CN113418950A - 核磁共振在线驱替流体饱和度测量装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种核磁共振在线驱替流体饱和度测量装置及方法，该方法包括：测量在线驱替***的死体积充注为驱替相流体以及待测岩心为饱和核磁检测相流体下的核磁共振T2谱，以生成标定T2谱；测量所述待测岩心由饱和被驱替相流体转变为驱替相流体过程的核磁共振T2谱，以生成驱替过程T2谱；根据所述生成标定T2谱以及所述驱替过程T2谱实时生成所述在线驱替***流体饱和度。本发明提供的核磁共振在线驱替流体饱和度测量装置及方法，通过观察T2谱变化特征，以确定T2谱中饱和流体和死体积流体分界点，从而只对饱和流体信号进行统计，屏蔽死体积流体的影响，达到提高在线驱替过程中流体饱和度的测量精度的目的。

Description

核磁共振在线驱替流体饱和度测量装置及方法
技术领域
本发明涉及石油勘探开发领域，尤其是岩心参数测量技术，具体涉及一种核磁共振在线驱替流体饱和度测量装置及方法。
背景技术
流体饱和度指多孔介质中某种饱和流体体积占总孔隙体积的百分比。饱和度是进行油气资源量估算所涉及到的重要的参数，同时其还是影响油、气、水在岩石中渗流规律的重要因素。常规测量流体饱和度的方法包括蒸馏提取法、干馏抽提法和色谱法，利用这些方法测量饱和度时，必然会破坏流体在孔隙介质中的分布，因此这些常规方法不能在驱替过程中测量和监测流体饱和度。
核磁共振技术可以在不破坏多孔介质中流体分布的前提下对饱和对进行测量，即无损测量。文献《Testing oil saturation distribution in migration paths usingMRI》公开了一种利用核磁共振成像技术测量含油饱和度的技术，但受分辨率的限制，核磁共振成像只适用于测量渗透性极好的疏松多孔介质中流体饱和度。
利用核磁共振弛豫谱可以测量实际岩心中的流体饱和度，其基本思路是分别统计不同流体对应的累计核磁共振信号，结合氢指数校正，计算不同流体的饱和度。这种方法的难点在于核磁共振弛豫谱中，不同流体的核磁共振信号分布区域往往发生重叠。《利用核磁共振技术研究岩心含油饱和度恢复》一文提出通过将岩心侵泡在锰水中，锰离子扩散进入岩心后能够屏蔽水相信号，对比泡锰前后横向弛豫谱(T2)的变化确定流体饱和度，但是受润湿性的影响，岩石泡锰过程中会发生自发渗吸作用，并改变岩心中流体饱和度。
驱替或者充注的过程中在线测量流体饱和度同样受到了很多研究人员的关注。文献《Experimental investigation on oil migration and accumulation in tightsandstones》公开一种在驱替流程终端安装油水分离计量装置，通过计量分别计量注入岩心和排出岩心的油水体积，计算岩心的含油饱和度，但岩心夹持器堵头导流槽和流出管线中流体体积无法计量，称为“死体积”，这给流体饱和度测量带来不可避免的***误差，特别是在低渗和致密岩心中，由于岩心饱和流体量非常有限，这种误差被大幅放大，甚至可能会导致错误的认识。将核磁共振***和驱替***相结合，可以用核磁共振弛豫谱在线测量驱替过程中的流体饱和度。公开号为CN111220639A的专利申请、《基于核磁共振的气驱水时岩心含气饱和度测定方法及装置》和《基于核磁共振技术的致密砂岩气运移特征研究》文献中均提出利用核磁共振在线驱替***测量气驱水过程中流体饱和度；公开号为CN111878050A的专利申请公开了一种核磁在线致密油水驱开发提高采收率的方法。在上述核磁共振在线驱替***中，只考虑到对有效磁场内的流体进行核磁共振扫描，磁场外流出管线死体积的影响可以消除，但磁场内流出管线及夹持器堵头导流槽对应死体积依旧存在，仍会导致***误差。
综上所述，现有技术中亟需一种可以实时地、精准测量在线驱替***的流体饱和度的方法及装置。
发明内容
本发明的实施例提供的核磁共振在线驱替流体饱和度测量装置及方法，通过观察T2谱变化特征，以确定T2谱中饱和流体和死体积流体分界点，从而只对饱和流体信号进行统计，屏蔽死体积流体的影响，达到提高在线驱替过程中流体饱和度的测量精度的目的。
一方面，本发明实施例提供了一种核磁共振在线驱替流体饱和度测量装置，包括：
注入装置、中间容器、岩心夹持器以及核磁共振仪，其中：
所述注入装置与所述中间容器的一端通过第一管道连接，用于将流体注入所述中间容器内；
所述中间容器的另一端通过第二管道与所述岩心夹持器连接；用于向所述岩心夹持器中的岩心注入所述流体；
所述岩心夹持器处于核磁共振仪磁场的中央区域，用于监测待测岩心的核磁共振信号；核磁共振检测线圈内置于所述岩心夹持器中；
所述岩心夹持器包括：套筒、两个固定堵头、排液端移动堵头以及进液端移动堵头，其中：
所述两个固定堵头分别设置于所述套筒两端；
所述排液端移动堵头以及进液端移动堵头穿过固定堵头并顶在岩心两端，以在轴向上固定岩心；
所述排液端移动堵头设有排空管以及排液管；
所述进液端移动堵头设有排空管以及进液管；
所述进液管与中间容器通过所述第二管道连接。
一实施例中，核磁共振在线驱替流体饱和度测量装置还包括：环压泵，所述环压泵通过第三管道与所述岩心夹持器连接。
