CN105241912B - 低场核磁共振测量页岩有机质含量的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种低场核磁共振测量页岩有机质含量的方法及装置，其中，方法包括：采用CPMG脉冲序列对页岩样品进行低场核磁共振测量，获得样品CPMG回波强度曲线；采用固体回波脉冲序列对页岩样品进行低场核磁共振测量，获得样品固体回波强度曲线；对样品CPMG回波强度曲线与样品固体回波强度曲线进行比对分析，获得比对后的样品回波强度差值数据；根据样品回波强度差值数据，在页岩标样定标信息中查找，获得与样品回波强度差值数据对应的页岩样品的有机质含量。实现了利用低场核磁共振的非侵入技术获得页岩的有机质含量，实现了快速、准确、试验周期短、不破坏页岩样品、不消耗化学试剂、保护环境、操作简单的页岩有机质含量的检测。

Description

低场核磁共振测量页岩有机质含量的方法及装置

技术领域

本发明涉及页岩有机质含量测量技术，尤其涉及一种低场核磁共振测量页岩有机质含量的方法及装置。

背景技术

自科学家发现核磁共振现象以来，其在物理学、化学、生物学以及医学等领域已经成为一种非常有用的分析测试工具。

目前，科学家们正在研究如何将核磁共振测试技术应用于石油工业的井内各种物质的含量测定中。例如针对化学组成结构复杂的页岩储层岩心，其和传统储集层岩心不同,页岩储层岩心通常富含有机质，如干酪根和沥青。并且页岩中的弛豫由流体和有机质之间的同核偶极耦合引起。目前，现有技术中对于页岩储层岩心的有机质含量的测量通常采用化学分析方法测定，该方法通过燃烧页岩，并结合化学试剂，对燃烧后的页岩的碳含量进行检测，得到页岩中的有机质含量。通常检测时间长，且需要消耗大量化学试剂，造成环境污染，同时也破坏了页岩样品材料。

发明内容

本发明为了解决现有技术中通过侵入式化学试验方式获得页岩中有机质含量的各种问题，提供一种低场核磁共振测量页岩有机质含量的方法及装置。

本发明提供一种低场核磁共振测量页岩有机质含量的方法，包括：

采用CPMG脉冲序列对页岩样品进行低场核磁共振测量，获得所述页岩样品的样品CPMG回波强度曲线；

采用固体回波脉冲序列对所述页岩样品进行低场核磁共振测量，获得所述页岩样品的样品固体回波强度曲线；

对所述样品CPMG回波强度曲线与所述样品固体回波强度曲线进行比对分析，获得比对后的样品回波强度差值数据；

根据所述样品回波强度差值数据，在页岩标样定标信息中查找，获得与所述样品回波强度差值数据对应的所述页岩样品的有机质含量。

本发明还提供一种低场核磁共振测量页岩有机质含量的装置，包括：

回波强度获取模块，用于采用CPMG脉冲序列对页岩样品进行低场核磁共振测量，获得所述页岩样品的样品CPMG回波强度曲线；采用固体回波脉冲序列对所述页岩样品进行低场核磁共振测量，获得所述页岩样品的样品固体回波强度曲线；

分析模块，用于对所述样品CPMG回波强度曲线与所述样品固体回波强度曲线进行比对分析，获得比对后的样品回波强度差值数据；

含量确定模块，用于根据所述样品回波强度差值数据，在页岩标样定标信息中查找，获得与所述样品回波强度差值数据对应的所述页岩样品的有机质含量。

本发明提供的低场核磁共振测量页岩有机质含量的方法及装置，通过分别采用CPMG脉冲序列、固体回波脉冲序列对页岩样品进行低场核磁共振测量，获得该页岩样品的样品CPMG回波强度曲线、样品固体回波强度曲线；再通过对两种回波强度曲线进行比对分析，获得回波强度差值数据；在页岩标样定标信息中查找，确定与该回波强度差值数据对应的有机质含量。从而实现了利用低场核磁共振的非侵入技术获得页岩的有机质含量，实现了快速、准确、试验周期短、不破坏页岩样品、不消耗化学试剂、保护环境、操作简单的页岩有机质含量的检测。

