基于核磁共振的页岩孔隙结构检测方法与流程

本发明涉及储层预测技术，尤其涉及页岩孔隙结构的核磁共振检测方法，属于石油勘探开发领域。

背景技术：

页岩属于低孔、特低渗的软弱岩类，岩石中的原生孔隙很少，因此，原岩对页岩气提供的储层空间较少，页岩气运移的通道不畅。但是，近年来研究发现贵州部分页岩中存在大量页岩气，表明这些页岩层中存在大量的次生裂隙。因此，页岩储层中的微观孔隙不仅为页岩气的赋存提供空间，同时也是页岩气运移的通道。页岩孔隙结构既影响到孔隙中气体的赋存状态，也极大地影响到孔隙与其分子间的相互作用。正确认识页岩的内部孔隙结构情况，是研究页岩孔隙性、渗透性和页岩气可采性的重要基础，也是页岩储层评价的重要依据。针对岩石孔隙结构情况，前人对相关工作进行大量的研究，并取得了丰富的成果。王家禄等利用三维重建技术和CT扫描系统得到岩心的三维孔隙变化，得出了岩心内部的非均质特征以及孔隙的变化。赵杰等、张超谟等和王胜用核磁共振对岩石孔隙结构进行了测量，得出了岩石核磁共振T₂与孔隙之间的关系。

核磁共振技术已经广泛应用于医学诊断、石油勘探开发、农业、视频等领域，具有试样可重复使用、无损检测、检测速度快等显著优点。与常规的测试手段(如CT扫描、X衍射等)不同，核磁共振技术作为一种岩石物理试验分析检测的手段，主要是通过测定岩石孔隙中流体的核磁特性，来反映岩石内部不同大小孔隙在数量上和尺度上的变化规律。目前核磁共振主要从饱水状态下对页岩孔隙结构进行研究，仅能研究孔隙分布情况。

技术实现要素：

本发明的目的在于：提供一种基于核磁共振的页岩孔隙结构检测方法，以解决目前核磁共振主要从饱水状态下对页岩孔隙结构进行研究，研究角度单一，具有一定局限性，且仅能研究孔隙分布，无法实现裂缝预测的问题。

为解决上述问题，拟采用这样一种基于核磁共振的页岩孔隙结构检测方法，包括以下步骤：

第一步，将试样加工成高为50毫米、直径为25毫米的圆柱体，依次编号为FC-1，FC-2，FC-3，FC-4，FC-5；

第二步，将试样进行常压饱水12h后取出；

第三步，对饱水下的试样进行核磁共振检测，通过对试样进行CPMG脉冲序列测试，得到自旋回波串的衰减信号，信号是不同大小孔隙内水信号的叠加；利用核磁共振分析系统对自旋回波串信号进行反演后，得到T₂谱的分布图、各峰详细信息；

第四步，将试样经离心机处理后，进行核磁共振检测，同第三步一样得到T₂谱的分布图、各峰详细信息；

第五步，将第三步和第四步得到的同一试样在饱水和离心下的T₂谱放到一个坐标系下进行分析，根据核磁共振原理，对于岩石孔隙中的流体，有三种不同的弛豫机制：1)自由弛豫、2)表面弛豫和3)扩散弛豫，表示为：

式中：T₂为通过CPMG序列采集的孔隙流体的横向弛豫时间，T_2自由为在足够大的容器中(足够大指大到容器影响可忽略不计)孔隙流体的横向弛豫时间，T_2表面为表面弛豫引起的横向弛豫时间，T_2扩散为磁场梯度下由扩散引起的孔隙流体的横向弛豫时间。

当采用短TE且孔隙只含饱和流体时，表面弛豫起主要作用，即T₂直接与孔隙尺寸成正比：

式中，ρ₂为T₂表面弛豫率，(S/V)_孔隙为孔隙的比表面积。

因此，T₂分布图实际上反映了孔隙尺寸的分布：孔隙小，T₂小；孔隙大，T₂大。在多孔介质中，孔径越大，存在于孔中的水弛豫时间越长；孔径越小，存在于孔中的水受到的束缚程度越大，弛豫时间越短，即峰的位置与孔径大小有关，峰值的大小与对应孔径的多少有关。

第六步，为了更方便的观察各峰的情况，对第五步反演得到的T₂谱面积进行分析，核磁共振横向弛豫时间T₂谱的积分面积正比于试样中所含流体的多少，它等于或略小于试样的有效孔隙度，对应孔径的孔隙数量与峰面积的大小有关，通过分析饱水和离心下的试样，其T₂谱面积的变化及每个峰所占比例，得知了试样孔隙体积、数量的变化。

本发明与现有技术相比，主要优点是通过核磁共振技术，利用核磁共振T₂分布、T₂谱面积分析低渗透页岩不同状态下孔隙结构的分布情况，能更加清楚了解到离心后的页岩内部大小孔隙的变化情况，不仅能够检测孔隙分布，还能实现裂缝预测，为今后页岩气储层裂缝预测提供重要的指导意义。