一实施例中，所述第二管道以及所述第三管道上分别设置有压力表，且所述第三管道上设置有阀门。
一实施例中，所述排液端排空管以及所述进液端排空管位于所述岩心夹持器外部的部分设置有阀门。
一实施例中，所述核磁共振仪的核磁共振检测线圈内置在所述岩心夹持器中。
另一方面，本发明实施例提供了一种核磁共振在线驱替流体饱和度测量方法，该方法包括：
测量在线驱替***的死体积充注为驱替相流体以及待测岩心为饱和核磁检测相流体下的核磁共振T2谱，以生成标定T2谱；
测量所述待测岩心由饱和被驱替相流体转变为驱替相流体过程的核磁共振T2谱，以生成驱替过程T2谱；
根据所述标定T2谱以及所述驱替过程T2谱实时生成所述在线驱替***流体饱和度，其中：
所述死体积为排液端排空管、排液端排液管、进液端排空管、进液端进液管与岩心夹持器堵头导流槽的空间之和；
所述核磁检测相流体为所述驱替相流体与所述被驱替相流体中，难以消除核磁共振影响的相流体。
一实施例中，所述测量在线驱替***的死体积充注为驱替相流体以及待测岩心为饱和核磁检测相流体下的核磁共振T2谱，以生成标定T2谱，包括：
将所述待测岩心饱和为所述核磁检测相流体，并装入岩心夹持器中；
通过环压泵以及第三管道上压力表将岩心夹持器施加为预设的围压；
分别打开进液端排空管以及排液端排空管上的阀门，将在线驱替***的死体积充注为所述驱替相流体；
关闭进液端排空管以及排液端排空管上的阀门；
对所述死体积中的驱替相流体以及所述待测岩心进行核磁共振扫描，以生成所述标定T2谱。
一实施例中，所述测量所述待测岩心由饱和被驱替相流体转变为驱替相流体过程的核磁共振T2谱，以生成驱替过程T2谱，包括：
将所述待测岩心饱和为被驱替相流体，并装入岩心夹持器中；
通过环压泵以及第三管道上压力表将岩心夹持器施加为预设的围压；
分别打开进液端排空管以及排液端排空管上的阀门，将在线驱替***的死体积充注为所述驱替相流体；
关闭进液端排空管以及排液端排空管上的阀门；
通过注入装置将中间容器中的驱替相流体注入至所述待测岩心中；
对所述待测岩心驱替过程进行核磁共振扫描，生成所述驱替过程T2谱。
一实施例中，所述根据所述标定T2谱以及所述驱替过程T2谱实时生成所述在线驱替***流体饱和度，包括：
根据所述驱替过程T2谱确定分界弛豫时间；所述分界弛豫时间为所述驱替过程T2谱中表征待测岩心中流体与表征死体积流体的时间分界点；
根据所述分界弛豫时间确定所述待测岩心驱替过程中的真实T2谱；
根据所述真实T2谱以及所述标定T2谱计算所述待测岩心驱替过程中的流体饱和度。
一实施例中，所述根据所述驱替过程T2谱确定分界弛豫时间包括：
根据所述驱替过程T2获得其长弛豫时间谱；
确定所述长弛豫时间谱增大与减小的交汇点；
根据所述交汇点对应的时间确定所述标定T2谱确定分界弛豫时间。
一实施例中，核磁共振在线驱替流体饱和度测量方法还包括：对所述在线驱替***流体饱和度进行校正，包括：
测量在线驱替***的死体积充注为驱替相流体以及待测岩心饱和为被驱替相流体下的核磁共振T2谱，以生成初始T2谱；
根据所述初始T2谱、所述标定T2谱以及所述驱替过程T2谱对所述在线驱替***流体饱和度进行校正。
一实施例中，所述测量在线驱替***的死体积充注为驱替相流体以及待测岩心均饱和为被驱替相流体下的核磁共振T2谱，以生成初始T2谱，包括：
将所述待测岩心饱和为被驱替相流体，并装入岩心夹持器中；
通过环压泵以及第三管道上压力表将岩心夹持器施加为预设的围压；
分别打开进液端排空管以及排液端排空管上的阀门，将在线驱替***的死体积充注为所述驱替相流体；
关闭进液端排空管以及排液端排空管上的阀门；
对所述死体积中的驱替相流体以及所述待测岩心进行核磁共振扫描，以生成所述初始T2谱。
第三，本发明实施例提供了一种核磁共振在线驱替流体饱和度测量***，该***包括：
标定T2谱生成单元，用于测量在线驱替***的死体积充注为驱替相流体以及待测岩心为饱和核磁检测相流体下的核磁共振T2谱，以生成标定T2谱；
驱替T2谱生成单元，用于测量所述待测岩心由饱和被驱替相流体转变为驱替相流体过程的核磁共振T2谱，以生成驱替过程T2谱；
饱和度生成单元，用于根据所述标定T2谱以及所述驱替过程T2谱实时生成所述在线驱替***流体饱和度，其中：
所述死体积为排液端排空管、排液端排液管、进液端排空管、进液端进液管与岩心夹持器堵头导流槽的空间之和；
所述核磁检测相流体为所述驱替相流体与所述被驱替相流体中，难以消除核磁共振影响的相流体。
一实施例中，所述标定T2谱生成单元包括：
第一岩心饱和模块，用于将所述待测岩心饱和为所述核磁检测相流体，并装入岩心夹持器中；
第一加压模块，用于通过环压泵以及第三管道上压力表将岩心夹持器施加为预设的围压；
第一死体积注入模块，用于分别打开进液端排空管以及排液端排空管上的阀门，将在线驱替***的死体积充注为所述驱替相流体；
第一阀门关闭模块，用于关闭进液端排空管以及排液端排空管上的阀门；
标定T2谱生成模块，用于对所述死体积中的驱替相流体以及所述待测岩心进行核磁共振扫描，以生成所述标定T2谱。
一实施例中，所述驱替T2谱生成单元包括：
