◎  杨晓光

　　在当今的能源挑战面前，页岩油气被认为是未来化石能源的最重要接替领域。其中，页岩储层研究是页岩油气勘探和开发的重点。然而，这些储层通常复杂多样，对于了解它们的内部结构和潜力，我们需要一种强大的工具。核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，NMR）技术就是这样一种利器，它能够帮助我们深入探寻页岩储层的秘密。

　　基本原理

　　核磁共振技术是一种用于研究原子和分子的强大工具，它的原理可以用一个简单的比喻来解释。

　　想象一颗微小的行星，它就像是一个原子核。这颗行星有自己的自转，就像原子核也有自旋。而原子核周围则围绕着一个电子云，就像是行星上的大气层。这些自旋的原子核就像小磁铁一样，它们有磁性。

　　现在，我们来施加一个磁场，就像是在行星周围建立一个强大的磁场。在这个磁场中，原子核的自旋会开始像陀螺一样旋转，这个旋转被称为“进动”。

　　接下来，我们再来加一点能量，这个能量就像是给行星一点推力，让它继续旋转。这个额外的能量的大小是有限的，就像是行星不能无限加速一样，有一个上限。这个能量大小与原子核的自旋和磁场的强度有关。

　　关键的一步来了。当我们停止施加额外的能量，原子核会逐渐回到平静状态，就像是行星在失去推力后逐渐减速停止一样。在这个过程中，原子核会释放出一些能量，这个能量被称为“共振信号”。

　　这个共振信号可以被检测到，就像是我们可以用望远镜观察行星的运动一样。通过分析这个信号，科学家可以了解原子核的性质，包括它们的种类、数量、位置以及它们周围的环境信息。

　　揭示孔隙结构之谜

　　让我们来看看核磁共振是如何帮助我们理解页岩储层的孔隙结构。孔隙，就像是岩石的微小通道，是储层中的油气储存和流动的关键路径。尤其在页岩中，它的孔隙大多集中在10nm以下，常规的储层分析手段无法有效对其进行评估。通过NMR，我们可以像放大镜一样了解这些微小世界。NMR通过对页岩中不同状态氢原子核对交变电磁场的反应，计算不同横向弛豫时间（T2）的信号强度，从而分析储层中孔隙的尺寸、形状和分布。这就像是一位研究岩石的侦探，通过测量不同尺寸的孔隙，帮助我们了解储层内部的复杂结构。毕竟，页岩储层通常包含各种各样的孔隙，从微孔隙到介孔隙再到大孔隙，各具特点。

　　渗透性的奥秘

　　在了解了孔隙结构之后，我们还需要弄清楚储层的渗透性。也就是说，流体在储层中流动的能力。这对于确定储层的产能至关重要。NMR的魔法之一就是帮助我们解开这个渗透性之谜。通过分析孔隙的尺寸和分布，NMR可以估算储层的渗透性。这就像是算术题一样，根据不同尺寸孔隙的数量和大小，我们可以预测流体在储层中的畅通程度。这有助于工程师们更好地规划钻井和生产策略，最大程度地利用储层资源。

　　流体类型的鉴定

　　NMR还可以帮助我们识别不同类型的流体。因为油、气、水中都含有氢原子，不同流体中的氢原子对电磁场的反应并不相同，因此它们在核磁共振谱线上都有独特的“指纹”。这就像是一位音乐家听到不同乐器的声音一样，NMR可以通过谱线告诉我们储层中哪种流体占主导地位，以及它们的相对含量。

　　流体饱和度的探索

　　储层内的流体饱和度也是一个关键问题。在页岩储层中，油、水和天然气等多种流体可能共存，了解它们的分布情况对于资源开发至关重要。通过计算油、气、水各自的“指纹”数量，测量不同孔隙中各种流体的存在，NMR可以告诉我们储层中每种流体的含量。这就像是一位画家，用各种颜色的颜料填充画布，帮助我们看清储层内不同流体的位置和比例。这种信息对于生产决策非常有用，可以帮助我们确定最佳的开采方法。

　　新时代的NMR应用

　　随着技术的不断进步，核磁共振在页岩储层表征中的应用也在不断演进。最新的NMR工具具有更高的分辨率和更快的测量速度，使我们能够更深入地探索储层的细节。同时，人工智能和机器学习技术的结合，使NMR数据的分析变得更加精确和高效。

　　这些新技术使油气公司能够更好地评估页岩储层的潜力，降低勘探和生产的风险，提高资源采收率。未来，我们可以期待看到更多创新的NMR应用，帮助我们更好地理解这个充满挑战和机遇的领域。

　　总之，核磁共振技术不仅是一种强大的工具，更是一把打开页岩储层宝库的金钥匙。通过揭示孔隙结构、渗透性、流体饱和度和流体性质等储层秘密，NMR帮助我们更好地探索和利用这些珍贵的能源资源，助力我们应对未来的能源挑战。

　　(作者单位：中国地质调查局油气资源调查中心)