核磁共振测井原理
一、快速发展的核磁共振测井技术
1945年，Bloch 和Purcell发现了核磁共振（NMR）现象。从那时起，NMR作为一种有活力的谱分析技术被广泛应用于分析化学、物理化学、生物化学，进而扩展到生命科学、诊断医学及实验油层物理等领域。如今，NMR已成为这些领域的重要分析和测试手段。
40年代末，Varian公司证实了地磁场中的核自由运动，50年代，Varian Schlumberger-Doll，Chevron三个公司开展了核磁共振测井可行性研究。60年代初开发出实验仪器样机，它基于Chevron研究中心提出的概念，仪器使用一些大线圈和强电流，在志层中产生一个静磁场，极化水和油气中的氢核。迅速断开静磁场后，被极化的氢核将在弱而均匀的地磁场中进动。这种核进动在用于产生静磁场的相同线圈中产生一种按指数衰减的信号。使用该信号可计算自由流体指数FFI，它代表包含各种可动流体的孔隙度。这些早期仪器有一些严重的技术缺陷首先，共振信号的灵敏区包括了所有的井眼流体，这迫使作业人员使用专门的加顺磁物质的泥浆和作业程序，以消除大井眼背景信号，这是一促成本昂贵且耗时冗长的处理，作业复杂而麻烦，测井速度慢石油公司难以接受。其次，用强的极化电流持续20ms的长时间，减小了仪器对快衰减孔隙度成分的灵敏度，而只能检测具有长弛豫衰减时间的自由流体，由于固液界面效应对弛豫影响及岩石孔隙中油与水的弛豫时间差异不大，使得孔隙度和饱和度都很难求准。此外，这些仪器为翻转被极化的自旋氢核需消耗大量功率，不能和其它测井仪器组合。但这些难题没有使核磁共振测井研究中止。70年代末至80年代初，美国Los Alamos 国家实验室Jasper Jackson 博士提出“INSDE－OUT”磁场技术。在相同时期，磁共振成象（MRI）概念也得到很大发展。1983年，Melvin Miller博士在美国创办了NU－MAR公司，他们综合了“INSIDE－OUT”概念和MAR技术同时，斯伦贝谢公司几十年来，一直在努力发展核磁共振测井技术。总体来看，十几年来核磁共振测井技术的快速发展表现在以下几个方面：
第一，根据“INSIDE－OUT”思想，不用地磁场，而是在井中人工放置一个高强度磁体，所推出的核磁共振率统核心部分是由稳恒磁体发射射频（RF）脉冲并采集自旋回波信号的RF线圈组成。该技术使稳恒场B0与RF场B1相互垂直，磁体的轴沿井筒主向，其磁场方向垂直地地层。B0场与B1场的特点是：在空间任意处它们均相互正交；它们的等场强线为同心圆柱面；场强在径向上均与距离的平方成反比。B0与B1的正交性是获取最大信号的关鍵。核磁共振空间是由RF脉冲频率确定的，可以通过选频选定探测空间。因此使用各种新型核磁共振测井仪不象过去那样要进行繁重的泥浆处理作业。
第二，选用了由Carr，Purcell，Meiboon和Gill改进的脉冲回波序列技术，即CPMG 序列脉冲回波技术，它的思想是对可逆转散相效应引起的快衰减进行补偿。设计RF线圈和稳恒磁场的独特组合可以实现自旋回波序列。选用这种技术的优点是：（1）利用自旋转回波方法可以获得较高的信噪比，这对任何测量都是一个基本指标，对井下连续测量更重要。（2）自旋回波技术可放松对磁场极高均匀性的需求。这对MIR（核磁共振成象）和MRL（磁共振测井）都非常重要。MIR使用梯度场来定位信号怪生区域。MRL特别要求其测量对象置在探头之外，因此均匀度很高的磁场是不可能的。（3）自旋回波序列可视具体情况需要进行修改，有灵活可变化的特点，适于多种多样的井眼和地质情况。近二、三十年已发展出几百种回波序列。由于计算机和电子技术的不断发展，使僺作者控制RF脉冲的强度、相位、宽度和发射时间的能力不断增强，也使核磁共振测井可选用的自旋回波序列更丰富多样。
第三、开展了大量实验研究，为NMR测井应用提供了科学基础。实验研究是进场应用的基础，多年来国内外石油公司、研究单位、测井公司、大学对多孔岩石NMR测井应用的主要原理如孔隙度表面弛豫特性、体积流体弛豫特性、流体扩散弛豫、岩石中顺磁物质对弛豫影响，岩石孔隙度、渗透率、孔隙结构、润湿性与弛豫特性的关系，束缚流体、可动流体弛豫特性，油、水、气弛豫特性差别，粘度、矿化度对弛豫时间影响等等方面开展了大量实验研究，同时对实验资料分析处理研究所作的假设与近似作了充分阐述，为应用核磁共振测井资料求岩石物理参数，识别油、气、水，预测产能，选择测井参数等建立了应用基础，大大推进发该技在油气勘探、开发中的应用。
第四、对测量参数的选择做了很多分析研究工作。每次测井中有三个参数能够控制，它们是回波间隔、等待时间和采集的回波总数。因而NMR测量是一种动态结果，取决于如何
测量它。改变等待时间能影响总的极化效应。改变回波间隔能影响观测流体扩散效应的能力增加回波总数能获得更精确的有关长弛豫时间分量的信息。改变测井参数能影响NMR测井解释主要原理的运用，例如缩短回波间隔将获得更多的与粘土相关的快弛豫信号成分的信息；加长回波间隔会增大流体梯度扩散效应，用以区分油、气；而缩短等待时间，通过不完全极化成分的长弛豫分量，利于区分油、气等。
