揭示非常规储层岩石中的流体动力学：一种新颖的T1-T2分析方法

《Geoscience Frontiers》：Revealing fluid dynamics in unconventional reservoir rocks: A novel approach of T 1- T 2 analysis

氢饱和储层岩石中水的分布与迁移特性通过二维核磁共振（2D NMR） centroid方法分析。该新方法通过计算权重中心点量化平均孔隙尺寸与流体动态，有效解决了传统方法在多组数据对比和复杂孔隙系统中信号重叠的难题。实验采用砂岩、页岩和煤三种储层岩芯，通过自发吸水实验发现centroid位置随吸水时间呈现特征性迁移：砂岩和页岩centroid沿T1-T2正相关方向移动，反映水从小孔隙向大孔隙的级序填充；煤样本centroid出现多区域分布，显示有机质对孔隙水动态的显著影响。通过分析centroid-T1/T2比值变化，证实水在储层中的相态转变与孔隙结构演化存在强关联，为非常规储层开发提供了新的定量化分析工具。

　　在对储层岩石中流体分布和迁移特性进行研究时，了解这些特性对于评估储层质量具有重要意义。近年来，随着对复杂储层的勘探和开发技术的进步，二维核磁共振（2D NMR）测量被广泛应用于识别岩石中的特定含油气成分。然而，由于储层孔隙和流体系统的复杂性，这种技术尚未被充分开发，并且受到现有数据处理方法的限制。因此，本研究提出了一种新的质心方法，以提高对储层岩石中流体的2D NMR数据量化能力。该方法通过计算2D NMR图的质心位置，从而与通过吸水过程获得的平均孔隙大小相关联。为了验证该方法的有效性和通用性，研究对三种不同储层岩石样本进行了吸水和饱和实验，并获取了相应的2D T?-T? NMR测量数据。随后，通过计算不同水饱和度下的质心位置，并进一步使用质心方法分析这些数据，研究探索了样本中的水分布特性及其迁移机制。研究结果表明，质心方法不仅为2D T?-T?图的定性分析提供了新的解决方案，还展示了其在其他多维NMR研究中的潜在应用。

传统的2D T?-T? NMR分析方法主要依赖于定性分析，通过设定标准的分类标准来识别不同的流体成分。然而，这种分类方法往往无法充分揭示不同流体成分在复杂储层中的分布特征。本研究提出的质心方法，通过计算2D T?-T?图的质心坐标，将数据转化为单一的点，从而更直观地展示多组数据的特性。这种方法能够有效区分吸水过程中不同水类型的分布状态，并通过追踪质心的运动和质心T?/T?比值的变化，评估不同水类型在样本中的状态变化。相比其他方法，质心方法能够更好地揭示不同孔隙类型中水的分布和迁移特性，并在2D NMR数据的定量处理和不同含水条件下的比较分析中具有显著优势。此外，该方法还展现出在非常规储层中研究多相流体相互作用和动态的潜力。

在本研究中，通过使用均匀磁场和特定脉冲序列，对1D和2D NMR测量进行了实验。实验中，磁场强度为0.3 T，频率为12 MHz，采用CPMG序列进行T?测量，采用SR-CPMG序列进行T?-T?测量。为了确保测量的准确性，实验中选择了适当的参数，如回波间隔为0.132 ms，回波次数为4386，回收延迟为750 ms，T?最大值为1000 ms，步数为30，扫描次数为64。在实验过程中，样本首先经过吸水实验，随后进行完全饱和实验，以确定吸水状态下的NMR信号。

实验结果显示，三种储层岩石样本在吸水过程中表现出不同的吸水速率和饱和特性。例如，Sand-S和Coal-X在初始60分钟内的吸水速率显著高于Shale-S。这表明这些样本中存在良好的大孔隙或裂缝，使得水能够快速进入样本内部。然而，Sand-S的吸水过程持续时间更长，且最终饱和度较低，这可能与样本内部孔隙中残留空气有关。Shale-S则表现出相对较低的吸水速率，这与其较差的孔隙连通性有关。这些实验结果不仅揭示了不同储层岩石中水的分布和迁移特性，还为质心方法的应用提供了依据。

此外，质心方法能够更直观地揭示水在不同孔隙类型中的分布状态。通过分析质心的运动轨迹和T?/T?比值的变化，研究能够进一步评估水在样本中的状态变化。质心方法的优势在于，它能够将复杂的2D NMR数据转化为单一的点，从而更方便地进行比较和分析。这种方法不仅能够揭示水在不同孔隙类型中的分布和迁移特性，还能够提供更精确的量化分析能力。例如，在Shale-S的实验中，质心的T?/T?比值随着吸水过程的进行而逐渐降低，最终稳定在一个接近最终值的水平。这一趋势表明，Shale-S的吸水过程分为多个阶段，其中水优先填充高连通性的孔隙通道，随后逐渐填充较小的内部孔隙。

在Coal-X的实验中，质心的T?/T?比值显著高于Sand-S和Shale-S，这可能与煤中有机物质对水信号的影响有关。水在Coal-X中的吸水过程可能与有机物质形成氢键，从而导致其NMR信号表现出类似于固态氢含成分的特性。这一现象表明，质心方法能够有效区分不同类型的水，并揭示其在复杂储层中的分布和迁移机制。因此，质心方法不仅适用于单一的水类型，还能够处理多种水类型的分布情况，为2D NMR技术的应用提供了新的思路。

通过实验结果的分析，质心方法能够揭示不同储层岩石中水的分布和迁移特性。例如，在Sand-S和Shale-S的实验中，质心的运动轨迹显示，随着吸水过程的进行，水逐渐填充更大的孔隙，从而导致质心向右上方向移动。这一趋势表明，水的迁移特性与孔隙的连通性和大小密切相关。而在Coal-X的实验中，质心的运动轨迹则表现出更复杂的模式，这可能与煤中多种类型的水对质心位置的影响有关。质心方法的这一特性，使得研究能够更全面地理解水在复杂储层中的分布和迁移机制。

总的来说，质心方法在处理2D NMR数据时，具有较高的效率和直观性。通过计算质心位置，研究能够更有效地提取和分析水在不同孔隙类型中的分布特性。这一方法不仅能够揭示水的分布和迁移规律，还能够提供更精确的量化分析能力，为不同储层岩石的比较研究提供了支持。此外，质心方法的提出，为未来在非常规储层中研究多相流体的相互作用和动态提供了新的研究方向，有望推动2D NMR技术在含水储层中的应用和发展。