孫中良，李志明，申寶劍，祝慶敏，李楚雄

1.中國石化 石油勘探開發(fā)研究院 無錫石油地質(zhì)研究所，江蘇 無錫 214126；2.頁巖油氣富集機(jī)理與有效開發(fā)國家重點實驗室，江蘇 無錫 214126;3.國家能源頁巖油研發(fā)中心，江蘇 無錫 214126;4.中國石化油氣成藏重點實驗室，江蘇 無錫 214126

自頁巖油氣業(yè)務(wù)開展以來，眾多實驗方法和先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用到儲層評價研究中，使對頁巖油氣的地質(zhì)認(rèn)識發(fā)生重大而深刻的變化。對于頁巖油氣儲層孔隙表征方法，目前主要可以分為三類：(1)圖像表征技術(shù)，主要包括電子顯微鏡、場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FE-SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、環(huán)境掃描電子顯微鏡(ESEM)等；(2)流體注入技術(shù)，主要包括高壓壓汞(MICP)、氣體吸附(如甲烷吸附、CO2吸附、低溫氮氣吸附)等；(3)非流體注入技術(shù)，主要包括小角和超小角X射線(中子)散射(SAXS/USAXS;SANS/USANS)、核磁共振(NMR)、微納米CT等[1]。其中，圖像表征技術(shù)可以最為直觀地觀察孔隙圖像，也可以對孔隙度和孔徑分布等參數(shù)進(jìn)行定量評價；高壓壓汞技術(shù)、氣體吸附技術(shù)、核磁共振技術(shù)以及小角/超小角中子散射技術(shù)則是首先假設(shè)出理論模型，然后對假設(shè)的理論模型進(jìn)行計算，以此來對頁巖的孔隙特征如孔隙大小、分布、比表面積和體積等進(jìn)行評價；小角和超小角X射線(中子)散射、核磁共振、微米/納米CT等方法可以對樣品進(jìn)行無損性分析。當(dāng)然，這些表征技術(shù)也存在一定的局限性。例如，低溫氮氣吸附技術(shù)不能精確表征頁巖中的微裂縫以及直徑較大的孔隙；高壓壓汞實驗對頁巖的微小孔隙表征效果較差，因為在較高壓力下，汞的侵入會導(dǎo)致泥頁巖微小孔隙遭到破壞；FE-SEM的觀測視域較為局限，很難反映孔隙和微裂隙的整體特征[2-6]。

目前，核磁共振技術(shù)由于對樣品要求較低，可對樣品進(jìn)行無損分析并且具有測量尺度大、測試精度高等優(yōu)勢，越來越多地受到研究者的關(guān)注。核磁共振應(yīng)用到儲層評價中最早可追溯到1956年[7]，隨著研究的進(jìn)行與技術(shù)的進(jìn)步，核磁共振已廣泛應(yīng)用于傳統(tǒng)儲層的含油氣飽和度、孔隙度、滲透率等方向的評價中[8-17]。近年來隨著研究重點向頁巖油氣轉(zhuǎn)移，許多學(xué)者也嘗試著將核磁共振技術(shù)應(yīng)用到非常規(guī)油氣的儲層評價。與常規(guī)儲層的孔隙特征較為簡單、流體特征反映的核磁信號易于表達(dá)不同，在頁巖儲層中孔隙多以納米級孔隙為主，根據(jù)孔隙成因不同又可將孔隙分為有機(jī)孔和無機(jī)孔，并且孔隙中賦存有富含氫的有機(jī)質(zhì)，這些因素會導(dǎo)致氫核產(chǎn)生更多的相互作用，使核磁共振的應(yīng)用更加困難。本文結(jié)合眾多學(xué)者的研究進(jìn)展，對核磁共振技術(shù)在頁巖儲層評價中的應(yīng)用進(jìn)行總結(jié)，并結(jié)合目前研究趨勢，對未來核磁共振技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行展望。