第二岩心饱和模块，用于将所述待测岩心饱和为被驱替相流体，并装入岩心夹持器中；
第二加压模块，用于通过环压泵以及第三管道上压力表将岩心夹持器施加为预设的围压；
第二死体积注入模块，用于分别打开进液端排空管以及排液端排空管上的阀门，将在线驱替***的死体积充注为所述驱替相流体；
第二阀门关于模块，用于关闭进液端排空管以及排液端排空管上的阀门；
流体注入模块，用于通过注入装置将中间容器中的驱替相流体注入至所述待测岩心中；
驱替T2谱生成模块，用于对所述待测岩心驱替过程进行核磁共振扫描，生成所述驱替过程T2谱。
一实施例中，所述饱和度生成单元包括：
分界时间确定模块，用于根据所述驱替过程T2谱确定分界弛豫时间；所述分界弛豫时间为所述驱替过程T2谱中表征待测岩心中流体与表征死体积流体的时间分界点；
真实T2谱确定模块，用于根据所述分界弛豫时间确定所述待测岩心驱替过程中的真实T2谱；
饱和度计算模块，用于根据所述真实T2谱以及所述标定T2谱计算所述待测岩心驱替过程中的流体饱和度。
一实施例中，所述分界时间确定模块包括：
长弛豫获得模块，用于根据所述驱替过程T2获得其长弛豫时间谱；
交汇点确定模块，用于确定所述长弛豫时间谱增大与减小的交汇点；
分界时间确定模块，用于根据所述交汇点对应的时间确定所述标定T2谱确定分界弛豫时间。
一实施例中，核磁共振在线驱替流体饱和度测量装置还包括：饱和度校正单元，用于对所述在线驱替***流体饱和度进行校正，所述饱和度校正单元包括：
初始T2谱生成模块，用于测量在线驱替***的死体积充注为驱替相流体以及待测岩心饱和为被驱替相流体下的核磁共振T2谱，以生成初始T2谱；
饱和度校正模块，用于根据所述初始T2谱、所述标定T2谱以及所述驱替过程T2谱对所述在线驱替***流体饱和度进行校正。
一实施例中，所述初始T2谱生成模块包括：
第三岩心饱和模块，用于将所述待测岩心饱和为被驱替相流体，并装入岩心夹持器中；
第三加压模块，用于通过环压泵以及第三管道上压力表将岩心夹持器施加为预设的围压；
阀门打开模块，用于分别打开进液端排空管以及排液端排空管上的阀门，将在线驱替***的死体积充注为所述驱替相流体；
第三阀门关闭模块，用于关闭进液端排空管以及排液端排空管上的阀门；
初始T2谱生成子模块，用于对所述死体积中的驱替相流体以及所述待测岩心进行核磁共振扫描，以生成所述初始T2谱。
第四方面，本发明提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现核磁共振在线驱替流体饱和度测量方法的步骤。
第五方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现核磁共振在线驱替流体饱和度测量方法的步骤。
从上述描述可知，本发明实施例提供一种核磁共振在线驱替流体饱和度测量装置及方法，该方法包括：测量在线驱替***的死体积充注为驱替相流体以及待测岩心为饱和核磁检测相流体下的核磁共振T2谱，以生成标定T2谱；测量待测岩心由饱和被驱替相流体转变为驱替相流体过程的核磁共振T2谱，以生成驱替过程T2谱；根据生成标定T2谱以及驱替过程T2谱实时生成在线驱替***流体饱和度。具体地，本发明具有以下有益效果：
1)通过合理设计与选择，使得驱替过程中死体积流体对应T2谱出现增大和减小两种趋势，以两种趋势交汇点对应弛豫时间TD为分界线，T2<TD时，反应岩心饱和流体信号，T2>TD时，反应死体积流体信号，只对饱和流体信号进行统计计算流体饱和度，可以屏蔽消除死体积流体带来的***误差，提高饱和度测量精度，这对于致密及低渗岩心尤为重要。
2)在互不相溶两相流体驱替时，使得其中只有一相流体产生核磁共振信号，以该相流体为分析对象，通过标定测量流体饱和度，能有效解决不同相流体核磁共振信号重叠时信号区分给饱和度测量带来的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的实施例中的核磁共振在线驱替流体饱和度测量装置的结构示意图一；
图2为本发明的实施例中的核磁共振在线驱替流体饱和度测量装置的结构示意图二；
图3为本发明实施例中提供的核磁共振在线驱替流体饱和度测量方法的流程示意图一；
图4为本发明实施例中提供的核磁共振在线驱替流体饱和度测量方法中步骤100的流程示意图；
图5为本发明实施例中提供的核磁共振在线驱替流体饱和度测量方法中步骤200的流程示意图；
图6为本发明实施例中提供的核磁共振在线驱替流体饱和度测量方法中步骤300的流程示意图；
图7为本发明实施例中提供的核磁共振在线驱替流体饱和度测量方法中步骤301的流程示意图；
图8为本发明实施例中提供的核磁共振在线驱替流体饱和度测量方法的流程示意图二；
图9为本发明实施例中提供的核磁共振在线驱替流体饱和度测量方法中步骤400的流程示意图；
图10为本发明实施例中核磁共振T2谱与弛豫分界时间TD的示意图；
图11为本发明具体应用实例中核磁共振在线驱替装置排液端流体变化与信号增加趋势示意图一；
图12为本发明具体应用实例中核磁共振在线驱替装置排液端流体变化与信号增加趋势示意图二；
图13为本发明具体应用实例中核磁共振在线驱替装置排液端流体变化与信号增加趋势示意图三；
