用核磁共振技術研究高倍數水驅特征

吳雅麗，王成勝，闞 亮，敖文君，田津杰，付云川，孫 君

（中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，天津 300452）

1 核磁共振測試原理

在靜態磁場中，物質本身的磁性核子會沿著靜磁場的方向有序排列，而如果對靜磁場施加一個交變電磁場，頻率與物質本身的核子振動頻率相同，這一類核子就會發生共振，這就是核磁共振現象，而且核子會按照新磁場的方向進行排列[1-5]。如果去掉這個外加的磁場，核子就會向靜磁場的方向趨近，利用這個機制就可以探測這類核子的信息[6-10]。

1.1 弛豫機制

在石油科學領域，采用核磁共振的弛豫時間可以對巖心和流體進行一些物性分析。巖心是一種多孔介質，而多孔介質的流體有三種弛豫機制，分別是自由弛豫、表面弛豫和擴散弛豫。由于縱向弛豫時間T1測試周期較長，主要利用橫向弛豫時間T2來進行物性分析。其中T2可表示為：

式中：T2b-自由弛豫引起的流體橫向弛豫時間；T2s-表面弛豫引起的流體橫向弛豫時間；T2d-擴散弛豫引起的流體橫向弛豫時間。

一般情況下，在均勻磁場中，擴散弛豫引起的弛豫時間貢獻較小，而自由弛豫時間較表面弛豫時間很大，故式（1）可簡化為：

1.2 成像機制

當一個物體進入核磁共振信號的三維空間后，通過在橫斷面、冠狀面和矢狀面上對該物體施加線性梯度磁場，并根據不同位置的磁場強度的不同進行層面選擇編碼、相位編碼和頻率編碼等，通過線性組合實現定位功能，進而實現截面斷層成像，這就是核磁共振成像。根據切片位置不同，圖像可分為矢狀面圖像、冠狀面圖像和橫斷面圖像，示意圖（見圖1）。

圖1 核磁共振成像切片示意圖Fig.1 NMR slice diagram

2 實驗部分

2.1 實驗條件

（1）貝雷巖心模型，滲透率為2 000×10-3μm2，尺寸為ф2.5 cm×10 cm；天然巖心，滲透率為2 000×10-3μm2；

（2）實驗用水：巖心飽和地層水和驅替用水采用室內配制的模擬水；

（3）實驗用油：室內模擬油在60 ℃條件下黏度為15 mPa·s；

（4）實驗溫度：60 ℃；

（5）實驗速度：1 mL/min。

2.2 實驗方案（見表1）

3 實驗結果及分析

3.1 驅油效率

天然巖心高倍數水驅驅油效率實驗結果（見表2、圖2）。由表2和圖2可知，巖心A-1在驅替至30 PV時，殘余油飽和度為29.11 %，驅油效率為58.82 %；當繼續驅替至2 000 PV時，殘余油飽和度為18.71 %，驅油效率為73.53 %；對比可知，驅替至2 000 PV時較30 PV殘余油飽和度下降了10.4 %，驅油效率提高了14.71 %，在含水90 %以上時，仍有一大部分油被采出，這說明高倍數水驅條件下，驅油效率隨著注入倍數的增加而增加，長期的水驅可以提高采收率。

3.2 核磁共振測試

在核磁共振測試參數相同的條件下，核磁共振信號量與樣品中的水量成正相關的關系。通過對一組已知含水量的標準樣品進行測試，擬合出一條水量與核磁共振信號量的關系曲線，將測試樣品測得的信號量代入曲線方程中可以求出樣品中的含水量，除以樣品物理體積便得到樣品孔隙度。核磁共振測試巖心孔隙度測量結果（見表3）。

實驗各階段含油飽和度和驅油效率數據（見表4）。T2譜測試結果（見圖3）。對巖心進行成像切片分析，矢狀面共切片5段，橫斷面共切片7段，實驗測試各階段成像圖（見圖4～圖11）。

由表4和圖3～圖11可知，巖心由飽和油結束，到注入0.5 PV時，含油飽和度由69.84%下降到66.00%，此時采出程度為12.31 %。由圖5可知，各矢狀面切片方向流體推進較均勻，未發生明顯的舌進現象，這是因為一維貝雷圓柱巖心整體均質性較強，由圖9可看出，橫斷面第5個切片已見水線，故此時水驅前緣已推進至距入口端約1/3處。

表1 實驗方案Tab.1 Experimental scheme

表2 天然巖心高倍數水驅驅油效率實驗結果Tab.2 Experimental results of high multiple waterflooding efficiency of natural core

圖2 天然巖心高倍數水驅驅油效率曲線Fig.2 Oil displacement efficiency curve of high multiple water drive in natural core

表3 巖心樣品核磁孔隙度測量結果Tab.3 Nuclear magnetic porosity measurement results of core samples

表4 核磁驅油效率實驗結果Tab.4 Experimental results of nuclear magnetic drive efficiency

圖3 T2譜測試結果Fig.3 T2spectrum test results

圖4 飽和油后矢狀面切片圖像Fig.4 Sagittal slice image of saturated oil

圖5 注入0.5 PV后矢狀面切片圖像Fig.5 Sagittal slice image after 0.5 PV injection

圖6 注入300 PV后矢狀面切片圖像Fig.6 Sagittal slice image after 300 PV injection

圖7 注入2 000 PV后矢狀面切片圖像Fig.7 Sagittal slice image after 2 000 PV injection

圖8 飽和油后橫斷面切片圖像Fig.8 Cross section slice image after saturated oil

圖9 注入0.5 PV后橫斷面切片圖像Fig.9 Cross section slice image after injection of 0.5 PV

圖10 注入300 PV后橫斷面切片圖像Fig.10 Cross section slice image after injection of 300 PV

圖11 注入2 000 PV后橫斷面切片圖像Fig.11 Cross section slice image after injection of 2 000 PV

當注入量達到300 PV時，由圖6和圖10可看出，無論是矢狀面還是橫斷面，巖心各部位都已進入高含水階段，對比來說，靠近生產井的部位含油飽和度稍高，這是因為在一維均質巖心條件下，距離注入井越近，隨著強水洗的進行，含水飽和度提升較大，而距離稍遠的部位，含油飽和度相對高一些，此時巖心整體含油飽和度為32.53 %，驅油效率為53.42 %。

當注入量達到2 000 PV時，由圖7和圖11與圖6和圖10的對比可看出，巖心色彩的變化不明顯，這是因為注入量達到300 PV后含水飽和度達到67.47 %，而注入量達到2 000 PV時，含水飽和度為72.77 %，含水飽和度僅上升了5.3 %，所以從成像的技術來看，色彩變化不明顯。但實際采出程度由53.42 %上升到61.00 %，提升了7.58 %，這說明高含水期后，進行高倍數水驅仍會提高采收率。

4 結論

（1）高倍數水驅條件下，驅油效率隨著注入倍數的增加而增加，長期的水驅可以提高采收率。

（2）巖心由飽和油結束到注入0.5 PV時，含油飽和度由69.84 %下降到66.00 %，各矢狀面切片方向流體推進較均勻，未發生明顯的舌進現象，這是因為一維貝雷圓柱巖心整體均質性較強。

（3）當注入量達到300 PV時，無論是矢狀面還是橫斷面，巖心各部位都已進入高含水階段，距離注入井越近，隨著強水洗的進行，含水飽和度提升較大，而距離稍遠的部位，含油飽和度相對高一些。