附图说明

图1为本发明低场核磁共振测量页岩有机质含量的方法的实施例一的流程图；

图2A为本发明低场核磁共振测量页岩有机质含量的方法的实施例二的流程图；

图2B为本发明低场核磁共振测量页岩有机质含量的方法的CPMG脉冲序列示意图；

图2C为本发明低场核磁共振测量页岩有机质含量的方法的固体回波脉冲序列示意图；

图2D为本发明低场核磁共振测量页岩有机质含量的方法的CPMG回波强度曲线与固体回波强度曲线的衰减对比图；

图3为本发明低场核磁共振测量页岩有机质含量的方法的页岩标样定标信息的确定过程流程图；

图4为本发明低场核磁共振测量页岩有机质含量的方法的页岩有机质含量与回波强度差值关系图；

图5为本发明低场核磁共振测量页岩有机质含量的装置的实施例一的结构示意图；

图6为本发明低场核磁共振测量页岩有机质含量的装置的实施例二的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。需要说明的是，在附图或说明书中，相似或相同的元件皆使用相同的附图标记。

图1为本发明低场核磁共振测量页岩有机质含量的方法的实施例一的流程图，如图1所示，本实施例的方法包括：

步骤101、采用CPMG脉冲序列对页岩样品进行低场核磁共振测量，获得所述页岩样品的样品CPMG回波强度曲线。

步骤102、采用固体回波脉冲序列对页岩样品进行低场核磁共振测量，获得页岩样品的样品固体回波强度曲线。

步骤103、对样品CPMG回波强度曲线与样品固体回波强度曲线进行比对分析，获得比对后的样品回波强度差值数据。

步骤104、根据样品回波强度差值数据，在页岩标样定标信息中查找，获得与样品回波强度差值数据对应的页岩样品的有机质含量。

其中，步骤101和步骤102不存在必然的时序关系，可以由本领域技术人员自行确定测量次序。

本实施例的低场核磁共振测量页岩有机质含量的方法，通过分别采用CPMG脉冲序列、固体回波脉冲序列对页岩样品进行低场核磁共振测量，获得该页岩样品的样品CPMG回波强度曲线、样品固体回波强度曲线；再通过对两种回波强度曲线进行比对分析，获得回波强度差值数据；在页岩标样定标信息中查找，确定与该回波强度差值数据对应的有机质含量。从而实现了利用低场核磁共振的非侵入技术获得页岩的有机质含量，实现了快速、准确、试验周期短、不破坏页岩样品、不消耗化学试剂、保护环境、操作简单的页岩有机质含量的检测。

图2A为本发明低场核磁共振测量页岩有机质含量的方法的实施例二的流程图，如图2A所示，本实施例的方法包括：

步骤201、采用CPMG脉冲序列对页岩样品进行低场核磁共振测量，获得页岩样品的样品CPMG回波强度曲线。

步骤202、采用固体回波脉冲序列对页岩样品进行低场核磁共振测量，获得页岩样品的样品固体回波强度曲线。

具体的，低场核磁共振是一种非侵入性技术，石油工业领域常用来评估储集层岩心。例如用核磁共振技术提供岩心的孔隙度、孔隙大小分布等信息，在某些情况下还包括流体类型和饱和度等。目前新型的核磁共振仪器可以用于测量岩心中高粘度孔隙流体，甚至对储层岩心中的有机质。低场核磁共振方法作为岩心分析和石油勘测的重要技术手段，主要研究岩心的孔径分布、渗透性、浸润性等含油岩心的物理性质以及观测、分析流体分子的动态行为，为提高油气采收率、优化采油过程提供理论依据和实践可能。弛豫时间作为低场核磁共振的重要观测参数，包含了丰富的孔隙信息，不仅包含了孔隙流体本身的弛豫性质，还提供孔隙表面信息和流体自扩散等信息.通过对弛豫时间的分析能直接确定孔隙介质的孔径分布、孔隙度、渗透率、饱和度、自由流体指数等等。

然而和传统储集层岩心不同,页岩储层岩心一般富含有机质如干酪根和沥青。干酪根和沥青的区别是后者可被有机溶剂溶解而前者不可以。微量的沥青可能出现在不成熟的烃源岩中。而大多数沥青是干酪根生成烃类时的中间产物。研究人员发现页岩中的弛豫可能由流体和有机质之间的同核偶极耦合引起的，同时页岩中存在异核偶极耦合。同核偶极耦合，流体和顺磁性物质之间的相互作用都会提高纵向驰豫时间T₁和横向弛豫时间T₂的弛豫速率。

将固体回波技术应用于同时含有同核和异核偶极耦合的页岩样品，可以重聚这两种耦合(同核偶极耦合、异核偶极耦合)产生的回波。同时，采用CPMG测量技术重聚页岩中存在异核偶极耦合。

