石油测井中2D NMR技术的运用分析

张博望麒，易美琪

（1.东北石油大学 163318；2.黑龙江科技大学 150027）

0 引言

核磁共振（NMR）技术在石油测井中的运用是所有测井方法中仅有的一种可分别束缚流体和可动流体的测井手段，但是经过多年运用，NMR技术在实际识别及定量分析油气水过程中仍然存在着一些局限性，一维核磁共振技术通过对储层横向弛豫时间T2测量，进而知道储层参数，但是当油、气、水同时在储层空隙间存在时，一维核磁共振所测量到的T2谱中流体组分信号将出现重叠，利用过去的移谱法、差谱法等流体分析方法将难以确定空隙当中流体的实际性质。而2DNMR技术可准确的测量纵向弛豫时间、横向弛豫时间、内部梯度场、扩散系数等，其充分的对核磁共振的观测信息进行了利用，因此石油测井的信息检测准确性得到了大大提高。

1 2DNMR测井技术

磁共振中波谱学对微观分子进行了研究，其变化参数为化学位移，2DNMR测井利用核磁共振波谱学中的二维核磁共振技术，二维核磁共振测井其研究的对象是一些饱和流体的储层岩石，其变化参数是纵向弛豫时间T1、横向弛豫时间T2、扩散系数D、内部磁场梯度G。二维测井在原先的弛豫时间进行观测的基础上，增加了另一个参数的观测，同时它充分的利用了参数之间的两两组合观测作用。2DNMR技术是运用k个CPMG脉冲序列进行逻辑组合，在这k个CPMG脉冲序列之间相互作用过程中，恒定梯度场在整个测量时的作用如图1所示，途中G为恒定梯度场值、Nk为几个CPMG脉冲序列、Ne为回波的个数。

图1 恒定梯度场测量过程的作用示意图

2 核磁共振中的弛豫原理

石油测井中2DNMR技术的运用主要是通过对岩石空隙中饱和流体纵向弛豫时间T1和横向弛豫时间T2的测量，来确定岩石物体及储层流体的性质参数，因为纵向弛豫时间T1测量过程所要的时间很长，因此很多的测量仅对横向弛豫时间T2进行测量，横向弛豫时间T2不但和流体本身有关，而且还与岩石空隙结构有关，其主要包括表面弛豫、体弛豫及扩散弛豫等，表面弛豫T2S和多孔介质中空隙流体分子间的作用、表面弛豫率、弛豫时间及空隙的比表面关系密切，体弛豫T2B是晶格和自旋核之间能量相互转移的过程。扩散弛豫与分子的自扩散系数D，CPMG回波的间隔T1及磁场强度G关系密切，因此在岩石空隙当中T2弛豫时间的表达式为：

3 2DNMR技术在石油测井中的具体应用

3.1 流体类型辨识

2DNMR技术是通过油气水扩散系数的差异，来快速、准确的确定流体类型的，如图2是2D-NMR谱D-T2的解释图，左图为其三维立体图，其z轴为幅度A，x轴为扩散系数D，y轴为弛豫时间T2，右图为与之相对应的等高线图，据图我们可看出，其中2条水平线分别表示水与气的扩散系数线，其右边的斜线表示原油的弛豫时间和扩散系数关系线D-T2，在常温条件下，水的扩散系数保持在一个恒定值内D=2.5×10-5cm2/s，而油的扩散系数通常保持在10-7cm2/s到10-4cm2/s，流体粘度与体弛豫成反比，扩散系数和流体粘度也为反比关系。

图2 2D-NMR谱D-T2解释图

从流体例A的波峰处在气的扩散系数线上，我们可看出其为气，流体例B与C均在关系线D-T2上，可看出其为原油，因为原油的粘度存在差异，所处的关系线位置也存在差异，所以2DNMR谱也可用来计算原油中的粘度，确定油的品质好坏，流体例D处在水的扩散系数直线，表明其受到扩散影响，应该为束缚水，在多孔介质当中，流体的扩散还受到空隙空间的影响，导致实际观测到的扩散系数比他的自扩散系数小，流体扩散受到空间的影响主要为其在一定时间内流体分子空隙空间和扩散距离的大小，当空隙空间尺度小于扩散距离时，流体的扩散就会受到空隙空间距的制约，进而导致受限扩散，当出现受限扩散时，在多孔介质当中纯流体扩散系数就要大于测量所得扩散系数。

3.2 湿润性辨别

所谓湿润是指液体在自身分子里的作用下在固体表面呈现出的一种流散现象，在固体表面滴上一滴液体，该液滴有可能会沿着固体表面逸散，也有可能长期以液滴的方式存在于固体表面，后者称为液体不润湿固体表面，随着发现的油气藏数量的不断增加，通过调查发现，里面不但有亲水油藏，也有一些亲油油藏，而且油藏湿润性的变化幅度范围很大，从强亲油到强亲水，其中还存在一些中性润湿油藏。通常来说，实验室确定润湿性的方法有三种：（1）直接法，直接测润湿角法；（2）间接法，利用自动吸入法，这些方法实际操作都比较复杂，并且不是很清晰，目前，使用核磁共振井技术，从2DNMR谱D-T2上可直接对岩石颗粒表面湿润性进行判断。

3.3 岩层内部梯度场确定

在多孔介质当中，流体被一些具备多种外形及磁化系数的颗粒所包裹，在外部梯度场的影响下，颗粒被不断磁化，进而出现内部梯度场。内部梯度场是在空隙内部出现，内部梯度场会造成两种作用：（1）当流体分子原子核出现核磁共振时，它会使得很多核子偏离原本的共振频率；（2）因为存在内部梯度场自旋扩散影响，T2弛豫率更强，在进行测井过程中，可通过两次不同回波时间出现的间隔来获取回拨的衰减信息，从而计算内部梯度场的准确值。

4 结语

2DNMR测井技术在理论山上有着极为突出的优势，其很好的解决了复杂储层空隙流体介质的辨识问题，增强了油层的辨识能力。和一维核磁测井相比，2DNMR测井通过多种深度的测量，得到了准确的泥浆侵入剖面的流体信息，可提供更加准确流体性质信息。而对于一些特低孔隙度、低渗透率的储层，2DNMR测井技术也必须要综合其他一些地质信息、实验研究信息，不能只靠扩散系数-弛豫时间图来进行流体性质的判定。另外当前我国2DNMR测井数量仍旧有限，虽然已经有了一些显著的成果，但是受到数量的限制，其实际应用还需要广大工作者更进一步努力。

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