图14为本发明具体应用实例中核磁共振在线驱替装置排液端流体变化与信号增加趋势示意图四；
图15为本发明具体应用实例中核磁共振在线驱替装置排液端流体变化与信号增加趋势示意图五；
图16为本发明具体应用实例中核磁共振在线驱替装置排液端流体变化与信号增加趋势示意图六；
图17为本发明具体应用实例中核磁共振在线驱替流体饱和度测量方法的流程示意图。
图18为本发明具体应用实例中ZO4岩心确定TD分界值示意图；
图19为本发明具体应用实例中计算ZO4岩心充注过程中含油饱和度示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的实施例提供一种核磁共振在线驱替流体饱和度测量装置具体实施方式，参见图1，该装置具体包括如下部件：注入装置1-1、中间容器1-3、岩心夹持器1-6以及核磁共振仪，其中：注入装置1-1与中间容器1-3的一端通过第一管道连接，用于将流体注入中间容器1-3内；中间容器1-3的另一端通过第二管道与岩心夹持器1-6连接；用于向岩心夹持器1-6中的岩心注入流体；核磁共振仪靠近岩心夹持器1-6设置，用于监测待测岩心的核磁共振信号。优选地，核磁共振检测线圈内置于所述岩心夹持器1-6中。
接着，参见图2，岩心夹持器1-6包括：套筒2-1、两个堵头(移动堵头2-5以及进液端移动堵头2-12)、排液端排空管2-6、排液端排液管2-7、进液端排空管2-11、进液端进液管2-10，其中：两个堵头分别设置于套筒两端；排液端排空管2-6以及排液端排液管2-7穿过一堵头内部，与中间容器1-3通过第二管道1-11连接；进液端排空管2-11、进液端进液管2-10穿过另一堵头内部。
参见图1，一实施例中，核磁共振在线驱替流体饱和度测量装置还包括：环压泵1-10，环压泵1-10通过第三管道1-12与所述岩心夹持器1-6连接。
参见图1，一实施例中，所述第二管道1-11以及所述第三管道1-12上分别设置有压力表1-2以及1-9，且所述第三管道1-12上设置有阀门1-7。
参见图1，一实施例中，所述排液端排空管2-6以及所述进液端排空管2-11位于所述岩心夹持器1-6外部的部分设置有阀门1-8以及1-4。
参见图1以及图2，一实施例中，所述核磁共振仪的核磁共振检测线圈(射频线圈)2-3内置在所述岩心夹持器1-6中。可以理解的是，上述设置方式是为提高核磁共振测量信噪比，将射频线圈内置在岩心夹持器的围压腔里面；为避免围压腔里面流体产生的核磁共振信号影响测量效果，充注围压腔体所用的流体为无核磁共振信号的氟油。
从上述描述可知，本发明实施例提供一种核磁共振在线驱替流体饱和度测量装置，该装置包括：注入装置、中间容器、岩心夹持器以及核磁共振仪，其中：注入装置与中间容器的一端通过第一管道连接，用于将流体注入中间容器内；中间容器的另一端通过第二管道与岩心夹持器连接；用于向岩心夹持器中的岩心注入流体；核磁共振仪靠近岩心夹持器设置，用于监测待测岩心的核磁共振信号；岩心夹持器包括：套筒、两个堵头、排液端排空管、排液端排液管、进液端排空管、进液端进液管，其中：两个堵头分别设置于套筒两端；排液端排空管以及排液端排液管穿过一堵头内部，与中间容器通过第二管道连接；进液端排空管、进液端进液管穿过另一堵头内部。基于本发明实施例所提供的核磁共振在线驱替流体饱和度测量装置，本发明可以解决现有技术中，在线驱替***测量流体饱和度时不能有效避免死体积引起的***误差。
本发明的实施例提供一种核磁共振在线驱替流体饱和度测量方法的具体实施方式，参见图3，该方法具体包括如下内容：
步骤100：测量在线驱替***的死体积充注为驱替相流体以及待测岩心为饱和核磁检测相流体下的核磁共振T2谱，以生成标定T2谱。
步骤100中的死体积为排液端排空管、排液端排液管、进液端排空管、进液端进液管与岩心夹持器堵头导流槽的空间之和；核磁检测相流体为所述驱替相流体与所述被驱替相流体中，难以消除核磁共振影响的相流体。
具体地，首先选定驱替相流体、被驱替相流体以及核磁检测流体相，并将死体积充注为驱替相流体，以及将岩心饱和核磁检测相流体；测量上述情况下的待测岩心的核磁共振T2谱，即标定T2谱。
可以理解的是，在没有任何外场的情况下，待测岩心中的核磁矩是无规律地自由排列的。在有固定的均匀强磁场影响下，自旋***被极化，核磁矩重新排列取向，沿着磁场方向排列。同时，原子核还存在轨道动量矩，象陀螺一样环绕，该磁场的方向以频率进动，与磁场强度成正比。在极化后的磁场中，如果在垂直于磁场的方向再加一个交变磁场，其频率也为质子(氢核)的进动频率时，将会发生共振吸收现象，即处于低能态的核磁矩，通过吸收交变磁场提供的能量，跃迁至高能态，此现象称为核磁共振。
步骤200：测量所述待测岩心由饱和被驱替相流体转变为驱替相流体过程的核磁共振T2谱，以生成驱替过程T2谱。
类似于步骤100，首先选定驱替相流体、被驱替相流体以及核磁检测流体相，接着，测量上述情况下的待测岩心的核磁共振T2谱，即驱替过程T2谱。
步骤300：根据所述标定T2谱以及所述驱替过程T2谱实时生成所述在线驱替***流体饱和度。
核磁共振横向弛豫谱反馈两方面的信息，一个是信号的强度，与流体的量成正比，即
