核磁共振测井介绍一、概述 : 核磁共振测井是当今测井界的最新技术，赢得了业内以及用户的高度兴趣与广泛关注，同时也取得了有效的地质应用效果。核磁共振测井投入商业应用起于九十年代初期，推出之后便引起了震动并代表了测井技术发展的一个新纪元，目前活跃在市场的核磁共振测井仪器主要为原Numar 公司的 MRIL 和Schlumberger 公司的 CMR，这两种仪器的工作原理相同，都是采用脉冲自旋回波翻转技术，即 CPMG 序列通过选择适当的工作方式及参数如工作频率，回波间隔，等待时间，回波数等来完成对横向驰豫时间的确定，进而计算地层物性参数，如孔隙度大小（包括总孔隙度，有效孔隙度，自由流体孔隙度，束缚水孔隙度），孔隙度分布（即孔径大小分布），渗透率，束缚水饱和度，此外通过横向驰豫时间分布特征或特殊测井方式如TE或TW 测井方式对储层流体性质进行定性分析。核磁共振测井的最大优点是：核磁共振所提供的地层物性资料丰富，除了常规孔隙度测井所提供的孔隙度信息外，还提供了孔径分布信息，区分束缚水孔隙体积和自由流体孔隙体积，指示孔喉大小，并进而提供较为准确的地层渗透率信息，如图1 所示。此外，核磁共振测井孔隙度几乎不受岩性影响，因而无需象常规测井那样作泥质、岩性等方面的校正，避免了人为因素的影响，为储层评价提供客观、可靠、全面的依据，因此备受业内人士的瞩目与青睐。四川测井公司是于98 年从 Atalas 引进的核磁共振测井仪 -MRIL（磁共振成象测井），目前为止已经测井10 多井次。它们分别为王云10-6（江汉），洋渡 3（川鄂新区），白马5（川西北），狮 32 斜（青海），仙 6（青海），角 58E（安然） , 川玛 1(新疆准南 ) ，泌 253(河南) ，桥 60(中原) ，坡 2井等等。此外 Schlumberger 公司的 CMR 也在四川测井服务了多口井。上述测井内容既有砂泥岩剖面，又有碳酸盐岩剖面，还有硫酸盐岩剖面；既有孔隙性储层，又有裂缝性储层。从测井的效果来看，核磁共振测井适应于孔隙性地层，特别适应于中高孔地层，无论地层为砂泥岩，还是碳酸盐岩或其它复杂地层剖面。图 1 核磁共振测井实例下面以 MRIL为重点，说明核磁共振的基本原理、仪器结构、测井要求与基本应用。二、核磁共振测井基本原理：核磁共振测井是利用原子核的磁性及其与外加磁场的相互作用, 通过调节测井仪的发射频率至氢核的共振频率, 使得测量信号最强并被测量出来, 其信号为幅度和衰减 ( 弛豫时间 ), 幅度与测量范围内的氢核数量成正比, 因此通过对幅度进行刻度便可提供孔隙度测量结果, 而且这种孔隙度测量结果不受岩性影响。核磁共振测井测量的是岩石中孔隙流体的横向弛豫时间T2，它由三部分组成：体弛豫 T2B、表面弛豫 T2S及扩散弛豫 T2D,即：式中： T2横向弛豫时间；T2B体弛豫；T2S表面弛豫；T2D扩散弛豫；2表面弛豫强度，表征岩石颗粒表面弛豫能力；S/V孔隙比表面；D流体扩散系数；质子的旋磁比；G 梯度磁场强度；TE回波间隔。由于不同储层流体具有不同的核磁共振特性参数(见以下列表 )，流体类型含氢指数IH扩散系数D(10-5cm2/s) 纵向弛豫时间T1(ms) 横向弛豫时间T2(ms) 盐水1 7.7 1500 0.67200 轻质油1 7.9 5000 460 天然气0.38 100 4400 40 因此，不同孔隙结构、储层流体或相同孔隙结构与储层流体条件下，不同测井参数将会获得不同的T2分布，从而识别储层流体性质。一、测井响应及解释方法核磁共振测井通常有三种测井方式，即标准T2、双 TE及双 TW,后两种测井方式是专门为判别储层流体性质而设计的。1标准 T2测井方式下不同储层流体的响应特征：DSBTTTT2222111112)(122 2EBGTDVST标准 T2测井选用恰当的恢复时间TR和标准回波间隔TE,测量自旋回波串。