基于核磁共振技术的岩石孔隙结构特征测定

为研究岩石的孔隙结构特征,采用核磁共振技术(NMR)对花岗岩进行测量,得到花岗岩的横向弛豫时间t2分布、NMR测量结果和核磁共振成像图像.研究结果表明:花岗岩的t2分布主要为3个峰,第1个峰和第2个峰的面积占峰总面积的98％以上;岩石组成颗粒粒度的不同,引起了岩石核磁共振弛豫特性的差异.花岗岩的平均孔隙度为1.79％,t'2平均值为26.1ms,束缚流体饱和度平均值占88.5％,核磁共振成像显示岩石的孔隙结构特征,为孔隙结构分析提供依据.岩石核磁共振特征的变化规律和成像结果为岩石微观结构和岩石损伤机理研究提供实验数据.     

卸荷岩体细观损伤演化的核磁共振测试

为研究卸荷岩体内部孔隙结构的细观损伤演化特征,以大理岩为岩样,分别进行初始围压为10、20和30 MPa,不同卸荷围压量的常规三轴卸荷试验和核磁共振测试实验,获得卸荷岩体的应力-应变曲线、横向弛豫时间T2分布、孔隙度及核磁共振成像图像.随着卸荷围压比的增大,岩石由弹性变形转化为塑性变形,岩样内小孔隙的孔径增大,大孔隙的数量增多且孔径增大;卸荷围压比低于90%,岩体损伤主要由孔隙数量的增多引起,卸荷围压比高于90%,损伤由孔隙数量和孔径均急剧增大引起;岩样的孔隙度随着卸荷围压比的增大而增大,且增速越来越快;核磁共振图像直观地反映卸荷岩体内部孔隙数量、孔径及结构变化情况.     

基于核磁共振的不同含水状态砂岩动态损伤规律

为研究不同含水状态岩石的动态损伤特性,制备干燥、半饱和、饱和3种不同含水状态的砂岩试样.采用分离式霍普金森压杆(SHPB),以4种不同的低入射能对岩石进行损伤冲击试验.通过核磁共振测试实验对岩石试样进行孔隙扫描,获取岩石孔隙的T2谱曲线、孔隙度以及孔隙成像等数据.通过试验发现:(1)冲击能量的增加导致岩石的平均应变率和强度的增大;(2)不同含水状态的岩石受到冲击后,孔隙度与孔隙度变化率均有不同程度的增加;(3)与冲击前相比,岩石的T2谱曲线有明显右移趋势,同时出现谱峰增加的现象,而且冲击能量越大,孔隙谱峰增加越明显;(4)核磁共振成像显示岩石孔隙数量和尺寸有明显的增加,展现出岩石内部孔隙扩展和演化的过程.     

冻融作用下岩石细观结构损伤的低场核磁共振研究

为了研究冻融循环作用下岩石的细观结构损伤特性,以花岗岩为研究对象,进行了90次冻融循环实验,并采用核磁共振技术对冻融岩石进行了检测,得到了花岗岩的细观结构变化特征。结果表明:随着冻融循环次数的增多,花岗岩的孔隙度逐渐增大,在0~30次的冻融阶段,岩样的孔隙度增速缓慢,而在30~70次冻融循环阶段,孔隙度增长幅度明显加快,花岗岩的T2谱分布主要集中在0.1~100 ms;将岩样的T2谱分布转化为岩石孔径分布曲线,统计出了冻融后花岗岩的孔隙分布结果,孔径分布在1~500μm范围内最多,且以小孔孔隙为主,占总孔隙比例最高达78.62%,中孔次之,微孔数量最少。基于核磁共振技术的冻融循环作用岩石细观结构的损伤特性为研究岩石破坏机理提供了可靠的实验数据。     

火成岩储层核磁共振岩石物理影响特征

为研究火成岩储层中顺磁性物质对核磁共振测量结果的影响,分别选取7块含有顺磁性物质的人造岩心和60块实际火成岩岩心进行核磁共振实验研究,分析顺磁性物质质量分数以及不同回波间隔对核磁孔隙度测量结果的影响.研究表明:顺磁性物质会极大地减小核磁共振孔隙流体的横向弛豫时间T2,造成测量的孔隙度减小,而且不同岩性的火成岩样品,由于顺磁性物质质量分数不同,核磁孔隙度误差也不同,当顺磁性物质质量分数超过6%时,核磁孔隙度基本为零.     