第五、对测量信号的处理技术不断进行改进。如：对T2回波信号用多指数模型拟合成弛豫时间分布谱，通过截止值区分束缚流体和可动流体体积；用谱差分法和谱位移法识别孔隙中流体类型，及充分采集早期回波求粘土束缚水体积等软件。
现在，NMR测井在应用方面已有重要进展。首先它能告诉地层中含有多少流体，是自曲流体还是束缚流体，在有利情况下，能过考虑各种影响因素后能决定流体类型，即区分油、气、水。其次，它能提供不同的孔隙度成分，依据横向弛豫时间T2的分布，以截止值方法区分自由流体、毛管束缚水、粘土束缚水分别占据的孔隙空间。90年代初期的仪器能测量的最短T2下限值是3－5ms，最新仪器可能测量的T2衰减成分下限达0.1－0.5ms。因此可以求自由流体孔隙度、有效孔隙度，正向求总孔隙度TCMR方面迈进。第三，它能提供常规孔隙度仪器不能获得的关于地层孔隙度尺寸分布和孔隙结构的信息。更好地描述流体的可动性。第四，新的、测速较快、成本较低的NCMR仪和常规仪器结合，可改善关鍵地层特性如束缚水包和度和渗透率的确定，从而提高储层产能预测能力。同时，可提供更准确的定量化的泥质砂岩气层和稠油层评价。
目前，能提供NMR测井商业服务的主要有两种仪器。一种是NUMAR公司的MRIL 仪，另一种是斯伦贝谢公司的CMR。MRIL仪为获得强信号使用条形磁铁和纵向接收线圈的组合，以产生与井眼同轴、离井几英寸的长（2ft）薄圆柱环状探测灵敏区。近年来该型仪器增加一种多路定时方式，提高快衰减测量的信噪比，即将回波间隔为1.2ms由400个回波组成的标准脉冲回波组成的标准脉冲回波序列和标准半回波间隔有8－16个回波的短回波予序列快速脉冲结合，这一脉序列重复50次噪音减至1/7。目前该仪器测量的T2能短至0.5ms。另一种是斯伦贝谢公司的CMR仪器。该仪器使用一对条形磁铁，在其中间夹定向天线、聚焦，该仪器的垂向分辨率为6in。探测灵敏区为进入地层0.5－1.25in的体积域。它对薄泥质砂岩快速孔隙度变化比较敏感。近年CMR硬件已得到改进，信号处理软件已升级，每个回泚的信噪比已改进50%，回波采样率增加40%，回波间隔从0.32ms缩短为0.2ms，优化了信号处理软件使其对短T2衰减有最大灵敏度。因此，新的脉冲回波CMR－200仪器测量的最短地层T2衰减时间，用连续测井方式时达到0.3ms，点测方式达0.1ms。
两个公司虽然都采用低场射频脉冲方式，但所用频率不同。
1.磁场的选择
核磁共振测井的初始阶段，人们利用地磁场做为稳定的均匀磁场，但磁场的均匀程度和强度有时并不能满足核磁共振测井的要求，所以要设计更适合井下测量的磁场。经过人们的努力，已经提出了多种磁场设计方案，主要有均匀场和梯度场的选取。
斯伦贝谢公司的可组合核磁共振测井仪CMR是90年代发展起来的，其设计思想源于上述方案，并加以发展。仪器尺寸小，可组合性高，永久磁铁和天线都固定在帖井壁的滑板上，磁铁平行分布在天线两侧，在附加装置的作用下，它们发出的磁力线伸向地层，在离井壁约1in处形成一个均匀的磁场区域。调节天线发出的射频场频率可以选择磁场均匀区为共振区域。仪器贴井壁测量，因此消除了井眼对测量的干扰，既提高了数据的质量，又降低了测井的成本，同时，使仪器有较高的分辨率。但是应该看到仪器的径向探测深度还是比较浅，并且选择的探测区域的体积很小，信号拫弱，信噪比有时仍不理想。
Numar公司的MRIL技术的核心部分是两块高强度的永久磁铁，磁铁呈偶极方式相向沿井轴方向排列，永久磁铁产生的稳定磁场在径向上随着距井轴距离的加大而逐渐减弱，这是一个沿径向分布的梯度场。通过调节射频场的频率可以选择共振的区域。存在的问题是，如果井眼质量不好如扩孔严重，测量环节带中可能会有泥浆存在，结果仍会受到泥浆的干扰，另外，由于选择的区域是一个小的环形区域，有用信号的强度也不会太高。
2.核磁共振测井的测量方法
核磁弛豫的测量方法有多种，在核磁共振测井中主要采用了预极化方式、自旋回波方式等，前者在井下测量简便易行，后者可以消除由于扩散而对测量结果带来的误差，使结果更为准确，并且提高了信噪比。
1）预极化方式
在稳定场的垂直方向上加一较强的极化场，经过足够长极化时间，原来沿稳定场建立的平衡静磁化强度会发生偏转而沿总场方向取向，产生一个横向磁化强度分量，这时突然撤去极化场，磁化强度便在稳定场的作用下以拉莫尔频率进动，其纵向分量逐渐恢复到平衡值，而横向分量逐渐减小到0，在垂直于稳定场方向上会测量到一个随时间衰减的自由感应衰减信号FID，利用其幅度的变化可以研究物质的T2。该方法要求有较长极化时间，测井速度慢，且电流大，迅速关断电流较困难，若在开关断开后延迟一段时间测量，虽能压制部分干扰，但也丢掉了许多有用信息。
2）自旋回波方式