TR的选取取决于地层流体的核磁共振纵向弛豫时间T1,一般要求 TR(35)T1;TE则越小越好，在 MRIL-C 型仪器中，最小 TE为 1.2ms。由于油、气、水具有不同的核磁共振特征，如天然气受扩散效应影响大，具有较短的 T2时间，在 T2分布图上表现为自由流体峰向T2减小的方向迁移，因此，气层呈现“单峰”特征或“双峰”紧靠；而轻质油是非润湿相的，在孔隙中处于被水包围的状态，弛豫保持其固有的T2特征值，分布在T2增大的方向，并且随着油含量的增多，峰值幅度会不断增加。因此，油层呈现“双峰”特征，而且“双峰”分离较水层更为明显；水层呈明显“双峰”特征，即束缚流体峰与自由流体峰分布在不同的时间区域上。（油、气、水的T2分布特征见图 2）图 2：油、气、水的T2分布特征2双 TE、双 TW测井方式下判别储层流体性质(1) 双 TE测井设置足够长的等待时间，使TR(35)T1h(T1h为轻烃的纵向弛豫时间 ) ，每次测量时使纵向弛豫达到完全恢复，利用两个不同的回波间隔TEL和 TES，测量两个回波串。由于水与气或水与中等粘度的油扩散系数不一样(油的扩散性比水要小，而天然气的扩散性则要大得多) ，使得各自在 T2分布上的位置发生变化，由此对油、气、水进行识别。在长回波间隔TEL得到的 T2分布上，能观测到水与轻质油的信号，而气的信号却消失了。这是因为气体的扩散太快，还没有观测到就衰减掉了。这便是所谓的相移谱分析法。( 用相移谱法判别储层流体性质见图3) (2) 双 TW测井利用特定的回波间隔和长、短两个不同的等待时间TWL和 TWS,使 TRL(35)T1h( 其中： TRL=TWL+Ne TE ,Ne 为测井回波个数 ) ，及 TRS(35)T1W( 其中： TRS=TWS+Ne TE,T1W为水的纵向弛豫时间 ) ，分别观测两个不同的回波串。由于纵向弛豫时间加权机制的作用，使两个回波串对应的T2分布存在差异，由此来识别油气水层。双 TW测井利用了水与烃 ( 油、气 ) 的纵向弛豫时间 T1相差很大，水的纵向恢复远比烃快的特点。如果选择不同的等待时间，所测到的回波串中将包括不一样的信号分布。具体方法是用特定的回波间隔采集回波数据，等待一个比较长的时间 TWL，使水与烃的纵向磁化矢量全部恢复；再采集第二个回波串，等待一个比较短的时间 TWS, 使水的纵向磁化矢量完全恢复，而烃的信号只部分恢复。TRL回波串得到的 T2分布中，油、气、水各相都包含在其中，而且完全恢复；TRS回波串得到的 T2分布中，水的信号完全恢复，油气信号只是很少一部分；两者(短回波间隔 ) (长回波间隔 ) (短回波间隔 ) (长回波间隔 ) 盐水 - 气- 盐水 - 油 - 图 3.1 用相移谱法识别气和水图 3.2 用相移谱法识别油和水图 3: 用相移谱法识别油、气、水相减，水的信号被消除，剩下油与气的信号。由此，对油气进行识别与解释，即所谓的差分谱分析法。(用差分谱法判别储层流体性质见图4) 3核磁共振与常规测井资料相结合解释油气水层在砂泥岩地层，利用标准T2测井所获得的地层有效孔隙度MPHI ，及中子 /密度交会得到的地层总孔隙度T, 得到泥质束缚水孔隙度 CBW、饱和度 SWB：然后再利用地层电阻率测井资料，根据双水模型或Waxman-Smith解释模型，计算地层含水饱和度SW, 即： 双水模型：式中： RT为地层真电阻率 ( m)；T为由中子 / 密度交会得到的总孔隙度；a、m 、n 分别为阿尔奇系数、胶结指数及饱和度指数；SWT为总含水饱和度；RW、RCW分别为非泥质水与泥质束缚水电阻率。 Waxman-Smith模型: 式中： QV是阳离子交换量， ,其中， C0是地层水NaCl 溶液浓度 (g/l); 长恢复时间短恢复时间差分谱0.02m 四、核磁共振测井基本要求：(1) 测井前的准备工作 : 测井前应做好充分准备 , 了解井斜、钻头尺寸、泥浆电阻率等重要参数。