孔隙尺度岩石物理模型核磁共振响应特征的基础研究与实验验证

试图通过孔隙尺度的岩石物理模型探索复杂油气藏核磁共振（NMR）测井的响应特征，揭示NMR测井观测到的各种回波串的物理含义以及反演得到的T2分布与孔隙尺度模型的对应关系，从而为NMR测井在不同条件下获取孔隙结构与孔隙流体等重要信息提供更好的研究方法和平台。项目组在前期对一维及二维NMR测井反演进行了深入研究，发现进一步解决NMR测井基本科学问题必须回到正演。以往NMR测井回波串响应方程直接用多指数函数表达，无法达到对复杂油气储层中NMR测井响应机理的充分认识。孔隙尺度岩石物理模型能够很好地表达复杂油气储层NMR弛豫机制，进而考察骨架颗粒、孔隙结构、流体组分在NMR测井上的响应特征。本课题拟以颗粒堆积数值模拟和岩芯薄片三维重建为基础构建微观岩石模型，研究油、气、水不同赋存状态下的NMR测井响应特征，给予实验验证，发展NMR测井新理论、新方法和新应用。

核磁共振（NMR）技术广泛应用于储层评价和岩石物理研究。通过孔隙尺度的岩石物理模型探索复杂油气藏NMR测井的响应特征，分析NMR测井观测到的各种回波串的物理含义以及反演得到的T2分布与孔隙尺度模型的对应关系，为NMR测井在不同条件下获取孔隙结构与孔隙流体等重要信息提供更好的研究方法和平台。由多指数函数表达的NMR测井回波串响应方程难以达到对复杂油气储层中NMR测井响应机理的充分认识。孔隙尺度岩石物理模型能够很好地表达复杂油气储层NMR弛豫机制，进而考察骨架颗粒、孔隙结构、流体组分在NMR测井上的响应特征。本课题首先采用两种方法构建微观岩石孔隙模型。第一种方法是颗粒堆积模型，通过随机产生的不同粒径岩石颗粒，模拟沉积、压实、胶结等成岩作用，建立岩石的三维骨架结构，提取岩石的微观孔隙空间；第二种方式是利用X射线扫描（micro-CT）或者岩石二维薄片和多点统计方法构建微观三维孔隙结构图像。然后分析油、气、水在微观孔隙空间中不同赋存状态下的NMR测井响应特征，利用蒙特卡罗随机游走方法描述流体分子在孔隙中的无规则运动，并模拟均匀磁场和梯度磁场下NMR脉冲序列的信号采集过程，得到对应的回波衰减数据。最后对数据进行反演和拟合，得到一维和二维（T2-D、T2-G）等NMR响应。微小孔隙尺度下的NMR测井响应特征以岩石微观孔隙形态的描述为基础，以岩石物理参数的定量评价为目标。在Bloch-Torrey方程的理论基础上，项目组对微小尺度下的孔隙流体分子扩散运动及散相效应进行推导，得出微小孔隙尺度下视受限扩散系数、内部感应磁场梯度等重要物理量的表征方程。模拟流体分子在孔隙空间的扩散运动和散相效应。利用等效磁偶极子方法对孔隙介质中的内部感应磁场及梯度进行三维定量表征；利用粒子运动反弹轨迹追踪方法模拟受限扩散现象。同时考察了不同孔隙结构、不同流体组分、不同岩性、不同润湿性的NMR弛豫响应特征。对内部磁场梯度、表面弛豫强度、受限扩散系数、磁场梯度、回波间隔等因素对微小孔隙尺度下NMR响应特征的影响进行了定量研究。利用项目组自行设计的Halbach岩心分析仪对实际样品进行NMR测量，将模拟结果与实验结果进行了比对分析。数值模拟结果与实验结果吻合较好。孔隙尺度下核磁共振测量的理论与方法的基础研究和实验验证发展了NMR测井新理论、新方法和新应用。