CN112881472B - 流体驱替过程中岩样电阻率和核磁共振联测的方法与装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种流体驱替过程中岩样电阻率和核磁共振联测的方法与装置，包括岩心夹持器，该岩心夹持器内部结构中设有岩心堵头和无磁电极，通过在岩心堵头上设置流道，无磁电极上设置与流道连通的导液结构，利用具有导电性的无磁电极，实现在核磁检测过程中驱替介质流通同时进行电阻检测，解决现有技术无法准确实时的监测岩心驱替过程中岩石饱和度、电阻率变化的问题，能够准确地、实时地测定驱替过程中岩石饱和度、孔隙结构、流体分布及电性参数特征。
Description
技术领域
本发明属于石油与天然工程领域，涉及一种流体驱替过程中岩样电阻率和核磁共振联测的方法与装置。
背景技术
饱和度评价是油气储集层定量评价的核心任务，对于油藏评价、地质储量计算具有重要的意义。Archie根据岩电实验研究，最早把电阻率引入储层含水饱和度的计算中，提出了油气层电阻率和含水饱和度的关系式。该实验需要在驱替过程中实时监测岩石电阻率随流体饱和度的变化。测量一般采用二极法、四极法等进行电阻率的测量，需要在岩样两端加设导电电极，通常是金属导电电极，主要有银、不锈钢等。同时，也需要岩样内部含水饱和度的测量。由于岩石性质的多样化，不同岩石在驱替过程中的电阻率和饱和度的变化规律极为复杂，目前，有更多的机理研究认为驱替过程中岩石电阻率的变化与流体的微观分布有关。因此，有必要同时监测驱替过程中油和水在孔隙中的微观分布特征，以解释电阻率随含水饱和度的变化机理。
核磁共振是研究油藏相关特性最重要的实验方法之一，它通过对地层流体中氢核核磁共振信号的观测获得横向弛豫时间T2分布,进而可以得到与孔隙结构、饱和度等有关的信息。利用驱替过程中岩样核磁共振实验技术可以监测驱替过程中孔隙内部流体分布状态，反映饱和度、可动流体饱和度、束缚流体饱和度、孔径结构、以及流体-孔径配置关系。同时，核磁共振技术受岩样黏土和矿物的影响基本可以忽略。
因此，若能够建立一种驱替过程中岩样电阻率和核磁共振联测的方法与装置，就可以开展同时测量得到电阻率和核磁共振T2谱，通过驱替过程中含水饱和度、油和水在孔隙中的微观分布特征来解释电阻率随含水饱和度的变化机理。目前，二者联测的技术难点：驱替过程中核磁共振测量需要使用无磁夹持器，而电阻率的测量需要使用导电的金属电极，二者难以兼容。因此，客观上需要开发一种新方法和装置来实现一种流体驱替过程中岩样电阻率和核磁共振的联测，以能够准确地、实时地测定驱替过程中岩石饱和度、孔隙结构、流体分布及电性参数特征。
中国专利申请CN105277582A公开了一种核磁共振专用岩心夹持器8，其装置包括筒体、样品管、左堵头、右堵头和围压机构，筒体两端开口，筒体中部设置围压腔，样品管设置在围压腔中，左堵头上设置左帽，左帽将左堵头固定在筒体左端，右堵头上设置右帽，右帽将右堵头固定在筒体右端，左堵头和右堵头抵住样品管左右两端，左堵头和右堵头的中部均设置驱替流体通道，围压机构包括围压进出口和围压通道，围压通道连通围压进出口和围压腔。本发明提供的岩心夹持器8将围压进出口设置在核磁共振专用岩心夹持器8两端，这样设置后，围压流体在进入围压腔的过程中，流体的压力稳定，对实验过程的影响小，保证实验结果的准确性，同时增强了整个岩心夹持器8的美观性；然而，此发明装置仅能用于核磁共振分析，无法采集岩石电性参数，且没有考虑到夹持器出口端管线内水分对核磁共振测量岩心饱和度的影响。
中国专利申请CN108827853A公开了一种基于核磁共振的致密储层岩电测量装置及测量方法。其中测量装置其包括的毛管压力电性联测仪包括高压氮气储罐、围压泵和用于装夹岩样的岩心夹持器8，高压氮气储罐和围压泵均通过管道与岩心夹持器8一端连接，岩心夹持器8的另一端上连接的管道延伸至测量瓶内；岩心夹持器8放置于核磁共振仪的测量腔内，高压氮气储罐与岩心夹持器8之间的管道上设置有第一阀门和第一压力控制器，围压泵与岩心夹持器8之间的管道上设置有第二阀门和第二压力控制器；岩心夹持器8与测量瓶之间的管道上设置有第三阀门；岩心夹持器8的两端分别通过一个电极与LCR数字电桥9连接，第一压力控制器、第二压力控制器、LCR数字电桥9和核磁共振仪均与数据采集控制台连接。然而，此发明装置没有考虑到磁性材料对核磁共振测量的影响，也没有考虑到夹持器出口端管线内水分对核磁共振测量岩心饱和度的影响，难以获取准确的核磁共振特性和岩石的电阻率参数。
