石油測(cè)井中2D NMR技術(shù)的運(yùn)用分析

張博望麒，易美琪

（1.東北石油大學(xué) 163318；2.黑龍江科技大學(xué) 150027）

0 引言

核磁共振（NMR）技術(shù)在石油測(cè)井中的運(yùn)用是所有測(cè)井方法中僅有的一種可分別束縛流體和可動(dòng)流體的測(cè)井手段，但是經(jīng)過多年運(yùn)用，NMR技術(shù)在實(shí)際識(shí)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(shù)通過對(duì)儲(chǔ)層橫向弛豫時(shí)間T2測(cè)量，進(jìn)而知道儲(chǔ)層參數(shù)，但是當(dāng)油、氣、水同時(shí)在儲(chǔ)層空隙間存在時(shí)，一維核磁共振所測(cè)量到的T2譜中流體組分信號(hào)將出現(xiàn)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(dāng)中流體的實(shí)際性質(zhì)。而2DNMR技術(shù)可準(zhǔn)確的測(cè)量縱向弛豫時(shí)間、橫向弛豫時(shí)間、內(nèi)部梯度場(chǎng)、擴(kuò)散系數(shù)等，其充分的對(duì)核磁共振的觀測(cè)信息進(jìn)行了利用，因此石油測(cè)井的信息檢測(cè)準(zhǔn)確性得到了大大提高。

1 2DNMR測(cè)井技術(shù)

磁共振中波譜學(xué)對(duì)微觀分子進(jìn)行了研究，其變化參數(shù)為化學(xué)位移，2DNMR測(cè)井利用核磁共振波譜學(xué)中的二維核磁共振技術(shù)，二維核磁共振測(cè)井其研究的對(duì)象是一些飽和流體的儲(chǔ)層巖石，其變化參數(shù)是縱向弛豫時(shí)間T1、橫向弛豫時(shí)間T2、擴(kuò)散系數(shù)D、內(nèi)部磁場(chǎng)梯度G。二維測(cè)井在原先的弛豫時(shí)間進(jìn)行觀測(cè)的基礎(chǔ)上，增加了另一個(gè)參數(shù)的觀測(cè)，同時(shí)它充分的利用了參數(shù)之間的兩兩組合觀測(cè)作用。2DNMR技術(shù)是運(yùn)用k個(gè)CPMG脈沖序列進(jìn)行邏輯組合，在這k個(gè)CPMG脈沖序列之間相互作用過程中，恒定梯度場(chǎng)在整個(gè)測(cè)量時(shí)的作用如圖1所示，途中G為恒定梯度場(chǎng)值、Nk為幾個(gè)CPMG脈沖序列、Ne為回波的個(gè)數(shù)。

圖1 恒定梯度場(chǎng)測(cè)量過程的作用示意圖

2 核磁共振中的弛豫原理

石油測(cè)井中2DNMR技術(shù)的運(yùn)用主要是通過對(duì)巖石空隙中飽和流體縱向弛豫時(shí)間T1和橫向弛豫時(shí)間T2的測(cè)量，來確定巖石物體及儲(chǔ)層流體的性質(zhì)參數(shù)，因?yàn)榭v向弛豫時(shí)間T1測(cè)量過程所要的時(shí)間很長(zhǎng)，因此很多的測(cè)量?jī)H對(duì)橫向弛豫時(shí)間T2進(jìn)行測(cè)量，橫向弛豫時(shí)間T2不但和流體本身有關(guān)，而且還與巖石空隙結(jié)構(gòu)有關(guān)，其主要包括表面弛豫、體弛豫及擴(kuò)散弛豫等，表面弛豫T2S和多孔介質(zhì)中空隙流體分子間的作用、表面弛豫率、弛豫時(shí)間及空隙的比表面關(guān)系密切，體弛豫T2B是晶格和自旋核之間能量相互轉(zhuǎn)移的過程。擴(kuò)散弛豫與分子的自擴(kuò)散系數(shù)D，CPMG回波的間隔T1及磁場(chǎng)強(qiáng)度G關(guān)系密切，因此在巖石空隙當(dāng)中T2弛豫時(shí)間的表達(dá)式為：

3 2DNMR技術(shù)在石油測(cè)井中的具體應(yīng)用

3.1 流體類型辨識(shí)

2DNMR技術(shù)是通過油氣水?dāng)U散系數(shù)的差異，來快速、準(zhǔn)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(kuò)散系數(shù)D，y軸為弛豫時(shí)間T2，右圖為與之相對(duì)應(yīng)的等高線圖，據(jù)圖我們可看出，其中2條水平線分別表示水與氣的擴(kuò)散系數(shù)線，其右邊的斜線表示原油的弛豫時(shí)間和擴(kuò)散系數(shù)關(guān)系線D-T2，在常溫條件下，水的擴(kuò)散系數(shù)保持在一個(gè)恒定值內(nèi)D=2.5×10-5cm2/s，而油的擴(kuò)散系數(shù)通常保持在10-7cm2/s到10-4cm2/s，流體粘度與體弛豫成反比，擴(kuò)散系數(shù)和流體粘度也為反比關(guān)系。

