【土木专栏】温度对核磁共振测井储集层岩体弛豫特性的影响

自19世纪中叶发现核磁共振（NMR）现象以来，核磁共振方法在药物化学、医学与生命科学、地球物理与石油测井勘探、食品安全与农业工程、高分子材料与化工等领域，已经成为一种非常有用的工具。随着使用永磁体和脉冲射频长的核磁共振测井仪器的发明，确定地层特性的复杂的实验室技术已经可以用于现场地层特性的观测[1]。下面小K来给大家讲述一下核磁共振测井技术的基本原理及其影响因素。

核磁共振（NMR）测井是一种适用于裸眼井的测井新技术，是目前唯一可以直接测量任意岩性储集层自由流体（油、气、水）渗流体积特性的测井方法，有明显的优越性。

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核磁共振（NMR）测井已广泛应用于确定储层的基本特性，如孔隙度、孔隙大小分布、渗透率以及流体特性、流体孔隙尺寸、流体饱和度、确定储集层产能等，在油气资源的勘探与开发和测井地层评价中发挥了非常重要的作用。

众所周知，岩层孔隙流体的核磁共振弛豫和扩散特性测量会受到很多因素的影响，如测井地层产状因素的影响、测井井眼环境的影响、仪器设备的影响等（详见图1）。具体影响因素主要包括以下几个方面，如井下储层的温度、压力、孔隙表面顺磁物质及润湿性、地层水矿化度、原油粘度等，这些影响因素不仅直接影响测量结果，而且决定测量参数的选择、数据处理和解释模型的确定[2]。可见，合理的分析模型对于测井结果的重要性，这就要求现场技术人员必须有专业的知识背景和分析经验。

图1 核磁共振测井影响因素

上文提到温度是影响孔隙介质中流体NMR弛豫特性的重要因素之一。目前大部分实验室的NMR试验研究多数是在室温下，但实际工程储集层的温度通常会达到150°C，而温度对流体NMR弛豫特性的影响比较大，因此研究不同储集层岩体在不同高温度下的NMR特性，尤其是孔隙介质中流体在不同温度下的NMR弛豫特性，对于NMR测井工作的准确开展具有非常重要的工程价值和社会意义。

试验制备5块岩芯，其中2块为天然岩芯，剩余3块为人造岩芯，首先用岩芯钻取机制作干岩试样，再经过洗油、烘干、抽真空，之后将饱和岩样进行真空加压饱和处理，然后取出岩样擦干后分别测量每块岩芯的重量。测量结果及所得孔隙度见表1。

将岩芯试样分别饱和水进行核磁共振变温试验，每次升温都保持加温1h以上，用CPMG脉冲序列快速测量横向弛豫时间，然后将两块天然储层岩芯样品烘干后再饱和油，进行核磁共振试验测量，综合以上两种情况来考察温度对岩石核磁共振弛豫特性的影响。

图2 贝瑞砂岩饱和不同流体时横向弛豫时间与温度关系图

图3 不同温度下贝瑞砂岩饱和油时的T2图谱

图4 不同温度下贝瑞砂岩饱和水时的T2图谱

从上图可以看出，贝瑞砂岩在不同饱和液体（水或者油）情况下，测得的横向弛豫时间与温度的关系并不相同。饱和油的贝瑞砂岩表现为正常的温度关系，即随着温度的升高弛豫时间逐渐增大，T2峰值右移。而饱和水时的贝瑞砂岩则表现为异常的温度关系，即随着温度的升高弛豫时间反而减小，T2峰值向左移动。

图5 饱和水人造碳酸钙横向弛豫时间与温度的关系图

图6 不同温度下人造碳酸钙饱和水时的T2图谱

图7 不同温度下人造碳化硅饱和水时的T2图谱

（1）对于天然贝瑞砂岩岩芯试样，在不同饱和液体（水或油）情况下，测得的弛豫时间与温度的关系并不先沟通。而对于天然碳酸盐岩的试样，无论在饱和油还是饱和水时，弛豫时间与温度的关系形同，均表现为正常的温度特性，即随温度的升高弛豫时间逐渐增大。

（2）对于人造岩芯，饱和水的碳酸钙，NMR横向弛豫时间随温度的升高而逐渐增大。但对于饱和水的碳化硅，弛豫时间则表现为略微异常的温度特性，但变化的幅度较小。

以上为本期推送的全部内容，主要介绍了核磁共振测井技术的基本原理、影响因素及工程实例应用。在实例应用中主要结合文献的数据分析了温度对储集层岩体和人造岩石试样核磁共振弛豫时间影响，内容不足之处还请大家多多指正。非常欢迎各位专家同行和朋友多多交流，小K会尽最大努力给大家继续分享更多丰富有趣、有料有内涵的知识，更多精彩，感谢您的关注。

参考文献：

[1] 肖立志. 核磁共振成像测井与岩石核磁共振及其应用[M]. 科学出版社，1998.

[2] 哈达. 温度对岩石核磁共振弛豫影响的实验研究[J]. 科技信息,2013,(08):451-452.