CN109001243B - 一种采用低场核磁共振评价煤的动态水锁效应的方法与装置 - Google Patents

一种采用低场核磁共振评价煤的动态水锁效应的方法与装置 Download PDF

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CN109001243B CN201811000673.1A CN201811000673A CN109001243B CN 109001243 B CN109001243 B CN 109001243B CN 201811000673 A CN201811000673 A CN 201811000673A CN 109001243 B CN109001243 B CN 109001243B
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Abstract

本发明公开了一种采用低场核磁共振评价煤的动态水锁效应的方法与装置，该方法通过联立JBN方程，启动压力梯度公式与达西定律建立了动态水锁评价模型，通过实验和计算最终得到对应不同含水饱和度的一系列水锁启动压力梯度数值。并针对该方法专门设计了一种采用低场核磁共振评价煤的动态水锁效应的装置，该装置包括气体供应系统、气水驱替系统、核磁测量系统和数据采集系统，通过该装置在室温和加围压状态下对饱和水的柱状煤样进行核磁驱替实验，利用核磁共振T2谱对出水量进行实时监测，进而获得准确的气水相对渗透率曲线，建立动态水锁评价模型。本发明融合了低场核磁技术的直观性与灵敏性，其操作简单、结果准确，是一种动态、实时的测试新方法。

Description

一种采用低场核磁共振评价煤的动态水锁效应的方法与装置
技术领域
本发明涉及煤层气勘探开发领域，具体地说，涉及一种采用低场核磁共振评价煤的动态水锁效应的方法与装置。本发明主要用于定量评价煤的动态水锁效应，但也同样适用于其他非常规致密储层的水锁效应评价，例如页岩，致密砂岩等等。
背景技术
水锁效应是影响油气井生产开采的重要因素，在低渗透性、特低渗透的非常规储层中，由于孔喉细小，水锁效应更加显著。目前国内外对于水锁效应的定义是指在油气开发过程中，当钻井液、完井液等外来流体侵入储集层后，或是在停井关井过程中地层流体的回流聚集，造成的近井地带油气相的相对渗透率降低的现象。
水锁效应这一问题的提出最初是在常规油井生产过程中，随着我国煤层气勘探开发的不断深入，煤储层中的水锁效应也成为了气田开发工程师们亟待解决的一大难题。生产资料表明，在我国煤层气勘探开发热点区域，沁水盆地南部郑庄樊庄区块，59％的煤层气井存在由于水锁效应导致的产能过低的现象。另外，气藏的水锁效应相比于油藏的水锁效应更加复杂，这主要是气水粘度差异大，表面张力大，且气水共同渗流过程中两相共渗区窄，流动状态不稳定等因素造成的。
尽管煤储层的水锁效应是制约煤层气井产量的关键难题，但是目前对于水锁效应的研究尚处在静态的实验室研究阶段。常用的研究手段是通过测定煤样在干燥状态和束缚流体状态的气体渗透率，将渗透率的降低量与干燥状态渗透率的比值定义为水锁损害指数。这种评价方法虽然可以体现由于水的侵入造成渗透率的降低，但是从气体微观渗流机理来讲，水的分布状态会对气体渗流产生影响，同时气体流动也会将储层中水驱替出来。因此，这种静态的水锁评价方法难以实现对煤层气开发过程中，气水动态相互作用过程的准确评价。