可见，现有的核磁-驱替-电性联测实验方法及装置，均无法准确的实时的监测岩心驱替过程中岩石饱和度、电阻率的变化。因此，需要开发一种流体驱替过程中核磁共振和电阻率联测的方法与装置，能够准确地、实时地测定驱替过程中岩石饱和度、孔隙结构、流体分布及电性参数特征。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明公布了一种流体驱替过程中岩样电阻率和核磁共振联测的方法与装置，解决现有技术无法准确实时的监测岩心驱替过程中岩石饱和度、电阻率变化的问题，能够准确地、实时地测定驱替过程中岩石饱和度、孔隙结构、流体分布及电性参数特征。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：提供一种流体驱替过程中岩样电阻率和核磁共振联测的装置，包括核磁共振装置、岩心夹持器、高精度计量泵、围压阀、驱替阀、LCR数字电桥和空气压缩机，所述岩心夹持器用于夹持待检测的岩心柱塞样；所述核磁共振装置用于检测并记录岩心夹持器中岩心柱塞样的横向驰豫时间T2谱；所述LCR数字电桥用于检测岩心夹持器中岩心柱塞样的电阻值；所述高精度计量泵和空气压缩机用于向岩心夹持器内部通入驱替介质或围压介质时提供驱动力；所述围压阀用于向岩心夹持器内通入围压介质时控制管线通断；所述驱替阀用于向岩心夹持器内通入驱替介质时控制管线通断。
所述岩心夹持器包括岩心堵头、玻璃纤维顶杆、夹持器端盖、围压无磁腔体和胶套组件，所述围压无磁腔体采用玻璃纤维制成，所述围压无磁腔体侧面设有一个围压入口，所述围压入口连通有围压无磁管线的一端，且所述围压无磁管线的另一端连通所述围压阀，所述围压无磁腔体的内部用于放置待检测的岩心柱塞样，所述岩心柱塞样的外表面设有所述胶套组件，所述胶套组件的外表面与围压无磁腔体内壁之间形成围压空间，所述夹持器端盖位于围压无磁腔体的两端，所述岩心堵头与夹持器端盖同轴设置，且所述岩心堵头一端设有无磁电极，且所述无磁电极伸入胶套组件内部，所述岩心堵头的另一端延伸出围压无磁腔体的端部，所述无磁电极与LCR数字电桥电连接。
进一步的，所述胶套组件包括绝缘橡胶套管、固定环、O型密封圈以及套管端塞，所述套管端塞上设有第一连接部、第二连接部和第一限位部，所述第一连接部与第二连接部同轴固定连接，且所述第一限位部位于所述第一连接部和第二连接部的结合位置，所述第一连接部表面呈锥形，且所述第一连接部的直径向远离第一限位部的方向逐渐减小；所述绝缘橡胶套管的两端分别设有一个套管端塞；所述套管端塞的第一连接部位于绝缘橡胶套管内部，所述第二连接部上同轴套设所述O型密封圈和固定环，所述O型密封圈位于所述固定环与第一限位部之间，且所述固定环与第一限位部将O型密封圈压紧固定。
进一步的，所述围压无磁腔体上设有进口端和出口端，所述进口端和出口端分别位于围压无磁腔体的两端位置；所述夹持器端盖包括有进口夹持器端盖和出口夹持器端盖，所述进口夹持器端盖螺纹连接于围压无磁腔体的进口端，所述出口夹持器端盖螺纹连接于围压无磁腔体的出口端，所述进口夹持器端盖中部设有第一安装孔，所述出口夹持器端盖中部设有第二安装孔。
进一步的，所述岩心堵头包括进口岩心堵头和出口岩心堵头，所述进口岩心堵头同轴设置于进口夹持器端盖的第一安装孔内，且进口岩心堵头的一端伸入胶套组件内部，所述出口岩心堵头同轴设置于出口夹持器端盖的第二安装孔内，且所述出口岩心堵头的一端伸入胶套组件内部，所述岩心柱塞样位于进口岩心堵头和出口岩心堵头之间；所述进口岩心堵头中部设有第一流道，所述第一流道连通有驱替介质注入管线的一端，且所述驱替介质注入管线的另一端连通驱替阀，所述出口岩心堵头中部设有第二流道和第三流道，所述第二流道连通有驱替介质流出管线的一端，且所述驱替介质流出管线的另一端延伸至外界大气，端部下方放置量筒，以收集驱替介质，所述第三流道用于排空岩心夹持器出口端位置的水分。
进一步的，所述出口岩心堵头上设有对称的凸起部，所述出口夹持器端盖上开设有凹槽部，当出口岩心堵头同轴套设至出口夹持器端盖的第二安装孔内时，所述凸起部可嵌合至凹槽部内，以实现出口岩心堵头周向固定。
进一步的，所述无磁电极包括第一电极和第二电极，所述第一电极固定连接进口岩心堵头伸入胶套组件内部的一端，且所述第一电极内部空心，所述第一流道与第一电极内部连通；所述第二电极固定连接出口岩心堵头伸入胶套组件内部的一端，且所述第二电极内部空心，所述第二流道、第三流道均与第二电极的内部连通；所述第一电极和第二电极上靠近岩心柱塞样的端面上设有导流槽和导流孔，且每个无磁电极上的导流孔均连通相应无磁电极的内部。
进一步的，所述LCR数字电桥上设有第一连接导线和第二连接导线，所述第一连接导线的一端连接LCR数字电桥，另一端连接至驱替介质注入管线的管壁，且所述第一连接导线与第一电极保持导通；所述第二连接导线的一端连接LCR数字电桥，另一端连接至驱替介质流出管线的管壁，且所述第二连接导线与第二电极保持导通。
进一步的，所述无磁电极端面上的导流槽可采用多个同心圆导流槽，且所述同心圆导流槽之间设有多个连通导流槽，所述导流孔均匀分布于连通导流槽的底面。
