肖立志，羅嗣慧，龍志豪

（中國(guó)石油大學(xué)（北京）地球物理學(xué)院,北京 102249）

井場(chǎng)核磁共振在近20 年來(lái)得到快速發(fā)展，包括電纜核磁共振測(cè)井、隨鉆核磁共振測(cè)井、核磁共振井下流體分析等儀器和應(yīng)用技術(shù)，以及多相流核磁共振計(jì)量分析、井場(chǎng)全直徑核磁共振掃描分析和核磁共振錄井等裝置和應(yīng)用場(chǎng)景。核磁共振對(duì)多孔巖石中的流體及其賦存狀態(tài)敏感，可以提供油氣含量及其賦存狀態(tài)等信息。由于其提供的油氣儲(chǔ)層信息豐富而獨(dú)特，在石油鉆探和開(kāi)采中發(fā)揮了重要作用；隨著其應(yīng)用規(guī)模逐步擴(kuò)大，遇到的挑戰(zhàn)和難題也不斷增加。國(guó)內(nèi)研究井場(chǎng)核磁共振技術(shù)的專家學(xué)者很多，并做出了重要貢獻(xiàn)，本文著重介紹中國(guó)石油大學(xué)（北京）油氣核磁共振實(shí)驗(yàn)室在井場(chǎng)核磁共振技術(shù)及其應(yīng)用方面取得的進(jìn)展。筆者梳理了國(guó)內(nèi)外井場(chǎng)核磁共振理論、方法、儀器及應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展歷程與技術(shù)挑戰(zhàn)，展望了其在復(fù)雜油氣、頁(yè)巖油氣等勘探開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用前景，以期為我國(guó)井場(chǎng)核磁共振技術(shù)的健康發(fā)展提供參考。

1 國(guó)外井場(chǎng)核磁共振技術(shù)的發(fā)展歷程

核磁共振技術(shù)用于石油天然氣及淺層地表水資源的勘探與開(kāi)發(fā)已經(jīng)有近70 年的歷史。1946 年，F(xiàn).Bloch 和E.M.Purcell 等人[1–2]通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到核磁共振現(xiàn)象。1954 年，M.Packard 等人[3]觀測(cè)到地磁場(chǎng)中核自旋的自由進(jìn)動(dòng)，提出利用地磁場(chǎng)找油的設(shè)想。1956 年，R.J.S.Brown 等人[4]對(duì)砂巖進(jìn)行核磁共振，發(fā)現(xiàn)砂巖中流體的核磁共振弛豫時(shí)間明顯快于自由流體。1960 年，R.J.S.Brown 等人[5]設(shè)計(jì)了地磁場(chǎng)核磁共振測(cè)井儀，進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。1966年，D.P.Seevers 等人[6]觀測(cè)到巖石核磁共振弛豫速率與滲透率相關(guān)，R.R.Ernst 等人[7]提出了脈沖傅里葉變換核磁共振波譜學(xué)。1968 年，A.Timur[8]提出了核磁共振自由流體指數(shù)和測(cè)量滲透率、含水飽和度及束縛水飽和度的方法。1973 年，P.C.Lauterbur[9]在梯度磁場(chǎng)中實(shí)現(xiàn)了核磁共振成像。1976 年，W.P.Aue等人[10]實(shí)現(xiàn)了二維核磁共振技術(shù)；K.Wüthrich[11]將二維核磁共振用于生物高分子研究，并不斷拓展和完善。1978 年，Schlumberger 公司開(kāi)始提供地磁場(chǎng)核磁測(cè)井服務(wù)。1979 年，K.R.Brownstein 等人[12]提出了孔隙介質(zhì)核磁共振弛豫理論和模型，為核磁共振測(cè)井應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。1980 年，J.A.Jackson 等人[13]提出了inside-out 概念，并申請(qǐng)了基于均勻磁場(chǎng)的脈沖回波核磁共振測(cè)井儀的專利。1988 年，Z.Taicher 等人[14]設(shè)計(jì)了脈沖回波磁共振成像測(cè)井儀（magnetic resonance imaging logging,MRIL）；1990 年，MRIL-B 投入商業(yè)應(yīng)用。1992 年，R.L.Kleinberg 等人[15]設(shè)計(jì)了貼井壁脈沖回波核磁共振測(cè)井儀（CMR）。1994 年，國(guó)際巖石物理學(xué)家和測(cè)井分析家協(xié)會(huì)（SPWLA）舉辦了首屆核磁共振在地層評(píng)價(jià)中的應(yīng)用專題研討會(huì)。1994 年，NUMAR 公司研制出具有多頻觀測(cè)能力的 MRIL-C 型測(cè)井儀和配套的實(shí)驗(yàn)室核磁共振巖心分析儀，并提出識(shí)別油氣及定量評(píng)價(jià)油氣水飽和度的時(shí)域分析方法（TDA）[16]；隨后，又開(kāi)發(fā)出能夠測(cè)量包括泥質(zhì)束縛水在內(nèi)總孔隙度的核磁共振測(cè)井儀MRIL-C/TP[17]；1998 年，已并入Halliburton 公司的NUMAR 公司將核磁共振測(cè)井儀升級(jí)為具有9 個(gè)觀測(cè)頻率的MRIL-P 型測(cè)井儀[18]。同時(shí)期，G.R.Coates 等人[19]出版了《NMR Logging Principles and Applications》。至此，以自旋回波為測(cè)量對(duì)象、以弛豫時(shí)間譜為基礎(chǔ)的核磁共振測(cè)井成為成熟測(cè)井技術(shù)，并得到規(guī)模應(yīng)用。

