砂巖樣泡氘水法確定含油飽和度核磁共振實驗研究

張旭東，康 楠，何 偉，張銅耀，唐 磊，陽 亮

（中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術分公司，天津 300452）

砂巖樣泡氘水法確定含油飽和度核磁共振實驗研究

張旭東，康 楠，何 偉，張銅耀，唐 磊，陽 亮

（中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術分公司，天津 300452）

在巖心核磁共振測試中，目前常用于區(qū)分巖心中油水信號的實驗方法，是將洗油后飽和了地層水的巖樣浸泡在一定濃度的MnCl2溶液中，一定時間后，Mn2+充分擴散進入巖樣孔隙內(nèi)，流體中的水信號就會加速衰減直到消失，而油的信號保持不變，以此實現(xiàn)油、水信號的分離。然而，室內(nèi)實驗結果表明砂巖樣浸泡低濃度氯化錳溶液實驗獲得的T2譜出現(xiàn)偏移現(xiàn)象，錳離子濃度過高又會在一定程度上對核磁共振測試儀磁場產(chǎn)生干擾，獲取的油信號存在部分損失，導致砂巖巖心含油飽和度測定結果不準確。本文利用核磁共振和驅替相結合實驗分析技術，研究砂巖樣泡氘水法核磁共振實驗效果，并建立其核磁含油飽和度實驗結果分析方法，以此在降低Mn2+濃度的同時，提高砂巖樣含油飽和度測定的準確度。

核磁共振；砂巖樣；氘水；含油飽和度

核磁共振技術作為一種近幾年新興的探測技術在油田發(fā)展很快[1]。在核磁共振實驗過程中，一般采用差譜、移譜技術來識別油、水信號并定量測量油、水飽和度[2]。根據(jù)核磁共振基礎理論可知，若巖心中含有Mn2+、Fe3+等順磁離子，這些離子會與流體的核自旋發(fā)生較強的相互作用，使得核自旋弛豫作用增強，加快信號的衰減，同理，若加入的順磁離子溶于水而不溶于油，流體中的水信號就會加速衰減直到消失，而油的信號保持不變，測得的T2譜即為油相的弛豫譜[3，4]，此T2譜與之前測量的油+水信號譜圖對比可計算出樣品的含油飽和度，這樣就從譜圖上實現(xiàn)了油、水信號的分離。

由于新鮮巖樣中含有原油，僅用T2截止值不能直接獲得含油飽和度，需要結合泡錳實驗，即把待測樣品放入一定濃度MnCl2溶液中浸泡的實驗，獲得原油核磁共振T2弛豫時間譜，從而計算巖心含油飽和度[5]。然而，浸泡低濃度氯化錳溶液使得水相信號并未衰減結束，實驗獲得的T2譜出現(xiàn)向左偏移現(xiàn)象，錳離子濃度過高又會干擾油水兩相核磁共振信號的采集，導致巖樣含油飽和度測定結果不準確。本文通過分析研究砂巖樣泡氘水法核磁共振實驗，建立其含油飽和度實驗結果分析方法，提高核磁共振實驗測試參數(shù)的準確度。

1 泡錳法核磁共振測試方法

1.1 泡錳法核磁共振T2譜偏移因素分析

分別將人造巖心、露頭巖心、天然巖心及新鮮砂巖樣浸泡在不同濃度的氯化錳溶液中，浸泡48 h后進行核磁共振測量，浸泡不同濃度氯化錳溶液下巖心的T2譜（見圖1）。從圖中可以看出，四種類型巖心在浸泡濃度小于等于45 000 mg/L的氯化錳溶液時（Mn2+質(zhì)量濃度約為13 000 mg/L），核磁共振T2譜均出現(xiàn)了向左偏移現(xiàn)象，說明導致核磁共振T2譜偏移與巖心本身并沒有關系。

另外，將不同滲透率級別人造巖心浸泡到氯化錳溶液中，巖心核磁共振T2譜同樣出現(xiàn)了偏移現(xiàn)象，說明巖石物性并不是導致核磁共振T2譜偏移的關鍵因素，直到氯化錳溶液濃度達到50 000 mg/L（Mn2+質(zhì)量濃度約為15 000 mg/L）時，巖心核磁共振信號基本屏蔽，但沒有完全屏蔽（見圖2），那么T2譜是否偏移決定于Mn2+濃度的高低，所以建議根據(jù)巖心物性好壞選取氯化錳溶液濃度范圍為55 000 mg/L～70 000 mg/L（Mn2+質(zhì)量濃度為 16 000 mg/L～20 000 mg/L）。

