低场核磁共振T1-T2技术在流体类型识别中的研究

随着我国油气勘探开发技术的不断进步和勘探领域的迅速发挥，复杂储层所占的比例越来越大。特别是《“十四五”能源领域科技创新规划》指出需要切实增强油气供应能力，加强科技创新合作。油气勘探开发进一步走向精细化、集成化，形成了多学科协同研究的综合勘探开发体系。从目前看来，核磁共振分析技术是当前唯一能在各类测试现场快速、准确评价储层物性、孔隙结构及流体识别的一项高新技术。它不仅打破了录井长期不能定量、快速评价储层物性的局面，还突破了不能快速有效评价流体分布状态的瓶颈，包括了流体的性质，油、气、水的含量。最近二维核磁的突破发展，使得油水区分以及含油量的估算更加准确有效^[1]。

一、常见的流体类型。

在利用核磁共振研究多孔介质的岩石物理性质时，重要的流体类型有油、气和水。水的矿化度范围可以从纯水到饱和盐水，由于水中离子的存在，以及存在孔隙的大小影响其运动，在核磁中弛豫时间的表现跨度会非常大。气指的是自由气，一般是指甲烷，也就是气体状态，不考虑溶解在油中的气。油可以是脱气原油或含气原油，由于原油成分复杂，粘度跨越尺度大，在核磁弛豫时间的表现跨度也会较大。气和油一般来对地层岩石来说都是非润湿相，孔隙尺寸这个因素对核磁信号影响较小，这点有别于水^[2]。

二、T1-T2技术在流体类型识别中的研究机理。

通常情况下，油、气、水等流体在没有外部束缚的自然状态下，其 T1／T2 值为 1 ；在地层条件下，油、气、水赋存于地层孔隙内，受到地层孔隙空间的约束，其测量到的 T1 和 T2 值主要受孔隙结构影响，不同性质的流体 T1／T2 值也会发生变化。在孔隙半径相对较大的孔隙空间内（T2 值一般大于100ms），油水 T1／T2 值变化范围相对不大，在1-2范围内 ；但当孔喉半径变小，为微米级甚至纳米级的尺度，孔隙流体受到约束作用很强，不同的流体性质其 T1 ／ T2值也会有较大的差别， T1／T2值受流体性质影响变化范围加大。尤其岩心实验证实在非常规油气藏储层，沥青、干酪根、有机孔非可动油、可动油等组分信息在T1／T2值示意图上有明显不同。因此，T1-T2谱连续测量作为非常规油气藏和稠油储层孔隙结构、孔隙度和流体评价的有效手段，被认知和利用。

核磁T1-T2谱页岩各含氢组分位置

三、核磁流体类型识别方法有哪些？

目前核磁对流体类型识别的方法有很多，包括差谱法(DSM)、移谱法(SSM)及扩散增强法(EDM)等流体识别方法。

差谱法(DSM)：在标准的CPMG序列中，必须选择一个等待时间，这个等待时间需要选的足够长，以保证所有的自旋都能满足衰减恢复到受激发前的状态，如果等待时间不够长，一些自旋可能没有完全恢复到他们的热平衡状态，总信号将会减弱。油和气都是典型的非润事相，它们的T1可能有几秒，要比岩石中的水长很多，通过改变等待时间油气信号会受到较大影响。这种“改变等待时间”的方法，即从长的等待时间的T2分布减去短的等待时间的T2分布，可以消除水的信号，得到气和油的信号。

移谱法(SSM)：油的扩散系数常常比水的扩散系数小一个数量级，随着测试序列CPMG中的参数TE的增加，水的T2的移动要比油的大得多。如果水和油的信号最初叠加在了一起，一个较大的TE常常能让T2产生足够大的移动，进而将水和油的信号分离开。这种“改变回波时间”的方法，即使T2分布向短弛豫时间移动，可以使得油水信号分离，得到油的信号。

扩散增强法(EDM)：改变等待时间的方法有赖于油气和水之间的T1有很大的差异。等这个差异变小时，比如油的T1接近于水的T1时，这个方法不再有效。然而，如果油的扩散系数比水的扩散系数要小很多的话，用一个大的TE，仍能使油和水的T2信号分开。基于以上的思路，用双等待时间以及一个大的TE来解决这个问题，这种“扩散增强法”能够进一步消除水的信号的影响，得到油气信号。

以上的这些方法是核磁应用在流体识别领域不断深入发展的不同阶段的产出技术，这些方法有一个很大的局限性是：当油气和水同时存在，且它们的T2信号重叠在一起时，这些方法就不能对油水信号有一个准确的区分。而二维核磁T1-T2技术，从技术根本上脱离以往只采用T2弛豫时间这个一个维度的不足，从T1和T2两个维度对油水进行定性和定量的区分，进一步解决以往T2信号重叠带来的流体类型难以准确识别的问题^[3]。

四、低场核磁共振T1-T2技术在流体类型识别的研究应用

利用低场核磁共振T1-T2技术，可以对岩心的各个组分有一个准确细致的划分。页岩样品在a-原始状态、b-110℃干燥、c-逐步热解至350℃后、d-溶剂萃取后，四个状态下的T1-T2二维谱。对二维谱进行解析，组分划分如下：区域1：干酪根/固体沥青；区域2：吸附油；区域3：游离油；区域4：吸附水/结构水；区域5：自由水^[4]。

如您对以上应用感兴趣，欢迎咨询：400-060-3233

参考资料

[1]施振飞, 陆风才. 岩样核磁共振分析及复杂储层综合评价[专著][M]. 中国石化出版社, 2015.

[2]卢毓周, 魏斌, 李彬. 常规测井资料识别裂缝性储层流体类型方法研究[J]. 地球物理学进展, 2004, 19(1).

[3]Walsh D ,  Turner P ,  Grunewald E , et al. A small-diameter NMR logging tool for groundwater investigations.[J]. Groundwater, 2013, 51(6).

[4]Adsorbed and free hydrocarbons in unconventional shale reservoir: A new insight from NMR T1-T2 maps. Marine and Petroleum Geology, 2020.