对于煤储层动态水锁效应的评价实质上是对煤储层气水微观作用机理的规律的总结，这一目标的前提是对气水流量的准确监测，而这正是低场核磁共振技术的优势所在。目前核磁共振技术在油气领域多用于岩石孔隙度，渗透率和润湿性等方面的测定。核磁共振技术的直观性、灵敏性及实时性，使其成为测量煤样气水相对渗透率，进一步评价动态水锁效应的一种新的技术手段。
本发明的原理为：
发明原理的核心思想是通过比较实验测得的气相相对渗透率(包含水锁启动压力)与计算得到的气相相对渗透率(不包含水锁启动压力)来计算动态水锁启动压力梯度。因此发明原理主体包括两部分，第一部分是核磁相对渗透率计算，第二部分是水锁启动压力计算。其中第一部分是第二部分的基础。
一、核磁相对渗透率计算
实验过程为饱和水后，用氦气驱替的过程，这一过程是非稳态过程。利用非稳态相对渗透率计算方法(JBN方法)。在气水两相流动过程中，水的分流量方程可表示为：
Figure BDA0001782894270000021
式中kg和kw为气相和水相的渗透率；μg和μw为气体和水的粘度；定义Vg(t)为无因次的累计注气量，即累计注入气体体积与孔隙体积之比，则
Figure BDA0001782894270000022
式中φ为岩心孔隙度；A为柱状岩心横截面积；L为岩心长度；q(t)为气体注入速率.根据Johnson等人的工作，利用非稳态数据获得气水相对渗透率为：
Figure BDA0001782894270000031
Figure BDA0001782894270000032
式中krg和krw为气水相对渗透率；fg为气体分流量。I为任意时刻注入能力与初始注入能力的比值，表示为：
Figure BDA0001782894270000033
式中dp为驱替压差.出口端含气饱和度为：
Sg2＝Sgi+Vw(t)-fwVg(t) (6)
式中Sgi是岩心初始含气饱和度；Vw(t)为无因次累计产水量。
对于煤岩来说，由于其本身低孔低渗的特性，使得利用传统体积法计算产水量会产生较大误差，同时又会受到岩心末端效应的干扰。因此本发明采用核磁共振T2弛豫谱实现对于产水量的实时准确监测。同时由于核磁共振监测的是岩心内部含水饱和度，因此可以去除掉末端效应的影响。利用核磁共振信号计算产水量的公式为：
Vw(t)＝AI(T0-Tt) (7)
式中AI为振幅指数，即通过标定得到的单位振幅的核磁信号对应的水的质量；T0为岩心饱和水状态下的T2谱振幅；Tt为驱替过程中岩心的T2谱振幅。
二、水锁启动压力梯度计算
通过第一部分的工作，可以获得在气驱水过程中完整的气水相对渗透率曲线，则气相的有效渗透率可表示为：
kg(Sw)＝krg(Sw)·kabs (8)
式中kg(Sw)为气体有效渗透率；krg为气相相对渗透率；kabs为岩心绝对渗透率。
启动压力梯度是指在多孔介质中存在低速非达西线性流动状态，即当压差大于某个临界值时，流体才会流动。启动压力梯度在孔喉细小的煤储层中表现尤为明显。考虑启动压力梯度的经典达西公式可表示为：
Figure BDA0001782894270000041
式中Qm为平均流速；G为启动压力梯度；p1和p2为入口和出口压力。对于气体由于其流速是在岩心末端测得，因此需要将末端流速校正为平均流速，即
Figure BDA0001782894270000042
联立二式，得到考虑水锁启动压力梯度下的气体流动方程
Figure BDA0001782894270000043
式中Gwb即为水锁启动压力梯度。因此，对于同一次驱替实验，利用实验测得的气体渗透率kg(Sw)和计算得到的气体渗透率kg *(Sw)这二者，便可表示出水锁启动压力梯度，即
