Введение ЯМР в физике скал

Введение

Скала - это пористая среда со сложной структурой пор, и это также основной объект исследования в области разведки и разработки нефти и газа. В настоящий момент, Ядерный магнитный резонанс с низким уровнем поля широко используется для анализа ядра. В настоящее время существует два основных аналитических метода для ядерного магнитного резонанса с низким полем., а именно спектроскопия релаксации ядерного резонанса (ЯМР) и ядерная магнитно -резонансная визуализация (МРТ).

В спектре релаксации, Расчет спектральных параметров одномерных спектров T1 и T2 и анализ формы линии и изменения тренда важны. Потому что собранные сигналы являются общими водородными сигналами, Анализ спектра одиночной релаксации имеет проблемы усреднения эффектов и перекрытия сигнала. Анализ спектра релаксации начал развиваться в направлении двухмерного спектра релаксации. Двумерный спектр релаксации может эффективно различать различные источники сигналов с одинаковыми сигналами на одномерном спектре, добавив физическую информацию релаксации.

Ядерный магнитно-резонансная томография используется для непосредственного наблюдения за морфологическим распределением жидкостей в породах и структурных изменениях пористой среды, и изучить законы перколяции и муфты жидкости. В настоящее время он используется в основном при анализе свободных пористых сред и искусственных ядер.

Тест на физическую собственность скала

Ядерный магнитный сигнал непосредственно отражает масштаб водородсодержащей жидкости в пор. Параметры релаксации (т.е., Т₁, Т₂, и д) Полученная путем инверсии сигнала ослабления является основой для изучения физических параметров породы. Пористость ЯМР определяется общим количеством сигналов ЯМР. Насыщенность, проницаемость, и характеристики смачиваемости зависят от параметров релаксации и теоретических моделей, Таким образом, последние три являются косвенно полученными параметрами.

Пористость

Интегрированная область T₂ Спектр пропорционален содержанию водорода в жидкости в ядрах. Корреляция между сигналом ЯМР и пористостью может быть получена путем калибровки, чтобы получить пористость ЯМР образца породы.

Для карбонатов, плотные песчаники, и сланцы, Ядерные магнитные испытания могут получить в основном те же результаты, что и гелиевые скважины; Но для сильной чувствительности скальных образцов, таких как магматические породы, тем больше магнитная восприимчивость, ядерная магнитная пористость и гелиевые скважины Чем больше градусная ошибка.

Кроме того, некоторые ученые обнаружили, что пористость шлама в основном соответствует стандартной пористости керна.. Так, для проб, трудно поддающихся отбору керна, керны можно использовать вместо кернов для проверки пористости.

Насыщение жидкостью

Спектр Т2 отражает распределение пор по размерам коллектора.. Ограничен капиллярными силами и вязкими силами., когда радиус поры в определенной степени мал, жидкость будет заперта в порах и не сможет течь. Этот диаметр пор будет соответствовать критическому значению в T₂ спектр. Когда время релаксации жидкости больше критического значения T₂, жидкость рассматривается как подвижная жидкость, в противном случае это неподвижная жидкость. Поэтому, это критическое значение также называют подвижной жидкостью T₂ пороговое значение (Т_{2отрезать}). Т₂ Значение отсечки является важным параметром для расчета насыщенности невосстанавливаемой жидкости и используется для оценки доступности пластовой жидкости..

Проницаемость

Существует два основных метода классической оценки ядерной магнитной проницаемости., а именно модель Коутса, которая зависит от насыщенности флюидом, и модель SDR, которая зависит от размера пор.. И модель Коутса, и модель SDR учитывают влияние распределения пор по размерам на проницаемость., но модель Коутса считает, что проницаемость - это только двухэтапный вклад подвижных и связанных жидкостей., в то время как модель SDR просто усредняет распределение пор по размерам. Для традиционных кернов коллекторов с простой поровой структурой, эти два метода идеально подходят для характеристики проницаемости..

Для водоёмов (карбонат, сланец) с большими промежутками пор, из-за большой разницы во вкладе пор разного размера в проницаемость, модель нуждается в доработке и улучшении. Поэтому, текущие модели и методы расчета, пороговое значение и направление вклада мультипористости разрабатываются.

