儲層物性特征有哪些？低場核磁共振顯身手

儲層物性是油氣儲集層的物理性質。儲層物性特征有哪些？廣義上儲層物性包括儲集層巖石的骨架性質、孔隙性、滲透性、含流體性、熱學性質、導電性、聲學性質、放射性及各種敏感性等。狹義的一般指儲層巖石的孔隙率和滲透率。

低場核磁共振如何用于儲層物性特征分析：

低場核磁共振儲層物性特征分析是利用氫原子核在外加磁場的作用下形成核磁共振現象的這一特性,測量同一樣品在不同處理階段的核磁共振信號,從而求取儲層的孔隙度、滲透率、含油飽和度、可動流體飽和度等地質參數的一項新技術。該技術克服了常規(guī)巖心分析方法成本高、測試周期長的缺點,具有用量少、速度快、成本低、獲取參數多、準確性高等優(yōu)點。在儲層物性方面采用核磁共振技術研究并應用,能夠為石油勘探提供可靠且及時的數據,對于油田開發(fā)有著重要的實際意義。

儲層物性特征評價是儲層評價和油氣資源評價的重要內容。許多石油院校、科研院所、油田單位在積極探索室內巖石物性準確測定,低場核磁共振技術不斷發(fā)展起來而且日趨完善。低場核磁共振技術分析樣品由測試巖心擴展到了巖屑以及井壁取心,且不受形狀的限制,具獲取參數多、分析速度快、精度高、可隨鉆分析、耗資低等特點,并使得在現場快速分析儲層物性得以實現,形成了一項特色的快速評價儲層物性的核磁共振技術。

低場核磁共振馳豫機理

固體表面對流體分子的作用力強弱決定了弛豫時間的大小即弛豫速度的快慢。總的來說,弛豫時間快慢由三個方面決定:巖樣固體的表面性質;巖樣內的孔隙大小;巖樣中飽和流體的流體性質和流體類型。

巖石孔隙中,三種馳豫機制控制著核磁馳豫過程,分別是表面弛豫、體積弛豫和擴散弛豫。這三種機制同時存在,若滿足快擴散條件,單個馳豫機制引起的馳豫速率的和就是總的馳豫速率。

巖石孔隙中的流體,存在于類似較大孔隙這種不受限空間時,流體內部會產生自由衰減過程,稱之為體積弛豫,也叫自由馳豫。由于孔隙空間不受限,故體積馳豫與孔隙壁無關,與溫度、流體粘度、巖石潤濕性有關,主要影響因素是孔隙中流體的性質。

巖石顆粒表面潤濕流體后,流體的擴散運動使得分子與巖石顆粒表面發(fā)生頻繁碰撞,分子與巖石表面碰撞時,分子會把核自旋的能量傳給巖石顆粒表面,于是會因自旋運動重新取向于原來磁場方向,引起縱向弛豫T1;同時,自旋相位發(fā)生不可恢復的相散,導致橫向弛豫T2的加速。這個過程就是巖石表面馳豫的作用機制。巖石表面馳豫機制與巖石膠結物的性質以及顆粒表面有關。進而反映出巖石的儲層物性特征參數。

儲層物性指什么？低場核磁共振如何用于儲層物性分析

儲層物性是油氣儲集層的物理性質。廣義上還包括儲集層巖石的骨架性質、孔隙性、滲透性、含流體性、熱學性質、導電性、聲學性質、放射性及各種敏感性等。狹義的一般指儲層巖石的孔隙率和滲透率。

低場核磁共振如何用于儲層物性分析：

低場核磁共振儲層物性分析是利用氫原子核在外加磁場的作用下形成核磁共振現象的這一特性,測量同一樣品在不同處理階段的核磁共振信號,從而求取儲層的孔隙度、滲透率、含油飽和度、可動流體飽和度等地質參數的一項新技術。該技術克服了常規(guī)巖心分析方法成本高、測試周期長的缺點,具有用量少、速度快、成本低、獲取參數多、準確性高等優(yōu)點。在儲層物性方面采用核磁共振技術研究并應用,能夠為石油勘探提供可靠且及時的數據,對于油田開發(fā)有著重要的實際意義。

