CN107709964A - 用于评价储集岩润湿性的核磁共振气体等温线技术 - Google Patents

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Abstract

评价多孔介质如烃储集岩的润湿性的核磁共振(NMR)气体等温线技术可以包括构建在各个压力下多孔介质样品气体吸附的NMR气体等温线曲线。可以利用NMR气体等温线曲线确定多孔介质样品的疏水或亲水性。可以基NMR气体等温线曲线于确定多孔介质样品的润湿性。可以确定具有不同孔尺寸的多孔介质样品的润湿性。在储集岩样品的情况下，可以利用所确定的润湿性等来对包括这些岩石样品的烃储层建模，以模拟通过这些储层的流体流，或对来自这些储层的强化采烃建模。

Description

用于评价储集岩润湿性的核磁共振气体等温线技术
要求优先权
本申请要求2015年4月22日提交的美国临时申请号62/151,079、2016年1月7日提交的美国临时申请号62/276,120和2016年3月14日提交的美国专利申请15/069,650的优先权，它们的各自的全部内容通过引用结合在此。
技术领域
本申请涉及烃的勘探和开采，更具体地涉及检测储层性质。
背景
在烃储层中的岩石通过例如将烃俘获在岩石中的多孔地层内来储存烃(例如，石油、油、气、或其一种以上的组合)。了解烃储层的性质可以帮助优化从储层提取储存的烃。一种了解烃储层的性质的技术是开发全部或部分储层的计算机生成的软件模型。为了开发这样的模型，评价来自烃储层的储集岩样品并且提供评价的结果作为生成软件模型的计算机软件程序的输入数据。储集岩样品可以通过在实验室条件下或在储层条件(即，烃储层中的样品所经历的条件)下进行数个实验中的一个以上来评价。岩石润湿性，具体地，在岩石内的多孔结构的润湿性，是可以被评价的储集岩样品的参数之一。
概述
本申请描述了与评价储集岩润湿性的核磁共振(NMR)气体等温线技术相关的技术。
在此描述的主题的某些方面可以作为方法实施。对封闭容积内的三维储集岩样品施加多个压力。储集岩样品包括沿着储集岩样品的纵轴分布的多个多孔区域。多个多孔区域具有各自多个润湿性。每一个润湿性表示每一个多孔区域吸收水的量。在多个压力的每一个压力下，对沿着储集岩样品的纵轴分布的多个多孔区域施加自旋回波单点成像(SE-SPI)脉冲序列。响应于施加所述多个压力，构建储集岩样品的核磁共振(NMR)气体等温线曲线。在多个压力的每一个压力下，对沿着储集岩样品的纵轴分布的多个多孔区域施加SE-SPI脉冲序列。基于NMR气体等温线曲线，确定多个多孔区域的多个润湿性。所述多个润湿性中的每一个润湿性包括表示每一个多孔区域吸收水的量的值。基于多个润湿性确定储集岩样品的空间润湿性分布。提供储集岩样品的空间润湿性分布。
该方面和其它方面可以包括下列特征的一个以上。NMR气体吸附等温线曲线可以包括NMR水蒸气吸附等温线曲线。可以确定NMR气体等温线曲线是凸曲线。响应于确定NMR气体等温线曲线是凸曲线，可以确定储集岩样品包括比疏水表面更多的亲水表面。可以确定NMR气体等温线曲线是凹曲线。响应于确定NMR气体等温线曲线是凹曲线，可以确定储集岩样品包括比亲水表面更多的疏水表面。可以基于储集岩样品包括更多的亲水表面还是更多的疏水表面来确定储集岩样品的空间润湿性。多个多孔区域的多孔性可以在介于小于微米和大于微米之间的范围内。为了确定岩石样品的空间润湿性，可以确定储集岩样品的具有小于微米的多孔性的第一多孔区域的第一润湿性，可以确定储集岩样品的具有大于或等于微米的多孔性的第二多孔区域的第二润湿性。为了基于NMR气体等温线曲线确定多个多孔区域的多个润湿性，可以将储集岩样品气体吸附的NMR气体等温线曲线与疏水样品的第一标准NMR气体等温线曲线和亲水样品的第二标准NMR气体等温线曲线比较。可以构建疏水样品的NMR气体等温线曲线。可以构建亲水样品的NMR气体等温线曲线。疏水样品包括包覆有疏水涂层的珠。亲水样品包括包覆有亲水涂层的珠。为了基于NMR气体等温线曲线确定多个多孔区域的多个润湿性，可以确定多孔性在小于微米的范围内的第一多孔区域的第一量化值和多孔性在大于或等于微米的范围内的第二多孔区域的第二量化值。为了确定第一量化值，可以确定第一多孔区域在NMR气体等温线曲线之下的归一化面积。为了确定第一值，响应于确定在所述曲线之下的归一化面积为0至基本上0.5之间可以确定储集岩样品是水润湿的，响应于确定在所述曲线之下的归一化面积基本上等于0.5可以确定储集岩样品是中性润湿的，或者响应于确定在所述曲线之下的归一化面积在基本上0.5至1之间可以确定储集岩样品是水润湿的。为了确定第二值，可以确定储集岩样品的水蒸气吸附量与疏水样品的水蒸气吸附量之间的差值和亲水样品的水蒸气吸附量与疏水样品的水蒸气吸附量之间的差值的比率。为了确定第二量化值，响应于确定所述比率在0至基本上0.5之间可以确定储集岩样品是水润湿的，响应于确定所述比率基本上等于0.5可以确定储集岩样品是中性润湿的，或者响应于确定所述比率在基本上0.5至1之间可以确定储集岩样品是油润湿的。为了确定第二量化值，可以确定储集岩样品的水蒸气吸附与亲水样品的水蒸气吸附之间的比率。为了在多个压力的每一个压力下施加SE-SPI脉冲序列，在施加每一个压力的同时，可以对储集岩样品中的多个多孔区域施加SE-SPI脉冲序列，并且对于每一个多孔区域，可以测量响应于所施加的压力的T2衰减时间。