1 核磁共振實驗原理

由于質(zhì)子的共振時間較長，且油氣中含有較多的氫原子，因此核磁共振在油氣儲層評價中有著較好的應(yīng)用。工作原理為：首先流體中的氫質(zhì)子在恒定磁場B0下整齊排列，自旋軸的方向平行于磁場，然后用射頻(RF)脈沖使排列好的質(zhì)子傾斜，產(chǎn)生垂直于B0方向的振蕩磁場B1，氫質(zhì)子的自旋軸也會隨之發(fā)生變化(圖1)；之后，停止無線電頻率并收集原始數(shù)據(jù)(系統(tǒng)中所有松弛分量的總和)，重復(fù)多次，采用反演的方法對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，找出可能的最佳結(jié)果，得到衰減曲線[18]。目前較為常用的回波序列為CPMG序列[19]，即在最初的90°脈沖后，每2τ重復(fù)一系列180°脈沖產(chǎn)生多個回聲。自旋軸恢復(fù)到原始狀態(tài)時所需要的時間則被定義為弛豫時間。根據(jù)物理意義的不同，弛豫時間可分為縱向弛豫時間(T1)和橫向弛豫時間(T2)[20]。由于核磁共振實驗的測量速度較快，而縱向弛豫時間T1的測試時間相對較長，因此在測試過程中常采用橫向弛豫時間T2來表征多孔介質(zhì)流體的賦存特征。橫向弛豫時間T2主要由體積弛豫時間、擴(kuò)散弛豫時間及表面弛豫時間組成，公式為：

圖1 核磁共振中氫質(zhì)子在磁場中的變化

(1)

(2)

(3)

式(1)中：T2B為體積弛豫時間，ms，是流體的固有屬性，受流體的物理屬性(如黏度和化學(xué)成分)的控制；T2D為擴(kuò)散弛豫時間，ms，是一種相位不相干性弛豫，它只影響T2，為質(zhì)子自旋通過由顆粒表面和孔隙流體之間的磁化率對比產(chǎn)生的強內(nèi)部場梯度擴(kuò)散；T2S為表面弛豫時間，ms，其發(fā)生在流固界面，弛豫時間長短取決于質(zhì)子與表面碰撞的頻率。式(2)中：D為分子擴(kuò)散系數(shù)，m2/s；γ為質(zhì)子的旋磁比，MHz/T；TE是CPMG序列中使用的回波間隔，s；G為磁場梯度，Gs/cm。式(3)中：S為巖石孔隙總表面積，μm2；ρ為巖石的橫向表面弛豫強度，μm/ms；V為孔隙體積，μm3；F為幾何形狀因子，對球狀孔隙F=3，對柱狀管道F=2；r為孔喉半徑，μm。

由于T2B對于水和石油的模擬通常等于2～3 s，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于表面弛豫時間(毫秒量級)[21]，因此T2B在NMR測量中通?？梢院雎?。此外，當(dāng)磁場非常均勻且回波間距TE足夠短時，實驗室NMR測量中的彌散弛豫時間也可以忽略不計[22]。因此可將式(1)簡化為：

(4)

由式(4)可以看出，巖石橫向弛豫時間T2與比表面呈負(fù)相關(guān)，與孔徑呈正相關(guān):比表面越大，則其T2弛豫時間越??；孔徑越小，T2弛豫時間越小。樣品孔隙流體總量決定了核磁共振信號的強弱，可反映飽和巖樣的孔隙度特征；巖石表面對孔隙流體作用力的大小也可決定T2弛豫時間的長短，作用力越小，則T2弛豫時間越長。

2 核磁共振在頁巖儲層評價中的應(yīng)用

2.1 全尺度表征孔縫分布

孔隙大小及分布特征是評價頁巖儲層的重要組成部分。目前較為普遍的研究方法為運用高壓壓汞及低溫氮氣吸附兩種實驗進(jìn)行分析，或采取兩種實驗結(jié)合，選取各實驗的評價優(yōu)勢段進(jìn)行拼接，來進(jìn)行全尺度孔隙評價[23]。在如何運用核磁共振技術(shù)評價孔隙大小上，BROWNSTEIN等[24]首先討論了飽和多孔介質(zhì)中核磁共振弛豫時間與孔隙大小的關(guān)系，并利用水的體積擴(kuò)散系數(shù)，根據(jù)擴(kuò)散方程計算了孔隙的大小。由式(4)可以看出，孔隙分布可由弛豫時間T2的分布特征來計算，而計算的關(guān)鍵在于如何確定巖心表面弛豫強度ρ。前人研究中，有學(xué)者將巖心孔隙的形狀視為圓柱體，因此巖心形狀因子F為2[25]，以其他實驗(如高壓壓汞)為基準(zhǔn)進(jìn)行孔隙分布匹配，確定核磁共振實驗中巖心表面弛豫強度ρ，但這種方法計算得出的表面弛豫強度有時會有很大的誤差[26]。表面弛豫強度ρ也可通過一維或二維核磁中計算的T2弛豫時間以及比表面積，通過式(4)來計算[27]。一維核磁可以計算頁巖的總表面積及總體積，以此來計算比表面積，進(jìn)而估算頁巖的表面弛豫強度[27]。二維核磁可以提取不同孔隙大小的局部比表面積[28]，但依賴于預(yù)設(shè)參數(shù)的選擇。