儲層物性評價是儲層評價和油氣資源評價的重要內容。許多石油院校、科研院所、油田單位在積極探索室內巖石物性準確測定,低場核磁共振技術不斷發(fā)展起來而且日趨完善。低場核磁共振技術分析樣品由測試巖心擴展到了巖屑以及井壁取心,且不受形狀的限制,具獲取參數多、分析速度快、精度高、可隨鉆分析、耗資低等特點,并使得在現場快速分析儲層物性得以實現,形成了一項特色的快速評價儲層物性的核磁共振技術。

低場核磁共振馳豫機理

固體表面對流體分子的作用力強弱決定了弛豫時間的大小即弛豫速度的快慢。總的來說,弛豫時間快慢由三個方面決定:巖樣固體的表面性質;巖樣內的孔隙大小;巖樣中飽和流體的流體性質和流體類型。

巖石孔隙中,三種馳豫機制控制著核磁馳豫過程,分別是表面弛豫、體積弛豫和擴散弛豫。這三種機制同時存在,若滿足快擴散條件,單個馳豫機制引起的馳豫速率的和就是總的馳豫速率。

巖石孔隙中的流體,存在于類似較大孔隙這種不受限空間時,流體內部會產生自由衰減過程,稱之為體積弛豫,也叫自由馳豫。由于孔隙空間不受限,故體積馳豫與孔隙壁無關,與溫度、流體粘度、巖石潤濕性有關,主要影響因素是孔隙中流體的性質。

巖石顆粒表面潤濕流體后,流體的擴散運動使得分子與巖石顆粒表面發(fā)生頻繁碰撞,分子與巖石表面碰撞時,分子會把核自旋的能量傳給巖石顆粒表面,于是會因自旋運動重新取向于原來磁場方向,引起縱向弛豫T1;同時,自旋相位發(fā)生不可恢復的相散,導致橫向弛豫T2的加速。這個過程就是巖石表面馳豫的作用機制。巖石表面馳豫機制與巖石膠結物的性質以及顆粒表面有關。進而反映出巖石的儲層物性參數。

低場核磁共振橫相弛豫時間

在核磁共振現象中，弛豫是指原子核發(fā)生共振且處在高能狀態(tài)時，當射頻脈沖停止后，將迅速恢復到原來低能狀態(tài)的現象。恢復的過程即稱為弛豫過程，它是一個能量轉換過程，需要一定的時間反映了質子系統(tǒng)中質子之間和質子周圍環(huán)境之間的相互作用。

完成弛豫過程分兩步進行，即縱向磁化強度矢量Mz恢復到最初平衡狀態(tài)的M0和橫向磁化強度Mxy要衰減到零，這兩步是同時開始但獨立完成的，下面將簡單介紹低場核磁共振橫相弛豫過程和低場核磁共振橫相弛豫時間T2。

低場核磁共振橫相弛豫過程

在射頻脈沖的作用下，所有質子的相位都相同，它們都沿相同的方向排列，以相同的角速度（或角頻率）繞外磁場進動。當射頻脈沖停止后，同相位的質子彼此之間將逐漸出現相位差，即失相位。我們把質子由同相位逐漸分散zui終均勻分布，宏觀表現為其橫向磁化強度矢量Mxy從zui大（對于π/2脈沖來說，為M0）逐漸衰減為0的過程稱為橫向弛豫過程。

低場核磁共振橫相弛豫時間

低場核磁共振橫相弛豫時間又稱自旋-自旋弛豫時間，通常用Mxymax衰減63%時所需的時間，所以經過一個T2時間，Mxy還存在37%在實際工作中，一般認為Mxy經過5T2時間已基本衰減為零。下圖表示π/2脈沖之后Mxy隨時間的衰減曲線：

在MRI中，通常用橫向弛豫時間T2來描述橫向磁化強度Mxy衰減的快慢，如果T2小就說明橫向磁化強度Mxy衰減快。否則，若T2長就說明橫向磁化強度Mxy衰減慢。

在給定外磁場中，T2僅取決于組織，不同的組織由于其自旋-自旋相互作用效果不同，而這種效果取決于質子間的接近程度。由于不同組織自旋-自旋相互作用效果不同，所以不同組織的T2不同，固體中的T2比液體中的T2短的多。特別注意的是：橫向弛豫時間T2比縱向弛豫時間T1快5-10倍，也就是說在縱向磁化強度恢復到M0時，橫向磁化強度早已經衰減為零。

