CN112666048B

CN112666048B - 一种利用动态核极化增强测试材料润湿性及孔径大小的方法

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Publication number: CN112666048B
Application number: CN201910983179.XA
Authority: CN
Inventors: 刘朝阳; 陈俊飞; 杨春升; 冯继文; 张震; 陈黎; 张哲恺; 陈方; 刘买利
Original assignee: Wuhan Institute of Physics and Mathematics of CAS
Current assignee: Wuhan Institute of Physics and Mathematics of CAS
Priority date: 2019-10-16
Filing date: 2019-10-16
Publication date: 2022-06-07
Anticipated expiration: 2039-10-16
Also published as: CN112666048A

Abstract

本发明公开了一种利用动态核极化增强测试材料润湿性及孔径大小的方法，其步骤为：1、向浸润液中加入能DNP增强其NMR信号强度的自由基；2、取N个不同的待测多孔材料，将各待测多孔材料分别用浸润液分别浸润；3、将各各待测多孔材料进行NMR实验，计录各待测多孔材料的NMR信号强度，记为S₁、S₂……S_N；4、将各待测多孔材料进行DNP‑NMR实验，计录各待测多孔材料的DNP增强的NMR信号强度，记为Sd₁、Sd₂……Sd_N；5、计算各待测多孔材料的DNP增强倍数M₁、M₂……M_N；6、将M₁、M₂……M_N进行比较，分析M₁、M₂……M_N的变化趋势来判断浸润液对于各多孔材料是否具有润湿性以及各待测多孔材料的孔径大小。该方法简单，操作方便，测试时间短，测试效率高，且准确可靠。

Description

一种利用动态核极化增强测试材料润湿性及孔径大小的方法

技术领域

本发明属于磁共振应用技术领域，具体涉及一种利用动态核极化增强测试材料润湿性及孔径大小的方法。

背景技术

储层的润湿性是直接影响储层残余油饱和度、束缚水饱和度、油水两相相对渗透率、毛细管压力、油水分布等参数的关键因素之一。了解储层的润湿性及孔径分布有利于研究储层残余流体相的类型、评估储层含量，从而制定合理的开采方案，提高石油开采率。

NMR技术为测试、分析岩心等多孔材料提供了一种有效的研究方法，依据材料中两相流体饱和度、离心后残余流体相的含量或弛豫分布情况，研究材料的润湿性，从而为分析储层特性提供参考。上述方法主要依赖于离心处理后样品内束缚水饱和度、残余油饱和度等信息。然而，该状态下样品内的流体含量少，NMR信号弱，加之岩心样品常在低场条件下测试，NMR信号强度会进一步减小，为保证测试结果的可靠性，需要长时间的累加实验，样品测试分析周期较长。

润湿相流体与材料表面相互作用，使流体的扩散、弛豫特性不同于自由状态，将流体的弛豫-扩散特性或弛豫-弛豫特性相结合可以获取流体在材料中的润湿性。一般地2DNMR方法不需要对样品进行离心处理，因而样品内流体含量相对较大，但仍受限于低场NMR信噪比的限制，从而使测得的弛豫、扩散分布宽化，T1/T2或T2-D并不能有效地反映润湿相的改变。此外，为确保2D方法的准确性，需要远大于1DNMR方法所需的累加时间。由此，为提高低场条件下NMR方法在分析样品润湿性的可靠性与分析测试效率，需要提高NMR信噪比或者发展新的方法。

发明内容

基于上述现有技术，本发明提供了一种利用动态核极化增强测试材料润湿性及孔径大小的方法，该方法简单，操作方便，测试时间短，测试效率高，且准确可靠。

实现本发明上述目的所采用的技术方案为：

一种利用动态核极化增强测试材料润湿性及孔径大小的方法，包括如下步骤：

1、向浸润液中加入能DNP增强其NMR信号强度的自由基；

2、取N个不同的待测多孔材料，所有的多孔材料的材质均为同一类，将各待测多孔材料分别用溶解有自由基的浸润液分别浸润，浸润完成后擦除各待测多孔材料表面的残余液体；

3、将各待测多孔材料进行NMR实验，采集各待测多孔材料的NMR信号，计录各待测多孔材料的NMR信号强度，记为S₁、S₂……S_N；

4、在与步骤1.3同等的实验条件下，施加微波激励，将各待测多孔材料进行DNP-NMR实验，采集各待测多孔材料DNP增强的NMR信号，计录各待测多孔材料的DNP增强的NMR信号强度，记为Sd₁、Sd₂……Sd_N；

