岩石润湿性的核磁共振表征方法与初步实验结果

随着石油勘探开发领域的不断扩大,某些复杂油气藏尤其是致密油气的岩石物理响应,受岩石润湿性变化的影响越来越明显,影响油气藏的评价以及后续勘探开发,识别和评价岩石润湿性成为重要的研究课题.核磁共振弛豫可以有效表征多孔介质孔隙及其流体分布,特别是通过T₁-T₂弛豫图谱能够获得流体分子与孔隙表面相互作用的信息,进而为孔隙表面润湿性质的判断提供了可能性.本文首先讨论了T₁-T₂弛豫谱表征孔隙介质润湿强度的理论基础,然后,采用一阶近似方法对孔隙表面流体分子的核磁共振弛豫分布进行正演模拟,建立T₁/T₂比值法判别孔隙介质润湿性的基本方法.最后,选取玻璃珠和天然砂岩样品进行初步实验,验证方法的合理性.结果表明,当岩石饱和双相流体时,润湿相流体T₁/T₂值高于非润湿相流体,通过观察不同饱和度状态T₁-T₂二维图谱的变化,能够判断岩石的润湿性.本文的理论分析与初步实验结果为岩石润湿性研究提供了新的手段,对核磁共振测井探测储层润湿性也具有一定的应用价值.

     

核磁共振测井探测岩石内部磁场梯度的方法

岩石内部磁场梯度对核磁共振测井横向弛豫T2分布有较大的影响.本文提出了一种利用自旋回波脉冲序列探测岩石内部磁场梯度的二维核磁共振方法,发展了相应的反演方法,得到了含顺磁性物质的饱和水砂岩和泥质砂岩的内部磁场梯度分布规律.结果表明,随顺磁物质含量的增加,岩石内部磁场梯度增大.含顺磁物质的饱和水砂岩颗粒均匀,不含粘土矿物,内部磁场梯度呈单峰分布特征.含绿泥石粘土矿物的饱和水泥质砂岩,T2分布呈双峰特征,束缚水峰明显,小孔短T2对应的梯度值大于大孔长T2对应的梯度值.当绿泥石含量小于15%时,随绿泥石含量的增加,对应束缚水峰的短T2组分明显增多,T2分布展宽;当绿泥石含量大于15%以后,较大的岩石内部磁场梯度使短弛豫信息衰减迅速,表现出随绿泥石含量的增加,短T2组分减少,T2分布变窄.     

润湿性对岩石电性的影响

本文综述了润湿性对岩石电阻率和阿尔奇饱和度指数以及地层因素的影响,这些参数是利用电测井资料评价含油饱和度的重要参数。润湿性影响流体在孔隙中的微观分布,因而影响岩石的电阻率。阿尔奇饱和度指数ｎ在水湿地层和清洗过的岩心中,一般大约为２,在保持为原始状态、非水湿的岩心及地层中,通常大于２,在低含水饱和度的均匀油湿岩心中,ｎ可以达到１０或更大。由于在油湿岩心中,当含水饱和度低时,一部分水被不导电的油圈闭直     

基于SVD和BRD的二维核磁共振测井正则化反演算法研究

二维核磁共振能从"弛豫-扩散"两个维度上展现流体性质,在识别稠油储层方面具有理论优势,是当前核磁共振测井技术的研究热点.本文深入研究二维核磁共振测井原理,系统分析CPMG-DE脉冲序列测量扩散系数与弛豫时间的方法,结合核磁共振二维谱数理模型,提出一种基于SVD和BRD的正则化反演算法.该算法通过SVD压缩数据,采用带非负约束的Tikhonov正则化方法求解流体"弛豫-扩散"分布,并基于BRD算法迭代确定最佳正则化因子.模拟实验与数值分析表明,该算法无需先验信息、运算效率高、相对误差小,在原始数据信噪比低至50时,仍可有效获取流体(T2,D)二维分布.在二维核磁共振测井数据实时解释应用中,该方法较传统反演算法(如TSVD)具有较大优势.同时,在自主研发的核磁共振测井仪测量CuSO4溶液(T2,D)分布的实验显示,本文设计算法对弛豫时间和扩散系数的反演误差分别仅为2%和4%,较TSVD算法有较大改善.     

