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核磁共振岩芯分析

发表于：2024-12-23

核磁共振岩芯分析

武汉市新生纪科技有限公司

导读：

核磁共振中的核是指原子核，磁是指磁场，核磁共振是指原子核在磁场中的响应，实质上是在某静磁场中的原子核系统受到相应频率的电磁波作用时，在它的磁能级之间发生的共振跃迁现象。当样品置于主磁场中，氢核可以看成一个核磁矩，诸多氢核会被极化（受主磁场作用），表现为宏观磁化矢量平行于主磁场方向，核磁矩呈散相。样品氢含量越多，宏观磁化矢量越大，所形成的磁共振信号越强。

技术原理

低场核磁共振目前被广泛用于岩芯分析，主要有两种分析手段：核磁共振弛豫谱（NMRS）和核磁共振成像（MRI）。在核磁共振弛豫谱中，一维T₁、T₂ 谱的谱参数计算和谱线形态、趋势变化分析是重点，由于采集的信号是笼统氢信号，单弛豫谱分析存在平均效应和信号重叠问题，弛豫谱分析开始向二维弛豫谱发展，二维弛豫谱通过增加弛豫物理信息，能有效区分一维谱上信号相似的不同信号源；核磁共振成像用于直接观察流体在岩石中的形态分布和孔隙介质的结构变化，研究渗流规律和流-固耦合作用，主要应用于疏松多孔介质和人造岩芯分析。

目前低场核磁共振技术在地质勘探类（油气）方向运用较多的是核磁共振弛豫谱（NMRS）分析，在成像中的运用主要是孔隙结构的可视化（与CT类似），具体的应用包括岩心物性测试、孔径分布表征、孔隙流体识别等。在开发类中主要以成像为主，通过成像来判断岩石中可动流体（气体或液体）的运移路径，指导油气开采。

(1)一维核磁共振成像 (1D NMR)

核磁共振测量仪器的外加磁场是均匀磁场，磁场梯度和扩散系数的指数项值为1，当等待时间TW足够长的时候，第二个指数项被称成极化因子，其值也为1。所以当等待时间够长，外加磁场为均匀磁场的时候，可以简化为一维核磁共振反演问题，其简化后的 CPMG 核磁共振信号的变化规律为：

式中，M(t_i)是第i个回波幅度（i=1,2,3…..n），t_i是第i个回波间隔下的回波时间，ɛ_i为回波采集时的噪声，T_2j是预先设定的横向驰豫时间在对数刻度上的等间隔分布，α(T_2j)为公式解出的对于横向驰豫T₂时间上的幅度值。

(2)二维核磁共振成像 (2D NMR)

与一维核磁共振相比，T₂-T₁二维核磁实验对测量参数更加敏感。T₂-T₁二维核磁共振驰像谱主要目的就是通过二维形式表达T₂和T₁的耦合关系，T₂-T₁分布谱需要通过采集多组不同等待时间TW的CPMG回波串，回波信号的衰减受不同大小等待时间TW和时间t两个因素的影响，同时回波串的幅度与两个因素衰减成规律变化：

式中，b_is是第i回波在等待时间为T_WS的回波幅度；m是横向驰像时间T_2j的个数；p是纵向驰像时间T_1r的个数；c为与T₂-T₁采集模式有关的常系教，对于T₁维度的采集，使用胞和恢复法时，c=1；反转恢复法时，c=2；f_jr是关键横向驰豫时间为T_2j、纵向驰豫时间为T_1r时的氢核二维分布函数；将上式进行二维反演，求取f_jr，即可得到T₂-T₁二维分布。

主要仪器

1 MesoMR23-060H-I型岩芯核磁共振分析系统

图1 MesoMR23-060H-I型岩芯核磁共振分析系统

MesoMR23-060H-I型岩芯核磁共振分析系统是一款功能强大、高精度、高准确度、高灵敏度的分析仪器。它可以利用地层流体中的氢原子核在磁场中的性质特征，通过分析检测在磁场中岩石孔隙内的流体性质和流体与岩石多孔介质固体表面之间的相互作用，来获取孔隙内的流体体积等参数，从而计算出孔隙度、渗透率、可动流体饱和度、束缚流体饱和度等物性参数，用于地层评价和油藏评价。

仪器参数：

（1）磁体类型：永磁体；

（2）磁场强度：

0.3±0.03T/0.5+0.03T；

（3）仪器主频率：

12MHz/21.3MHZ；

（4）探头线圈直径：60mm。