第十三屆全國低場核磁共振技術(shù)與應(yīng)用研討會精彩報告回顧（第二期）

大家好，歡迎回到第十三屆低場核磁共振技術(shù)與應(yīng)用研討會的系列回顧。

本期，我們將繼續(xù)聚焦于本次研討會的核心議題——“能源資源領(lǐng)域”，深入解讀低場核磁共振技術(shù)如何在這一關(guān)乎國計民生的關(guān)鍵領(lǐng)域中大放異彩。來自不同科研單位的專家學(xué)者，分別從天然氣水合物、油氣開采、地下水滲流及人工智能反演算法等角度，帶來了四場深度與廣度并存的主旨報告。

現(xiàn)在，就讓我們一同開啟第二期的精彩內(nèi)容，探尋低場核磁共振技術(shù)在地下資源勘探與利用中的創(chuàng)新突破與應(yīng)用前景。

李彥龍  嶗山國家實驗室研究員

《低場核磁在水合物領(lǐng)域的應(yīng)用》

報告伊始，李彥龍研究員首先指出了天然氣水合物（即可燃冰）儲層的獨特性和開采挑戰(zhàn)。與常規(guī)油氣儲層不同，95%以上的可燃冰賦存于深海未固結(jié)的泥質(zhì)沉積物中，屬于“半巖半土”的特殊介質(zhì)。在開采過程中，固相水合物分解為氣、水兩相，會引發(fā)強烈的相變、滲流、儲層變形和出砂等問題，對工程技術(shù)提出了極高要求。

針對這些復(fù)雜難題，李彥龍研究員團隊聚焦于低場核磁共振技術(shù)的獨特優(yōu)勢，在以下幾個方向展開了深入應(yīng)用：

1. 水合物生長動力學(xué)與孔隙結(jié)構(gòu)演變表征： 針對水合物儲層“半巖半土”的特性，團隊利用核磁T₂譜揭示了水合物生成獨特的“膨脹效應(yīng)”——即水合物在生成過程中不僅占據(jù)孔隙，還會撐大沉積物骨架。研究還發(fā)現(xiàn)，水合物的生長過程能促使沉積物中的水分分布及孔隙結(jié)構(gòu)趨于均質(zhì)化。

2. 二氧化碳置換封存與滲流特性研究： 在CO₂封存應(yīng)用方面，團隊利用核磁技術(shù)精細(xì)表征了CO₂與CH₄水合物在沉積物中的競爭生成與置換過程。同時，針對水合物儲層孔隙結(jié)構(gòu)動態(tài)變化的特點，團隊建立了等效毛細(xì)管束模型，與核磁數(shù)據(jù)匹配，以更準(zhǔn)確地動態(tài)預(yù)測儲層滲透率。

3. 儲層變形破壞與水合物相變監(jiān)測： 團隊創(chuàng)新性地將低場核磁與三軸力學(xué)測試系統(tǒng)結(jié)合，實時監(jiān)測水合物儲層在應(yīng)力下的變形與破壞過程。研究發(fā)現(xiàn)，剪切壓縮會導(dǎo)致水合物發(fā)生“壓溶”分解，一旦應(yīng)力停止，分解出的水又會迅速二次生成水合物。核磁信號的變化成功捕捉到水分向新生裂隙遷移的關(guān)鍵現(xiàn)象。

最后，李彥龍研究員指出團隊正致力于構(gòu)建從納米壓痕（微觀）、到低場核磁（微米）、再到CT（宏觀）的多尺度聯(lián)合探測體系，并積極探索與AI算法的結(jié)合。他滿懷憧憬地表示，終極目標(biāo)是將低場核磁設(shè)備搭載至深海潛器，實現(xiàn)可燃冰儲層的原位、實時探測，為可燃冰的安全、高效開發(fā)提供更強大的技術(shù)支撐。

肖沛文  

中石油勘探開發(fā)研究院

中國石油納米化學(xué)重點實驗室副主任

《低場核磁技術(shù)在納米驅(qū)油提高采收率中的應(yīng)用》

在我國原油對外依存度持續(xù)高企的背景下，如何經(jīng)濟高效地開發(fā)占儲量90%以上的低品位、非常規(guī)油氣資源，成為保障國家能源安全的關(guān)鍵。肖沛文副主任代表項目團隊，分享了利用低場核磁共振技術(shù)推動納米智能驅(qū)油技術(shù)從理論走向?qū)嵺`的創(chuàng)新進展。

