大家好，歡迎回到第十三屆低場核磁共振技術與應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——“能源資源領域”，深入解讀低場核磁共振技術如何在這一關乎國計民生的關鍵領域中大放異彩。來自不同科研單位的專家學者，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容，探尋低場核磁共振技術在地下資源勘探與利用中的創(chuàng)新突破與應用前景。

李彥龍  嶗山國家實驗室研究員

《低場核磁在水合物領域的應用》

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的泥質沉積物中，屬于“半巖半土”的特殊介質。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，對工程技術提出了極高要求。

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

1. 水合物生長動力學與孔隙結構演變表征： 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”——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構趨于均質化。

2. 二氧化碳置換封存與滲流特性研究： 在CO₂封存應用方面，團隊利用核磁技術精細表征了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構動態(tài)變化的特點，團隊建立了等效毛細管束模型，與核磁數(shù)據(jù)匹配，以更準確地動態(tài)預測儲層滲透率。

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測試系統(tǒng)結合，實時監(jiān)測水合物儲層在應力下的變形與破壞過程。研究發(fā)現(xiàn)，剪切壓縮會導致水合物發(fā)生“壓溶”分解，一旦應力停止，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鍵現(xiàn)象。

最后，李彥龍研究員指出團隊正致力于構建從納米壓痕（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算法的結合。他滿懷憧憬地表示，終極目標是將低場核磁設備搭載至深海潛器，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)提供更強大的技術支撐。

肖沛文  

中石油勘探開發(fā)研究院

中國石油納米化學重點實驗室副主任

《低場核磁技術在納米驅油提高采收率中的應用》

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推動納米智能驅油技術從理論走向實踐的創(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)絡結構，導致啟動壓力梯度指數(shù)級增高。基于此，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)的納米驅油劑，有效破壞水分子間的氫鍵締合，降低其粘度和毛細管阻力，使其能夠進入以往無法波及的納米級孔喉。

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

精準表征流體可動性：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識。

揭示增油機理：通過驅替實驗對比發(fā)現(xiàn)，納米驅油劑能在水驅基礎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)水驅無法動用的納米級微小孔隙，直觀證實了納米水擴大波及體積的能力。

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

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

董艷輝  中國科學院地質與地球物理研究所 副研究員

《低場核磁共振技術在地下水滲流研究中的應用》

中國科學院地質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應用于地下水滲流，特別是深部裂隙介質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較早應用核磁共振凍融（NMRC）技術，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、氮吸附等技術形成互補，構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。

在滲流與溶質運移研究方面，他們利用核磁成像技術直觀揭示了非均質孔隙中毛細吸滲的動態(tài)前沿。在兩相驅替實驗中，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雜的“氣流指狀”通道，這種差異直接影響后續(xù)的化學反應效率。

針對地下水污染修復，團隊實現(xiàn)納米鐵運移過程可視化，精準測算不同位置濃度；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域與低場核磁技術融合的未來方向，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，以確保結果的準確性。

趙永杰 中國石油大學（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)精確評價的關鍵難題。中國石油大學（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)絡模塊，構建了一個包含去噪模塊和反演模塊的完整架構。

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

精準反演模塊：將雙向長短期記憶網(wǎng)絡與自注意力機制相結合，不僅能捕捉回波數(shù)據(jù)中多尺度的衰減機制，還能重點關注對反演結果起關鍵作用的信號區(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譜的譜形結構，并準確識別大小孔隙的分布，展現(xiàn)出強大的實際應用潛力。

趙永杰博士在總結中表示，未來的研究將引入概率建模機制，使反演結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應用的廣度與深度。

我們看到，這項技術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，低場核磁共振技術必將持續(xù)解鎖新的應用場景，為地球科學、能源資源和環(huán)境工程等領域的發(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！