预极化方式测量的T2到磁场非均匀性严重影响。为了改善测量的质量，右用这种方式。在垂直于稳定场方向旋加一900极化脉冲，使M0产生900的倾角，脉冲过后，由于产生弛豫作用，各分量相位分散，横向分量减小，经过恢复时间τ再施加脉冲，散开的磁矩绕极化场翻转1800，再过时间τ，分散的核磁矩又集中到极化场成900的位置，开成一个强的自旋回波。改变时间间隔，可测量到一组幅度各不相同的自旋回波，其衰减时间常数为T2。如果脉冲间隔足够小，就可有效地消除扩散和磁场非均匀性对测量的影响。有人曾研究了一种自旋回波核磁共振测井仪，由于当时设计过于简单，脉冲的精度不好控制，因而没有得到应用。
3）CPMG脉冲序列法
上面的自旋回波方案缺点是不能进行重复测量，且极化脉冲不精确会带来测量结果的误差，因此现代测井术应用了CPMG脉冲序列方法。其大致原理类似于上述的自旋回波法，只是90脉冲和180脉冲，交替地加在x和y轴上，不断重复这一过程，就可以得到一系列自旋回波列。即使180脉冲宽度不精确，偶数的回波幅度也是正确的，故脉宽的误差对测量的T2结果不会有多在影响。回波的幅度以T2为时间常数衰减。新式的核磁共振测井仪器都使用了这一技术而使得测量结果精度更为提向。通过改变回波间距，可以测量到不同回波序列，并由此可以得到地层中流体准确的T2和扩散系数D。
一、资料的解释与应用
核磁共振测井对处于束缚状态的氢核不敏感，它主要反映岩石孔隙中含氢流体的情况。T2受流体的粘度、矿化度、温度影响、另外还与测量的磁场条件有关。当流体处在孔隙介质中时，由于具有约束边界，核磁共振测井响应不仅取流体本身的性质，还取决于骨架的影响程度。在快速扩散极限下，孔隙介质中流体的弛豫时间T2一般满足：
1 1 s
—＝—＋ρ2（－）
T2T2B V
式中T2B－自由体积含氢流体的弛豫值；
ρ2－表面弛豫特性，它取决于表面的矿物组成和孔隙中含氢流体的性质；
S、V分别为孔隙的表面积与体积；
由于多种原因，测量的T2具有多种弛豫组分，因而服从一个分布函数P（T2）。
1.研究地层的孔隙
核磁共振测井反映孔隙的能力同回波间距TE有关，随着TE的增加，它反映细微孔隙中含氢流体数量的能力变差。由于的回波间距及信噪比的限制，通常认为它不反映粘土束缚水，因此核磁共振孔隙度可以视为可产水与毛管束缚水孔隙度。全部T2分布的积分面积可以视为核磁共振孔隙度φ，它等于或略小于岩石的孔隙度。选择一个合适的截止值TR，小于TR部分的面积视为毛管束缚水体积，大于TR的T2分布面积可以视为可产水体积，由此可得出岩石的各种孔隙度。对于砂岩，TR值大约为33ms，当岩性变化或表面弛豫改变时，它右能要相应地改变。或者将原始回波列经过处理，变为8或10个分瓣，前面3或4个瓣的幅度相加作为毛细束缚水的体积，全部分瓣的总和即为总的核磁共振孔隙度φnmr，二者之差即为自由流体指数FFI。
将核磁共振测井与其它孔隙度测井相结合，可以求出粘土束缚水孔隙度φwb以及残余水孔隙度φirr，这是用电阻率测井进行饱和度评价时需要的一个重要参数。
以上的解释方法、对于亲水岩石中含有与水不相混合的轻质油时是适应的。如果岩石部分亲油、高粘度重油、天然气、岩石中含某些磁性物质、甚低的孔隙度地层致的信噪比降低寻孔隙度的精度有时也会有影响。
如果表面弛豫作用强烈，T2正比于孔隙的大小，弛豫测量就反映孔径的分布，所以，将T2分布重新刻度就可以得到岩石的孔隙分布直方图，因此，用核共振测井可以研究岩石的孔径分布情况。当地层含多相流体时石亲水，水峰将反映岩石的孔径分布，油对孔径的变化不敏感，但由于测井信噪比不高和油水间可存在的相互影响，核磁共振测井反映分布的能力会降低。
2.求饱和度
一般而言，T2弛豫分布的幅度与该组分的体积含量有关饱含水的情况，通过求得各种孔隙度，可以得到毛细束缚水饱和度、自由流体饱和度，与其它孔隙度测井相结合，可以得到粘土束缚水饱和度S及残余水饱和度S。
当两相流体油水共存时设岩石亲水，则油表现出其自由体积的弛豫值，而水表现出表面弛豫值，测量的T2分布将呈现双峰分布，低T2峰对应着润湿性的水，高T2峰对应着轻质油，通过选择一个合适的门槛值，可以将油水信号区分开。不同的地区可能有不同的门槛值。油水峰下包围的面积分别为含油和含水的体积。
由于仪器的信噪比较低、油水两相可能存在的相互作用及其它因素影响，油水峰可能会产生干扰，特别是对于混合润湿相的情况，这时得到的结果不一定可靠。为了区分油水信号，有时不得不往泥浆中掺杂顺磁性物质。影响孔隙度的因素都会影响饱和度的求取。岩石中含有大的晶洞孔隙，连通孔隙与晶洞孔径差别较大时，T2分布也可能呈双峰或多峰分布。识别流体性质的方法仍在研究中，对绝大多数情况，需结合其它测井方法才能得到可靠的结论。
3.估算渗透率
测井解释试图通过束缚水体积、总孔隙或有效孔隙度以及比面同渗透率联系起来，出现了许多种形式的表达式及其衍生公式。由于现存的测井方法不能直接提供公式中所需要的一些关键参数，测井评价渗透率一直停留在低水平上。核磁共振测井能直接给出流体的含量和孔隙分布情况，特别是自由流体的数量，因此可以更准确地估算渗透率。核磁共振测井估算渗透率的前提是，它必须真实地反映地层孔隙度参数。从众多的应用实例来看，通常情况下，核磁共振测井估算渗透率还是较为可信的。
4.估算原油粘度
