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(zhì)。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(zhì)、孔隙性、滲透性、含流體性、熱學(xué)性質(zhì)、導(dǎo)電性、聲學(xué)性質(zhì)、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(xiàn)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(dòng)流體飽和度等地質(zhì)參數(shù)的一項(xiàng)新技術(shù)。該技術(shù)克服了常規(guī)巖心分析方法成本高、測試周期長的缺點(diǎn),具有用量少、速度快、成本低、獲取參數(shù)多、準(zhǔn)確性高等優(yōu)點(diǎn)。在儲層物性方面采用核磁共振技術(shù)研究并應(yīng)用,能夠?yàn)槭涂碧教峁┛煽壳壹皶r(shí)的數(shù)據(jù),對于油田開發(fā)有著重要的實(shí)際意義。

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

低場核磁共振馳豫機(jī)理

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

巖石孔隙中,三種馳豫機(jī)制控制著核磁馳豫過程,分別是表面弛豫、體積弛豫和擴(kuò)散弛豫。這三種機(jī)制同時(shí)存在,若滿足快擴(kuò)散條件,單個(gè)馳豫機(jī)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(shí),流體內(nèi)部會產(chǎn)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(guān),與溫度、流體粘度、巖石潤濕性有關(guān),主要影響因素是孔隙中流體的性質(zhì)。

巖石顆粒表面潤濕流體后,流體的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)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(shí),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(yùn)動(dòng)重新取向于原來磁場方向,引起縱向弛豫T1;同時(shí),自旋相位發(fā)生不可恢復(fù)的相散,導(dǎo)致橫向弛豫T2的加速。這個(gè)過程就是巖石表面馳豫的作用機(jī)制。巖石表面馳豫機(jī)制與巖石膠結(jié)物的性質(zhì)以及顆粒表面有關(guān)。進(jìn)而反映出巖石的儲層物性特征參數(shù)。

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(zhì)。廣義上還包括儲集層巖石的骨架性質(zhì)、孔隙性、滲透性、含流體性、熱學(xué)性質(zhì)、導(dǎo)電性、聲學(xué)性質(zhì)、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(xiàn)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(dòng)流體飽和度等地質(zhì)參數(shù)的一項(xiàng)新技術(shù)。該技術(shù)克服了常規(guī)巖心分析方法成本高、測試周期長的缺點(diǎn),具有用量少、速度快、成本低、獲取參數(shù)多、準(zhǔn)確性高等優(yōu)點(diǎn)。在儲層物性方面采用核磁共振技術(shù)研究并應(yīng)用,能夠?yàn)槭涂碧教峁┛煽壳壹皶r(shí)的數(shù)據(jù),對于油田開發(fā)有著重要的實(shí)際意義。

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

低場核磁共振馳豫機(jī)理

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

巖石孔隙中,三種馳豫機(jī)制控制著核磁馳豫過程,分別是表面弛豫、體積弛豫和擴(kuò)散弛豫。這三種機(jī)制同時(shí)存在,若滿足快擴(kuò)散條件,單個(gè)馳豫機(jī)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(shí),流體內(nèi)部會產(chǎn)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(guān),與溫度、流體粘度、巖石潤濕性有關(guān),主要影響因素是孔隙中流體的性質(zhì)。

巖石顆粒表面潤濕流體后,流體的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)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(shí),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(yùn)動(dòng)重新取向于原來磁場方向,引起縱向弛豫T1;同時(shí),自旋相位發(fā)生不可恢復(fù)的相散,導(dǎo)致橫向弛豫T2的加速。這個(gè)過程就是巖石表面馳豫的作用機(jī)制。巖石表面馳豫機(jī)制與巖石膠結(jié)物的性質(zhì)以及顆粒表面有關(guān)。進(jìn)而反映出巖石的儲層物性參數(shù)。