報告指出，低滲油藏普遍存在“水注不進”的難題。團隊通過研究提出，其根源在于水在納米孔喉中并非以單分子形態(tài)存在，而是因氫鍵作用形成大分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致啟動壓力梯度指數(shù)級增高?；诖?，團隊創(chuàng)新性地提出了制備“納米水”的解決方案：通過加入自主研發(fā)的納米驅(qū)油劑，有效破壞水分子間的氫鍵締合，降低其粘度和毛細(xì)管阻力，使其能夠進入以往無法波及的納米級孔喉。

低場核磁共振技術(shù)在該研究中發(fā)揮了不可替代的作用，為驗證納米驅(qū)油效果提供了關(guān)鍵證據(jù)：

精準(zhǔn)表征流體可動性：利用低場核磁在線定量巖心滲流賦存狀態(tài)，明確了中高滲油藏開發(fā)后期及低滲油藏中，原油主要賦存或被隔擋在納米孔隙中的新認(rèn)識。

揭示增油機理：通過驅(qū)替實驗對比發(fā)現(xiàn)，納米驅(qū)油劑能在水驅(qū)基礎(chǔ)上進一步提高采收率約10個百分點。核磁T₂譜清晰顯示，增油貢獻主要來自于傳統(tǒng)水驅(qū)無法動用的納米級微小孔隙，直觀證實了納米水?dāng)U大波及體積的能力。

量化洗油效率：團隊自主設(shè)計了聯(lián)合低場核磁的可視化洗油裝置，實現(xiàn)了高精度、可重復(fù)的評價。實驗證明，納米驅(qū)油劑能在高含水基礎(chǔ)上再提高洗油能力約6個百分點。

理論的正確性與技術(shù)的有效性最終在現(xiàn)場得到了驗證。在長慶超低滲油田的先導(dǎo)試驗中，應(yīng)用納米驅(qū)油技術(shù)后，區(qū)塊實現(xiàn)了年產(chǎn)油由降轉(zhuǎn)升，自然遞減率由正轉(zhuǎn)負(fù)。尤為重要的是，核磁共振得出的“納米水更易進入低滲區(qū)”的結(jié)論在現(xiàn)場得到印證：側(cè)向低滲井的開發(fā)效果顯著優(yōu)于主向高滲井。該技術(shù)已在壓裂增產(chǎn)等多個場景成功應(yīng)用，并榮獲中國石油十大科技進步獎等多項榮譽。

董艷輝  中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所 副研究員

《低場核磁共振技術(shù)在地下水滲流研究中的應(yīng)用》

中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所董艷輝副研究員系統(tǒng)分享了其團隊將低場核磁共振技術(shù)應(yīng)用于地下水滲流，特別是深部裂隙介質(zhì)與低滲巖石研究中的創(chuàng)新探索。

董艷輝研究員與其團隊在國內(nèi)較早應(yīng)用核磁共振凍融（NMRC）技術(shù)，成功實現(xiàn)了從納米到微米級孔隙的連續(xù)、精確探測。相較于傳統(tǒng)方法，NMRC能有效克服常規(guī)T₂譜在納米孔表征上的局限，并與CT、氮吸附等技術(shù)形成互補，構(gòu)建完整的孔隙分布圖譜。團隊進一步創(chuàng)新，在0-25兆帕原位壓力下進行NMRC測量，以更真實地揭示地下儲層的孔隙特征，同時通過多種流體（水、環(huán)己烷、敵普等）飽和，有效區(qū)分巖石中的親水與疏水孔隙，為評估儲層特性提供了新視角。

在滲流與溶質(zhì)運移研究方面，他們利用核磁成像技術(shù)直觀揭示了非均質(zhì)孔隙中毛細(xì)吸滲的動態(tài)前沿。在兩相驅(qū)替實驗中，觀察到潤濕性對氣水分布模式的決定性影響：親水巖心呈“活塞式”推進，而疏水巖心則形成復(fù)雜的“氣流指狀”通道，這種差異直接影響后續(xù)的化學(xué)反應(yīng)效率。

