第十三届全国低场核磁共振技术与应用研讨会精彩报告回顾（第二期）

大家好，欢迎回到第十三届低场核磁共振技术与应用研讨会的系列回顾。

本期，我们将继续聚焦于本次研讨会的核心议题——“能源资源领域”，深入解读低场核磁共振技术如何在这一关乎国计民生的关键领域中大放异彩。来自不同科研单位的专家学者，分别从天然气水合物、油气开采、地下水渗流及人工智能反演算法等角度，带来了四场深度与广度并存的主旨报告。

现在，就让我们一同开启第二期的精彩内容，探寻低场核磁共振技术在地下资源勘探与利用中的创新突破与应用前景。

李彦龙  崂山国家实验室研究员

《低场核磁在水合物领域的应用》

报告伊始，李彦龙研究员首先指出了天然气水合物（即可燃冰）储层的独特性和开采挑战。与常规油气储层不同，95%以上的可燃冰赋存于深海未固结的泥质沉积物中，属于“半岩半土”的特殊介质。在开采过程中，固相水合物分解为气、水两相，会引发强烈的相变、渗流、储层变形和出砂等问题，对工程技术提出了极高要求。

针对这些复杂难题，李彦龙研究员团队聚焦于低场核磁共振技术的独特优势，在以下几个方向展开了深入应用：

1. 水合物生长动力学与孔隙结构演变表征： 针对水合物储层“半岩半土”的特性，团队利用核磁T₂谱揭示了水合物生成独特的“膨胀效应”——即水合物在生成过程中不仅占据孔隙，还会撑大沉积物骨架。研究还发现，水合物的生长过程能促使沉积物中的水分分布及孔隙结构趋于均质化。

2. 二氧化碳置换封存与渗流特性研究： 在CO₂封存应用方面，团队利用核磁技术精细表征了CO₂与CH₄水合物在沉积物中的竞争生成与置换过程。同时，针对水合物储层孔隙结构动态变化的特点，团队建立了等效毛细管束模型，与核磁数据匹配，以更准确地动态预测储层渗透率。

3. 储层变形破坏与水合物相变监测： 团队创新性地将低场核磁与三轴力学测试系统结合，实时监测水合物储层在应力下的变形与破坏过程。研究发现，剪切压缩会导致水合物发生“压溶”分解，一旦应力停止，分解出的水又会迅速二次生成水合物。核磁信号的变化成功捕捉到水分向新生裂隙迁移的关键现象。

最后，李彦龙研究员指出团队正致力于构建从纳米压痕（微观）、到低场核磁（微米）、再到CT（宏观）的多尺度联合探测体系，并积极探索与AI算法的结合。他满怀憧憬地表示，终极目标是将低场核磁设备搭载至深海潜器，实现可燃冰储层的原位、实时探测，为可燃冰的安全、高效开发提供更强大的技术支撑。

肖沛文  

中石油勘探开发研究院

中国石油纳米化学重点实验室副主任

《低场核磁技术在纳米驱油提高采收率中的应用》

在我国原油对外依存度持续高企的背景下，如何经济高效地开发占储量90%以上的低品位、非常规油气资源，成为保障国家能源安全的关键。肖沛文副主任代表项目团队，分享了利用低场核磁共振技术推动纳米智能驱油技术从理论走向实践的创新进展。

报告指出，低渗油藏普遍存在“水注不进”的难题。团队通过研究提出，其根源在于水在纳米孔喉中并非以单分子形态存在，而是因氢键作用形成大分子网络结构，导致启动压力梯度指数级增高。基于此，团队创新性地提出了制备“纳米水”的解决方案：通过加入自主研发的纳米驱油剂，有效破坏水分子间的氢键缔合，降低其粘度和毛细管阻力，使其能够进入以往无法波及的纳米级孔喉。

低场核磁共振技术在该研究中发挥了不可替代的作用，为验证纳米驱油效果提供了关键证据：

精准表征流体可动性：利用低场核磁在线定量岩心渗流赋存状态，明确了中高渗油藏开发后期及低渗油藏中，原油主要赋存或被隔挡在纳米孔隙中的新认识。

揭示增油机理：通过驱替实验对比发现，纳米驱油剂能在水驱基础上进一步提高采收率约10个百分点。核磁T₂谱清晰显示，增油贡献主要来自于传统水驱无法动用的纳米级微小孔隙，直观证实了纳米水扩大波及体积的能力。

量化洗油效率：团队自主设计了联合低场核磁的可视化洗油装置，实现了高精度、可重复的评价。实验证明，纳米驱油剂能在高含水基础上再提高洗油能力约6个百分点。

理论的正确性与技术的有效性最终在现场得到了验证。在长庆超低渗油田的先导试验中，应用纳米驱油技术后，区块实现了年产油由降转升，自然递减率由正转负。尤为重要的是，核磁共振得出的“纳米水更易进入低渗区”的结论在现场得到印证：侧向低渗井的开发效果显著优于主向高渗井。该技术已在压裂增产等多个场景成功应用，并荣获中国石油十大科技进步奖等多项荣誉。

