巖心聚合物驅動態監測低場核磁技術

什么是聚合物驅

聚合物驅是指向地層中注入聚合物進行驅油的一種增產措施。在宏觀上，它主要靠增加驅替液粘度，降低驅替液和被驅替液的流度比，從而擴大波及體積；在微觀上，聚合物由于其固有的粘彈性，在流動過程中產生對油膜或油滴的拉伸作用，增加了攜帶力，提高了微觀洗油效率。

聚合物驅技術由于其機理比較清楚、技術相對簡單，世界各國開展研究比較早，美國于五十年代末、六十年代初開展了室內研究，1964年進行了礦場試驗。1970年以來，前蘇聯、加拿大、英國、法國、羅馬尼亞和德國等國家都迅速開展了聚合物驅礦場試驗。從20世紀60年代至今，荃世界有200多個油田或區塊進行了聚合物驅試驗。聚合物驅是在注入水中加入少量水溶性高分子聚合物，通過增加水相粘度和降低水相滲透率來改善流度比、提高波及系數，從而提高原油采油率。

聚合物驅油是一種較為經濟的強化采油方法。一般認為,聚合物的主要作用是增加水相粘度,及因聚合物滯留引起滲透率下降.從而導致驅替液在油層中的流度明顯降低。核磁共振成像研究結果表明聚合物驅油可以提高孔隙利用系數,從而提高驅油效果。研究還表明聚合物溶液的粘彈性對提高驅油效果也有一定的作用。

低場核磁技術簡介

低場核磁共振技術主要檢測為H質子，也可以用于F信號測試。含H樣品經過特定頻率的射頻激勵后，產生核磁共振信號。H核磁共振信號對應有T1、T2兩個主要參數，通過測試T1、T2弛豫時間并進行建模，可用于石油勘探、巖土、能源等多方面研究。

低場核磁巖心聚合物驅動態監測原理與裝置

在線核磁共振成像技術通過核磁共振成像掃描儀使用強磁場、電場梯度掃描待測試樣信號,在石油勘探開發行業中,常用于分析儲層流體的弛豫時間對儲層中的油水分布進行成像。核磁共振測試信號來自氫原子,氫原子越多則信號就越強,然而,由于水及原油中均有氫原子,難以區分水相和油相的信號。由于氟油無氫原子,故選用氟油替代原油進行實驗,使所測信號均為水相。由于實驗中僅水相存在氫原子,故巖心中的剩余油飽和度與核磁共振T2譜信號相關,因此可以通過分析核磁共振T2譜弛豫時間來計算水驅、聚合物驅后剩余油分布的變化并進行對比分析。

巖心注聚合物驅油實驗低場核磁技術

什么是聚合物驅油

聚合物驅油是指向地層中注入聚合物進行驅油的一種增產措施。在宏觀上，它主要靠增加驅替液粘度，降低驅替液和被驅替液的流度比，從而擴大波及體積；在微觀上，聚合物由于其固有的粘彈性，在流動過程中產生對油膜或油滴的拉伸作用，增加了攜帶力，提高了微觀洗油效率。

聚合物驅油技術由于其機理比較清楚、技術相對簡單，世界各國開展研究比較早，美國于五十年代末、六十年代初開展了室內研究，1964年進行了礦場試驗。1970年以來，前蘇聯、加拿大、英國、法國、羅馬尼亞和德國等國家都迅速開展了聚合物驅礦場試驗。從20世紀60年代至今，荃世界有200多個油田或區塊進行了聚合物驅試驗。聚合物驅是在注入水中加入少量水溶性高分子聚合物，通過增加水相粘度和降低水相滲透率來改善流度比、提高波及系數，從而提高原油采油率。

注聚合物驅油實驗是一種較為經濟的強化采油方法。一般認為,聚合物的主要作用是增加水相粘度,及因聚合物滯留5I起滲透率下降.從而導致驅替液在油層中的流度明顯降低。核磁共振成像研究結果表明聚合物驅油可以提高孔隙利用系數,從而提高驅油效果。研究還表明聚合物溶液的粘彈性對提高驅油效果也有一定的作用。

低場核磁技術簡介

低場核磁共振技術主要檢測為H質子，也可以用于F信號測試。含H樣品經過特定頻率的射頻激勵后，產生核磁共振信號。H核磁共振信號對應有T1、T2兩個主要參數，通過測試T1、T2弛豫時間并進行建模，可用于石油勘探、巖土、能源等多方面研究。