Figure BDA0001782894270000044
发明内容
本发明正是为了解决上述技术问题而设计的一种采用低场核磁共振评价煤的动态水锁效应的方法与装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种采用低场核磁共振评价煤的动态水锁效应的方法，使用非稳态相对渗透率计算方法，即JBN方法，通过联立JBN方程，启动压力梯度公式与达西定律建立了动态水锁评价模型；首先对饱和水煤岩岩心在室温与加围压状态下进行核磁驱替实验，通过核磁T2谱图的变化实时监测产水量，进而得出气驱水过程的气水相对渗透率曲线；然后对于驱替实验数据利用不含启动压力梯度的达西定律计算出不考虑水锁启动压力梯度的气体渗透率；通过建立的动态水锁评价模型，可由实验所得气体渗透率与计算所得气体渗透率计算出水锁启动压力梯度；按照同样计算过程，最终得到对应不同含水饱和度的一系列水锁启动压力梯度数值。
所述一种采用低场核磁共振评价煤的动态水锁效应的方法，该方法包括如下步骤：
一、制样及装样
①钻取柱状煤岩岩心，称重，放入干燥箱中干燥至恒重；
②将岩心抽真空n1小时，再加压p1MPa饱和水n2小时后，装入无磁的岩心夹持器中，其中：3≤n1≤12，5≤p1≤15，24≤n2≤72；
③将岩心夹持器缓慢放入核磁共振测量腔中，准备进行核磁相对渗透率测定；
二、准备实验
①对装入岩心的岩心夹持器施加围压p2MPa来模拟地层条件，同时防止气体窜流，其中：1≤p2≤5；
②连接气路，检查装置气密性，使得气体可以满足在不同的驱替压差下恒压注入；
③将出口端与大气连通，调节进口压力，使得驱替压差从大气压力逐级升高，每次升高p3MPa，选取一个气体恰好能将岩心中的水驱动的压差为实验压差，其中：0.01≤p3≤0.1；
三、选取低场核磁共振测量参数并设定环境温度
选用CPMG，即Carr-Purcell-Meiboom-Gill测量序列；测量具体参数包括：回波时间TE毫秒，等待时间TW秒，叠加次数SCANS次，回波数NECH；设定测试环境温度在T℃之间任意值，并保持恒温，其中：0.1≤TE≤1，1≤TW≤10，0.01≤SCANS≤0.1，10000≤NECH≤20000，18≤T≤38；
四、核磁驱替实验
①驱替过程中产水量的获取
按照选定的驱替压差连续注入气体，从高精度压力表与流量计中读取岩心入口端与出口端的压力与流量示数；驱替过程中每隔n3分钟进行一次核磁共振T2谱的记录，可以得到一系列逐渐变小的水的T2谱图；获取各个时刻T2谱振幅的变化后，根据公式可以得到任一时刻的产水量，其中：3≤n3≤30；
Vw(t)＝AI(T0-Tt)
式中AI为振幅指数，即通过标定得到的单位振幅的核磁信号对应的水的质量；T0为岩心饱和水状态下的T2谱振幅；Tt为驱替过程中岩心的T2谱振幅；
②气水相对渗透率曲线测定
随着气体以恒定压差注入，饱和岩心中的水会被逐渐驱替出来，得到逐渐增大的产气量与逐渐减小的产水量，利用JBN公式计算出口端的气相相对渗透率与水相相对渗透率，和出口端的含气饱和度；当实验进行到n4小时，或两次T2谱图之间不再变化时停止测试，其中：1≤n4≤6；
③实验所得与计算所得的两种气体渗透率的获取
本方法的关键步骤就是两种气体渗透率的获取，根据第②步操作，已经得到驱替过程的气相相对渗透率，再乘以岩心绝对渗透率即为实验所得的气体渗透率，即为有效渗透率；根据达西定理可以计算出不含水锁启动压力梯度的气体渗透率；
④动态水锁启动压力梯度的计算
