这可能是最全面的核磁共振在岩石物理的应用介绍

写在前面

Hello,大家好，我是小编Sunshine。本期小编为大家分享西南石油大学王琨老师、周航宇博士、赖杰博士最新发表在《仪器仪表学报》上的综述文章，该文系统、全面的为大家介绍了低场核磁共振技术在岩石物理与孔隙结构表征中的应用，几乎涵盖了核磁岩心分析的所有方向，堪称“核磁岩心分析的应用指南”。尤其是对于核磁初学者，可以通过本文快速了解核磁岩心分析的前沿领域。为了方便大家理解，小编对本文内容结构进行了梳理(见下图)，相信读完本文后大家一定会有更多的科研灵感！

NO.1

引 言

岩石是一种孔隙结构复杂的多孔介质，也是油气勘探开发领域的首要研究对象，当前低场核磁共振被广泛用于岩心分析。低场核磁共振目前主要有两种分析手段，即核磁共振弛豫谱(NMRS)和核磁共振成像(MRI)。

在弛豫谱中，一维 T1、 T2 谱的谱参数计算和谱线形态、趋势变化分析是重点。由于采集的信号是笼统氢信号，单弛豫谱分析存在平均效应和信号重叠问题，弛豫谱分析开始向二维弛豫谱发展。二维弛豫谱通过增加弛豫物理信息，能有效区分一维谱上信号相似的不同信号源。 

核磁共振成像用于直接观察流体在岩石中的形态分布和孔隙介质的结构变化，研究渗流规律和流-固耦合作用。目前主要应用于疏松多孔介质和人造岩心分析。

NO.2

岩石物性测试

核磁信号直接反映孔隙中含氢流体的规模，通过衰减信号反演获得的弛豫参数（即 T1、T2 和 D）是研究岩石物性参数的基础。核磁孔隙度由核磁信号总量确定，饱和度、渗透率及润湿性表征依赖弛豫参数和理论模型，因此后三者是间接获得的参数。

NO 2.1

孔隙度

T2 谱积分面积与岩心孔隙中流体含氢量成正比， 通过标定得到核磁信号与孔隙度的相关关系可以获取待测岩样核磁孔隙度。

图1 岩心核磁孔隙度与氦气孔隙度对比

如图1所示，对碳酸盐岩、致密砂岩和页岩， 核磁测试能获得与氦气测孔基本一致的结果；但对于火成岩这类强磁化率岩样，其磁化率越大， 核磁孔隙度与氦测孔隙度误差越大。

此外，还有学者研究发现钻屑孔隙度与标准岩心孔隙度基本一致。所以对于难以取心的样本，可用岩屑代替岩心测试孔隙度。

储层岩心的孔隙度的核磁共振方法已经成熟，但是对于不连通的页岩孔隙改如何分析孔隙度、物性参数呢，下面这篇帮您解开谜团。

页岩不连通孔隙怎么测？纽迈帮你找答案

NO 2.2

流体饱和度

▲多孔介质孔隙中流体弛豫时间的BT修正模型

T2谱实际上反映了储层孔径分布情况。受毛管力和粘滞力约束， 当孔隙半径小到一定程度时，流体将被束缚在孔隙中无法流动， 这个孔径在 T2谱上会对应一个临界值。当流体弛豫时间大于 T2临界值时，流体视为可动流体，反之为不可动流体， 因此这个临界值也称为可动流体 T2 截止值(T2cutoff)。T2截止值是计算束缚流体饱和度的重要参数， 用于评价储层流体可动用程度。常用的T2截止值确定方法及适用性见表1。

表1 T2 截止值的四种确定方法

如果想进一步了解核磁共振在流体饱和度上的应用，请

NMR在识别非常规储层中可动流体上的应用

NO 2.3

渗透率

经典的核磁渗透率估算主要有两大类方法，即依赖流体饱和度的Coates模型和依赖孔径大小的SDR模型。Coates 模型和 SDR 模型都考虑了孔径分布对渗透率的影响， 但 Coates 模型认为渗透率只是可动流体和束缚流体的两段式贡献作用，而 SDR 模型只是将孔径分布简单平均化。对于具有简单孔隙结构的常规储层岩心，两种方法对渗透率的表征结果较理想。

对于孔隙跨尺度较大的储层(碳酸盐、页岩)，由于不同尺寸孔隙对渗透率的贡献差异较大，需要有针对性地修正和完善模型， 因此目前的计算模型和方法向着双截止值和多孔隙贡献方向发展。表 2 罗列了核磁渗透率计算方法的发展历程， 未来的预测模型将更加注重孔隙中可动流体对渗透率的贡献。

表2 核磁渗透率计算方法发展历程

可以通过分析渗透率与孔隙度、孔径分布、可动/束缚流体饱和度等参数的相关关系，明确储层渗透率影响因素和各自权重，得到更加完善和准确的核磁渗透率预测模型。

关于常用的三种渗透率模型，各自的计算结果与氦测渗透率的对比，

核磁共振助力含油页岩孔渗特性分析

NO 2.4

润湿性

不同于常规润湿角测定来定量表征岩样润湿性， 核磁润湿性表征基于流体饱和度测试，需要结合不同流体饱和及离心实验，通过对比实验前后弛豫谱谱线的形状和演化趋势，或者通过截止值计算获得流体饱和度变化历程，更加偏向定性地说明岩心润湿情况。

为定量表征岩心的润湿性， 有文献中给出了 NMR 润湿指数(Iw)计算方程：

其中， Iw 取值在-1 到 1 之间，其中-1 代表强油湿，0代表不显润湿偏好，1 代表强水湿。 

由于不同种类、地区储层矿物组分和含量差异明显，导致组成复杂岩心的润湿性评价困难。所以，润湿性表征也由单因素和单一手段向多因素综合分析的方向发展。