二维核磁共振变参量迭代快速反演方法

核磁共振二维谱应用在储层流体识别与评价中具有快速直观识别流体类型、储层参数估算精度高的特点,使之能高效率的完成测井资料解释工作,然而拥有稳健、可靠及计算快速的反演方法是获取高质量核磁共振二维谱的关键所在.通过对二维核磁共振子空间类型反演方法的大量研究,在奇异值截断公式上进行了分析和改进,使得反演方程组的奇异值矩阵能保留下更多的奇异值,为反演结果的保真性奠定基础,并对其进行分组处理使反演方程组的条件数降低,从而提高求解的稳定性;在迭代计算中提出变参量迭代算法,使求解更合理、快速及高效.在数值模拟中,变参量迭代快速反演方法能够准确地还原30×30、60×80扩散弛豫二维构造谱,计算用时都在1分钟内;在油水试验中,变参量迭代快速反演方法反演出的扩散—弛豫二维谱能够正确识别所测流体类型,含油饱和度估算结果的相对误差为0.6%,绝对误差为0.79%.变参量迭代快速反演方法能够快速有效得处理二维核磁共振数据,反演出的扩散一弛豫二维谱质量高,二维谱应用于解释中所得到的结论可靠性高,表明该方法具有一定应用价值.     

核磁共振谱的岩石孔喉结构分析

岩心核磁共振T2谱和压汞分析数据均在一定程度上反映了岩石的孔喉结构,理论分析表明,这两组数据具有相关性.应用岩心核磁共振T2谱研究岩石孔喉结构,关键是确定T2与Pc的转换系数.但以前的方法在T2与Pc的转化过程中,需要涉及某些岩石特性参数,实用中有一定困难.本次研究,直接利用岩心核磁共振T2谱和压汞分析数据之间的相关性,可以客观地确定T2与Pc之间的转换系数,避免了确定岩石特性参数的困难.应用本方法,对6块岩心的多种核磁共振分析数据进行了对比分析,作出了NMR(nuolearmagneticresonance)T2毛管力曲线和孔喉半径分布,并将这些结果与压汞分析的结果作了对比.研究结果表明,岩心NMRT2谱在实用性和评价精度上均略显有优势;至少是在饱含油的条件下,岩心的NMRT2谱可以用于研究孔喉结构分布,油气的驰豫特性作为影响背景值存在,对于评价结果没有明显的影响;全部6块岩心中,T2与Pc的转换系数位于2500～4000μs·MPa之间.     

润湿性对岩石电阻率影响的模型估算

模型和实验研究证明,岩石润湿性对原油和地层水在孔隙系统中的分布有重大影响,因而能改变岩石电阻率、电阻增大系数和饱和度指数与含水饱和度的关系．在含水饱和度和地层、水电阻率相同的条件下,油湿和水湿岩石的电阻率相差很大,这对电测井定量解释有很大影响     

温度对流体及其在孔隙介质中核磁共振弛豫影响研究进展

研究温度如何影响流体以及在孔隙介质中的弛豫时间对准确利用井下高温核磁共振数据进行原油黏度评价、储层物性评价等十分必要．对于自由状态液体,在不含顺磁性物质时其弛豫机制主要来自于分子内核自旋间的偶极-偶极相互作用,本文概述了由这种相互作用导出的自由流体弛豫BPP理论,总结归纳了依据BPP理论建立的原油弛豫时间与黏度、温度相关的经验模型;当原油中含有沥青时,由于沥青基团内包含顺磁离子,弛豫机制发生转变,基于此本文分析了含沥青原油弛豫机理以及核磁共振随温度变化的响应特征．在表面含微量顺磁离子的孔隙介质中,表面弛豫一般主导核磁共振响应,本文详细介绍了表面弛豫理论发展历程以及各类理论在温度影响表面弛豫方面给出的不同观点,特别是基于Korb模型具体分析了不同类型流体在玻璃珠表面弛豫时间具有不同温度特性的原因．此外对于具有多种造岩矿物和复杂孔隙结构的岩石孔隙,弛豫受温度影响机制复杂,本文概述了岩石孔隙流体弛豫时间受温度影响的实验探索进展并指明其中存在的问题,展望了未来的发展方向．     

润湿性对岩石电阻率影响的模型估算

模型和实验研究证明，岩石润湿性对原油和地层水在孔隙系统中的分布有重大影响，因而能改变岩石电阻率、电阻增大系数和饱和度指数与含水饱和度的关系．在含水饱和度和地层、水电阻率相同的条件下，油湿和水湿岩石的电阻率相差很大，这对电测井定量解释有很大影响     

球管孔隙模型的核磁共振(NMR)弛豫特征及应用

将岩石孔隙归结为由毛细管和球形孔组成的孔隙系统,提出孔隙球管孔隙模型. 岩石孔隙按大小分组后,每一组孔隙的氢核弛豫时间可以用球管孔隙模型计算. 将此弛豫时间作为反演T2分布的时间控制点,反演岩芯的核磁共振弛豫信号. 研究表明, T2分布与特定的孔隙结构相联系. 使用不同结构的球管孔隙模型,可以使反演T2分布最大限度地拟合弛豫信号,此时的球管模型以最近似的方式模拟了岩芯的孔隙结构. 使用球管模型对实验室核磁共振资料进行了处理,对比压汞分析得到毛管力分布数据,结果证明球管孔隙模型描述了岩石孔隙的弛豫特征,而且,岩石特定孔隙结构的弛豫特征与孔隙流体有关.     