在得到实验气体渗透率与计算气体渗透率后，根据建立的动态水锁效应评价模型，可以计算出水锁启动压力梯度；再除以岩心长度即可得到水锁启动压力梯度。
所述一种采用低场核磁共振评价煤的动态水锁效应的方法，其步骤一中所述煤岩岩心直径应不小于25mm，长度不小于50mm，可以避免由于岩心过小造成的非均质性，从而降低测试误差。
所述一种采用低场核磁共振评价煤的动态水锁效应的方法，其步骤二中所述注入气体为氦气或氮气类的非吸附性气体。
所述一种采用低场核磁共振评价煤的动态水锁效应的方法，其步骤二中所述核磁共振仪采用CPMG序列，测量具体参数如下：回波时间TE＝0.3毫秒，等待时间TW＝3秒，叠加次数SCANS＝64次，回波数NECH＝18000；环境温度为28℃。
所述一种采用低场核磁共振评价煤的动态水锁效应的方法，其加压p1为10MPa，施加围压p2为3MPa，选取驱替压差时每级升高压力0.02MPa；抽真空时间n1为6小时，加压饱和时间n2为48小时，相邻核磁信号记录时间n3为10分钟，驱替实验总时间n4为3小时。
一种采用低场核磁共振评价煤的动态水锁效应的装置，是针对一种采用低场核磁共振评价煤的动态水锁效应的方法的装置，包括气体供应系统、气水驱替系统、核磁测量系统和数据采集系统；核磁测量系统两端均通过高精度流量计和压力传感器连接低场核磁共振仪器两端；气水驱替系统由放置样品的岩心夹持器和用于调节压力的调压阀组成；所述气体驱替系统通过阀门A1与气源连接，通过阀门A2与空气压缩机连接，通过阀门A3与大气环境连接；气体通过调压阀、压力传感器、高精度流量计和阀门A4与岩心夹持器连接，加围压装置给岩心夹持器施加围压。
所述一种采用低场核磁共振评价煤的动态水锁效应的装置，加围压装置通过压缩氟油对岩心夹持器施加围压，实验结束后气体可通过阀门A3排放出去。
所述一种采用低场核磁共振评价煤的动态水锁效应的装置，其数据采集系统记录入口流量、入口压力、出口压力、围压和温度参数。
所述一种采用低场核磁共振评价煤的动态水锁效应的装置，其岩心夹持器是外径为60mm，内径为25mm的无核磁岩心夹持器，其最高可承压30MPa。
本发明的优点和有益效果为：本发明将低场核磁共振技术与非稳态气水相对渗透率测量技术结合起来，通过将实验测得气体渗透率与计算所得气体渗透率对比来建立动态水锁启动压力梯度模型。所述方法只需要进行一组完整的核磁非稳态驱替实验，便可计算出水锁启动压力梯度，操作简单且结果准确，是一种实时的、动态的测试新方法。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明实施例所述煤样驱替过程T2谱图变化。
图3为本发明实施例所述低阶煤水锁启动压力梯度测试结果。
图4为水锁效应微观机理示意图之水锁发生前。
图5为水锁效应微观机理示意图之水锁发生后。
图6为水锁效应微观机理示意图之局部放大图。
图7为煤储层孔隙中水膜受力分析图。
图中：1为气源，2为空气压缩机，3为压力调节阀，4为高精度流量计，5为压力传感器，6为岩心夹持器，7为核磁磁体，8为实验样品，9为加围压装置，10为核磁测量系统，A1、A2、A3、A4为阀门；20为煤基质，21为气，22为水，r1为水锁引起的水膜厚度增加量，r2为水锁发生后的水膜厚度；23为气流，24为束缚水膜。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1-3所示，本发明一种采用低场核磁共振评价煤的动态水锁效应的方法，使用非稳态相对渗透率计算方法，即JBN方法，通过联立JBN方程，启动压力梯度公式与达西定律建立了动态水锁评价模型；首先对饱和水煤岩岩心在室温与加围压状态下进行核磁驱替实验，通过核磁T2谱图的变化实时监测产水量，进而得出气驱水过程的气水相对渗透率曲线；然后对于驱替实验数据利用不含启动压力梯度的达西定律计算出不考虑水锁启动压力梯度的气体渗透率；通过建立的动态水锁评价模型，可由实验所得气体渗透率与计算所得气体渗透率计算出水锁启动压力梯度；按照同样计算过程，最终得到对应不同含水饱和度的一系列水锁启动压力梯度数值。
