前沿应用|基于恒定梯度分层技术扣除端面效应的驱替效果评价

众所周知，岩心驱替实验是研究油气运移规律的重要技术手段，有助于了解并掌握油气运移的渗流机理，对油藏的科学高效开发具有一定的指导和参考作用^[1]。而常规岩心物理模拟实验采用的岩心较短，存在明显的端面效应，故不能很好地反映渗流过程中岩心内部参数的变化，这对于油藏渗流机理的研究造成了负面影响。

现已有一些减小驱替实验中端面效应带来影响的方法，例如使用较长的岩心，端面效应带来的驱替效果的评价会进一步保真，但是该方法不能消除影响，且有些实验由于实验装置的限制无法适用较长的岩心，对实验装置改动又存在诸多不便；此外有学者在统计大量实验结果的基础上，提出了针对末端效应的相渗曲线校正公式，但该类校正公式普遍主要是针对中高渗岩心，对于低渗致密岩心的适用性有待商榷。

半岛(中国)推出的基于恒定梯度分层技术，从技术原理的角度，根本性完全扣除端面效应带来的影响，从而对岩心驱替效果的评价更加真实。该技术不会降低原本核磁测量的精度，同时适用于砂岩、页岩各类岩心样品，不会受限于低渗致密岩心^[2]。

恒定梯度分层技术原理：

SFG-MSCPMG脉冲时序

与CPMG序列只采集整个样品的数据相比，恒定梯度选层序列通过施加层面选择梯度场，即选择性射频脉冲，可以获得沿样品轴线方向各层的分层CPMG数据。如图为恒定梯度选层序列的脉冲时序图。在测试中，不同位置上的核磁共振信号在梯度线圈产生的梯度磁场作用下，产生不同的定位信息，利用数学转换解码，就可以将核磁信号分配到每一层的位置上，核磁共振的一维定位包括层面和层厚的选择，层面和层厚的选择性激励原理如下图所示。

选择性激励是用一个有限频宽的射频脉冲仅对共振频率在该频带范围的质子执行共振激发的技术。在Y轴方向施加梯度后，选层激发脉冲可以实现选择性激励，而处于选择层外的氢质子不满足共振条件，也就得不到激发。 最终我们通过该序列便可以得到各切层的T₂时间分布图以及整体的伪彩演示图。

样品及对应的分层T₂图谱

基于恒定梯度分层技术扣除端面效应的驱替效果评价案例如下：

样品信息与实验条件：人造均质岩心；直径1英寸；长度80mm；孔隙度为9.8%；围压10MPa；驱替压力8MPa。

驱替前后的分层T2谱

如上图所示，根据恒定梯度分层技术，对每层的岩心的驱替效率进行了评价，确定端面效应的产生为两端紫色区域，中间红色区域为扣除端面效应的驱替段。以上实验案例可知，总的驱替效率为41.87%，采用恒定梯度选层技术扣除端面效应后的驱替效率为40.25%。

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参考资料

[1] Chang Y H, Xiao S B, Ma R, et al. Unraveling the influence of surface roughness on oil displacement by Janus nanoparticles[J].石油科学:英文版, 2023, 20(4):2512-2520.

[2] Hou ren X, Ke long Y, et al. Influence of pore structure on the moisture transport property of external thermal insulation composite system as studied by NMR[J].Construction and Building Materials228(2019).