進(jìn)入21 世紀(jì)，核磁共振在世界范圍油氣資源勘探開(kāi)發(fā)及實(shí)驗(yàn)室?guī)r心分析測(cè)試表征中的應(yīng)用需求逐步旺盛，帶動(dòng)其快速迭代升級(jí)。首先，二維核磁共振測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)采集及處理方法得到發(fā)展[20–21]；其次，Halliburton、Baker Hughes、Schlumberger 等公司相繼研制了隨鉆核磁共振測(cè)井儀，以滿足大斜度井和水平井測(cè)井需求[22–24]；再次，Halliburton 公司在模塊式地層測(cè)試器中集成了核磁共振流體分析裝置，并得到推廣應(yīng)用[25]。2006 年，SPWLA 在桂林召開(kāi)了第二次核磁共振在地層評(píng)價(jià)中的應(yīng)用專題研討會(huì)，系統(tǒng)研討了技術(shù)研究與應(yīng)用進(jìn)展。2011 年，國(guó)際磁共振顯微成像國(guó)際會(huì)議（ICMRM）在北京召開(kāi)，核磁共振在巖心分析及測(cè)井地層評(píng)價(jià)中的應(yīng)用成為重要討論主題。2022 年，國(guó)際孔隙介質(zhì)磁共振大會(huì)（MRPM）在杭州召開(kāi)，比較全面地反映并展望了核磁共振技術(shù)在油氣勘探中的應(yīng)用創(chuàng)新。隨著信息量逐步增加，核磁共振在復(fù)雜巖性油氣藏、特殊巖性油氣藏、低電阻率油氣藏及頁(yè)巖油氣等疑難儲(chǔ)層的流體識(shí)別和定量評(píng)價(jià)中發(fā)揮了重要作用。油氣勘探開(kāi)發(fā)領(lǐng)域核磁共振技術(shù)的發(fā)展，顯示出利用其評(píng)價(jià)地層和分析巖心的物理本質(zhì)屬性及其與基礎(chǔ)科學(xué)進(jìn)步的有效互動(dòng)關(guān)系。同時(shí)，也可以看到產(chǎn)學(xué)研合作和尊重知識(shí)產(chǎn)權(quán)對(duì)新技術(shù)持續(xù)發(fā)展的重要性與必要性。