Анализируя корреляцию между проницаемостью и такими параметрами, как пористость, распределение пор по размерам, и подвижный / насыщение связанной флюидом, факторы, влияющие на проницаемость коллектора, и их соответствующие веса могут быть уточнены для получения более полной и точной модели прогнозирования ядерной магнитной проницаемости..

Смачиваемость

Отличается от обычного измерения угла угла для количественной характеристики смачиваемости образцов породы, Характеристика ядерной магнитной смачиваемости основана на тесте на насыщение жидкости, который должен объединить различные эксперименты по насыщению жидкости и центрифугирования, чтобы сравнить форму и эволюцию линий спектра релаксации до и после эксперимента или или после эксперимента, История изменений в насыщении жидкости может быть получена путем расчета значения отсечения, что более качественно иллюстрирует ядро ​​смачивание.

Чтобы количественно охарактеризовать смачиваемость ядра, уравнение расчета индекса смачиваемости ЯМР (IW) дается в литературе:

Среди них, IW варьируется от -1 к 1, где -1 представляет собой сильную влажность масла, 0 не представляет существенных предпочтений смачивания, и 1 означает сильную влажность воды.

Из -за очевидных различий в минеральном составе и содержании различных типов и регионов водохранилищ, Трудно оценить смачиваемость сложных ядер. Поэтому, Характеристика смачиваемости также развивалась от одного фактора и одного метода до многофакторного комплексного анализа.

Характеристика структуры пор

Метод вторжения ртути и СО₂ / Не₂ Метод адсорбции является традиционными и широко используемыми методами тестирования распределения по размерам пор..

Метод проникновения ртути отражает размер пор и распределение пор в горле через внешнее давление. Однако, в условиях высокого давления, Микроструктура скалы будет уничтожена, и некоторые данные пор будут искажены. Поэтому, Диапазон испытаний в основном включает в себя большие поры и некоторые мезопоры в образце.

Хотя метод газовой адсорбции усовершенствовал характеристику микропор-мезопор. (2-50нм) распределение, он имеет ограниченные возможности мониторинга макропор (больше 100 нм). Это то же самое, что и метод внедрения ртути, который представляет собой разрушительное испытание на проникновение в активные зоны..

Т₂ Спектр, измеренный методом низкопольного ядерного магнитного резонанса, отражает всю информацию о порах образца породы., при этом гарантируя, что образец не будет поврежден, поэтому его все шире используют.

•  Соответствие между типичным T₂ спектр и апертура r имеют следующий вид:

Как видно из приведенной выше формулы, Т₂ распределение отражает информацию о размере пор. Конкретно, чем выше пик спектральной линии и тем уже распределение, чем больше доля пор, соответствующих пику, и тем более равномерно распределение пор. В соответствии с формой и тенденцией линии спектра релаксации, Бимодальная или мультимодальная модель может быть инвертирована и использована для расчета вклада релаксации в мелких и больших порах в общую релаксацию, и изучить подключение сети пор.

• Хотя скорость релаксации поверхности образцов породы в аналогичных областях или в том же горизонте может быть приблизительно равным, Значения скорости релаксации поверхности и коэффициента формы, как правило, не универсальны. Т₂ Распределение может быть преобразовано в распределение радиуса пор путем объединения кривой вторжения ртути, и значение C -коэффициента C может быть определена в соответствии с аналогичными характеристиками кривой вторжения ртути и T₂ изгиб:

• Метод анализа нанопоры ядерного резонанса использует расчет разности сигналов до и после затвердевания насыщенной жидкости для получения размера пор, что позволяет избежать измерения интенсивности релаксации поверхности и влияния парамагнитных веществ на ядерный магнитный сигнал. Однако, Этот метод имеет более высокие требования для свойств насыщенных жидкостей.

• В соответствии с характеристиками свободной диффузии протонов водорода, Использование коэффициента диффузионного ядра водорода в качестве переменной может использоваться для изучения геометрической морфологии и характеристик связности пор, Но этот метод не может описать сложную форму формы пор и процесс диффузии ядра водорода в сети пор.. Может дать размер пор и подключение в экстремальных условиях:

• Объединение двумерной релаксационной модели T₁, Т₂, и коэффициент диффузии D, можно наблюдать, что пористые среды с разными размерами пор имеют существенно разные распределения сигнала на T₁-Т₂ или Д-Т₂ спектр:

• Из-за сложности получения точного значения скорости поверхностной релаксации ρ, взаимосвязь между информацией о релаксации и размером пор последовательности DDIF посредством возбуждения внутренним полем для получения высокохарактеристического состояния (n≥1):

Независимо от того, нужно ли получить распределение пор по размерам или охарактеризовать форму и связность пор., зонды ядра водорода в воде, заполняющие поры, должны “трогать” стенка пор. Результаты контролируются поведением релаксации нуклеации водорода., поэтому время релаксации используется для расчета корреляции структуры пор. К параметрам также предъявляются строгие требования к размеру пор образца и связности..