短纖維含油率如何測量？低場核磁共振法

為什么要測定短纖維中的含油率？

纖維所上的油劑通常是作潤滑劑或抗靜電劑使用的,但有時它也被用作纖維的殺菌劑、阻燃劑、著色劑等化學試劑的載體。油劑含量也是一個重要的質控參數,它直接決定著纖維是否能滿足其使用要求。然而,含油率不勻的情況是化纖生產過程中發(fā)生率較高的問題。含油率低的纖維容易產生靜電現象,含油率高的纖維則容易產生黏纏現象,兩種情況都會嚴重影響紡織加工的正常進行。因此,準確地測定纖維的含油率對準確把握和控制上油量具有非常重要的意義。

短纖維含油率的測試方法有哪些？

現行標準GB/T 6504- -2008 《化學纖維含油率試驗方法》規(guī)定的試驗方法有萃取法(以下稱為標準萃取法)、中性皂液洗滌法、光折射率法和核磁共振法。除此之外,中石化企業(yè)為了方便生產，開發(fā)了幾種新的試驗方法，包括快速萃取法”、原子吸收法、電導法、蒸餾水振蕩法、紫外光譜法等，其方法是針對某類產品使用的試驗方法。

短纖維含油率測試方法的原理是什么？

1、標準萃取法：標準萃取法的原理是利用油劑可溶解于特定的有機溶劑，將適當的有機溶劑通過脂肪抽出器把試樣中的油劑萃取出來，再將溶劑蒸干，稱量殘留油劑的質量及試樣質量，計算得出試樣的含油率。

2、中性皂液洗滌法：中性皂液洗滌法的原理是利用皂液與油劑相親和的性質，在洗滌力的作用下，使試樣上的油劑轉移到皂液中，再根據試樣洗滌前、后的質量變化，計算試樣的含油率。

3、光折射率法：光折射率法的原理是利用全反射臨界角的測定方法來測定未知物質的折光率，并定量地分析溶液中的某些成分，檢驗物質的純度””。

4：低場核磁共振法：核磁共振法的原理是利用核磁共振波譜法向纖維樣品發(fā)射脈沖磁場，當磁場取消時，檢測試樣的回應磁信號，由于纖維發(fā)出的信號比油劑發(fā)出的信號衰減得快，從兩者的差異上可換算出試樣的含油率。

低場核磁纖維含油率分析儀

低場核磁共振法測定短纖維含油率的優(yōu)勢在哪里？

傳統(tǒng)纖維含油率檢測方法大都采用萃取法；存在檢測時間長，檢測結果滯后，需要使用有害試劑，人工成本高，有經驗誤差等局限性。紐邁針對傳統(tǒng)方法的缺陷，開發(fā)了利用低場核磁共振測試纖維含油率的方法。

性能特點：快速、精確、無損

僅需30S–快速響應，滿足大樣品測試需求，為在線實時質量控制提供可能

國標方法–核磁共振法保證測量精確，無損、環(huán)保，可進行縱向實驗。

低場核磁共振法用于淀粉玻璃化轉變溫度研究

淀粉不僅是食品中的重要的組成成分,而且也是有用的食品工業(yè)原料,應用用途十分的廣泛。大家都知道,淀粉由直鏈淀粉和支鏈淀粉組成,直鏈淀粉為一條直鏈的結構,分子量較小,支鏈淀粉是高度分支,分子量通常較高。由于來自不同種植物的淀粉在結構,組成和分子狀態(tài)方面的差異,來自不同的來源的淀粉具備各自的使用功能。

食品的玻璃化轉變可能會引起食品的貨架壽命和質構等的改變,已成為當今的研究熱點。玻璃化轉變溫度的這個概念目前被廣泛的應用在食品科學的領域當中。玻璃化轉變是一種二級相變,物質不會放出潛熱,不發(fā)生相變,他的宏觀上在物質的物理、電學、熱及力學等其他性質上,表現出變化或者不連續(xù)性。當食品處在玻璃態(tài)時,食品的分子分散的速率就會減慢,產品的品質就會提高,然而,當食品發(fā)生了玻璃化轉變之后,它的理化性質就會發(fā)生明顯的改變。淀粉的玻璃化轉變對機械性能的影響很大,如引起淀粉的質構特性和產品老化等重要影響。因此,研究淀粉的玻璃化轉變溫度是非常重要的。

