一种基于核磁共振的岩石全孔喉尺寸分布无损定量表征方法

本发明涉及石油与天然气勘探开发，具体涉及一种基于核磁共振的岩石全孔喉尺寸分布无损定量表征方法。

背景技术：

1、岩石孔隙结构是指岩石内部孔隙和喉道的形状、大小、类型及其相互连通关系，具体可分为孔隙尺寸分布、喉道尺寸分布。基于测试方法的原理和特点，可将岩石孔隙结构表征方法分为图像分析法、流体侵入统计法、无损统计法三大类。

2、图像分析法利用光学显微镜(om)、透射电子显微镜(tem)、扫描电子显微镜(sem)、场发射扫描电子显微镜(fesem)、原子力显微镜(afm)等高分辨率成像技术直接观察岩石骨架颗粒接触情况、孔隙与喉道的大小、形态、连通性等。图像分析法具有分辨率高和观察结果直观、可靠的优点，但只能观测样品局部区域的孔喉发育特征，存在制样要求高和成像范围小、代表性不足的缺点，局限于定性或者定性-半定量分析，难以实现对岩石孔隙结构的全面、定量分析。同时，在使用显微镜进行扫描成像过程中，通常需要根据样品自身特点调节亮度、对比度等参数以达到较好的成像效果，导致不同样品、不同视域的图像灰度分布特征发生变化，从而使分辨岩石骨架与孔隙的阈值存在差异。

3、流体侵入统计法使用汞等非润湿性液体或者氮气、二氧化碳等气体在不同的压力下注入岩石样品并记录注入量，通过一定的理论计算方法获取孔径分布、比表面积等信息，属于定量研究方法，主要包括压汞法和气体吸附法。压汞法测试后的岩样不能重复利用，且汞对人体和环境均会产生伤害，随着环境保护要求提高，压汞法的使用逐渐受到限制。气体吸附法要求将岩样粉碎为粒径250～425μm的样品，主要测试纳米级孔隙的孔径分布，且岩样粉碎过程中会破坏原生裂隙，导致测试结果反映原生孔隙结构特征时存在较大的误差。

4、无损统计法是较为新兴的孔隙测试技术，属于定量研究方法，其最大优势在于对岩样无损坏且能获得定量的孔隙结构数据，测试后的岩样还可以开展其它实验。无损统计法是目前主流的岩石孔隙结构表征方法，主要包括ct扫描技术和核磁共振技术。与图像分析法类似，ct扫描技术也是通过分析图像灰度来分辨孔隙与基质，分辨阈值设置的差异对测试结果有很大影响，对于常规岩石物理实验常采用的尺寸为20～50mm的岩样，进行ct扫描时需要采用macro70探测镜头，无法有效获取尺寸小于70μm的孔隙的分布信息。相较ct扫描技术，核磁共振技术具有精度高、操作简便、适用范围广、安全性高、数据处理简单等优点，在岩石孔隙空间测试方面正得到越来越广泛的应用。

5、采用核磁共振技术测量岩石孔隙结构时，需要使用准确、单一的几何形状因子、岩石颗粒横向表面弛豫率进行计算，但这两个参数难以准确获取：(1)岩石孔隙形状多种多样，且存在一些非规则形状的孔隙，不能简单地将几何形状因子设定为单一固定值去代表岩样内部所有孔隙的形状特征；(2)横向表面弛豫率受到多种因素影响，如岩性、顺磁性矿物含量、黏土矿物含量等，横向表面弛豫率也不能简单地设定为单一固定值。

6、为了规避分别获取几何形状因子、横向表面弛豫率存在的困难，目前多数学者将两者的乘积定义为一个转换系数，并将核磁共振技术与高压压汞法联合使用以确定转换系数。但高压压汞法实际反映的是喉道尺寸分布，而不是孔隙尺寸分布，因而核磁共振技术与高压压汞联用法只能获得岩石内部喉道尺寸分布，而不能获得岩石内部孔隙尺寸分布。同时，开展高压压汞测试后的岩样不能重复利用，极大限制了不同实验测试结果的可靠性、可对比性。

技术实现思路

1、为了克服现有技术中的问题，本发明提供一种基于核磁共振的岩石全孔喉尺寸分布无损定量表征方法，该方法将核磁共振技术与离心、铸体薄片观察联用，依次建立t2值与离心压力的相关关系、t2值与喉道直径的相关关系、t2值与孔隙直径的相关关系，最终获取岩石喉道直径分布、孔隙直径分布。为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

