石油測井中2D NMR技術的運用分析

張博望麒，易美琪

（1.東北石油大學 163318；2.黑龍江科技大學 150027）

0 引言

核磁共振（NMR）技術在石油測井中的運用是所有測井方法中僅有的一種可分別束縛流體和可動流體的測井手段，但是經過多年運用，NMR技術在實際識別及定量分析油氣水過程中仍然存在著一些局限性，一維核磁共振技術通過對儲層橫向弛豫時間T2測量，進而知道儲層參數，但是當油、氣、水同時在儲層空隙間存在時，一維核磁共振所測量到的T2譜中流體組分信號將出現重疊，利用過去的移譜法、差譜法等流體分析方法將難以確定空隙當中流體的實際性質。而2DNMR技術可準確的測量縱向弛豫時間、橫向弛豫時間、內部梯度場、擴散系數等，其充分的對核磁共振的觀測信息進行了利用，因此石油測井的信息檢測準確性得到了大大提高。

1 2DNMR測井技術

磁共振中波譜學對微觀分子進行了研究，其變化參數為化學位移，2DNMR測井利用核磁共振波譜學中的二維核磁共振技術，二維核磁共振測井其研究的對象是一些飽和流體的儲層巖石，其變化參數是縱向弛豫時間T1、橫向弛豫時間T2、擴散系數D、內部磁場梯度G。二維測井在原先的弛豫時間進行觀測的基礎上，增加了另一個參數的觀測，同時它充分的利用了參數之間的兩兩組合觀測作用。2DNMR技術是運用k個CPMG脈沖序列進行邏輯組合，在這k個CPMG脈沖序列之間相互作用過程中，恒定梯度場在整個測量時的作用如圖1所示，途中G為恒定梯度場值、Nk為幾個CPMG脈沖序列、Ne為回波的個數。

圖1 恒定梯度場測量過程的作用示意圖

2 核磁共振中的弛豫原理

石油測井中2DNMR技術的運用主要是通過對巖石空隙中飽和流體縱向弛豫時間T1和橫向弛豫時間T2的測量，來確定巖石物體及儲層流體的性質參數，因為縱向弛豫時間T1測量過程所要的時間很長，因此很多的測量僅對橫向弛豫時間T2進行測量，橫向弛豫時間T2不但和流體本身有關，而且還與巖石空隙結構有關，其主要包括表面弛豫、體弛豫及擴散弛豫等，表面弛豫T2S和多孔介質中空隙流體分子間的作用、表面弛豫率、弛豫時間及空隙的比表面關系密切，體弛豫T2B是晶格和自旋核之間能量相互轉移的過程。擴散弛豫與分子的自擴散系數D，CPMG回波的間隔T1及磁場強度G關系密切，因此在巖石空隙當中T2弛豫時間的表達式為：

3 2DNMR技術在石油測井中的具體應用

3.1 流體類型辨識

2DNMR技術是通過油氣水擴散系數的差異，來快速、準確的確定流體類型的，如圖2是2D-NMR譜D-T2的解釋圖，左圖為其三維立體圖，其z軸為幅度A，x軸為擴散系數D，y軸為弛豫時間T2，右圖為與之相對應的等高線圖，據圖我們可看出，其中2條水平線分別表示水與氣的擴散系數線，其右邊的斜線表示原油的弛豫時間和擴散系數關系線D-T2，在常溫條件下，水的擴散系數保持在一個恒定值內D=2.5×10-5cm2/s，而油的擴散系數通常保持在10-7cm2/s到10-4cm2/s，流體粘度與體弛豫成反比，擴散系數和流體粘度也為反比關系。

圖2 2D-NMR譜D-T2解釋圖

從流體例A的波峰處在氣的擴散系數線上，我們可看出其為氣，流體例B與C均在關系線D-T2上，可看出其為原油，因為原油的粘度存在差異，所處的關系線位置也存在差異，所以2DNMR譜也可用來計算原油中的粘度，確定油的品質好壞，流體例D處在水的擴散系數直線，表明其受到擴散影響，應該為束縛水，在多孔介質當中，流體的擴散還受到空隙空間的影響，導致實際觀測到的擴散系數比他的自擴散系數小，流體擴散受到空間的影響主要為其在一定時間內流體分子空隙空間和擴散距離的大小，當空隙空間尺度小于擴散距離時，流體的擴散就會受到空隙空間距的制約，進而導致受限擴散，當出現受限擴散時，在多孔介質當中純流體擴散系數就要大于測量所得擴散系數。

3.2 濕潤性辨別

所謂濕潤是指液體在自身分子里的作用下在固體表面呈現出的一種流散現象，在固體表面滴上一滴液體，該液滴有可能會沿著固體表面逸散，也有可能長期以液滴的方式存在于固體表面，后者稱為液體不潤濕固體表面，隨著發現的油氣藏數量的不斷增加，通過調查發現，里面不但有親水油藏，也有一些親油油藏，而且油藏濕潤性的變化幅度范圍很大，從強親油到強親水，其中還存在一些中性潤濕油藏。通常來說，實驗室確定潤濕性的方法有三種：（1）直接法，直接測潤濕角法；（2）間接法，利用自動吸入法，這些方法實際操作都比較復雜，并且不是很清晰，目前，使用核磁共振井技術，從2DNMR譜D-T2上可直接對巖石顆粒表面濕潤性進行判斷。

3.3 巖層內部梯度場確定

在多孔介質當中，流體被一些具備多種外形及磁化系數的顆粒所包裹，在外部梯度場的影響下，顆粒被不斷磁化，進而出現內部梯度場。內部梯度場是在空隙內部出現，內部梯度場會造成兩種作用：（1）當流體分子原子核出現核磁共振時，它會使得很多核子偏離原本的共振頻率；（2）因為存在內部梯度場自旋擴散影響，T2弛豫率更強，在進行測井過程中，可通過兩次不同回波時間出現的間隔來獲取回撥的衰減信息，從而計算內部梯度場的準確值。

4 結語

2DNMR測井技術在理論山上有著極為突出的優勢，其很好的解決了復雜儲層空隙流體介質的辨識問題，增強了油層的辨識能力。和一維核磁測井相比，2DNMR測井通過多種深度的測量，得到了準確的泥漿侵入剖面的流體信息，可提供更加準確流體性質信息。而對于一些特低孔隙度、低滲透率的儲層，2DNMR測井技術也必須要綜合其他一些地質信息、實驗研究信息，不能只靠擴散系數-弛豫時間圖來進行流體性質的判定。另外當前我國2DNMR測井數量仍舊有限，雖然已經有了一些顯著的成果，但是受到數量的限制，其實際應用還需要廣大工作者更進一步努力。

[1]謝然紅，肖立志，劉天定.原油的核磁共振弛豫特性[J].西南石油大學學報，2007.

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