圖1 不同類型巖心浸泡氯化錳溶液核磁共振T2譜

圖2 不同物性巖心浸泡氯化錳溶液核磁共振T2譜

1.2 Mn2+濃度對油相核磁信號的影響

將天然巖心洗油洗鹽后充分飽和模擬地層水，進行油驅，飽和已知體積的實驗模擬油，通過浸泡不同濃度的氯化錳溶液后，所計算的巖心含油飽和度與常規(guī)法測定的含油飽和度進行對比分析。

通過浸泡不同濃度的氯化錳溶液，分析不同濃度同一浸泡時間下巖心核磁共振T2譜發(fā)現(xiàn)，隨著Mn2+濃度的增大，巖心核磁共振T2譜信號強度不斷減小，當氯化錳溶液濃度達到50 000 mg/L（Mn2+質(zhì)量濃度約為15 000 mg/L）時，T2譜信號強度劇烈下降（見圖 3），意味著此濃度在一定程度上不僅屏蔽了水信號，而且使得油相信號有所損失，且Mn2+濃度過大容易導致黏土礦物與Mn2+發(fā)生水解反應，生成沉淀，堵塞孔隙。在此浸泡濃度下，所選取的6塊巖心的常規(guī)含油飽和度與核磁含油飽和度的平均相對誤差達到了21.9%（見圖4）。

圖3 浸泡不同濃度氯化錳溶液

圖4 常規(guī)含油飽和度與泡錳法核磁含油飽和度對比圖

2 泡氘水法核磁共振實驗測試

2.1 浸泡純氘水核磁共振實驗方法分析

將不同物性砂巖巖心充分飽和模擬地層水后，浸泡純氘水分析發(fā)現(xiàn)，其核磁共振T2譜在浸泡時間達到72 h后，其水信號還沒有完全屏蔽，說明其氘水置換水中氫核時間較慢，浸泡時間足夠長才可以達到完全屏蔽水信號的效果，且?guī)r心滲透率達到1 500 mD以上的樣品出現(xiàn)了破碎現(xiàn)象。

2.2 浸泡氯化錳氘水溶液實驗方法

通過以上巖心泡錳法核磁共振實驗可以看出:Mn2+質(zhì)量濃度過低，水相信號還未衰減完，導致巖心核磁共振T2譜向左偏移，而Mn2+質(zhì)量濃度過高，會干擾核磁共振測試儀，使得部分油信號無法檢測到。考慮到浸泡純氘水容易使疏松巖心顆粒掉落，浸泡時間過長，且成本較高，所以選擇以氘水為溶劑，氯化錳為溶質(zhì)，通過氯化錳和氘水的雙重作用，降低Mn2+質(zhì)量濃度的同時，縮短巖心浸泡時間，還可以完全屏蔽水信號。避免Mn2+質(zhì)量濃度過大，巖石中黏土礦物與Mn2+發(fā)生水解反應，生成氫氧化物沉淀，從而對巖石的孔隙結構造成影響[6]。

選取2塊物性不同的露頭巖心，飽和同一礦化度模擬地層水，浸泡在同一濃度的氯化錳氘水溶液中，不同物性巖心隨著滲透率增加，水相核磁信號逐漸降低（見圖5），直到氯化錳溶液濃度達到40 000 mg/L（Mn2+質(zhì)量濃度約為11 000 mg/L），浸泡時間為48 h時，水相核磁信號完全屏蔽，對于物性好的巖樣（1 000 mD以上），浸泡時間為36 h，即可完全屏蔽水信號。

3 實驗應用分析及討論

將天然砂巖巖心飽和一定礦化度的模擬地層水，利用核磁共振成像驅替相結合實驗技術，用已知體積的油量驅替飽和，進行核磁共振實驗測試。首先，掃描巖心原始信號量，然后用氘水驅替。由于在水驅油實驗過程中，用氘水作為水相，氘水中不含氫核，核磁共振T2譜測試時不產(chǎn)生核磁共振信號，所測核磁共振T2譜為巖心孔隙內(nèi)油相的T2譜[7]。

此處引入了含氫指數(shù)概念。含氫指數(shù)定義為流體樣品中氫原子含量與等體積純水中氫原子含量的比值，由此可見純水的含氫指數(shù)為1[8]。通過建立標線相關性確立相應信號量下的含油量（見表1），利用含氫指數(shù)校正方法（見圖6），計算校正之后的含油量。