二维阵列线圈核磁共振地下水探测理论研究

核磁共振法(Magnetic Resonance Sounding, MRS)是一种直接探测地下水的地球物理方法,目前只能对水平层状的含水层进行一维测深,对于尺寸小于线圈直径的二维或三维含水构造成像时,其灵敏度和横向分辨率很低.本文从研究二维阵列线圈核磁共振地下水探测方式的可行性出发,推导了地面发射线圈产生的椭圆极化激发场和阵列接收线圈的核磁共振响应核函数的表达式,数值计算了二维阵列线圈测量方式的MRS信号初始振幅图像和探测灵敏度,通过与二维发射/接收同一线圈测量方式对比,得到结论如下:二维阵列线圈测量方式可直接确定地下含水构造的水平位置,但需更大的激发电流强度和接收灵敏度;当中浅层(2,以上三种分辨率均由仪器噪声水平所决定.通过实施增加接收线圈的数量和匝数、提高激发脉冲矩和接收灵敏度等改进措施,现有的仪器系统可用二维阵列线圈测量方式.本文提出的理论和方法,将促使二维阵列线圈核磁共振方法在地下暗河、喀斯特溶洞和堤坝渗漏等二维或三维含水构造快速探测方面得到应用.     

核磁共振测井在火成岩地层应用的适应性分析

火成岩岩石具有高磁化率特征,与沉积岩差别明显,岩石的高磁化率会对核磁共振信号产生显著影响,开展核磁共振测井在火成岩地层应用的适应性分析研究,为广泛使用核磁共振测井用于火成岩储层评价提供参考.采用理论模拟、实验分析及实际测井资料相结合的方法,分析了高磁化率岩石的核磁共振响应特征.分析结果表明,火成岩岩石具有很高的磁化率,从酸性火成岩到基性火城岩,岩石的磁化率一般是逐渐增大的.高磁化率岩石孔隙内部会产生强梯度磁场,孔隙内部的磁场梯度越强,核磁共振的T2谱前移越明显,核磁信号衰减幅度也越大,核磁分析孔隙度与常规分析的孔隙度误差也越大;相同岩石磁化率情况下,岩石孔径越小,岩石孔隙内部磁场梯度越强,核磁信号衰减越大,核磁共振测井计算的孔隙度也越低.因此,核磁共振测井与岩性有关系,核磁共振测井会受到高磁化率岩石的显著影响.核磁共振测井在部分火成岩,尤其在中基性火成岩和小孔径火成岩储层中应用具有很大的局限性.     

饱和多孔岩石弛豫衰减对时间和温度的依赖性

通过饱和多孔岩石的低频亚共振试验 ,得到了饱和多孔岩石的内耗峰是典型的弛豫峰的结论 .不同的饱和液体、不同的岩石导致不同的弛豫峰特征 ,饱和岩石的弛豫特性 ,是寻找油田、地热田和预测储层的物性基础 .试验结果表明 ,饱和多孔岩石都具有一个共同的特性———时间和温度的等效性 ,即降低温度与增加振动频率是等效的 ,这就是饱和多孔岩石的弛豫共性 .     

多孔岩石波传播的热弛豫模型修正

经研究发现热弛豫模型的衰减比BISQ模型大得较多,与地球介质相比衰减量也过大;反演与实验结果相比在虚模量的低频(或低温)端和高频(或高温)端相差较大,仅在峰值附近符合较好.针对上述不足,将Arrhenius关系直接引进Biot模型,替换原模型引进的峰值点的频率对数和温度关系,并重新调整了模型参数.这样既改善了原模型衰减量过大,又克服了模型反演中虚模量峰值曲线两侧差异较大的缺点.进行了P波和S波的波传播分析,仍然在频率谱和温度谱上获得热弛豫峰和Biot峰.分析显示热弛豫峰导致波速随频率升高而上升的普遍规律,Biot峰导致波速随温度升高而上升的异常现象.在相同条件下对Biot模型,BISQ模型和热弛豫模型的P波波速和衰减进行了对比.热弛豫模型得到的速度频散更强,频散范围更宽,所得的衰减峰值频率比BISQ模型要低,衰减幅度比BISQ模型稍大.这些结果与实验结果相近,更符合实际.     

饱和多孔岩石弛豫衰减对时间和温度的依赖性

通过饱和多孔岩石的低频亚共振试验 ,得到了饱和多孔岩石的内耗峰是典型的弛豫峰的结论 .不同的饱和液体、不同的岩石导致不同的弛豫峰特征 ,饱和岩石的弛豫特性 ,是寻找油田、地热田和预测储层的物性基础 .试验结果表明 ,饱和多孔岩石都具有一个共同的特性---时间和温度的等效性 ,即降低温度与增加振动频率是等效的 ,这就是饱和多孔岩石的弛豫共性 .     