水驱油孔隙动用规律的核磁共振实验研究

通常采用室内岩心分析来进行水驱油研究,但是常规方法无法给出水驱油过程岩石不同大小孔隙的动用情况.借助于核磁共振T2弛豫谱技术,将含油孔隙区间划分为弛豫时间小于10ms、10~100ms、大于100ms三个孔径区间,对长庆油田地区5块岩心样品进行了水驱油后不同大小孔隙动用规律的实验研究.实验结果表明,5块岩样水驱油剩余油主要存在于弛豫时间小于10ms的小孔隙和10~100ms的中等孔隙中,大于100ms的大孔隙内剩余油含量很小.提高水驱油压力梯度后,增采油量主要来自10~100ms的中等孔隙和大于100ms的大孔隙,小于10ms的小孔隙增采油量很小.     

颗粒直径与形状对砂土渗透性的影响研究

为研究颗粒直径与形状对砂土渗透性的影响,以玻璃珠和石英砂作为研究对象,通过核磁共振仪和变水头渗透仪分别开展试样孔隙特征试验和渗透系数测试.石英砂粒径采用平均粒径和孔隙等效半径表征,利用横向弛豫时间T2建立孔隙等效半径与渗透系数之间的联系,进一步地探究横向弛豫时间T2与渗透系数的函数关系,并与规则玻璃珠的试验数据进行对比...     

原油的变温核磁共振弛豫特性实验研究

随埋藏深度的不同,地下原油温度有很大的变化,造成其核磁共振(NMR)弛豫特性差别较大.利用2 MHz核磁共振谱分析仪器,对选取的不同粘度的脱气原油样品,测量了5种不同温度下原油样品的NMR弛豫时间.结果表明,随温度升高,同一油样的弛豫速度变缓,弛豫时间增大,弛豫时间谱有规律地右移,但横向弛豫时间T2和纵向弛豫时间T1随温度的变化速度有所不同.随粘度降低,不同油样弛豫时间谱有规律地向右移动,说明原油中长弛豫组分增多,而短弛豫组分减少,弛豫时间逐渐增大.低粘度原油的纵向弛豫时间T1和横向弛豫时间T2近似相等,且在双对数坐标系下与粘度、粘度与温度比值呈反比关系;高粘度原油的T1和T2不同,其T1/T2值随粘度与温度比值的增加而增大.     

采用核磁共振的大孔隙残积土水分迁移分析

为揭示大孔隙残积土的水分迁移机理，以原状、重塑花岗岩残积土为研究对象，基于核磁共振分析入渗试验、吸湿试验及干湿循环试验过程中土样基质域和大孔隙域的水分迁移规律。结果表明：入渗试验中，初始状态下原状和重塑土试样中水分主要分布在基质孔隙，随着入渗持续，大孔隙中T2曲线信号幅值逐渐增大且随着时间增加增速变快；吸湿试验中，由于基质吸力的存在，水分主要进入基质孔隙中，且土壤初始含水率与基质吸力呈反相关关系；干湿循环试验中，干湿循环后土壤中出现微小裂缝和孔隙，随着循环次数增加，裂隙逐渐贯通形成大孔隙，部分基质域中的水分进入大孔隙中。     

原油的变温核磁共振弛豫特性实验研究

随埋藏深度的不同,地下原油温度有很大的变化,造成其核磁共振（NMR）弛豫特性差别较大。利用2 MHz核磁共振谱分析仪器,对选取的不同粘度的脱气原油样品,测量了5种不同温度下原油样品的NMR弛豫时间。结果表明,随温度升高,同一油样的弛豫速度变缓,弛豫时间增大,弛豫时间谱有规律地右移,但横向弛豫时间T2和纵向弛豫时间T1随温度的变化速度有所不同。随粘度降低,不同油样弛豫时间谱有规律地向右移动,说明原油中长弛豫组分增多,而短弛豫组分减少,弛豫时间逐渐增大。低粘度原油的纵向弛豫时间T1和横向弛豫时间T2近似相等,且在双对数坐标系下与粘度、粘度与温度比值呈反比关系;高粘度原油的T1和T2不同,其T1/T2值随粘度与温度比值的增加而增大。     