2 我國(guó)井場(chǎng)核磁共振技術(shù)的發(fā)展歷程

我國(guó)井場(chǎng)核磁共振技術(shù)萌芽于20 世紀(jì)80 年代初。1982 年，梅忠武翻譯了俄文專著《核磁測(cè)井》，介紹蘇聯(lián)地磁場(chǎng)核磁測(cè)井的方法原理及應(yīng)用分析[26]。同年，肖立志等人[27]發(fā)表了《核磁共振方法確定巖樣孔隙度》一文，成為我國(guó)該領(lǐng)域率先公開(kāi)發(fā)表的研究結(jié)果。

1991 年，中國(guó)石油天然氣總公司（CNPC）首次立項(xiàng)進(jìn)行巖石核磁共振性質(zhì)的系統(tǒng)研究。1993 年，CNPC 設(shè)立的中青年創(chuàng)新基金首次支持了“核磁共振測(cè)井新技術(shù)研究”和“利用核磁共振成像研究驅(qū)油機(jī)理”2 個(gè)項(xiàng)目。1995 年，肖立志利用弛豫、波譜及顯微成像等手段，系統(tǒng)研究了巖石多孔介質(zhì)的核磁共振性質(zhì)及其與巖石物理表征參數(shù)的相關(guān)性，研究成果在《核磁共振成像與巖石核磁共振及其應(yīng)用》[28]中得到集中反映。1996 年，中油測(cè)井公司（CNLC）和華北測(cè)井公司引進(jìn)了2 套NUMAR 公司的核磁共振測(cè)井儀MRIL-C，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用獲得了優(yōu)質(zhì)測(cè)井資料；同年，江漢石油學(xué)院在國(guó)內(nèi)較早引進(jìn)了NUMAR 公司的實(shí)驗(yàn)室核磁共振巖心分析儀。1997—1998 年，肖立志等人[29–30]提出了利用核磁共振分析巖心的理論基礎(chǔ)、標(biāo)準(zhǔn)化流程及注意事項(xiàng)，明確了相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定原則，至今仍然發(fā)揮著作用。2002 年，北京環(huán)鼎科技公司引進(jìn)Halliburton 公司核磁共振測(cè)井儀組件和生產(chǎn)線，并以外包方式為Halliburton 公司生產(chǎn)其最新的核磁共振測(cè)井儀。

隨著國(guó)際上油氣勘探開(kāi)發(fā)領(lǐng)域核磁共振應(yīng)用技術(shù)不斷完善和成熟，我國(guó)引進(jìn)的核磁共振測(cè)井儀器越來(lái)越多，加之外國(guó)公司在我國(guó)提供核磁共振測(cè)井服務(wù)，促使我國(guó)開(kāi)啟了“引進(jìn)—吸收—集成創(chuàng)新—原始創(chuàng)新”的核磁共振探測(cè)技術(shù)發(fā)展之路。國(guó)內(nèi)技術(shù)人員充分利用多孔介質(zhì)核磁共振基礎(chǔ)理論和方法，研究了頁(yè)巖氣核磁共振響應(yīng)特征[31]、裂縫性地層核磁共振測(cè)井響應(yīng)特征[32–33]、核磁共振測(cè)井界面響應(yīng)特征[34]、天然氣水合物核磁共振響應(yīng)特征[35]等，發(fā)展了含油氣儲(chǔ)層的球管模型解釋弛豫模型[36]、陸相地層核磁共振估算孔隙度模型[37]、核磁共振潤(rùn)濕性評(píng)價(jià)模型[38–41]、核磁共振估算滲透率模型[42–43]、核磁共振弛豫時(shí)間譜重構(gòu)毛管壓力曲線模型[44–45]及頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)核磁共振表征模型[46]，提出了多孔介質(zhì)核磁共振正演模擬方法[47–51]、多指數(shù)反演方法及影響因素定量評(píng)價(jià)方法[52–54]、二維核磁共振理論與方法[55–58]、三維核磁共振理論與數(shù)據(jù)處理方法[59–60]、核磁共振減小振鈴及深度維反演方法[61]，以及利用機(jī)器學(xué)習(xí)對(duì)低場(chǎng)核磁共振進(jìn)行降噪和多指數(shù)弛豫反演方法[62–63]等，經(jīng)過(guò)“資料應(yīng)用適應(yīng)性研究”“區(qū)域解釋模型研究”“處理解釋方法及軟件研究”和“儀器裝置及配套裝備研制”等專題攻關(guān)，形成了適用于我國(guó)陸相復(fù)雜油氣藏的核磁共振測(cè)量分析技術(shù)及若干新穎和前瞻的技術(shù)儲(chǔ)備，建立了我國(guó)井場(chǎng)核磁共振技術(shù)的理論框架和方法原理基礎(chǔ)[64]。

