1、核磁共振测井技术及应用测井公司孙清溪（ 8761754/1050026148）2013年 7月思考题 ：1、简答核磁共振测井基本原理 ？2、 核磁共振测井影响因素 ？测井公司、 核磁共振测井影响因素 ？3、核磁共振提供的物性参数 ？4、如何识别轻质油 、气及中质油 ？一、核磁共振基本测量原理二、核磁共振测井仪器发展概况三、核磁共振测井观测模式及测井设计四 、 核磁共振测井影响因素目 录测井公司四 、 核磁共振测井影响因素五、核磁共振测井处理解释基础六、核磁共振测井技术的应用七、核磁共振测井发展趋势八、核磁共振测井质量控制1、核磁共振测量的物理基础核磁共振 （NMR）指的是原子核对磁场的响应 。
2、即若在与稳定磁场垂直方向上加一射频磁场 ，当交变磁场的频率与氢核的核磁共振频率相同时 ，处于低能位的氢核将吸收能量 ，转变为高能态的核 ，这一现象即称之为 核磁共振 。核磁共振基本测量原理测井公司当射频脉冲作用停止后 ，磁化矢量通过自由进动向 B0方向恢复 ，使原子核从高能态的非平衡状态 ，向低能态的平衡状态恢复 。这种高能态的核不经过辐射而转变为低能态的过程叫 弛豫 。纵向弛豫 （T 1）： 磁化矢量在 Z方向的纵向分量往初始宏观磁化强度 M0的数值恢复过程 。它与孔隙度的大小 、孔隙直径的大小 、孔隙中流体的性质 、以及地层的岩性等因素有关 。ZB0M0MMz2、核磁弛豫核磁共振基本测量原
3、理测井公司岩性等因素有关 。横向弛豫 （T 2）： 磁化矢量在 X-Y平面的横向分量往数值为零的初始状态恢复的过程 。它与地层孔隙度的大小 、孔隙直径的大小 、孔隙中流体的性质 、岩性 、以及采集参数 （如TE和磁场的梯度 ）等因素有关 。xyMxy3、核磁共振测井测量的基本信息只有流体被看到核磁共振基本测量原理测井公司4、核磁共振信号测量方法核磁共振基本测量原理测井公司极化 施加射频磁场 自旋回波测量一、核磁共振基本测量原理二、核磁共振测井仪器发展概况三、核磁共振测井观测模式及测井设计四 、 核磁共振测井影响因素目 录测井公司四 、 核磁共振测井影响因素五、核磁共振测井处理解释基础六、核磁共
4、振测井技术的应用七、核磁共振测井发展趋势八、核磁共振测井质量控制NUMAR/Halliburton 1983年创办年创办年创办年创办 、 、19911991年年年 年MRILMRIL-B商品化商品化商品化商品化MRIL B 单频单频单频单频MRIL C 双频双频双频双频MRIL Prime 九频九频九频九频MRIL Prime-XL 极板型仪器极板型仪器极板型仪器极板型仪器MRWD 随钻核磁测井随钻核磁测井随钻核磁测井随钻核磁测井Schlumberger 1950年代年代年代年代 NML、 、 1996年年年 年 CMR商品化商品化商品化商品化 、 、 7年年年 年核磁共振测井仪器发展概况测井
5、公司年代年代年代年代 、 、 年年年 年 商品化商品化商品化商品化 、 、 年年年 年CMR-A TE=320 msCMR-200 TE=200 msCMR Plus TE=200 ms 带预极化带预极化带预极化带预极化MRX 八频八频八频八频 、 、三天线 三天线三天线三天线ProVision 随钻核磁测井随钻核磁测井随钻核磁测井随钻核磁测井Baker Atlas 1996年研制年研制年研制年研制 、 、20042004年商品化年商品化年商品化年商品化 、 、8 8年年年 年MRIL BMRIL CMR-Explorer 多频多频多频多频 、 、单天线 单天线单天线单天线Mac-Track
6、随钻核磁测井随钻核磁测井随钻核磁测井随钻核磁测井常见核磁共振测井仪器 常见核磁共振测井仪器常见核磁共振测井仪器常见核磁共振测井仪器MRIL-P 1 mmCMR 井壁井壁井壁井壁MRIL-C1mmMRex/NTMR核磁共振测井仪器发展概况测井公司24in3540cm1 mm15cm2.5cm24in40cm24in 常见核磁共振测井仪器技术指标常见核磁共振测井仪器技术指标常见核磁共振测井仪器技术指标常见核磁共振测井仪器技术指标偏心偏心偏心偏心居中居中居中居中偏心偏心偏心偏心居中居中居中居中仪器位置仪器位置仪器位置仪器位置650-750kHz2频频频 频自旋回波技术自旋回波技术自旋回波技术自旋回波
