核磁測井

1、核磁測井1、現(xiàn)代NMRR測井1、1脈沖NMR測井儀傳感器(如磁鐵和天線)是脈沖NMR測井儀的核心部分。它對儀器的S／N、最小回波間距、探測深度(DOI)、測井速度和垂直分辨率有重要影響。在用的所有儀器在傳感器的設(shè)計上都不盡相同，主要差別是電子線路、固件、脈沖序列、數(shù)據(jù)處理和解釋算法。NMR儀器的詳細技術(shù)指標都能在各家服務(wù)公司的網(wǎng)站上找到。斯倫貝謝電纜式NMR測井儀器有三個天線和一個完全可編程的脈沖序列發(fā)生器，能進行多種不同方式的測量。兩

2、個152mm天線用于高分辨率測量，提供總孔隙度、束縛流體孔隙度和自由流體孔隙度。高分辨率天線還可用來探測天然氣和輕烴，計算滲透率和孔隙大小分布。主天線長457mm，有多個頻率，用于不同地層評價，提供多種NMR測量。每個頻率都對應(yīng)不同DOI(從井壁算起為38～102mm)。主天線所提供的地層評價包括兩個高分辨率天線所提供的所有地層評價，還用于評價流體徑向剖面、流體體積和石油黏度。所有的商用NMR儀都有一些共同的特征，譬如：所有的儀器都采用

3、強度很大的釤鈷合金永久磁體，磁鐵對溫度變化相對不敏感。磁體用于極化(磁化)烴和水分子中的氫核(質(zhì)子)。另一個共同的特征是它們都采用脈沖NMR測量。12測量原理NMR測量有兩步。第一步是建立儲層流體的凈磁場，當(dāng)儀器沿井簡移動時，磁鐵的磁場矢量B。磁化儲層流體中的氫核，產(chǎn)生凈磁場，磁場沿著B。方向，即縱向。在井壁附近區(qū)域(距井壁幾英寸)，B。的大小一般為幾百高斯。B。的大小隨著離磁鐵徑向距離的增加而減小，從而在測量區(qū)域內(nèi)形成磁場梯度或梯度分

4、布。正如下面討論的，磁場梯度用于識別儲層流體并描述流體特征。在施加B。之前，氫核磁矩的方向是無序的，因此流體凈磁場為0。在極化時間Tp內(nèi)，磁化強度以指數(shù)形式增大到其平衡值Mo。描述磁場指數(shù)方式的時間常數(shù)為縱向弛豫時間，稱之為T1。在儲層巖石中，用T1分布描述磁化過程。T1分布反映的是沉積巖中油氣的復(fù)雜成分和孔隙大小分布。極化所需時間至少是最長T1時間的3倍以確保充分磁化。如果極化時間太短，得到的NMR孔隙度就會小于真實的地層孔隙度。極化

5、時間一到，立即將RF脈沖串用于地層。第一個RF脈沖稱為9O脈沖，這是因為它能把最初與B。平行的磁化矢量旋轉(zhuǎn)到垂直于B0的橫向平面上。一旦磁化在橫向平面內(nèi)進行，它就會繞著B。旋轉(zhuǎn)，就在原來產(chǎn)生脈沖的同一天線上產(chǎn)生一個隨時問變化的信號。緊跟著9O。脈沖，首先產(chǎn)生一個NMR自由感應(yīng)衰減(FID)信號，但由于其衰減太快而無法探測到。900脈沖之后是一系列間隔均勻的180。脈沖，用來使氫核的磁矩重新聚焦，形成連貫的自旋回波信號。在每對180。脈沖

6、信號之間記錄自旋回波信號。之所以把信號稱之為回波，是因為它們在每一對180。脈沖的中間點能夠達到最大幅度，然后在下一個脈沖到來之前快速衰減為零，下一脈沖重聚磁矩以產(chǎn)生下一個回波。RF脈沖及相關(guān)的自旋回波就是所謂的CarrPurcellMeiboom(CPMG)序列，這是應(yīng)用最廣泛的NMR測井序列。自旋回波信號的包絡(luò)線隨特征時問常數(shù)(7“2)以指數(shù)規(guī)律衰減，稱為橫向弛豫時間或自旋一自旋弛豫(衰減)時間。外推到零時間(緊跟9O。脈沖)的自旋

7、回波衰減曲線的幅度就等于推導(dǎo)的NMR總孔隙度(假設(shè)流體含氫指數(shù)等于1)。NMR測井儀的一個重要技術(shù)指標是它的最小回波間隔。在確定T2敏感性極限儀器能測量出的最小值方面，最小回波間隔和信噪比S／N起了重要作用。短的最小回波間隔對于準確而重復(fù)地測量包含黏土束縛水和微小孔隙(如測量小于3ms的T2值)在內(nèi)的地層NMR總孔隙度是必需的。對于目前所用的儀器而言，其最小回波問隔大約在細管壓力曲線的補充。22與巖性無關(guān)的NMR總孔隙度地層評價方面最有

