作者简介 ： 高瑞民 ， １９６４ 年生 ， 高级工程师 ； １９８７ 年毕业于大庆石油学院采油工程专业 ， 现任中国石化西北分公司工程技术研究院总工程师 ， 长期从事采油工程技术与油田化学技术研究 ， 中科院博士研究生 ， 主攻流体力学 地址 ： （８００００１）新疆乌鲁木齐中石化西北分公司工程技术研究院 ： （０９９１）３８５０８１２ E‐mail ： zyytgrm＠ １２６ ． com核磁共振测试天然气藏可动气体饱和度高 瑞 民（中石化西北分公司采油工程研究院）高瑞民 ． 核磁共振测试天然气藏可动气体饱和度 ． 天然气工业 ， ２００６ ， ２６（６） ： ３３‐３５ ．摘 要 评价油气田开发潜力的一个重要的指标是可采储量 为此 ， 对苏里格气田岩心借助可动油饱和度测试方法 ， 对天然气藏可动气体饱和度测试方法进行了探讨 ， 提出了利用甲烷和丙烷的混合物办法 ， 解决了因天然气中氢含量低于油水等液体 ， 测试的噪音很大 ， 信噪比严重降低的问题 然后 ， 针对气藏开发中的可动气体饱和度影响因素（含水 、 组分 、 地层压力）进行了系统的分析研究 ， 为今后寻找有效的气藏开发方法和气藏勘探目标提供了依据 。
主题词 核磁共振 天然气 可动气体 饱和度 组分评价油气田开发潜力的一个重要的指标是考察 可采储量 ， 在实验室内多数采用核磁共振测试技术 ， 测试的主要结果是可动流体饱和度［１‐４］ 由于对于 油田来说 ， 测试可动油饱和度的方法已经成熟 ， 根据 测试原理 ， 对于气田来说由于气体组分中的氢质子 含量远远低于油水等液态流体的含量 ， 因此测试的 噪音很大 ， 信噪比严重降低 ， 为此首先需要进行测试 方法的研究［５］一 、 测试原理一般用快扩散表面弛豫模型来描述岩石流体系 统的核自旋弛豫 岩石中流体的 T２弛豫要复杂得 多 ， 除受表面顺磁离子的加强 （加强方式同 T１弛 豫） ， 还由于岩石颗粒与流体的磁导率不同导致系统 内部磁场不均匀性及分子扩散造成 T２弛豫的进一 步加强 ， 这时 T２可表示为 ：１ T２＝ρ２S V＋γ２G２Dτ２／３（１）式中 ： D 为扩散系数 ，G 为内磁场梯度 ，τ为回波间 隔 ；γ为旋磁比 ，S／V 为孔隙比表面 ，ρ２为横向表面 弛豫强度 从式中可看出 ， 当外场不很强（对应于磁场梯度 G 不很大） ， 且τ足够短时 ，后一项的贡献可忽略不 计 ， 此时 ：１ T２＝ρ２S V（２）可看出弛豫时间分布也反映了岩石介质内比表 面的分布 。
研究结果表明在磁场强度小于 １１７５ Gauss ， 回波时间小于 ２ ms 时 ， 式（２）均成立 岩石多孔介质是由不同大小孔道组成的 ， 存在多种 指数衰减过程 ， 总的弛豫为这些弛豫的叠加（图１） ：S（t） ＝∑Aiexp（－ t／T２i）（３）式中 ：T２i 为第 i 类孔隙的 T２弛豫时间 ，Ai 为弛豫 时间 T２i 组分所占的比例 ， 对应于岩石内在的比表 面 S／V 或孔隙半径的分布比例 图 １ 核磁共振信号与岩石物性的关系在实际岩心分析中 ， 获取的是 T２衰减叠加曲线 ， 由式（３）可知 ， 采用反演技术 ， 可以计算出不同大 小孔隙中的流体所占的份额 ， 即所谓的弛豫时间谱 横坐标表示弛豫时间 ， 纵坐标表示岩心不同弛豫时 间组分占有的份额 ， 较大孔隙对应弛豫时间较长 ， 较·１·第 ２６ 卷第 ６ 期 天 然 气 工 业 地 质 与 勘 探小孔隙对应弛豫时间较短 ， 也就是说弛豫时间谱在 油层物理上的含义为岩心中不同大小的孔隙占总孔 隙的比例 ， 因此完全饱和的岩心孔隙中流体多少反 映了饱和度分布的特征 。
二 、 测试方法１ ． 不同流体核磁共振信号首先将分别真空 １００％ 饱和水 、甲烷 、 丙烷等天 然气的岩心测试结果进行了对比实验 ， 测试结果见 图 ２ 可以看出气体的组分中质子含量明显低于水 中的质子含量 ， 测试的精度将大大地受到影响 ， 甲烷 信号数值最小 ， 甲烷的信号几乎都在 １００ 以内 ， 这样 测试的结果的可信度明显下降 图 ２ 不同物质的 T２谱图为了能够准确地测试岩心中的可动气体饱和 度 ， 由于丙烷更加接近液态 ， 将天然气的组分选取甲 烷和丙烷 ， 按照不同的比值进行了配制 ， 两种组分合 并在一起组成了不同的天然气 实验数据表明核磁 信号明显增加 ， 甚至最大值接近水的信号（２０２） 这 样按照类似的测试步骤 ， 就可以得到岩心中可动饱 和度甲烷和丙烷混合气体饱和度的数值 ２ ． 束缚水对测试信号的影响对比了岩心中含水和不含水时的测试核磁信 号 ， 测试结果见图 ３ 束缚水的存在将极大地影响到 信号的幅度 ， 测试结果表明含束缚水条件下的信号 幅度明显高于不含束缚水 ， 这是由于水中的质子密图 ３ 束缚水对测试信号的影响度高于气体的原因 ， 因此必须消除束缚水影响 。
