岩样渗透性核磁共振实验分析

◆邓 钥

(对外经济贸易大学附属中学)

岩样渗透性核磁共振实验分析

◆邓 钥

(对外经济贸易大学附属中学)

根据岩石核磁共振横向驰豫谱分布特征，采用孔隙分割原则，将核磁共振累积曲线划分三段式，确定岩样的小孔、中间过渡孔和大孔分布。大孔隙对岩石渗透性有贡献，而过渡孔有部分贡献，小孔则无贡献，依据相关性最佳原则确定过渡孔的权重系数，进而得到有效孔隙度与渗透率关系模型。利用该模型确定岩石渗透率，并与经典Coates模型对比，表明其渗透率计算精度较高。

砂岩 核磁共振 有效孔隙度 渗透率

一、引言

岩石渗透性决定了该地层是否具有流体储集能力，其大小用渗透率表征。岩石为多孔介质，它对流体的渗透能力取决于孔隙大小和分布特征。目前，由于核磁共振(NMR)横向驰豫信号反映了岩石的孔隙结构特征，因此在确定岩石的渗透性方面具有一定优势。经典的SDR模型是基于T2几何平均值与渗透率的关系，Coates模型则认为渗透率与可动流体与不可动流体的比值有关。本文以岩石核磁共振实验为基础，基于分段分形原理，依据核磁共振T2谱，将样品孔隙划分为小、中(过渡)、大孔隙三部分，设置最佳权重系数确定对渗透性有贡献的有效孔隙，进而确定样品的渗透率。

二、核磁实验测量

1.样品预处理

选取渗透性砂岩样品30块，对样品进行切磨、洗油、洗盐、烘干等预处理，利用STY-2型气体渗透率测量仪测量样品的渗透率，用于实验对比。再对岩样加压饱和特定浓度的NaCl水溶液，将饱含水样品放在装有饱和用盐溶液的容器瓶中，静置48小时后待用。

2.实验过程

利用纽迈生产主频为2MHz的核磁共振信号分析仪，进行饱含水岩样核磁共振横向弛豫信号的测量。在恒温25℃测量环境下，仪器标准参数设定为：等待时间为6000ms，叠加次数为128次，回波个数为4096，回波间隔为0.37ms，利用SIRT反演方法进行T2谱反演。

3.实验结果

实验得到岩石的核磁共振横向驰豫T2谱如图1，蓝色方块为岩石的横向驰豫T2分布与孔隙度分量关系，黑色方块为T2谱的累积曲线，其中，T2值越小，对应孔隙的尺度越小。结果显示，本实验岩样的核磁共振T2谱主要呈现双峰特征，如左峰偏大，预示岩样的小孔隙较发育；核磁共振累计曲线显示为非线性，但可以近似表示为多段线性组合分布，因此，核磁共振横向驰豫谱具有分段分形特征。

三、岩石渗透性分析

1.基于核磁共振T2谱的孔隙度尺度划分

以某岩样为例，如图2，在双对数坐标系下，核磁共振累积曲线Sv与T2为3段线性组合关系，每段的斜率反映了孔隙的非均质性，其大小与孔隙尺度有关。分别确定三段的线性方程，联立求得两个交点，以交点为分界值，将T2谱划分为三部分，分别对应小孔、中间过渡孔和大孔，分别对应图中的S1、S2和S3。其中，S1即为不具有渗流能力的小孔隙，S2为具有部分渗流能力的中间过渡孔隙，S3则为具有渗透性的较大孔隙。

2.岩样渗透率的确定方法

基于核磁共振T2谱对岩样孔隙的划分，对岩石渗透性有贡献的有效孔隙(Se)可表示为：

Se=f·S2+S3(1)

式中，f为权重系数。其确定方法是将改变f，得到Se与渗透率(K)的关系，根据相关性最佳原则选取f。权重系数f与相关系数(R2)的关系如图3，当f=0.4时，R2取得极大值。因此，选取0.4为最佳权重系数，进而分析f与渗透率关系，如图4，二者为幂函数关系，

K=0.01175Se2.6946(2)

3.效果分析

利用式(3)确定样品渗透率，并将其与经典Coates模型确定的渗透率对比，如图5，图中纵坐标为样品氦气法测量渗透率。结果显示，相对于经典Coates模型，本实验方法确定的渗透率精度有较大提高。

四、结论

(1)根据核磁共振T2谱的分形特征，可将实验样品的孔隙进行尺度划分。

(2)准确确定过渡孔隙的权重系数，有助于对渗透性有贡献的有效孔隙的确定。

(3)基于孔隙尺度分形划分有效孔隙，进而确定核磁共振渗透率，其精度优于经典Coates模型，为利用核磁共振研究岩石渗透性提供了有益参考。

[1]常文会，赵永刚，华新军.用核磁共振测井技术评价储层渗透率特性[J].测井技术，2005，(06)：528-530.

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