CO2混相驱物性特征-低场核磁共振驱替装置

储层物性特征有哪些？低场核磁共振显身手

储层物性是油气储集层的物理性质。储层物性特征有哪些？广义上储层物性包括储集层岩石的骨架性质、孔隙性、渗透性、含流体性、热学性质、导电性、声学性质、放射性及各种敏感性等。狭义的一般指储层岩石的孔隙率和渗透率。

低场核磁共振如何用于储层物性特征分析：

低场核磁共振储层物性特征分析是利用氢原子核在外加磁场的作用下形成核磁共振现象的这一特性,测量同一样品在不同处理阶段的核磁共振信号,从而求取储层的孔隙度、渗透率、含油饱和度、可动流体饱和度等地质参数的一项新技术。该技术克服了常规岩心分析方法成本高、测试周期长的缺点,具有用量少、速度快、成本低、获取参数多、准确性高等优点。在储层物性方面采用核磁共振技术研究并应用,能够为石油勘探提供可靠且及时的数据,对于油田开发有着重要的实际意义。

储层物性特征评价是储层评价和油气资源评价的重要内容。许多石油院校、科研院所、油田单位在积极探索室内岩石物性准确测定,低场核磁共振技术不断发展起来而且日趋完善。低场核磁共振技术分析样品由测试岩心扩展到了岩屑以及井壁取心,且不受形状的限制,具获取参数多、分析速度快、精度高、可随钻分析、耗资低等特点,并使得在现场快速分析储层物性得以实现,形成了一项特色的快速评价储层物性的核磁共振技术。

低场核磁共振驰豫机理

固体表面对流体分子的作用力强弱决定了弛豫时间的大小即弛豫速度的快慢。总的来说,弛豫时间快慢由三个方面决定:岩样固体的表面性质;岩样内的孔隙大小;岩样中饱和流体的流体性质和流体类型。

岩石孔隙中,三种驰豫机制控制着核磁驰豫过程,分别是表面弛豫、体积弛豫和扩散弛豫。这三种机制同时存在,若满足快扩散条件,单个驰豫机制引起的驰豫速率的和就是总的驰豫速率。

岩石孔隙中的流体,存在于类似较大孔隙这种不受限空间时,流体内部会产生自由衰减过程,称之为体积弛豫,也叫自由驰豫。由于孔隙空间不受限,故体积驰豫与孔隙壁无关,与温度、流体粘度、岩石润湿性有关,主要影响因素是孔隙中流体的性质。

岩石颗粒表面润湿流体后,流体的扩散运动使得分子与岩石颗粒表面发生频繁碰撞,分子与岩石表面碰撞时,分子会把核自旋的能量传给岩石颗粒表面,于是会因自旋运动重新取向于原来磁场方向,引起纵向弛豫T1;同时,自旋相位发生不可恢复的相散,导致横向弛豫T2的加速。这个过程就是岩石表面驰豫的作用机制。岩石表面驰豫机制与岩石胶结物的性质以及颗粒表面有关。进而反映出岩石的储层物性特征参数。

储层物性指什么？低场核磁共振如何用于储层物性分析

储层物性是油气储集层的物理性质。广义上还包括储集层岩石的骨架性质、孔隙性、渗透性、含流体性、热学性质、导电性、声学性质、放射性及各种敏感性等。狭义的一般指储层岩石的孔隙率和渗透率。

低场核磁共振如何用于储层物性分析：

低场核磁共振储层物性分析是利用氢原子核在外加磁场的作用下形成核磁共振现象的这一特性,测量同一样品在不同处理阶段的核磁共振信号,从而求取储层的孔隙度、渗透率、含油饱和度、可动流体饱和度等地质参数的一项新技术。该技术克服了常规岩心分析方法成本高、测试周期长的缺点,具有用量少、速度快、成本低、获取参数多、准确性高等优点。在储层物性方面采用核磁共振技术研究并应用,能够为石油勘探提供可靠且及时的数据,对于油田开发有着重要的实际意义。

储层物性评价是储层评价和油气资源评价的重要内容。许多石油院校、科研院所、油田单位在积极探索室内岩石物性准确测定,低场核磁共振技术不断发展起来而且日趋完善。低场核磁共振技术分析样品由测试岩心扩展到了岩屑以及井壁取心,且不受形状的限制,具获取参数多、分析速度快、精度高、可随钻分析、耗资低等特点,并使得在现场快速分析储层物性得以实现,形成了一项特色的快速评价储层物性的核磁共振技术。

低场核磁共振驰豫机理

固体表面对流体分子的作用力强弱决定了弛豫时间的大小即弛豫速度的快慢。总的来说,弛豫时间快慢由三个方面决定:岩样固体的表面性质;岩样内的孔隙大小;岩样中饱和流体的流体性质和流体类型。

岩石孔隙中,三种驰豫机制控制着核磁驰豫过程,分别是表面弛豫、体积弛豫和扩散弛豫。这三种机制同时存在,若满足快扩散条件,单个驰豫机制引起的驰豫速率的和就是总的驰豫速率。