进一步的，本装置还包括有第一管线和第二管线，所述第一管线一端连通高精度计量泵，另一端连通围压阀或驱替阀，所述第一管线用于向岩心夹持器内注入围压介质或驱替介质；所述第二管线一端连通出口岩心堵头的第三流道，所述第二管线另一端连通空气压缩机，所述第二管线用于排空岩心夹持器出口端的液体，以防止出口端残余水分对核磁采集的数据产生影响。
此外本发明还公开了一种流体驱替过程中核磁共振和电阻率联测方法，包括如下步骤：
S100.对待测样品进行预处理操作：
S101.选取待测样品，将待测样品制备成岩心柱塞样；
S102.对S101步骤中制得的岩心柱塞样进行洗油、烘干常规操作后，进行氦气法孔隙度和渗透率测试，获得该岩心柱塞样的岩心基本物性参数；使用天平称量岩心柱塞样的干重，利用真空加压饱和装置对岩心柱塞样饱和地层水或地层水矿化度的NaCl溶液，等待一段时间后获得饱和岩心柱塞样，取出饱和岩心柱塞样利用天平称量饱和岩心柱塞样的湿重和浮重，并计算饱和岩心柱塞样的饱和孔隙度、饱水体积、岩心体积参数；
S200.进行核磁共振标定：
S201.将非金属无磁标准样推入夹持器中部，并旋动岩心夹持器8的出口端堵头使凸起与堵塞凹槽结合固定，放入进口端堵头，转动顶杆直至非金属无磁标准样达到固定状态；
S202.采用第一管线将高精度计量泵与围压阀连通，高精度计量泵吸入围压介质，优选采用氟油，所述高精度计量泵将围压介质泵入胶套组件外表面与围压无磁腔体内壁之间的围压空间内，直至围压压力达到设定数值时，首先关闭围压阀，再关闭高精度计量泵，并断开围压阀与高精度计量泵之间的第一管线；
S203.将已加好围压的岩心夹持器置入核磁共振装置的磁体箱内，利用第一管线连接驱替阀和高精度计量泵，所述高精度计量泵将驱替介质泵入驱替介质至设定的驱替压力，将驱替介质流出管线一端与岩心夹持器连接，另一端向外延伸出磁体箱连通大气，且驱替介质流出管线上靠近大气环境的末端放置量筒，以收集驱替介质；
S204.根据待测岩心柱塞样的性质，设定核磁共振装置测量横向驰豫时间T2的采集参数并记录；
S205.开启核磁共振装置进行测试，等待一段时间后，核磁共振装置采集岩心夹持器在匀场范围内检测到的核磁共振响应作为基底信号；信号采集完毕后，控制高精度计量泵卸载驱替压至0.1MPa，再将驱替阀与高精度计量泵之间的第一管线断开，取出磁体箱内的岩心夹持器，卸载岩心夹持器内围压空间的围压介质，通过旋动顶杆松开进口端堵头，取出非金属无磁标准样；
S300.驱替准备及核磁共振、电阻率测试；
S301.将饱和岩心柱塞样置入岩心夹持器，并依次按照步骤S201、S202、S203的操作方法，利用高精度计量泵向岩心夹持器泵入驱替介质，直至驱替压力达到0.1MPa，并使驱替介质充满驱替介质注入管线；
S302.按照步骤S204中所记录的采集参数数据，设置核磁共振装置的采集参数，设置完毕后开启核磁共振装置进行测试，采集饱和岩心柱塞样的横向驰豫时间T2谱；
S303.将LCR数字电桥通过第二连接导线分别连接驱替介质注入管线和驱替介质流出管线，并测定饱和岩心柱塞样的电阻率参数；
S400.驱替过程核磁-电阻率联测：
S401.根据岩心柱塞样的岩心基础物性参数调整驱替压力至初始压力点，开始驱替，并观察岩心夹持器的出口端的出液量情况，等待一段时间后关闭驱替阀，并打开空气压缩机，利用第二管线清理岩心夹持器出口端的液体，清理完毕后开启核磁共振装置测试采集横向驰豫时间T2谱，并记录LCR数字电桥的电阻值；
S402.随着驱替过程持续进行，逐步增加岩心夹持器内的驱替压力，在不同的驱替压力条件下，重复进行步骤S401的操作方法，采集不同驱替压力下岩心柱塞样的横向驰豫时间T2谱以及相应电阻率；
S500.实验结束：
S501.当驱出液体的总体积达到30倍孔隙体积或不再出水时，认定岩心柱塞样已达到束缚水状态，重复步骤S401的操作方法，采集束缚水状态下岩心柱塞样的横向驰豫时间T2谱以及相应电阻率；
S502.控制高精度计量泵卸载驱替压力后，断开驱替阀与高精度计量泵之间的第一管线，取出磁体箱内的岩心夹持器，卸载岩心夹持器内的围压压力，旋动顶杆松开岩心夹持器的进口端堵头，取出岩心柱塞样，驱替过程结束。
本发明同现有技术相比，具有如下优点：
1)本发明的流体驱替过程中岩样电阻率和核磁共振联测装置中通过设置岩心夹持器内部结构，岩心堵头上设置流道，无磁电极上设置与流道连通的导液结构，利用具有导电性的无磁电极，实现在核磁检测过程中驱替介质流通同时进行电阻检测，该岩心夹持器安装或拆卸过程均简单快捷，且检测过程中对结果影响较小，检测结果更为精确，从而能够准确地、实时地测定驱替过程中岩石饱和度、孔隙结构、流体分布及电性参数特征。
