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［摘 要］用核磁共振技术的方法对低渗透储层的岩心进行饱和水状态下的可动流体实验，以可动流体百分数高低为标准且兼顾可动流体孔隙度，将低渗储层划分为四类，并对试验结果进行了分析讨论，结论认为可动流体百分数含量与孔隙度和渗透率相关性强，在综合考虑可动流体各主要相关因素时，可有效提高对低渗透储层评价的科学性。
［关键词］核磁共振 实验方法 低渗透储层 可动流体
油田开发过程中低渗透储层常表现为地质条件差，孔隙极其微小，很大一部分流体在渗流过程中被毛管力和粘滞力所束缚不能参与流动，而实际上只有能够参与流动的流体才是真正具有开采价值的可动资源量，可动流体是储层评价尤其是低渗透储层评价中的重要参数，当流体受到孔隙固体表面作用力时，处于自由或可动状态的流体为自由流体或可动流体。目前低渗透油田开发潜力高低评价通常还是借用中、高渗透油田的评价方法,即以储层厚度、储层连续性和分布稳定性、储层孔隙度和渗透率数据等作为评价标准，没有考虑可动流体因素，而我国多个低渗透油田现场实际开发效果和经济教训表明，这样做很难对低渗透油田的开发潜力高低做出准确评价。核磁共振技术是近年来兴起的一项可用于可动流体评价的高新技术，可用于前期评价低渗透油气储层质量好坏和开发潜力高低［1］。
1. 核磁共振原理
核磁共振是利用带有磁性的原子与外加磁场的相互作用引起的共振现象来检测各种物质，它不破坏原子核和核外电子，实现的是无损测试。
由于构成有机物的3种重要元素（碳、氢、氧）中只有氢1Ｈ元素具有核磁性，因此，岩样饱和油或水后处于均匀静磁场中时，流体中所含的氢核1H就会被磁化，核磁矩在外加静磁场中会产生能级分裂，宏观上表现出一个磁化矢量。此时对样品施加一定频率的射频场，核磁矩就会发生吸收跃迁，产生核磁共振。随后撤掉射频场，通过适当的探测、接收线圈就可以接收到一个幅度随着时间以指数函数衰减的信号，可用两个参数描述该信号衰减的快慢：纵向驰豫时间T1和横向驰豫时间T2。弛豫时间是核磁共振中极其重要的物理量，弛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，核磁共振信号强度与被测样品内所含氢核1H的数目成正比。
现代核磁共振通常测量T2弛豫时间。弛豫速度的快慢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。所以弛豫时间分布反映了岩石介质内表面的分布及其对展布在内表面上的流体作用力的强弱。在多孔介质中，存在不同半径的孔隙喉道，各种孔隙喉道又有不同的比表面及液固作用强度，各自具有不同的弛豫过程（小孔隙喉道中的弛豫时间短，大孔隙喉道的弛豫时间长）， 因此，每块岩心的核磁共振观测信号强度是不同孔隙喉道内弛豫过程的叠加。所以不同岩石流体系统的物性决定了它们具有不同的T2分布，因此反过来获得了T2分布就可以确定它们的物理性质。根据核磁共振理论分析，T1和T2均反映岩石孔隙比表面的大小，即：
（2-1）
式中T2为单个孔隙内流体的核磁共振T2驰豫时间，ρ为岩石表面驰豫强度常数，S/V为单个孔隙的比表面。
岩石多孔介质是由不同大小孔隙组成，存在多种指数衰减信号，总的核磁驰豫信号S（t）是不同大小孔隙的核磁驰豫信号的叠加：
S （2-2）
式中T2i是第i类孔隙内流体的T2驰豫时间，Ai表示驰豫时间为T2i时流体体积所占比例即孔隙体积所占比例。
在获取T2衰减叠加曲线后，采用数学反演技术，可以计算出不同驰豫时间T2的流体所占的份额，即所谓的T2驰豫时间谱。由公式（2-1）可知，T2谱实际上代表了岩石内的孔隙半径分布情况。从油层物理学中可知，当孔隙半径小到某一程度后，孔隙中的流体将被毛管力和粘滞力所束缚而无法流动。因此在T2谱上就存在一个界限，当孔隙流体的T2驰豫时间大于某一值时，流体为可动流体，反之为不可动流体，这个T2驰豫时间界限常被称为可动流体T2截止值（大量岩心分析实验结果表明，该值通常位于谱上两峰之间的交汇点附近）。综上所述，采用核磁共振技术能够准确的测量岩样中的可动流体含量。
2.实验结果
核磁共振可动流体为低渗透储层评价提供了一项重要的评价参数。根据国内外多个低渗透油气田开发生产的经验，以可动流体百分数高低为标准（兼顾可动流体孔隙度），可以将低渗储层划分为四类：