2、一种基于核磁共振的岩石全孔喉尺寸分布无损定量表征方法，包括以下步骤：

3、s1、采集圆柱状岩样，抽风烘干至恒重，测量岩样长度l；

4、s2、对岩样进行抽真空加压饱和，采用核磁共振仪开展饱水岩样核磁共振t2谱测试，获取饱水岩样核磁共振t2谱；

5、s3、将饱水岩样放入离心机中，设置离心转速为第一转速n，对岩样进行第一次离心，采用离心压力计算公式获取离心转速对应的离心压力pc；

6、s4、离心结束后，取出岩样并称重，采用核磁共振仪开展第一次离心后岩样核磁共振t2谱测试，获取第一次离心后岩样核磁共振t2谱；

7、s5、将饱水岩样核磁共振t2谱与第一次离心后岩样核磁共振t2谱相减得到差值t2谱，获取t2谱变化临界值；

8、s6、再次将岩样放入离心机中，以δn为步长依次增大离心转速，重复s3、s4、s5，获取离心压力及对应的t2谱变化临界值，直至岩样质量、核磁共振t2谱基本保持不变；

9、s7、绘制离心压力倒数与t2谱变化临界值的关系曲线图，并拟合建立离心压力倒数与t2谱变化临界值的相关关系式；

10、s8、结合washburn方程，建立岩样喉道直径dt与t2值的转换关系式；

11、s9、将岩样孔喉比代入岩样喉道直径与t2值的转换关系式，建立岩样孔隙直径dp与t2值的转换关系式；

12、s10、根据岩样喉道直径dt与t2值的转换关系式，将饱水岩样核磁共振t2谱转换为岩样喉道尺寸分布；

13、s11、根据岩样孔隙直径dp与t2值的转换关系式，将饱水岩样核磁共振t2谱转换为岩样孔隙尺寸分布。

14、进一步的，所述步骤s3中，所述第一转速n为1000r/min。

15、进一步的，所述步骤s3中，所述离心压力计算公式为：

16、

17、式中：pc为离心压力，pa；n为离心转速，r/min；ρw为水的密度，kg/m3；l为岩样长度，m；r2为岩样外端面距转动轴的距离，m。

18、进一步的，所述步骤s5中，所述t2谱变化临界值为差值t2谱从右至左与0刻度线的第一个交点值。

19、进一步的，所述步骤s6中，δn为500r/min。

20、进一步的，所述步骤s7中，离心压力倒数与t2谱变化临界值的相关关系式为幂函数关系。

21、进一步的，所述步骤s7中，离心压力倒数与t2谱变化临界值的相关关系式为：

22、

23、式中：t2为t2谱变化临界值，ms；a，b为拟合参数，无因次。

24、进一步的，所述步骤s8中，岩样喉道直径dt与t2值的转换关系式为：

25、

26、式中：α，β为拟合参数，无因次。

27、进一步的，所述步骤s9中，岩样孔隙直径dp与t2值的转换关系式为：

28、

29、式中：a，b为拟合参数，无因次。

30、进一步的，所述步骤s9中，根据岩石铸体薄片观察结果获取岩样孔喉比。

31、另一方面，本发明提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述权利要求任一项所述的岩石全孔喉尺寸分布无损定量表征方法的步骤。

32、另一方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现上述权利要求任一项所述的岩石全孔喉尺寸分布无损定量表征方法的步骤。

33、本发明具有以下优点：(1)本发明提供的方法整个测试过程对测试人员、环境无伤害，对岩样也没有损害，岩样可以重复利用，便于采用同一块岩样开展不同实验，以保证测试结果的统一性。(2)本发明提供的方法测量的尺寸范围广(1nm～10mm)，可同时获取喉道直径分布、孔隙直径分布，克服了ct扫描技术无法实现纳米级到毫米级孔隙结构同时测量的缺陷。(3)本发明测试便于采用同一块岩样连续开展同一类实验，实时反映实验过程中岩石的连续性变化(如酸岩反应导致酸蚀蚓孔演化、冻融岩石内部裂纹扩展等)，保证测试结果的可对比性。