原理意义1

培训内容核磁共振测井基础一、核磁共振测井的作用与意义二、核磁共振测井基本原理核磁共振测井仪器介绍一、斯仑贝谢核磁共振仪器及发展二、哈里伯顿核磁共振仪器及发展三、贝克休斯核磁共振仪器及发展四、国内核磁共振仪器及发展核磁共振测量方法及质量控制核磁共振测井解释评价及识别流体性质基础核磁共振测井在油田勘探开发中应用实例分析一、水淹层解释二、低－特低孔渗储层三、低阻油层四、特殊岩性油气藏………核磁共振测井基础核磁测井是以核磁共振为基础的测井方法，是利用原子核在磁场中的能量变化来获得原子核信息的现代技术，是唯一能直接区分岩石中束缚和可动流体（水和油）并测定其所占孔隙体积的地球物理方法，它在石油勘探和开发中正在发挥日益增长的重要作用。核磁共振测井基础伽马测井均匀场单频双频三频九频梯度场人工磁场地磁场核磁测井中子测井核测井地磁场早期的核磁测井仪器，都是利用地磁场实现氢核磁矩定向排列而生成核磁化强度矢量，这是成本最低的一种磁化方案。其缺点主要有三：①地磁场的强度低，磁化强度低，信号弱；②在不同的地区地磁场强度不同，进动频率不同，会影响测量效果；③在核磁测井的测量范围内，即井眼及其附近地层的磁场是均匀的，因而井眼内流体对信号的贡献比地层要强得多，为压制井眼影响需在井液中添加顺磁性物质，致使施工费用增加，市场无法接收。优点：①磁化充分；②工作区（样品）体积大；③共振频率低，探测深度大；现代测井仪器大都放弃了这一方案，只有俄罗斯还保留原来的技术路线，但改进了信号处理技术，所以仍能占领其国内市场。人工激发均匀磁场70年代末，J.Jackson提出“Inside-Out”的静磁场实现方案。即把一组磁铁置于井中（Inside），在井眼外面（Outside）的地层里激发一个磁场相对均匀的区域，作为核磁共振的工作区。这个确定的工作区位于离井壁一定距离的地层中，从而避开了井眼的影响，并降低了侵入带的影响。这一思想的提出和实现，对核磁测井的发展起了划时代的推动作用。“Inside-Out”技术的先进性，主要表现于在井眼外面激发磁场，而用均匀磁场对含氢介质进行磁化却是从实验室核磁共振测量技术中引用来的，对测井作业并不是最佳方案。问题：①在井眼地层介质系统中‘均匀’磁场无法实现；②工作区小；③不利于利用扩散系数的差异识别流体；④单频，单区；⑤贴井壁。人工激发梯度磁场在井眼条件下，要在地层中建立体积比较大的均匀磁场看来是不可能的，因而需要寻找一种在磁场不均匀时也能测量的方法。根据核磁共振成像原理，NUMAR公司用梯度磁场代替均匀磁场，这为实现径向成像奠定了基础，代表着核磁测井的发展方向。优点：①激发出的磁场本来就是梯度场，不需要复杂的磁系组合；②多频多区；③有径向成像的潜力；④有利于分辨油、气、水。核磁共振测井基础一、核磁共振测井的作用与意义◆测量对象——储层孔隙流体◆T2谱意义——反映孔隙孔径分布◆提供的最基本信息——束缚流体、可动流体、各种孔隙度及渗透率◆储层油气层评价◆与常规测井对比医学MRI:只有流体被看到SensitivevolumeMRILProbe-5Time(ms)0510152025303540050100150200250Amplitude(PU)InitialamplitudecalibratedtoporosityDecayratesprovideinformationfortextureandfluidtypesProcessingResult:T2DistributionP(i)T2★核磁共振测井测量的是储层孔隙流体信息f=17.1%Kair=1.87mdSwir=80.8%f=24.4%Kair=45.1mdSwir=58.3%f=11.8%Kair=414mdSwir=29.6%f=27.8%Kair=2640mdSwir=21.3%.001.010.11.010100Radius,micronsRadius(HgI)T2(NMR)★T2谱反映储层孔隙孔