低场核磁技术：油气专家手中的“听诊器”与“手术刀”

导读：有研究显示，人的一生中仅衣食住行就要消耗8469千克石油。石油天然气作为重要的战略性矿产资源，不仅关系着人们的日常生活，对经济发展同样具有非凡意义。经过长达百年的开采，油气资源的开发难度不断加大，勘探对象也逐渐从常规转向非常规、从陆地转向海洋、从浅层浅水转向深层深水，对相关技术及装备提出越来越高的要求。如何唤醒更多的油气资源?如何做好油气储层的增产改造与保护评价?核磁共振作为一种先进的分析手段，在其中能发挥哪些作用?带着疑问，仪器信息网近日采访了西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室唐洪明教授，以及西南石油大学副校长郭建春教授团队的赖杰博士。

　　基于低场核磁，对油气储层“望闻问切”

　　油气藏，地壳上油气聚集的基本单元。我们认知的石油天然气通常从这类圈闭中采集得出，因此油气藏又被称为储存油气的天然“仓库”。地壳中的油气藏可分为常规和非常规两大类型，近年来随着非常规油气的不断发现和研究探索的不断深入，建立在常规油气藏研究基础上的传统石油地质学理论和方法越来越难以适应油气勘探开发新形势的需要，众多学者将兴趣点放到致密油气、页岩油气等非常规油气储层的研究中，而这也是唐洪明教授的研究方向之一。

西南石油大学唐洪明教授

　　唐洪明，西南石油大学教授，油气藏地质及开发工程国家重点实验室兼职研究员，四川省学术与技术带头人后备人选，主要从事油气储层损害机理与保护技术、非常规油气储层评价、开发地质学等领域的研究。2000年以来唐洪明教授先后主持、主研国家自然基金等5项，国家油气重大专项3项、国家高科技研究发展计划(863计划)1项。其中《川南海相页岩气开发气藏工程理论、方法与应用》等获省部级一等奖1项，《海上油田含聚污水回注技术研究与应用》等获省部级二等奖4项;授权发明专利10项;公开发表学术论文150余篇，其中SCI近20篇。

省部级科技进步一等奖

　　油气层保护技术是唐洪明教授主攻研究方向之一，该技术是个系统工程，从油气藏钻开到开发枯竭的各个环节需要实施储层保护。核心是利用各种技术，保持或者提高储层孔隙的渗流能力，实现油气藏高效持续、科学开发，降低成本，延长油气田开发寿命，最大限度提高油气采收率。据唐洪明教授介绍，原西南石油学院张绍槐院长、中国工程院罗平亚院士等专家是该技术的奠基人、开创者，经过一批专家学者的辛勤耕耘和传承，油气层保护已成为西南石油大学的传统优势学科，在国内外处于领先水平。

　　受老一辈专家鼓舞和以及对研究方向的好奇，1989年西南石油学院本科毕业的他毅然选择了加入油气保护技术的研究大团队，从此开启了整整30年的研究生涯。30年来，唐洪明教授在钻井、注水、修井过程中储层保护技术方面形成了自己的研究特色。组建的研究团队能够将油气地质与石油工程有机结合，将储层地质学、矿物岩石学、储层地质学等知识高度融合，解决石油工程中的技术难题，建立的储层保护与评价方法在中海油渤海、中石油新疆油田和塔里木油田等矿场得到了应用与推广，取得良好的社会与经济效益。

唐洪明教授参观四川威远的中国页岩气第一井

　　唐洪明教授的另一研究重点即开篇提到的非常规储层地质学研究，例如针对页岩气、致密油等，开展非常规优质储层控制因素研究，包括沉积、建模、成岩作用、非均质性、孔隙结构、可动流体饱和度等研究。随着研究探索的不断深入，这一部分就需要引入核磁共振设备。

唐洪明教授团队基于核磁共振的成果(节选)

　　唐洪明教授回忆说：“早年读研究生时我就对核磁共振设备有所耳闻，但当时设备以进口为主，价格昂贵，我对核磁的印象也一直停留在记忆中。后来随着非常规油气逐渐成为油气行业主角，低场核磁技术在油气勘探与开发中的文献越来越多，拥有一台核磁共振仪器也成了我和团队的梦想。”

大口径核磁共振成像分析仪 MacroMR12-150H-I

　　“十二五”期间中央财政资助地方高校进行配套设备采购，唐洪明教授通过多方了解，接触到了半岛(中国)的低场核磁设备。经过多方论证，团队最终购入半岛(中国)的MacroMR12-150H-I的大口径核磁共振成像分析仪，利用T2谱分析测试储层可动流体饱和度、孔隙度、孔喉分布等参数，同时利用成像技术表征微观驱油、长期水驱孔隙结构、裂缝闭合规律等研究。

