核磁測(cè)井

1、核磁測(cè)井1、現(xiàn)代NMRR測(cè)井1、1脈沖NMR測(cè)井儀傳感器(如磁鐵和天線)是脈沖NMR測(cè)井儀的核心部分。它對(duì)儀器的S／N、最小回波間距、探測(cè)深度(DOI)、測(cè)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(jì)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(xì)技術(shù)指標(biāo)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(cè)井儀器有三個(gè)天線和一個(gè)完全可編程的脈沖序列發(fā)生器，能進(jìn)行多種不同方式的測(cè)量。兩

2、個(gè)152mm天線用于高分辨率測(cè)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(lái)探測(cè)天然氣和輕烴，計(jì)算滲透率和孔隙大小分布。主天線長(zhǎng)457mm，有多個(gè)頻率，用于不同地層評(píng)價(jià)，提供多種NMR測(cè)量。每個(gè)頻率都對(duì)應(yīng)不同DOI(從井壁算起為38～102mm)。主天線所提供的地層評(píng)價(jià)包括兩個(gè)高分辨率天線所提供的所有地層評(píng)價(jià)，還用于評(píng)價(jià)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(qiáng)度很大的釤鈷合金永久磁體，磁鐵對(duì)溫度變化相對(duì)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(gè)共同的特征是它們都采用脈沖NMR測(cè)量。12測(cè)量原理NMR測(cè)量有兩步。第一步是建立儲(chǔ)層流體的凈磁場(chǎng)，當(dāng)儀器沿井簡(jiǎn)移動(dòng)時(shí)，磁鐵的磁場(chǎng)矢量B。磁化儲(chǔ)層流體中的氫核，產(chǎn)生凈磁場(chǎng)，磁場(chǎng)沿著B(niǎo)。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(cè)量區(qū)域內(nèi)形成磁場(chǎng)梯度或梯度分

4、布。正如下面討論的，磁場(chǎng)梯度用于識(shí)別儲(chǔ)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(wú)序的，因此流體凈磁場(chǎng)為0。在極化時(shí)間Tp內(nèi)，磁化強(qiáng)度以指數(shù)形式增大到其平衡值Mo。描述磁場(chǎng)指數(shù)方式的時(shí)間常數(shù)為縱向弛豫時(shí)間，稱之為T1。在儲(chǔ)層巖石中，用T1分布描述磁化過(guò)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(shí)間至少是最長(zhǎng)T1時(shí)間的3倍以確保充分磁化。如果極化時(shí)間太短，得到的NMR孔隙度就會(huì)小于真實(shí)的地層孔隙度。極化

5、時(shí)間一到，立即將RF脈沖串用于地層。第一個(gè)RF脈沖稱為9O脈沖，這是因?yàn)樗馨炎畛跖cB。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(jìn)行，它就會(huì)繞著B(niǎo)。旋轉(zhuǎn)，就在原來(lái)產(chǎn)生脈沖的同一天線上產(chǎn)生一個(gè)隨時(shí)問(wèn)變化的信號(hào)。緊跟著9O。脈沖，首先產(chǎn)生一個(gè)NMR自由感應(yīng)衰減(FID)信號(hào)，但由于其衰減太快而無(wú)法探測(cè)到。900脈沖之后是一系列間隔均勻的180。脈沖，用來(lái)使氫核的磁矩重新聚焦，形成連貫的自旋回波信號(hào)。在每對(duì)180。脈沖

6、信號(hào)之間記錄自旋回波信號(hào)。之所以把信號(hào)稱之為回波，是因?yàn)樗鼈冊(cè)诿恳粚?duì)180。脈沖的中間點(diǎn)能夠達(dá)到最大幅度，然后在下一個(gè)脈沖到來(lái)之前快速衰減為零，下一脈沖重聚磁矩以產(chǎn)生下一個(gè)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(cè)井序列。自旋回波信號(hào)的包絡(luò)線隨特征時(shí)問(wèn)常數(shù)(7“2)以指數(shù)規(guī)律衰減，稱為橫向弛豫時(shí)間或自旋一自旋弛豫(衰減)時(shí)間。外推到零時(shí)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(cè)井儀的一個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)是它的最小回波間隔。在確定T2敏感性極限儀器能測(cè)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(duì)于準(zhǔn)確而重復(fù)地測(cè)量包含黏土束縛水和微小孔隙(如測(cè)量小于3ms的T2值)在內(nèi)的地層NMR總孔隙度是必需的。對(duì)于目前所用的儀器而言，其最小回波問(wèn)隔大約在細(xì)管壓力曲線的補(bǔ)充。22與巖性無(wú)關(guān)的NMR總孔隙度地層評(píng)價(jià)方面最有

8、意義的新進(jìn)展之一就是與巖性無(wú)關(guān)的NMR總孔隙度。由于根據(jù)密度、中子、聲波測(cè)井求取孔隙度要知道巖石骨架性質(zhì)，所以NMR測(cè)井儀是唯一能夠提供與巖性無(wú)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(zhǔn)確測(cè)量孔隙度，強(qiáng)烈推薦使用NMR測(cè)井。在大部分含有烴和濕潤(rùn)的巖石(包括頁(yè)巖)中，NMR總孔隙度都等于實(shí)際地層孔隙度?？墒牵谟偷酿ざ冗_(dá)10000mPas以上的稠油層會(huì)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(cè)得的孔隙度低于地層真實(shí)孔隙度?？捎肗MR得到的孔隙度與密度測(cè)井孔隙度的這種反差推斷稠油的存在，或者通過(guò)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(guò)使用經(jīng)驗(yàn)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(xì)管束縛水。對(duì)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(guò)不能適用于所有砂巖。離心前后水飽和巖樣的NMR實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果常用于獲得特定地層更加準(zhǔn)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?yàn)樵谠S多碳酸巖中，有來(lái)自孤立孔洞中長(zhǎng)T2衰減時(shí)間的束縛水信號(hào)，所以在碳酸巖中，根據(jù)T2分布計(jì)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(cè)量期間，分子能從微孔隙系統(tǒng)

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

12、率兩個(gè)經(jīng)驗(yàn)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(duì)于許多砂巖來(lái)說(shuō)，孔隙本身和孔喉大小之間具有很好的相關(guān)性，這是計(jì)算NMR滲透率的重要基礎(chǔ)。兩個(gè)滲透率測(cè)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(zhǔn)確的NMR滲透率曲線(可用來(lái)比較兩個(gè)層的滲透率)。盡管這些信息有價(jià)值，但估算的滲透率會(huì)明顯地偏離地層的真實(shí)滲

13、透率。要定量估算特殊巖石的準(zhǔn)確滲透率，建議對(duì)巖樣的測(cè)量結(jié)果進(jìn)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(jì)算都受烴影響，需要更多的研究來(lái)提出預(yù)測(cè)烴和水相對(duì)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(duì)碳酸巖來(lái)說(shuō)是不適用的，這是因?yàn)樵谔妓釒r中，NMR測(cè)量的孔隙本身大小與孔喉大小沒(méi)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(hào)，這些信號(hào)對(duì)NMR孔隙度有貢獻(xiàn)，但對(duì)滲透率則