2)本发明的岩样电阻率和核磁共振联测方法通过将岩心夹持器、无磁电极与核磁共振装置、LCR数字电桥电连接，利用采用不含核磁信号的驱替介质驱替饱含地层水(含氢信号)的岩心柱塞样，随着驱替过程的不断进行，核磁共振装置测量T2谱，表征含水饱和度的变化、以及水在不同大小孔径的微观分布特征，同时利用无磁电极、LCR数字电桥实时测量岩心电阻率。该方法可同时测得岩心驱替过程中岩石饱和度、电阻率的变化，实现流体驱替过程中岩样电阻率和核磁共振的联测。
附图说明
图1是本发明实施例中一种流体驱替过程中岩样电阻率和核磁共振联测装置的结构图；
图2是本发明实施例中一种岩心夹持器的结构图；
图3是图2中A部位置的放大结构图；
图4是本发明实施例中出口夹持器端盖的结构示意图；
图5是本发明实施例中出口岩心堵头的结构示意图；
图6是本发明实施例中无磁电极端面的结构示意图；
图7是本发明实施例所测得的岩心柱塞样横向驰豫时间T2谱；
图8是本发明实施例所测得的岩心柱塞样电阻增大率-含水饱和度关系；
图9是本发明实施例岩心柱塞样的核磁共振饱和度与电性联测成果图。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例：
结合图1-2所示，本实施例中公开了一种流体驱替过程中岩样电阻率和核磁共振联测的装置，包括核磁共振装置、岩心夹持器8、高精度计量泵2、围压阀5、驱替阀4、LCR数字电桥9和空气压缩机1，所述岩心夹持器8用于夹持待检测的岩心柱塞样810；所述核磁共振装置用于检测并记录岩心夹持器8中岩心柱塞样810的横向驰豫时间T2谱；所述LCR数字电桥9用于检测岩心夹持器8中岩心柱塞样810的电阻值；所述高精度计量泵2和空气压缩机1用于向岩心夹持器8内部通入驱替介质812或围压介质时提供驱动力；所述围压阀5用于向岩心夹持器8内通入围压介质时控制管线通断；所述驱替阀4用于向岩心夹持器8内通入驱替介质812时控制管线通断。
所述核磁共振装置包括磁体箱10、射频装置15和数据采集分析装置16，所述磁体箱10内部放置所述岩心夹持器8，所述射频装置15用于产生核磁信号，所述数据采集分析装置16用于采集并存储待测岩心柱塞样810的核磁探测数据，具体的，所述磁体箱10内部设有核磁探头，所述核磁探头通过第三连接导线14连接至数据采集分析装置16。
其中，参见图2所示，所述岩心夹持器8包括岩心堵头、玻璃纤维顶杆811、夹持器端盖、围压无磁腔体801和胶套组件，所述围压无磁腔体801采用玻璃纤维制成，所述围压无磁腔体801侧面设有一个围压入口8011，所述围压入口8011连通有围压无磁管线7的一端，且所述围压无磁管线7的另一端连通所述围压阀5，所述围压无磁腔体801的内部用于放置待检测的岩心柱塞样810，所述岩心柱塞样810的外表面设有所述胶套组件，所述胶套组件的外表面与围压无磁腔体801内壁之间形成围压空间813，所述围压空间813用于容纳围压介质，本实施例中围压介质优选采用氟油，以保证核磁共振检测所需的磁场环境不被破坏，所述夹持器端盖位于围压无磁腔体801的两端，所述岩心堵头与夹持器端盖同轴设置，且所述岩心堵头一端设有无磁电极，所述无磁电极伸入胶套组件内部，所述岩心堵头的另一端延伸出围压无磁腔体801的端部，所述无磁电极与LCR数字电桥9电连接，优选的，所述无磁电极采用无磁高导电性材质制成，例如铝。
参见图2-3所示，所述胶套组件包括绝缘橡胶套管802、固定环815、O型密封圈814以及套管端塞809，所述套管端塞809上设有第一连接部8091、第二连接部8092和第一限位部8093，所述第一连接部8091与第二连接部8092同轴固定连接，且所述第一限位部8093位于所述第一连接部8091和第二连接部8092的结合位置，所述第一连接部8091表面呈锥形，且所述第一连接部8091的直径向远离第一限位部8093的方向逐渐减小；所述绝缘橡胶套管802的两端分别设有一个套管端塞809；所述套管端塞809的第一连接部8091位于绝缘橡胶套管内部，所述第二连接部8092上同轴套设所述O型密封圈814和固定环815，所述O型密封圈814位于所述固定环815与第一限位部8093之间，且所述固定环815与第一限位部8093将O型密封圈814压紧固定，当所述胶套组件同轴固定于围压无磁腔体801内时，所述固定环815外表面与围压无磁腔体801的内壁接触，所述O型密封圈814在套管端塞809与围压无磁腔体801内壁挤压作用下发生形变，从而填充套管端塞809与围压无磁腔体801内壁之间的空隙，进而达到围压空间813的密封效果。
所述围压无磁腔体801上设有进口端和出口端，所述进口端和出口端分别位于围压无磁腔体801的两端位置；所述夹持器端盖包括有进口夹持器端盖805和出口夹持器端盖806，所述进口夹持器端盖805螺纹连接于围压无磁腔体801的进口端，所述出口夹持器端盖806螺纹连接于围压无磁腔体801的出口端，所述进口夹持器端盖805中部设有第一安装孔8051，所述出口夹持器端盖806中部设有第二安装孔8061。