在此描述的主题的某些方面可以作为系统实施。所述系统包括核磁共振(NMR)样品池，其配置为接收储集岩样品，所述储集岩样品包括沿着该储集岩样品的纵轴分布的多个多孔区域。多个多孔区域具有各自多个润湿性。每一个润湿性表示每一个多孔区域吸收水的量。所述系统包括与NMR样品池连接的压力递送系统。压力递送系统配置为对NMR样品池中的储集岩样品施加多个压力。所述系统包括与NMR样品池连接的NMR控制系统。NMR控制系统配置为在多个压力中的每一个压力下，对沿着储集岩样品的纵轴分布的多个多孔区域施加自旋回波单点成像(SE-SPI)脉冲序列。所述系统包括与NMR控制系统和压力递送系统连接的计算机系统。计算机系统包括计算机可读介质，其储存可通过计算机系统执行以进行操作的指令。所述操作包括响应于施加多个压力构建储集岩样品的NMR气体等温线曲线，并且在每一个压力下，对多个多孔区域施加SE-SPI脉冲序列。所述操作包括基于NMR气体等温线曲线，确定多个多孔区域的多个润湿性，每一个润湿性包括表示每一个多孔区域吸水的量的值。所述操作包括基于多个润湿性，确定储集岩样品的空间润湿性分布，并且提供储集岩样品的空间润湿性分布。
该方面和其它方面可以包括下列特征的一个以上。压力递送系统可以配置为使用水蒸气施加多个压力。NMR气体吸附等温线曲线包括NMR水蒸气吸附等温线曲线。确定多个润湿性的操作包括确定多孔性在小于微米的范围内的第一多孔区域的第一量化值。确定第一量化值的操作包括：响应于确定在所述曲线之下的归一化面积为0至基本上0.5之间确定储集岩样品是水润湿的，响应于确定在所述曲线之下的归一化面积基本上等于0.5确定储集岩样品是中性润湿的，或者响应于确定在所述曲线之下的归一化面积在基本上0.5至1之间确定储集岩样品是水润湿的。确定多个多孔区域的多个润湿性的操作包括确定多孔性在大于或等于微米的范围内的第二多孔区域的第二量化值。所述操作包括：响应于确定比率在0至基本上0.5之间确定储集岩样品是水润湿的，响应于确定比率基本上等于0.5确定储集岩样品是中性润湿的，或者响应于确定比率在基本上0.5至1之间确定储集岩样品是油润湿的。
在此描述的主题的某些方面可以作为方法实施。对封闭容积内的三维储集岩样品施加多个压力。储集岩样品包括沿着储集岩样品的纵轴分布的多个多孔区域。多个多孔区域具有各自多个润湿性。每一个润湿性表示每一个多孔区域吸收水的量。在每一个压力下，对沿着储集岩样品的纵轴分布的多个多孔区域施加NMR脉冲序列。响应于施加所述多个压力和在每一个压力下施加NMR脉冲序列，构建岩石样品的NMR气体等温线曲线。基于NMR气体等温线曲线，确定多个多孔区域的多个润湿性。每一个润湿性包括表示每一个多孔区域吸收水的量的值。基于多个润湿性确定储集岩样品的空间润湿性分布。提供储集岩样品的空间润湿性分布。
该方面和其它方面可以包括下列特征的一个以上。NMR脉冲序列是Carr-Purcell-Meiboom-Gill(CPMG)脉冲序列或自旋回波单点成像(SE-SPI)脉冲序列。为了响应于对沿着储集岩样品的纵轴分布的多个多孔区域施加NMR脉冲序列，在施加每一个压力构建储集岩样品的NMR气体等温线的同时，可以对储集岩样品中的多个多孔区域施加NMR脉冲序列，且对于每一个多孔区域，可以测量响应于所施加的压力的T2衰减时间。
在附图和下面的说明书中阐述了本申请中描述的主题的一个以上的实施方案的细节。从说明书、附图和权利要求中，主题的其它特征、方面和优点将变得明显。
附图简述
图1是用于使用NMR气体等温线技术确定储集岩样品的样品润湿性的系统的示意图。
图2是用于测量储集岩样品的润湿性的工作流程的实例。
图3是Carr-Purcell-Meiboom-Gill(CPMG)脉冲序列的示意图。
图4A-4C是自旋回波单点成像(SE-SPI)脉冲序列的示意图。
图5是储集岩样品的NMR气体等温线和表面润湿性之间的关系的示意图。
图6是包括亲水和疏水表面的多孔储集岩样品的NMR水蒸气等温线的示意图。
图7是用于量化包括尺寸大于或等于微米的孔的储集岩样品的润湿性的样品NMR水蒸气等温线曲线的示意图。
图8是用于量化包括亚微米尺寸的孔的储集岩样品的润湿性的样品NMR水蒸气等温线曲线的示意图。