物质的弛豫特征受多种因素的影响，其中格子的活动性与T2有密切关系，对于流体，粘度与温度对格子活动性影响严重，粘度大的烃类流体，其T2也相应地较小，所以油的弛豫与其粘度和温度间存在一定关系，可以利用测量的T2直接在估算原油的原位粘度。
5.扩散系数的应用
天然气的T2很小，扩散系数很大，利用扩散系数和T2相结合，有时可用于寻找气层，谱差分法（DSM）和谱位移法（SSM）就是根据此发展起来的。如果测井信噪比降低或数字处理过程中的人为因素等原因导致T2分布发生畸变，这两种方法会失效。为此以发展了T2谱比值法（ERM），它用两个回波列幅度的比值与视扩散系数D之间建立关系，D可以作为含气层的有效指示，ERM方法用于亲水性含气层特别是产无水气的储层效果较好。
6.其它应用
除上述应作外，核磁共振测井还能帮助人们更精细地了解储层的性质，当饱含水的岩石含有裂隙时，其核磁共振特征会表现出异常响应，因此核磁共振测井与其它测井相结合，可以预测油气储层的产能。将核磁共振测井与中子测井、电磁波传播测井相结合，发展了一种新的碎屑岩解释模型，它将岩石划分为粘土、粉砂、砂及孔隙四部分，目的在于能较好地解决困扰复杂碎屑岩储层评价的问题。
二、结束语
现代核磁共振测井采用人工现场代替地磁场，采用CPMG脉冲序列测量地层流体的核磁弛豫特征，信噪比有了较大提高，且消除了井眼流体对测量信号的影响。但从使用情况看，仪器的信噪比、探测范围和测量信号的强度有待再提高。核磁共振测井的解释方法与应用仍处于探索阶段，它的解释方法还不系统，有待人们进一步研究，现有解释方法还有待于检验并完善。随着研究的深入，在传统测井方法的基础上结合核磁共振测井技术，测井地层评价的能力必将有重大突破。
核磁共振测井简介 发明了测量地磁场强度的核磁共振磁力计，随后他利用磁力计技术进行油井测量。1956 年，Brown 和Fatt 研究发现，当流体处于岩石孔隙中时，其核磁共振弛豫时间比自由状态相比显著减小。1960年，Brown 和Gamson 研制出利用地磁场的核磁共振测井仪器样机并开始油田服务。但是，地磁场核磁测井方案受到三个限制，即：井眼中钻井液信号无法消除，致使地层信号被淹没；“死时间”太长，使小孔隙信号无法观测；无法使用脉冲核磁共振技术。因此，这种类型的核磁共振测井仪器难以推广。1978 年，Jasper Jackson 突破地磁场，提出一种新的方案，即“Inside-out”设计，把一个永久磁体放到井眼中(Inside)，在井眼之外的地层中(Outside)建立一个远高于地磁场、且在一定区域内均匀的静磁场，从而实现对地层信号的观测。这个方案后来成为核磁共振测井大规模商业化应用的基础。但是由于均匀静磁场确定的观测区域太小，观测信号信噪比很低，该方案很难作为商业测井仪而被接受。1985 年，Zvi Taicher 和 Schmuel 提出一种新的磁体天线结构，使核磁共振测井的信噪比问题得到根本性突破。 1988 年，一种综合了“Inside-out”概念和MRI 技术，以人工梯度磁场和自旋回波方法为基础的全新的核磁共振成像测井(MRIL)问世，使核磁共振测井达到实用化要求。此后，核
磁共振测井仪器不断改进，目前，投入商业应用的核磁共振测井仪器的世界知名测井服务公司分别为：斯仑贝谢、哈利伯顿和贝克休斯。他们代表性的产品分别是：Schlumberger--CMR、Halliburton--MRIL-P、Baker hughts—MREX。基本原理在没有任何外场的情况下，核磁矩(M)是无规律地自由排列的。在有固定的均匀强磁场σ0影响下，这个自旋系统被极化，即M重新排列取向，沿着磁场方向排列。同时，原子核还存在轨道动量矩，象陀螺一样环绕，这个场的方向以频率ω0 进动。 ω0与磁场强度σ0 成正比，并称ω0为拉莫尔频率。在极化后的磁场中，如果在垂直于的方向再加一个交变磁场，其频率也为质子（氢核）的进动频率时，将会发生共振吸收现象，即处于低能态的核磁矩，通过吸收交变磁场提供的能量，越迁至高能态，此现象称为核磁共振。造岩元素中各种原子核的核磁共振效应的数值是不同的，它首先决定于原子核的旋磁比，岩石中元素的天然含量以及包含该元素的物质赋存状态。核磁测井以氢核与外加磁场的相互作用为基础，可直接测量孔隙流体的特征，不受岩石骨架矿物的影响，能提供丰富的底信息，如地层的有效孔隙度、自由流体孔隙度、束缚水孔隙度、孔径分布及渗透率等参数。氢核在地磁场中具有最大的旋磁比和最高的共振频率，根据含氢物质的旋磁比、天然含量和赋存状态，氢是在钻井条件下最容易研究的元素。因此，包含某种流（水、油或天然气）中的氢原子核是核磁测井的研究对象。对于静磁场，热平衡时，处于地