径分布ProcessingResult:T2DistributionP(i)T2224min)(dTTSMCBWT粘土束缚流体224)(dTTSMPHEMAXTe224)(2dTTSMBVIcutoffTB有效孔隙体积毛管束缚流体22min)(dTTStMSIGMAXTT总孔隙体积24)(BVIFFINMRckФFFIФBVI渗透率★提供的最基本信息：可动流体体积222)(dTTSMBMWMAXTcutoffTm6412825651210242048标准T2谱粘土束缚水体积有效孔隙度总孔隙度.51.02.04.0毛管束缚流体freefluidmobilewaterhydrocarbonmatrixdryclayclay-boundwatercapillaryboundwaterMFFIMPHI@feffConductiveFluidsMCBWMBVIMSIG@ftotal8.01632可动流体T2cutoff粘土束缚流体毛管束缚流体可动流体T2截止值总孔隙度有效孔隙度孔径分布渗透率★提供的最基本信息：1101001,000T2(ms)ShortTELongTEDualTELogging:D-weighted1101001,000T2(ms)LongTWShortTWDualTWLogging:T1-WeightedWaterGasOilT1T2D很短中等短长很长(与粘度有关)很短中等短长短(与回波间隔、扩散系数、磁场梯度等因素有关)很慢中等很慢中等很快固体束缚水可动水稠油轻质油气可动水泥质水烃（油与气）毛管水差谱移谱★利用核磁测井评价油气层核磁共振测井基础常规测井如何评价储层？骨架泥质孔隙能够反映岩性的曲线确定骨架值一系列公式Φ＝△tma-△t/△tma-△tf?Sw60%水Sw40%油40%Sw60%水与油SwRwRt=f2核磁共振测井基础测井解释成果图孔隙骨架w1w2★核磁共振与常规测井的不同：孔、渗、饱常规测井核磁共振CBWBVIMBW孔、渗、饱总孔隙度总孔隙度、有效孔隙度、粘土束缚流体、毛管束缚流体、孔径分布24.4136.0irrSkbaeMBVIMBVMCK必须依赖RT不依赖RT和依赖RT在用体积模型建立的孔隙度测井响应方程中，骨架固体的贡献，有时甚至会远大于孔隙流体的贡献；而且，在骨架矿物成分增加后，矿物组成及其参数的选取，对孔隙度计算结果会产生显著影响。这是复杂岩性以及致密地层孔隙度计算的困难之所在。核磁共振测井基础孔隙度f固体含水孔隙度fwRw1Rw2Rw3在用阿尔奇公式建立的含水饱和度方程中，地层水电阻率是最关键的参数之一。当有多种具有不同导电特性的水并存于孔隙空间时，阿尔奇公式即变得无能为力。而且，对油藏工程来说，即使含水饱和度已经被准确地计算出来，其量值的大小在很多情况下也并不是储层会否产水的唯一判据。例如，有些微孔发育或粒间水丰富的地层，由电阻率测井计算的含水饱和度可能很高，但是，由于这些水均处于束缚状态，仍然可能是很好的油层。这样的地层往往以低电阻率的形式出现，很容易被漏判。这是相当一部分低阻油气藏的测井解释困难之所在。如果有一种测井方法，在确定孔隙度时，不受骨架固体的影响；在确定流体饱和度时能够避开地层水电阻率；而且，可以把不同赋存状态的水，如束缚水和自由水区分开来，那么，它一定会成为油气评价的首选方法。核磁共振正是这样一种方法。核磁共振测井基础孔隙度f固体f=17.1%Kair=1.87mdSwir=80.8%f=24.4%Kair=45.1mdSwir=58.3%f=11.8%Kair=414mdSwir=29.6%f=27.8%Kair=2640mdSwir=21.3%.001.010.11.010100Radius,micronsRadius(HgI)T2(NMR)随着油气田开发的不断深入，对渗透率这一参数的需求日益增强。如何较准确的确定储层渗透率，进而确定油水相渗透率成为测井解释的一个重要研究方面。