图9是显示由使用CPMG脉冲序列测量的NMR气体等温线和使用SE-SPI脉冲序列测量的NMR气体等温线测量的实例性润湿性指数的示意图。
图10是用于确定储集岩样品的空间润湿性分布的方法的实例的流程图。
在各个图中相同的附图标记和符号表示相同的要素。
详述
岩石润湿性，具体地，岩石内的多孔结构的润湿性，是影响通过岩石的流体流的参数之一。因此，岩石润湿性是预测通过储集岩的流的地球物理模型的输入变量。润湿性通常被用作储集岩的区别特性，其指示岩石是疏水或亲水的。润湿性是给定的岩石例如砂岩、碳酸盐或其它岩石的材料参数特性，并且另外取决于多种因素，诸如表面粗糙度、表面尺寸、主要的吸附位置的存在性、特定的离子效应和其它另外因素。一种确定表面的润湿性(即，表面保持水分的能力)的技术是将水滴加到理想的表面上，并且测量水在表面上的接触角。所确定的润湿性可以被提供作为地球物理模型(计算机生成的或另外的方式的)的输入变量。如果润湿性是对于实际的岩石的多孔结构例如在模拟和模仿岩石环境的条件下确定的，输入变量将是更精确的，并且地球物理模型的预测将更真实。
确定润湿性的宏观实验(例如接触角确定实验)可以具有有限的值以确定储集岩样品的多孔结构内的润湿性。一些润湿性测量法(例如，美国矿务局(USBM)测试或Amott-Harvey测试)是采用多个实验程序的间接方法，其增加了测试结果错误的可能性。另外，测量内部孔表面的润湿性的USBM和Amott-Harvey测试不能在已知的储层条件下进行。
本说明书描述了用于评价岩石润湿性的核磁共振(NMR)气体等温线技术。在本说明书中描述的技术可以被实施以测量储集岩样品中的多孔结构的整体和空间润湿性。已经表明，在具有不同的表面水亲和性的单壁碳纳米管的表面上的NMR水蒸气吸附等温线曲线形状从疏水向亲水变化。该发现显示在固体表面的润湿性和疏水性之间的直接关系。执行NMR气体等温线以评价储集岩样品的润湿性可以提供具有不同的尺寸的孔，包括亚微米尺寸的孔的精确的润湿性，因为气体可以容易地进入这些孔。此外，如后所述，NMR气体等温线技术可以与通过自旋回波单点成像(SE-SPI)脉冲序列的弛豫时间(T2)映射技术结合，以提供包括例如储集岩样品的任何多孔材料的内部孔表面的空间润湿性。某些已知的润湿性测量技术与本公开中描述的NMR气体等温线技术的比较显示于下表中。
1H NMR信号强度与所检测的样品容积内部的1H的数量成比例。通过随着限定压力变化监测表面吸附的水蒸气峰变化的1H的总量，可以构建NMR水蒸气等温线曲线。基于NMR水蒸气等温线的润湿性测量是直接测量，其可以在储层条件下进行而不破坏样品。等温线的特定特征如形状和端点，是亲水和疏水表面的相对蒸气压力的函数。对于亚微米尺寸的孔，亲水表面产生凸等温线，而疏水表面产生凹等温线。对于尺寸大于或等于微米的孔，具有亲水表面的孔的被吸附的气体的总量与具有疏水表面的孔相比更大。因此，由储集岩样品获得的等温线的形状或端点(或两者)可以使得能够确定样品包括亲水表面还是疏水表面。除了等温线之外，通过探测弛豫过程(T1，T2)，1H NMR可以提供对界面处的分子动力学的观察。这种另外的信息可以阐明水分子与亲水或疏水表面之间的相互关系。
实验系统
图1是用于使用NMR气体等温线技术确定储集岩样品的润湿性的系统100的示意图。系统100包括NMR仪器，例如，与NMR磁体例如第一NMR磁体104a或第二NMR磁体104b或两者相连的NMR控制系统102。NMR仪器可以包括高场或低场NMR仪器。水蒸气递送系统120包括蒸气膨胀球，分布室，压力计，泵接头，和NMR样品池。NMR样品池122被设计成维持高压力和高温度(HPHT)条件。例如，NMR样品池122可以对于直径小于5毫米(mm)的基本上圆柱形的样品耐受高达15,000磅/平方英寸(PSI)和高达250摄氏度(℃)，或对于直径约1.5英寸的基本上圆柱形样品耐受高达5,000PSI和高达150℃。样品112可以是任何形状的具有受NMR样品池122的尺寸限制的尺寸的多孔介质。NMR控制系统102配置为控制NMR仪器。例如，NMR控制系统102可以对NMR仪器提供指令以测量样品内部的除了结构质子(固体的一部分)之外的质子的总量。系统100也可以包括计算机系统108。计算机系统108可以使用吸附在多孔的储集岩样品的孔表面上的气体(或水蒸气)的总量构建NMR气体等温线。在一些实施方案中，计算机系统108可以执行计算机软件操作以使用后述技术确定样品的润湿性。
控制系统102和计算机系统108的每一个可以包括一个以上的数据处理设备(例如，一个以上的处理器)和储存计算机指令的计算机可读介质，所述计算机指令可通过数据处理设备执行，以进行包括构建样品的NMR气体等温线的操作，并且使用NMR气体等温线确定样品的润湿性。控制系统102和计算机系统108的每一个可以以台式电脑、掌上电脑、个人数字助理(PDA)、智能手机、平板电脑或其它电脑的形式实施。备选地或另外，控制系统102和计算机系统108的每一个可以以固件、软件或它们的组合的形式被实施。在一些实施方案中，控制系统106和计算机系统108可以是单独的实体，而在一些实施方案中，单一实体(例如单个计算机系统)可以包括控制系统102和计算机系统108两者。
