一种工程岩心孔隙度测试用标准样品及测量方法与流程

本发明属于核磁测试，具体涉及一种工程岩心孔隙度测试用标准样品及测量方法。

背景技术：

1、在石油、天然气勘探开发过程中，掌握油气层的孔隙度和渗透度是认识油气层储存情况，划分主力层、有效厚度与隔层的物性界限，估算储量，分析油气田生产情况的基础；如何准确、快速地测量岩心的孔隙度也是从事常规岩心分析仪器研究的工作者长期研究的课题。

2、核磁共振(nmr)岩心分析是一项重要的岩石物理实验技术，它通过测量岩石中的氢流体来获得岩石的孔隙度。在沉积岩中，该技术能够提供与岩性无关的孔隙度，并且利用t2分布可以研究孔隙结构。使用岩心核磁共振分析仪进行岩心孔隙度测量，测量结果是否准确对岩石物理学研究非常重要。

3、工程岩心取芯系统获取的用于现场测试的岩心样品，其长度一般为120mm以内，直径在100mm以内。但是，常规小型低场核磁共振分析仪器探头线圈均匀区在80mm以内，无法对样品进行有效的定量分析；另外，工程岩心样品孔隙小，传统磁共振测试死时间较大，短弛豫信号丢失严重，严重影响了孔隙度定量的准确性。这是因为，常规岩心孔隙度测试采样的cpmg(car-purcell-meiboom-gill)序列，基本流程是首先施加90°射频脉冲翻转磁共振磁化矢量，然后磁化矢量散相，然后施加180°重聚焦脉冲，从而产生自旋回波，其中最短回波间隔会由于仪器死时间的限制而无法更小，如低于0.06ms，对于低孔隙度的工程岩心样品，其核磁共振弛豫时间在0.001ms-10000ms之间都有分布，过大的最短回波间隔会导致测试结果偏低(部分短弛豫的核磁信号没有采集到)，同时极短弛豫部分的核磁信号的衰减形态不遵循常规的指数衰减，自旋回波法也无法探测到足够有用的核磁信号。还有就是，现有技术中岩心孔隙度测试方法中一般采用硫酸铜溶液作为标样，其存在以下两个问题：(1)弛豫性质不同：纯流体只受表面弛豫影响，而在多孔介质中的弛豫由表面弛豫、体弛豫与扩散弛豫三部分组成；(2)弛豫时间不同：纯流体标样只有一种弛豫时间，而多孔介质随着样品含水量变化，弛豫时间有不同。

技术实现思路

1、因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的岩心孔隙度的测试方法不能准确测试大尺寸、低孔隙工程岩心样品孔隙度，标准样品选取不合适等缺陷，从而提供一种工程岩心孔隙度测试用标准样品及测量方法。

2、为此，本发明提供如下技术方案：

3、本发明提供一种工程岩心孔隙度测试用标准样品，包括标样瓶，以及密封装填在标样瓶中的石英砂和矿化水；

4、其中，所述矿化水的矿化度为2-4g/l。

5、可选的，所述矿化水的装填量由所述标准样品的预设孔隙度确定。

6、可选的，所述矿化水的装填量与孔隙度的关系为：

7、φ＝100％×mw/ρ/v，

8、其中，mw代表标样中矿化水的质量，g；ρ代表水的密度，g/cm3；v代表标准样品的体积，ml。

9、可选的，所述矿化水中钙离子，镁离子，铝离子，锰离子的浓度均为0.5-1g/l。

10、可选的，所述石英砂的粒度1-400目，优选的，所述石英砂的粒度为100-200目。

11、本发明还提供一种工程岩心孔隙度测量方法，包括以下步骤：

12、制备标准样品：将石英砂烘干，准备若干标样瓶，将预设量的石英砂和矿化水装入标样瓶，用封口膜覆盖标样瓶口，密封，得不同含水量的标准样品；

13、标准样品测试：采用探头均匀区为150-200mm，死时间为20-200μs的探头和nnse核磁共振采样序列对所得不同含水量的标准样品进行核磁共振分析，获取标准样品核磁信号；