Figure BDA0003154067480000111
式中：M为观测核磁共振信号强度，M0为常数，与氢核数量成正比，Te为回波间隔，T2为横向弛豫时间，因此，信号强度和待测流体的量成正比；另一个信息是T2的长短，受表面弛豫的影响，孔径越大，T2谱中对应弛豫时间越长。
步骤300在实施时，用产生核磁共振信号的一相流体完全饱和岩心，装入驱替流程，在与驱替条件相似的情况下测量其核磁共振信号作为标定标准，将实际驱替过程中测得的核磁共振信号与该标定标准做对比，即可获得该相流体对应的饱和度：
Figure BDA0003154067480000112
对应的另一相不产生核磁共振流体信号流体的饱和度为：
Sj＝1-Si (3)
从上述描述可知，本发明实施例提供一种核磁共振在线驱替流体饱和度测量方法，利用岩心注气过程中其核磁共振信号的变化，来确定低渗岩心中气相排替液体时的临界充注压力，利用本发明中的方法及装置可以有效地、准确地测量气相临界充注压力，可以解决目前缺乏气相临界充注压力测量方法和手段的问题。综上，本发明可以快速的、高精度的测量气相临界充注压力，其测量结果和实际值相比误差很小。
一实施例中，参见图4，步骤100进一步包括：
步骤101：将所述待测岩心饱和为所述核磁检测相流体，并装入岩心夹持器中；
步骤102：通过环压泵以及第三管道上压力表将岩心夹持器施加为预设的围压；
步骤103：分别打开进液端排空管以及排液端排空管上的阀门，将在线驱替***的死体积充注为所述驱替相流体；
步骤104：关闭进液端排空管以及排液端排空管上的阀门；
步骤105：对所述死体积中的驱替相流体以及所述待测岩心进行核磁共振扫描，以生成所述标定T2谱。
在步骤101至步骤105中，将待测岩心烘干至重量不再发生变化后，饱和核磁检测流体相；将岩心装入岩心夹持器1-6，施加预定的围压，打开岩心夹持器注入端移动堵头排空阀1-4，将死体积充满驱替相流体，并关岩心夹持器注入端移动堵头排空阀1-4，打开岩心夹持器排液端移动堵头排空阀1-8，将死体积充满表1选定的流体相，并关岩心夹持器排液端移动堵头排空阀1-8；接着，对待测岩心、死体积流体进行核磁共振扫描，获得完全饱和产生核磁共振信号相流体的T2谱Lmax；即标定T2谱。
一实施例中，参见图5，步骤200进一步包括：
步骤201：将所述待测岩心饱和为被驱替相流体，并装入岩心夹持器中；
步骤202：通过环压泵以及第三管道上压力表将岩心夹持器施加为预设的围压；
步骤203：分别打开进液端排空管以及排液端排空管上的阀门，将在线驱替***的死体积充注为所述驱替相流体；
步骤204：关闭进液端排空管以及排液端排空管上的阀门；
步骤205：通过注入装置将中间容器中的驱替相流体注入至所述待测岩心中；
步骤206：对所述待测岩心驱替过程进行核磁共振扫描，生成所述驱替过程T2谱。
在步骤201至步骤206中，首先选定驱替相流体和被驱替相流体，接着将待测岩心饱和被驱替相流体；将待测岩心装入岩心夹持器1-6，施加预定的围压，打开岩心夹持器注入端移动堵头排空阀1-4，将死体积充满驱替相流体，并关岩心夹持器注入端移动堵头排空阀1-4，打开岩心夹持器排液端移动堵头排空阀1-8，将岩心夹持器排液端管线及死体积充满预先选定的流体相，并关岩心夹持器排液端移动堵头排空阀1-8；用注入泵1-10给将驱替相流体注入中间容器1-3中活塞的一侧，给活塞另一侧的驱替相流体增压，驱替相流体驱替岩心中饱和的被驱替相流体，持续进行核磁共振扫描，直到观测T2谱不在变化，获得系列驱替过程T2谱Ln，即驱替过程T2谱。
一实施例中，参见图6，步骤300进一步包括：
步骤301：根据所述驱替过程T2谱确定分界弛豫时间；所述分界弛豫时间为所述驱替过程T2谱中表征待测岩心中流体与表征死体积流体的时间分界点。
可以理解的是，事实上该分界点是根据驱替过程T2谱确定的。对同一块岩心，该分界点一旦确定，对于标定T2谱、初始状态T2谱和驱替过程T2谱都是适用的。
步骤302：根据所述分界弛豫时间确定所述待测岩心驱替过程中的真实T2谱；
步骤303：根据所述真实T2谱以及所述标定T2谱计算所述待测岩心驱替过程中的流体饱和度。
在步骤301至步骤303中，参见图7，观察获得T2谱中长弛豫时间趋于谱线变化特征，确定该区域信号幅度增大与减小的交汇点，该点对应弛豫时间TD为饱和流体和死体积流体分界点，弛豫时间小于TD的信号才是岩心饱和流体的核磁共振信号；然后根据公式(2)以及公式(3)实时计算待测岩心驱替过程中的流体饱和度。
一实施例中，参见图7，步骤301进一步包括：
步骤3011：根据所述驱替过程T2获得其长弛豫时间谱；
步骤3012：确定所述长弛豫时间谱增大与减小的交汇点；
步骤3013：根据所述交汇点对应的时间确定所述标定T2谱确定分界弛豫时间。
一实施例中，参见图8，核磁共振在线驱替流体饱和度测量方法还包括：
步骤400：测量在线驱替***的死体积充注为驱替相流体以及待测岩心饱和为被驱替相流体下的核磁共振T2谱，以生成初始T2谱；
步骤500：根据所述初始T2谱、所述标定T2谱以及所述驱替过程T2谱对所述在线驱替***流体饱和度进行校正。