I.实验条件
A.NMR气体吸附等温线曲线构建
可以将储集岩样品放置在NMR仪器中所包括的NMR样品池内。样品可以包括任何形状的岩心柱。例如，岩心柱可以是直径为基本上1.5英寸且高度为2英寸的圆柱形样品。备选地，样品可以包括岩石片(例如钻屑)。换言之，可以使用配合于NMR样品池内的任何形状和尺寸的多孔介质样品。
后面描述的NMR实验可以在实验室条件(例如室温或室压或两者)下或在储层条件(例如，对于直径1.5英寸和长度2英寸的圆柱形的样品尺寸，使用目前可商购的技术，高达150℃和高达5000PSI的压力)下进行。改变在NMR室中的压力以构建NMR气体等温线曲线。在NMR样品池中的初始压力可以被设定为任何压力，例如，大气压以下。例如，将初始压力设定为最低的可能压力可以使得能够构建完全的NMR气体等温线曲线，这对于亚微米尺寸的孔体系可以是有利的。可以在低场(例如，基本上2兆赫(MHz)至20MHz)或中场(例如基本上20MHz至43MHz)或高场(例如基本上高达900MHz)中使用所述技术。弛豫时间分布(T1和T2)和快速傅立叶变换(FFT)光谱可以分别用于构建低场和高场的NMR气体吸附等温线曲线。实验的持续时间可以部分地依赖于实验装备、场强度、场均一性、其它因素或它们的组合。
为了构建样品的NMR气体等温线曲线，控制系统106可以控制NMR仪器以测量NMR气体等温线，其用干燥样品开始，随后在增加NMR室内的水蒸气压力的同时进行NMR测量。即，可以在不同的压力下用水蒸气注射储集岩样品，以检测在表面上吸附的气体。以这样的方式，可以在不同的压力下用水性流体润湿储集岩样品。NMR仪器可以检测吸附的水蒸气信号并且向控制系统102提供测得的信息。控制系统106或计算机系统108(或两者)可以接收来自NMR仪器的时域原始数据，并且将时域原始数据转变为对于低场的弛豫时间(T1或T2)分布和对于高场NMR的FFT光谱，其用作后述润湿性计算的输入数据。
B.润湿性测量
图2是用于测量储集岩样品的润湿性的工作流程200的一个实例。如后面描述的，可以通过比较对储集岩样品构建的NMR水蒸气等温线与在类似条件下对亲水和疏水标准构建的NMR水蒸气等温线而量化储集岩样品的润湿性。在202，可以通过低场NMR测量储集岩样品的孔尺寸。在204，可以生成标准品以匹配储集岩样品的孔尺寸。例如，可以选择珠((例如，玻璃珠，聚合物珠，或由其他材料制成的珠)以产生具有与储集岩样品基本上相同的孔尺寸的孔体系。在206，可以将标准品分为两批并且可以分别用亲水涂料和疏水涂料包覆每一批。在208，可以构建亲水材料包覆的标准品和疏水材料包覆的标准品的NMR气体等温线。在210，可以将储集岩样品的NMR气体等温线与亲水材料包覆的标准品和疏水材料包覆的标准品的NMR气体等温线比较以量化润湿性。
II.润湿性研究
润湿性是液体保持与固体表面接触的能力，其在使两种材料一起接触时由分子间相互作用产生。度量润湿程度的润湿性是在粘合力和内聚力之间的力平衡的产物。粘附是液体分子对不同的基底产生吸引的倾向。另一方面，内聚导致液滴产生最小的可能表面积。固体表面的疏水性是由液体和固体之间的粘合力导致的。因此，固体表面的润湿性与疏水性直接相关。在本公开中，在储集岩样品，即，可以在烃储层中找到并且可以将烃捕获在其孔体系中的岩石样品的语境中描述了润湿性研究。在本公开中描述的研究和发现可以适用于任何类型的多孔介质，例如，包括均匀孔体系(即具有基本上相同尺寸的孔)或非均匀孔体系(即，具有各自具有不同尺寸的多个孔子系统)的多孔介质。
润湿性研究可以通过对多孔样品施加磁脉冲序列并且测量NMR气体等温线以及脉冲序列的弛豫时间来实施。对样品施加的磁脉冲序列可以包括Carr-Purcell-Meiboom-Gill(CPMG)脉冲序列或自旋回波单点成像(SE-SPI)脉冲序列。实行CPMG脉冲序列可以提供整个样品的整体润湿性指数。实行SE-SPI脉冲序列可以提供在样品内的特定位置的多个润湿性指数。
A.使用CPMG脉冲序列的润湿性研究