此外，由于當(dāng)巖心選定后，巖心的表面弛豫率ρ與孔隙形狀因子F均為固定值，可近似看作是常數(shù)，因此也可通過確定一個轉(zhuǎn)換系數(shù)C，即C=1/ρF，求得C值后即可將核磁共振T2譜換算為孔隙半徑分布圖。公言杰等[29]采用高壓壓汞技術(shù)與核磁共振技術(shù)結(jié)合的方法計算轉(zhuǎn)換系數(shù)C值，首先通過高壓壓汞實驗獲得孔喉半徑與孔體積關(guān)系的分布曲線，同時對同一樣品進(jìn)行核磁實驗，獲得弛豫時間與孔喉分布曲線，設(shè)計算法，計算不同系數(shù)C條件下通過核磁共振與高壓壓汞實驗計算得到的孔喉分布曲線差值絕對值，選取差值最小對應(yīng)C值作為最終求取的C系數(shù)。但此種方法計算的C值精度依賴于樣品孔隙特征、壓汞測試精度以及設(shè)計算法的合理性。郎東江等[30]利用已知孔徑范圍的分子篩作為標(biāo)準(zhǔn)樣品，用分子真空泵對該樣品進(jìn)行抽真空并加壓飽和水，然后測試分子篩樣品的核磁共振T2譜特征，開展實驗確定轉(zhuǎn)換系數(shù)C，此種方法適用于孔隙結(jié)構(gòu)單一且較為均質(zhì)的樣品。目前如何提高核磁共振表征孔隙分布的精度，仍是學(xué)者們致力解決的問題。

由于核磁共振技術(shù)的測試孔徑范圍較廣，相對于氮氣吸附、小角散射、高壓壓汞等實驗均有較大的優(yōu)勢；且對樣品要求較低，極適用于易于破碎的頁巖樣品。同時，目前的研究中，還沒有較好的實驗方法可對頁巖的孔、縫進(jìn)行一體化表征，而核磁共振技術(shù)可根據(jù)峰譜圖特征同時判斷孔隙及裂縫大小。大量實驗結(jié)果表明，砂巖在飽和水狀態(tài)下的T2譜一般呈雙峰態(tài)分布，而裂縫和溶洞發(fā)育的火山巖和碳酸鹽巖儲層T2譜一般呈三峰態(tài)分布，T2弛豫時間最長的右峰對應(yīng)溶洞或裂縫中的流體核磁共振信號。頁巖儲層普遍為微納米孔隙，弛豫時間T2值普遍偏低且多呈單峰或雙峰分布，當(dāng)有裂縫存在時，會產(chǎn)生弛豫時間較大的第三峰。LU 等[31]運用納米CT及核磁共振技術(shù)，分析不同裂縫寬度條件下孔隙和裂縫的弛豫時間變化，得出裂縫寬度越小，與之對應(yīng)弛豫時間T2也隨之衰減，同時由于擴(kuò)散耦合作用，相應(yīng)的孔隙弛豫時間也會減小(圖2)。因此，當(dāng)頁巖有裂縫存在時，可能會導(dǎo)致孔隙的孔體積評價偏小。但FORDHAM等[32]的研究表明，樣品表面弛豫強度的改變會影響擴(kuò)散耦合作用，因此在全尺度表征孔縫特征時，還應(yīng)考慮樣品表面弛豫強度的大小。

圖2 頁巖在核磁共振下的T2譜圖特征[31]