7、技术梯度梯度梯度梯度 -脉冲脉冲脉冲脉冲MRIL-C2MHz500-800KHz450-880KHz共振频率范围共振频率范围共振频率范围共振频率范围2频频频 频9频频频 频12频频频 频（ （ （目前实现 目前实现目前实现目前实现 6频频频 频） ） ）工作频率工作频率工作频率工作频率自旋回波技术自旋回波技术自旋回波技术自旋回波技术自旋回波技术自旋回波技术自旋回波技术自旋回波技术自旋回波技术自旋回波技术自旋回波技术自旋回波技术测量方式测量方式测量方式测量方式局部均匀局部均匀局部均匀局部均匀 -脉冲脉冲脉冲脉冲梯度梯度梯度梯度 -脉冲脉冲脉冲脉冲梯度梯度梯度梯度 -脉冲脉冲脉冲脉冲测量原理测量原
8、理测量原理测量原理CMR系列系列系列系列MRIL-PMRex仪器型号仪器型号仪器型号仪器型号核磁共振测井仪器发展概况测井公司不受限制不受限制不受限制不受限制大于大于大于大于0.02ohm.m大于大于大于大于 0.02ohm.m大于大于大于大于0.02ohm.m泥浆电阻率泥浆电阻率泥浆电阻率泥浆电阻率600ft/h155 6/4.5in2ft (点测点测点测点测 )8in(井轴开始井轴开始井轴开始井轴开始 )7-16in1.2ms450ft/h1440ft/h1800ft/h最大测速最大测速最大测速最大测速175 177 177 耐温耐温耐温耐温6.7in/5.3in6in/4 7/8in5in
9、仪器外径仪器外径仪器外径仪器外径0.6ft(点测点测点测点测 )2ft(点测点测点测点测 )2ft(点测点测点测点测 )纵向分辨率纵向分辨率纵向分辨率纵向分辨率1in(井壁井壁井壁井壁 )8in(井轴开始井轴开始井轴开始井轴开始 )2.6-4.5in(井壁开始井壁开始井壁开始井壁开始 )探测深度探测深度探测深度探测深度 6.5in7-16in6-14in适应井眼范围适应井眼范围适应井眼范围适应井眼范围0.2ms0.6ms0.6ms最小回波间隔最小回波间隔最小回波间隔最小回波间隔共振频率范围共振频率范围共振频率范围共振频率范围MRIL-Prime的主要特点 ：（ 1）加长预激化磁体 ，提高测速和
10、数据精度 ；（ 2）采用 9频 5个频带测量 ；（ 3） 4种测量方式 ， 77测井模式 ，可一次完成双 TW和双 TE的测量 ；（ 4）耐温高达 177 ；（ 5）能够测量粘土束缚水和总孔隙度 。核磁共振测井仪器发展概况测井公司自由流体孔隙度毛管束缚流体孔隙度核磁渗透率核磁共振基本测量原理测井公司粘土束缚流体孔隙度核磁共振基本测量原理测井公司1 10 100 1,000 10,000MRex核磁共振测井仪器是核磁共振测井仪器是核磁共振测井仪器是核磁共振测井仪器是Baker Atlas 公司最新推出的一种偏公司最新推出的一种偏公司最新推出的一种偏公司最新推出的一种偏心测量的核磁共振测井仪心测量
11、的核磁共振测井仪心测量的核磁共振测井仪心测量的核磁共振测井仪 ， ，原命名 原命名原命名原命名MR Explorer Magnet核磁共振测井仪器发展概况MRex核磁共振测井仪测井公司为为为 为 NTMR。 。该仪器挂接在 该仪器挂接在该仪器挂接在该仪器挂接在 Atlas 公司公司公司公司的的的 的 5700系统上系统上系统上系统上 ， ，可与其它 可与其它可与其它可与其它 5700井下井下井下井下仪组合测井仪组合测井仪组合测井仪组合测井 。 。该仪器测量在核物理 该仪器测量在核物理该仪器测量在核物理该仪器测量在核物理基础和测量原理方面与其它核磁共基础和测量原理方面与其它核磁共基础和测量原理方
