驅替實驗中油相核磁共振T2譜表征方法

王 果，董永久，鄭永仙，王妍芝，蘇紹華，毛建英

（中國石油天然氣股份有限公司青海油田分公司，甘肅敦煌 736200）

核磁共振技術是實驗室中常用的研究孔隙結構及流體分布狀態的一種實驗方法[1]，目前主要用于核磁共振測井及解釋和室內巖心分析[2–3]。通過核磁共振檢測技術，可以檢測出巖心孔隙中油、水的氫原子核（1H），進而檢測出流體核磁共振信號強弱和弛豫時間[4]。油、水兩相巖心中的核磁共振T2譜反映的是巖心中油、水的共同氫核信號，而通過屏蔽水的1H信號，可以直觀地反映出飽和油和殘余油狀態的核磁信號。目前，較為常用的屏蔽水核磁信號的方法是用MnCl2水溶液浸泡巖心[5]，Mn2+屬于順磁性離子，順磁性離子可以與流體的氫核自旋產生較強的相互作用，加速水分子中氫核的弛豫[6–8]，當濃度達到一定程度時，就可以屏蔽水中的核磁信號，且Mn2+不能溶于油相，對油相分子的氫核不會產生影響。

滲流實驗中通過驅替地層水、地層原油及水驅油實驗，可以直觀地模擬出油水相對滲透率曲線，并計算驅油效率，是油田開發方案及動態分析最常用的實驗方法[9–10]。文中用MnCl2水溶液（錳水）驅替的方法屏蔽水的核磁信號，相比于錳水浸泡，驅替實驗可以更好地進入到巖心內部，從而有效地屏蔽水信號、直觀地研究巖心驅替實驗中殘余油分布狀況。

1 實驗樣品選取

選取花土溝地區H102井物性相近的4塊砂巖樣品進行模擬實驗（表1），孔隙度為18.46%～19.13%，滲透率為72.489×10–3～88.732×10–3μm2，4塊樣品的孔隙度和滲透率比較接近。孔隙結構特征如圖1所示，其中7號樣為中–細粒長石巖屑砂巖，巖石孔隙發育，主要為原生粒間孔和少量的溶蝕孔，少量溶蝕擴大孔（圖1a）；182號樣為細粒巖屑長石砂巖，巖石孔隙較發育，孔隙類型主要以原生粒間孔及次生粒間溶蝕孔為主（圖1b）；184號樣為中細粒巖屑長石砂巖，孔隙類型同樣以原生粒間孔和次生粒間溶蝕孔為主（圖1c）；265號樣為細–中粒巖屑長石砂巖，孔隙類型以原生粒間孔為主，少量次生孔隙（圖1d）。由鑄體薄片分析可知，4塊砂巖樣品孔隙類型相似。為了更準確地分析樣品孔隙結構特征，減少樣品差異帶來的實驗誤差，對4塊樣品進行高壓壓汞分析。通過壓汞曲線可以有效分辨出巖心所對應的孔喉大小及分布情況[11–12]，由圖2可知，4塊樣品孔喉大小及孔喉分布特征整體相似。因此，選取的樣品從物性特征和孔隙結構特征上較為相似，可以用于驅替實驗進行對比分析。

圖1 H102井4塊巖心鑄體薄片

圖2 H102井巖心樣品孔喉分布

表1 H102井4塊巖心基礎參數

2 實驗優化

實驗采用儀器為RecCore2500型核磁共振巖樣分析儀，掃描32次，進行不同礦化度下錳水對比和優化。

（1）將4塊樣品洗油、烘干，選取7號、182號和184號樣品，放在水中加壓飽和48 h，測試T2譜。

（2）將7號、182號和184號樣品分別放在礦化度為2×104mg/L、4×104mg/L、8×104mg/L的錳水中加壓浸泡72 h，測試T2譜。

（3）測試結束，將7號樣品用礦化度為2×104mg/L的錳水溶液進行驅替實驗，182號樣品用礦化度為4×104mg/L的錳水溶液進行驅替實驗，184號樣品用礦化度為8×104mg/L的錳水溶液進行驅替實驗，驅替至約100倍孔隙體積時，驅替結束，測試對應的T2譜。

從實驗結果可知（圖3），錳水飽和和錳水驅替完全后T2譜核磁信號比飽和水后T2譜核磁信號明顯減弱，且錳水驅替效果比錳水飽和屏蔽水信號好；礦化度為2×104mg/L、4×104mg/L、8×104mg/L的錳水相比較，礦化度為4×104mg/L的錳水能完全屏蔽水的核磁信號，因此選取礦化度為4×104mg/L的錳水進行驅替實驗。

圖3 不同礦化度下錳水T2譜

3 驅替實驗及表征

選取洗油并烘干的265號巖石樣品，先用礦化度為4×104mg/L的錳水驅替至飽和，再用模擬地層原油進行油驅水實驗，建立飽和油狀態和束縛水狀態，測量T2譜。將樣品在油中靜置一段時間后，用礦化度為4×104mg/L的錳水進行驅替實驗，驅替至不出油（至少100倍孔隙體積），建立飽和水狀態和殘余油狀態，測量T2譜（圖4）。由實驗可知，經錳水驅替后，Mn2+可以有效地進入巖心，從而屏蔽巖心中水的核磁信號。因此，通過H102井265號巖心驅替實驗及核磁共振T2譜，可分別得出巖心中飽和油狀態及殘余油狀態下核磁共振T2譜。對于常規的非穩態法油水兩相相對滲透率實驗，油驅建立束縛水后的核磁共振T2譜是巖心中束縛水和飽和油的核磁信號，單純用地層水進行水驅油實驗得到的是飽和水和殘余油的核磁信號，水信號和油信號混合在一起，難以判斷飽和油和殘余油的核磁信號。因而，通過錳水驅替進行實驗，比錳水飽和可以更好地屏蔽水的核磁信號，為滲流實驗過程中觀察巖心飽和油與殘余油狀態及分布提供更為直觀的實驗方法。

圖4 H102井265號樣不同驅替狀態下的核磁信號

4 結論

通過對花土溝地區H102井的4塊物性特征、孔隙結構及孔喉分布相似的砂巖巖心樣品分別進行浸泡錳水和錳水驅替實驗，并在驅替實驗中對錳水的礦化度進行優化，錳水可以有效屏蔽水的核磁信號，相比錳水浸泡，錳水驅替后的樣品屏蔽效果更好。選取優化后礦化度為4×104mg/L的錳水進行水驅油實驗，可直觀地得到驅替后飽和油狀態和殘余油狀態的核磁共振T2譜，為巖心驅替實驗中研究油相分布及大小提供了一種直觀的實驗方法。