巖心注聚合物驅油實驗低場核磁技術原理與裝置

在線核磁共振成像技術通過核磁共振成像掃描儀使用強磁場、電場梯度掃描待測試樣信號,在石油勘探開發行業中,常用于分析儲層流體的弛豫時間對儲層中的油水分布進行成像。核磁共振測試信號來自氫原子,氫原子越多則信號就越強,然而,由于水及原油中均有氫原子,難以區分水相和油相的信號。由于氟油無氫原子,故選用氟油替代原油進行實驗,使所測信號均為水相。由于實驗中僅水相存在氫原子,故巖心中的剩余油飽和度與核磁共振T2譜信號相關,因此可以通過分析核磁共振T2譜弛豫時間來計算水驅、聚合物驅后剩余油分布的變化并進行對比分析。

低場核磁驅替實驗裝置

水驅剩余油分布-低場核磁技術

隨著水驅開發的進行，國內大多數油田皆已進入高含水、高采出程度的“雙高”階段，針對二次采油未能采出的未波及區的剩余油和波及區的殘余油，認識剩余油為油田二次采油及三次采油提供重要依據尤為重要。

剩余油分布是指剩余油在地層中的分布情況，影響剩余油分布的因素眾多，主要受靜態儲層(地質的)和動態注采狀況(開發的)雙重因素的影響。靜態儲層因素是根本的、內在的因素，注采狀況(開發條件)是影響剩余油分布的外部因素。

水驅剩余油分布-低場核磁技術

基于核磁對氫信號優秀的捕捉能力，在油氣藏儲層研究中，發揮了巨大的作用。搭配多場耦合配件，可以模擬地層真實高溫高壓環境，巖心（水驅油核磁共振實驗、水驅剩余油分布實驗、微觀驅替實驗、多相驅替實驗）不同尺寸孔隙中的油水信號在核磁T2譜中對應的弛豫時間不同，隨著驅替實驗（水驅油核磁共振實驗、水驅剩余油分布實驗、微觀驅替實驗、多相驅替實驗）的進行，核磁T2譜隨著巖心內部油水相態（多相驅替）的變化而發生變化，可以用定量來研究地層的油氣開采過程。同時基于核磁成像功能，可以實現對整個驅替過程（水驅油核磁共振實驗、水驅剩余油分布實驗、微觀驅替實驗、多相驅替實驗）的各個階段進行成像，生動形象的觀察動態變化。實現驅替過程（水驅油核磁共振實驗、水驅剩余油分布實驗、微觀驅替實驗、多相驅替實驗）中油水變化的可視化。

水驅剩余油分布-低場核磁儀器

MacroMR高溫高壓巖心驅替可視化系統能夠結合傳統的外圍驅替系統，實現模擬地層高溫高壓環境，對巖心進行全過程可視化驅替研究，可視化可以定性的評價巖心驅替情況，通過譜圖變化可定量計算出驅替量的多少；可以任意層面、多角度對巖心進行無損切片選層觀測和分析；

低場核磁反演技術

無論是低場核磁縱向弛豫還是低場核磁橫向弛豫，對于決大多數樣品來說，低場核磁弛豫信號都可以用多指數函數來表達。通常情況下，分別利用CPMG實驗和IR實驗來檢測樣品的橫向弛豫過程和縱向弛豫過程，低場核磁弛豫信號的數學表達式如公式(1)和公式(2)所示：

其中fi表示樣品中第i種成分的信號強度，總信號的大小是所有成分產生信號大小的總和，T2i和T1i表示樣品中第i種成分的橫向弛豫時間和縱向弛豫時間。

低場核磁反演技術：

弛豫信號反演的目標是通過上面的公式(1)、公式(2)來計算樣品中的每個值(或者稱為樣品中質子分布的密度函數，也稱為T1分布或T2分布)。下面采用矩陣的形式重新改寫上述數學表達式：

Y=A * F

低場核磁反演技術實例：

以多組分T2反演為例，如下圖，左邊是回波串，右邊是反演結果（T2分布）。下式表示每一個回波的等式系統。一般物質的T2分布是一個連續函數，但是為簡化反演，計算使用一個多指數模型，并假定T2分布包含有m個獨立的弛豫時間T2i，對應的幅值分量為fi。T2i的值是預先選定的（如0.5ms，1ms，2ms，4ms，8ms，16ms，32ms，64ms，128ms，256ms，512ms，…）。反演的過程主要是確定每個分布的孔隙度分量.