5、计算各待测多孔材料的DNP增强倍数M₁、M₂……M_N，M₁＝|Sd₁/S₁|、M₂＝|Sd₂/S₂|……M_N＝|Sd_N/S_N|；

6、将M₁、M₂……M_N进行比较，分析M₁、M₂……M_N的变化趋势，若无明显变化，则浸润液对于该类多孔材料具有非润湿性，若变化趋势明显，则浸润液对于该类多孔材料具有润湿性，而且待测多孔材料的增强倍数越大，则待测多孔材料的孔径越大。

进一步，所述的浸润液为水或油。

进一步，所述的NMR信号强度可用时域信号幅度、信号频域峰值或者谱峰面积进行表征。

与现有技术相比，本发明的有益效果和优点在于：

1、该方法利用润湿相流体与待测多孔材料接触时，浸润液扩散系数及弛豫时间减小，多孔材料孔径越小，两者减小幅度越大，从而使与动态核极化相关的泄露因子、耦合因子减小，相应地多孔材料内浸润液的动态核极化增强随之变小，依据多孔材料的动态核极化增强的变化趋势可直观反映多孔材料的润湿性、孔径大小。

2、该方法可以提高NMR信号灵敏度高，测试时间短，测试效率高，且准确可靠。

3、该方法采用动态核极化增强在材料中的变化趋势表征材料润湿性、孔径大小，可实现批量测试，且数据处理简单，无需对NMR数据进行反演。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。

多孔材料模拟模型的构建：

选取粒径分别为77μm、68μm、40μm、27μm、20μm、10μm的玻璃珠，将同一粒径的玻璃珠随机堆叠于10mm样品管中，构建6种多孔材料模拟模型，分别命名为模型A1、模型A2、模型A3、模型A4、模型A5、模型A6；

由式1)计算每一种多孔材料模拟模型中孔隙的平均孔径：

式1)，

为孔隙度，相同粒径构建模型的孔隙度平均值为0.45，d粒径为玻璃珠的粒径；

根据式1)进行计算，模型A1、模型A2、模型A3、模型A4、模型A5、模型A6的孔隙的平均孔径为72.4um、63.9um、37.6um、25.4um、18.8um、9.4um。

以下所有实施例的DNP-NMR实验均在0.06T DNP谱仪上进行，测试序列为单脉冲序列，测试时微波激励施加时间为1s。

实施例1

1、选取水作为浸润液，选择TEMPO(四甲基哌啶氮氧化物)作为自由基，将TEMPO溶解于水中，配制成浓度为10mM的TEMPO水溶液；

2、向模型A1、模型A2、模型A3、模型A4、模型A5、模型A6的样品管中分别注入TEMPO水溶液，对其中堆叠的玻璃珠进行浸润，浸润完成后吸除样品管内上层自由状态的水溶液；

3、将模型A1、模型A2、模型A3、模型A4、模型A5、模型A6进行NMR实验，采集模型A1、模型A2、模型A3、模型A4、模型A5、模型A6的FID信号，计算并记录模型A1、模型A2、模型A3、模型A4、模型A5、模型A6的NMR谱图的谱峰面积；

4、在与步骤3同等的实验条件下，施加微波激励，微波功率为5W，将模型A1、模型A2、模型A3、模型A4、模型A5、模型A6分别进行DNP-NMR实验，采集模型A1、模型A2、模型A3、模型A4、模型A5、模型A6的DNP增强的FID信号，计算并记录模型A1、模型A2、模型A3、模型A4、模型A5、模型A6的DNP-NMR谱图的谱峰面积；

5、计算模型A1、模型A2、模型A3、模型A4、模型A5、模型A6的DNP增强倍数；

6、重复步骤4-5两次，两次施加微波的微波功率分别为10W和20W；

7、步骤3-6测试的结果如表1所示：

由表1可知，水中¹H的DNP增强在6种模型中呈现出明显的减小趋势，表明水与多孔材料表面充分接触，随多孔材料孔径、渗透率的变化，表面弛豫在多孔材料内水相弛豫中所占比重随之而变，从而改变材料内的DNP增强，由此可知，水对于玻璃珠具有润湿性。

此外，在相同微波功率条件下6种模拟模型中¹H的DNP增强依次减小，与模型内孔隙的孔径成正相关。

实施例2

1、选取5#矿物油作为浸润液，选择TEMPO(四甲基哌啶氮氧化物)作为自由基，将TEMPO溶解于5#矿物油中，配制成浓度为10mM的TEMPO矿物油溶液；

2、向模型A1、模型A2、模型A3、模型A4、模型A5、模型A6中的样品管分别注入TEMPO矿物油溶液，对其中堆叠的玻璃珠进行浸润，浸润完成后吸除样品管内上层自由状态的矿物油溶液；

