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低场核磁共振分析应用于地球物理和石油勘探领域的进展

低磁场核磁共振分析是快速测量岩石物性参数的一种很好的技术。该技术利用油和水中的氢原子核在磁场中受电磁波激励而发生共振,通过测量受激发的氢核在弛豫过程中所产生的信号来探测油、水及其分布,并计算出岩石物性参数。在石油岩心分析中,具有无损检测、一机多参数、一样多参数、检测迅速、无污染等特点,适合于油田现场应用,是岩石物性参数的新型分析方法之一,受到石油界的广泛重视,应用领域日趋扩展。

一、国外发展状况

核磁共振(NMR)这一物理现象的发现已有五十余年的历史,分别由哈佛大学的Purcell和斯坦福大学的Bloch于1946年各自独立发现。前人大量的实验和理论研究发现,流体的核磁共振驰豫时间与其环境的孔隙大小有关,1966年Seevers研究得到核磁共振驰豫时间与岩石渗透率具有相关性,后来又有国外科研人员提出自由流体指数概念以及用核磁共振技术测量砂岩孔隙度、渗透率和自由流体指数等参数的新方法,1979年提出了岩石多孔介质的核磁共振驰豫理论,20世纪90年代以后,R.L.Kleinberg对含氢指数(HI)、弛豫时间(T1、T2)、以及扩散系数(D)等核磁共振驰豫特征进行了研究,之后技术人员又解决了地层孔径分布、毛管压力曲线问题,并获得从核磁共振数据中计算可动流体的方法,令核磁共振技术越来越完善。1990年美国NUMARGS公司的MRIL—B型核磁共振成像测井仪投入使用,斯伦贝谢(Schlumberger)公司推出了CMR、TCMR、CMR200型号的测井仪,1998年又推出第四代CMR—Plus核磁共振测井仪;阿特拉斯(Atlas)公司先后推出MRIL—A/B、MRIL—C和MRIL—C/TP测井仪;哈里伯顿(Halliburton)公司也于1998年推出第四代商业产品MRIL—Prime测井仪,众多的新型产品使测速和精度得到提高,获得的储层物性参数增加,更加适合于现场的测井和应用,使核磁共振技术在石油工业获得巨大发展。

二、国内发展状况

我国的企业和科研单位也先后进行了大量的核磁共振技术研究工作,分为两条主线在开展研究和应用推广。

第一条主线以原中国石油天然气总公司勘探开发科学研究院和中国科学院联合组建的专门研究单位—核磁共振重点实验室为先驱,于1991年引进了国内第一台国际上先进的超导核磁共振成像仪,开展了大量的石油岩心分析和石油渗流力学等应用研究和专门的仪器制造研究工作,于1997年研制开发出一套我国首台具有国际先进水平的低磁场核磁共振岩心分析系统,根据我国油田储层岩性复杂、非均质性严重等特点,开发出了多种适合岩心分析的脉冲序列和多弛豫反演技术,实现了孔隙度、渗透率等岩石物性参数的快速无损检测。在国际上率先实现了全直径岩心的低磁场核磁共振检测,创造了一种评价低渗透油田可采储量的新方法。1998年研制出了世界上第一套基于微机的核磁共振测井精细解释软件,先后还开展了确定可动流体截止值、渗透率解释模型等应用基础研究和定标工作。为大庆、胜利、新疆、青海等近十个国内大中型油气田应用核磁共振技术,解决了油田生产的疑难问题,获得了良好的技术效益、经济效益和社会综合效益,众多的研究工作对我国开展核磁共振技术工作起到了重要的指导作用,锻炼和培养出了我国核磁共振技术方面的专业技术人才。

第二条主线是基于教育部重点实验室五十多年的积累,上海纽迈电子科技有限公司不断跟踪国际领先技术,厚积薄发,近几年开发成功了核磁共振岩芯分析仪、核磁共振岩芯成像仪、在线核磁共振油水分析仪等设备,产品已经销售至上海神开石油工程股份公司、中国海洋石油服务公司、中国石油大学(北京)等单位,取得了良好的反响。

三、低磁场核磁共振分析技术主要应用领域

1.岩屑录井分析:利用核磁共振技术对钻井岩屑分析,可获知储层渗透率、孔隙度、孔径分布及可动流体等油层物性参数。减少取心量,增加并实时获取油藏地质信息,指导勘探生产。2.井壁取心分析:快速、无损检测井壁上所取的岩心,提供可动水含量,确定油层产油、产水情况,为油田开发、调整提供依据。3.核磁测井刻度定标:可提高核磁测井解释精度。4.含油饱和度分析:快速测试,减少污染。span style=”margin: 0px; padding: 0px; font-size: 10pt; “>5.开发实验渗流机理分析:动态、及时获取实验过程中油、水饱和度及含油孔隙变化情况。6.油田可采储量计算:利用其可动流体及可动油测量等技术,计算可采储量,为油田开发提供依据。7.油藏改造前期评价:根据测得的可动流体百分数、孔径分布、渗透率等储层物性参数,指导措施施工有利层位的选择,建立新型油藏改造前期评价方法。低磁场核磁共振在石油工业作为一种新兴的技术,在快速获取岩石物性参数方面已获得了长足的进展,并在石油勘探和开发的其它领域,正在进行大量的应用研究工作。在青海狮子沟油田,采用自行研制的核磁共振精细解释软件,证实了该油田部分储层岩石基质具有供油能力,找到了十一个有利层段,为该油田储量评价和开发决策的制订,提供了重要的依据;新疆的小拐油田,油层厚达70米,投入开发后,大部分油井经压裂酸化后仍不出油,传统的岩心分析手段不能给出合理的解释,采用低磁场核磁共振技术中的可动流体测试技术,证实该油田储层基质不具备工业油流能力,为该油田开发决策调整提供了依据;针对大庆的头台油田,由于部分区块注采比高、开发效果差,油水井排距大,压力传导慢,油井受效程度不佳,对可动资源认识不清,利用核磁共振技术研究了该油田低渗透储层物性、可动资源量及开发方法,获得了好的效果。应用低磁场核磁共振技术,通过对岩石物性参数:孔隙度、有效孔隙度、渗透率、可动流体饱和度、含油饱和度、可动水饱和度、弛豫时间T2及截止值的定量分析;对岩石孔径的半定量分析,低磁场核磁共振技术在岩屑录井、油田可采储量计算、油藏改造前期评价、开发试验渗流机理、测井刻度定标等领域发挥重要的作用。采用核磁共振技术,开展低渗透储层可动流体和储层物性参数快速测量工作,对低渗透油田可动资源量评价、开发潜力高低评价及开发方案的制定等具有重要的参考价值和指导意义。

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