圖2 2D-NMR譜D-T2解釋圖

從流體例A的波峰處在氣的擴(kuò)散系數(shù)線上，我們可看出其為氣，流體例B與C均在關(guān)系線D-T2上，可看出其為原油，因?yàn)樵偷恼扯却嬖诓町?，所處的關(guān)系線位置也存在差異，所以2DNMR譜也可用來計(jì)算原油中的粘度，確定油的品質(zhì)好壞，流體例D處在水的擴(kuò)散系數(shù)直線，表明其受到擴(kuò)散影響，應(yīng)該為束縛水，在多孔介質(zhì)當(dāng)中，流體的擴(kuò)散還受到空隙空間的影響，導(dǎo)致實(shí)際觀測(cè)到的擴(kuò)散系數(shù)比他的自擴(kuò)散系數(shù)小，流體擴(kuò)散受到空間的影響主要為其在一定時(shí)間內(nèi)流體分子空隙空間和擴(kuò)散距離的大小，當(dāng)空隙空間尺度小于擴(kuò)散距離時(shí)，流體的擴(kuò)散就會(huì)受到空隙空間距的制約，進(jìn)而導(dǎo)致受限擴(kuò)散，當(dāng)出現(xiàn)受限擴(kuò)散時(shí)，在多孔介質(zhì)當(dāng)中純流體擴(kuò)散系數(shù)就要大于測(cè)量所得擴(kuò)散系數(shù)。

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(xiàn)出的一種流散現(xiàn)象，在固體表面滴上一滴液體，該液滴有可能會(huì)沿著固體表面逸散，也有可能長(zhǎng)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(fā)現(xiàn)的油氣藏?cái)?shù)量的不斷增加，通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，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(qiáng)親油到強(qiáng)親水，其中還存在一些中性潤濕油藏。通常來說，實(shí)驗(yàn)室確定潤濕性的方法有三種：（1）直接法，直接測(cè)潤濕角法；（2）間接法，利用自動(dòng)吸入法，這些方法實(shí)際操作都比較復(fù)雜，并且不是很清晰，目前，使用核磁共振井技術(shù)，從2DNMR譜D-T2上可直接對(duì)巖石顆粒表面濕潤性進(jìn)行判斷。

3.3 巖層內(nèi)部梯度場(chǎng)確定

在多孔介質(zhì)當(dāng)中，流體被一些具備多種外形及磁化系數(shù)的顆粒所包裹，在外部梯度場(chǎng)的影響下，顆粒被不斷磁化，進(jìn)而出現(xiàn)內(nèi)部梯度場(chǎng)。內(nèi)部梯度場(chǎng)是在空隙內(nèi)部出現(xiàn)，內(nèi)部梯度場(chǎng)會(huì)造成兩種作用：（1）當(dāng)流體分子原子核出現(xiàn)核磁共振時(shí)，它會(huì)使得很多核子偏離原本的共振頻率；（2）因?yàn)榇嬖趦?nèi)部梯度場(chǎng)自旋擴(kuò)散影響，T2弛豫率更強(qiáng)，在進(jìn)行測(cè)井過程中，可通過兩次不同回波時(shí)間出現(xiàn)的間隔來獲取回?fù)艿乃p信息，從而計(jì)算內(nèi)部梯度場(chǎng)的準(zhǔn)確值。

4 結(jié)語

2DNMR測(cè)井技術(shù)在理論山上有著極為突出的優(yōu)勢(shì)，其很好的解決了復(fù)雜儲(chǔ)層空隙流體介質(zhì)的辨識(shí)問題，增強(qiáng)了油層的辨識(shí)能力。和一維核磁測(cè)井相比，2DNMR測(cè)井通過多種深度的測(cè)量，得到了準(zhǔn)確的泥漿侵入剖面的流體信息，可提供更加準(zhǔn)確流體性質(zhì)信息。而對(duì)于一些特低孔隙度、低滲透率的儲(chǔ)層，2DNMR測(cè)井技術(shù)也必須要綜合其他一些地質(zhì)信息、實(shí)驗(yàn)研究信息，不能只靠擴(kuò)散系數(shù)-弛豫時(shí)間圖來進(jìn)行流體性質(zhì)的判定。另外當(dāng)前我國2DNMR測(cè)井?dāng)?shù)量仍舊有限，雖然已經(jīng)有了一些顯著的成果，但是受到數(shù)量的限制，其實(shí)際應(yīng)用還需要廣大工作者更進(jìn)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(xué)學(xué)報(bào)，2007.

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[3]肖立志，謝然紅.核磁共振測(cè)井儀器的最新進(jìn)展與未來發(fā)展方向[J].測(cè)井技術(shù)，2003.