В статье предложен новый метод анализа данных корреляционной ядерной магнитной релаксометрии в насыщенных кернах. Рассчитываются 2D-карты совместного распределения характерных времен корреляции и вторых моментов Ван-Флека. Выполнен расчет для внутримолекулярных вкладов во вторые моменты для воды и нормальных углеводородов. С этой целью разработана программа – конструктор атомарных структур. Оценен межмолекулярный вклад во второй момент по данным функций радиального распределения, получаемых методом рентгеноструктурного анализа жидкостей или рассчитываемых методом молекулярной динамики. Выполнен расчет внутримолекулярного и межмолекулярного вкладов во второй момент Ван-Флека для воды и н-алканов, для которых межмолекулярный вклад составляет до 10 % от внутримолекулярного. В новом подходе к анализу данных ядерной магнитной релаксации на 2D-картах совместного распределения времен ядерной магнитной релаксации выделяются динамические фазы, для которых пики расположены на диагонали карты, и фазы, для которых времена ядерной магнитной релаксации отличаются. Для динамических фаз с равными временами ядерной магнитной релаксации в предлагаемом подходе для анализа предлагается использовать расчетное значение второго момента и рассчитывать соответствующие времена корреляции, а для фаз с различными временами релаксации более информативным является построение 2D-карт совместного распределения времен корреляции и вторых моментов Ван-Флека. На основе данных ординарной ядерной магнитной релаксометрии оценены характерные времена корреляции для воды и н-алканов. Проанализированы 2D-карты совместного распределения времен ядерной магнитной релаксации в керне, показывающие высокую подвижность воды и замедление молекул керосина в поровом пространстве породы. Показана возможность типизации керосина в керне. Для нефтенасыщенного песчаника впервые получены 2D-карты совместного распределения вторых моментов Ван-Флека и времен корреляции. Полученные на 2D-карте значения вторых моментов Ван-Флека для н-алканов совпадают со значениями вторых моментов, рассчитанных с помощью программы – конструктора атомарных структур. Вычисленное на 2D-карте время корреляции соответствует существенному замедлению молекул нефти в поровом пространстве песчаника при нормальных условиях. Оценен вклад в ядерную магнитную релаксацию за счет парамагнитных центров в объеме раствора. Построена зависимость второго момента от концентрации ионов Fe2+ гематита и Cu2+ медного купороса в воде. Определены весовые концентрации солей, при которых преимущественным вкладом в ядерную магнитную релаксацию будет релаксация на парамагнитных центрах.
Список литературы
1. T1–T2 Correlation Spectra Obtained Using a Fast Two-Dimensional Laplace Inversion / Y.-Q. Song [et al.] // Journal of Magnetic Resonance. – 2002. – Vol. 154 (2) – P. 261-268. - http://doi.org/10.1006/jmre.2001.2474
2. Gizatullin B. Investigation of molecular mobility and exchange of n-hexane and water in silicalite-1 by 2D 1H NMR relaxometry / B. Gizatullin [et al.] // Magnetic Resonance in Solids. – 2018. – Vol. 20. - Nо. 1. - Р. 1-9.
3. New Instrumental Platform for the Exploitation of the Field Dependence of T1 in Rock Core Analysis and Petroleum Fluids: Application to T1-T2 Correlation Maps /
J-P. Korb [et al.] // diffusion-fundamentals.org : [website] – 2014. –Vol. 22. – P. 1-7. – URL: https://d-nb.info/1239657072/34
4. Джафаров И.С. Применение метода ядерного магнитного резонанса для характеристики состава и распределения пластовых флюидов. – М. : Химия, 2002. – 437 с.
5. Ускова Е.И., Дорогиницкий М.М., Скирда В.Д. Новые аспекты 2D корреляционной релаксометрии в ЯМР // Ученые записки физического факультета Московского университета. – 2019. – № 4. – С. 1940503(1-12).
6. Александров И.В. Теория магнитной релаксации. Релаксация в жидкостях и твердых неметаллических парамагнетиках. – М.: Наука, 1975. – 399 с.
7. Чижик В.И. Ядерная магнитная релаксация. – СПб.: Изд-во СПбГУ, 2000. – 385 с.
8. Вашман А.А., Пронин И.С. Ядерная магнитная релаксационная спектроскопия. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 231 с.
9. Абрагам А. Ядерный магнетизм : пер. с англ. / под ред. Г.В. Скроцкого. – М.: Изд-во иностранной литературы, 1963. – 551 с.
10. Скрышевский А.Ф. Структурный анализ жидкостей и аморфных тел. – М.: Высшая школа, 1980. – 328 с.
11. Радиальные функции распределения атомов и пустот в больших компьютерных моделях воды / В.П. Волошин [и др.] // Журнал структурной химии. – 2005. -Т. 46. – № 3. – С. 451-458.
12. Исследование пространственных корреляций межатомных пустот в молекулярных жидкостях с помощью симплексов Делоне / М.Г. Алинченко [и др.] // Журнал структурной химии. – 2006. – Т. 47. – С. 122-128.
13. Rudberg E. An open-source program for linear-scaling electronic structure calculations / E. Rudberg [et al.] // SoftwareX. – 2018. – Vol. 7. – P. 107-111. - http://doi.org/10.1016/j.softx.2018.03.005
14. Бугаенко Л.Т., Рябых С.М., Бугаенко А.Л. Почти полная система средних ионных кристаллографических радиусов и ее использование для определения потенциалов ионизации // Вестник Московского университета. Сер. 2. Химия. – 2008. – Т. 49. – № 6. – С. 363-384.