2.2 孔隙度測試

根據(jù)核磁共振工作原理，核磁共振信號的強弱取決于樣品孔隙流體總量，所以在核磁共振中，質(zhì)子核磁共振測量的振幅與孔隙空間中的氫含量成正相關(guān)關(guān)系[33]。因此，以已知流體體積的磁化強度為標(biāo)準(zhǔn)，比較試樣在100%飽和水條件下的總磁化強度，就可以得到總孔隙度。目前對頁巖孔隙度測試的方法有很多，如高壓壓汞法、氮氣吸附法、氦氣孔隙度法等。研究者在應(yīng)用核磁共振測試孔隙度時，不可避免地會將核磁共振測試的孔隙度與其他實驗做比較。表1為不同實驗方法下測試的孔隙度結(jié)果，可以看出，核磁共振測試得出的孔隙度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于高壓壓汞實驗以及氮氣吸附實驗測試的孔隙度。主要原因在于：高壓壓汞實驗測試的孔隙度主要為介孔以及宏孔的孔隙，氮氣吸附實驗僅對介孔以下的孔隙度有較好的測試效果。相較于氦氣孔隙度法，核磁共振實驗與其測試結(jié)果差異較小，因為用氦氣測量孔隙度也可以檢測到所有的孔隙。但核磁共振測試的孔隙度總是略大于氣測孔隙度，主要原因在于核磁共振技術(shù)對部分閉孔也有很好的檢測效果。

表1 核磁共振與其他實驗孔隙度評估結(jié)果對比

核磁共振在測試頁巖孔隙度時依然有自己的不足。前人在對砂巖以及碳酸鹽巖儲層進(jìn)行孔隙度評價時，核磁共振結(jié)果與水測孔隙度基本相同[37]；但在測試頁巖孔隙度時，核磁共振結(jié)果總是小于水測孔隙度(圖3)[38]。除了部分頁巖儲層含有錳、鐵等順磁性礦物對核磁信號產(chǎn)生較大的影響外，主要原因在于核磁共振技術(shù)對黏土礦物間的微小孔隙以及裂縫等超大孔隙的檢測精度較差。在富含黏土的頁巖中，部分黏土礦物微小孔隙內(nèi)的束縛水由于弛豫時間T2很小，在核磁儀器脈沖發(fā)射與接受的時間間隔內(nèi)其核磁信號已基本衰減結(jié)束，因此無法檢測到完整的弛豫信號；而對于發(fā)育有裂縫、微裂縫的頁巖，裂縫、微裂縫中所含流體弛豫時間T2較長，過分延長了核磁測試時的儀器等待時間，導(dǎo)致裂縫中的含氫流體的弛豫信號很難完全表達(dá)。

圖3 水測孔隙度與核磁孔隙度關(guān)系[38]

此外，不同的核磁共振測試條件也可能導(dǎo)致測試的核磁孔隙度存在差異[39]。韓波等[40]在不同磁場環(huán)境下設(shè)置不同的回波間隔進(jìn)行對比實驗，分析不同的測試條件對核磁孔隙度結(jié)果的影響。其發(fā)現(xiàn)不論是在梯度磁場，還是在恒定磁場條件下，當(dāng)核磁共振測量的回波間隔增大時，核磁信號損失量均會相應(yīng)變大，即核磁孔隙度會變小(圖4)。對于頁巖來說，回波間隔對核磁信號損失的影響主要體現(xiàn)在橫向弛豫時間為10 ms之前，即當(dāng)T2<10 ms時，孔隙度分量受回波間隔的影響較大，而當(dāng)T2>10 ms時，孔隙度分量基本不受回波間隔的影響。所以當(dāng)運用核磁共振技術(shù)測試頁巖孔隙度時，應(yīng)當(dāng)事前對頁巖樣品的巖性等物理參數(shù)進(jìn)行采集，選用合適的測量條件。

圖4 不同磁場下不同回波間隔條件下的孔隙度大小及對比[40]

2.3 流體可動性分析

流體在頁巖孔隙中不是完全可動的，其賦存方式包括束縛流體與可動流體，對應(yīng)的孔隙分別叫做吸附孔與滲流孔。有研究者將吸附孔與滲流孔的分界值稱為T2c截止值[41]，其中，滲流孔對應(yīng)的橫向弛豫時間大于T2c(T2>T2c)，而吸附孔對應(yīng)的橫向弛豫時間小于T2c(T2