所述一种采用低场核磁共振评价煤的动态水锁效应的方法，该方法包括如下步骤：
一、制样及装样
①钻取柱状煤岩岩心，称重，放入干燥箱中干燥至恒重；
②将岩心抽真空n1小时，再加压p1MPa饱和水n2小时后，装入无磁的岩心夹持器中，其中：3≤n1≤12，5≤p1≤15，24≤n2≤72；
③将岩心夹持器缓慢放入核磁共振测量腔中，准备进行核磁相对渗透率测定；
二、准备实验
①对装入岩心的岩心夹持器施加围压p2MPa来模拟地层条件，同时防止气体窜流，其中：1≤p2≤5；
②连接气路，检查装置气密性，使得气体可以满足在不同的驱替压差下恒压注入；
③将出口端与大气连通，调节进口压力，使得驱替压差从大气压力逐级升高，每次升高p3MPa，选取一个气体恰好能将岩心中的水驱动的压差为实验压差，其中：0.01≤p3≤0.1；
三、选取低场核磁共振测量参数并设定环境温度
选用CPMG，即Carr-Purcell-Meiboom-Gill测量序列；测量具体参数包括：回波时间TE毫秒，等待时间TW秒，叠加次数SCANS次，回波数NECH；设定测试环境温度在T℃之间任意值，并保持恒温，其中：0.1≤TE≤1，1≤TW≤10，0.01≤SCANS≤0.1，10000≤NECH≤20000，18≤T≤38；
四、核磁驱替实验
①驱替过程中产水量的获取
按照选定的驱替压差连续注入气体，从高精度压力表与流量计中读取岩心入口端与出口端的压力与流量示数；驱替过程中每隔n3分钟进行一次核磁共振T2谱的记录，可以得到一系列逐渐变小的水的T2谱图；获取各个时刻T2谱振幅的变化后，根据公式可以得到任一时刻的产水量，其中：3≤n3≤30；
Vw(t)＝AI(T0-Tt)
式中AI为振幅指数，即通过标定得到的单位振幅的核磁信号对应的水的质量；T0为岩心饱和水状态下的T2谱振幅；Tt为驱替过程中岩心的T2谱振幅；
②气水相对渗透率曲线测定
随着气体以恒定压差注入，饱和岩心中的水会被逐渐驱替出来，得到逐渐增大的产气量与逐渐减小的产水量，利用JBN公式计算出口端的气相相对渗透率与水相相对渗透率，和出口端的含气饱和度；当实验进行到n4小时，或两次T2谱图之间不再变化时停止测试，其中：1≤n4≤6；
③实验所得与计算所得的两种气体渗透率的获取
本方法的关键步骤就是两种气体渗透率的获取，根据第②步操作，已经得到驱替过程的气相相对渗透率，再乘以岩心绝对渗透率即为实验所得的气体渗透率，即为有效渗透率；根据达西定理可以计算出不含水锁启动压力梯度的气体渗透率；
④动态水锁启动压力梯度的计算
在得到实验气体渗透率与计算气体渗透率后，根据建立的动态水锁效应评价模型，可以计算出水锁启动压力梯度；再除以岩心长度即可得到水锁启动压力梯度。
所述一种采用低场核磁共振评价煤的动态水锁效应的方法，其步骤一中所述煤岩岩心直径应不小于25mm，长度不小于50mm，可以避免由于岩心过小造成的非均质性，从而降低测试误差。
所述一种采用低场核磁共振评价煤的动态水锁效应的方法，其步骤二中所述注入气体为氦气或氮气类的非吸附性气体。
