[发明专利]核磁共振测量原油含氢指数的方法

说明书

本发明涉及一种核磁共振测量原油含氢指数的方法，包括以下步骤：S1：纯水样品信号的测量和拟合，采用单e指数的函数方程进行拟合，得到纯水样品的饱和磁化矢量和纵向弛豫时间；S2：原油样品信号的测量和拟合，采用双e指数的函数方程进行拟合，得到原油样品的饱和磁化矢量和各成分的纵向弛豫时间；S3：建立方程组，计算得到原油样品的相对体积和含氢指数。本发明提出了一种新的核磁共振测量原油含氢指数的方法，其可应用于在线测量，不需要采样，也不需要安装梯度线圈系统。具体地，本发明采用反转恢复脉冲序列采集信号，该法原理清晰、操作便捷，测量结果准确度高且重复性好，且本发明方法对于油水混合物不能明显分层的流体也是适用的。

技术领域

本发明属于流体计量技术领域，具体涉及一种核磁共振测量原油含氢指数的方法。

背景技术

含氢指数(hydrogen index，简称HI)是含氢流体的一种固有特性，它被定义为单位体积流体的氢原子数与标准条件下单位体积的纯水所含氢原子数之比。含氢指数对于核磁共振实验来说非常重要：在核磁共振测井评价上，含氢指数决定了地层有效孔隙度的数值，而有效孔隙度则直接跟储层的储量相关；在核磁共振多相流体计量领域，含氢指数则涉及到油、水、气混合流体的各相成分的比例计算，其结果直接到影响油气井产油、产气量的评估。

众所周知，对于单相均匀流体，可以通过流体的密度以及化学分子式，直接计算它的含氢指数，计算公式如下：

以乙醇为例：纯乙醇在标准大气压和20℃条件下的密度为0.7893g/cm³，同样条件下的纯水密度为0.9982g/cm³。水的化学分子式为H₂O，分子量为18，一个水分子含2个氢原子；乙醇的化学分子式为C₂H₆O，分子量为46，一个分子含6个氢原子。乙醇的含氢指数用下式来计算：

而对于原油这种成分相对复杂的流体而言，它既没有确定的分子式，也没有固定的密度。因此，只能通过核磁共振实验来对含氢指数进行测量。计算公式如下：

式中，A_sample为原油样品在一定温度、压力条件下的信号幅值，V_sample为原油样品在一定温度、压力条件下的体积；为纯水在标准温度、压力下的信号幅值，为纯水在标准温度、压力下的体积。

核磁共振仪器的测量原理如下：样品放入仪器的静磁场中，样品中的氢原子核被静磁场磁化，样品的磁化矢量随时间演化的过程用下式(4)来表示：

其中，M(t)表示t时刻的磁化矢量；M₀表示饱和磁化矢量，它与样品中的氢原子数目成正比，氢原子数目越多，M₀越大；T₁表示样品的纵向弛豫时间，是样品本身的一个特征参数。

样品被磁化后，一般通过CPMG脉冲序列进行采集信号。首先发射一个90°激发脉冲，把磁化矢量从z轴翻转到xy横平面上，然后发射一系列等时间间隔的180°回聚脉冲，就可以测量到磁化矢量在横平面上的衰减情况，这一过程称之为T2衰减。磁化矢量的T2衰减过程用下式(5)来表示：

其中，M(t)表示t时刻的磁化矢量；M(0)表示样品获得的初始磁化矢量，也是90°脉冲扳转到横平面上的磁化矢量；T₂表示样品的横向弛豫时间，T₂≤T₁。液体状流体的流动性越好，T2值越接近T1，流动性越差(或粘度越高)，T2与T1值的差别越大。图1为磁化矢量的增长和衰减过程。