核磁共振测井应用介绍

磁共振成像测井—一种地层评价新技术磁共振成像测井磁共振成像测井——一种地层评价新技术一种地层评价新技术磁共振成像测井技术介绍磁共振成像测井技术介绍l磁共振测井技术概述。l磁共振测井的一些基本概念。l磁共振成像测井(MRIL)介绍。lMRIL测井质量控制。l岩心磁共振实验分析研究。lMRIL测井资料处理及解释分析。lMRIL测井地质应用实例。磁共振测井技术概述磁共振测井技术概述l地层流体中的氢核的磁共振驰豫信号的幅度与地层中流体含量成正比，其驰豫时间与孔隙大小、流体特性等有关。l磁共振测井是一种通过测量地层流体中氢核的驰豫特性，提供反映地层储集特性的丰富的地质信息的“流体优先”的测井新技术，与常规测井技术相比，具有其独特性。磁共振测井技术的独特性磁共振测井技术的独特性l直接探测地层的孔隙特性及流体的流动特性。l流体优先，岩石颗粒骨架及干粘土对测井响应无贡献。测井解释无需建立复杂的测井响应体积模型。l井眼扩径不大时，不受井眼泥浆及泥饼影响，适用于各种岩性及储层条件下的测井需要。l可实时提供地层孔隙度、渗透率、束缚流体体积等储层参数及反映孔隙结构的T2分布谱。l在储层流体磁共振性质差别明显时，可实现直观识别、评价油气层。l与常规测井结合可提高储层测井综合解释评价水平。磁共振测井技术的应用磁共振测井技术的应用l核磁测井技术在中国已得到初步应用l在储层参数计算中的应用。l在油气层直观识别、解释评价中的应用。l在低阻油气层解释评价中的应用。l在复杂岩性油气藏解释评价中的应用。l在水淹层剩余油解释评价中的应用。l受控锰盐添加剂核磁测井技术的研究为提高核磁测井在直观油气识别、评价中的应用效果提供了可能。磁共振成像测井的物理基础磁共振成像测井的物理基础磁共振成像测井的物理基础磁共振成像测井的物理基础磁共振成像测井的物理基础l核磁共振现象–原子核的磁性——核自旋（磁偶极子）–单个自旋在外加磁场中的表现——拉莫尔（Lamor）进动–核自旋系统在外加磁场中的表现——•宏观磁化矢量、核磁共振lNMR驰豫时间及其测量–纵向驰豫（自旋—晶格驰豫）——纵向驰豫时间T1–横向驰豫（自旋—自旋驰豫）——横向驰豫时间T2–自由感应衰减–自旋回波–T2的测量l核磁共振测量敏感区的选择原子核的核磁矩与拉莫尔进动原子核的核磁矩与拉莫尔进动l含有奇数个核子以及原子核序数为奇数含偶数个核子的原子核都具有自旋特性，产生核磁矩（磁偶极子）。mm=gPg称为旋磁比；P为自旋角动量在磁共振测井中观测的是地层流体中的氢核（磁质子）l在外加磁场中核磁矩绕外磁场的方向轴作拉莫尔进动，这恰如陀螺在重力场中绕重力轴进动一样。核磁矩的进动拉莫尔频率为ωo=γB核自旋系统的核自旋系统的宏观磁化矢量与磁共振宏观磁化矢量与磁共振l实际地层中，用单位体积内核磁矩的和—宏观磁化矢量M描述大量磁偶极子的宏观特性。M=Σμl在无加磁场时，磁偶极子的取向杂乱无章，总的宏观磁化矢量为零。在外加静磁场Bo作用下，磁偶极子处于热平衡状态，在Bo方向上存在一个净磁化矢量Mo。l当在与Bo相垂直的X轴方向施加一个频率满足拉莫尔频率ωo的交变磁场B1时，处于低能态的磁偶极子将吸收交变磁场的能量，跃迁到高能态，这种现象就是所谓的磁共振，ωo为共振频率。NMRNMR驰豫时间及其测量驰豫时间及其测量l选择射频脉冲的持续时间正好使M偏离平衡位置翻转90°，此时M的横向矢量最大Mxy=Mo，纵向矢量最小Mz=0，NMR信号最强。l射频脉冲作用停止后，核磁矩只受Bo作用，由共振状态逐渐恢复到原来的热平衡状态—驰豫过程。在此过程观测NMR信号。l纵向驰豫过程驰豫速率1/T1，T1为纵向弛豫时间。l横向驰豫过程驰豫速率1/T2，T2为横向驰豫时间。MMexytT=-02/MMeztT=--011()/MMeztT=--011()/NMRNMR驰豫时间及其测量驰豫时间及其测量磁共振测井中磁共振测井中T2T2的测量的测量l在磁共振测井中采用CPMG自旋回波技术完成对横行驰豫过程的测量。