INTEQ 的6 ?” MagTrak?随钻核磁共振测井技术提供实时总孔隙度，不需要放射源和岩性参考。通过石油工业标准定义的T 2分布，随钻核磁共振测井可以得到自由水和束缚水含量，流体饱和度以及孔隙特征。 MagTrak 随钻测井工具有着很高的垂直分辨率。探测直径可达12.6”。6 ?” 的MagTrak 工具可以适用8 3/8” – 9 7/8” 大小的井眼。 预先设定操作模式，简易井上操作。这种模式能够适应绝大多数地层和流体特性。 ■ “孔渗核磁”模式：可以得到总孔隙度，毛管束 缚水孔隙度，粘土束缚水孔隙度和预测的渗透率 ■ “孔渗核磁+轻烃”模式：可以得到总孔隙度，毛 管束缚水孔隙度，粘土束缚水孔隙度，预测的渗透率和轻烃饱和度 对于特殊的应用也可以自定义测量参数。 每一种模式的原始数据都在井下处理。经计算的地层性质参数，如总孔隙度和束缚水孔隙度等可以实时传输到地面。所有原始数据都被储存在内存中，工具出井后可下载，进行高级处理。 MagTrak 随钻测量工具由一个传感器短节和两个扶正器组成。工具下面需要配置一个柔性短节以减少震动。MagTrak 传感器短节有独立的发电装置，需要泥浆驱动发电。 服务优势： ■ 核磁共振随钻测量数据 - 总孔隙度和有效孔隙度(实时数据) - 自由水孔隙度和束缚水孔隙度(实时数据) - 预测的渗透率(实时数据) - 孔隙特征 - 轻烃饱和度 ■ 优化的井下测量环境 - 原始地层 - 无污染的井眼 ■ 可适用于高井斜井 ■ 高的垂直分辨率 ■ 对定向测量没有磁干扰 ■ 低的震动敏感性 技 术 参 数 表 6 3/4" MagTrak
6 3/4" MagTrak 工具规格 传感器规格 井眼尺寸 8 3/8“ - 9 7/8“传感器距底端位置 9.97ft(3.04m)公称外径 6 3/4" (17.15cm)公称直径12.6“(320mm)两个低震动扶正器回波间隔可自定义,最小0.6ms 套筒长度9.6“(24.5cm)回波数可自定义,最大5000外径 1/8“欠尺寸 共振频率500kHz 总长/总重 名义磁场梯度 2.0G/cm 传感器带下扶正器 24.2ft(7.4m)3 197lbs(1 450kg)内存384MB,相当于340小时上扶正器 5.7ft(1.73m)705lbs(320kg) 2.8"(70mm)电源泥浆涡轮发电*静态纵向分辨率 接头 纵向分辨率 2 ft(钻速50ft/hr 和1空隙单位) 4 ft(钻速100ft/hr 和1空隙单位) NC50 下：INTEQ 标准扣 NC50 NC50 下：INTEQ 标准扣 NC50 操作参数 1 300 - 2 500 lpm 1 000 - 1688 lpm 最大钻压562 022 lbf(2 500kN)最大扭矩（钻头处）23 500ft-lbf(32 kNm)最大失效扭矩（钻头处）47 500ft-lbf(65 kNm)最大失效拉力 无旋转持续操作无旋转最大温度最大最小操作时300°F (150°C)-14°F(-10°C)极限温度347°F(175°C)-40°F(-40°C)最大静水压25 000 psi (1 725 bar)泥浆类型不含铁矿粉，不含海绵铁最小泥浆电阻率0.02ohm-m 最大轴向,径向,切向震动参阅《补充技术参数》881 251 lbf (3 920 kN) 1 16 2 262 lbf (5 170 kN) 最大狗腿度值对应相应的钻具组合， 它受到不同参数的影响，如钻具组合方式， 井身结构，钻进模式(造斜、降斜或稳斜)。为了优化钻具，需要专家的建议(BHASYS PRO)至于转速, 含沙量, 堵漏剂等可参照其它 随钻测量工具技术参数,如OnTrak, NaviTrak
核磁测井 1、现代NMRR测井 1、1脉冲NMR测井仪 传感器(如磁铁和天线)是脉冲NMR测井仪的核心部分。它对仪器的S／N、最小回波间距、探测深度(DOI)、测井速度和垂直分辨率有重要影响。在用的所有仪器在传感器的设计上都不尽相同，主要差别是电子线路、固件、脉冲序列、数据处理和解释算法。NMR仪器的详细技术指标都能在各家服务公司的网站上找到。 斯伦贝谢电缆式NMR测井仪器有三个天线和一个完全可编程的脉冲序列发生器，能进行多种不同方式的测量。两个152mm天线用于高分辨率测量，提供总孔隙度、束缚流体孔隙度和自由流体孔隙度。高分辨率天线还可用来探测天然气和轻烃，计算渗透率和孔隙大小分布。主天线长457mm，有多个频率，用于不同地层评价，提供多种NMR 测量。每个频率都对应不同DOI(从井壁算起为38～102mm)。主天线所提供的地层评价包括两个高分辨率天线所提供的所有地层评价，还用于评价流体径向剖面、流体体积和石油黏度。所有的商用NMR仪都有一些共同的特征，譬如：所有的仪器都采用强度很大的钐钴合金永久磁体，磁铁对温度变化相对不敏感。磁体用于极化(磁化)烃和水分子中的氢核(质子)。另一个共同的特征是它们都采用脉冲NMR测量。 1．2测量原理 NMR测量有两步。第一步是建立储层流体的净磁场，当仪器沿井简移动时，磁铁的磁场矢量B。磁化储层流体中的氢核，产生净磁场，磁场沿着B。方向，即纵向。在井壁附近区域(距井壁几英寸)，B。的大小一般为几百高斯。B。的大小随着离磁铁径向距离的增加而减小，从而在测量区域内形成磁场梯度或梯度分布。正如下面讨论的，磁场梯度用于识别储层流体并描述流体特征。在施加B。之前，氢核磁矩的方向是无序的，因此流体净磁场为0。在极化时间Tp内，磁化强度以指数形式增大到其平衡值Mo。