一类储层（较好储层）：可动流体百分数大于50%，可动流体孔隙大于5%；
二类储层（中等储层）：可动流体百分数介于30%～50%、孔隙度介于3%～5%之间；
三类储层（较差储层）：可动流体百分数介于20%～30%、孔隙度介于2%～3%之间；
四类储层（差储层）：可动流体百分数小于20%（可动流体孔隙度小于2%）。
该研究中共做了5块岩心饱和水状态下的可动流体实验。依据上述标准，可以对所分析的5块岩心根据实验结果进行分类，实验结果见表1。
岩心的T2弛豫时间谱如图1～图5示。饱和水状态下的T2谱反映岩心的孔径分布，T2谱的横坐标为T2驰豫时间，T2与孔隙半径之间具有正比关系，频率分布的含义是具有一定孔径的孔隙体积占总孔隙体积的比例，累积分布的含义是孔径小于某一值的孔隙体积占总孔隙体积的百分比。
3.岩心可动流体实验结果分析
图6为一块典型的低渗透储集层岩样的T2弛豫时间谱，形状为双峰结构。右峰对应于可动流体含量，左峰对应于束缚流体含量。右峰越大，表示可动流体越多，右峰越小，表示可动流体越少。岩心的核磁共振可动流体百分数等于T2谱的右峰面积占T2谱总面积的百分比，可动流体孔隙度等于可动流体百分数乘以岩心的孔隙度。
图6 低渗透岩心的T2弛豫时间谱
4.根据可动流体百分数的大小对岩心进行分类评价
分析这5块岩心在饱和水状态下的核磁共振T2谱发现，T2谱有双峰状态，但不是很明显。
①可动流体百分数含量大于50%
所实验的5块岩心中，可动流体含量百分数没有大于50%的，可动流体孔隙度也没有超过5%的。
②可动流体百分数含量50%左右
见图1，A井6-10/ 49<1>岩心T2谱主要特征：右峰面积与左峰面积相似，可动流体百分数含量49.62%，可动流体孔隙度为1.54%，没有超过5%。
③可动流体百分数含量30%～40%
见图2B井6-22/66-3岩心的主要T2谱特征：右峰面积和幅度明显小于左峰，可动流体百分数含量40%左右。可动流体孔隙度为2.11，没有有超过3%。
④可动流体百分数含量20%～30%
见图3，C井7-17/ 34岩心的主要T2谱特征：双峰现象不是很明显，右峰面积与左峰面积相差不大，可动流体百分数含量25%左右。可动流体孔隙度1.19%。
⑤可动流体百分数含量小于20%
见图4、5，D井8-28/66和E双井2-4/115-3岩心的主要T2谱特征：右峰面积和幅度明显小于左峰，可动流体百分数含量为19.85%和13.54%，可动流体孔隙度均小于2%。
5.可动流体百分数与孔隙度、渗透率的关系探讨
可动流体含量与空气渗透率有一定关系，一般渗透率高的岩心可动流体百分数高，渗透率低的可动流体百分数低。
由表1中数据可知，随着孔隙度的增大，可动流体百分数有增大的趋势，但没有很好的相关关系。如C井孔隙度3.10%，可动流体百分数49.62%，而B井孔隙度6.30%，但可动流体百分数却只有19.85%，而它们的气测渗透率都小于0.04×10-3μm2。由此可见，仅凭借渗透率、孔隙度数据判断储层特别是低渗储层物性好坏时是不全面的，还存在一定的局限性，应综合考虑可动流体因素，以提高储层评价的可靠性［2］。
如虽然本次实验的A井岩心和E井岩心孔隙度分别为4.60%和4.90%，比较接近，但是可动流体百分数分别为25.88%和49.62%，与岩石样品孔隙结构、矿物含量以及物性特征的非均质性有关。
6.结论与认识
①在低渗透油气储层可动流体的评定中具有很好的适应性，并且在检测各种物质时实现的是无损测试。
②核磁共振实验技术克服了判断储层特别是低渗储层物性仅凭渗透率、孔隙度等数据判识储层还存在的局限性，通过综合考虑可动流体来提高储层评价的科学性。
③可动流体百分数含量与孔隙度和渗透率相关性强，还与孔隙结构密切相关，连通性能很好的粒间孔占优势时，可动流体含量大；反之可动流体含量则小。
④可动流体百分数和可动流体孔隙度是衡量油气井产量高低和采收率大小的重要参数之一，根据它们与渗透率和孔隙度的关系，在预测油气井产量时非常重要。
参考文献：
［1］刘红现，许长福，胡志明.用核磁共振技术研究剩余油分布[J].特种油气藏，2011（01）:97.
［2］肖亮. 利用核磁共振测井资料评价储层孔隙结果的讨论[J].新疆石油地质，2008（02）：260-262.
