdf

    10/17

    T1/T2 ratio for dodecane is 3.84. 

    T1/T2 ratio for crude is 4.32

    T1/T2 ratio for brine is 2.25 

    Raw Ratios for Typical Sample

  • 8/18/2019 09122-11-PR-NMR_Ratios_Brine_Hydrocarbon_Relaxation_Mature_Organic_Shales-07-27-11.pdf

    11/17

    0

    1

    2

    3

    4

    5

    6

    7

    0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6

         S    a    m    p     l    e     #

    T1/T2 ratio

    T1/T2 Ratio Organic Shale Samples 

    Brine

    Crude oil

    Dodecane

    Raw 

    Data

  • 8/18/2019 09122-11-PR-NMR_Ratios_Brine_Hydrocarbon_Relaxation_Mature_Organic_Shales-07-27-11.pdf

    12/17

    0

    1

    2

    3

    4

    5

    6

    7

    0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0

         S    a    m    p     l    e     #

    T1Surface/T2Surface Ratio

    Brine

    Crude oil

    Dodecane

    Corrected Data

  • 8/18/2019 09122-11-PR-NMR_Ratios_Brine_Hydrocarbon_Relaxation_Mature_Organic_Shales-07-27-11.pdf

    13/17

    Raw T 1/T 2 ratios for brine, dead crude oil, and dodecane for seven 

    samples from

     mature

     organic

     shale.

     

  • 8/18/2019 09122-11-PR-NMR_Ratios_Brine_Hydrocarbon_Relaxation_Mature_Organic_Shales-07-27-11.pdf

    14/17

    T 1surface/T 2surface ratios for

     brine,

     dead

     crude

     oil,

     and

     dodecane

     for

     seven samples from mature organic shale. 

  • 8/18/2019 09122-11-PR-NMR_Ratios_Brine_Hydrocarbon_Relaxation_Mature_Organic_Shales-07-27-11.pdf

    15/17

    The ratios for crude oil to brine and dodecane to brine of  the 

    T1/T2 surface relaxations. 

  • 8/18/2019 09122-11-PR-NMR_Ratios_Brine_Hydrocarbon_Relaxation_Mature_Organic_Shales-07-27-11.pdf

    16/17

    Conclusions•   The T1/T2 ratio provides sensitive way to 

    identify hydrocarbon

     fluids

     in

     organic

     pores

    •   The difference between the brine and the hydrocarbon ratio is the robust indicator 

    •   Expected other

     ratios

     –  Hydrocarbon liquids in inorganic pores, close to one (slow)

     –  Gas in

     inorganic

     pores,

     variable.

     

     –  Water in organic pores, close to one (slow) 

  • 8/18/2019 09122-11-PR-NMR_Ratios_Brine_Hydrocarbon_Relaxation_Mature_Organic_Shales-07-27-11.pdf

    17/17

    Selected References

    Laboratory NMR Measurements on Methane 

    Saturated Barnett

     Shale

     Samples,

     Richard

     Sigal

     and Elijah Odusina,, Petrophysics, February, 2011

    •   T1/T2 NMR Surface

     Relaxation

     Ratio

     for

     Hydrocarbons and Brines in Contact with Mature Organic Shale Source Rocks, Ayse E. 

    Ozen and Richard

     F.

     Sigal,

     Submitted

     to

     Petrophysics