低場核磁共振橫相弛豫時(shí)間

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

完成弛豫過程分兩步進(jìn)行，即縱向磁化強(qiáng)度矢量Mz恢復(fù)到最初平衡狀態(tài)的M0和橫向磁化強(qiáng)度Mxy要衰減到零，這兩步是同時(shí)開始但獨(dú)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(shí)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(zhì)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(jìn)動(dòng)。當(dāng)射頻脈沖停止后，同相位的質(zhì)子彼此之間將逐漸出現(xiàn)相位差，即失相位。我們把質(zhì)子由同相位逐漸分散zui終均勻分布，宏觀表現(xiàn)為其橫向磁化強(qiáng)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(shí)間

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

在MRI中，通常用橫向弛豫時(shí)間T2來描述橫向磁化強(qiáng)度Mxy衰減的快慢，如果T2小就說明橫向磁化強(qiáng)度Mxy衰減快。否則，若T2長就說明橫向磁化強(qiáng)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(zhì)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(shí)間T2比縱向弛豫時(shí)間T1快5-10倍，也就是說在縱向磁化強(qiáng)度恢復(fù)到M0時(shí)，橫向磁化強(qiáng)度早已經(jīng)衰減為零。

巖心驅(qū)替可視化系統(tǒng)

隨著水驅(qū)開發(fā)的進(jìn)行，國內(nèi)大多數(shù)油田皆已進(jìn)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(qū)的剩余油和波及區(qū)的殘余油，認(rèn)識剩余油為油田二次采油及三次采油提供重要依據(jù)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(tài)儲層(地質(zhì)的)和動(dòng)態(tài)注采狀況(開發(fā)的)雙重因素的影響。靜態(tài)儲層因素是根本的、內(nèi)在的因素，注采狀況(開發(fā)條件)是影響剩余油分布的外部因素。

巖心驅(qū)替核磁共振原理

基于核磁對氫信號優(yōu)秀的捕捉能力，在油氣藏儲層研究中，發(fā)揮了巨大的作用。搭配多場耦合配件，可以模擬地層真實(shí)高溫高壓環(huán)境，巖心（水驅(qū)油核磁共振實(shí)驗(yàn)、水驅(qū)剩余油分布實(shí)驗(yàn)、微觀驅(qū)替實(shí)驗(yàn)、多相驅(qū)替實(shí)驗(yàn)）不同尺寸孔隙中的油水信號在核磁T2譜中對應(yīng)的弛豫時(shí)間不同，隨著驅(qū)替實(shí)驗(yàn)（水驅(qū)油核磁共振實(shí)驗(yàn)、水驅(qū)剩余油分布實(shí)驗(yàn)、微觀驅(qū)替實(shí)驗(yàn)、多相驅(qū)替實(shí)驗(yàn)）的進(jìn)行，核磁T2譜隨著巖心內(nèi)部油水相態(tài)（多相驅(qū)替）的變化而發(fā)生變化，可以用定量來研究地層的油氣開采過程。同時(shí)基于核磁成像功能，可以實(shí)現(xiàn)對整個(gè)驅(qū)替過程（水驅(qū)油核磁共振實(shí)驗(yàn)、水驅(qū)剩余油分布實(shí)驗(yàn)、微觀驅(qū)替實(shí)驗(yàn)、多相驅(qū)替實(shí)驗(yàn)）的各個(gè)階段進(jìn)行成像，生動(dòng)形象的觀察動(dòng)態(tài)變化。實(shí)現(xiàn)驅(qū)替過程（水驅(qū)油核磁共振實(shí)驗(yàn)、水驅(qū)剩余油分布實(shí)驗(yàn)、微觀驅(qū)替實(shí)驗(yàn)、多相驅(qū)替實(shí)驗(yàn)）中油水變化的可視化。

巖心驅(qū)替可視化系統(tǒng)框架圖

巖心驅(qū)替可視化系統(tǒng)

MacroMR高溫高壓巖心驅(qū)替可視化系統(tǒng)能夠結(jié)合傳統(tǒng)的外圍驅(qū)替系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)模擬地層高溫高壓環(huán)境，對巖心進(jìn)行全過程可視化驅(qū)替研究，可視化可以定性的評價(jià)巖心驅(qū)替情況，通過譜圖變化可定量計(jì)算出驅(qū)替量的多少；可以任意層面、多角度對巖心進(jìn)行無損切片選層觀測和分析；

巖心驅(qū)替可視化系統(tǒng)