具体通过采用CPMG脉冲序列对页岩样品进行低场核磁共振测量，获得该页岩样品的样品CPMG回波强度曲线。CPMG脉冲序列如图2B所示。采用固体回波脉冲序列对页岩样品进行低场核磁共振测量，获得页岩样品的样品固体回波强度曲线。固体回波脉冲序列如图2C所示。

步骤203、获取样品CPMG回波强度曲线中的CPMG首回波强度值A；获取样品固体回波强度曲线中的固体回波首回波强度值B。

具体的，如图2D所示，CPMG回波强度曲线与固体回波强度曲线的衰减对比图，首回波为回波强度曲线中的第一个回波信号，分别读取样品CPMG回波强度曲线中的CPMG首回波强度值A，以及样品固体回波强度曲线中的固体回波首回波强度值B。

步骤204、计算样品固体回波强度曲线中的固体回波首回波强度值B与样品CPMG回波强度曲线中的CPMG首回波强度值A的差值C，C＝B－A；计算差值C与固体回波的首回波强度值B的比值R，R＝C/B；得到样品回波强度差值数据R。

步骤205、根据样品回波强度差值数据R，在页岩标样定标信息中查找，获得与样品回波强度差值数据对应的页岩样品的有机质含量。

具体的，页岩标样定标信息的确定过程，如图3所示，具体包括：

步骤301、选定至少两个页岩标样，对每个页岩标样进行化学方法测定，获得每个页岩标样的有机质含量数据。

步骤302、采用CPMG脉冲序列对每个页岩标样进行低场核磁共振测量，获得每个页岩标样的标样CPMG回波强度曲线。

步骤303、采用固体回波脉冲序列对每个页岩标样进行低场核磁共振测量，获得每个页岩标样的标样固体回波强度曲线。

步骤304、将每个页岩标样的标样CPMG回波强度曲线与标样固体回波强度曲线进行比对分析，获得每个页岩标样的标样回波强度差值数据。

步骤305、将每个页岩标样的标样回波强度差值数据与页岩标样的有机质含量数据对应，形成页岩标样定标信息。

进一步地，步骤304包括：

第一步、获取标样CPMG回波强度曲线中的CPMG首回波强度值A＇；获取标样固体回波强度曲线中的固体回波首回波强度值B’。

第二步、计算B＇与A＇的差值C＇，C＇＝B＇－A＇；计算差值C＇与B＇的比值R＇，R＇＝C＇/B＇；得到标样回波强度差值数据R＇。

相应的，步骤305包括：

第一步、建立以回波强度差值为纵坐标，以有机质含量为横坐标的图表，将每个页岩标样的标样回波强度差值数据R＇与页岩标样的有机质含量数据对应后标记到图表中，形成针对各个页岩标样的离散数据点。

第二步、对离散数据点进行线性拟合，得到拟合后的线条，形成页岩标样定标信息。

具体的，如图4所示，各个离散数据点的横坐标对应各个页岩标样中的有机质含量值，各个离散数据点的纵坐标对应各个页岩标样的标样回波强度差值数据R＇值，对图4中的各个离散数据点进行线性拟合，例如，一次线性拟合得到拟合直线Y＝kX；k为该拟合后的线条的斜率；从而得到表征页岩回波强度差值与有机质含量关系的页岩标样定标信息。图4中的r平方代表离散数据点和趋势线(方程式)的拟合度，r平方的值例如图中的0.9048越接近1说明拟合度越好。

进一步地，在上述实施例的基础上，步骤205具体包括：根据样品回波强度差值数据R，在拟合后的线条上，查找与样品回波强度差值数据R的纵坐标值对应的页岩样品的有机质含量的横坐标值。

具体的，在对页岩样品进行CPMG脉冲序列和固体回波脉冲序列的低场核磁共振测量并分析出样品的两种回波强度差值数据R后，将该R带入该拟合后的线条中，得到该R值对应的X值，从而得到页岩样品的有机质含量。

本实施例的低场核磁共振测量页岩有机质含量的方法，通过分别采用CPMG脉冲序列、固体回波脉冲序列对页岩样品进行低场核磁共振测量，获得该页岩样品的样品CPMG回波强度曲线、样品固体回波强度曲线；再通过对两种回波强度曲线进行比对分析，获得回波强度差值数据；在页岩标样定标信息中查找，确定与该回波强度差值数据对应的有机质含量。从而实现了利用低场核磁共振的非侵入技术获得页岩的有机质含量，实现了快速、准确、试验周期短、不破坏页岩样品、不消耗化学试剂、保护环境、操作简单的页岩有机质含量的检测。

