用核磁共振技术测量低渗含水气藏中的束缚水饱和度
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１ １ Ｃ
图１
Ｆｉｇ．１
一块低渗透气藏岩样的疋弛豫时间谱 乃ｒｉｅｌａｘａ“ｏｎ
ｉｎ ｌｏｗ ｔｉｍｅ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｏｆ
ａ
ｒｏｃｋ ｓａｒｎｐｌｅ
ｐｅｍｅａＫｌｉｔｙ ｇ鹊ｒｅｓｅｒＶ硝ｒ
２核磁共振测试束缚水饱和度结果和分析
ｌｋｓｕｌｔ ａｎｄ ａｎａｌｖｓｉｓ ｏｆ ｉｒｒｅｄｕｃｉｂｌｅ ｗａｔｅｒ
豫是磁化矢量在受到射频场的激发下发生核磁共振 时偏离平衡态后又恢复到平衡态的过程。弛豫速度 的大小由岩石物性和流体特征决定，对于同一种流 体，弛豫速度只取决于岩石物性。标识弛豫速度大 小的常数称为弛豫时间，目前核磁共振通常测量的
是疋弛豫时间。
对纯净物质样品（如纯水），每个氢核的周围环 境及原子核相互作用均相同，因此可用一个弛豫时 间咒描述样品的物性。而对于油气藏的岩石多孔 介质样品而言，情况要复杂得多。储层岩石中矿物 组成和孑Ｌ隙结构非常复杂，流体存在于多孔介质中， 被许多界面分割包围，孔道形状、大小不一，原子核 与固体表面上顺磁杂质接触的机会不一致等，使得 各个原子核弛豫得到加强的几率不等，所以岩石流 体系统中原子核弛豫不能以单个弛豫时间来描述， 而应当是一个分布。不同岩石流体系统的物性决定 了它们具有不同的疋分布，因此反过来获得了它们 的死分布就可以确定其物理性质。 根据核磁共振快扩散表面弛豫模型，单个孔道 内的原子核弛豫可用一个弛豫时间来描述，此时，疋
万 方数据
杨正明等：用核磁共振技术测量低渗含水气藏中的束缚水饱和度 对于低渗气藏而言，束缚水饱和度是气相和气 水两相渗流的临界参数，同时它也是低渗气藏计算 含气饱和度的重要参数。因此，束缚水饱和度是表 征低渗气藏开发潜力特征的一个重要参数。目前测 试束缚水饱和度的方法很多，但存在很多问题Ｍ’５１。 笔者用低磁场核磁共振仪测定苏里格低渗气藏的束 缚水饱和度，分析了在不同气驱条件下岩心的束缚
ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｗｉｔｈ
ＮＭＲ ｍｅｔｈｏｄ
寺＝｝＋ｐ２号＋ｙ２ Ｇ２所２／３
』２ 』２Ｂ ｒ
（１）
所取样品为６块苏里格低渗气藏干岩样，所以
无法直接用核磁共振方法测试低渗气藏湿岩样获得 束缚水饱和度，只能饱和水后，再利用核磁共振方法 进行测试，即将饱和水的岩样置于低磁场核磁共振
水饱和度的变化情况。
５７
决于孔隙表面性质和矿物组成；影ｙ为单个孔隙的 比表面，与孔隙半径成反比。右边第ｌ项称作体弛 豫项，疋。的大小取决于饱和流体性质，因此该项容 易去掉；右边第３项称作扩散弛豫项，通过采用所建 立的核磁共振扩散测量实验技术，该项也可以被去 掉。去掉右边第１项和第３项后，公式（１）变为
当低渗气藏岩样饱和水后，由于水中富含氢核１Ｈ， 而氢核具有核磁矩，核磁矩在外加静磁场中会产生 能级分裂，此时当有选定频率的外加射频场时，核磁 矩就会发生吸收跃迁，产生核磁共振。通过适当的 探测、接收线圈就可以观察到核磁共振现象。
核磁共振Ｓ（ｔ）为总核磁信号强度，Ａ；为弛豫时间疋ｉ组 分所占的比例，即为与咒；对应的一定孔径的孔隙体 积占总孔隙体积的百分率。 核磁共振疋测量采集到的基本数据是回波串 即疋弛豫过程中总核磁信号强度ｓ（￡）随时问ｆ的 衰减曲线，对回波串进行多指数拟合，即求解（３） 式，求得每一咒ｉ对应的Ａ；，将疋ｉ作横坐标，Ａ；作纵 坐标，可得到疋弛豫时间的分布即疋谱。 图１为一块典型的低渗透气藏岩样的死弛豫 时间谱，形状为双峰结构。其中左峰下的面积代表 束缚流体含量，右峰下的面积代表可动流体含量。
去讯軎
疋一Ｐ２
ｙ
（２）
、‘７
ｌ核磁共振测试原理
Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ Ｏｆ
因此弛豫时间分布反映了岩石介质内比表面的分布 及其对展布在内表面上流体作用力的强弱。
ｔｅｃｈＩｌｉｑｕｅ
ＮＭＲ
对于由不同大小孔隙组成的岩石多孔介质，总 的弛豫为单个孔隙弛豫的叠加，即
Ｓ（￡）＝∑Ａｉｅｘｐ（一￡／咒ｉ） （３）
核磁共振是指原子核和磁场之间的相互作用。
式中，Ｄ为扩散系数；Ｇ为内磁场不均匀性，与外加
磁场成正比；丁为回波间隔；ｐ：为表面弛豫强度，取
万 方数据