所述岩心堵头包括进口岩心堵头807和出口岩心堵头808，所述进口岩心堵头807同轴设置于进口夹持器端盖805的第一安装孔8051内，且进口岩心堵头807的一端伸入胶套组件内部，所述出口岩心堵头808同轴设置于出口夹持器端盖806的第二安装孔8061内，且所述出口岩心堵头808的一端伸入胶套组件内部，所述岩心柱塞样810位于进口岩心堵头807和出口岩心堵头808之间；所述进口岩心堵头807中部设有第一流道8071，所述第一流道8071连通有驱替介质注入管线6的一端，且所述驱替介质注入管线6的另一端连通驱替阀4，所述出口岩心堵头808中部设有第二流道8082和第三流道8081，所述第二流道8082连通有驱替介质流出管线11的一端，且所述驱替介质流出管线11的另一端延伸至外界大气，端部下方放置量筒12，以收集驱替介质812，所述第三流道8081用于排空岩心夹持器出口端位置的水分，以免影响核磁检测结果。优选的，所述第一流道8071、第二流道8082和第三流道8081直径为3mm。
参见图4-5所示，所述出口岩心堵头808上设有对称的凸起部8083，所述出口夹持器端盖806上开设有凹槽部8062，当出口岩心堵头808同轴套设至出口夹持器端盖806的第二安装孔8061内时，所述凸起部8083可嵌合至凹槽部8062内，以实现出口岩心堵头808周向固定。具体的，当岩心柱塞样810推入岩心夹持器8时，可旋动出口岩心堵头808直至凸起部8083和凹槽部8062嵌合固定，在将进口岩心堵头807放入，并旋拧顶杆811夹紧。
所述无磁电极包括第一电极803和第二电极804，所述第一电极803固定连接进口岩心堵头807伸入胶套组件内部的一端，且所述第一电极803内部空心，所述第一流道8071与第一电极803内部连通，所述第二电极804固定连接出口岩心堵头808伸入胶套组件内部的一端，且所述第二电极804内部空心，所述第二流道8082、第三流道8081均与第二电极804的内部连通；所述第一电极803和第二电极804上靠近岩心柱塞样810的端面上设有导流槽和导流孔，每个无磁电极上的导流孔均连通相应无磁电极的内部，上述结构目的在于，方便无磁电极与驱替介质812充分接触，使无磁电极即保持电路导通。
所述LCR数字电桥9上设有第一连接导线901和第二连接导线902，所述第一连接导线901的一端连接LCR数字电桥9，另一端连接至驱替介质注入管线6的管壁，且所述第一连接导线901与第一电极803保持导通；所述第二连接导线902的一端连接LCR数字电桥，另一端连接至驱替介质流出管线11的管壁，且所述第二连接导线902与第二电极804保持导通。测量过程中第一电极803和第二电极804紧贴岩心柱塞样810端部，通过第一连接导线901和第二连接导线902保持无磁电极与LCR数字电桥9导通，从而实现岩心柱塞样810电阻测量。
此外，须注意的是，本实施例中所述驱替介质注入管线和驱替介质流出管线采用具有导电性或内部埋设有导线的管道结构，LCR数字电桥上的连接导线可通过驱替介质注入管线和驱替介质流出管线与岩心堵头端部的无磁电极保持电性导通。
进一步的，参见图6所示，所述无磁电极端面上的导流槽可采用多个同心圆导流槽8032，且所述同心圆导流槽8032之间设有多个连通导流槽8033，所述导流孔8031均匀分布于连通导流槽8033的底面。可替代的，也可将所述导流孔8031均匀设置于同心圆导流槽8032的底面上。通过导流槽以及导流孔结构设置，使驱替介质812可与岩心柱塞样810端面充分接触，增大驱替介质812在岩心柱塞样810的流通面积。
此外本装置中还包括有第一管线3和第二管线13，所述第一管线3一端连通高精度计量泵2，另一端连通围压阀5或驱替阀4；所述第二管线13一端连通出口岩心堵头808的第三流道8081，另一端连通空气压缩机1，所述第一管线3用于向岩心夹持器8内注入围压介质或驱替介质，所述第二管线13用于排空岩心夹持器8出口端的液体，避免影响核磁检测结果。
此外本实施例中提出了一种流体驱替过程中核磁共振和电阻率联测方法，该方法中包括如下步骤：
S100.对待测样品进行预处理操作：
S101.选取待测样品，将待测样品制备成优选直径为25.4mm，优选长度为30-50mm的岩心柱塞样810；为防止对岩心柱塞样810施加围压时，岩心柱塞样810割破胶套组件，岩心柱塞样810制备时使用金刚石线切割制样，保证岩心柱塞样810表面光滑且端面平整；