2005 年，中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司啟動(dòng)核磁共振測(cè)井儀研制項(xiàng)目，逐步形成多頻核磁共振測(cè)井儀MRT6910。2008 年，中國(guó)海洋石油總公司啟動(dòng)核磁共振測(cè)井儀研制項(xiàng)目，研制了偏心型核磁共振測(cè)井儀MRT，其性能不斷提升，目前其耐溫超過(guò)200 ℃。

2010 年，國(guó)家科技部立項(xiàng)資助核磁共振井下流體分析儀的研制，俄羅斯專家Anferov 夫婦參與儀器樣機(jī)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)及原理驗(yàn)證[65]。核磁共振測(cè)井儀基于J.A.Jackson 等人[13]提出的inside-out 原理，探測(cè)效率低、信號(hào)強(qiáng)度低、信噪比低，但技術(shù)難度大。核磁共振井下流體分析儀基于常規(guī)的outside-in 原理，探測(cè)效率高、信號(hào)強(qiáng)度高、信噪比高。

2012 年，中國(guó)石油大學(xué)（北京）博士研究生胡海濤等人[66–71]分別完成了電纜核磁共振測(cè)井儀探頭、電子系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)、降噪理論與方法、核磁共振井下流體分析系統(tǒng)、隨鉆核磁共振測(cè)井儀設(shè)計(jì)制作及原理驗(yàn)證的研究。隨后，中國(guó)海油、中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)地球物理所、中國(guó)石油和國(guó)儀量子等相繼開(kāi)展了隨鉆核磁共振測(cè)井儀的研制和應(yīng)用。至此，我國(guó)井孔核磁共振技術(shù)研究已經(jīng)形成基本范式。井孔核磁共振儀器裝置針對(duì)井筒復(fù)雜惡劣環(huán)境及運(yùn)動(dòng)測(cè)量的獨(dú)特要求，開(kāi)展了測(cè)量、分析及應(yīng)用研究，研究?jī)?nèi)容包括測(cè)量理論、井下與地面儀器裝置、脈沖序列與數(shù)據(jù)采集及處理、解釋模型與應(yīng)用等多個(gè)方面。

油氣鉆探作業(yè)過(guò)程中，隨鉆井液返排出來(lái)的碎屑賦存極其重要的地質(zhì)信息[72–74]。為了充分認(rèn)識(shí)非常規(guī)勘探對(duì)象的復(fù)雜性，需要在重點(diǎn)勘探井孔或?qū)佣伍_(kāi)展取心作業(yè)，以獲取更多的微觀地質(zhì)數(shù)據(jù)，用以補(bǔ)充認(rèn)知不足。其手段則是在勘探作業(yè)完畢、進(jìn)入油氣田開(kāi)發(fā)階段，對(duì)油氣等經(jīng)濟(jì)流體的產(chǎn)量和開(kāi)采速度進(jìn)行全過(guò)程監(jiān)控。因此，井孔核磁共振測(cè)量技術(shù)取得突破性進(jìn)展后，構(gòu)建安全、快速、精細(xì)的核磁共振測(cè)量技術(shù)和裝置，服務(wù)于油氣井場(chǎng)鉆井—勘探—開(kāi)發(fā)的流程受到關(guān)注。