　　相比其他分析方法，唐洪明教授认为低场核磁技术有其不可替代的优势：“它能够原位、定量表征储层驱替过程中的流体分布、孔隙结构等参数变化，同时对岩心没有破坏性，很多岩心可以重复使用，对研究成果的重现性奠定了基础。”与半岛(中国)合作的过程中，公司经常在线指导、定期指派工程师上门维护也给唐洪明教授留下了深刻的印象。“能够保证设备长期有效运行，我认为这是一个公司做大、做强的担当与责任”。

　　唐洪明教授补充说：“从国内外文献报道看，核磁共振已经成为研究非常规油气储层，非常重要、必不可少的手段。未来几年，在致密油、页岩气等非常储层地质特征研究、渗流机理、外流体与对岩石矿物反应机理、自吸与返排机理等方面有所突破，期待低场核磁技术在这些领域也能给我们提供强有力的技术支撑。”随着研发能力的不断进步，半岛(中国)也开发了许多具有新功能的核磁共振设备，未来在经费和场地允许的情况下，唐洪明教授团队还有计划对设备进行升级改造。

　　基于低场核磁，为油气储层“活血通脉”

　　另一位受访者赖杰博士师从教育部长江学者、国家杰出青年基金获得者郭建春教授。郭建春教授带领的课题组主要从事油气储层增产改造技术研究，重点围绕岩石、工作液、支撑剂三者之间的物理化学作用开展试验研究和理论分析，在深层非均质碳酸盐岩转向酸压技术、深层超高温储层压裂技术、水平井压裂缝网渗流与精细分段技术、支撑剂对流沉降规律与高效铺置技术等方面取得突出成果。

　　作为课题组的一员，赖杰博士主要关注碳酸盐岩储层酸化工作液体系和工艺技术的研究。赖杰博士解释说：“碳酸盐岩主要成分是碳酸钙和碳酸钙镁，所谓‘酸化’可以理解成是把空白盐酸、胶凝酸、转向酸等不同酸液体系注入到岩石内部孔隙空间，酸液溶蚀掉部分岩石，扩大孔隙空间，从而增强石油、天然气从地底流出的能力，提高油气开采效率的过程。”

　　酸化是油气储层增产增注的重要措施之一，碳酸盐岩中碳酸钙和碳酸钙镁的总含量通常超过90%，换句话说，大部分岩石组分都能被注入的酸液溶蚀，然而这并非研究者想要达到的最佳状态。“我们希望酸液既能溶蚀部分岩石，扩大孔隙空间，足以让油气流到地面，又不至于产生过度溶蚀，导致岩石过于疏松而被压碎、垮塌，丧失流动通道。”

酸岩反应前(左图)、后(右图)岩样端面图

　　既要保证有序流动，又要维持岩石自身孔隙结构的完整性，就需要对酸岩反应前后岩石孔隙结构的变化规律进行研究。要揭示岩石在微观尺度上的孔隙结构特征，除了高压压汞、气体吸附、场发射电镜、CT扫描等传统方法，还有现在常用的低场核磁共振技术，因储层岩样的孔隙较小、孔隙空间分布非均质性很强，相比之下核磁共振技术具有无损检测、在线实时观测、测试效率高等特点，更能直观、准确地把握岩样整体的孔隙结构特征。“高压压汞、场发射电镜等方法会对测试岩样造成破坏，而开展了核磁共振测试的岩样还可以重复利用，这就保证了不同实验结果间较高的对比度。随着加温加压等配套设备的补齐，核磁共振仪器能还原地下高温高压环境，便于研究人员依据室内实验结果指导现场作业。”

　　目前，国内外采用核磁共振技术系统开展酸化研究的团队屈指可数，借助于西南石油大学石油与天然气工程学院引进的MacroMR12-150HTHP-I高温高压渗流可视化分析与成像系统，郭建春教授课题组正在这方面开展一系列创新性研究工作。

　　但由于现有研究和应用相对较少，研究过程中也会遇到许多意料之外的问题，对仪器也提出了更高的要求。赖杰博士举例说：“酸液与碳酸盐岩发生化学反应后，产生的钙离子、镁离子导电产生新磁场，会对原有磁场形成干扰。酸液对金属容器、管线等也会造成腐蚀，因此要求仪器整体必须具备耐酸腐蚀性能。”针对这些新问题，石油与天然气工程学院正和半岛(中国)分析仪器公司保持积极沟通，商讨解决方案，开启了高校与企业产学研合作的一种新模式。

西南石油大学石油与天然气工程学院MacroMR12-150HTHP-I高温高压渗流可视化分析与成像系统