在步骤400以及步骤500中，考虑到岩心夹持器注入端管线和死体积流体核磁共振信号及背景噪声的影响，对公式(2)进行修正，按下式计算不同时刻产生核磁共振信号的流体相对应饱和度：
Figure BDA0003154067480000141
不产生核磁共振信号流体相的饱和度为：
Sj(n)＝1-Si(n) (5)
一实施例中，参见图9，步骤400进一步包括：
步骤401：将所述待测岩心饱和为被驱替相流体，并装入岩心夹持器中；
步骤402：通过环压泵以及第三管道上压力表将岩心夹持器施加为预设的围压；
步骤403：分别打开进液端排空管以及排液端排空管上的阀门，将在线驱替***的死体积充注为所述驱替相流体；
步骤404：关闭进液端排空管以及排液端排空管上的阀门；
步骤405：对所述死体积中的驱替相流体以及所述待测岩心进行核磁共振扫描，以生成所述初始T2谱。
在上述步骤中，首先选定驱替相流体和被驱替相流体，接着将待测岩心饱和被驱替相流体；将待测岩心装入岩心夹持器1-6，施加预定的围压，打开岩心夹持器注入端移动堵头排空阀1-4，将死体积充满驱替相流体，并关岩心夹持器注入端移动堵头排空阀1-4，打开岩心夹持器排液端移动堵头排空阀1-8，将岩心夹持器排液端管线及死体积充满表1选定的流体相,并关岩心夹持器排液端移动堵头排空阀1-8；对待测岩心、注入端及和排液端管线及死体积流体进行核磁共振扫描，获得初始L0。
为进一步地说明本方案，本发明还提供一种核磁共振在线驱替流体饱和度测量方法的具体应用实例。
在本具体应用实例中，还包括一种核磁共振在线驱替流体饱和度测量装置，参见图1以及图2，该装置包括：
包括注入泵1-1，进液端压力表1-2，中间容器1-3，岩心夹持器1-6，岩心夹持器进液端排空阀1-4；岩心夹持器排液端排空阀1-8；围压表1-7，围压阀1-9，围压泵1-10。
岩心夹持器的结构包括套筒2-1，围压接口2-2，固定堵头2-4，移动堵头2-5，排液端移动堵头排空管2-6，排液端移动堵头排液管2-7，O形密封圈2-8，橡胶管2-9，进液端移动堵头进液管2-10，进液端移动堵头排空管2-11；进液端移动堵头2-12。为避免橡胶管产生核磁共振信号影响测量结果，橡胶管2-9采用高纯氟橡胶材质制作。岩心夹持器中，两端固定堵头2-4、套筒2-1和橡胶管2-9围城的腔体称为围压腔。
核磁共振测量子***包括磁体1-5，在两块磁体之间提供均匀静磁场，射频线圈2-3，其它核磁共振驱动和控制装置作为通用设备文中没有列出。
另外，为提高核磁共振测量信噪比，将射频线圈内置在岩心夹持器的围压腔里面；为避免围压腔里面流体产生的核磁共振信号影响测量效果，充注围压腔体所用的流体为无核磁共振信号的氟油。为保证岩心夹持器有足够的强度且不产生核磁共振信号干扰，制作岩心夹持器采用高纯无磁刚。
现有技术中，核磁共振在线驱替***测量流体饱和度时存在的两个主要问题：
1)不同流体核磁共振信号在T2谱上可能重叠；
2)死体积流体带来***误差。
对于互不相溶两相流体信号重叠的问题，通过适当的操作，可以使得第一相流体和第二相流体中只有一相流体产生核磁共振信号，特别地，在油水两相驱替时，选择重水、或者在水中加入二价锰离子(锰离子浓度>＝700mg/L,)，使得水相不产生核磁共振信号，只对油相进行核磁共振信号测量，从而避免两相流体核磁共振信号重叠的问题。对于死体积流体信号带来的***误差，考虑到岩心夹持器可动移动堵头导流槽和磁场内管线内径的尺寸明显大于岩石孔隙尺寸，因此死体积流体对应横向弛豫时间明显大于孔隙流体的弛豫时间，在T2谱上，存在分界弛豫时间TD(图10)，小于该值时，T2谱反应岩心饱和流体的信号；大于该值时，T2谱反应死体积流体信号，计算流体饱和度时，只需对弛豫时间小于TD那部分信号进行统计，即可消除死体积流体给饱和度测量带来的影响。
具体地，实验前，根据表1所列情景，预先在夹持器排液端移动堵头的死体积中充满所选流体相，可以在驱替过程中观察到死体积流体对应核磁共振信号先增大后减小，或者先减小后增大，增大时对应T2谱和减小时对应T2谱的交汇点所对应弛豫时间就是TD。
表1驱替情景对照表
Figure BDA0003154067480000161
这里以油驱替水为例，对核磁共振在线驱替排液端流体变化与信号增加趋势的原理进行解释，在图11至图16中：4-1：核磁共振磁体；4-2：岩心夹持器排液端移动堵头排空阀；4-3：岩心夹持器排液端移动堵头；4-4：死体积；4-5：岩心；4-6：驱替方向。
对于图10：初始状态，岩心饱和水相(锰水或者重水)，岩心夹持器排液端堵头对应死体积及管线充满油相；对于图11：油开始进入岩心，但压力波未传递到岩心排液端时，岩心不排液，岩心中核磁共振信号增加，死体积流体核磁共振信号不变；图12岩心排液端开始排水时，将死体积油相排出有效磁场区域，死体积流体核磁共振信号逐步减弱；图13岩心排液端持续排水，死体积中油相被持续排出，死体积对应核磁共振信号达到最小值；图14岩心排液端开始排油，死体积流体对应核磁共振信号持续增大；图15最终岩心排液端死体积重新充满油，对应信号达到最大值。
参见图17，基于上述的核磁共振在线驱替流体饱和度测量装置以及上述分析，本具体应用实例所提供的核磁共振在线驱替流体饱和度测量方法包括以下步骤(以岩心ZO4为例)：