所述一种采用低场核磁共振评价煤的动态水锁效应的方法，其步骤二中所述核磁共振仪采用CPMG序列，测量具体参数如下：回波时间TE＝0.3毫秒，等待时间TW＝3秒，叠加次数SCANS＝64次，回波数NECH＝18000；环境温度为28℃。
所述一种采用低场核磁共振评价煤的动态水锁效应的方法，其加压p1为10MPa，施加围压p2为3MPa，选取驱替压差时每级升高压力0.02MPa；抽真空时间n1为6小时，加压饱和时间n2为48小时，相邻核磁信号记录时间n3为10分钟，驱替实验总时间n4为3小时。
一种采用低场核磁共振评价煤的动态水锁效应的装置，是针对权利要求1所述的一种采用低场核磁共振评价煤的动态水锁效应的方法的装置，包括气体供应系统、气水驱替系统、核磁测量系统(10)和数据采集系统；核磁测量系统(10)两端均通过高精度流量计(4)和压力传感器(5)连接低场核磁共振仪器两端；气水驱替系统由放置样品(7)的岩心夹持器(6)和用于调节压力的调压阀组成；所述气体驱替系统通过阀门A1与气源1连接，通过阀门A2与空气压缩机(2)连接，通过阀门A3与大气环境连接；气体通过调压阀、压力传感器(5)、高精度流量计(4)和阀门A4与岩心夹持器(6)连接，加围压装置(9)给岩心夹持器(6)施加围压。
所述一种采用低场核磁共振评价煤的动态水锁效应的装置，加围压装置(9)通过压缩氟油对岩心夹持器施加围压，实验结束后气体可通过阀门A3排放出去。
所述一种采用低场核磁共振评价煤的动态水锁效应的装置，其数据采集系统记录入口流量、入口压力、出口压力、围压和温度参数。
所述一种采用低场核磁共振评价煤的动态水锁效应的装置，其岩心夹持器6是外径为60mm，内径为25mm的无核磁岩心夹持器(6)，其最高可承压30MPa。
实施例——塔里木盆地低阶煤的动态水锁效应评价
按照以下步骤操作：
1、制样及装样
(1)钻取塔里木盆地低阶煤柱状煤岩岩心HvB-1，岩心直径25mm，长度50mm，称重为32.34g，放入干燥箱中干燥至恒重；
(2)将岩心抽真空6小时后，在10.0MPa下加压饱和水48小时。将饱和后的岩心取出浸没于蒸馏水中，在实验开始时将表面的水用滤纸擦干，装入无磁的岩心夹持器中；
(3)将岩心夹持器缓慢放入核磁共振测量腔中，准备进行核磁相对渗透率测定。
2、准备实验
(1)对装入岩心的岩心夹持器施加围压3.0MPa来模拟地层条件，同时防止气体窜流；
(2)连接气路，检查装置气密性，使得气体可以满足在不同的驱替压差下恒压注入；
(3)将出口端与大气连通，调节进口压力，使得驱替压差从大气压力逐级升高，每次升高0.02MPa，观察到在压力小于0.40MPa时气体并未能驱动岩心中的水，当压差达到0.40MPa后，进气流量显著升高，因此选取0.40MPa为恒压注气的压力。
3、选取低场核磁共振测量参数并设定环境温度
选用CPMG(Carr-Purcell-Meiboom-Gill)测量序列；测量参数如下：回波时间(TE)＝0.3ms，等待时间(TW)＝3s，叠加次数(SCANS)＝64，回波数(NECH)＝18000；所述适当环境温度为28℃。
4、核磁驱替实验
(1)驱替过程中产水量的获取
按照选定的驱替压差连续注入气体，从高精度压力表与流量计中读取岩心入口端与出口端的压力与流量示数；驱替过程中每隔10分钟进行一次核磁共振T2谱的记录，可以得到一系列逐渐变小的水的T2谱图。获取各个时刻T2谱振幅的变化后，利用公式(7)可以得到任一时刻的产水量。
(2)气水相对渗透率曲线测定
