驱替实验中油相核磁共振T2谱表征方法

王 果，董永久，郑永仙，王妍芝，苏绍华，毛建英

（中国石油天然气股份有限公司青海油田分公司，甘肃敦煌 736200）

核磁共振技术是实验室中常用的研究孔隙结构及流体分布状态的一种实验方法[1]，目前主要用于核磁共振测井及解释和室内岩心分析[2–3]。通过核磁共振检测技术，可以检测出岩心孔隙中油、水的氢原子核（1H），进而检测出流体核磁共振信号强弱和弛豫时间[4]。油、水两相岩心中的核磁共振T2谱反映的是岩心中油、水的共同氢核信号，而通过屏蔽水的1H信号，可以直观地反映出饱和油和残余油状态的核磁信号。目前，较为常用的屏蔽水核磁信号的方法是用MnCl2水溶液浸泡岩心[5]，Mn2+属于顺磁性离子，顺磁性离子可以与流体的氢核自旋产生较强的相互作用，加速水分子中氢核的弛豫[6–8]，当浓度达到一定程度时，就可以屏蔽水中的核磁信号，且Mn2+不能溶于油相，对油相分子的氢核不会产生影响。

渗流实验中通过驱替地层水、地层原油及水驱油实验，可以直观地模拟出油水相对渗透率曲线，并计算驱油效率，是油田开发方案及动态分析最常用的实验方法[9–10]。文中用MnCl2水溶液（锰水）驱替的方法屏蔽水的核磁信号，相比于锰水浸泡，驱替实验可以更好地进入到岩心内部，从而有效地屏蔽水信号、直观地研究岩心驱替实验中残余油分布状况。

1 实验样品选取

选取花土沟地区H102井物性相近的4块砂岩样品进行模拟实验（表1），孔隙度为18.46%～19.13%，渗透率为72.489×10–3～88.732×10–3μm2，4块样品的孔隙度和渗透率比较接近。孔隙结构特征如图1所示，其中7号样为中–细粒长石岩屑砂岩，岩石孔隙发育，主要为原生粒间孔和少量的溶蚀孔，少量溶蚀扩大孔（图1a）；182号样为细粒岩屑长石砂岩，岩石孔隙较发育，孔隙类型主要以原生粒间孔及次生粒间溶蚀孔为主（图1b）；184号样为中细粒岩屑长石砂岩，孔隙类型同样以原生粒间孔和次生粒间溶蚀孔为主（图1c）；265号样为细–中粒岩屑长石砂岩，孔隙类型以原生粒间孔为主，少量次生孔隙（图1d）。由铸体薄片分析可知，4块砂岩样品孔隙类型相似。为了更准确地分析样品孔隙结构特征，减少样品差异带来的实验误差，对4块样品进行高压压汞分析。通过压汞曲线可以有效分辨出岩心所对应的孔喉大小及分布情况[11–12]，由图2可知，4块样品孔喉大小及孔喉分布特征整体相似。因此，选取的样品从物性特征和孔隙结构特征上较为相似，可以用于驱替实验进行对比分析。

图1 H102井4块岩心铸体薄片

图2 H102井岩心样品孔喉分布

表1 H102井4块岩心基础参数

2 实验优化

实验采用仪器为RecCore2500型核磁共振岩样分析仪，扫描32次，进行不同矿化度下锰水对比和优化。

（1）将4块样品洗油、烘干，选取7号、182号和184号样品，放在水中加压饱和48 h，测试T2谱。

（2）将7号、182号和184号样品分别放在矿化度为2×104mg/L、4×104mg/L、8×104mg/L的锰水中加压浸泡72 h，测试T2谱。

（3）测试结束，将7号样品用矿化度为2×104mg/L的锰水溶液进行驱替实验，182号样品用矿化度为4×104mg/L的锰水溶液进行驱替实验，184号样品用矿化度为8×104mg/L的锰水溶液进行驱替实验，驱替至约100倍孔隙体积时，驱替结束，测试对应的T2谱。

从实验结果可知（图3），锰水饱和和锰水驱替完全后T2谱核磁信号比饱和水后T2谱核磁信号明显减弱，且锰水驱替效果比锰水饱和屏蔽水信号好；矿化度为2×104mg/L、4×104mg/L、8×104mg/L的锰水相比较，矿化度为4×104mg/L的锰水能完全屏蔽水的核磁信号，因此选取矿化度为4×104mg/L的锰水进行驱替实验。

图3 不同矿化度下锰水T2谱

3 驱替实验及表征

选取洗油并烘干的265号岩石样品，先用矿化度为4×104mg/L的锰水驱替至饱和，再用模拟地层原油进行油驱水实验，建立饱和油状态和束缚水状态，测量T2谱。将样品在油中静置一段时间后，用矿化度为4×104mg/L的锰水进行驱替实验，驱替至不出油（至少100倍孔隙体积），建立饱和水状态和残余油状态，测量T2谱（图4）。由实验可知，经锰水驱替后，Mn2+可以有效地进入岩心，从而屏蔽岩心中水的核磁信号。因此，通过H102井265号岩心驱替实验及核磁共振T2谱，可分别得出岩心中饱和油状态及残余油状态下核磁共振T2谱。对于常规的非稳态法油水两相相对渗透率实验，油驱建立束缚水后的核磁共振T2谱是岩心中束缚水和饱和油的核磁信号，单纯用地层水进行水驱油实验得到的是饱和水和残余油的核磁信号，水信号和油信号混合在一起，难以判断饱和油和残余油的核磁信号。因而，通过锰水驱替进行实验，比锰水饱和可以更好地屏蔽水的核磁信号，为渗流实验过程中观察岩心饱和油与残余油状态及分布提供更为直观的实验方法。

图4 H102井265号样不同驱替状态下的核磁信号

4 结论

通过对花土沟地区H102井的4块物性特征、孔隙结构及孔喉分布相似的砂岩岩心样品分别进行浸泡锰水和锰水驱替实验，并在驱替实验中对锰水的矿化度进行优化，锰水可以有效屏蔽水的核磁信号，相比锰水浸泡，锰水驱替后的样品屏蔽效果更好。选取优化后矿化度为4×104mg/L的锰水进行水驱油实验，可直观地得到驱替后饱和油状态和残余油状态的核磁共振T2谱，为岩心驱替实验中研究油相分布及大小提供了一种直观的实验方法。