董艳辉  中国科学院地质与地球物理研究所 副研究员

《低场核磁共振技术在地下水渗流研究中的应用》

中国科学院地质与地球物理研究所董艳辉副研究员系统分享了其团队将低场核磁共振技术应用于地下水渗流，特别是深部裂隙介质与低渗岩石研究中的创新探索。

董艳辉研究员与其团队在国内较早应用核磁共振冻融（NMRC）技术，成功实现了从纳米到微米级孔隙的连续、精确探测。相较于传统方法，NMRC能有效克服常规T₂谱在纳米孔表征上的局限，并与CT、氮吸附等技术形成互补，构建完整的孔隙分布图谱。团队进一步创新，在0-25兆帕原位压力下进行NMRC测量，以更真实地揭示地下储层的孔隙特征，同时通过多种流体（水、环己烷、敌普等）饱和，有效区分岩石中的亲水与疏水孔隙，为评估储层特性提供了新视角。

在渗流与溶质运移研究方面，他们利用核磁成像技术直观揭示了非均质孔隙中毛细吸渗的动态前沿。在两相驱替实验中，观察到润湿性对气水分布模式的决定性影响：亲水岩心呈“活塞式”推进，而疏水岩心则形成复杂的“气流指状”通道，这种差异直接影响后续的化学反应效率。

针对地下水污染修复，团队实现纳米铁运移过程可视化，精准测算不同位置浓度；在微塑料吸附重金属研究中，动态获取数据，大幅提升效率并获专利。

最后，董艳辉研究员展望了地下水研究领域与低场核磁技术融合的未来方向，包括多尺度观测联用、模型与数据同化等。他特别指出，在非饱和渗流条件下，岩石润湿性对核磁T₂谱的显著影响是一个关键且常被忽视的问题，未来在利用核磁参数反演含水饱和度等信息时，必须对此进行校正，以确保结果的准确性。

赵永杰 中国石油大学（北京）博士

《基于人工智能的核磁共振T₂谱反演新方法》

在低场核磁共振技术中，如何从含噪声的回波数据中高精度地反演得到T₂谱，一直是制约储层参数精确评价的关键难题。中国石油大学（北京）的赵永杰博士分享了一项基于人工智能的核磁共振T₂谱反演新方法，为这一经典问题提供了创新的解决方案。

报告指出，传统反演方法在处理低信噪比数据时，往往存在精度差、分辨率低的问题。赵永杰博士提出的智能反演方法，创新性地融合了多种先进的神经网络模块，构建了一个包含去噪模块和反演模块的完整架构。

智能去噪模块：采用卷积自编码器，能在保留回波数据原始结构特征的同时，进行多尺度特征提取与高效去噪。

精准反演模块：将双向长短期记忆网络与自注意力机制相结合，不仅能捕捉回波数据中多尺度的衰减机制，还能重点关注对反演结果起关键作用的信号区间。该方法还引入了L1与L2正则化约束，有效平衡了反演谱的稀疏性与平滑性。

通过系统的数值模拟与实验数据验证，新方法展现出卓越的性能：

高精度：在不同信噪比的合成数据测试中，该方法反演得到的孔隙度最接近真实值，T₂谱形态与真实模型吻合度最高，均方根误差显著低于传统方法及其他AI模型。

强鲁棒性：在大量随机噪声测试中，新方法反演结果的频率分布最集中、波动性最小，表现出优异的稳定性和泛化能力。

实战有效：对火山岩和砂岩岩样的实测数据处理表明，即使在低扫描次数（信噪比较低）的条件下，新方法依然能完整保留T₂谱的谱形结构，并准确识别大小孔隙的分布，展现出强大的实际应用潜力。

赵永杰博士在总结中表示，未来的研究将引入概率建模机制，使反演结果从单一的点估计拓展为包含不确定性评估的联合建模，从而为核磁共振数据处理提供更可靠、信息更丰富的分析工具。

本期回顾的四场报告，从能源勘探到环境安全，再到支撑这些研究的核心算法突破，充分展现了低场核磁共振技术应用的广度与深度。

我们看到，这项技术已不再是单纯的测试表征工具，而是成为了解决国家能源战略需求、探索前沿科学问题的重要利器。随着与深海探测、人工智能等尖端方向的深度融合，低场核磁共振技术必将持续解锁新的应用场景，为地球科学、能源资源和环境工程等领域的发展注入更强大的动能。

研讨会系列报道精彩继续，敬请期待第三期！