油氣井產(chǎn)出液多相計(jì)量與化驗(yàn)是油田不可或缺的日常工作，是油藏評(píng)價(jià)、動(dòng)態(tài)分析、生產(chǎn)優(yōu)化的基礎(chǔ)。我國(guó)擁有近50 萬(wàn)口油氣井、2 萬(wàn)余座計(jì)量間及化驗(yàn)站、20 多萬(wàn)名油氣計(jì)量與化驗(yàn)從業(yè)人員，構(gòu)建基于先進(jìn)核磁共振技術(shù)的高效精準(zhǔn)的多相流在線計(jì)量是油田精益化管理、數(shù)字化轉(zhuǎn)型、提質(zhì)增效的重大命題。

以科技部項(xiàng)目階段性成果為基礎(chǔ)，李三國(guó)等人[75]開(kāi)展了井場(chǎng)核磁共振錄井儀方面的研究；劉化冰及其團(tuán)隊(duì)[76]深入開(kāi)展了井場(chǎng)核磁共振全直徑巖心掃描分析儀和應(yīng)用技術(shù)研究，并實(shí)現(xiàn)規(guī)模應(yīng)用；鄧峰及其團(tuán)隊(duì)[77]深入開(kāi)展了井場(chǎng)核磁共振多相流計(jì)量分析儀和應(yīng)用技術(shù)研究，同樣實(shí)現(xiàn)了規(guī)模應(yīng)用。研究過(guò)程中井孔核磁共振的共性難題是運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下如何實(shí)現(xiàn)核磁共振的快速測(cè)量和高精度分析處理，前期井孔核磁共振技術(shù)研究積累的理論及實(shí)踐，為井場(chǎng)核磁共振全直徑巖心掃描分析儀的研制和應(yīng)用、井場(chǎng)核磁共振多相流計(jì)量分析儀的研制和應(yīng)用奠定了良好基礎(chǔ)（見(jiàn)圖1）。

圖1 移動(dòng)式核磁共振巖心掃描儀和多相流核磁共振在線計(jì)量分析儀Fig. 1 Mobile NMR rock core scanner and online NMR metering analyzer for multi-phase flow

劉化冰團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)研究，解決了大口徑、高靈敏度核磁共振探頭技術(shù)難題[78–79]，開(kāi)發(fā)了適用于復(fù)雜工作環(huán)境的核磁共振譜儀，形成了適用于非常規(guī)儲(chǔ)層物性表征的核磁共振現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量方法[80–83]，構(gòu)架了井場(chǎng)巖心核磁共振數(shù)據(jù)工業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)化解釋流程，并于2020 年研制出了高性能井場(chǎng)核磁共振全直徑巖心掃描分析儀（field scanner using magnetic resonance,FSMAR）并給出了處理解釋方法（見(jiàn)圖2）。該項(xiàng)技術(shù)解決了室內(nèi)巖心取柱塞樣難、實(shí)驗(yàn)周期長(zhǎng)和數(shù)據(jù)不連續(xù)等問(wèn)題，為非常規(guī)油氣儲(chǔ)層的精細(xì)解釋評(píng)價(jià)提供了另一種有效的解決手段。該設(shè)備除了在非常規(guī)油氣勘探方面可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集巖心實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)掃描測(cè)量外，對(duì)于地質(zhì)調(diào)查過(guò)程中的實(shí)物地質(zhì)資料數(shù)字化服務(wù)同樣具有重要作用。