若钻头尺寸为 8.5 ” 以上，则选择 6” 探头；若钻头尺寸为6” , 则选择 4.5 ” 探头。泥浆电阻率必须大于0.02ohmm,否则应考虑改变泥浆性能，以提高泥浆电阻率。在条件许可的情况下，尽量增高泥浆电阻率或使用泥浆排除器，以便提高信号增益，提高测井信噪比，从而提高测井精度。根据用户的要求，选择测井方式。MRIL-C型仪有以下三种测井方式： 标准 T2 测井 TW 测井 TE测井对于 C/TP型仪还有总孔隙度测井方式。)27.0045.0)(1(0004059. 0225.028.123. 12cWGCc TRTTB(2)测井参数的选取：测井参数 ( 主要是工作频率、回波间隔TE、等待时间TW 、回波数、测速等 )的选取取决于环境及地层。1) 工作频率 : 在目的层段的高孔段进行Frequency Sweep( 频率扫描 ) 来确定工作频率。2) 回波间隔 TE: 对于标准 T2 测井方式及 TW 测井方式， TE选 1.2ms; 对于TE测井方式， TE选 2.4ms 或 3.6ms. 3) 等待时间 TW : 对于标准 T2 测井方式及 TE测井方式在目的层段选择含流体、低泥质含量的高孔段进行(不要在气层及干层中进行)，两次测量 MPHI比值小于等于 0.95 时，选择短的 TW值作为等待时间。如果采用TW 测井方式，则选用两种长短不同的TW 测井。实际操作过程中，是通过设置SWACT 来指定TW 的。以下列出不同的SWACT 所对应的 TW 范围：SWACT TW( 秒) 0.75 1.2 1.4 1.5 2.7 2.9 3.0 5.4 5.9 5.0 9.4 9.8 6.0 11.411.9 3)回波数 ：根据等式 TW=2 SWACT-(#Echos TE)来确定回波数(#Echos), 其中 TE的单位是微秒。4)测速：受多重因素的控制，如Q(质量因子 ) 值、TW 、采样率等。 Q值主要与泥浆电阻率有关，以下列出不同泥浆电阻率下的增益范围及其相应的测井 Q值：泥浆电阻率增益Rm1.00ohmm 400600 Rm 0.30ohmm 200400 Rm 0.05ohmm 100 钢套管1525 Q级增益6” 探头4.5 ” 探头低330 360 通过查图版来确定测井速度。(3)测井资料控制在测井过程中，内部电压值应相对保持一个定值。增益应始终大于零、平滑且无噪音干扰，应随地层电阻率、泥浆电阻率及井径的变化而变化。在目的层中， B1应在其峰值的 5% 之间变化， B1应在油层中设置，如果没有合适的油层，也可以用水层，但是绝对不能在气层或干层中设置。CHI 曲线，在中、高 Q环境下不应该大于3，如果普遍大于3 或跳尖，则说明有噪音干扰；在低Q环境下为 34。Hvmin曲线不应该低于 400V。如果低于 400V,那么储能器将不能提高足够的能量记录回波信号，遇到这种情况，应减少记录的回波个数。对测井曲线应进行以下步骤检查：(1)重复性检查。(2)MPHI响应特征： 纯流体充填地层：与密度/ 中子交会孔隙相当； 泥质砂岩：与使用正确骨架密度所计算的密度孔隙度相当； 气层：与使用正确骨架所确定的中子孔隙度相当； 致密地层和泥岩层： MPHI约为 1.5pu, 如果 MPHI基值大于 2pu, 说明仪器存在噪声问题，需要校正。五、核磁共振基本应用：核磁共振在测井储层评价中具有独特的功能： 确定地层孔隙度及孔径分布，结果不受岩性影响，提供的孔隙度包括地层可动流体孔隙度及束缚水孔隙度等多种信息，为识别低阻油气层提供依据； 确定地层渗透率，精度较常规测井方法提高1 个数量级； 确定地层流体饱和度，包括地层含水饱和度及束缚水饱和度； 判断地层流体性质，通过TW 或TE测井方式，利用差谱法或谱位移法判断油气水。由于核磁共振测井观测到的是岩石骨架及干粘土以外的含氢指数信息，因此其测量值基本