三 、 测试结果与分析１ ． 不同天然气组分可动气体饱和度测试按照设计 ， 测试了不同的甲烷和丙烷混和比例 下（０ ～ １００％ ）的核磁共振 T２谱 ， 在此基础上计算了 可动气体饱和度 测试结果见表 １ 和图 ４ 表 １ 不同丙烷含量下的可动气体饱和度差异甲体积含量（％ ）含束缚水不含束缚水１００眄６８y． ０６７７ ． ５０ ８０种６７y． ３４７６ ． １８７０种６６y． ７５７３ ． ８３４０种６６y． ０５７３ ． ５７３０种６５y． ５７７３ ． ４９ ２０种６５y． ４８７２ ． ９３１０种６３y． ７８７２ ． ０３ ０靠６４y． ２９７２ ． ０１图 ４ 不同甲烷含量可动气体饱和度变化随甲烷含量增加可动气体饱和度增加 ， 因此开发甲烷含量高（气藏的干度）气藏效果会好于甲烷含量低的气藏 ， 也就是说向气藏中注入一定量的轻质组分 ， 将有助于改善气藏开发的效果 ， 提高气藏的动用程度 同时测试结果表明 ， 气藏中是否含水将极大地影响可动气体饱和度 ， 同一块岩心测试结果表明岩心中含有一定数量的束缚水将降低 １０％ 左右的可动气体饱和度 ， 因此含水气藏的开发难度高于纯气藏的开发 ， 其采收率也有所降低 。
２ ． 地层压力对气藏可动气体饱和度影响实验测试测试过程中首先将模型分为含水和不含水进行平行实验 ， 用 ４０％ 甲烷 ＋ ６０％ 丙烷混和气体饱和模型 ， 模型由于要考虑承压作用 ， 采用了圆柱填砂模型进行实验 束缚水是用甲烷气体进行驱替后得到·２·地 质 与 勘 探 天 然 气 工 业 ２００６ 年 ６ 月的 将模型用混合气体再驱替甲烷气体 ， 最后得到含不同压力的混合气体的实验模型 ， 测试不同压力下的可动气体饱和度 测试的方法和过程完全相同 ， 测试结果见图 ５和表 ２ 根据以上的测试结果我们可以看出 ： 无论模型中是否含水 ， 随地层压力的增加 ， 可动气体饱和度增加 同时含水将极大地降低可动气体饱和度 图 ５ 不同地层压力下动气体饱和度对比表 ２ 不同地层压力下可动气体饱和度对比压力（MPa）可动气体饱和度（％ ） 不含束缚水含束缚水１０蜒８５ ． ５１６２ⅱ． ９５ ７寣． ５８５ ． ６５／５寣． ５９０ ． ４１６５ⅱ． ４３ ２寣． ２９１ ． ５５７２ⅱ． ３７ ０寣． ５９２ ． ９２７３ⅱ． ９４四 、 结 论（１）气层含水将降低可动气体饱和度 ， 由于气藏 中含水将对气藏开发产生不利的影响 ， 因此对存在 含水层的天然气气藏的开发要注意排水 ， 防治由于 气层中产水降低气体的采收率和产量 。
２）气藏组分越轻 ， 可动气体饱和度越高 ， 要得 到较高的采出程度和开发效果 ， 有必要注入一定量 的轻质气体如甲烷 、 氦气 、 氮气等 这也正是改善气 藏渗流条件的主要方面 ３）地层压力越高 ， 可动气体饱和度越低 ， 采用 较高的生产压差进行生产 ， 这样会获得较高的采收 率和采气速度 参 考 文 献［１］ 岳文正 ， 陶果 ， 赵克超 ． 用核磁共振及岩石物理实验求地 层束缚水饱和度及平均孔隙半径［J］ ． 测井技术 ， ２００２ （１） ： ４０‐４６ ． ［２］ 运华云 ， 等 ． 利用 T２分布进行岩石孔隙结构研究［J］ ． 测 井技术 ， ２００２（１） ： ５３‐５６ ． ［３］ 一种计算气藏动态储量的新方法［J］ ． 试采技术 ， １９９６ ， １７ （２） ： ２０‐２１ ． ［４］ 肖立志 ． 核磁共振测井对油气资源评价的贡献［J］ ． 原江 汉石油学院学报 ， １９９８ ， ２０（４） ： ２９‐３４ ． ［５］ 王为民 ， 郭和坤 ， 叶朝辉 ． 低磁场条件下天然气核磁共振 特性的实验研究［J］ ． 波谱学 ， ２００１（３） ： ３０‐３６ ．（收稿日期 ２００５‐０９‐１９ 编辑 黄君权）·３·第 ２６ 卷第 ６ 期 天 然 气 工 业 地 质 与 勘 探。