圖2 井場(chǎng)核磁共振全直徑巖心掃描處理與解釋成果Fig. 2 Scanning and interpretation results of full-diameter cores by wellsite NMR technologies

與國(guó)外儀器相比，F(xiàn)SMAR 具有精度、分辨率和信噪比高的特征，有利于致密性、強(qiáng)非均質(zhì)性儲(chǔ)層的精細(xì)評(píng)價(jià)。該儀器回波間隔短，利于提供致密儲(chǔ)層微孔信號(hào)；最小縱向分辨率2 cm，利于刻畫儲(chǔ)層垂向變化；信噪比高，利于T2譜信號(hào)更好地反映孔隙結(jié)構(gòu)變化。目前，F(xiàn)SMAR 已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，在中國(guó)石化、中國(guó)石油和中國(guó)海油等開(kāi)展了規(guī)模應(yīng)用，針對(duì)致密砂巖、碳質(zhì)泥巖、泥灰?guī)r和油頁(yè)巖等復(fù)雜油氣儲(chǔ)層，完成了16 個(gè)區(qū)塊數(shù)千米全直徑巖心的現(xiàn)場(chǎng)掃描分析。實(shí)踐表明，F(xiàn)SMAR 可快速部署、高效運(yùn)行，具備全天候測(cè)試分析能力，為井場(chǎng)巖心精細(xì)測(cè)試分析和實(shí)時(shí)地質(zhì)決策提供了快速、連續(xù)、無(wú)損和微觀技術(shù)手段，見(jiàn)到明顯成效。

鄧峰團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)不懈努力和不斷突破，于2020 年研制了完整的高性能井場(chǎng)核磁共振多相流在線計(jì)量分析儀（magnetic resonance multiphase flowmeter,MRMF），并給出了系統(tǒng)的處理解釋方法[84–91]，其與國(guó)外儀器的對(duì)比情況如表1 所示。MRMF 在中國(guó)石油吉林、華北、長(zhǎng)慶、大慶等油田進(jìn)行了規(guī)模應(yīng)用，應(yīng)用場(chǎng)景為計(jì)量間、常規(guī)單井、間抽井、試油試氣等；在濕氣、高含水率、高黏度、高礦化度、大量程變化和高溫高壓等不同工況井場(chǎng)累計(jì)應(yīng)用超過(guò)2000 井次。應(yīng)用結(jié)果表明，計(jì)量間場(chǎng)景中，計(jì)量結(jié)果與計(jì)量車及化驗(yàn)間對(duì)比，日產(chǎn)液量吻合度達(dá)96%，日產(chǎn)氣量吻合度92%，且數(shù)據(jù)豐度及瞬時(shí)精度提升顯著，計(jì)量時(shí)間從1 d 縮短至2 s；在高壓試氣場(chǎng)景（井口壓力大于30 MPa），日產(chǎn)液量吻合度達(dá)95%，日產(chǎn)氣量吻合度達(dá)91%，驗(yàn)證了儀器的抗腐蝕、抗沖蝕、高承壓和抗大溫差能力；頁(yè)巖油計(jì)量場(chǎng)景中，率先開(kāi)展乳化油氣計(jì)量作業(yè)，核磁共振技術(shù)對(duì)乳化油含油率實(shí)時(shí)檢測(cè)展現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，且計(jì)量與化驗(yàn)的實(shí)時(shí)性提升顯著，日產(chǎn)液量吻合度達(dá)95%，日產(chǎn)氣量吻合度達(dá)91%。實(shí)踐表明，MRMF 的測(cè)量精度和分析能力為井場(chǎng)多相流在線實(shí)時(shí)計(jì)量及采油工程決策提供了新的技術(shù)支持。

表1 MRMF 與國(guó)際井場(chǎng)流量計(jì)量?jī)x技術(shù)對(duì)標(biāo)情況Table 1 Comparison of MRMF and international wellsite flow meters