聚合物在比較低的溫度下,分子的熱運動所需要的能量就很低,只有分子中的鏈節(jié)、支鏈等比較小的運動單元可以運動,而鏈段和分子鏈處于被凍結的狀態(tài),聚合物在外界作用下只能發(fā)生微小的形變,這個時候聚合物表現出來的力學性質和玻璃相似,所以把這種狀態(tài)叫做玻璃態(tài)。聚合物發(fā)生了玻璃化轉變時的溫度稱為玻璃化轉變溫度(Tg)。當食品處在玻璃態(tài)的時候,受擴散控制的食品的品質變化的反應就會變得非常的緩慢,有的甚至不會發(fā)生。這時的食品的各個方面的性質就會非常的穩(wěn)定,對于食品的保存和新鮮程度等品質的保持就十分有利。大部分的谷物類食品是以淀粉為原料的,如小吃、焙烤食品等。面包在儲藏的過程會發(fā)生老化(硬化),嚴重影響面包的品質,淀粉結晶就是影響面包老化的重要因素。當儲藏溫度低于Tg時,淀粉就不會發(fā)生結晶,所以將面包在玻璃態(tài)時儲藏,對yi制面包老化很有效。食品中的玻璃化轉變會影響食品的貨架壽命和質構等。

低場核磁共振法測定玻璃化轉變溫度：

NMR是一種通過測定活性原子核的弛豫特性來描述分子運動特性的技術。用NMR測定玻璃化轉變溫度是基于弛豫時間(T1、T2)可以衡量玻璃化轉變時分子鏈段運動的急劇變化。與上述方法相比，NMR對所測食品樣品沒有限制，對樣品亦不具破壞性，靈敏度高，能夠快速、實時、荃芳位、定量的研究樣品。

玻璃化轉變是指非晶態(tài)的高聚物（包括晶態(tài)高聚物中的非晶體部分）從玻璃態(tài)到高彈態(tài)的轉變或者從高彈態(tài)到玻璃態(tài)的轉變。許多研究人員已經接受食品也是聚合物這一觀點并將其作為聚合物體系進行分析，聚合物玻璃化轉變的基礎是分子運動，聚合物由玻璃態(tài)轉變?yōu)橄鹉z態(tài)時，含有質子的基團運動頻率增加，這些變化可由弛豫時間T1和T2來衡量。

當聚合物處于玻璃態(tài)時，T2不隨溫度而變，表現出剛性晶格的性質，玻璃化轉變后，突破剛性晶格的限制，T2隨溫度升高而增大。繪制T2-溫度曲線，T2轉折點所對應的溫度即玻璃化轉變溫度Tg。

T2-溫度曲線和T1-溫度曲線都是由兩條近似直線的不同斜率的直線部分組成，這兩條直線的交點就看作為相轉變點，所對應的溫度就是相轉變溫度，即我們所要測定的Tg。對于“U”曲線，其zui低點，即為相轉變點，所對應溫度為Tg。

巧克力脂肪含量的測定-低場核磁共振法

巧克力是一種高熱量食品，很多人都喜歡吃巧克力，其中蛋白質含量偏低，脂肪含量偏高。雖然巧克力有不少好處，但是因為它的高熱量可導致肥胖。

巧克力中脂肪含量是衡量其質量的重要理化指標。目前，對于巧克力脂防含量測定的具體方法沒有明確的規(guī)定。不同的檢驗方法得到的檢驗結果存在差異。常用的巧克力脂防含量的測定方法有：索氏抽提法、酸水解法、低場核磁共振法等。長期的實驗工證明索氏抽提法和酸水解法對于巧克力制品中脂肪含量測定的結果與真實值相比都不甚理想。

索氏抽提法巧克力脂肪含量的測定：

索氏抽提法主要是用乙迷或石油醚等有機溶劑抽提后，蒸去溶劑所得的物質，除脂防外還含有色素、揮發(fā)油、蠟等物質，稱為粗脂肪。此外，索氏抽提法不適用于含糖量過高的食品，因為，食品中的糖分會隨著乙迷等溶劑被抽提到接收瓶中，致使測定值偏高。而巧克力制品正是含糖量較高的食品，在用索氏抽提法時會導致蕞后結果偏離真實值。一個重要的原因是巧克力制品中含有奶粉，其中的乳脂肪在抽提時不能被乙迷所溶解，這又造成結果的誤差。