岩石孔隙中的流体,存在于类似较大孔隙这种不受限空间时,流体内部会产生自由衰减过程,称之为体积弛豫,也叫自由驰豫。由于孔隙空间不受限,故体积驰豫与孔隙壁无关,与温度、流体粘度、岩石润湿性有关,主要影响因素是孔隙中流体的性质。

岩石颗粒表面润湿流体后,流体的扩散运动使得分子与岩石颗粒表面发生频繁碰撞,分子与岩石表面碰撞时,分子会把核自旋的能量传给岩石颗粒表面,于是会因自旋运动重新取向于原来磁场方向,引起纵向弛豫T1;同时,自旋相位发生不可恢复的相散,导致横向弛豫T2的加速。这个过程就是岩石表面驰豫的作用机制。岩石表面驰豫机制与岩石胶结物的性质以及颗粒表面有关。进而反映出岩石的储层物性参数。

低场核磁共振横相弛豫时间

在核磁共振现象中，弛豫是指原子核发生共振且处在高能状态时，当射频脉冲停止后，将迅速恢复到原来低能状态的现象。恢复的过程即称为弛豫过程，它是一个能量转换过程，需要一定的时间反映了质子系统中质子之间和质子周围环境之间的相互作用。

完成弛豫过程分两步进行，即纵向磁化强度矢量Mz恢复到最初平衡状态的M0和横向磁化强度Mxy要衰减到零，这两步是同时开始但独立完成的，下面将简单介绍低场核磁共振横相弛豫过程和低场核磁共振横相弛豫时间T2。

低场核磁共振横相弛豫过程

在射频脉冲的作用下，所有质子的相位都相同，它们都沿相同的方向排列，以相同的角速度（或角频率）绕外磁场进动。当射频脉冲停止后，同相位的质子彼此之间将逐渐出现相位差，即失相位。我们把质子由同相位逐渐分散zui终均匀分布，宏观表现为其横向磁化强度矢量Mxy从zui大（对于π/2脉冲来说，为M0）逐渐衰减为0的过程称为横向弛豫过程。

低场核磁共振横相弛豫时间

低场核磁共振横相弛豫时间又称自旋-自旋弛豫时间，通常用Mxymax衰减63%时所需的时间，所以经过一个T2时间，Mxy还存在37%在实际工作中，一般认为Mxy经过5T2时间已基本衰减为零。下图表示π/2脉冲之后Mxy随时间的衰减曲线：

在MRI中，通常用横向弛豫时间T2来描述横向磁化强度Mxy衰减的快慢，如果T2小就说明横向磁化强度Mxy衰减快。否则，若T2长就说明横向磁化强度Mxy衰减慢。

在给定外磁场中，T2仅取决于组织，不同的组织由于其自旋-自旋相互作用效果不同，而这种效果取决于质子间的接近程度。由于不同组织自旋-自旋相互作用效果不同，所以不同组织的T2不同，固体中的T2比液体中的T2短的多。特别注意的是：横向弛豫时间T2比纵向弛豫时间T1快5-10倍，也就是说在纵向磁化强度恢复到M0时，横向磁化强度早已经衰减为零。

岩心驱替可视化系统

随着水驱开发的进行，国内大多数油田皆已进入高含水、高采出程度的“双高”阶段，针对二次采油未能采出的未波及区的剩余油和波及区的残余油，认识剩余油为油田二次采油及三次采油提供重要依据尤为重要。

剩余油分布是指剩余油在地层中的分布情况，影响剩余油分布的因素众多，主要受静态储层(地质的)和动态注采状况(开发的)双重因素的影响。静态储层因素是根本的、内在的因素，注采状况(开发条件)是影响剩余油分布的外部因素。

岩心驱替核磁共振原理

基于核磁对氢信号优秀的捕捉能力，在油气藏储层研究中，发挥了巨大的作用。搭配多场耦合配件，可以模拟地层真实高温高压环境，岩心（水驱油核磁共振实验、水驱剩余油分布实验、微观驱替实验、多相驱替实验）不同尺寸孔隙中的油水信号在核磁T2谱中对应的弛豫时间不同，随着驱替实验（水驱油核磁共振实验、水驱剩余油分布实验、微观驱替实验、多相驱替实验）的进行，核磁T2谱随着岩心内部油水相态（多相驱替）的变化而发生变化，可以用定量来研究地层的油气开采过程。同时基于核磁成像功能，可以实现对整个驱替过程（水驱油核磁共振实验、水驱剩余油分布实验、微观驱替实验、多相驱替实验）的各个阶段进行成像，生动形象的观察动态变化。实现驱替过程（水驱油核磁共振实验、水驱剩余油分布实验、微观驱替实验、多相驱替实验）中油水变化的可视化。

岩心驱替可视化系统框架图

岩心驱替可视化系统

MacroMR高温高压岩心驱替可视化系统能够结合传统的外围驱替系统，实现模拟地层高温高压环境，对岩心进行全过程可视化驱替研究，可视化可以定性的评价岩心驱替情况，通过谱图变化可定量计算出驱替量的多少；可以任意层面、多角度对岩心进行无损切片选层观测和分析；

岩心驱替可视化系统