低場核磁反演技術（T2分布）

定組分反演和二維反演在原理上和多組分反演都是一致的，是一個設置模型不斷尋優的過程。不同的方法間，模型函數和尋優方法會有稍許不同。

低場核磁技術用于橡膠老化研究

橡膠老化現象

由于橡膠制品的使用越來越頻繁，橡膠產品在多數人的印象中是性能優異且各方面使用體驗都很好，許多老客戶也慢慢感覺到橡膠制品老化的現象，橡膠制品為什么會出現老化現象。

橡膠產品為什么會出現老化？

橡膠樹脂的粘合性比許多橡膠都要高，但橡膠同其它橡膠一樣，也會發生老化現象，由于內部分子鏈斷裂，使橡膠的性能發生了很大的變化。對于橡塑制品來說，橡膠產品危害蕞大的就是紫外線，紫外線會直接導致橡膠分子鏈的斷裂，這是因為橡膠制品可吸收光能使橡膠內產生自由分子。

橡膠產品老化的原因主要有以下三點：

1. 經常有高溫或高溫環境。高溫度會加速橡膠材料的氧化環境，從而導致老化。

2. 化學因素。歸根結底，橡膠材料是一種化學物質，有些化學因素會加速其老化。

3. 臭氧。硅材料很怕臭氧，會使橡膠制品的性能迅速下降，老化得很快。

橡膠老化的試驗方法：

橡膠老化是橡膠性能受損的主要原因之一。由于產品的配方和使用條件各異，老化歷程快慢不一，所以，需要通過檢測技術對橡膠樣品進行測試，以評定橡膠老化的程度及其對性能的影響。低場核磁技術可用于橡膠老化檢測。

低場核磁技術研究橡膠老化基本原理：

紐邁VTMR系列低場核磁共振分析儀

低場核磁共振技術是通過測定恒定磁場強度下樣品中1H的弛豫時間,從而獲得分子結構動態信息的方法。其基本原理是通過施加射頻脈沖給予處于恒定磁場中的樣品,使氫質子發生共振,質子所吸收的射頻波能量以非輻射的方式釋放后返回到基態,此過程被稱為弛豫過程。弛豫又可分為橫向弛豫和縱向弛豫,樣品內部氫質子所處物理化學環境及存在狀態決定了弛豫時間的長短。從物理機制上,核磁弛豫過程是自旋氫原子核與環境之間通過相互作用進行能量交換的過程。核磁共振是自旋不為零的原子在靜磁場中被磁化后,與特定射頻場產生共振吸收現象,吸收射頻脈沖能量后自旋核與周圍物質相互作用,釋放能量,并恢復初始狀態過程。

橡膠老化是交聯體系發生變化的綜合過程,核磁共振的弛豫機制對這種變化具有高敏感性,其主要表現為橫向弛豫時間T2隨反應時間延長的規律性變化。因此通過研究老化過程中橡膠樣品的弛豫時間變化規律及其與老化性能的關系,就可以間接評估橡膠老化的特性。

結合膠含量測試-低場核磁技術

什么是結合膠？

在混煉過程中，橡膠大分子會與活性填料（如炭黑粒子）的表面產生化學和物理的牢固結合，使一部分橡膠結合在炭黑粒子的表面，成為不能溶解于有機溶劑的橡膠，叫結合膠。

結合膠的生成有助于炭黑附聚體在混煉過程中發生破碎和分散均勻，但在混煉過程的初期，即炭黑-橡膠團塊破碎和分散以前，過早地生成過多的結合像膠，由于它包覆在炭黑附聚體外面形成了硬度較大的硬膜，反而會使這種高濃度炭黑-橡膠團塊難于進一步破碎和分散。所以對于不飽和度高的二烯類橡膠，尤其是天然橡膠，混煉過程初期應嚴格控制混煉條件，盡量避免混煉溫度過分升高，以使炭黑與橡膠之間只發生有限的結合。