針對地下水污染修復(fù)，團隊實現(xiàn)納米鐵運移過程可視化，精準(zhǔn)測算不同位置濃度；在微塑料吸附重金屬研究中，動態(tài)獲取數(shù)據(jù)，大幅提升效率并獲專利。

最后，董艷輝研究員展望了地下水研究領(lǐng)域與低場核磁技術(shù)融合的未來方向，包括多尺度觀測聯(lián)用、模型與數(shù)據(jù)同化等。他特別指出，在非飽和滲流條件下，巖石潤濕性對核磁T₂譜的顯著影響是一個關(guān)鍵且常被忽視的問題，未來在利用核磁參數(shù)反演含水飽和度等信息時，必須對此進行校正，以確保結(jié)果的準(zhǔn)確性。

趙永杰 中國石油大學(xué)（北京）博士

《基于人工智能的核磁共振T₂譜反演新方法》

在低場核磁共振技術(shù)中，如何從含噪聲的回波數(shù)據(jù)中高精度地反演得到T₂譜，一直是制約儲層參數(shù)精確評價的關(guān)鍵難題。中國石油大學(xué)（北京）的趙永杰博士分享了一項基于人工智能的核磁共振T₂譜反演新方法，為這一經(jīng)典問題提供了創(chuàng)新的解決方案。

報告指出，傳統(tǒng)反演方法在處理低信噪比數(shù)據(jù)時，往往存在精度差、分辨率低的問題。趙永杰博士提出的智能反演方法，創(chuàng)新性地融合了多種先進的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊，構(gòu)建了一個包含去噪模塊和反演模塊的完整架構(gòu)。

智能去噪模塊：采用卷積自編碼器，能在保留回波數(shù)據(jù)原始結(jié)構(gòu)特征的同時，進行多尺度特征提取與高效去噪。

精準(zhǔn)反演模塊：將雙向長短期記憶網(wǎng)絡(luò)與自注意力機制相結(jié)合，不僅能捕捉回波數(shù)據(jù)中多尺度的衰減機制，還能重點關(guān)注對反演結(jié)果起關(guān)鍵作用的信號區(qū)間。該方法還引入了L1與L2正則化約束，有效平衡了反演譜的稀疏性與平滑性。

通過系統(tǒng)的數(shù)值模擬與實驗數(shù)據(jù)驗證，新方法展現(xiàn)出卓越的性能：

高精度：在不同信噪比的合成數(shù)據(jù)測試中，該方法反演得到的孔隙度最接近真實值，T₂譜形態(tài)與真實模型吻合度最高，均方根誤差顯著低于傳統(tǒng)方法及其他AI模型。

強魯棒性：在大量隨機噪聲測試中，新方法反演結(jié)果的頻率分布最集中、波動性最小，表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性和泛化能力。

實戰(zhàn)有效：對火山巖和砂巖巖樣的實測數(shù)據(jù)處理表明，即使在低掃描次數(shù)（信噪比較低）的條件下，新方法依然能完整保留T₂譜的譜形結(jié)構(gòu)，并準(zhǔn)確識別大小孔隙的分布，展現(xiàn)出強大的實際應(yīng)用潛力。

趙永杰博士在總結(jié)中表示，未來的研究將引入概率建模機制，使反演結(jié)果從單一的點估計拓展為包含不確定性評估的聯(lián)合建模，從而為核磁共振數(shù)據(jù)處理提供更可靠、信息更豐富的分析工具。

本期回顧的四場報告，從能源勘探到環(huán)境安全，再到支撐這些研究的核心算法突破，充分展現(xiàn)了低場核磁共振技術(shù)應(yīng)用的廣度與深度。

我們看到，這項技術(shù)已不再是單純的測試表征工具，而是成為了解決國家能源戰(zhàn)略需求、探索前沿科學(xué)問題的重要利器。隨著與深海探測、人工智能等尖端方向的深度融合，低場核磁共振技術(shù)必將持續(xù)解鎖新的應(yīng)用場景，為地球科學(xué)、能源資源和環(huán)境工程等領(lǐng)域的發(fā)展注入更強大的動能。

研討會系列報道精彩繼續(xù)，敬請期待第三期！