单裂缝岩石标本的弹性波频响特征初步分析

通过分析单裂缝岩石标本中弹性波到时分布、波震相转换和波振幅衰减等规律，进一步用波场及频谱量刻划介质横向不均匀性。Ｐ波震相遇裂缝端部后出现“之”字形波峰，分叉成折射Ｐ波、绕射Ｐ波，它的特征也依赖于发射源和接收点相对于裂缝的位置，当波以大角度斜跨裂缝和发射点在约裂缝半长度范围时波到时和振幅差别更大。对其研究有助于认识弹性波场在含断层结构中的复杂图象特征、在野外勘探中提高地震资料解释、断裂构造识别能力和提高弹性波在非完整岩石实验中的声发射定位等能力     

基于岩石电性参数频散特性评价润湿性的实验方法研究

岩石电性参数频散特性与润湿性之间存在着密切的关系,在油驱水、水驱油的岩石电性参频散特性的实验中,不同润湿性岩石,其复电阻率模值频散率Pρ和相位频散率Pφ随含水饱和度变化曲线的斜率k不同,亲油岩石的斜率k最大,中性润湿的岩石次之,亲水岩石的斜率k最小,其中油驱水相位频散率Pφ的斜率k与岩石润湿性的关系表现得最为明显.因此,可以利用油驱水相位频散率Pφ的斜率k定性的评价储层岩石的润湿性.     

复杂孔隙储层三维岩石物理模版

复杂孔隙储层往往同时发育孔缝洞等多种孔隙类型,这种孔隙结构的复杂性使得岩石的速度与孔隙度之间的相关性很差.经典的二维岩石物理模版只研究弹性参数与孔隙度和饱和度之间的定量关系,而不考虑孔隙结构的影响,用这样的模版来预测复杂孔隙储层的物性参数时带来很大偏差.本文首先证明多重孔隙岩石的干骨架弹性参数可以用一个等效孔隙纵横比的单重孔隙岩石物理模型来模拟;进而基于等效介质岩石物理理论和Gassmann方程,建立一个全新的三维岩石物理模版,用它来建立复杂孔隙岩石的弹性性质与孔隙扁度及孔隙度和饱和度之间的定量关系;在此基础上,预测复杂储层的孔隙扁度、孔隙度以及孔隙中所包含的流体饱和度.实际测井和地震反演数据试验表明,三维岩石物理模版可有效提高复杂孔隙储层参数的预测精度.

     

基于数字岩心的岩石电性微观数值模拟(英文)

本文利用x射线CT获取反映岩心微观结构的三维数字岩心,利用数学形态学中的开运算模拟了岩石的油驱水排驱过程中,不同含水饱和度下油和地层水在孔隙空间中的分布。利用有限元方法计算了岩石电阻率,进而得到岩石地层因素和电阻率指数,并考查了岩石润湿性对岩石电阻率指数的影响。数值模拟结果表明：基于数字岩心的水湿岩石地层因素和电阻率指数数值模拟结果与实验结果一致,拓展了岩石电阻率实验的能力;岩石润湿性对岩石电性有重要影响,在相同含水饱和度下,油湿岩石电阻率高于水湿岩石电阻率,油湿岩石饱和度指数远大于水湿岩石饱和度指数。     

D-T2二维核磁共振测井反演方法对比与适用性研究(英文)

D-T₂二维核磁共振测井技术能够直观地区分不同类型、不同赋存状态的孔隙流体,在油气勘探中应用广泛。目前,,国内外学者提出了很多二维核磁共振反演方法,但大多止步于数值模拟,需要研究不同反演方法针对不同采集序列的测井数据的适用性,优选反演方法,为二维核磁共振测井数据处理的软件模块开发提供参考。本文者,对此问题,基于二维核磁共振测井原理,详细研究了TSVD、BRD、LM-模平滑和TIST-L1正则化反演方法,分别对油水模型、气水模型数值模拟得到的CPMG和DE序列的回波信号,进行反演结果精度和计算效率的对比研究。通过数值模拟,对比分析了TSVD、BRD、LM-模平滑和TIST-L1正则化四种反演方法的反演结果和计算耗时,并优选反演方法对MR Scanner仪器SP模式测井数据处理。结果表明,对于油水和气水两种模型的CPMG和DE序列回波信号,TIST-L1正则化方法精度最高,LM-模平滑方法略差,但耗时较少,更适合测井数据处理,该方法针对A25井的处理结果与Geolog软件相符,能够满足数据处理的需要。