lCPMG脉冲序列为(90°)x—[TE/2—(180°)y—TE/2—echo]nl地层孔隙流体的横向驰豫包含多个单指数衰减，观测到的回波串的幅度的包络线是多个指数的和，按1/T2的速率衰减，可分解出不同的指数成分。l增加回波个数n可以提高信噪比，并增强对衰减慢的长T2分量的分辨能力；减小回波间隔TE可以减小扩散对T2测量的影响，提高对衰减快的短T2分量的分辨能力。磁共振测井中磁共振测井中T2T2的测量的测量磁共振测井中磁共振测井中T2T2的测量的测量磁共振测井测量敏感区的选择磁共振测井测量敏感区的选择l磁共振测井中的测量敏感区的选择取决于外加静磁场Bo的场强梯度G，及90°射频脉冲的频率选择。l在梯度磁场中沿Z轴的磁场强度Bz1是变化的Bz1=Bo+G*Z1。l各区的磁共振频率wz1也是变化的wz1=γ*Bz。l90°射频脉冲的频率选择为wz1，则只有断面z=z1中的氢质子产生NMR信号，断面厚度Dz由射频脉冲频带宽度决定，其他位置上的氢质子均未受激励，不处于共振状态。l通过改变x¢轴上施加的90°射频脉冲的频率，即可对磁共振观测区域进行选择。岩石流体磁共振弛豫机制岩石流体磁共振弛豫机制l磁共振测井测量的横向弛豫时间是地层孔隙内氢核弛豫特性的综合反映。影响NMR驰豫特性的流体特性有HI、粘度、润湿性等。l岩石孔隙内流体磁共振弛豫时间与岩石孔隙结构、流体特性等有密切的关系，弛豫机理是多种多样的，其中有三种主要的NMR弛豫机制影响T2的测量——颗粒表面弛豫、梯度场中分子扩散引起的扩散弛豫以及自由流体进动引起的自由弛豫。l对核磁测井，润湿相，表面弛豫通常是主要的；非润湿相，体积弛豫将是主要的。l上述三种弛豫过程可以表示为B2D2S22T1T1T1T1++=岩石流体磁共振弛豫机制岩石流体磁共振弛豫机制——表面弛豫l反映岩石颗粒表面对氢核的弛豫特性，与孔隙尺寸、流体特性、流动特性等成正比。１／T2S＝ρ２＊(S/V)l岩石孔隙大小在表面弛豫过程中起着重要的作用。在大孔隙中，S/V小，氢核与颗粒表面碰撞机会较小，弛豫时间相对较长；小孔隙具有较大的S/V值，其弛豫时间较短。l岩石颗粒表面的铁、锰等顺磁物质具有特别强的驰豫能力，可大大加快自旋氢核的弛豫速度。l表面弛豫使T2峰向短T2方向移动，这种情形对低渗透率储层更明显，对地层水的影响比对油的影响也更强烈。这种表面弛豫效应使核磁共振测井资料的解释复杂化。岩石流体磁共振弛豫机制岩石流体磁共振弛豫机制——扩散弛豫l梯度静磁场中分子运动可引起核磁共振矢量散相，影响T2弛豫（T1弛豫不受影响）。l岩石骨架颗粒与孔隙流体间磁化率差异可造成内部梯度磁场。lTE隔较大、孔隙流体扩散系数较高时，（如高温下的气体和轻烃），扩散弛豫对T2的影响将非常显著。此外磁性矿物会加速扩散效应，T2衰减加快，其分布谱前移。测井中，减少CPMG的TE就可以有效地减少扩散弛豫对T2测量的影响。l利用扩散驰豫机制可以发展测量流体扩散系数D的方法。12D)GT(T12ED2γ=岩石流体磁共振弛豫机制岩石流体磁共振弛豫机制——自由弛豫l自由弛豫机制普遍存在于岩石孔隙流体，特别是非润湿相流体。l水存在于非常大的空间中时（如溶洞、裂缝等）,氢核几乎与表面不接触,此时这种弛豫机制是重要的。l油作为非润湿相,体积自由弛豫非常重要,其弛豫速度受其粘度的影响较大,其粘度越大,弛豫衰减越快。稠油即使是润湿相,自由驰豫也将成为主要因数.l气体在岩石中总是非润湿相,磁豫机制只有自由驰豫(T1）和扩散驰豫(T1）.l孔隙流体中顺磁离子浓度较高时,流体驰豫时间减小,也以自由驰豫为主.岩石流体主要弛豫机制岩石流体主要弛豫机制l对储层流体磁共振弛豫机制的了解是作好核磁共振测井工作准备及解释的基础。在三种磁共振弛豫机制中，颗粒表面弛豫主要反映岩石孔隙中润湿相的弛豫，而自由体积弛豫和扩散弛豫则主要为非润湿相弛豫。