描述磁场指数方式的时间常数为纵向弛豫时间，称之为T1。 在储层岩石中，用T1分布描述磁化过程。T1分布反映的是沉积岩中油气的复杂成分和孔隙大小分布。极化所需时间至少是最长T1时间的3倍以确保充分磁化。如果极化时间太短，得到的NMR孔隙度就会小于真实的地层孔隙度。极化时间一到，立即将RF脉冲串用于地层。第一个RF脉冲称为9O°脉冲，这是因为它能把最初与B。平行的磁化矢量旋转到垂直于B0的横向平面上。一旦磁化在横向平面内进行，它就会绕着B。旋转，就在原来产生脉冲的同一天线上产生一个随时问变化的信号。紧跟着9O。脉冲，首先产生一个NMR自由感应衰减(FID)信号，但由于其衰减太快而无法探测到。900脉冲之后是一系列间隔均匀的180。脉冲，用来使氢核的磁矩重新聚焦，形成连贯的自旋回波信号。在每对180。脉冲信号之间记录自旋回波信号。之所以把信号称之为回波，是因为它们在每一对180。脉冲的中间点能够达到最大幅度，然后在下一个脉冲到来之前快速衰减为零，下一脉冲重聚磁矩以产生下一个回波。 RF脉冲及相关的自旋回波就是所谓的Carr-Purcell-Meiboom(CPMG)序列，这是应用最广泛的NMR测井序列。自旋回波信号的包络线随特征时问常数(7"2)以指数规律衰减，称为横向弛豫时间或自旋一自旋弛豫(衰减)时间。外推到零时间(紧跟9O。脉冲)的自旋回波衰减曲线的幅度就等于推导的NMR总孔隙度(假设流体含氢指数等于1)。 NMR测井仪的一个重要技术指标是它的最小回波间隔。在确定T2敏感性极限--仪器能测量出的最小值方面，最小回波间隔和信噪比S／N起了重要作用。短的最小回波间隔对于准确而重复地测量包含黏土束缚水和微小孔隙(如测量小于3ms的T2值)在内的地层NMR总孔隙度是必需的。对于目前所用的仪器而言，其最小回波问隔大约在0．2～
阵列感应测井原理及应用 摘要：本文探讨了阵列感应测井原理，论述了在判断地层水矿化度方面的应用效果，阵列感应在使用中也存在一些缺陷，阵列感应在处理中，人为因素较大，不同的参数处理结果差异较大，这就造成了阵列感应在使用过程中对解释有一定的误导，引起对阵列感应可靠性的怀疑，这在以后的处理方法中有待改进。 关键词：阵列感应测井矿化度应用效果 一、阵列感应测井原理简介 阵列感应测井的最基本原理与普通感应测井原理类似，但它在硬件上采用简单的三线圈系结构，这种线圈系没有硬件聚焦功能，它采用数学方法对呈不对称形状的纵向响应曲线进行软件聚焦处理。它由7组接收线圈对和1个共用的发射线圈组成，实际上相当于具有7种线圈距的三线圈系。在接收线圈系的设计上充分考虑了以下几个问题：（1）、消除直藕信号；（2）、三线圈子阵列纵向特性的频率响应没有盲频；（3）、要有若干子阵列分别反映浅部和深部地层信息；（4）、各接收子阵列之间的间距应按一定规律变化和分布；（5）、离发射线圈较远的接收子阵列应考虑发射功率和接收信号的强度。 高分辨率阵列感应测井仪在硬件设计时充分考虑了上述因素，它的每个接收线圈系都由两个相互对称的线圈组成，即一个主接收线圈和一个辅助接收线圈，它利用了两个线圈电磁场叠加原理，来实现消除直藕信号影响的目的。在线圈系的排列上设计了最小线圈距为6in，最大线圈距为94in，在这两个线圈距之间采用了近似于指数形式的线圈系分布，即全部子阵列间距为6in、10in、15.7in、24.5in、38.5in、60in、94in。这种排列方式不仅有利于采集浅部地层和深部地层信号，而且有利于径向有效信息的均匀采样。发射信号是加到一个单独的发射线圈上的，这种方法能使发射器的有效功率变为最大，由发射线圈发射出的是一个形状为方形的电压波形（即方波），发射波采用方波是由于其具有较高的发射频率，对于给定的电压能使发射线圈的功率变为最大。而且它具有宽的频谱，它包括了方波频率（约等于10KHZ）及所有的奇次谐波的能量，因此每个线圈可以在10、30、50、70、90、110、130、150KHZ共8个频率下同时进行工作。 在阵列感应测井中，接收线圈子阵列接收到测量信号为复信号，即R信号和X信号，R信号也称为实部信号，与发射电流相位相同或相反；X信号又叫虚部信号，与发射电流相位垂直。该阵列感应测井仪器在测井数据采集方面使用了先进的多道全数字化采集技术，能够同时采集7组子阵列在8个工作频率上的R信号和X信号，共112个测量信号。再对这些原始测量信号进行“软件聚焦”，就可得出三种纵向分辨率和六种探测深度的阵列感应合成曲线。 二、在判断地层水矿化度方面的应用效果 根据前期理论和实际经验可知：在渗透性地层中，当井筒内泥浆柱的压力大