14、其中，所述nnse核磁共振采样序列为：施加3个90°射频脉冲，通过相位循环消除震荡影响，之后施加90°射频脉冲，采集回波信号；

15、制作标准曲线：将核磁信号进行高斯拟合分析，建立核磁信号与标准样品含水量的标准曲线；

16、待测样品测试：按照所述标准样品测试的步骤对待测样品进行测试，获取待测样品核磁信号；

17、数据处理：将所得待测样品核磁信号带入标准曲线，得到样品中的含水量，通过转化计算得到待测样品的孔隙度。

18、可选的，所述标准样品为本发明上述部分提供的工程岩心孔隙度测试用标准样品。

19、可选的，所述制作标准曲线的步骤中，高斯拟合公式为s＝a*exp(-x/t2)2+c，其中，s代表拟合后的核磁信号；a代表核磁信号幅值；t2代表弛豫时间，ms；x是采样时间，ms；c为基线，即0时刻的核磁信号幅值。

20、可选的，所述制作标准曲线步骤中：建立标样拟合后的核磁信号s和mw之间的最小二乘线性回归分析模型，

21、用于建立模型的水质量为：mw1、mw2、mw3、......mwn；

22、用于建立模型的拟合后的核磁信号为：s1、s2、s3、......sn；

23、建立的回归分析模型为：

24、y＝k*mw+b；

25、其中，y代表拟合后的核磁信号，k为斜率，b为标线截距，mw代表水质量(g)。

26、可选的，所述标准样品的个数≥5；

27、可选的，所述标准样品的个数为5-9个。

28、作为优选的，本发明提供工程岩心孔隙度测量方法的具体步骤可以为：

29、第一步：设计核磁共振分析探头

30、具体是：选择低灵敏度、短死时间、长均匀区探头线圈，其中，探头均匀区为150mm-200mm，死时间为20us-200us；

31、第二步：设计用于孔隙度测试的nnse核磁共振序列，具体序列图如图1所示；

32、其中，分别是90°核磁射频脉冲的相位，其根据需要在90、180、270之间进行切换(脉冲相位的切换是根据脉冲施加时间来进行的，相位循环的主要目的是为了让有效信号累加，接收机的噪声正负相互抵消)，tau为回波产生的回波间隔，其取值在0.01ms-1000ms之间，每次测试时根据测试需要得到n个回波，n的取值区间为：2-10000；

33、第三步：制备工程岩心标准样品

34、工程岩心孔隙度标样组成为：1、标样瓶，石英玻璃瓶子(褐色)；2、石英砂，组分为二氧化硅(quartz sand white quartz silicon dioxide)，目数为：1目-400目；3、弱矿化度的水(矿化度为2-4g/l，其中，钙离子、镁离子、铝离子及锰离子的浓度优选设为1：1：1：1，接近地层水比例)，用于模拟工程岩心样品中的水分，其中岩心标样样品的孔隙度记录为：100％×mw/ρ/v，其中mw代表标样中弱矿化度水的质量，ρ代表水在常温下的密度，v代表标准样品的体积。

35、标准样品制备过程：

36、(1)烘干石英砂

37、由于石英砂容易吸潮，所以我们在配制标样前需要对石英砂进行烘干处理，具体烘干步骤为：

38、1、将所需质量的石英砂放置于110度烘箱8个小时，然后将烘箱温度调至60度，石英砂在烘箱中放置16个小时。

39、2、第二天将石英砂从烘箱中取出立刻放入干燥器中，待石英砂凉后转移到自封袋中。(注：将石英砂转移到自封袋的过程中应防止污染)

40、注：石英砂信号＜1％孔隙度标样*10％。

41、(2)标样瓶准备

42、1、按照客户需求，计划生产符合规格的孔隙度标样，从仓库领取合适尺寸以及数量的标样瓶，一组标样中的瓶子大小高度需要保持一致，瓶身无裂缝等瑕疵。

43、2、将准备好的标样瓶用酒精布把瓶身擦拭干净，按照年度标样顺序在瓶子底部给标样瓶编号，一组中编号按照孔隙度大小。

44、(3)标样制作流程

45、1、将天平校正为0，记录每个空瓶质量；

46、2、将空标样瓶放入天平，将石英砂放入标样瓶中达到要求质量,要求偏差≤±0.01g；

47、3、使用滴管和注射器抽取矿化水灌入标样瓶中，要求偏差≤±0.001g；

48、4、使用封口膜将标样瓶口封住，防止挥发或掉入杂物；

49、5、对标样瓶进行气焊封口；

50、注：必须经过专门培训的人员才能动用气焊。

51、6、封口完成后先进行自检，确定无误后进行抽真空检验质量差异，要求偏差≤±0.001g；

52、定标样品设计为n个(n≥5)，列表如下：

53、 编号 水质量(g) <![cdata[水密度(g/cm³)]]> 样品体积(ml) 孔隙度(％) 0 mw0 ρ v0 φ0 1 mw1 ρ v1 φ1 2 mw2 ρ v2 φ2 3 mw3 ρ v3 φ3 ...... ...... ...... ...... ...... n mwn ρ vn φn

