玻璃珠堆积孔隙模型核磁共振成像与弛豫图谱测试实验

实验准备:两种不同尺寸规格的玻璃珠，小玻璃珠直径为um级，大玻璃珠直径为mm级；自来水；五水硫酸铜。实验仪器：岩心核磁共振成像分析仪，频率约22MHz，探头线圈直径15mm，实验温度控制在31.99-32.00℃；　　 孔隙度、渗透率测定运用核磁共振岩心分析测量软件；

　使用核磁共振成像软件，选全用自旋回波序列，完成T2加权像；

　　孔隙度测定由于大小两类玻璃珠形成的孔隙大小不同，饱水后（孔隙完全被水充满）孔隙内水的弛豫时间差别较大，定标时分别用纯水做大玻璃珠定标线，用饱水后的小玻璃珠做小玻璃珠的定标线。定标数据如下：

　　在干燥玻璃珠内不断滴入水，直至饱水。取滴水过程的三个时间点（暂态）做孔隙度测定，饱和度=（暂态孔隙度/饱水孔隙度）＊（暂态总体积/饱水总体积）。渗透率计算按SDR模型，设模型参数a=1。测试结果如下：

饱和度计算是在孔隙度的基础之上的，所以其准确度与孔隙度的准确度密切相关。渗透率随着水量增加而增加，且在同级别饱和度下，大玻璃珠内渗透率大于小玻璃珠。核磁共振成像小玻璃珠成像

左：饱水时，饱和度=100%；右：饱和度=14.31%
　　左图的图像上方较亮部分为水溶液，下方偏暗色区域为饱水的小玻璃珠。右图的图像中为非饱水样品。由图像可知在样品内部水分分布并不均匀。大玻璃珠成像

　左、右为同一只样品。得到左侧图像后将样品搅动后再采集右侧图像，以观察变化。

当孔隙内的液体为水且磁场梯度近似为零时，多孔介质体系中T2只与孔隙结构有关，在已知T2分布的情况下，即可根据设定模型求出孔隙分布情况。

　　左：大玻璃珠孔隙分布，饱和度分别为1：32.35%；2：71.13%，3：94.08%；4：100%。右：小玻璃珠孔隙分布，饱和度分别为1：19.25%；2：40.57%，3：60.26%；4：100%。图中横坐标为T2，纵坐标为信号强度。对于同一幅T2分布图，各个峰面积比总面积代表对应孔隙所占比例。
　　大、小玻璃珠随着饱和度的升高，信号强度逐渐增强，各个峰之间的比例关系较为固定，说明孔隙分布受饱和度影响较小。

　　目前，核磁共振已经成为石油勘探的有力工具，它能够准确的分析岩心孔隙结构，提供孔隙度、孔隙分布、渗透率、束缚流体饱和度、自由流体饱和度等较为全面的孔隙结构相关信息。其次，核磁共振也是目前能够准确分析孔隙内流体性质和状态的有力工具，与常规的中子、密度和声波测量方法相比，核磁共振方法可以提供以下三种常规方法无法得到的岩层信息：（1） 关于孔隙中流体数量的信息；
　　（2） 关于流体特性的信息；
　　（3） 关于含流体孔隙尺寸的信息。
　　低场核磁研究的内容主要是物质的弛豫特性，即物质核磁信号的衰减快慢。通常，我们用弛豫时间来表示物质弛豫的快慢，弛豫时间越短，物质核磁信号衰减的越快。

　　岩心是较为典型的多孔介质，在岩心内往往会发生以下三种弛豫现象：
　　1、体弛豫
　　体弛豫(bulk relaxation)，是指多孔介质孔隙内液体固有的弛豫机制，这与大多数液体体系的弛豫机制相同，其弛豫的快慢由液体的物理属性（如粘度、物质结构等）决定，其与孔隙本身无关，通常发生在孔隙尺寸在50nm以上的大孔隙或岩心裂缝处。
　　2、表面弛豫
　　表面弛豫(surface relaxation)，是与多孔介质孔隙大小相关的弛豫机制，该弛豫发生在液体与固体的接触面，其弛豫的快慢由孔隙大小来决定，孔隙越小，弛豫的速度越快，通常发生在尺寸在2nm‐50nm之间的孔隙内部。
　　3、扩散弛豫
　　，　扩散弛豫(diffusion relaxation)，是受孔隙内液体本身自扩散影响的弛豫机制，扩散只会影响体系的横向弛豫时间而不会影响体系的纵向弛豫，因此，只存在横向扩散弛豫。