附图说明

图1为实施例的各试样不同状态下的T₂谱变化图。

图2为实施例的试样FC-1不同状态下的T₂谱变化图。

图3为实施例的试样FC-2不同状态下的T₂谱变化图。

图4为实施例的试样FC-3不同状态下的T₂谱变化图。

图5为实施例的试样FC-4不同状态下的T₂谱变化图。

图6为实施例的试样FC-5不同状态下的T₂谱变化图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将参照附图对本发明作进一步地详细描述，

实施例：

利用核磁共振技术对黔北凤参1井页岩岩心试样在饱水和离心状态下进行测试研究，其检测方法包括以下步骤：

第一步，按行业标准将试样加工成高为50毫米、直径为25毫米的圆柱体，依次编号为FC-1，FC-2，FC-3，FC-4，FC-5；

第二步，将试样进行常压饱水12h后取出；

第三步，对饱水下的试样进行核磁共振检测，通过对试样进行CPMG脉冲序列测试，得到自旋回波串的衰减信号，信号是不同大小孔隙内水信号的叠加；利用核磁共振分析系统对自旋回波串信号进行反演后，得到T₂谱的分布图、各峰详细信息；

第四步，将试样经离心机处理后，进行核磁共振检测，同第三步一样得到T₂谱的分布图、各峰详细信息；

第五步，将第三步和第四步得到的同一试样在饱水和离心下的T₂谱放到一个坐标系下进行分析，根据核磁共振原理，对于岩石孔隙中的流体，对于孔隙中的流体，有三种不同的弛豫机制：1)自由弛豫、2)表面弛豫和3)扩散弛豫。可表示为：

式中，T₂为通过CPMG序列采集的孔隙流体的横向弛豫时间，T_2自由为在足够大的容器中(大到容器影响可忽略不计)孔隙流体的横向弛豫时间，T_2表面为表面弛豫引起的横向弛豫时间，T_2扩散为磁场梯度下由扩散引起的孔隙流体的横向弛豫时间。

当采用短TE且孔隙只含饱和流体时，表面弛豫起主要作用，即T₂直接与孔隙尺寸成正比：

式中，ρ₂为T₂表面弛豫率，(S/V)_孔隙为孔隙的比表面积。

因此，T₂分布图实际上反映了孔隙尺寸的分布：孔隙小，T₂小；孔隙大，T₂大。在多孔介质中，孔径越大，存在于孔中的水弛豫时间越长；孔径越小，存在于孔中的水受到的束缚程度越大，弛豫时间越短，即峰的位置与孔径大小有关，峰值的大小与对应孔径的多少有关。

参照图1，各试样核磁共振T₂分布图走势基本一致，主要表现为三个峰图，第一个峰在0.2ms附近，第二个峰在3.5ms附近，第三个峰在152.0ms附近。总体来说，各试样的第二个峰的孔隙度分量较大，第一个峰次之，第三个峰最小，这表明页岩内部的孔隙分布不均，这与孔隙度的分析结果一致。

各试样离心后核磁共振T₂分布图发生偏移(左移或者右移)，表明了页岩内部孔隙的变化情况，曲线偏移越大，页岩孔隙变化越强烈，孔隙越发育，越易产生破裂。

参照图2和图3，当T<10ms时，T₂各峰值离心后孔隙度分量增加明显，当T>10ms时，T₂各峰值离心后孔隙度分量有轻微的变小，但两者累加有微弱的降低。究其T<10ms出现增加的原因，有两种可能：一方面，由于页岩本身低孔隙、低渗透特性，在饱水过程中并未萌生出新的裂隙；另一方面，页岩内部存在的不同孔隙级别(微孔隙和中孔隙)之间的扩散耦合有关，且扩散耦合对描述孔隙大小的T₂分布影响较大。

参照图4，类似地,，究其T>1ms出现增加的原因，有可能是页岩内部存在的不同孔隙级别(中孔隙和宏孔隙)之间的扩散耦合有关。

参照图5和图6，离心后的T₂谱各主峰值均有不同程度下降：图5主要体现为微孔隙和中孔隙，图6为宏孔隙，表明页岩在饱水的过程破裂及本身存在的裂隙。

第六步，为了更方便的观察各峰的情况，对第五步反演得到的T₂谱面积进行分析，核磁共振横向弛豫时间T₂谱的积分面积正比于试样中所含流体的多少,它等于或略小于试样的有效孔隙度,对应孔径的孔隙数量与峰面积的大小有关，通过分析饱水和离心下的试样，T₂谱面积的变化及每个峰所占比例，得知了试样孔隙体积、数量的变化；

参照前人的做法，可以将试样的T₂谱中第一和第二个峰视为小尺寸孔隙，第三个峰视为大尺寸孔隙。

附表为不同状态下试样的T₂谱面积

从附表中可以看出，饱水和离心状态下的岩样，观察其内部大、小尺寸孔隙所占百分比情况，小尺寸孔隙所占百分比在98.0％～99.1％之间，大尺寸孔隙所占百分比在0.9％～2.0％之间，表明页岩中的小尺寸孔隙占绝大部分。离心后的岩样总峰面积均有不同程度的减小，表明岩石内部孔隙分布的差异性。