12、面与其它核磁共基础和测量原理方面与其它核磁共振仪器基本一致振仪器基本一致振仪器基本一致振仪器基本一致 。 。该仪器在天线设 该仪器在天线设该仪器在天线设该仪器在天线设计计计 计、 、 、脉冲序列设计 脉冲序列设计脉冲序列设计脉冲序列设计 、 、测井数据采集 测井数据采集测井数据采集测井数据采集 、 、控制信噪比等方面有其显著的特点控制信噪比等方面有其显著的特点控制信噪比等方面有其显著的特点控制信噪比等方面有其显著的特点 。 。Sensitive Volume24MRex采用多种频率同时工作采用多种频率同时工作采用多种频率同时工作采用多种频率同时工作 ， ，每种频率可采用不同的采集参数 每种频率
13、可采用不同的采集参数每种频率可采用不同的采集参数每种频率可采用不同的采集参数 ， ，一次下井可 一次下井可一次下井可一次下井可以采集多组回波串数据以采集多组回波串数据以采集多组回波串数据以采集多组回波串数据 ， ，可同时得到不同等待时间 可同时得到不同等待时间可同时得到不同等待时间可同时得到不同等待时间 、 、不同回波间隔的 不同回波间隔的不同回波间隔的不同回波间隔的 T2谱数据谱数据谱数据谱数据 ； ；相对简化了测量参数的选择相对简化了测量参数的选择相对简化了测量参数的选择相对简化了测量参数的选择 。 。根据不同的测井目的 根据不同的测井目的根据不同的测井目的根据不同的测井目的 ， ， MR
14、ex仪器提供了几种固有的仪器提供了几种固有的仪器提供了几种固有的仪器提供了几种固有的观测模式观测模式观测模式观测模式 ， ，用户不用对核磁共振测井全面了解即可进行观测模式选择 用户不用对核磁共振测井全面了解即可进行观测模式选择用户不用对核磁共振测井全面了解即可进行观测模式选择用户不用对核磁共振测井全面了解即可进行观测模式选择 。 。测井目的测井目的测井目的测井目的 观测模式观测模式观测模式观测模式 工作频率工作频率工作频率工作频率（ （ 种种种 种 ） ）回波串回波串回波串回波串（ （ 组组组 组 ） ）回波回波回波回波间隔间隔间隔间隔等待等待等待等待时间时间时间时间回波串分布回波串分布回波串
15、分布回波串分布（ （组 组组 组） ） ）相对简单的观测模式核磁共振测井仪器发展概况测井公司（ （ 种种种 种 ） ） （ （ 组组组 组 ） ） 间隔间隔间隔间隔 时间时间时间时间地层特性评价地层特性评价地层特性评价地层特性评价 FE 1、 、 3、 、 6 7组组组 组 1.2ms 1s-8s T2： ： 1BVI： ： 4CBW： ： 2轻质油评价轻质油评价轻质油评价轻质油评价 FE+Oil 3 13组组组 组 0.6ms1.5ms2.1ms1s-8s TWL： ： 3TWS： ： 2CBW： ： 6BVI： ： 2气层评价气层评价气层评价气层评价 FE+Gas / / / / /稠油评
16、价稠油评价稠油评价稠油评价 FE+Heavy Oil / / / / /泥质束缚流体泥质束缚流体泥质束缚流体泥质束缚流体 BW / / / / /中质油层中质油层 T2谱谱,相对水层拖后相对水层拖后 ,差差差差差 差差 差差 差 谱 谱谱 谱谱 谱谱 谱核磁共振测井仪器发展概况MRex核磁共振测井仪测井公司分谱道有明显油气分谱道有明显油气特征谱 。特征谱 。一、核磁共振基本测量原理二、核磁共振测井仪器发展概况三、核磁共振测井观测模式及测井设计四 、 核磁共振测井影响因素目 录测井公司四 、 核磁共振测井影响因素五、核磁共振测井处理解释基础六、核磁共振测井技术的应用七、核磁共振测井发展趋势八、核
17、磁共振测井质量控制观测模式是一种以获取特定应用信息为目标的磁化和采集方式 ，它包括 TW、 TE、 NE、最小累加次数 RA的设置 、频率的使用及其时序 。MRIL-Prime型核磁共振测井仪共有单 TW/单 TE、双 TW/单 TE、单 TW/双TE以及双 TW/双 TE等 4种观测模式 。核磁共振测井观测模式及测井设计1、核磁共振观测模式测井公司1 DTP模式 （标准 T2测量 ）又称单 TW/单 TE模式 。该方式主要用于计算总孔隙度 、有效孔隙度 、确定可动流体体积 、毛管束缚水 、粘土束缚水体积 ，进行流体类型识别要谨慎 。岩石颗粒 孔隙流体骨骨 架 架 干干粘土粘土 粘土束缚水毛管