S102.对S101步骤中制得的岩心柱塞样810进行洗油、烘干常规操作后，进行氦气法孔隙度和渗透率测试，获得该岩心柱塞样810的岩心基本物性参数；使用天平称量岩心柱塞样810的干重，利用真空加压饱和装置对岩心柱塞样810饱和地层水或地层水矿化度的NaCl溶液，等待一段时间后获得饱和岩心柱塞样810，取出饱和岩心柱塞样810利用天平称量饱和岩心柱塞样810的湿重和浮重，并计算饱和岩心柱塞样810的饱和孔隙度、饱水体积、岩心体积等参数，由于上述饱和孔隙度、饱水体积、岩心体积的计算方法为行业标准《SYT5385-2007电阻率参数实验室测量及计算方法》中所记载方法，在此不作详细描述。
S200.进行核磁共振标定：
S201.将非金属无磁标准样(PEI材料)推入夹持器中部，并旋动岩心夹持器8的出口端堵头使凸起与堵塞凹槽结合固定，放入进口端堵头，转动顶杆811直至非金属无磁标准样达到固定状态；
S202.采用第一管线3将高精度计量泵2与围压阀5连通，高精度计量泵2吸入围压介质，优选采用氟油，所述高精度计量泵2将围压介质泵入胶套组件外表面与围压无磁腔体801内壁之间的围压空间813内，直至围压压力达到设定数值时，首先关闭围压阀5，再关闭高精度计量泵2，并断开围压阀5与高精度计量泵2之间的第一管线3；
S203.将已加好围压的岩心夹持器8置入核磁共振装置的磁体箱10内，利用第一管线3连接驱替阀4和高精度计量泵2，所述高精度计量泵2将驱替介质812泵入驱替介质812至设定的驱替压力。将驱替介质流出管线11一端与岩心夹持器8连接，另一端向外延伸出磁体箱10连通大气，且驱替介质流出管线11上靠近大气环境的末端放置量筒12，以收集驱替介质812；
S204.根据待测岩心柱塞样810自身的性质，设定核磁共振装置测量横向驰豫时间T2的采集参数并记录；
S205.开启核磁共振装置进行测试，等待一段时间后，核磁共振装置采集岩心夹持器8在匀场范围内检测到的核磁共振响应作为基底信号；信号采集完毕后，控制高精度计量泵2卸载驱替压至0.1MPa，再将驱替阀4与高精度计量泵2之间的第一管线3断开，取出磁体箱10内的岩心夹持器8，卸载岩心夹持器8内围压空间813的围压介质，通过旋动顶杆811松开进口端堵头，取出非金属无磁标准样。
S300.驱替准备及核磁共振、电阻率测试：
S301.将饱和岩心柱塞样810置入岩心夹持器8，并依次按照步骤S201、S202、S203的操作方法，利用高精度计量泵2向岩心夹持器8泵入驱替介质812，直至驱替压力达到0.1MPa，并使驱替介质812充满驱替介质注入管线6；
S302.按照步骤S204中所记录的采集参数数据，设置核磁共振装置的采集参数，设置完毕后开启核磁共振装置进行测试，采集饱和岩心柱塞样810的横向驰豫时间T2谱；
S303.将LCR数字电桥9通过连接导线分别连接至驱替介质注入管线6和驱替介质流出管线11内部，使LCR数字电桥9与无磁电极保持导通，并测定饱和岩心柱塞样810的电阻率参数；
S400.驱替过程核磁-电阻率联测：
S401.根据岩心柱塞样810的岩心基础物性参数调整驱替压力至初始压力点，开始驱替，并观察岩心夹持器8的出口端的出液量情况，等待一段时间后关闭驱替阀4，并打开空气压缩机1，清理岩心夹持器出口端位置的液体，清理完毕后开启核磁共振装置测试采集横向驰豫时间T2谱，并利用LCR数字电桥9的记录电阻值；
S402.随着驱替过程持续进行，可逐步增加岩心夹持器8内的驱替压力，再不同的驱替压力条件下，重复进行步骤S401的操作方法，采集再不同驱替压力下岩心柱塞样810的横向驰豫时间T2谱以及相应电阻率；
S500.实验结束：
S501.当驱出液体的总体积达到30倍孔隙体积或不再出水时，认定岩心柱塞样810已达到束缚水状态，重复步骤S401的操作方法，采集束缚水状态下岩心柱塞样810的横向驰豫时间T2谱以及相应电阻率；
S502.控制高精度计量泵2卸载驱替压力后，断开驱替阀4与高精度计量泵2之间的第一管线3，取出磁体箱10内的岩心夹持器8，卸载岩心夹持器8内的围压压力，旋动顶杆811松开岩心夹持器8的进口端堵头，取出岩心柱塞样810，驱替过程结束。
根据上述装置及方法，本实施例中所测得数据数据如下：
表一驱替过程的核磁共振T2谱数据表
表二驱替过程的电阻增大率-含水饱和度数据表
| 电阻(Ω) | 饱和度(小数) | 电阻增大率 | |
| 驱替点A | 331 | 1.000 | 1 |
| 驱替点B | 445 | 0.894 | 1.344 |
| 驱替点C | 506 | 0.846 | 1.529 |
| 驱替点D | 620 | 0.789 | 1.873 |
| 驱替点E | 681 | 0.749 | 2.057 |
| 驱替点F | 860 | 0.677 | 2.598 |
| 驱替点G | 965 | 0.654 | 2.915 |
| 驱替点H | 1120 | 0.613 | 3.384 |