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１ １ Ｃ
图１
Ｆｉｇ．１
一块低渗透气藏岩样的疋弛豫时间谱 乃ｒｉｅｌａｘａ“ｏｎ
ｉｎ ｌｏｗ ｔｉｍｅ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｏｆ
ａ
ｒｏｃｋ ｓａｒｎｐｌｅ
ｐｅｍｅａＫｌｉｔｙ ｇ鹊ｒｅｓｅｒＶ硝ｒ
２核磁共振测试束缚水饱和度结果和分析
ｌｋｓｕｌｔ ａｎｄ ａｎａｌｖｓｉｓ ｏｆ ｉｒｒｅｄｕｃｉｂｌｅ ｗａｔｅｒ
豫是磁化矢量在受到射频场的激发下发生核磁共振 时偏离平衡态后又恢复到平衡态的过程。弛豫速度 的大小由岩石物性和流体特征决定，对于同一种流 体，弛豫速度只取决于岩石物性。标识弛豫速度大 小的常数称为弛豫时间，目前核磁共振通常测量的
是疋弛豫时间。
对纯净物质样品（如纯水），每个氢核的周围环 境及原子核相互作用均相同，因此可用一个弛豫时 间咒描述样品的物性。而对于油气藏的岩石多孔 介质样品而言，情况要复杂得多。储层岩石中矿物 组成和孑Ｌ隙结构非常复杂，流体存在于多孔介质中， 被许多界面分割包围，孔道形状、大小不一，原子核 与固体表面上顺磁杂质接触的机会不一致等，使得 各个原子核弛豫得到加强的几率不等，所以岩石流 体系统中原子核弛豫不能以单个弛豫时间来描述， 而应当是一个分布。不同岩石流体系统的物性决定 了它们具有不同的疋分布，因此反过来获得了它们 的死分布就可以确定其物理性质。 根据核磁共振快扩散表面弛豫模型，单个孔道 内的原子核弛豫可用一个弛豫时间来描述，此时，疋
万 方数据
杨正明等：用核磁共振技术测量低渗含水气藏中的束缚水饱和度 对于低渗气藏而言，束缚水饱和度是气相和气 水两相渗流的临界参数，同时它也是低渗气藏计算 含气饱和度的重要参数。因此，束缚水饱和度是表 征低渗气藏开发潜力特征的一个重要参数。目前测 试束缚水饱和度的方法很多，但存在很多问题Ｍ’５１。 笔者用低磁场核磁共振仪测定苏里格低渗气藏的束 缚水饱和度，分析了在不同气驱条件下岩心的束缚
ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｗｉｔｈ
ＮＭＲ ｍｅｔｈｏｄ
寺＝｝＋ｐ２号＋ｙ２ Ｇ２所２／３
』２ 』２Ｂ ｒ
（１）
所取样品为６块苏里格低渗气藏干岩样，所以
无法直接用核磁共振方法测试低渗气藏湿岩样获得 束缚水饱和度，只能饱和水后，再利用核磁共振方法 进行测试，即将饱和水的岩样置于低磁场核磁共振
水饱和度的变化情况。
５７
决于孔隙表面性质和矿物组成；影ｙ为单个孔隙的 比表面，与孔隙半径成反比。右边第ｌ项称作体弛 豫项，疋。的大小取决于饱和流体性质，因此该项容 易去掉；右边第３项称作扩散弛豫项，通过采用所建 立的核磁共振扩散测量实验技术，该项也可以被去 掉。去掉右边第１项和第３项后，公式（１）变为
当低渗气藏岩样饱和水后，由于水中富含氢核１Ｈ， 而氢核具有核磁矩，核磁矩在外加静磁场中会产生 能级分裂，此时当有选定频率的外加射频场时，核磁 矩就会发生吸收跃迁，产生核磁共振。通过适当的 探测、接收线圈就可以观察到核磁共振现象。
核磁共振Ｓ（ｔ）为总核磁信号强度，Ａ；为弛豫时间疋ｉ组 分所占的比例，即为与咒；对应的一定孔径的孔隙体 积占总孔隙体积的百分率。 核磁共振疋测量采集到的基本数据是回波串 即疋弛豫过程中总核磁信号强度ｓ（￡）随时问ｆ的 衰减曲线，对回波串进行多指数拟合，即求解（３） 式，求得每一咒ｉ对应的Ａ；，将疋ｉ作横坐标，Ａ；作纵 坐标，可得到疋弛豫时间的分布即疋谱。 图１为一块典型的低渗透气藏岩样的死弛豫 时间谱，形状为双峰结构。其中左峰下的面积代表 束缚流体含量，右峰下的面积代表可动流体含量。
去讯軎
疋一Ｐ２
ｙ
（２）
、‘７
ｌ核磁共振测试原理
Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ Ｏｆ
因此弛豫时间分布反映了岩石介质内比表面的分布 及其对展布在内表面上流体作用力的强弱。
ｔｅｃｈＩｌｉｑｕｅ
ＮＭＲ
对于由不同大小孔隙组成的岩石多孔介质，总 的弛豫为单个孔隙弛豫的叠加，即
Ｓ（￡）＝∑Ａｉｅｘｐ（一￡／咒ｉ） （３）
核磁共振是指原子核和磁场之间的相互作用。
式中，Ｄ为扩散系数；Ｇ为内磁场不均匀性，与外加
磁场成正比；丁为回波间隔；ｐ：为表面弛豫强度，取
万 方数据
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