7、步骤3-6测试的结果如表2所示：

由表2可知，油中¹H的DNP增强在6种模型中无明显变化，表明随多孔材料孔径或渗透率的变化，油相与多孔材料表面相互作用对油相弛豫影响不大，由此可知，5#矿物油对于玻璃珠没有润湿性。

而且在相同微波功率条件下6种模拟模型中¹H的DNP增强无明显变化，表明对于没有润湿性的浸润液浸润的多孔材料，其DNP增强与多孔材料的孔隙的孔径、渗透率等无明显相关性。

由实施例1和实施例2的测试结果可知，玻璃珠表现为水润湿性，且增强越大的模拟模型，对应的孔径越大，与已知条件相一致。

实施例3

2、选取渗透率分别为950md、100md、50md、3md的砂岩进行测试，四种砂岩按照渗透率从大到小分别命名为砂岩B1、砂岩B2、砂岩B3和砂岩B4，压汞法测得砂岩B1、砂岩B2、砂岩B3、砂岩B的平均孔径依次为22.1um、9.7um、7.5um、0.8um，将砂岩B1、砂岩B2、砂岩B3和砂岩B4分别采用TEMPO水溶液进行浸润，浸润完成后取出各砂岩并擦除各砂岩表面残余的水分；

3、将砂岩B1、砂岩B2、砂岩B3和砂岩B4进行NMR实验，采集砂岩B1、砂岩B2、砂岩B3和砂岩B4的FID信号，计算并记录砂岩B1、砂岩B2、砂岩B3和砂岩B4的NMR谱图的谱峰面积；

4、在与步骤3同等的实验条件下，施加微波激励，微波功率为5W，将砂岩B1、砂岩B2、砂岩B3和砂岩B4分别进行DNP-NMR实验，采集砂岩B1、砂岩B2、砂岩B3和砂岩B4的DNP增强的FID信号，计算并记录砂岩B1、砂岩B2、砂岩B3和砂岩B4的DNP-NMR图谱的谱峰面积；

5、计算砂岩B1、砂岩B2、砂岩B3和砂岩B4的DNP增强倍数；

7、步骤3-6测试的结果如表3所示：

由表3可知，砂岩样品水中¹H的DNP增强随砂岩不同而明显变化，表明岩心表面与水之间存在明显的相互作用，水对于砂岩具有润湿性，相应地可以得出四组砂岩的平均孔径大小依次为B1＞B2＞B3＞B4，四种砂岩的这两种特性与已知砂岩的特性相一致，进一步表明采用DNP增强可以快速、批量测试样品的润湿性及孔径大小分布。

Claims

1.一种利用动态核极化增强测试材料润湿性及孔径大小的方法，其特征在于包括如下步骤：

1.1、向浸润液中加入能DNP增强其NMR信号强度的自由基；

1.2、取N个不同的待测多孔材料，所有的多孔材料的材质均为同一类，将各待测多孔材料分别用溶解有自由基的浸润液浸润，浸润完成后擦除各待测多孔材料表面的残余液体；

1.3、将各待测多孔材料进行NMR实验，采集各待测多孔材料的NMR信号，计录各待测多孔材料的NMR信号强度，记为S₁、S₂……S_N；

1.4、在与步骤1.3同等的实验条件下，施加微波激励，将各待测多孔材料进行DNP-NMR实验，采集各待测多孔材料DNP增强的NMR信号，计录各待测多孔材料的DNP增强的NMR信号强度，记为Sd₁、Sd₂……Sd_N；

1.5、计算各待测多孔材料的DNP增强倍数M₁、M₂……M_N，M₁＝|Sd₁/S₁|、M₂＝|Sd₂/S₂|……M_N＝|Sd_N/S_N|；

1.6、将M₁、M₂……M_N进行比较，分析M₁、M₂……M_N的变化趋势，若无明显变化，则浸润液对于该类多孔材料具有非润湿性，若变化趋势明显，则浸润液对于该类多孔材料具有润湿性，而且待测多孔材料的增强倍数越大，则待测多孔材料的孔径越大。

2.根据权利要求1所述的利用动态核极化增强测试材料润湿性及孔径大小的方法，其特征在于：所述的浸润液为水或油。

3.根据权利要求1所述的利用动态核极化增强测试材料润湿性及孔径大小的方法，其特征在于：所述的NMR信号强度可用时域信号幅度、信号频域峰值或者谱峰面积进行表征。