作者简介：
尹晓宏（1972—），男，甘肃灵台人，硕士学位，中国石油长庆油田油气工艺研究院，高级工程师。
［关键词］核磁共振 实验方法 低渗透储层 可动流体
油田开发过程中低渗透储层常表现为地质条件差，孔隙极其微小，很大一部分流体在渗流过程中被毛管力和粘滞力所束缚不能参与流动，而实际上只有能够参与流动的流体才是真正具有开采价值的可动资源量，可动流体是储层评价尤其是低渗透储层评价中的重要参数，当流体受到孔隙固体表面作用力时，处于自由或可动状态的流体为自由流体或可动流体。目前低渗透油田开发潜力高低评价通常还是借用中、高渗透油田的评价方法,即以储层厚度、储层连续性和分布稳定性、储层孔隙度和渗透率数据等作为评价标准，没有考虑可动流体因素，而我国多个低渗透油田现场实际开发效果和经济教训表明，这样做很难对低渗透油田的开发潜力高低做出准确评价。核磁共振技术是近年来兴起的一项可用于可动流体评价的高新技术，可用于前期评价低渗透油气储层质量好坏和开发潜力高低［1］。
1. 核磁共振原理
核磁共振是利用带有磁性的原子与外加磁场的相互作用引起的共振现象来检测各种物质，它不破坏原子核和核外电子，实现的是无损测试。
由于构成有机物的3种重要元素（碳、氢、氧）中只有氢1Ｈ元素具有核磁性，因此，岩样饱和油或水后处于均匀静磁场中时，流体中所含的氢核1H就会被磁化，核磁矩在外加静磁场中会产生能级分裂，宏观上表现出一个磁化矢量。此时对样品施加一定频率的射频场，核磁矩就会发生吸收跃迁，产生核磁共振。随后撤掉射频场，通过适当的探测、接收线圈就可以接收到一个幅度随着时间以指数函数衰减的信号，可用两个参数描述该信号衰减的快慢：纵向驰豫时间T1和横向驰豫时间T2。弛豫时间是核磁共振中极其重要的物理量，弛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，核磁共振信号强度与被测样品内所含氢核1H的数目成正比。
现代核磁共振通常测量T2弛豫时间。弛豫速度的快慢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。所以弛豫时间分布反映了岩石介质内表面的分布及其对展布在内表面上的流体作用力的强弱。在多孔介质中，存在不同半径的孔隙喉道，各种孔隙喉道又有不同的比表面及液固作用强度，各自具有不同的弛豫过程（小孔隙喉道中的弛豫时间短，大孔隙喉道的弛豫时间长）， 因此，每块岩心的核磁共振观测信号强度是不同孔隙喉道内弛豫过程的叠加。所以不同岩石流体系统的物性决定了它们具有不同的T2分布，因此反过来获得了T2分布就可以确定它们的物理性质。根据核磁共振理论分析，T1和T2均反映岩石孔隙比表面的大小，即：
（2-1）
式中T2为单个孔隙内流体的核磁共振T2驰豫时间，ρ为岩石表面驰豫强度常数，S/V为单个孔隙的比表面。
岩石多孔介质是由不同大小孔隙组成，存在多种指数衰减信号，总的核磁驰豫信号S（t）是不同大小孔隙的核磁驰豫信号的叠加：
S （2-2）
式中T2i是第i类孔隙内流体的T2驰豫时间，Ai表示驰豫时间为T2i时流体体积所占比例即孔隙体积所占比例。
在获取T2衰减叠加曲线后，采用数学反演技术，可以计算出不同驰豫时间T2的流体所占的份额，即所谓的T2驰豫时间谱。由公式（2-1）可知，T2谱实际上代表了岩石内的孔隙半径分布情况。从油层物理学中可知，当孔隙半径小到某一程度后，孔隙中的流体将被毛管力和粘滞力所束缚而无法流动。因此在T2谱上就存在一个界限，当孔隙流体的T2驰豫时间大于某一值时，流体为可动流体，反之为不可动流体，这个T2驰豫时间界限常被称为可动流体T2截止值（大量岩心分析实验结果表明，该值通常位于谱上两峰之间的交汇点附近）。综上所述，采用核磁共振技术能够准确的测量岩样中的可动流体含量。
2.实验结果
核磁共振可动流体为低渗透储层评价提供了一项重要的评价参数。根据国内外多个低渗透油气田开发生产的经验，以可动流体百分数高低为标准（兼顾可动流体孔隙度），可以将低渗储层划分为四类：
一类储层（较好储层）：可动流体百分数大于50%，可动流体孔隙大于5%；
二类储层（中等储层）：可动流体百分数介于30%～50%、孔隙度介于3%～5%之间；