图3是CPMG脉冲序列的示意图。CPMG脉冲序列测量NMR T2衰减时间。使用CPMG脉冲序列测量的T2衰减时间可以产生多孔样品的平均T2分布。可以使用之前描述的技术构建多孔样品的NMR水蒸气等温线。在一些实施方案中，选择第一压力水平并且在所选择的第一压力水平构建多孔样品的NMR水蒸气等温线。对施加了第一压力水平的多孔样品施加在图3中所示的CPMG脉冲序列，并且测量T2衰减时间。随后，选择第二压力水平并且在所选择的第二压力水平构建多孔样品的NMR水蒸气等温线。对施加了第二压力水平的多孔样品施加在图3中所示的CPMG脉冲序列，并且测量T2衰减时间。对于多个压力水平，重复响应于CPMG脉冲序列测量T2衰减时间构建NMR水蒸气等温线的步骤。由对于不同压力水平所测量的T2衰减时间生成依赖于压力的T2衰减曲线。在每一个压力处在孔表面上吸附的气体的量可以通过测量对应于吸附的气体的T2分布峰的总面积变化来计算，其是将通过CPMG实验时域T2衰减曲线转化而生成的。
B.使用二维SE-SPI序列的润湿性研究
图4A-4C是SE-SPI脉冲序列的示意图。如之前所述，可以将NMR气体等温线技术与通过SE-SPI脉冲序列的T2映射技术结合以提供任何多孔材料，包括例如储集岩的样品的内部孔表面的空间润湿性。在这些实施方案中，SE-SPI脉冲序列可以代替在之前描述的润湿性研究中使用的CPMG脉冲序列。通过使用NMR信号的梯度到空间编码，SE-SPI脉冲序列提供样品中的特定位置上的T2分布。因此，通过将使用SE-SPI脉冲序列的T2映射技术与之前所述的NMR气体等温线方法结合，可以测量在孔体系内的特定位置(或多个特定位置)的空间润湿性分布。
在一些实施方案中，选择第一压力水平并且在选择的第一压力水平构建多孔样品的NMR水蒸气等温线。将在图4A-4C中所示的SE-SPI脉冲序列施加于施加了第一压力水平的多孔样品，并且测量T2衰减时间。随后，选择第二压力水平并且在选择的第二压力水平构建多孔样品的NMR水蒸气等温线。将在图4A-4C中所示的SE-SPI脉冲序列施加于施加了第二压力水平的多孔样品，并且测量T2衰减时间。对于多个压力水平重复响应于SE-SPI脉冲序列测量T2衰减时间构建NMR水蒸气等温线的步骤。由对于不同的压力水平所测量的T2衰减时间生成压力依赖的T2衰减曲线。
当施加SE-SPI脉冲序列时，例如沿着样品的纵轴，将多孔样品分为多个切片。例如，可以将约2英寸厚的多孔样品分为64个切片。在每一个切片中，由对于不同的压力水平所测量的T2衰减时间生成压力依赖的T2衰减曲线。在每一个压力下孔表面的被附在每个切片上的气体量可以通过测量对应于吸附气体的T2分布峰的总面积变化来计算，其是将通过SE-SPI实验时域T2衰减曲线转化而生成的。可以使用后面所述的技术对每一个切片确定润湿性指数。因为每一个切片是在多孔样品中的特定位置取得的，因此可以确定多孔样品中的多个位置的润湿性指数。
图5是储集岩样品的NMR气体等温线和表面润湿性之间的关系的示意图。该图是吸附(水的克数除以颗粒的克数)相对于归一化的孔压力(P/P0)的图。NMR气体等温线曲线是气体吸附等温线曲线，具体为水蒸气吸附等温线曲线。通过NMR水蒸气等温线的所检测的储集岩样品表面的疏水性是岩石表面的天然润湿性的直接指示。即，具有更高的亲水性的表面将吸引更多的水分子被吸附并且抗烃吸附，反之亦然。图3显示了具有不同的疏水性的三个储集岩样品的三个NMR气体等温线曲线。储集岩的疏水性可以分为三个类别-油润湿的(即，对烃的亲和性大于对水的亲和性，因此疏水)，水润湿的(即，对水的亲和性大于对烃的亲和性，因此亲水)和中性润湿的(介于油润湿和水润湿之间)。线302表示水润湿的储集岩样品的NMR气体吸附等温线。线304表示中性润湿的储集岩样品的NMR气体吸附等温线。线306表示油润湿的样品的NMR气体吸附等温线。
图6是包含亲水和疏水表面的多孔储集岩样品的NMR水蒸气等温线的示意图400。储集岩样品可以包括多个孔体系(例如，如在图6中的三个孔系统)，其每一个具有不同的孔尺寸。例如，岩石样品的一些部分可以包含亚微米尺寸的孔，岩石样品的一些部分可以包含尺寸大于或等于微米的孔，并且岩石样品的一些部分可以包含在亚微米尺寸的孔和尺寸大于或等于微米的孔之间的中等大小的孔。在图6中，线402和线404分别表示在这样的具有多个孔体系的储集岩样品中的亲水表面和疏水表面。在这样的岩石样品中，NMR水蒸气等温线曲线可以是取决于每一个孔体系的疏水性的气体等温线曲线的组合。例如，孔体系的疏水性对于亚微米尺寸的孔(在图6中由线406表示)可以是亲水的，对于中等大小的孔(在图6中由线412表示)可以是疏水的，并且对于尺寸大于或等于微米的孔(在图6中由线414表示)可以是亲水的。在另一个实例中，孔体系的疏水性对于亚微米尺寸的孔(在图6中由线408表示)可以是疏水的，对于中等大小的孔(在图6中由线410表示)可以是亲水的，并且对于尺寸大于或等于微米的孔(在图6中由线416表示)可以是疏水的。在具有亲水和疏水表面的混合大小的孔体系的其它实例中，NMR气体吸附等温线可以包括气体等温线曲线的其它组合。
