【油气专栏第二期】NMR在识别非常规储层中可动流体上的应用

作为第一篇正式的文章，小Y想跟大家分享一篇很基础又很典型的实验文章，希望能对一些从事油气领域又对低场核磁共振技术不是特别了解的同学，会有一定的帮助。

今天小编以准噶尔盆地南缘低阶煤区块为例，为大家带来低场核磁共振技术在识别煤中可动流体上的应用，相应方法与结论也可以推广到其它非常规储层，比如页岩、致密砂岩储层等。

本次研究对6组煤样进行了高速离心与核磁共振实验，实验仪器为纽迈分析MiniMR60。通过选择适当测试参数，可观测仅来自孔隙流体的信号，通过测量氢核的横向弛豫时间T2来分析煤岩的孔隙流体特征。在煤储层中，氢核存在与固体骨架与孔隙流体两种环境下。根据核磁共振理论，T2受到自由弛豫、表面弛豫和扩散弛豫三种效应共同影响，当选取均匀磁场且回波时间足够小时，T2可认为只受表面弛豫控制，即：

式中，S为孔隙表面积；V为孔隙体积。

实验所取6组煤样物性参数如表1所示：

①　在6组煤样上分别钻取直径2.5cm，高度5cm的柱状煤心；

②　将制备好的柱状煤心置于干燥箱，在110°C温度下烘干至恒重；

③　将煤样真空加压饱和水，用无磁保鲜膜包裹煤样并置于核磁共振仪中，在离心力为0.345 MPa、0.690 MPa、1.035 MPa、1.380 MPa和1.725 MPa、25°C恒温条件下离心1小时；

④　将离心后的煤样置于核磁共振仪测量T2弛豫时间谱图，确定最佳离心力。

为确定煤样合适的束缚水状态，离心力大小的确定至关重要。6个样品在不同离心力后的含水饱和度结果如下图所示：当离心力从1.380 MPa增大到1.725 MPa时，6块煤样含水饱和度差值为0.7%~1.2%，平均0.93%，故可标定1.380 MPa为淮南低阶煤核磁共振最佳离心力。

                    a. LHG-1                                       b. DB-1

                    c. XG-1                                        d. DHS-1

                   e. CXY-1                                        f. BTY-1 

图1 饱和水与离心状态下煤样T2谱

根据饱和水煤样T2谱（图1）可知：低阶煤的T2谱形态为3峰型，表明吸附孔、渗流孔和裂隙均有发育。DHS-1和CXY-1相比于其它四组煤样裂隙比较发育。饱和水煤样经过1.380 MPa离心后，CXY-1、BTY-1、LHG-1、XG-1和DB-1煤样在T2为0.1~10ms时峰面积变化较小，以束缚流体为主，表明吸附孔连通性较差。离心后6组煤样在T2为10~100ms时峰面积均减小，表明渗流孔中有很大一部分孔隙流通性较好。

图2 不同离心力下的含水饱和度

T2截止值即可动流体和束缚流体的T2分界线，是核磁共振计算束缚水饱和度和渗透率的关键参数。求取T2截止值方法如图3：对离心前后的煤样分别作累计孔隙率曲线，从离心后的T2谱累计孔隙率最大值作与X轴平行直线，与饱和水煤样累计孔隙率曲线交于一点，该点对应的T2值即为T2截止值（T2C）。这样就可以把总孔隙度划分为可动流体孔隙度与束缚流体孔隙度。

图3 BTY-1煤样T2C的求取

结果表明，准南低阶煤的T2C值普遍较低，为0.5~7.0ms。可动流体饱和度BVM平均为27.4%；可动流体孔隙度平均为1.29%。 束缚流体饱和度BVI平均为72.6%；束缚流体孔隙度平均为4.18%（表2）。

煤样可动流体孔隙度、束缚流体孔隙度与渗透率的关系如图4所示，可以看出可动流体孔隙度与渗透率二者有很好拟合优度，且呈幂指数关系；而束缚流体孔隙度与渗透率相关性较差。由此表明根据煤样的可动流体孔隙度来确定煤的渗透率具有重要意义。

图4 可动流体孔隙度、束缚流体孔隙度

与渗透率的关系

①　确定了准南低阶煤可动流体和束缚流体状态的最佳离心力为1.380 MPa。

②　根据煤样饱和水状态和束缚水状态的T2谱，可知低阶煤以吸附孔为主，渗流孔之间的连通性较好。

③　由煤样饱和水与束缚水状态的核磁T2谱可知，可动流体孔隙度与渗透率且呈幂指数关系，可动流体孔隙度预测渗透率将更准确。

郑司建, 姚艳斌, 蔡益栋, 等. 准噶尔盆地南缘低阶煤可动流体及孔径分布特征[J]. 煤田地质与勘探, 2017, 45.

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