酸水解法巧克力脂肪含量的測定：

酸水解法適用于加工食品和結塊的不溶性樣品，以及不易除去水分的樣品。其利用強酸破壞蛋白質，纖維素等，使脂肪游離出來，再用乙迷提取。選用此法時，強酸可以打破巧克力制品中乳脂球膜，使乳脂肪游離出來，稱之為總脂肪。但是，由于巧克力制品中含糖量較高，同樣也會影響檢驗結果。另外，酸水解法由于人為主觀因素會帶來“在吸取醚層時，因界面不清晰，導致吸得不完荃或吸出黑色水分的結果”，在蕞后揮散乙迷烘干后的蕞后測定值或多或少的偏離真實值，影響檢驗的準確度。

低場核磁共振法巧克力脂肪含量的測定：

低場核磁法是基于巧克力產品中脂肪含量與采集到的NMR信號強度成正比，通過將每克樣品的NMR信號對應于脂肪含量進行定標，即可定量未知樣品中的脂肪含量。

使用自旋回波序列進行測量，圖一是自旋回波序列與檢測到的核磁信號。在90度射頻脈沖后t1處測量了自由感應衰減（FID）NMR信號。此時信號幅度（A1）與樣品的固相和液相（基質和油分）中的H質子數成正比。180度脈沖后，檢測自旋回波信號幅度為A2，此時固相的信號已經衰減為0，A2僅為油的信號，A2與樣品的脂肪量成正比，從而進行定量測量。

使用3~6個已知脂肪含量的樣品進行定標后，未知樣品可在30秒~3分鐘鐘內完成測試。測試過程快速無損，可實現工業(yè)在線過程測試。

推薦儀器：PQ001系列低場核磁共振分析儀

低場核磁共振技術研究國產cmp研磨液

什么是cmp研磨液？

CMP 全稱為 Chemical Mechanical Polishing，即化學機械拋光。該技術是半導體晶圓制造的比備流程之一，對高精度、高性能晶圓制造至關重要。拋光液的主要成分包括研磨顆粒、PH值調節(jié)劑、氧化劑、分散劑等。從成分中我們就大概知道了拋光液是一種對分散要求很高的納米材料懸浮液，所以研磨過程中對顆粒的尺寸變化以及顆粒在懸浮液中的分散性都有著極其嚴苛的要求。

低場核磁共振技術研究國產cmp研磨液

低場核磁弛豫技術以水分子（溶劑）為探針，可以實時檢測懸浮液體系中水分子的狀態(tài)變化。

低場核磁弛豫技術可以區(qū)分出納米顆粒與溶劑的固液界面間那一層薄薄的表面溶劑分子，當顆粒尺寸或顆粒分散性發(fā)生變化時，顆粒表面的溶劑分子也會發(fā)生相應的變化。低場核磁弛豫技術可以靈敏的檢測到這這種變化狀態(tài)和變化過程，從而可以快速地評價例如拋光液以及相關懸浮液樣品的分散性和懸浮液中顆粒尺寸的變化過程。

低場核磁弛豫技術與傳統(tǒng)氮氣吸附法有哪些差異？

在低場核磁弛豫技術還未應用于拋光液領域之前，蕞常用的方法是用氮氣吸附法來表征顆粒的比表面積。但是在實際的研發(fā)與生產過程中，研究人員發(fā)現就算氮氣吸附法表征的研磨顆粒的比表面積非常穩(wěn)定，拋光過程中還是會發(fā)生拋光液性能不穩(wěn)定的情況。而這種情況很可能是研磨顆粒在溶劑體系中發(fā)生了團聚，進而發(fā)生了尺寸上的變化而導致蕞終研磨性能的問題。低場核磁弛豫技術可直接用于研磨液原液的分散性檢測，可以快速評價懸浮液體系的分散性而被廣泛應用于CMP拋光液的研發(fā)與生產控制中。

低場核磁弛豫技術還能用于哪些領域？

低場核磁弛豫技術除了用于半導體CMP拋光液，還可以用于國家正大力扶持的新能源電池漿料，光伏產業(yè)的導電銀漿，石墨烯漿料，電子漿料等新材料領域。這些方向都非常適合采用低場核磁弛豫技術來研究其原液的分散性、穩(wěn)定性。