图5为本发明低场核磁共振测量页岩有机质含量的装置的实施例一的结构示意图，如图5所示，本实施例的装置包括：回波强度获取模块1，用于采用CPMG脉冲序列对页岩样品进行低场核磁共振测量，获得页岩样品的样品CPMG回波强度曲线；采用固体回波脉冲序列对页岩样品进行低场核磁共振测量，获得页岩样品的样品固体回波强度曲线。分析模块2，用于对样品CPMG回波强度曲线与样品固体回波强度曲线进行比对分析，获得比对后的样品回波强度差值数据。含量确定模块3，用于根据样品回波强度差值数据，在页岩标样定标信息中查找，获得与样品回波强度差值数据对应的页岩样品的有机质含量。

本实施例的装置可以用于执行图1所示方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。

图6为本发明低场核磁共振测量页岩有机质含量的装置的实施例二的结构示意图，在上述实施例的基础上，进一步地，该装置还包括：标样定标信息确定模块4，用于选定至少两个页岩标样，对每个页岩标样进行化学方法测定，获得每个页岩标样的有机质含量数据；采用CPMG脉冲序列对每个页岩标样进行低场核磁共振测量，获得每个页岩标样的标样CPMG回波强度曲线；采用固体回波脉冲序列对每个页岩标样进行低场核磁共振测量，获得每个页岩标样的标样固体回波强度曲线；将每个页岩标样的标样CPMG回波强度曲线与标样固体回波强度曲线进行比对分析，获得每个页岩标样的标样回波强度差值数据；将每个页岩标样的标样回波强度差值数据与页岩标样的有机质含量数据对应，形成页岩标样定标信息。进一步地，分析模块2，具体用于获取样品CPMG回波强度曲线中的CPMG首回波强度值A；获取样品固体回波强度曲线中的固体回波首回波强度值B；计算B与A的差值C，C＝B-A；计算差值C与固体回波的首回波强度值B的比值R，R＝C/B；得到样品回波强度差值数据R。进一步地，标样定标信息确定模块4，具体用于获取标样CPMG回波强度曲线中的CPMG首回波强度值A＇；获取标样固体回波强度曲线中的固体回波首回波强度值B’；计算B＇与A＇的差值C＇，C＇＝B＇－A＇；计算差值C＇与B＇的比值R＇，R＇＝C＇/B＇；得到标样回波强度差值数据R＇；建立以回波强度差值为纵坐标，以有机质含量为横坐标的图表，将每个页岩标样的标样回波强度差值数据R＇与页岩标样的有机质含量数据对应后标记到图表中，形成针对各个页岩标样的离散数据点，对离散数据点进行线性拟合，得到拟合后的线条，形成页岩标样定标信息。进一步地，含量确定模块3，具体用于根据样品回波强度差值数据，在拟合后的线条上，查找与样品回波强度差值数据的纵坐标值对应的页岩样品的有机质含量的横坐标值。

本实施例的装置可以用于执行上述方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种低场核磁共振测量页岩有机质含量的方法，其特征在于，包括：

采用CPMG脉冲序列对页岩样品进行低场核磁共振测量，获得所述页岩样品的样品CPMG回波强度曲线；

采用固体回波脉冲序列对所述页岩样品进行低场核磁共振测量，获得所述页岩样品的样品固体回波强度曲线；

对所述样品CPMG回波强度曲线与所述样品固体回波强度曲线进行比对分析，获得比对后的样品回波强度差值数据；

根据所述样品回波强度差值数据，在页岩标样定标信息中查找，获得与所述样品回波强度差值数据对应的所述页岩样品的有机质含量；

其中，所述对所述样品CPMG回波强度曲线与所述样品固体回波强度曲线进行比对分析，获得比对后的样品回波强度差值数据，包括：

获取所述样品CPMG回波强度曲线中的CPMG首回波强度值A；获取所述样品固体回波强度曲线中的固体回波首回波强度值B；

计算所述B与所述A的差值C，C＝B－A；计算所述差值C与所述B的比值R，R＝C/B；得到所述样品回波强度差值数据R。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：所述页岩标样定标信息的确定过程，具体包括：

选定至少两个页岩标样，对每个所述页岩标样进行化学方法测定，获得每个所述页岩标样的有机质含量数据；

采用CPMG脉冲序列对每个所述页岩标样进行低场核磁共振测量，获得每个所述页岩标样的标样CPMG回波强度曲线；

采用固体回波脉冲序列对每个所述页岩标样进行低场核磁共振测量，获得每个所述页岩标样的标样固体回波强度曲线；

将每个所述页岩标样的所述标样CPMG回波强度曲线与所述标样固体回波强度曲线进行比对分析，获得每个所述页岩标样的标样回波强度差值数据；

将每个所述页岩标样的所述标样回波强度差值数据与所述页岩标样的有机质含量数据对应，形成所述页岩标样定标信息。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将每个所述页岩标样的所述标样CPMG回波强度曲线与所述标样固体回波强度曲线进行比对分析，获得每个所述页岩标样的标样回波强度差值数据，包括：