主要气体吸附机制对于尺寸大于或等于微米的孔(扩散)和亚微米尺寸的孔(毛细管凝结)是不同的。对于上述微米大小的孔体系，相比于疏水表面(在图6中的线416)，随着气体压力增加，水蒸气以更大的量并且更快地吸附在亲水表面(在图6中的线414)上。因此，对于具有尺寸大于或等于微米的孔的孔体系，吸附气体的总量可以用于润湿性的量化，而与等温线曲线的形状无关。
对于亚微米尺寸的孔体系，毛细管凝结导致相同量的水蒸气被吸附在孔表面上，而与疏水性无关。由于亲水和疏水情况在水蒸气和表面之间的粘附力的差别，NMR水蒸气等温线曲线的形状也不同。例如，亲水和疏水表面分别产生凹曲线形状(在图4中的线406、线410)和凹曲线形状(在图4中的线408、线412)。因此，对于亚微米尺寸的孔体系，曲线形状分析可以用于润湿性的量化。
图7是用于量化包含尺寸大于或等于微米的孔的储集岩样品的润湿性的样品NMR水蒸气等温线曲线的示意图500。在一些实施方案中，这样的储集岩样品的润湿性指数可以使用方程式1计算：
在方程式1中，WI孔尺寸≥微米是上述微米尺寸的孔体系的通过NMR气体等温线的润湿性指数。变量S，O和W分别表示样品100％油润湿的标准品和100％水润湿的标准品的吸附总量。对于这些孔体系，润湿性可以由以下量化：
水润湿的-0.5＜WI孔尺寸≥微米≤1
中性润湿的-WI孔尺寸≥微米≈0.5
油润湿的-0≤WI孔尺寸≥微米＜0.5
在一些实施方案中，包覆有100％疏水材料的标准品的NMR水蒸气等温线可以通过假设方程式1中的变量O为0得到方程式2而生成：
表面润湿不仅由孔表面化学性质引起，而且由其它物理因素例如表面粗糙度、孔结构或其它物理因素引起。因为方程式2并没有计入这些物理因素，因此可以使用利用方程式2测量的润湿性作为近似值。
图8是用于量化包含亚微米尺寸的孔的储集岩样品的润湿性的样品NMR水蒸气等温线曲线的示意图600。图600显示了三个具有不同润湿性的亚微米尺寸的多孔介质的NMR水蒸气等温线曲线。对于水润湿的体系，NMR水蒸气吸附曲线是凸的，并且对于油润湿的体系，NMR水蒸气吸附曲线是凹的。在中性润湿的体系的情况下，NMR水蒸气吸附曲线位于凸和凹曲线之间，且在图6中表示为直线。如之前所述的，在亚微米尺寸的孔体系的具有不同的润湿性的表面之间的被吸附的水蒸气的总量之间没有太大的差别。因此，如之前对具有包括尺寸大于或等于微米的孔的孔体系的储集岩样品所描述的，可以通过曲线形状而非端点的差异测量具有亚微米尺寸的孔的储集岩样品的润湿性。
孔结构的非均匀性可能导致NMR气体等温线曲线的曲率并非确实凸、凹或直线的。因此，可以通过确定曲线下的面积确定润湿性。为此，在一些实施方案中，可以实行梯形法则。备选地，也可以实行其它确定曲线下的面积的技术。因此，在一些实施方案中，可以使用下面所示的方程式3计算具有亚微米尺寸的孔的储集岩样品的润湿性指数。
WI孔尺寸＜微米＝在NMR气体等温线曲线下面的面积 (方程式3)
对于这些孔体系，润湿性可以由以下表示：
水润湿的-0.5＜WI孔尺寸＜微米≤1
中性润湿的-WI孔尺寸＜微米≈0.5
油润湿的-0≤＜WI孔尺寸＜微米＜0.5
图9是显示由使用CPMG脉冲序列测得的NMR气体等温线和使用SE-SPI脉冲序列测得的NMR气体等温线测量的示例性润湿性指数的示意图。该示意图显示了包括不同润湿性的区域的多孔岩石样品900的表示图。例如，多孔岩石样品900包括水润湿的区域902、油润湿的区域906和润湿性介于水润湿的区域902的润湿性与油润湿的区域906的润湿性之间的中性润湿的区域904。通过使用CPMG脉冲序列实行NMR气体等温线测量，确定整个多孔岩石样品的0.4的总润湿性指数。通过将样品900分为三个区域且在三个区域中使用SE-SPI脉冲序列实行NMR气体等温线测量，对水润湿的区域902、中性润湿的区域904和油润湿的区域906分别确定了0.8、0.6和0.2的三个润湿性指数。
可以提供通过实行之前描述的技术确定的储集岩样品的润湿性作为计算机系统108的输入变量，所述计算机系统执行包括基本上类似于或等同于储集岩样品的储集岩的烃储层的地球物理模型。利用输入的润湿性，计算机系统100可以对通过烃储层的流体流进行确定、建模或模拟。通过这么做，计算机系统100可以确定在烃储层中的总烃储量或确定生产率或两者。另外，计算机系统100可以使用润湿性作为对强化采油(EOR)或提高采油(IOR)或两者的模型进行测量、监测、建模或模拟的输入参数。以这种方式，使用之前所述的NMR气体吸附等温线技术确定储集岩样品的润湿性可以提高烃储层模拟的精确性，并且帮助设计对目标烃储层更有效的EOR/IOR技术。