由于从常规测井资料无法直接得到储层的渗透率(核磁共振测井除外)。而用测井资料间接确定渗透率的方法很多，但精度都不高。渗透率不仅取决于孔隙度的大小,而且与孔隙的几何形状有十分密切的关系核磁共振测井试图通过渗透率与孔隙结构之间的相关性分析，来建立相应的渗透率模型。核磁共振测井基础核磁共振测井基础一、核磁共振测井的作用与意义二、核磁共振测井基本原理核磁共振测井基础一、原子核的自旋核磁共振测井的物理基础是原子核的磁性及其与外加磁场的相互作用。原子核的自旋特性质子中子核子决定于核子中质子和中子的个数，所有的含奇数个核子以及含偶数个核子但原子核序数为奇数的原子核都有自旋的特性。原子核的中子数或质子数或二者均为奇数+++++++核磁共振测井基础1.岩石骨架中的主要核素12C、16O、24Mg、28Si、40Ca等均为偶-偶核，无磁性，对核磁共振信号没有贡献，因而核磁测井对岩性不敏感；2.13C、23Na、35Cl质量数为奇数，为磁性核，但信号很微弱（核磁矩、能级、丰度、核数密度、弛豫时间），在测井中难以测到，目前还不满足测井的条件；3.核素1H丰度高、磁矩大、测量灵敏度高可得到最大的核磁信号，是当今核磁测井唯一可探测的核素。如不指明，在以后所有章节中只讨论1H的核磁特性。核磁共振测井基础二、原子核的磁矩2.1闭合载流线圈的磁矩由普通物理学得知闭合载流线圈具有磁矩=ISn磁矩式中，I为电流强度，单位为A；S为闭合面积，单位为m2；n为与电流方向成右手螺旋法则的单位方向矢量。核磁共振测井基础2.2做闭合运动的带电物体的磁矩带电物体做闭合运动时与闭合载流线圈相似，当质量为m带电量为＋q的粒子作圆周运动时，环形电流强度为：vrq2I式中，v是粒子运动速度,r为圆的半径，圆的面积为S=r2。此环形电流产生的磁矩为：vqrμ2此运动粒子的角动量为：vmrLLμmq2L与方向一致，因此有：作圆周运动的带电粒子具有磁矩，其方向与角动量相同，而比值为是由该粒子自身的带电量和质量决定的常数。核磁共振测井基础2.3原子核的磁矩+++++++二者关系:μ=γPγ——旋磁比，不同的元素具有不同的旋磁比，由实验得到。对于1H而言，旋磁比为2.67522x108/(T.s）核磁矩μ：原子核为具有一定的质量和体积、均匀带电的球体。原子核自旋等效于该球体的旋转。因此，自旋的原子核引起了绕核心沿旋转方向环形的电流，从而产生了磁矩，称之核磁矩或磁偶极子。自旋角动量(动量矩)P：原子核具有质量m，自旋时具有速度v，故原子核具有自旋角动量P=rxmv核磁共振测井基础+TheOriginofMagnetization核磁共振测井基础三、核磁共振概念NSNSNSNSNS+++++++g2hIMagnetization需要理解的几个概念：极化、进动、拉莫尔频率核磁共振测井基础三、核磁共振概念ManyspinszzMMyyxxfBoo22B3)1(KTIIhNM+×gMagnetizationNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSttSN8NSB0M0B0对原子核施加一个力矩，力图使核的自旋轴与B0对准。核磁共振测井基础Bo当一个力矩作用于一个自旋物体时，该物体的轴垂直于力矩的方向的运动称为进动，因此，当B0作用于一个磁核时，该原子核将绕B0进动。进动频率（f）称为拉莫频率。由以下公式确定：γ是旋磁比，代表核磁强度。对于氢/2π=42.58MHZ/特斯拉对于给定的原子核，拉莫频率与静磁场的强度和原子核的旋磁比成正比。对于一个给定的磁场，不同的原子核具有不同的拉莫频率（由于它们有不同的旋磁比），因此根据这些频率可以区分各种核素。当给定一个核素，拉莫频率就是静磁场强度的函数。如果磁场强度是与位置有关的，那么与原子核相关的拉莫频率就是原子核位置的函数。这一观察结果是医用MRI和油田MRIL测量的基础。核磁共振测井基础根据量子力学理论，氢质子处于一个外部磁场中时，质子就被强