54、其中，编号0代表空基底；空基底是指标样瓶与石英砂会存在弱信号，这个信号不是孔隙水带来的。

55、第四步：标准样品核磁分析

56、使用第二步中的nnse核磁共振序列测量孔隙度标准样品，对得到的核磁信号进行数据高斯拟合分析，得到样品零时刻的核磁信号s0、s1、s2...sn拟合工具为matlab2017a，使用的是curve fitting tool，高斯拟合公式为s＝a*exp(-x/t2)2+c，其中，s代表拟合后的核磁信号；a代表信号幅值，t2代表弛豫时间，c为基线，空基底的核磁信号，即信号幅值a，x是采样时间。

57、第五步：建立标准回归曲线

58、建立标样拟合后的核磁信号s和mw之间的最小二成线性回归分析模型；

59、用于建立模型的水质量为：mw1、mw2、mw3......mwn；

60、用于建立模型的信号为：s1、s2、s3......sn；

61、建立的回归分析模型为：

62、即为：y＝k*mw+b

63、其中，y代表拟合后的的核磁信号，k为斜率，b为标线截距，mw代表水质量(g)；

64、第六步：测试未知工程岩心样品核磁信号

65、取待测的工程岩心样品:样品1、样品2、样品3、......、样品n,其体积分别为vt1、vt2、vt3、......、vtn，使用第二步中的nnse核磁共振序列测量，得到核磁共振弛豫衰减信号，对得到的弛豫信号进行高斯数据拟合分析，拟合方法使用第四步中同样的方法，得到最终的待测样品零时刻信号分别记录为：st1、st2、st3、......、stn，把拟合之后的核磁信号带入第五步中的标准曲线得到样品中的水质量：mwt1、mwt2、mwt3、......、mwtn；

66、mwtn＝(stn-b)/k；

67、则待测样品的孔隙度记为：

68、

69、本发明技术方案，具有如下优点：

70、本发明提供的工程岩心孔隙度测试用标准样品，包括标样瓶，以及密封装填在标样瓶中的石英砂和矿化水；其中，所述矿化水的矿化度为2-4g/l。本发明提供的人工配制的标准样品，其成分及核磁弛豫特性和工程岩心样品较为吻合，可以长期重复使用，并可以应用于批量生产，常规定标方法需要借助于实际岩心样品并参考国标法测试得到的岩心标样的孔隙度，步骤繁琐，本发明解决了常规定标方法繁琐的问题。

71、其中，通过对矿化水组成的具体限定，是为了模拟地层水，能够使得工程岩心标准样品的组成与实际岩心样品接近，提高测试结果的准确性。

72、本发明提供的工程岩心孔隙度测量方法，采用了一种特定相位组合的90°射频脉冲，可以有效消除信号中的震荡，组合脉冲之后是最后一个90°重聚焦脉冲，通过改变重聚焦脉冲和组合脉冲之间的时间间隔可以获得一条完整的信号衰减曲线。对于采集到的核磁共振固体回波衰减数据，其遵循的是高斯类型的衰减形态，所以本发明中使用高斯函数拟合衰减数据，得到理论上零点的核磁信号，使用零点的核磁信号建立工程岩心样品孔隙度和核磁信号之间的定量分析模型可以更加准确的进行孔隙度定量分析。本发明中，使用核磁共振进行定量分析时，使用的是人工配制的标准样品，其成分及核磁弛豫特性和工程岩心标样较为吻合，可以长期重复使用，并可以应用于批量生产，解决了常规定标方法繁琐的问题(常规定标方法需要借助于实际岩心样品并参考国标法测试得到的孔隙度)，提高了测试结果的准确性。本发明针对工程岩心孔隙度测试，采用了一种低灵敏度、短死时间、长均匀区探头，开发了一套适用于工程岩心孔隙度测量的标样，找到了工程岩心最适合的测试方法，提高了工程岩心孔隙度测试的准确性和可靠性。