三类储层（较差储层）：可动流体百分数介于20%～30%、孔隙度介于2%～3%之间；
四类储层（差储层）：可动流体百分数小于20%（可动流体孔隙度小于2%）。
该研究中共做了5块岩心饱和水状态下的可动流体实验。依据上述标准，可以对所分析的5块岩心根据实验结果进行分类，实验结果见表1。
岩心的T2弛豫时间谱如图1～图5示。饱和水状态下的T2谱反映岩心的孔径分布，T2谱的横坐标为T2驰豫时间，T2与孔隙半径之间具有正比关系，频率分布的含义是具有一定孔径的孔隙体积占总孔隙体积的比例，累积分布的含义是孔径小于某一值的孔隙体积占总孔隙体积的百分比。
3.岩心可动流体实验结果分析
图6为一块典型的低渗透储集层岩样的T2弛豫时间谱，形状为双峰结构。右峰对应于可动流体含量，左峰对应于束缚流体含量。右峰越大，表示可动流体越多，右峰越小，表示可动流体越少。岩心的核磁共振可动流体百分数等于T2谱的右峰面积占T2谱总面积的百分比，可动流体孔隙度等于可动流体百分数乘以岩心的孔隙度。
图6 低渗透岩心的T2弛豫时间谱
4.根据可动流体百分数的大小对岩心进行分类评价
分析这5块岩心在饱和水状态下的核磁共振T2谱发现，T2谱有双峰状态，但不是很明显。
①可动流体百分数含量大于50%
所实验的5块岩心中，可动流体含量百分数没有大于50%的，可动流体孔隙度也没有超过5%的。
②可动流体百分数含量50%左右
见图1，A井6-10/ 49<1>岩心T2谱主要特征：右峰面积与左峰面积相似，可动流体百分数含量49.62%，可动流体孔隙度为1.54%，没有超过5%。
③可动流体百分数含量30%～40%
见图2B井6-22/66-3岩心的主要T2谱特征：右峰面积和幅度明显小于左峰，可动流体百分数含量40%左右。可动流体孔隙度为2.11，没有有超过3%。
④可动流体百分数含量20%～30%
见图3，C井7-17/ 34岩心的主要T2谱特征：双峰现象不是很明显，右峰面积与左峰面积相差不大，可动流体百分数含量25%左右。可动流体孔隙度1.19%。
⑤可动流体百分数含量小于20%
见图4、5，D井8-28/66和E双井2-4/115-3岩心的主要T2谱特征：右峰面积和幅度明显小于左峰，可动流体百分数含量为19.85%和13.54%，可动流体孔隙度均小于2%。
5.可动流体百分数与孔隙度、渗透率的关系探讨
可动流体含量与空气渗透率有一定关系，一般渗透率高的岩心可动流体百分数高，渗透率低的可动流体百分数低。
由表1中数据可知，随着孔隙度的增大，可动流体百分数有增大的趋势，但没有很好的相关关系。如C井孔隙度3.10%，可动流体百分数49.62%，而B井孔隙度6.30%，但可动流体百分数却只有19.85%，而它们的气测渗透率都小于0.04×10-3μm2。由此可见，仅凭借渗透率、孔隙度数据判断储层特别是低渗储层物性好坏时是不全面的，还存在一定的局限性，应综合考虑可动流体因素，以提高储层评价的可靠性［2］。
如虽然本次实验的A井岩心和E井岩心孔隙度分别为4.60%和4.90%，比较接近，但是可动流体百分数分别为25.88%和49.62%，与岩石样品孔隙结构、矿物含量以及物性特征的非均质性有关。
6.结论与认识
①在低渗透油气储层可动流体的评定中具有很好的适应性，并且在检测各种物质时实现的是无损测试。
②核磁共振实验技术克服了判断储层特别是低渗储层物性仅凭渗透率、孔隙度等数据判识储层还存在的局限性，通过综合考虑可动流体来提高储层评价的科学性。
③可动流体百分数含量与孔隙度和渗透率相关性强，还与孔隙结构密切相关，连通性能很好的粒间孔占优势时，可动流体含量大；反之可动流体含量则小。
④可动流体百分数和可动流体孔隙度是衡量油气井产量高低和采收率大小的重要参数之一，根据它们与渗透率和孔隙度的关系，在预测油气井产量时非常重要。
参考文献：
［1］刘红现，许长福，胡志明.用核磁共振技术研究剩余油分布[J].特种油气藏，2011（01）:97.
［2］肖亮. 利用核磁共振测井资料评价储层孔隙结果的讨论[J].新疆石油地质，2008（02）：260-262.
作者简介：
尹晓宏（1972—），男，甘肃灵台人，硕士学位，中国石油长庆油田油气工艺研究院，高级工程师。