随着气体以恒定压差注入，饱和岩心中的水会被逐渐驱替出来。得到逐渐增大的产气量与逐渐减小的产水量。利用公式(3)、(4)计算出口端的水相相对渗透率与气相相对渗透率，利用公式(6)计算出口端的含气饱和度。当实验进行到3小时，或两次T2谱图之间不再变化时停止测试。
(3)实验所得与计算所得的两种气体渗透率的获取
本方法的关键步骤就是两种气体渗透率的获取。根据第(2)步操作，已经得到驱替过程的气相相对渗透率，再乘以岩心绝对渗透率即为实验所得的气体渗透率(为有效渗透率)。根据公式(11)，可以计算得到基于达西定理的不含水锁启动压力梯度的气体渗透率。
(4)动态水锁启动压力梯度的计算
在得到实验气体渗透率与计算气体渗透率后，根据公式(12)，可以计算出水锁启动压力；再除以岩心长度，即可得到水锁启动压力梯度。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下得出的其他任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种采用低场核磁共振评价煤的动态水锁效应的方法，其特征在于：使用非稳态相对渗透率计算方法，即JBN方法，通过联立JBN方程，启动压力梯度公式与达西定律建立了动态水锁评价模型；首先对饱和水煤岩岩心在室温与加围压状态下进行核磁驱替实验，通过核磁T2谱图的变化实时监测产水量，进而得出气驱水过程的气水相对渗透率曲线；然后对于驱替实验数据利用不含启动压力梯度的达西定律计算出不考虑水锁启动压力梯度的气体渗透率；通过建立的动态水锁评价模型，可由实验所得气体渗透率与计算所得气体渗透率计算出水锁启动压力梯度；按照同样计算过程，最终得到对应不同含水饱和度的一系列水锁启动压力梯度数值；
该方法包括如下步骤：
一、制样及装样
①钻取柱状煤岩岩心，称重，放入干燥箱中干燥至恒重；
②将岩心抽真空n1小时，再加压p1 MPa饱和水n2小时后，装入无磁的岩心夹持器中，其中：3≤n1≤12，5≤p1≤15，24≤n2≤72；
③将岩心夹持器缓慢放入核磁共振测量腔中，准备进行核磁相对渗透率测定；
二、准备实验
①对装入岩心的岩心夹持器施加围压p2 MPa来模拟地层条件，同时防止气体窜流，其中：1≤p2≤5；
②连接气路，检查装置气密性，使得气体可以满足在不同的驱替压差下恒压注入；
③将出口端与大气连通，调节进口压力，使得驱替压差从大气压力逐级升高，每次升高p3 MPa，选取一个气体恰好能将岩心中的水驱动的压差为实验压差，其中：0.01≤p3≤0.1；
三、选取低场核磁共振仪测量参数并设定环境温度
选用CPMG，即Carr-Purcell-Meiboom-Gill测量序列；测量具体参数包括：回波时间TE毫秒，等待时间TW秒，叠加次数SCANS次，回波数NECH；设定测试环境温度在T℃之间任意值，并保持恒温，其中：0.1≤TE≤1，1≤TW≤10，0.01≤SCANS≤0.1，10000≤NECH≤20000，18≤T≤38；
四、核磁驱替实验
①驱替过程中产水量的获取
按照选定的驱替压差连续注入气体，从高精度压力表与流量计中读取岩心入口端与出口端的压力与流量示数；驱替过程中每隔n3分钟进行一次核磁共振T2谱的记录，可以得到一系列逐渐变小的水的T2谱图；获取各个时刻T2谱振幅的变化后，根据公式可以得到任一时刻的产水量，其中：3≤n3≤30；
Vw(t)＝AI(T0-Tt)
式中AI为振幅指数，即通过标定得到的单位振幅的核磁信号对应的水的质量；T0为岩心饱和水状态下的T2谱振幅；Tt为驱替过程中岩心的T2谱振幅；