孫中良等[23]曾用抽提的方法，分析抽提前后氮氣吸附實驗與高壓壓汞實驗不同孔徑下孔隙分布特征，以此來分析可動頁巖油的賦存孔隙，運用抽提前后孔體積差值判斷可動頁巖油的量，但抽提的方法得到的結(jié)果不僅僅是可動油，其還包括部分束縛油。核磁共振結(jié)合離心或者驅(qū)替的手段，將頁巖孔隙內(nèi)的可動流體離心/驅(qū)替出來，可真實反映可動流體的量。吳?？频萚41]運用離心的手段判斷可動流體與束縛流體的分布特征(圖5)，主要為通過離心，分析離心前后弛豫時間T2與孔隙度分量(不同孔徑的孔隙體積占巖石體積的比)的相關(guān)變化，判斷束縛流體與可動流體的賦存孔隙，并得出束縛水主要集中在小孔隙空間或者極少部分的大孔隙中的結(jié)論。束縛水主要集中在小孔隙中，是由于孔隙結(jié)構(gòu)的非均質(zhì)性以及毛管作用引起；而較大孔隙中的束縛水，主要是由于孔隙的形狀不規(guī)則而在孔隙的死角處形成束縛水。

圖5 巖樣離心前后T2譜比較[41]

此外，前人研究表明可動流體飽和度與滲透率、孔隙度之間均存在較好的相關(guān)性，且與滲透率的相關(guān)性更強。主要原因在于孔隙度較大的巖石，孔隙之間的連通性不一定好，可能導(dǎo)致部分流體束縛在孔隙內(nèi)很難流動；相反，具有較高可動流體飽和度的巖石，往往具有更好的孔隙連通性以及更高的滲透率。

2.4 孔隙潤濕性判別

由于頁巖儲層既是烴源巖又是儲層，有機(jī)質(zhì)及無機(jī)礦物的存在導(dǎo)致頁巖儲層中不同孔隙對油或水的潤濕性存在較大差異。前人[43-44]運用核磁共振技術(shù)在砂巖或碳酸鹽巖潤濕性方面的應(yīng)用取得了進(jìn)展，因此學(xué)者們開始利用核磁共振的弛豫時間T2分布來討論頁巖的潤濕性。許多學(xué)者通過親油或親水溶液配合自吸實驗分析頁巖的潤濕性特征，如WANG等[45]利用親水/油性特征不同的溶液對頁巖進(jìn)行滲吸實驗，然后分析滲吸前后的核磁共振橫向弛豫時間T2譜特征，發(fā)現(xiàn)有機(jī)孔、無機(jī)孔以及微裂縫的潤濕性峰值分別為P1(0.01～0.4 ms)、P2(0.4～15 ms)和P3(>15 ms)，分別對應(yīng)油潤濕相、水潤濕相和混合潤濕相。為了研究注入流體對頁巖潤濕性的影響，ZHANG等[46]研制了一種特殊的流體注入裝置來代替流體的自吸。該裝置可以縮短測試時間，且與自吸試驗具有相同的效果(圖6)，并得出頁巖樣品在半徑小于60 nm的小孔隙中呈混合濕潤狀態(tài)的結(jié)論。為更好地研究頁巖孔隙的潤濕性特征，LOOYESTIJN等[47]提出了核磁共振潤濕性指數(shù)概念；SULUCARNAIN等[48]對前者提出的潤濕性指數(shù)進(jìn)行了修正，得到如下公式：

圖6 在500 psi壓力下注入鹽水和柴油10 min后頁巖巖心的核磁共振液體積隨T2的變化[46]

(5)

式中：Iw為核磁共振潤濕性指數(shù)，當(dāng)頁巖完全親油時，Iw為-1，中性為0，對于完全親水的頁巖為1；Sw為鹽水潤濕表面分?jǐn)?shù)，由核磁共振孔隙流體體積(實際吸鹽水量)除以氦孔隙度得到；Sdo為十二烷潤濕表面分?jǐn)?shù)，是由核磁共振孔隙流體體積(實際吸收的十二烷量)除以氦孔隙度得到。

此外，頁巖孔隙的潤濕性特征并不是一成不變的。馮程等[49]對低滲透復(fù)雜潤濕性儲集層核磁共振T2譜進(jìn)行了研究，原本賦存頁巖油的孔隙，洗油后仍然不完全親水，油驅(qū)水至束縛水過程中，潤濕性可向親油方向轉(zhuǎn)變。