18、束缚水 可动水可动水 烃烃1 DTP模式 （标准 T2测量 ）核磁共振测井观测模式及测井设计测井公司自由流体孔隙度毛管束缚流体孔隙度核磁渗透率1 DTP模式 （标准 T2测量 ）核磁共振测井观测模式及测井设计测井公司粘土束缚流体孔隙度2 DTW模式又称双 TW/单 TE模式 。 DTW模式除了用于测量粘土束缚水 、毛管束缚水 、有效孔隙度和总孔隙度外 ，还可以单独用作轻质油气的识别 。短等待时间 ：水信号可完全恢复， 轻烃 (气 )不能完全恢复 ；孔隙度孔隙度(Tw长 )(Tw短 )核磁共振测井观测模式及测井设计测井公司， 轻烃 气 不能完全恢复 ；长等待时间 ：水信号可完全恢复，轻烃 (气
19、)也能完全恢复 ；将两种等待时间测得的 T2谱相减（差谱 ）可基本消除水的信号 ，突出轻烃的信号 ，从而达到识别油 、气、水层的目的 。1 10 100 1,000 10,000T2 (ms)孔隙度差谱岩石颗粒 孔隙流体骨骨 架 架 干干粘土粘土 粘土束缚水毛管束缚水 可动水可动水 烃烃2 DTW模式核磁共振测井观测模式及测井设计测井公司3 DTE模式又称单 TW/双 TE模式 。 DTE模式可以测量粘土束缚水 、毛管束缚水 、有效孔隙度 、总孔隙度 ，也可以对粘度较高的油或气进行识别和定量评价 。孔隙度短 TE水气核磁共振测井观测模式及测井设计测井公司利用梯度磁场中扩散对横向弛豫时间 T2的
20、影响 ，采用不同回波间隔进行测量 ，得到两组 T2分布 。对气 、水两相 （显然气是非润湿相）： 在不同回波间隔的 T2分布上 ，由于气的扩散系数远大于水的扩散系数，气与水的位置将发生不同的位置移动。因此 ，将导致较大回波间隔时 ，气的 T2峰迅速前移 ，甚至消失 ；而水峰相对移动不大 。1 10 100 1000T2 （ ms）孔隙度孔隙度长 TE水水气3 DTE模式核磁共振测井观测模式及测井设计测井公司4 DTWE模式又称双 TW/双 TE模式 。可以测量粘土束缚水 、毛管束缚水 、有效孔隙度 、总孔隙度以及对流体性质的识别和定量分析 。核磁共振测井观测模式及测井设计测井公司岩石颗粒 孔隙
21、流体骨骨 架 架 干干粘土粘土 粘土束缚水毛管束缚水 可动水可动水 烃烃核磁共振测井观测模式及测井设计4 DTWE模式测井公司核磁共振观测模式的选取决定着测量和分析结果的准确性 。观测模式的选取离不开测前设计 。测前设计需要在测量前进行相关参数的收集 ，所需收集的相关参数包括 ：设计井深 、地层温度 、地层压力 、储层类型 （渗透性 ）、 侵入带烃饱和度 、侵入范围 、气的密度或油的粘度 、地层水矿化度 、储层流体类型 、泥浆类型和泥浆电阻率等参数 ， 同时还需选择所要选取的观测模式类型 。2、核磁共振测前设计核磁共振测井观测模式及测井设计测井公司电阻率等参数 ， 同时还需选择所要选取的观测模
22、式类型 。进行核磁共振测前设计主要分为三个步骤 :1 确定目的层流体核磁共振特性2 预测目的层核磁共振测井响应3 选择合适的观测模式和采集参数极化时间与极化程度关系图A组仪器类型 ： MRIL-Prime(6”)油藏类型 ：砂岩 （ 10K100mD）地层温度 ： 98 （ 371K）地层压力 ： 20.6Mpa估计有效孔隙度 ： 15.0%侵入带饱和度 ： 20.0%泥浆侵入量 ： 10.0%核磁共振测井观测模式及测井设计测井公司B组C组D组差谱泥浆侵入量 ：受限扩散 ： 0.8油的粘度 ： 10mPa.s(50 )油扩散度 ： 0.35油 T1值： 500ms地层水扩散度 ： 4.17水的 T1值： 250ms设计采用模式 ： D9TWE2核磁共振测井观测模式及测井设计测井公司