在本具体应用实例中，使用的核磁共振磁场强度0.23T，对应氢核共振主频为10.11MHz，测量时，回波间隔TE＝200us，等待时间TR＝3000ms。
对ZO4号岩心进行充注过程中含油饱和度分析，岩心直径D＝25.23mm，长度L＝45.30mm，孔隙度＝10.40％，渗透率K＝1.034mD。
注入泵使用的相流体为蒸馏水，驱替相流体为中性煤油，作为核磁共振检测流体相；被躯体相流体为重水(不产生核磁共振信号)。
S1:测量初始T2谱。
将岩心ZO4饱和被驱替相流体重水；将岩心装入岩心夹持器，施加预定的围压20MPa，打开岩心夹持器注入端移动堵头排空阀，将岩心夹持器注入端管线及死体积充满中性煤油，并关岩心夹持器注入端移动堵头排空阀，打开岩心夹持器排液端移动堵头排空阀，将岩心夹持器排液端管线及死体积也充满中性煤油,并关岩心夹持器排液端移动堵头排空阀；对饱和岩心，注入端及和排液端管线及死体积流体进行核磁共振扫描，获得初始T2谱L0；
S2:测量驱替过程T2谱Ln
用注入泵以0.1ml/min的流量将蒸馏水注入中间容器，给中间容器活塞另一侧的中性煤油增压，中性煤油驱替岩心中饱和的重水，持续进行核磁共振扫描，直到观测T2谱不在变化，获得系列驱替过程T2谱Ln。
S3:测量标定T2谱Lmax
首先将岩心从夹持器中取出，烘干至重量不再发生变化后，完全饱和中性煤油；将岩心再次装入岩心夹持器，施加预定的围压，打开岩心夹持器注入端移动堵头排空阀，将岩心夹持器注入端管线及死体积充满中性煤油，并关岩心夹持器注入端移动堵头排空阀，打开岩心夹持器排液端移动堵头排空阀，将岩心夹持器排液端管线及死体积充满中性煤油,并关岩心夹持器排液端移动堵头排空阀；对饱和岩心，注入端和排液端管线及死体积流体进行核磁共振扫描，获得完全饱和中性煤油时的T2谱Lmax；观察获得T2谱中长弛豫时间趋于谱线变化特征，确定该区域信号幅度增大与减小的交汇点(参见图18，死体积流体对应信号在驱替过程中，有增强和减弱两种变化趋势，两者交汇点所对应的弛豫时间就是饱和流体和死体积流体的分界弛豫时间TD)，该点对应弛豫时间TD为饱和流体和死体积流体分界点，弛豫时间小于TD的信号才是岩心饱和流体的核磁共振信号。
S4:计算油相饱和度。
利用公式(4)计算充注过程中油相饱和度Si(n)，对应重水饱和度为Sj(n)＝1-Si(n)；ZO4岩心充注过程中含油饱和度的测量结果如图19所示。
从上述描述可知，本发明实施例提供一种核磁共振在线驱替流体饱和度测量装置及方法，该方法包括：测量在线驱替***的死体积充注为驱替相流体以及待测岩心为饱和核磁检测相流体下的核磁共振T2谱，以生成标定T2谱；测量待测岩心由饱和被驱替相流体转变为驱替相流体过程的核磁共振T2谱，以生成驱替过程T2谱；根据生成标定T2谱以及驱替过程T2谱实时生成在线驱替***流体饱和度。本发明通过观察T2谱变化特征，确定T2谱中饱和流体和死体积流体分界点，从而只对饱和流体信号进行统计，屏蔽死体积流体的影响，提高在线驱替过程中流体饱和度的测量精度。
上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。
虽然本说明书实施例提供了如实施例或流程图所述的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的手段可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序。在实际中的装置或终端产品执行时，可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境，甚至为分布式数据处理环境)。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、产品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、产品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，并不排除在包括所述要素的过程、方法、产品或者设备中还存在另外的相同或等同要素。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于***实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本说明书实施例的实施例而已，并不用于限制本说明书实施例。对于本领域技术人员来说，本说明书实施例可以有各种更改和变化。凡在本说明书实施例的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书实施例的权利要求范围之内。

Claims (12)

1.一种核磁共振在线驱替流体饱和度测量装置，其特征在于，包括：注入装置、中间容器、岩心夹持器以及核磁共振仪，其中：
所述注入装置与所述中间容器的一端通过第一管道连接，用于将流体注入所述中间容器内；
所述中间容器的另一端通过第二管道与所述岩心夹持器连接；用于向所述岩心夹持器中的岩心注入所述流体；