結合膠含量的測定一直都是行業難題,傳統的化學法測試精度低、受人為主觀因素較大。在核磁法中,由于彈性體材料弛豫衰減曲線隨樣品內部組分狀態的改變而改變,通過核磁弛豫技術可快速無損獲得結合膠含量。

低場核磁技術

結合膠含量測試低場核磁技術的基本原理：

彈性體材料弛豫衰減曲線隨樣品內部組分狀態的改變而改變。核磁法利用彈性體材料內不同的組分其弛豫時間不同這一原理,實現結合膠含量測試的目的。

結合膠含量測試低場核磁技術的基本原理

結合膠含量測低場核磁技術對樣品的要求：

低場核磁技術對測試樣品形狀、顏色無要求，只有能放進檢測探頭即可。利用低場核磁技術可快速測得結合膠含量。

丁苯橡膠含量測試方法-低場核磁技術

丁苯橡膠又稱聚苯乙烯丁二烯共聚物。其物理機構性能，加工性能及制品的使用性能接近于天然橡膠，有些性能如耐磨、耐熱、耐老化及硫化速度較天然橡膠更為優良，可與天然橡膠及多種合成橡膠并用，廣泛用于輪胎、膠帶、膠管、電線電纜、醫療器具及各種橡膠制品的生產等領域，是最大的通用合成橡膠品種，也是zui早實現工業化生產的橡膠品種之一。

丁苯橡膠含量測試方法-低場核磁技術

按聚合工藝，丁苯橡膠分為乳聚丁苯橡膠（ESBR）和溶聚丁苯橡膠（SSBR）。與溶聚丁苯橡膠工藝相比，乳聚丁苯橡膠工藝在節約成本方面更占優勢，quan球丁苯橡膠裝置約有75%的產能是以乳聚丁苯橡膠工藝為基礎的。乳聚丁苯橡膠具有良好的綜合性能，工藝成熟，應用廣泛，產能、產量和消費量在丁苯橡膠中均占首位。充油丁苯橡膠具有加工性能好、生熱低、低溫屈撓性好等優點，用于胎面橡膠時具有優異的牽引性能和耐磨性，充油后橡膠可塑性增強，易于混煉，同時可降低成本，提高產量。目前，世界上充油丁苯橡膠約占丁苯橡膠總產量的50-60%。

SBR是一種耗量蕞大的通用橡膠，應用廣泛，除要求耐油、耐熱、耐特種介質等特殊情況外的一般場合均可使用。主要用于輪胎工業，另外還用于運輸帶的覆蓋膠，輸水膠管，膠鞋大底，膠輥，防水橡膠制品，膠布制品、微孔海綿制品、防震制品等。

橡膠含量測試，低場核磁法原理：

基質的核磁信號衰減非常快，一般在十微秒內衰減為零。而橡膠填料的核磁信號衰減要慢的多，通常信號可以持續幾十或幾百毫秒。因此，通過對NMR信號進行適當的采樣，可以只獲取橡膠的核磁信號，從而進行定量測量，圖為90度脈沖后檢測到的自由感應衰減（FID）信號。在測試之前，根據確定的標準曲線，確定核磁信號強度與橡膠含量的關系，可在30秒—2分鐘內測得橡膠含量。

硫磺油含量低場核磁檢測技術

硫磺的生產過程中，根據產品質量和特性要求會添加一定量的油，以提升產品性能以及方便生產和加工。為確保產品質量穩定，需要準確，快速進行硫磺油含量測量。 低場核磁檢測技術可快速完成硫磺油含量測量，制樣過程非常簡單，可實現工業生產過程中的質量檢測和質量控制。

硫磺油含量的傳統測試方法：

硫磺油含量的傳統方法是使用溶劑萃取法，該方法檢測過程復雜，耗時長，需要有專業技術人員進行操作，人為誤差較大，此外，萃取液屬于有毒試劑，對操作人員健康和安全存在危害，該方法在工業中越來越難以接受。

硫磺油含量低場核磁檢測技術的基本原理：

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）與樣品的兩個液相（水分和油分）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，此時水的信號已經衰減為0，A2僅為油的信號。

使用已知硫磺油含量的樣品進行定標后，即可測試未知樣品的硫磺油含量。低場核磁檢測技術測試速度快，可在30秒~3分鐘鐘內完成測試。測試過程快速無損，可實現工業在線過程測試。