②气水相对渗透率曲线测定
随着气体以恒定压差注入，饱和岩心中的水会被逐渐驱替出来，得到逐渐增大的产气量与逐渐减小的产水量，利用JBN公式计算出口端的气相相对渗透率与水相相对渗透率，和出口端的含气饱和度；当实验进行到n4小时，或两次T2谱图之间不再变化时停止测试，其中：1≤n4≤6；
③实验所得与计算所得的两种气体渗透率的获取
本方法的关键步骤就是两种气体渗透率的获取，根据第②步操作，已经得到驱替过程的气相相对渗透率，再乘以岩心绝对渗透率即为实验所得的气体渗透率，即为有效渗透率；根据达西定理可以计算出不含水锁启动压力梯度的气体渗透率；
④动态水锁启动压力梯度的计算
在得到实验气体渗透率与计算气体渗透率后，根据建立的动态水锁效应评价模型，计算出水锁启动压力，再以水锁启动压力除以岩心长度即可得到水锁启动压力梯度；
对于同一次驱替实验，利用实验测得的气体渗透率kg(Sw)和计算得到的气体渗透率kg *(Sw)这二者，表示出水锁启动压力梯度，即
Figure FDA0002483548170000031
2.根据权利要求1所述的一种采用低场核磁共振评价煤的动态水锁效应的方法，其特征在于：步骤一中所述煤岩岩心直径应不小于25mm，长度不小于50mm，可以避免由于岩心过小造成的非均质性，从而降低测试误差。
3.根据权利要求2所述的一种采用低场核磁共振评价煤的动态水锁效应的方法，其特征在于：步骤二中所述注入气体为氦气或氮气。
4.根据权利要求3所述的一种采用低场核磁共振评价煤的动态水锁效应的方法，其特征在于：步骤三中低场核磁共振仪采用CPMG序列，测量具体参数如下：回波时间TE＝0.3毫秒，等待时间TW＝3秒，叠加次数SCANS＝64次，回波数NECH＝18000；环境温度为28℃。
5.根据权利要求4所述的一种采用低场核磁共振评价煤的动态水锁效应的方法，其特征在于：所述加压p1为10MPa，施加围压p2为3MPa，选取驱替压差时每级升高压力0.02MPa；抽真空时间n1为6小时，加压饱和时间n2为48小时，相邻核磁信号记录时间n3为10分钟，驱替实验总时间n4为3小时。
6.一种采用低场核磁共振评价煤的动态水锁效应的装置，是针对权利要求1所述的一种采用低场核磁共振评价煤的动态水锁效应的方法的装置，包括气体供应系统、气水驱替系统、核磁测量系统(10)和数据采集系统；其特征在于：核磁测量系统(10)两端均通过高精度流量计(4)和压力传感器(5)连接低场核磁共振仪器两端；气水驱替系统由放置样品(7)的岩心夹持器(6)和用于调节压力的调压阀组成；所述气水驱替系统通过阀门A1与气源(1)连接，通过阀门A2与空气压缩机(2)连接，通过阀门A3与大气环境连接；气体通过调压阀、压力传感器(5)、高精度流量计(4)和阀门A4与岩心夹持器(6)连接，加围压装置(9)给岩心夹持器(6)施加围压。
7.根据权利要求6所述的一种采用低场核磁共振评价煤的动态水锁效应的装置，其特征在于：加围压装置(9)通过压缩氟油对岩心夹持器施加围压，实验结束后气体可通过阀门A3排放出去。
8.根据权利要求7所述的一种采用低场核磁共振评价煤的动态水锁效应的装置，其特征在于：所述数据采集系统记录入口流量、入口压力、出口压力、围压和温度参数。
9.根据权利要求8所述的一种采用低场核磁共振评价煤的动态水锁效应的装置，其特征在于：岩心夹持器(6)是外径为60mm，内径为25mm的无核磁岩心夹持器(6)，其最高可承压30MPa。
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