获取所述标样CPMG回波强度曲线中的CPMG首回波强度值A＇；获取所述标样固体回波强度曲线中的固体回波首回波强度值B’；

计算所述B＇与所述A＇的差值C＇，C＇＝B＇－A＇；计算所述差值C＇与所述B＇的比值R＇，R＇＝C＇/B＇；得到所述标样回波强度差值数据R＇；

相应的，所述将每个所述页岩标样的所述标样回波强度差值数据与所述页岩标样的有机质含量数据对应，形成所述页岩标样定标信息，包括：

建立以回波强度差值为纵坐标，以有机质含量为横坐标的图表，将每个所述页岩标样的所述标样回波强度差值数据R＇与所述页岩标样的有机质含量数据对应后标记到所述图表中，形成针对各个所述页岩标样的离散数据点，对所述离散数据点进行线性拟合，得到拟合后的线条，形成所述页岩标样定标信息。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述样品回波强度差值数据，在页岩标样定标信息中查找，获得与所述样品回波强度差值数据对应的所述页岩样品的有机质含量，包括：

根据所述样品回波强度差值数据，在所述拟合后的线条上，查找与所述样品回波强度差值数据的纵坐标值对应的所述页岩样品的有机质含量的横坐标值。

5.一种低场核磁共振测量页岩有机质含量的装置，其特征在于，包括：

回波强度获取模块，用于采用CPMG脉冲序列对页岩样品进行低场核磁共振测量，获得所述页岩样品的样品CPMG回波强度曲线；采用固体回波脉冲序列对所述页岩样品进行低场核磁共振测量，获得所述页岩样品的样品固体回波强度曲线；

分析模块，用于对所述样品CPMG回波强度曲线与所述样品固体回波强度曲线进行比对分析，获得比对后的样品回波强度差值数据；含量确定模块，用于根据所述样品回波强度差值数据，在页岩标样定标信息中查找，获得与所述样品回波强度差值数据对应的所述页岩样品的有机质含量；

其中，所述分析模块，具体用于获取所述样品CPMG回波强度曲线中的CPMG首回波强度值A；获取所述样品固体回波强度曲线中的固体回波首回波强度值B；计算所述B与所述A的差值C，C＝B-A；计算所述差值C与所述B的比值R，R＝C/B；得到所述样品回波强度差值数据R。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，还包括：

标样定标信息确定模块，用于选定至少两个页岩标样，对每个所述页岩标样进行化学方法测定，获得每个所述页岩标样的有机质含量数据；采用CPMG脉冲序列对每个所述页岩标样进行低场核磁共振测量，获得每个所述页岩标样的标样CPMG回波强度曲线；采用固体回波脉冲序列对每个所述页岩标样进行低场核磁共振测量，获得每个所述页岩标样的标样固体回波强度曲线；将每个所述页岩标样的所述标样CPMG回波强度曲线与所述标样固体回波强度曲线进行比对分析，获得每个所述页岩标样的标样回波强度差值数据；将每个所述页岩标样的所述标样回波强度差值数据与所述页岩标样的有机质含量数据对应，形成所述页岩标样定标信息。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，

所述标样定标信息确定模块，具体用于获取所述标样CPMG回波强度曲线中的CPMG首回波强度值A＇；获取所述标样固体回波强度曲线中的固体回波首回波强度值B’；计算所述B＇与所述A＇的差值C＇，C＇＝B＇－A＇；计算所述差值C＇与所述B＇的比值R＇，R＇＝C＇/B＇；得到所述标样回波强度差值数据R＇；建立以回波强度差值为纵坐标，以有机质含量为横坐标的图表，将每个所述页岩标样的所述标样回波强度差值数据R＇与所述页岩标样的有机质含量数据对应后标记到所述图表中，形成针对各个所述页岩标样的离散数据点，对所述离散数据点进行线性拟合，得到拟合后的线条，形成所述页岩标样定标信息。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，

所述含量确定模块，具体用于根据所述样品回波强度差值数据，在所述拟合后的线条上，查找与所述样品回波强度差值数据的纵坐标值对应的所述页岩样品的有机质含量的横坐标值。