3 井場(chǎng)核磁共振技術(shù)應(yīng)用前景展望

核磁共振測(cè)井技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了數(shù)十年，井場(chǎng)核磁共振技術(shù)研究也超過(guò)10 年并逐步走向成熟，目前仍然處于快速發(fā)展階段，一些應(yīng)用潛力將進(jìn)一步顯現(xiàn)，也不斷出現(xiàn)一些新挑戰(zhàn)。

1）井場(chǎng)核磁共振技術(shù)在油氣勘探開(kāi)發(fā)中具有廣闊的應(yīng)用前景。一方面，利用核磁共振技術(shù)可以更好地獲取儲(chǔ)層基本物性特征參數(shù)，如孔隙度、飽和度、孔徑分布、滲透率和潤(rùn)濕性等，對(duì)儲(chǔ)層評(píng)價(jià)和產(chǎn)量預(yù)測(cè)具有重要作用；然而，仍需要進(jìn)一步研究?jī)?chǔ)層流體的物理和化學(xué)特征以及流體分子與儲(chǔ)層巖石的相互作用方式及機(jī)理等。另一方面，核磁共振技術(shù)在油氣開(kāi)采策略和開(kāi)發(fā)效率評(píng)價(jià)中，特別是驅(qū)替機(jī)理機(jī)制研究中受到歡迎。核磁共振可以實(shí)現(xiàn)兩相流動(dòng)的可視化，有助于動(dòng)態(tài)定量分析和認(rèn)識(shí)自吸過(guò)程。非常規(guī)資源及儲(chǔ)層評(píng)價(jià)時(shí)，核磁共振對(duì)有機(jī)質(zhì)中氫自旋動(dòng)態(tài)響應(yīng)敏感，利用核磁共振弛豫機(jī)制可以表征氫在油、水和氣中的自旋動(dòng)態(tài)特征。核磁共振技術(shù)有助于了解非常規(guī)油氣的賦存狀態(tài)、富集機(jī)理及吸附—解吸附的過(guò)程。同樣的信息和方法原理，可以用于儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。

2）井場(chǎng)核磁共振技術(shù)有望在“碳中和”實(shí)踐中得到應(yīng)用。碳捕獲、利用與封存（carbon capture,utilization and sequestration,CCUS）被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)“碳中和”的重要手段，地下碳封存，不僅要求儲(chǔ)層具有高孔隙度、高滲透性及連通孔等特性，還要有良好的蓋層，使二氧化碳不會(huì)泄漏，因此，選址對(duì)碳賦存非常重要，可以借鑒現(xiàn)有的油氣勘探及開(kāi)發(fā)技術(shù)進(jìn)行儲(chǔ)層評(píng)價(jià)與幫助選址決策。實(shí)驗(yàn)研究表明，核磁共振為CO2–EOR 的工程決策提供了重要信息。

3）核磁共振技術(shù)可用于中低溫度的地?zé)豳Y源勘探。井孔溫度、流體滲流及其與地層應(yīng)力之間的耦合機(jī)理是地?zé)豳Y源勘探開(kāi)發(fā)中的基礎(chǔ)性科學(xué)問(wèn)題。儲(chǔ)層孔隙度、滲透率和非均質(zhì)性對(duì)地?zé)豳Y源的地層模擬具有重要作用。此外，在地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)過(guò)程中，可能會(huì)改變地層和注入水的化學(xué)性質(zhì)，從而導(dǎo)致地層孔隙堵塞和礦物沉積，并在生產(chǎn)過(guò)程中腐蝕井筒。核磁共振將有助于解決地?zé)醿?chǔ)層巖石物性參數(shù)精確獲取的問(wèn)題。此外，裂縫可以顯著影響地層中的流體流動(dòng)路徑，有效提高地層的有效滲透率，將熱量從儲(chǔ)層傳遞到工作流體。核磁共振可以間接地分析裂縫的影響。考慮裂縫參數(shù)（孔徑、數(shù)量、角度等），可得到裂縫性儲(chǔ)層核磁共振測(cè)井響應(yīng)方程，并用于描述裂縫行為。