8、意義的新進展之一就是與巖性無關(guān)的NMR總孔隙度。由于根據(jù)密度、中子、聲波測井求取孔隙度要知道巖石骨架性質(zhì)，所以NMR測井儀是唯一能夠提供與巖性無關(guān)的總孔隙度的方法。在混合巖性和未知巖性的非均質(zhì)地層中，為了準確測量孔隙度，強烈推薦使用NMR測井。在大部分含有烴和濕潤的巖石(包括頁巖)中，NMR總孔隙度都等于實際地層孔隙度?？墒牵谟偷酿ざ冗_10000mPas以上的稠油層會出現(xiàn)例外情況。這種稠油的T2分布幅度大大低于NMR儀器所能承受的T2

9、極限，在這些稠油層，由NMR測得的孔隙度低于地層真實孔隙度?？捎肗MR得到的孔隙度與密度測井孔隙度的這種反差推斷稠油的存在，或者通過一些假設(shè)，把邊界加到原油黏度和含油飽和度上。23估算束縛水和自由水通過使用經(jīng)驗確定的T2截止值，水飽和巖石的T2分布分為束縛水和自由水。T2不同，總孔隙度可分為束縛水孔隙度和自由水孔隙度。泥質(zhì)砂巖束縛水包括黏土束縛水和毛細管束縛水。對于砂巖，通常把33ms的缺省值作為T2的截止值，用于區(qū)分束縛水和自由水。該

10、值在許多情況下都適用，不過不能適用于所有砂巖。離心前后水飽和巖樣的NMR實驗測量結(jié)果常用于獲得特定地層更加準確的T2截止值。水飽和的碳酸巖，T2截止值明顯大于砂巖的截止值(如幾百毫秒)。因為在許多碳酸巖中，有來自孤立孔洞中長T2衰減時間的束縛水信號，所以在碳酸巖中，根據(jù)T2分布計算束縛水和自由水比砂巖中的要復(fù)雜。另一種復(fù)雜情況是在碳酸巖中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)孔隙大小系統(tǒng)不同(如具有微孔隙度和大孔隙度的雙孔隙系統(tǒng))。NMR測量期間，分子能從微孔隙系統(tǒng)

11、擴散到大孔隙系統(tǒng)，以致于分不清真正的孔隙大小分布。對于上述討論的水飽和巖石來說，把T2分布分成束縛水和自由水時，假設(shè)短T2弛豫時間與黏土束縛水、毛細管束縛水和小孔隙水有關(guān)，該假設(shè)在含烴巖石中無效。譬如，在這種巖石中，有黏性的可動油，其T2值小于截止值。顯然，如果人們用一個截止值分析總的或合成的T2分布，則這個可動油將被誤認為是束縛水。解決這個問題的一個途徑就是使用以擴散為基礎(chǔ)的流體特性描述方法把兩個T2分布分開。24估算砂巖的NMR滲透

12、率兩個經(jīng)驗滲透率公式SDR公式(斯倫貝謝Doll研究中心)和TimurCoates公式被廣泛用于石油工業(yè)。NMR滲透率公式可估算水飽和砂巖中的鹽水滲透率對于許多砂巖來說，孔隙本身和孔喉大小之間具有很好的相關(guān)性，這是計算NMR滲透率的重要基礎(chǔ)。兩個滲透率測量值都含有模型參數(shù)(如指數(shù)和比例常數(shù))。服務(wù)公司所采用的缺省值通常能提供定性準確的NMR滲透率曲線(可用來比較兩個層的滲透率)。盡管這些信息有價值，但估算的滲透率會明顯地偏離地層的真實滲

13、透率。要定量估算特殊巖石的準確滲透率，建議對巖樣的測量結(jié)果進行分析，從而確定最優(yōu)的滲透率方程參數(shù)。SDR和TimurCoates滲透率的計算都受烴影響，需要更多的研究來提出預(yù)測烴和水相對滲透率的公式。SDR和TimurCoates滲透率公式都基于一定的假設(shè)，這對碳酸巖來說是不適用的，這是因為在碳酸巖中，NMR測量的孔隙本身大小與孔喉大小沒有很好的相關(guān)性。碳酸巖中的孤立孔洞流體也能產(chǎn)生NMR信號，這些信號對NMR孔隙度有貢獻，但對滲透率則