图10是用于确定储集岩样品的空间润湿性分布的方法1000的一个实例的流程图。在1002，对封闭容积内的三维储集岩样品施加多个压力。储集岩样品包括沿着储集岩样品的纵轴分布的多个多孔区域。多个多孔区域具有各自多个润湿性。每一个润湿性表示每一个多孔区域吸收水的量。在1004，在每一个压力，对沿着储集岩样品的纵轴分布的多个多孔区域施加NMR脉冲序列。在1006，响应于施加多个压力并且在每一个压力下对沿着储集岩样品的纵轴分布的多个多孔区域施加NMR脉冲序列，构建储集岩样品的NMR气体等温线曲线。在1008，基于NMR气体等温线曲线确定多个多孔区域的多个润湿性。每一个润湿性包括表示每一个多孔区域吸收水的量的值。在1010，基于多个润湿性确定储集岩样品的空间润湿性分布。在1012，提供储集岩样品的空间润湿性分布。例如，空间润湿性分布显示在显示装置上，如图9中所示。
因此，已经描述了主题的具体实施方案。其它实施方案在后附的权利要求的范围内。例如，上面描述的技术在NMR水蒸气吸附等温线的语境内。为了研究使用烃流体的储集岩样品的润湿性，可以使用适当的烃气体代替水蒸气。这样做使得可以测量在多孔介质的内表面中特定气体类型的润湿性。

Claims (22)

1.一种方法，所述方法包括：
对封闭容积内的三维储集岩样品施加多个压力，所述储集岩样品包括沿着所述储集岩样品的纵轴分布的多个多孔区域，其中所述多个多孔区域具有各自多个润湿性，每一个润湿性表示每一个多孔区域吸收水的量；
在所述多个压力的每一个压力下，对沿着所述储集岩样品的纵轴分布的所述多个多孔区域施加自旋回波单点成像(SE-SPI)脉冲序列；
响应于施加所述多个压力和在所述多个压力的每一个压力下对沿着所述储集岩样品的纵轴分布的所述多个多孔区域施加所述SE-SPI脉冲序列，构建所述储集岩样品的核磁共振(NMR)气体等温线曲线；
基于所述NMR气体等温线曲线确定所述多个多孔区域的所述多个润湿性，所述多个润湿性的每一个润湿性包括表示所述每一个多孔区域吸收水的量的值；
基于所述多个润湿性确定所述储集岩样品的空间润湿性分布；和
提供所述储集岩样品的所述空间润湿性分布。
2.权利要求1所述的方法，其中所述NMR气体吸附等温线曲线包括NMR水蒸气吸附等温线曲线。
3.权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
确定所述NMR气体等温线曲线是凸曲线；和
确定所述储集岩样品包括比疏水表面更多的亲水表面。
4.权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
确定所述NMR气体等温线曲线是凹曲线；和
确定所述储集岩样品包括比亲水表面更多的疏水表面。
5.权利要求1所述的方法，其中确定所述储集岩样品的空间润湿性包括：基于所述储集岩样品包括更多的亲水表面还是更多的疏水表面来确定所述空间润湿性。
6.权利要求1所述的方法，其中所述多个多孔区域的多孔性在介于小于微米和大于微米之间的范围内，并且其中确定所述岩石样品的空间润湿性包括：
确定所述储集岩样品的具有小于微米的多孔性的第一多孔区域的第一润湿性；和
确定所述储集岩样品的具有大于或等于微米的多孔性的第二多孔区域的第二润湿性。
7.权利要求1所述的方法，其中基于所述NMR气体等温线曲线确定所述多个多孔区域的所述多个润湿性，所述多个润湿性的每一个润湿性包括表示所述每一个多孔区域吸收水的量的值包括：将储集岩样品气体吸附的NMR气体等温线曲线与疏水样品的第一标准NMR气体等温线曲线和亲水样品的第二标准NMR气体等温线曲线比较。
8.权利要求7所述的方法，所述方法还包括：
构建所述疏水样品的核磁共振(NMR)气体等温线曲线；和
构建所述亲水样品的核磁共振(NMR)气体等温线曲线。
9.权利要求8所述的方法，其中所述疏水样品包括包覆有疏水涂层的珠，并且所述亲水样品包括包覆有亲水涂层的珠。
10.权利要求1所述的方法，其中基于所述NMR气体等温线曲线确定所述多个多孔区域的所述多个润湿性，所述多个润湿性的每一个润湿性包括表示所述每一个多孔区域吸收水的量的值包括：
确定多孔性在小于微米的范围内的第一多孔区域的第一量化值；和
确定多孔性在大于或等于微米的范围内的第二多孔区域的第二量化值。
11.权利要求10所述的方法，其中确定所述第一量化值包括：确定在所述第一多孔区域的NMR气体等温线曲线之下的归一化面积。
12.权利要求11所述的方法，其中确定所述第一量化值包括：响应于确定在所述曲线之下的所述归一化面积为0至基本上0.5之间确定所述储集岩样品是水润湿的，响应于确定在所述曲线之下的所述归一化面积基本上等于0.5确定所述储集岩样品是中性润湿的，或者响应于确定在所述曲线之下的所述归一化面积在基本上0.5至1之间确定所述储集岩样品是水润湿的。
13.权利要求11所述的方法，其中确定所述第二量化值包括：确定所述储集岩样品的水蒸气吸附量与疏水样品的水蒸气吸附量之间的差值和亲水样品的水蒸气吸附量与疏水样品的水蒸气吸附量之间的差值的比率。