Идентификация поровой жидкости

Идентификация поровой жидкости — это самое базовое применение технологии двумерного ядерного магнитного резонанса в области анализа керна.. Из-за очевидных различий в коэффициентах диффузии масла, газ, и вода, двумерное распределение DT₂ может различить эти три общие жидкости в горных породах, компенсируя короткую доску перекрывающихся сигналов в одномерном T₂ спектр. Д-Т₂ спектральное распределение будет меняться в зависимости от состава образца породы и типа жидкости., поэтому можно оценить вязкость жидкости и количественно оценить нефте- и газонасыщенность на основе разделения сигналов многофазной жидкости..

Когда молекулярная масса водородсодержащего флюида в поре породы сильно различается, Т₁ / Т₂ соотношение также будет сильно отличаться. Поэтому, в дополнение к Д-Т₂ спектр, Т₁-Т₂ Спектр также можно использовать, чтобы отличить жидкость от других компонентов в поре..

Другие исследования в сочетании с МРТ

На основе погружения ядра, перемещение, центрифугирование, и эксперименты по циклу «сухой-влажный», в сочетании со спектральными линиями ЯМР и технологией визуализации, оно может прямо или косвенно отражать изменения в распределении жидкости в пористой среде., и далее анализировать изменения в структуре пор. Исследование различных явлений в регулировании развития и производства энергетики.

Первый тип применения изучает характеристики морфологического распределения и законы о миграции жидкостей путем изменения пространственного распределения ядерных магнитных сигналов до и после смещения. Этот тип применения представлен исследованием технологии ядерного магнитно -резонанса по улучшению восстановления нефти, Сопутствующий₂ затопление метана по углу, синтез и разложение гидрата, и т. д.. Он в основном описывается качественно и обеспечивает объективную поддержку теоретического анализа.

Ядерный магнитный сигнал водородносодержащей и несодержащей жидкости среды жидкости имеет сильную разницу, и эффект наблюдения визуализации хорош; В то время как прочность сигнала среды для перемещения газа, содержащей водород, слабее, чем у жидкости, и он с большей вероятностью будет потерян из-за шума в реальных образцах горных пород. Время наблюдения дольше. Фигура 1 показывает процесс адсорбции угольного метана; Фигура 2 показывает процесс образования гидрата природного газа.

Экспериментальные наблюдения за повреждением горных пород основаны на ярких пятнах и яркости изображения, что позволяет интуитивно и качественно понять и описать эволюцию пор и микротрещин в породе., такие как повреждение гранита от замерзания и оттаивания и повреждение сланца от гидратации.. Показано на рисунке 4. Подобные исследования можно провести с помощью компьютерной томографии и цифровой реконструкции ядра..

Заключение

После большего 60 годы развития, Технология ЯМР, подходящая для изучения каменных пористых сред, была довольно зрелой, и из-за его неразрушающих характеристик тестирования, Он все более и более широко используется в области добычи.

В этой статье суммируются результаты применения технологии ядерного магнитно -резонанса при петрофизических испытаниях и структурной характеристике, суммирует существующие проблемы и технические узкие места в приложении, и суммирует тенденцию развития технологии: (1) Улучшение и развитие релаксации теории пористого рок -носителя, (2) Объекты обнаружения обогащения, (3) Улучшить отношение сигнал / шум, (4) оптимизировать экспериментальные параметры и шаги, и улучшить алгоритм инверсии.

Среди них, Богатые объекты обнаружения включают в себя получение большего количества физических величин, содержащих информацию о релаксации посредством развития последовательностей и использования различных средств жидкости в качестве носителей ядерного магнитного сигнала. В то же время, необходимо углубить понимание различных типов резервуаров, дополняют друг друга, и объединить различные методы аналитических расчетов и экспериментальные методы, чтобы помочь и проверить результаты ядерных магнитных экспериментов.