摘要核磁共振测井在我国的应用已经有十余年的历史，对我国复杂油气藏测井评价以及石油测井技术本身的发展都做出了有目共睹的积极贡献。例如，它提供的地层信息的丰富性，远多于其他任何单项测井方法；在复杂岩性，特殊岩性，如砂砾岩、火山岩等储层，常常是少数几种有效的重要方法之一；在束缚水引起的低阻油气藏，它是必不可少的方法；它是迄今为止唯一能够提供比较合理的地层渗透率的测井方法；对于深部气层，当天然气孔隙体积比较大时，它的显示十分明显；在稠油以及水淹层，有一定的经验关系存在；对原油粘度以及毛管压力曲线等信息也有较好的反映，等等。但是，由于或是使用条件的不适应，或是使用方法的不恰当，或是技术本身的不完善，也存在或出现过不少问题。例如，它求出的孔隙度时常偏低，有时也偏高；它求出的束缚水对地区或地层的依赖性比较强；它求出的渗透率还没有得到油藏专家的广泛应用；而在流体识别方面，它还有比较大的随意性和不确定性，等等。深入研究这些问题，对提高应用效果，挖掘应用潜力，发展核磁共振测井技术等，都有重要意义。本文从实际效果和技术适应性等几个方面，介绍和讨论我国核磁共振测井应用中存在的一些常见问题，以促进该项技术的正确应用。 我国的核磁共振测井是1996年开始的[1]。中油测井有限公司（CNLC）和华北油田测井公司（现中国石油集团测井有限公司即CPL的华北事业部）最先引进了NUMAR公司的C型磁共振成像测井仪（MRIL-C）。随后，这项技术在我国迅速推广。如今，10余套老的MRIL-C或升级后的MRIL-C/TP，30余套新的代MRIL-Prime（哈里伯顿商标），6套MREx（贝克阿特拉斯商标），3套CMR（斯仑贝谢商标）以及1套MR-Scanner在我国境内服务。均估算，年测井工作量在1000口左右，既有探井，也有生产井。油田公司对核磁共振测井的认可程度正逐年增加，特别是在复杂岩性，特殊岩性（碳酸盐岩，火山岩，砂砾岩等），低孔低渗，束缚水引起的低饱和度等复杂油气藏，核磁共振测井时常成为最后的、甚至是少数几个真正有效的测井手段。 但是，在我国核磁共振测井应用实践中，也发现许多问题，不仅影响了应用效果，还曾经在某种程度上影响过人们对这项技术的信心。这些问题主要集中在孔隙度和流体识别上。在孔隙度方面，从理论上来讲，核磁共振测井是最好的测量方法，应该能够提供准确的地层孔隙度测量结果，而实际上在气层，稠油层，或高矿化度钻井液等条件下，往往出现测量孔隙度偏低或偏高的情况，甚至表现出与地层岩性的某种相关性。在流体识别方面，从理论上讲，有这些可能性，并且也发展了相应的数据采集和处理方法，但是，却都有非常强的使用条件！如果不满足这些使用条件，当然不会有好的使用效果。至于核磁共振测井得到的束缚水，渗透率，孔径分布，毛管压力曲线，原油粘度等信息，都是由回波串反演出T2分布，然后再导出的二级参数，也都有非常强的使用条件。对应用实践中出现的种种问题进行归纳，总结和分析，将有益于改进提高核磁共振测井的应用效果。 核磁共振测井孔隙度 核磁共振测井孔隙度是被观测区域孔隙流体含氢指数与孔隙度的综合反映[2][3]，而且，受到多个因素的影响。这些因素包括：CPMG回波串采集参数；刻度；孔隙流体含氢指数；回波串的信噪比；钻井液矿化度；以及采集模式与处理方法。 一般来说，回波串采集参数如TW（等待时间），TE（回波间隔），NE（回波个数）以及90o脉冲和刻度等将影响对地层孔隙度的观测比较好理解。在测井作业中，也容易控制。孔隙流体含氢指数对核磁共振孔隙度的影响与对中子测井的影响是一样的，理论上容易分析，而实际情况则往往是：要么含氢指数无法已知，要么流体实际孔隙体积不能确定，所以，校正起来常常相当困难。这几个因素通常是使核磁共振观测的孔隙度比地层实际孔隙度偏低。而下
引言 核磁共振测井是一种适用于裸眼井的测井新技术，是目前唯一可以直接测量任意岩性储集层自由流体（油、气、水）渗流体积特性的测井方法，有明显的优越性。本文主要讲解了核磁共振测井的发展历史、基本原理、基本应用、若干问题及展望。 发展历史 核磁共振作为一种物理现象，最初是由Bloch和Purcell于1946年发现的，从而揭开了核磁共振研究和应用的序幕。1952 年，Varian 发明了测量地磁场强度的核磁共振磁力计，随后他利用磁力计技术进行油井测量。1956 年，Brown 和Fatt研究发现，当流体处于岩石孔隙中时，其核磁共振弛豫时间比自由状态相比显著减小。1960年，Brown 和Gamson研制出利用地磁场的核磁共振测井仪器样机并开始油田服务。 但是，地磁场核磁测井方案受到三个限制，即：井眼中钻井液信号无法消除，致使地层信号被淹没；“死时间”太长，使小孔隙信号无法观测；无法使用脉冲核磁共振技术。因此，这种类型的核磁共振测井仪器难以推广。1978 年，Jasper Jackson 突破地磁场，提出一种新的方案，即“Inside-out”设计，把一个永久磁体放到井眼中(Inside)，在井眼之外的地层中(Outside)建立一个远高于地磁场、且在一定区域内均匀的静磁场，从而实现对地层信号的观测。这个方案后来成为核磁共振测井大规模商业化应用的基础。但是由于均匀静磁场确定的观测区域太小，观测信号信噪比很低，该方案很难作为商业测井仪而被接受。1985 年，ZviTaicher和Schmuel提出一种新的磁体天线结构，使核磁共振测井的信噪比问题得到根本性突破。1988 年，一种综合了“Inside-out”概念和MRI 技术，以人工梯度磁场和自旋回波方法为基础的全新的核磁共振成像测井(MRIL)问世，使核磁共振测井达到实用化要求。 此后，核磁共振测井仪器不断改进，目前，投入商业应用的核磁共振测井仪器的世界知名测井服务公司分别为：斯仑贝谢、哈利伯顿和贝克休斯。他们代表性的产品分别是：Schlumberger--CMR、Halliburton--MRIL-P、Baker hughts—MREX。 基本原理 在没有任何外场的情况下，核磁矩(M)是无规律地自由排列的。在有固定的均匀强磁场σ0影响下，这个自旋系统被极化，即M重新排列取向，沿着磁场方向排列。同时，原子核还存在轨道动量矩，象陀螺一样环绕，这个场的方向以频率ω0 进动。ω0与磁场强度σ