高石梯—磨溪区块灯影组碳酸盐岩气藏孔隙结构特征

四川盆地高石梯-磨溪区块震旦系灯影组气藏的储层以白云石为主,孔洞缝发育,非均质性强,对气藏孔隙结构特征进行研究是开发方案编制和开发动态预测的基础。因此,以工区内不同井位所取得的直径为2.5 cm柱塞样和直径7 cm全直径岩心为研究对象,进行岩心基础物性、铸体薄片、核磁共振、CT扫描等一系列的测试;并进行了相关的分析。结果表明:灯影组储层基岩低孔(2.76%)、低渗(0.8 m D),孔渗相关性差;储层孔隙类型以裂缝-孔隙型为主;储层裂缝以缝网形式存在,但仅在局部层段发育,裂缝以构造溶蚀缝为主;储集空间以大、中孔隙为主(约共占65%),储层可动流体饱和度与孔隙度呈正相关性;溶蚀孔洞分布满足(对数)正态分布,算数平均后得到确定的概率密度函数,为更大尺度储层定量表征奠定基础。     

页岩、砂岩岩心核磁共振实验结果对回波间隔的敏感性差异

回波间隔(TE)参数的选取对核磁共振岩心分析实验结果影响很大,为确定TE值对不同岩样的核磁共振结果的影响程度,系统研究了页岩、砂岩岩心核磁共振岩心实验对TE值的敏感性。对相同状态下的岩心进行了多组TE值的核磁共振测量,分析了不同岩样核磁实验T2谱的形态、T2谱峰位置和核磁孔隙度与TE值的关系。结果表明,TE对于核磁共振岩心分析结果影响很大,而且对不同岩性岩心的敏感性有很大差异,砂岩岩心对TE值的敏感性较弱,不同TE值的测量结果,其T2谱的变化在形态上有所改变,但其主体位置和核磁孔隙度变化不大;页岩岩心对TE值非常敏感,不同TE值测量时,T2谱不但形态发生了明显的变化,而且其主体位置向右移动,核磁孔隙度也迅速减小。     

应用人工智能优化降低核磁共振孔隙度测量误差

核磁共振测量孔隙度通常偏小,这是因为储层岩石中含有顺磁物质和黏土.为此提出了一种通过采用人工智能算法,根据相关因素对核磁共振测量孔隙度进行校准的新方法.该方法首先根据信息增益的原则,通过数据挖掘找出与核磁孔隙度偏差相关的因素作为神经网络的参数,之后用常规方法测得的孔隙度对神经网络进行训练,并根据实验结果对网络的算法和参数进行优化,最终将实测核磁孔隙度的相对误差从29.35%降低到11.37%.这一结果表明应用人工智能算法能够有效提高核磁共振法测量孔隙度的精度.     

储层孔隙敏感性伤害的核磁共振实验研究

识别储层敏感性伤害机理对于避免油气井产能损失具有重大意义。为强化该领域室内研究,并克服目前有损测试方法的局限性,将核磁共振手段引入该领域。利用核磁共振T2谱测试,结合岩心流动实验,对我国KT油田两口生产井的盐敏和碱敏潜在伤害程度和伤害机理进行了研究。结果表明,KT油田储层的盐敏伤害程度可达39.5%,核磁T2谱显示伤害过程中存在明显的小孔隙增多、大孔隙减少的现象,据此推断盐敏伤害机理为黏土膨胀;KT油田储层碱敏伤害程度可高达77.8%,但T2谱并未显示伤害过程中存在孔隙类型及大小的变化;增大驱替倍数后出口端出现浑浊,且T2谱显示岩心中大小孔隙均增多,进而推断碱敏伤害机理为黏土分散运移。     