2.5 區(qū)分流體類型

由于頁巖孔隙內(nèi)存在多種流體類型，如何區(qū)分各種流體成為該領(lǐng)域研究者另一個關(guān)心的問題。在流體潤濕性部分提到，部分學(xué)者利用親油/水性不同的溶液進(jìn)行滲吸實驗，對比滲吸前后的核磁共振橫向弛豫時間T2的差異特征，可初步分析流體類型。但是在核磁共振實驗中，儲集層孔隙中油、氣、水的T2信號存在一定程度重疊，無法單獨從T2分布中分離出不同的流體，導(dǎo)致該方法對精確區(qū)分流體類型存在限制。早期提出的移譜法(SSM)、擴(kuò)散法(DIFAN)、差譜法(DSM)等流體性質(zhì)識別方法都存在前提條件，在實際應(yīng)用中具有一定局限性[50-51]。

SUN和HüRLIMANN等[51-52]首先引入了二維核磁共振技術(shù)并成功應(yīng)用于測井領(lǐng)域，為核磁共振技術(shù)提供了另一條思路。目前較為普遍的二維核磁測試方法主要包括兩種：

一是利用基于弛豫—擴(kuò)散(T2，D)的二維核磁共振信息分辨不同流體[53]，原理為將橫向弛豫時間中的弛豫時間和擴(kuò)散系數(shù)分開計算，在空間上形成二維信息。由于流體本身性質(zhì)的不同，致使其弛豫時間以及擴(kuò)散系數(shù)均會存在差異，因此可以用來區(qū)分孔隙內(nèi)的流體。如圖7所示，在核磁共振實驗中，油、氣、水三種流體的橫向弛豫時間T2存在重合區(qū)域(圖7a)，致使無法利用一維核磁共振技術(shù)來進(jìn)行流體識別，但是三種流體擴(kuò)散系數(shù)存在較大的差異(圖 7b)，因此，利用弛豫—擴(kuò)散(T2，D)二維核磁共振信息(圖7c)可有效地分辨不同流體。弛豫—擴(kuò)散二維核磁共振雖然可以實現(xiàn)對油、水兩相的劃分，但是對微—納米級孔隙中的類固體有機(jī)質(zhì)信號區(qū)分效果較差[53]。

圖7 孔隙介質(zhì)中不同流體組分的二維核磁共振信息分布[52]

二是利用橫向弛豫時間T2與縱向弛豫時間T1建立二維核磁共振信息(T2，T1)[54]。相較于弛豫—擴(kuò)散的二維核磁共振檢測，T2—T1二維核磁共振檢測可以有效地區(qū)分油、水以及類固體有機(jī)質(zhì)信號。由于T1與T2的時長差異較大，且縱向弛豫時間與橫向弛豫時間的檢測時長主要受化合物性質(zhì)等因素的影響，一般在(T2，T1)二維譜圖中，有機(jī)質(zhì)(干酪根、烴類流體等)的1H具有較高的T1，而無機(jī)質(zhì)(主要為水)的1H具有較低的T1。同時，由于橫向弛豫時間T2與含1H化合物的黏度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，與含1H化合物的流動性呈正相關(guān)，以至于結(jié)構(gòu)致密、黏度大的有機(jī)質(zhì)或重質(zhì)烴類具有較低的T2值(T1/T2較高)；而流動性較好、黏度低的輕質(zhì)烴類具有較大的T2值(T1/T2較低)，因此T1—T2二維核磁共振也可用來判斷有機(jī)質(zhì)成熟度、有機(jī)質(zhì)類型等。

應(yīng)用方面，前人通過對比頁巖樣品中鹽水和碳?xì)浠衔颰1/T2比值的差異，區(qū)分了NMR測試中的水和油[55]，因此用T2與T1/T2比值做交會圖(圖8a)，通過不同的T2截止值來區(qū)分流體的不同狀態(tài)和不同孔隙的油和水。WASHBURN等[56]證實T1/T2圖也可以用來識別頁巖中存在的各種有機(jī)質(zhì)成熟度，包括固相和類液相。在頁巖儲層中應(yīng)用新的T1—T2分布模型(圖8b)，成功捕獲了水和甲烷特征(T1/T2分別為2和10)，并顯示了黏土中有機(jī)質(zhì)和羥基的預(yù)期響應(yīng)區(qū)域[57]。目前(T2，T1)二維核磁的應(yīng)用實踐仍在不斷探索階段，且不同學(xué)者測試的不同物質(zhì)的響應(yīng)區(qū)域以及劃分方法仍存在差異，如何實現(xiàn)有效統(tǒng)一的劃分方案仍是值得探索的問題。

