NMR（利用台式核磁共振）评价非常规储层水锁效应

研究背景：

水锁效应来源于油气开发过程中，当钻井液、完井液侵入石油储集层后，造成近井壁处油气相渗透率降低的现象。非常规致密储层的开发，极大的依赖水力压裂技术，而实践表明，压裂液的反排率通常很低。大量的压裂液滞留在地层中引起了水锁效应与贾敏效应（如图1），造成了储层伤害，这对非常规油气的开发是极为不利的。

从国内外研究现在来看，在石油领域的水锁效应研究较为成熟，主要体现在水锁效应机理、产生原因及解除方法上。而且，水锁效应的解除方法主要有两种:①通过改变流体表面张力改变压裂液性能;②改变岩体孔隙特征。

实验方法：

实验样品采用的煤样取自晋煤集团长平煤矿3煤层，样品信息见下表。

利用NMR实验（台式核磁）共振仪对煤储层水锁效应的解除进行研究，具体步骤为：
1.首先将取自晋煤集团长平煤矿煤样制备成直径为25 mmx50 mm的圆柱形煤样20份。
2.选择12份煤样，利用真空饱和装置对12份煤样干抽480 min，湿抽240 min，使煤样完全饱和水，对12份饱和水煤样分别进行核磁共振测试，反演T2分布。
3.将步骤2中核磁共振测试后的12份饱和水煤样，利用高速离心机分别在转速为1000一12000r/min条件下离心30 min。进行第2次核磁共振测试，反演T2分布，同时核磁共振岩心分析软件计算得出T2截止值，BVI，FFI参数，研究孔隙负压对煤层水锁效应解除方法。
孔隙负压是一种压强的表现形式，可以用离心力与煤体内表面积的比值表示。通过压汞实验和CO2吸附测试，可以获得煤样内表面为130平方米每克，因此可以计算孔隙负压。

实验结果：

图2为12份原煤样NMR的T2分布图，图3为煤样在不同离心机转速离心后的T2分布。在不同离心机转速条件下由核磁共振岩芯分析软件计算得出的水锁效应参数，见表2。

图2. 饱和煤样的T2分布

由图2可知，对于12份原煤样其内部孔径分布特征基本相同。煤样在不同转速条件下离心后，如图3所示，当离心机转速从1000 r/min增加到7000 r/min过程中，第1弛豫峰逐渐降低，但基本保持稳定，第2弛豫峰和第3弛豫峰不变;当离心机转速达到10000 r/min时，3个弛豫峰均明显降低;当转速继续增加到12000r/min时，第1弛豫峰趋于稳定，第2弛豫峰和第3弛豫峰基本消失。

图3. 不同离心转速下的T2分布

由表2可知，在离心机转速从1000 r/min逐次升高到12000 r/min时，煤样所受的孔隙负压从12.8Pa升高到1108.1Pa。T2截止值和BVI随转速的增加有降低趋势，而FFI随转速的增加而增加。T2截止值、BVI和FFI随转速的变化趋势如图4,5所示，据此划分出三个阶段。

表2. 不同离心转速下参数表

(1)稳定I阶段:离心机转速为0一7000 r/min，T2截止值保持在18.6 ms不变，BVI和FFI亦分别稳定在98%和2%。说明此时孔隙内部饱和水分含量基本没有变化。此阶段离心机转速产生的离心力以及等效的孔隙负压不足以使大孔隙的水分与煤体分离，更不会驱使小孔隙的水分向大孔隙流动，对煤样中的水锁效应没有产生影响，水锁效应没有解除。若在煤矿井下实际抽采过程中，当煤层内的孔隙负压小于360.9Pa时，煤层内的外来水会堵塞煤体孔隙，封锁瓦斯流动通道，产生煤体水锁效应。

(2)降低阶段:离心机转速为8000~10000 r/min，T2截止值从18.7 ms降低到10ms，在此阶段，BVI降低，FFI增加。煤样孔隙内的饱和水分含量开始变化，大孔隙的水分开始与煤体离，小孔隙的水分也开始向大孔隙移动，并且一部分小孔隙的水分经过大孔隙也与煤体分离。

(3)稳定II阶段:离心机转速为10000~12000 r/min。此阶段煤样孔隙内水分含量又趋于稳定，大孔隙内基本没有水分的存在，而只有存在极微小孔隙内残留的水分，此时T2截止值稳定在10 ms。在此阶段，煤样大孔隙内水分再不会减少，微小孔隙内残余的水分也不会再与煤体分离。此时，对应的孔隙负压为769.6Pa，即在井下煤层中的孔隙负压为769.6Pa时，可以抽出大孔隙的水分，并且使小孔隙内水分通过大孔隙运移到煤层裂缝中，消除水分对煤层孔隙的封堵，解除瓦斯抽采过程中的煤层水锁效应。

图4. T2截止值随离心转速的变化

图5. BVI值与FFI值随离心转速的变化

结论：

为提高煤层瓦斯抽采效果，提出利用NMR无损害测试水锁效应的方法，从孔隙负压角度对煤层水锁效应解除方法进行实验研究。结果表明:随孔隙负压的增加，核磁共振T2截止值可分为3个阶段：稳定一降低一稳定阶段。当煤层内的孔隙负压小于360.9Pa时，煤层内的外来水会堵塞煤体隙，产生煤体水锁效应;当孔隙负压大于769.6Pa时，能够消除水分对煤层孔隙的封堵，解除煤层水锁效应。

参考文献：

倪冠华,李钊,解宏超.基于核磁共振测试的煤层水锁效应解除方法[J].煤炭学报, 2018,43(08):2280-2287.

纽迈小编:小Y. 本文更多实验结果和结论