根据上述数据以及附图7-9所示，核磁装置所测得岩心样品的含水饱和度与电阻增大率呈负相关幂函数对应关系。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种流体驱替过程中岩样电阻率和核磁共振联测的装置，包括核磁共振装置、岩心夹持器、高精度计量泵、围压阀、驱替阀、LCR数字电桥和空气压缩机，所述岩心夹持器用于夹持待检测的岩心柱塞样；所述核磁共振装置用于检测并记录岩心夹持器中岩心柱塞样的横向弛豫时间T2谱；所述LCR数字电桥用于检测岩心夹持器中岩心柱塞样的电阻值；所述高精度计量泵和空气压缩机用于向岩心夹持器内部通入驱替介质或围压介质时提供驱动力；所述围压阀用于向岩心夹持器内通入围压介质时控制管线通断；所述驱替阀用于向岩心夹持器内通入驱替介质时控制管线通断，其特征为：
所述岩心夹持器包括岩心堵头、玻璃纤维顶杆、夹持器端盖、围压无磁腔体、胶套组件和无磁电极，所述围压无磁腔体采用玻璃纤维制成，所述围压无磁腔体侧面设有一个围压入口，所述围压入口连通有围压无磁管线的一端，且所述围压无磁管线的另一端连通所述围压阀，所述围压无磁腔体的内部用于放置待检测的岩心柱塞样，所述岩心柱塞样的外表面设有所述胶套组件，所述胶套组件的外表面与围压无磁腔体内壁之间形成围压空间，所述夹持器端盖位于围压无磁腔体的两端，所述岩心堵头与夹持器端盖同轴设置，且所述岩心堵头一端设有无磁电极，且所述无磁电极伸入胶套组件内部，所述岩心堵头的另一端延伸出围压无磁腔体的端部，所述无磁电极与LCR数字电桥电连接，
所述胶套组件包括绝缘橡胶套管、固定环、O型密封圈以及套管端塞，所述套管端塞上设有第一连接部、第二连接部和第一限位部，所述第一连接部与第二连接部同轴固定连接，且所述第一限位部位于所述第一连接部和第二连接部的结合位置，所述第一连接部表面呈锥形，且所述第一连接部的直径向远离第一限位部的方向逐渐减小；所述绝缘橡胶套管的两端分别设有一个套管端塞；所述套管端塞的第一连接部位于绝缘橡胶套管内部，所述第二连接部上同轴套设所述O型密封圈和固定环，所述O型密封圈位于所述固定环与第一限位部之间，且所述固定环与第一限位部将O型密封圈压紧固定。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征为：所述围压无磁腔体上设有进口端和出口端，所述进口端和出口端分别位于围压无磁腔体的两端位置；所述夹持器端盖包括有进口夹持器端盖和出口夹持器端盖，所述进口夹持器端盖螺纹连接于围压无磁腔体的进口端，所述出口夹持器端盖螺纹连接于围压无磁腔体的出口端，所述进口夹持器端盖中部设有第一安装孔，所述出口夹持器端盖中部设有第二安装孔。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征为：所述岩心堵头包括进口岩心堵头和出口岩心堵头，所述进口岩心堵头同轴设置于进口夹持器端盖的第一安装孔内，且进口岩心堵头的一端伸入胶套组件内部，所述出口岩心堵头同轴设置于出口夹持器端盖的第二安装孔内，且所述出口岩心堵头的一端伸入胶套组件内部，所述岩心柱塞样位于进口岩心堵头和出口岩心堵头之间；所述进口岩心堵头中部设有第一流道，所述第一流道连通有驱替介质注入管线的一端，且所述驱替介质注入管线的另一端连通驱替阀，所述出口岩心堵头中部设有第二流道和第三流道，所述第二流道连通有驱替介质流出管线的一端，且所述驱替介质流出管线的另一端延伸至外界大气，端部下方放置量筒，以收集驱替介质，所述第三流道用于排空岩心夹持器出口端位置的水分。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征为：所述出口岩心堵头上设有对称的凸起部，所述出口夹持器端盖上开设有凹槽部，当出口岩心堵头同轴套设至出口夹持器端盖的第二安装孔内时，所述凸起部可嵌合至凹槽部内，以实现出口岩心堵头周向固定。
5.根据权利要求3所述的装置，其特征为：所述无磁电极包括第一电极和第二电极，所述第一电极固定连接所述进口岩心堵头伸入胶套组件内部的一端，且所述第一电极内部空心，所述第一流道与第一电极内部连通；所述第二电极固定连接所述出口岩心堵头伸入胶套组件内部的一端，且所述第二电极内部空心，所述第二流道、第三流道均与第二电极的内部连通；所述第一电极和第二电极上靠近岩心柱塞样的端面上设有导流槽和导流孔，且每个无磁电极上的导流孔均连通相应无磁电极的内部。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征为：所述LCR数字电桥上设有第一连接导线和第二连接导线，所述第一连接导线的一端连接LCR数字电桥，另一端连接至驱替介质注入管线的管壁，使所述第一连接导线与第一电极保持导通；所述第二连接导线的一端连接LCR数字电桥，另一端连接至驱替介质流出管线的管壁，使所述第二连接导线与第二电极保持导通。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征为：所述无磁电极端面上的导流槽采用多个同心圆导流槽，且所述同心圆导流槽之间设有多个连通导流槽，所述导流孔均匀分布于连通导流槽的底面。