14.权利要求13所述的方法，其中确定所述第二量化值包括：响应于确定所述比率在0至基本上0.5之间确定所述储集岩样品是水润湿的，响应于确定所述比率基本上等于0.5确定所述储集岩样品是中性润湿的，或者响应于确定所述比率在基本上0.5至1之间确定所述储集岩样品是油润湿的。
15.权利要求11所述的方法，其中确定所述第二量化值包括：确定所述储集岩样品的水蒸气吸附与亲水样品的水蒸气吸附之间的比率。
16.权利要求1所述的方法，其中在所述多个压力的每一个压力下对沿着所述储集岩样品的纵轴分布的所述多个多孔区域施加SE-SPI脉冲序列包括：在施加每一个压力的同时，
对所述储集岩样品中的所述多个多孔区域施加所述SE-SPI脉冲序列，和
对于每一个多孔区域，测量响应于所施加的压力的T2衰减时间。
17.一种系统，所述系统包括：
核磁共振(NMR)样品池，其配置为接收储集岩样品，所述储集岩样品包括沿着所述储集岩样品的纵轴分布的多个多孔区域，其中多个多孔区域具有各自多个润湿性，每一个润湿性表示每一个多孔区域吸收水的量；
与所述NMR样品池连接的压力递送系统，所述压力递送系统配置为对所述NMR样品池中的所述储集岩样品施加多个压力；
与NMR样品池连接的NMR控制系统，所述NMR控制系统配置为在所述多个压力中的每一个压力下，对沿着所述储集岩样品的纵轴分布的多个多孔区域施加自旋回波单点成像(SE-SPI)脉冲序列；和
与所述NMR控制系统和所述压力递送系统连接的计算机系统，所述计算机系统包括计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质储存使所述计算机系统执行操作的可执行指令，所述操作包括：
响应于施加所述多个压力和在所述多个压力的每一个压力下对沿着所述储集岩样品的纵轴分布的所述多个多孔区域施加所述SE-SPI脉冲序列，构建所述储集岩样品的NMR气体等温线曲线；
基于所述NMR气体等温线曲线确定所述多个多孔区域的所述多个润湿性，每一个润湿性包括表示所述每一个多孔区域吸水的量的值；
基于所述多个润湿性确定所述储集岩样品的空间润湿性分布；和
提供所述储集岩样品的所述空间润湿性分布。
18.权利要求17所述的系统，其中所述压力递送系统配置为使用水蒸气施加所述多个压力，并且其中所述NMR气体吸附等温线曲线包括NMR水蒸气吸附等温线曲线。
19.权利要求17所述的系统，其中基于所述NMR气体等温线曲线确定所述多个多孔区域的所述多个润湿性，每一个润湿性包括表示所述每一个多孔区域吸水的量的值包括：
确定多孔性在小于微米的范围内的第一多孔区域的第一量化值，其中确定所述第一量化值包括：响应于确定在所述曲线之下的归一化面积为0至基本上0.5之间确定所述储集岩样品是水润湿的，响应于确定在所述曲线之下的归一化面积基本上等于0.5确定所述储集岩样品是中性润湿的，或者响应于确定在所述曲线之下的归一化面积在基本上0.5至1之间确定所述储集岩样品是水润湿的。
20.权利要求17所述的系统，其中基于所述NMR气体等温线曲线确定所述多个多孔区域的所述多个润湿性，每一个润湿性包括表示所述每一个多孔区域吸水的量的值包括：
确定多孔性在大于或等于微米的范围内的第二多孔区域的第二量化值，其中响应于确定比率在0至基本上0.5之间确定所述储集岩样品是水润湿的，响应于确定比率基本上等于0.5确定所述储集岩样品是中性润湿的，或者响应于确定比率在基本上0.5至1之间确定所述储集岩样品是油润湿的。
21.一种方法，所述方法包括：
对封闭容积内的三维储集岩样品施加多个压力，所述储集岩样品包括沿着所述储集岩样品的纵轴分布的多个多孔区域，其中所述多个多孔区域具有各自多个润湿性，每一个润湿性表示每一个多孔区域吸收水的量；
在所述多个压力的每一个压力下，对沿着所述储集岩样品的纵轴分布的所述多个多孔区域施加核磁共振(NMR)脉冲序列；
响应于施加所述多个压力和在所述多个压力的每一个压力下对沿着所述储集岩样品的纵轴分布的所述多个多孔区域施加所述NMR脉冲序列，构建所述储集岩样品的NMR气体等温线曲线；
基于所述NMR气体等温线曲线确定所述多个多孔区域的所述多个润湿性，所述多个润湿性的每一个润湿性包括表示所述每一个多孔区域吸收水的量的值；
基于所述多个润湿性确定所述储集岩样品的空间润湿性分布；和
提供所述储集岩样品的所述空间润湿性分布。
22.权利要求21所述的方法，其中所述NMR脉冲序列是Carr-Purcell-Meiboom-Gill(CPMG)脉冲序列或自旋回波单点成像(SE-SPI)脉冲序列，并且其中响应于对沿着所述储集岩样品的纵轴分布的所述多个多孔区域施加所述NMR脉冲序列构建所述储集岩样品的NMR气体等温线包括：在施加每一个压力的同时，
对所述储集岩样品中的所述多个多孔区域施加所述NMR脉冲序列；和
对于每一个多孔区域，测量响应于所施加的压力的T2衰减时间。
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