圖5 不同物性巖心浸泡同一濃度氯化錳氘水溶液核磁共振T2譜

表1 飽和不同油量巖心核磁信號量

圖6 驅替過程標線相關性圖（含氫指數(shù)校正）

通過以上方法分析計算，將泡錳法和泡氘水法核磁共振測試所對應的信號下油量進行對比發(fā)現(xiàn)（見表2），泡氯化錳氘水溶液法核磁共振測試所獲得的含油量誤差較泡錳法所獲得的含油量誤差小很多，說明巖樣浸泡氘水核磁共振測試方法較泡錳法更加準確有效。

4 結論

（1）導致砂巖樣核磁共振T2譜偏移現(xiàn)象與巖心類型沒有關系，影響其偏移的關鍵因素是浸泡溶液的濃度；

（2）巖心浸泡氯化錳氘水溶液核磁共振T2譜未發(fā)生偏移現(xiàn)象，且?guī)r心最佳浸泡溶液濃度為40 000 mg/L（Mn2+質(zhì)量濃度約為11 000 mg/L）；

（3）物性好的巖樣（1 000 mD以上），建議浸泡時間36 h，物性差的巖樣浸泡時間以48 h為宜（1 000 mD以下）；

（4）將核磁共振成像技術與驅替實驗相結合，建立標線相關性，以此通過含氫指數(shù)校正，計算巖心含油飽和度，提高了巖心核磁共振測試參數(shù)準確度；

表2 泡錳法與泡氘水法校正后油含量對比

（5）泡氯化錳氘水溶液法核磁共振測試所獲得的含油量誤差在7%之內(nèi)，較泡錳法所獲得的含油量誤差小很多。

［1］Kleinberg R L，Vinegar H J.NM R properties of reservoir fluids［J］.The Log Analyst，1996，37：20-32.

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［3］翁愛華，姜亦忠.礦化度對流體核磁共振性質(zhì)影響的試驗研究［J］.測井技術，2001，25（6）：401-404.

［4］彭石林，等.順磁物質(zhì)對巖石核磁弛豫特性影響的試驗研究［J］.測井技術，2002，41（3）：372-376.

［5］王勝.新鮮油砂巖油水飽和度核磁共振測試方法研究［J］.石油天然氣學報，2009，31（3）：236-237.

［6］王為民.核磁共振巖石物理研究及其在石油工業(yè)中的應用［D］.武漢:中國科學院武漢物理與數(shù)學研究所，2001.

［7］高輝，王小鵬，等.特低滲透砂巖的核磁共振水驅油特征及其影響因素［J］.高校地質(zhì)學報，2013，19（2）：365-366.

［8］謝然紅，肖立志，王忠東，等.復雜流體儲層核磁共振測井孔隙度影響因素［J］.中國科學：D 輯，地球科學，2008，38（增刊 I）：191-196.

Experimental study on nuclear magnetic resonance of sandstone samples by the methods of soaking deuterium water

ZHANG Xudong，KANG Nan，HE Wei，ZHANG Tongyao，TANG Lei，YANG Liang
（Energy Technology and Services-Oilfield Engineering Research Institute，CNOOC，Tianjin 300452，China）

In the core nuclear magnetic resonance test,the experimental method,which is commonly used to distinguish oil and water signals in the core,is to soak the formation water saturated rock samples in a certain concentration of MnCl2solution at present.After a certain period of time,Mn2+fully diffuse into the pore of rock sample,the water signal in the fluid will accelerate the decay until it disappears,and the oil signal remains unchanged,in order to achieve oil and water signal separation.However,the experimental results show that the T2spectra of the sandstone-like foam with low concentration of manganese chloride showed the migration phenomenon,excessive high manganese ion concentration will interfere with the magnetic field strength of the NMR tester to a certain extent,which lose oil water two phase nuclear magnetic resonance signal and result in inaccurate measurement of nuclear magnetic oil saturation.This paper adopts the combined experimental analysis techniques including nuclear magnetic and displacement phase to study the effect of sandstone-like deuterium water nuclear magnetic resonance experiment,and built experimental results analysis methods of nuclear magnetic oil saturation.This method can reduce the Mn2+concentration while improving the accuracy of sandstone-like magnetic oil saturation.

nuclear magnetic resonance；sandstone；deuterium water；oil saturation

TE132.1

A

1673-5285（2017）11-0032-06

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.11.008

2017-10-21

張旭東，男，工程師，本科，石油工程，現(xiàn)主要從事開發(fā)實驗等相關研究工作，郵箱：zhangxd2@cnooc.com.cn。