4）核磁共振可用于原位條件固井水泥水化機(jī)制的研究和固井質(zhì)量監(jiān)測(cè)。水泥水化過(guò)程對(duì)于油氣井固井及二氧化碳埋存都非常重要，是確保油氣生產(chǎn)安全、油氣井生命周期、碳封存持久密封的基礎(chǔ)，需要深入研究的問(wèn)題還很多。為了了解和改善水泥性能，采用核磁共振弛豫和成像技術(shù)研究水泥石，包括孔隙結(jié)構(gòu)和類型、水化過(guò)程、凝膠組成、養(yǎng)護(hù)過(guò)程、滲透性、穩(wěn)定性、損傷過(guò)程及水泥配方等，均取得了進(jìn)展。然而，研究大多在室溫條件下進(jìn)行，并且實(shí)驗(yàn)過(guò)程也大多過(guò)于簡(jiǎn)化，在井孔惡劣環(huán)境條件下，水化機(jī)制、鉆井液污染及流體侵蝕等可能導(dǎo)致核磁共振響應(yīng)不同。井場(chǎng)核磁共振技術(shù)在固井水泥相關(guān)基礎(chǔ)研究方面具有其獨(dú)特的價(jià)值。

4 結(jié)束語(yǔ)

在回顧我國(guó)井場(chǎng)核磁共振技術(shù)起源和發(fā)展脈絡(luò)的基礎(chǔ)上，分別總結(jié)了井場(chǎng)核磁共振全直徑掃描分析儀及其資料處理和解釋應(yīng)用技術(shù)、井場(chǎng)核磁共振多相流在線計(jì)量分析儀及其資料處理和解釋應(yīng)用技術(shù)的進(jìn)展。上世紀(jì)，核磁共振技術(shù)在常規(guī)油氣資源勘探開(kāi)發(fā)中發(fā)揮了重要作用；本世紀(jì)，頁(yè)巖油等非常規(guī)油氣資源評(píng)價(jià)為核磁共振技術(shù)提供了更加廣闊的應(yīng)用場(chǎng)景，從各地頁(yè)巖油氣評(píng)價(jià)實(shí)踐中，已經(jīng)看到核磁共振技術(shù)的顯著優(yōu)勢(shì)；未來(lái)，在超深層油氣資源勘探開(kāi)發(fā)、儲(chǔ)氣庫(kù)建設(shè)及運(yùn)行監(jiān)測(cè)、二氧化碳地質(zhì)封存、固井水泥時(shí)空演化的基礎(chǔ)研究等豐富應(yīng)用場(chǎng)景中，核磁共振具有巨大發(fā)展前景?？梢钥闯觯畧?chǎng)核磁共振技術(shù)正迎來(lái)發(fā)展和推廣應(yīng)用的新階段。我國(guó)20 世紀(jì)80 年代開(kāi)始的巖石多孔介質(zhì)核磁共振理論及應(yīng)用基礎(chǔ)持續(xù)研究，支撐了上世紀(jì)常規(guī)油氣資源的核磁共振評(píng)價(jià)技術(shù)、本世紀(jì)頁(yè)巖油氣等非常規(guī)油氣資源的核磁共振解釋應(yīng)用，也為新階段更加豐富、更具挑戰(zhàn)性的應(yīng)用奠定了良好基礎(chǔ)。

致謝：北京青檬艾柯科技有限公司劉化冰提供了井場(chǎng)核磁共振全直徑巖心掃描儀及資料處理和解釋應(yīng)用方面的資料，中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院鄧峰提供了井場(chǎng)核磁共振多相流在線計(jì)量分析儀及資料處理和應(yīng)用成效方面的資料，在此一并致謝。