[發明專利]一種煤層核磁共振T2譜與孔隙分布的轉換方法

在審

• 申請號: 202110355351.4
• 申請日: 2021-04-01
• 公開（公告）號: CN113008927A
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發明（設計）人: 余杰;秦瑞寶;黃濤;張磊;魏丹;劉小梅;李雄炎;平海濤
• 申請（專利權）人: 中海石油（中國）有限公司;中海石油（中國）有限公司北京研究中心
• 主分類號: G01N24/08
• 分類號: G01N24/08;G01N1/28
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 任文娟

本發明涉及一種煤層核磁共振T2譜與孔隙分布的轉換方法，其特征在于，包括：a對飽和水煤碎樣本進行核磁共振測量，獲得核磁共振T2譜；b對飽和水煤碎樣本進行低溫氮吸附實驗測量，獲得孔隙分布曲線；c對比核磁共振T2譜與孔隙分布曲線，拾取對應極值點的橫向馳豫時間T2與孔隙直徑R值，獲得橫向馳豫時間T2與孔隙直徑R值的轉換關系式；d將核磁共振T2譜中的核磁共振孔隙度分量轉換為單位質量樣品的孔隙體積；e利用橫向馳豫時間T2與孔隙直徑R值的轉換關系式和核磁共振孔隙度分量與單位質量樣品的孔隙體積轉換關系式，將核磁共振T2譜轉換為孔隙分布曲線。本發明方法只需在常溫條件下開展，分析費用更加低廉。

技術領域

本發明涉及一種煤層核磁共振T2譜與孔隙分布的轉換方法，屬于能源開采技術領域。

背景技術

煤層孔隙分布及其大小對煤層氣開發潛力評價具有重要意義。煤層孔隙大小一般可以分為3個級別：大孔隙(孔隙半徑大于30納米)、中孔隙(孔隙半徑1.2～30納米)和小孔隙(孔隙半徑0.4～1.2納米)。煤層中賦存的甲烷氣含量既與孔隙體積有關，又與孔隙分布有關。小孔隙對煤的比表面積貢獻最大，90％以上的甲烷氣存在于小孔隙中；甲烷氣在大孔隙(割理)或中孔隙中以自由氣存在或溶解于水中。雖然煤層大孔隙和中孔隙對甲烷氣存儲空間貢獻小，但卻決定了滲透率和擴散性。成功的煤層氣開采需要大孔隙、中孔隙與小孔隙之間的分布達到均衡。目前，可以用壓汞法、氮吸附法、核磁共振法等幾種不同方法測量煤樣的孔隙分布，每種方法都具有各自的優勢和局限。

壓汞法又稱汞孔隙率法，是依靠外加壓力使汞克服表面張力進入孔隙來測定孔徑和分布。外加壓力增大，可使汞進入更小的孔隙，對應的孔隙半徑越小。根據汞在孔隙中的表面張力與外加壓力平衡的原理，可以得到孔徑的計算方法，測量不同壓力下進入孔隙中汞的量即可知相應孔隙半徑的孔體積。目前，所用的壓汞儀使用壓力最大約200MPa，可測量孔隙直徑范圍約0.0064～950微米。由于汞揮發性強且具有毒性，容易造成環境污染。

氮吸附法又稱低溫液氮吸附法，這種方法采用的是體積等效代換的原理，即以孔中充滿的液氮量等效為孔的體積。由毛細凝聚現象可知，在不同的相對壓力下，能夠發生毛細凝聚現象的孔徑范圍是不一樣的。當相對壓力值增大時，能發生凝聚現象的孔隙半徑也隨之越大，對應于一定的相對壓力值，存在臨界孔隙半徑值，孔隙半徑小于對應相對壓力臨界值的所有孔皆會發生毛細凝聚，液氮在其中填充；孔隙半徑大于對應相對壓力臨界值的孔皆不會發生毛細凝聚，液氮不會在其中填充，臨界孔隙半徑值可由凱爾文方程計算得到。由于相對壓力測量精度的限制，這種方法可測量孔隙直徑范圍約0.35～500納米。

核磁共振法又稱低磁場核磁共振法，通過測量巖樣所含流體的氫原子核，在低頻率磁場中巖石孔隙內的核磁共振特性，來獲取孔隙內的流體體積等參數。一般地，當流體被局限于巖石孔隙中時，由于流體和孔隙之間的相互作用，氫原子核的核磁共振馳豫時間大大縮短。巖石中的核磁共振馳豫時間決定于孔隙的大小，孔隙越大，馳豫時間越長。采用數學反演方法，可以計算出不同大小孔隙中的流體所占的份額，即橫向馳豫時間譜(T2譜)。橫向馳豫時間譜積分面積大小與巖石中所含流體體積成正比，只要對橫向馳豫時間譜進行適當的刻度，就可以獲得含氫原子核的流體占據的孔隙體積。核磁共振法可以快速無損地對巖石樣品進行孔徑分布測量，測量范圍較廣0.002～1000微米，但是核磁共振法需要將測量得到的橫向馳豫時間T2譜進行轉換才能得到所測樣品的孔隙分布。

發明內容

針對上述突出問題，本發明提供一種煤層核磁共振T2譜與孔隙分布的轉換方法，該方法通過將煤層核磁共振T2譜轉換為孔隙分布，可以彌補低溫氮吸附實驗孔隙分布缺乏納米級孔隙的不足。

為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：

一種煤層核磁共振T2譜與孔隙分布的轉換方法，包括如下步驟：

a對飽和水煤碎樣本進行核磁共振測量，獲得核磁共振T2譜；

b對所述步驟a中的飽和水煤碎樣本進行低溫氮吸附實驗測量，獲得孔隙分布曲線；