所述岩心夹持器处于核磁共振仪磁场的中央区域，用于监测待测岩心的核磁共振信号；
所述岩心夹持器包括：套筒、两个固定堵头、排液端移动堵头以及进液端移动堵头，其中：
所述两个固定堵头分别设置于所述套筒两端；
所述排液端移动堵头以及进液端移动堵头穿过固定堵头并顶在岩心两端，以在轴向上固定岩心；
所述排液端移动堵头设有排空管以及排液管；
所述进液端移动堵头设有排空管以及进液管；
所述进液管与中间容器通过所述第二管道连接。
2.根据权利要求1所述的核磁共振在线驱替流体饱和度测量装置，其特征在于，还包括：环压泵，所述环压泵通过第三管道与所述岩心夹持器连接。
3.根据权利要求2所述的核磁共振在线驱替流体饱和度测量装置，其特征在于，所述第二管道以及所述第三管道上分别设置有压力表，且所述第三管道上设置有阀门。
4.根据权利要求1所述的核磁共振在线驱替流体饱和度测量装置，其特征在于，所述排液端排空管以及所述进液端排空管位于所述岩心夹持器外部的部分设置有阀门。
5.根据权利要求1所述的核磁共振在线驱替流体饱和度测量装置，其特征在于，所述核磁共振仪的核磁共振检测线圈内置在所述岩心夹持器中。
6.一种应用于权利要求1所述的核磁共振在线驱替流体饱和度测量装置的在线驱替流体饱和度测量方法，其特征在于，包括：
测量在线驱替***的死体积充注为驱替相流体以及待测岩心为饱和核磁检测相流体下的核磁共振T2谱，以生成标定T2谱；
测量所述待测岩心由饱和被驱替相流体转变为驱替相流体过程的核磁共振T2谱，以生成驱替过程T2谱；
根据所述标定T2谱以及所述驱替过程T2谱实时生成所述在线驱替***流体饱和度，其中：
所述死体积为排液端排空管、排液端排液管、进液端排空管、进液端进液管与岩心夹持器堵头导流槽的空间之和；
所述核磁检测相流体为所述驱替相流体与所述被驱替相流体中，难以消除核磁共振影响的相流体。
7.根据权利要求6所述的核磁共振在线驱替流体饱和度测量方法，其特征在于，所述测量在线驱替***的死体积充注为驱替相流体以及待测岩心为饱和核磁检测相流体下的核磁共振T2谱，以生成标定T2谱，包括：
将所述待测岩心饱和为所述核磁检测相流体，并装入岩心夹持器中；
通过环压泵以及第三管道上压力表将岩心夹持器施加为预设的围压；
分别打开进液端排空管以及排液端排空管上的阀门，将在线驱替***的死体积充注为所述驱替相流体；
关闭进液端排空管以及排液端排空管上的阀门；
对所述死体积中的驱替相流体以及所述待测岩心进行核磁共振扫描，以生成所述标定T2谱。
8.根据权利要求6所述的核磁共振在线驱替流体饱和度测量方法，其特征在于，所述测量所述待测岩心由饱和被驱替相流体转变为驱替相流体过程的核磁共振T2谱，以生成驱替过程T2谱，包括：
将所述待测岩心饱和为被驱替相流体，并装入岩心夹持器中；
通过环压泵以及第三管道上压力表将岩心夹持器施加为预设的围压；
分别打开进液端排空管以及排液端排空管上的阀门，将在线驱替***的死体积充注为所述驱替相流体；
关闭进液端排空管以及排液端排空管上的阀门；
通过注入装置将中间容器中的驱替相流体注入至所述待测岩心中；
对所述待测岩心驱替过程进行核磁共振扫描，生成所述驱替过程T2谱。
9.根据权利要求6所述的核磁共振在线驱替流体饱和度测量方法，其特征在于，所述根据所述标定T2谱以及所述驱替过程T2谱实时生成所述在线驱替***流体饱和度，包括：
根据所述驱替过程T2谱确定分界弛豫时间；所述分界弛豫时间为所述驱替过程T2谱中表征待测岩心中流体与表征死体积流体的时间分界点；
根据所述分界弛豫时间确定所述待测岩心驱替过程中的真实T2谱；
根据所述真实T2谱以及所述标定T2谱计算所述待测岩心驱替过程中的流体饱和度。
10.根据权利要求9所述的核磁共振在线驱替流体饱和度测量方法，其特征在于，所述根据所述驱替过程T2谱确定分界弛豫时间包括：
根据所述驱替过程T2获得其长弛豫时间谱；
确定所述长弛豫时间谱增大与减小的交汇点；
根据所述交汇点对应的时间确定所述标定T2谱确定分界弛豫时间。
11.根据权利要求6所述的核磁共振在线驱替流体饱和度测量方法，其特征在于，还包括：对所述在线驱替***流体饱和度进行校正，包括：
测量在线驱替***的死体积充注为驱替相流体以及待测岩心饱和为被驱替相流体下的核磁共振T2谱，以生成初始T2谱；
根据所述初始T2谱、所述标定T2谱以及所述驱替过程T2谱对所述在线驱替***流体饱和度进行校正。
12.根据权利要求11所述的核磁共振在线驱替流体饱和度测量方法，其特征在于，所述测量在线驱替***的死体积充注为驱替相流体以及待测岩心均饱和为被驱替相流体下的核磁共振T2谱，以生成初始T2谱，包括：
将所述待测岩心饱和为被驱替相流体，并装入岩心夹持器中；
通过环压泵以及第三管道上压力表将岩心夹持器施加为预设的围压；
分别打开进液端排空管以及排液端排空管上的阀门，将在线驱替***的死体积充注为所述驱替相流体；
关闭进液端排空管以及排液端排空管上的阀门；
对所述死体积中的驱替相流体以及所述待测岩心进行核磁共振扫描，以生成所述初始T2谱。
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