2018年6月18
一项新的研究,莱斯大学化学工程师可以简化非常规油气页岩地层的表征。
示意图显示了甲烷围绕其主轴(箭头)的旋转。电子密度(阴影球)的旋转产生了一个局部磁场，有助于自旋-旋转弛缓，这是莱斯大学研究人员的新研究的基础，该研究改进了他们的计算机模型，以描述井中的页岩油沉积。(插图:Dilip Asthagiri)
核磁共振（NMR）工具广泛应用于油部门，以定位甲烷富静脉和原油以提取，主要是通过深层页岩的液压压裂。米队组成，包括乔治·赫拉斯卡基和沃尔特查普曼和研究科学家菲利普歌手和Dirip Asthagiri的菲利普歌手和Dirip Asthagiri增强了他们以前报道的方法，以在广泛的密度和从液态到气体状态的温度范围内表征甲烷。
科学家们已经调整了它们的分子动力学模型，以更好地区分分子与旋转旋转弛豫或旋转晶格松弛，这将提高NMR将石油和气体与水区分离的能力，并降低岩石中存在的数量，即使在岩石中紧身孔隙形成。
他们的研究论文以开放方式发表在《化学物理杂志》上。编辑的选择。”
插入到井筒中的NMR工具定义了它们在不同深度看到的地层，因为它们搜索精确的斑点，以开始水平钻孔和压裂，泵浦支撑剂，水和增稠剂在压力下骨折，释放碳氢化合物。
这些工具使用的原理与磁共振成像仪用于观察人体内部的原理相同:它们利用静态和脉冲射频磁场的组合，定位和控制氢原子的核磁矩——类似于指南针的看不见的手。
在脉冲场被关闭后，这些瞬间需要几秒钟“放松”回到它们最初的方向。核磁共振设备能感知到这种弛豫。由于弛豫时间根据分子及其环境而变化，核磁共振可以帮助识别分子是石油、天然气还是水，并收集关于含有它们的孔隙大小的信息。
“NMR弛豫时间和粘度与轻质原油相反相关，”歌手说。“然而，当您在原油中溶解甲烷时，相关性发生变化，因为甲烷具有与所有其他（烃类）烷烃不同的弛豫模式。
“原因是甲烷是一个球对称的分子与其他烷烃相比，后者是线性的，长，分枝的。因此，甲烷具有完全不同的几何形状，从而产生不同的松弛模式，无论是在体积上还是在致密孔隙中。”
查普曼说，识别“不同的”模式至关重要。“甲烷与碳氢化合物的混合以一种有趣的方式影响粘度，”他说。”我们需要理解，基本上，系统中有多少甲烷与该响应有关。
“我们在实验室可以做的是测量流体性质，我们可以测量核磁共振反应，”他说。”我们喜欢将这两种方法尽可能严格地联系起来，这样当我们在井筒中使用工具测量储层中流体的性质时，我们就可以准确地解释这些结果。”
该团队表示，对NMR信号的解释与一个场或甚至一个井到下一个孔不同，这对储层的制造商进行了混浊的计算。”我们正在做的研究可以成为解释这些信号的桥梁，“Asthagiri说。
“我们希望有一个能描述所有物理现象的模型，这样我们就不必把模型从一口井转移到另一口井。”查普曼补充道。”一种尺寸适合所有人。如果我们能包含所有的物理，这个模型将代表水库的真实物理。”
”我们可以在实验室中为不同类型的限制、小孔和小孔的不同化学成分创建一个松弛行为库。”Asthagiri说。”然后，我们就可以通过信号来判断井下的材料。”
“当我们研究多孔介质中的流体时，我们将发现限制改变了弛豫行为，导致不同的核磁共振响应，”查普曼说。“了解这种反应背后的物理在表征页岩时很重要。”
查普曼是威廉W. Akers教授化学和生物分子工程教授，以及乔治R. Brown工程学院的能源研究。Hirasaki是A.J.Hartsook化学和生物分子工程的emeritus教授。
The Rice University Consortium on Processes in Porous Media and the American Chemical Society Petroleum Research Fund supported the research, with computing resources supplied by the National Energy Research Scientific Computing Center, which is supported by the Office of Science of the U.S. Department of Energy, and the Texas Advanced Computing Center at the University of Texas at Austin.