8.根据权利要求3所述的装置，其特征为：还包括有第一管线和第二管线，所述第一管线一端连通高精度计量泵，另一端连通围压阀或驱替阀，所述第一管线用于向岩心夹持器内注入围压介质或驱替介质；所述第二管线一端连通出口岩心堵头的第三流道，另一端连通空气压缩机，所述第二管线用于排空岩心夹持器出口端的液体。
9.一种利用权利要求1-8任一项所述的流体驱替过程中岩样电阻率和核磁共振联测的装置进行流体驱替过程中核磁共振和电阻率联测方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
S100.对待测样品进行预处理操作：
S101.选取待测样品，将待测样品制备成岩心柱塞样；
S102.对S101步骤中制得的岩心柱塞样进行洗油、烘干常规操作后，进行氦气法孔隙度和渗透率测试，获得该岩心柱塞样的岩心基本物性参数；使用天平称量岩心柱塞样的干重，利用真空加压饱和装置对岩心柱塞样饱和地层水或地层水矿化度的NaCl溶液，等待一段时间后获得饱和岩心柱塞样，取出饱和岩心柱塞样利用天平称量饱和岩心柱塞样的湿重和浮重，并计算饱和岩心柱塞样的饱和孔隙度、饱水体积、岩心体积参数；
S200.进行核磁共振标定：
S201.所述岩心堵头包括进口岩心堵头和出口岩心堵头，所述夹持器端盖包括有进口夹持器端盖和出口夹持器端盖，将非金属无磁标准样推入夹持器中部，并旋动岩心夹持器的出口岩心堵头使出口岩心堵头上的凸起部与出口夹持器端盖上的凹槽部结合固定，放入进口岩心堵头，转动顶杆直至非金属无磁标准样达到固定状态；
S202.采用第一管线将高精度计量泵与围压阀连通，高精度计量泵吸入围压介质，围压介质采用氟油，所述高精度计量泵将围压介质泵入胶套组件外表面与围压无磁腔体内壁之间的围压空间内，直至围压压力达到设定数值时，首先关闭围压阀，再关闭高精度计量泵，并断开围压阀与高精度计量泵之间的第一管线；
S203.将已加好围压的岩心夹持器置入核磁共振装置的磁体箱内，利用第一管线连接驱替阀和高精度计量泵，所述高精度计量泵泵入驱替介质至设定的驱替压力，将驱替介质流出管线一端与岩心夹持器连接，另一端向外延伸出磁体箱连通大气，且驱替介质流出管线上靠近大气环境的末端放置量筒，以收集驱替介质；
S204.根据待测岩心柱塞样的性质，设定核磁共振装置测量横向弛豫时间T2的采集参数并记录；
S205.开启核磁共振装置进行测试，等待一段时间后，核磁共振装置采集岩心夹持器在匀场范围内检测到的核磁共振响应作为基底信号；信号采集完毕后，控制高精度计量泵卸载驱替压力至0.1MPa，再将驱替阀与高精度计量泵之间的第一管线断开，取出磁体箱内的岩心夹持器，卸载岩心夹持器内围压空间的围压介质，通过旋动顶杆松开进口岩心堵头，取出非金属无磁标准样；
S300.驱替准备及核磁共振、电阻率测试；
S301.将饱和岩心柱塞样置入岩心夹持器，并依次按照步骤S201、S202、S203的操作方法，利用高精度计量泵向岩心夹持器泵入驱替介质，直至驱替压力达到设定的驱替压力，并使驱替介质充满驱替介质注入管线；
S302.按照步骤S204中所记录的采集参数数据，设置核磁共振装置的采集参数，设置完毕后开启核磁共振装置进行测试，采集饱和岩心柱塞样的横向弛豫时间T2谱；
S303.将LCR数字电桥通过第二连接导线分别连接驱替介质注入管线和驱替介质流出管线，并测定饱和岩心柱塞样的电阻率参数；
S400.驱替过程核磁-电阻率联测：
S401.根据岩心柱塞样的岩心基础物性参数调整驱替压力至初始压力点，开始驱替，并观察岩心夹持器的出口端的出液量情况，等待一段时间后关闭驱替阀，并打开空气压缩机，利用第二管线清理岩心夹持器出口端的液体，清理完毕后开启核磁共振装置测试采集横向弛豫时间T2谱，并记录LCR数字电桥的电阻值；
S402.随着驱替过程持续进行，逐步增加岩心夹持器内的驱替压力，在不同的驱替压力条件下，重复进行步骤S401的操作方法，采集不同驱替压力下岩心柱塞样的横向弛豫时间T2谱以及相应电阻率；
S500.实验结束：
S501.当驱出液体的总体积达到30倍孔隙体积或不再出水时，认定岩心柱塞样已达到束缚水状态，重复步骤S401的操作方法，采集束缚水状态下岩心柱塞样的横向弛豫时间T2谱以及相应电阻率；
S502.卸载驱替压力，断开驱替阀与高精度计量泵之间的第一管线，取出磁体箱内的岩心夹持器，卸载岩心夹持器内的围压压力，旋动顶杆松开岩心夹持器的进口岩心堵头，取出岩心柱塞样，驱替过程结束。
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