圖8 流體或質(zhì)子分類T1—T2模型[55，57]

2.6 其他應(yīng)用

核磁共振技術(shù)在頁巖儲層評價上有廣泛的應(yīng)用，除以上運用外，還可用來描述水的遷移、甲烷吸附和解吸以及二氧化碳置換等流體行為，運用親水/油性不同的溶液結(jié)合自吸實驗還可判斷有機(jī)孔、無機(jī)孔，運用核磁共振與高壓壓汞判斷孔隙連通性[58-61]等。有學(xué)者利用低頻核磁共振技術(shù)，使用新的脈沖序列去獲取包括高黏性(瀝青、重油)和固體(干酪根和固體瀝青)有機(jī)質(zhì)有關(guān)的信息[62]?；诤舜殴舱駭U(kuò)散技術(shù)和快速弛豫技術(shù)，分別在靜態(tài)和動態(tài)條件下測定了油頁巖界面面積[63]，運用高頻核磁共振區(qū)分頁巖樣品中的干酪根和瀝青，等等。

3 未來展望

在未來，核磁共振技術(shù)的更多應(yīng)用在儲層評價中值得更為深入地挖掘。如上文提到的T2譜圖與孔隙大小的關(guān)系，轉(zhuǎn)變思路后也可以應(yīng)用到通過T2的數(shù)量、大小和位置特征進(jìn)而對孔隙類型進(jìn)行劃分。也可以通過設(shè)置條件，進(jìn)一步分析影響孔隙特征的控制因素，如通過設(shè)置不同溫度分析同一塊樣品的T2譜圖特征，以此來分析溫度(成熟度)對孔隙變化的影響。也有學(xué)者基于孔隙性質(zhì)和流體特征間接估算樣品滲透率[63]。此外，在探索新應(yīng)用的同時，核磁共振技術(shù)的應(yīng)用也應(yīng)向著精度更高的方向發(fā)展。目前核磁共振的應(yīng)用還存在著許多問題尚未解決，比如順磁性礦物對檢測信號的影響，回波間隔影響?zhàn)ね恋V物間的微小孔隙以及裂縫等超大孔隙的檢測精度，非連續(xù)性束縛流體的存在導(dǎo)致測試孔隙偏小，等等。如何解決這些問題，成為未來提高核磁共振技術(shù)應(yīng)用的重要因素。

4 結(jié)語

核磁共振技術(shù)由于對樣品要求較低，可對樣品進(jìn)行無損分析并且具測量尺度、測試精度高等優(yōu)勢，對于評價頁巖油氣儲層的巖石物理性質(zhì)和流體特征具有廣泛的應(yīng)用價值。目前主要的應(yīng)用在于全尺度表征孔縫分布、孔隙類型、孔隙潤濕性、流體可動性及流體分類等方面。除此之外，在描述水的遷移、甲烷吸附和解吸以及二氧化碳置換等流體行為，獲取有機(jī)質(zhì)信息、油頁巖界面面積，判斷有機(jī)孔、無機(jī)孔，分析孔隙連通性，獲取高黏性瀝青和干酪根有關(guān)信息等方面也有廣泛的運用。雖然核磁共振技術(shù)的發(fā)展提高了其表征非常規(guī)油氣藏的能力，但在進(jìn)一步研究中仍有一些問題需要解決。比如，如何消除順磁性礦物對檢測信號的影響；如何提高黏土礦物間的微小孔隙以及裂縫等超大孔隙的檢測精度；如何解決因非連續(xù)性束縛流體的存在導(dǎo)致測試孔隙偏??；如何對T2<10 ms時核磁孔隙度偏小問題進(jìn)行校正，等等。在未來，核磁共振技術(shù)需要向高精度方向發(fā)展，如何解決目前存在的這些問題至關(guān)重要。雖然目前核磁共振技術(shù)在應(yīng)用上還存在一些缺陷，可以預(yù)見的是，隨著理論創(chuàng)新與技術(shù)突破，核磁共振技術(shù)在未來頁巖儲層評價中的運用會更廣泛。