水合物低场核磁共振弛豫响应

水合物核磁共振表征对于海上水合物储层勘探以及地层描述具有重大意义。设计实验探究了溴化四丁基铵(TBAB)水溶液在分级降温与升温过程中的低场核磁共振弛豫响应特征。实验数据结果表明,变温过程中横向弛豫时间(T₂)分布存在3个区间,即小峰区间(小于4 ms)、中峰区间(4～100 ms)和大峰区间(100～3 000 ms),核磁共振弛豫信号分别来源于水合物、TBAB分子和水中的氢原子核。测试样品的温度以及T₂分布演化规律能够识别样品中所包含物质,即固态水合物、TBAB水溶液、水、冰。小峰信号由水合物提供,依此建立了水合物核磁共振信号(幅值和T₂)与温度的关系,可以作为量化分析水合物含量的温度校准依据。     

Experimental studies on the effects of porosity on acoustic resonance spectroscopy for synthetic porous rock samples in a cylindrical resonant cavity

Based on our previous work on acoustic resonance spectroscopy （ARS） measurement, the ARSs in low frequency modes were measured for 10 synthetic oil-saturated rock samples with the porosities ranging from 22% to 30%, and the effects of porosity on ARS of the synthetic porous rock samples in a cylindrical resonant cavity were studied. The experimental results show that as the location of a synthetic rock sample changes from the top to the middle of the resonant cavity, the resonance frequency （RF） will gradually increase and the corresponding resonance amplitude （RA） will decrease. In the middle of the cavity, the RF reaches its maximum, while the RA reaches its minimum. When the synthetic rock porosity increases, the RF will decrease and the RA will decrease. Furthermore, the RF of a synthetic rock sample was numerically calculated with an average volume model in the resonant cavity. Our numerical results show that as the location of the sample changes from the top to the middle of the cavity, the RF gradually increases and the RF reaches its maximum value in the middle of the cavity. However, the RF decreases as the porosity of the sample increases in the middle of the cavity. The porosity effects on the ARS described above were confirmed by our experimental result as well as the theoretical analyses, which is important for porosity and fracture characterizations in a rock sample using the ARS in a low frequency mode.     

基于核磁与压汞资料的储层孔隙结构特征研究

X1井区位于酒泉盆地营尔凹陷长沙岭构造带，下白垩统下沟组一段（K₁g¹）储层岩石类型主要为岩屑砂岩和长石岩屑砂岩，发育砂泥岩薄互层，储层非均质性强，给储层评价带来较大困难。而流体识别、储层评价及后期开发措施在很大程度上依赖于对储层的孔隙结构的认识。以X1井区为例，对研究区的矿物成分进行统计分析、对电镜薄片观测的孔隙类型进行分类研究，重点根据该井区的压汞及核磁共振T₂谱等测试数据，建立了T₂谱与岩芯孔喉半径的定量计算方法，并结合核磁共振测井资料，形成了连续定量刻画储层孔喉半径变化特征的方法；对孔喉半径的定量刻画，可以为了解储层孔渗的变化提供思路，为研究区储层孔隙结构和储层非均质性研究提供更丰富的信息。     

动态扰动对不同含水率砂岩应力松弛影响的研究

采用课题组自制的岩石松弛-扰动试验装置,研究了不同含水率砂岩的松弛过程动态扰动的影响,测试轴向应力、轴向应变的变化,观察到了砂岩试样在动态扰动后应变增加、应力降低的现象.根据试验数据,分析了松弛稳定后水对砂岩试样应力松弛量和应力松弛度的影响,基于岩石松弛扰动效应的本构方程,得到不同含水率扰动系数在2~6之间.结果表明:(1)由于水的影响作用,松弛稳定后砂岩试样的应力松弛量增加、应力松弛度增大,水对砂岩试样应力松弛衰减的影响作用增强;(2)在相同的冲击扰动能量作用下,含水率高的砂岩试样在动态扰动后应变增加和应力降低的现象更明显,扰动系数随含水率增加而增大.