流体类型T1T2水（砂岩）T1sT2sT1～1.5T2水（溶洞）BulkBulk,DT1≥T2油（重质油）BulkBulkT1﹦T2油（轻质油）BulkBulk,DT1≥T2天然气BulkDT1T2据Klamberget.al1996据Klamberget.al1996岩石孔隙流体的弛豫特征岩石孔隙流体的弛豫特征MRILMRIL磁共振成象测井磁共振成象测井MRILMRIL--C/TPC/TP磁共振成象测井仪技术参数磁共振成象测井仪技术参数磁场强度179Gauss，17Gauss/cm梯度场仪器探头外径6″（152mm）及4.5″（114.3mm）两种仪器连接长度（标准）10.36m仪器重量635kg(6″探头)；589.7kg(4.5″探头)仪器耐温/耐压-20℃—155℃/344MPa测量井眼尺寸7.5″-13″(6″探头)；5″-7.5″(4.5″探头)垂向分辨率24″（610mm）建议测速5—30ft/min（1.5—9m/min)泥浆电阻率大于0.02Ω.mRm0.1Ω.m时使用泥浆排除器MRILMRIL--C/TPC/TP磁共振成象测井服务磁共振成象测井服务l根据不同的地质目的MRIL-C/TP磁共振成象测井仪可以提供以下五种NMR信息采集测井服务：–标准T2测井提供地层与矿物无关的孔隙度信息、连续的渗透率曲线、T2分布。这是基本的MRIL测井方式。–双TW（TR）谱差分测井提供地层孔隙度、渗透率信息、T2分布；直观定性识别油气。–双TE（T2D）谱位移测井提供地层孔隙度、渗透率信息、T2分布；直观识别气层或稠油层、进行储层流体扩散分析。–TP总孔隙度测井提供地层的总孔隙度、有效孔隙度、粘土束缚水、毛管束缚水信息及渗透率信息。利用双TW（TR）测井识别油气层利用双TE（T2D）测井识别油气层TP总孔隙度测井MRIL资料采集与质量控制MRILMRIL资料采集与质量控制资料采集与质量控制MRILMRIL资料采集及处理解释作业流程资料采集及处理解释作业流程MRILMRIL测井的输出曲线测井的输出曲线lMPHS核磁总孔隙度lMPHE核磁有效孔隙度lMBVI毛管束缚水体积lMBVM可动流体体积lMCBW粘土束缚水体积lMPRM核磁渗透率lECHO原始回波串lPPORT2分布谱MRILMRIL测井测前设计测井测前设计l在实际测井之前，详细的了解施工地区地质、井眼信息以及一些可能的影响因素，对将采用的测井方式及采集参数作优化设计，是核磁测井取得良好效果前提和保证。l测前设计需要了解：–地层、井眼信息：–测井方式的选择–MRIL油气影响因素–MRIL地层影响因素–MRIL环境影响因素–MRIL垂向分辨率影响因素–MRIL测速影响因素MRILMRIL测井测前设计测井测前设计l测前设计首先需要了解施工地区的地层、井眼信息。–储层温度–储层是否含气？–储层是否含油？–油的粘度–油气比–井眼大小–Rm及BHTMRILMRIL油气影响因素油气影响因素在含油气亲水岩石中l天然气HI〈1；T1长；T2谱分布广（MBVI+MBVM）。l轻—中等粘度油HI≈1；T1长；T2谱上表现为MBVM。l稠油HI≈1；T1段；T2谱向短T2时间方向偏移（MBVI）。MRILMRIL测井测前设计测井测前设计——选择测井方式l根据进行MRIL测井的目的选择最佳的测井方式，提高测井时效及应用效果。–气、轻质—中等粘度油的识别评价——TR测井。–低孔、低渗储层的评价——TP或T2测井。–稠油储层评价——T2D测井。–对于一个地区的第一口预探井——TP、TR、T2D可同时测。MRILMRIL地层影响因素地层影响因素l粘土——是MPHE降低，标准T2测井观测不到，可用TP总孔隙度测井方式测量。l天然气—低HI使MPHE降低，T1长、T2短。l轻质油—长T1使极化恢复等待时间TW增加，测速降低。l稠油——T2衰减快，谱峰向MBVI方向偏移，造成MBVM、MBVI解释困难。l薄层——不能给出单个薄层的贡献，但可以准确给出仪器纵向探测范围内各个薄层的孔隙度、渗透率的累计贡献。MRILMRIL井眼环境影响因素井眼