核磁共振技术在岩性分析及相关领域的应用研究.pdf
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1、2023年第8期西部探矿工程*收稿日期:2022-09-17作者简介:潘玉娇(1982-),女(汉族),黑龙江大庆人,工程师,现从事录井资料解释工作。核磁共振技术在岩性分析及相关领域的应用研究潘玉娇*(大庆钻探工程公司地质录井一公司,黑龙江 大庆 163000)摘要:综述了核磁共振技术在岩屑分析及相关地质领域的最新研究成果和应用情况。对核磁共振在岩性分析方面的应用进行了深入的分析和总结,如岩石的孔隙度、孔径分布、渗透率、饱和度、毛细管压力和润湿性等。核磁共振技术是评估和提高石油采收率的重要工具,与用于评估采收率的其他技术相比,核磁共振技术可以评估岩石中不同孔隙的油/气采收率。核磁共振技术可用于
2、评估钻井、完井过程中井下流体对储层的破坏作用。核磁共振技术在评估非常规油气资源方面具有非常好的效果。关键词:核磁共振技术;岩性分析;储层评价;非常规中图分类号:TE19 文献标识码:A 文章编号:1004-5716(2023)08-0061-03了解储层多孔介质中的岩石流体相互作用情况是石油和天然气工业应用和学术应用中的一个重要领域1-2。准确地确定岩石和流体特性可以更好地表征和了解储层。在现场施工中,这些参数中的大部分都可以通过录井和测井仪器获知。然而,现场使用的录井和测井技术无法准确测量重要的岩石物理特性,例如渗透率和毛细管压力曲线。因此,在实验室进行相关参数测量对于评估油气藏规模、确定储
3、量和潜在采收率方面具有重要意义。因此,需要对实验室数据和现场测量数据之间进行整合和对比。核磁共振技术为准确测量提供了两种选择:测井工具对地层内的流体进行现场测量,而实验室台式仪器可对现场测量进行交叉验证,进行深入研究。核磁随钻测井(LWD)工具由永磁体、磁场梯度和射频天线组成,可激发井筒附近的地层流体,测量纵向弛豫时间(T1)、横向弛豫时间(T2)、流体扩散系数(D),二维核磁共振测量深度可达几十厘米,测量目标以钻井泥浆滤液为主。斯伦贝谢、贝克休斯和哈里伯顿等服务公司已经开发了几种NMR测井工具。其中,斯伦贝谢开发了业界最高工作频率的CMR-Plus(2MHz,最小回波时间为0.2ms)。哈里
4、伯顿发明的NMR测井工具最大深度可达102cm,工作频率在0.5441.187MHz之间,最小回波时间为0.2ms,命名为XMR。此外,哈里伯顿开发的MRIL-WD井下工具,具有较低的工作频率(0.5MHz,最小回波时间为0.5ms)。Baker Hughes 开发的测井仪(MR eXplorer)和LWD(MagTrak),其工作频率分别在 0.450.88MHz 和0.350.50MHz之间。多种类别的NMR测井工具已成为当前使用最广泛的工具之一。实验室使用的台式NMR的主要原理是:静磁场将样品诱导极化,线圈以拉莫尔频率施加射频辐射,线圈检测发射的振荡NMR信号。核磁共振波谱仪根据磁场强度
5、分为以下几类:高场(Bo,3T)、中场(1TBo 3T)和低场(Bo,1T)。高场核磁共振通常用于化学领域(阐明分子和固体结构),其中低温冷却的超导成分可以产生高灵敏度的强磁场。这种磁铁体积很大,成本超过1百万美元,需要进行频繁和精密的维护。中场NMR通常用于临床诊断,因为它主要用于磁共振成像(MRI)。一些学者表明,中场NMR也可用于岩芯分析测量。低场核磁共振磁体是不需要冷冻剂的永磁体;因此,它具有较弱的磁场。它在工程系统和多孔介质研究(岩芯的松弛和扩散)中更为常见。此外,一些低场磁铁便于携带且体积小。大多数NMR在石油工程中的应用都集中在岩石物理和提高石油采收率(EOR)。NMR是用于常规
6、岩芯分析(RCA)的非侵入性、强大且可靠的工具,因为它可以准确测定孔隙度、孔径分布、流体饱和度和渗透率。此外,特殊岩芯分析(SCA)实验,例如润湿性、毛细管压力和粘土矿物分析,也可以使用NMR确定。许多提高石油采收率的方法,包括酸化和压裂增产、去除凝析油的热化学612023年第8期西部探矿工程流体、混相气体注入、CO2注入也可以使用NMR进行评估3-4。本文旨在综述NMR技术在岩屑分析及相关地质领域的应用情况,并讨论了核磁共振在岩石物理学中的应用和对提高采收率的帮助5-7。1地层岩石的物理特性弛豫时间是地层岩石孔隙中流体和多孔介质特性的函数。多孔介质孔隙中流体的磁化强度和氢核弛豫可以通过脉冲N
7、MR进行测量。氢核的数量与传感器磁性区域的磁化强度成正比,从而提供介质的NMR孔隙率。低场NMR可以获得流体填充孔隙的尺寸分布情况进而提供岩石样品的基本信息;NMR弛豫时间可以确定岩石物理性质,包括有效孔隙度、自由流体饱和度、束缚水饱和度和岩石的其他物理性质。通过对核磁共振获得的数据进行解释能够推导出地层岩石的毛细管压力曲线以及储层形成的润湿状态。因此,NMR可作为测量储层流体和储层岩石样品岩石物理表征的重要手段。值得一提的是,核磁共振测井工具还可以提供有关近井筒周围孔隙度、渗透率、储层流体类型和饱和度的信息。1.1岩石孔隙度孔隙度是岩石的主要储存特性。碳酸盐岩储层通常含有各种尺寸的孔隙,包括
8、微米或亚微米的小孔隙,以及厘米甚至更大的孔洞。在孔隙度测量过程中,核磁共振设备可以检测到岩石孔隙饱和流体中所含的氢核。因此,当岩石被单一流体(例如水)饱和时,检测到的NMR信号与岩石的孔隙体积成正比。当这些孔隙在空间上接近时,孔隙之间会发生孔间流体分子交换,从而获得单峰弛豫时间分布。占据岩石孔隙空间的流体量用于获得孔隙度;当单一流体占据孔隙空间时,通常会计算NMR孔隙度。当多种流体占据孔隙空间时,每个流体相的饱和度可以根据孔隙中所含流体的量来确定。影响岩石样品核磁共振总孔隙度测量精度的几个因素包括回波间距、磁场强度、岩石孔隙中流体的氢指数、重复时间和岩石温度。1.2孔径分布NMR弛豫时间与孔径
9、成正比,即小孔的T2值较小,大孔的T2值大。这意味着NMR弛豫时间分布的变化对应孔隙系统内的不同孔径。因此,将从压汞实验确定的孔隙空间几何尺寸特征直接联系起来成为可能。不同的弛豫时间峰代表岩石内孔径的分布,每个T2范围对应不同的孔径。1.3渗透性渗透性是流体流过多孔介质的难易程度,是多孔介质的基本性质之一。核磁共振弛豫时间与孔隙几何形状之间存在的关系。它被认为是估计渗透率的重要工具。由于核磁共振弛豫时间与孔隙大小和几何形状有关,因此核磁共振已被用于估计岩石渗透率。NMR测量可以在井下测井工具中实施,这为确定原始地层渗透率提供了技术支持,通过结合渗透率和核磁共振弛豫时间的Kozeny方程,给出了
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