核磁共振波谱学简单介绍及其应用 学生姓名：蔡兴宇学号：20105052029 化学化工学院应用化学 指导老师：王海波职称：讲师 摘要：核磁共振波谱学是光谱学的一个分支，其共振频率在射频波段，相应的跃迁是核自旋在核塞曼能级上的跃迁。通常人们所说的核磁共振指的是利用核磁共振现象获取分子结构、人体内部结构信息的技术。核磁共振是一种探索、研究物质微观结构和性质的高新技术。目前，核磁共振已在物理、化学、材料科学、生命科学和医学等领域中得到了广泛应用。 关键词：核磁共振；量子力学；参数；能级分裂；电磁波 Abstract:nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy is a branch of spectroscopy, and its resonant frequency in the radio frequency band, the corresponding transition is nuclear spin on the nuclear zeeman energy level transition. People usually mean by nuclear magnetic resonance (NMR) is the use of nuclear magnetic resonance phenomenon of molecular structure, the structure of human body internal information technology. Nuclear magnetic resonance (NMR) is a kind of exploration, research material microstructure and properties of high and new technology. At present, nuclear magnetic resonance (NMR) has been in physics, chemistry, materials science, life science and medicine has been widely applied in areas such as. Key words:nuclear magnetic resonance (NMR); Quantum mechanics; Parameters; Energy level splitting; The electromagnetic wave 引言 从19世纪40年代中期，美国哈佛大学珀塞尔和斯坦福大学布洛赫等人发现核磁共振现象以来，核磁共振技术飞速发展。目前，核磁共振已广泛地应用到物理、化学、生物特别是医学等各个领域。它是研究核结构和准确测量磁场的重要方法之一。化学家利用核磁共振技术解析分子结构即核磁共振的波谱分析。医学
核磁共振测井理论与应用 核磁共振测井技术应用研究的发展 一、快速发展的核磁共振测井技术 1945年，Bloch 和Purcell发现了核磁共振（NMR）现象。从那时起，NMR作为一种有活力的谱分析技术被广泛应用于分析化学、物理化学、生物化学，进而扩展到生命科学、诊断医学及实验油层物理等领域。如今，NMR已成为这些领域的重要分析和测试手段。 40年代末，Varian公司证实了地磁场中的核自由运动，50年代，Varian Schlumberger-Doll，Chevron三个公司开展了核磁共振测井可行性研究。60年代初开发出实验仪器样机，它基于Chevron研究中心提出的概念，仪器使用一些大线圈和强电流，在志层中产生一个静磁场，极化水和油气中的氢核。迅速断开静磁场后，被极化的氢核将在弱而均匀的地磁场中进动。这种核进动在用于产生静磁场的相同线圈中产生一种按指数衰减的信号。使用该信号可计算自由流体指数FFI，它代表包含各种可动流体的孔隙度。这些早期仪器有一些严重的技术缺陷首先，共振信号的灵敏区包括了所有的井眼流体，这迫使作业人员使用专门的加顺磁物质的泥浆和作业程序，以消除大井眼背景信号，这是一促成本昂贵且耗时冗长的处理，作业复杂而麻烦，测井速度慢石油公司难以接受。其次，用强的极化电流持续20ms的长时间，减小了仪器对快衰减孔隙度成分的灵敏度，而只能检测具有长弛豫衰减时间的自由流体，由于固液界面效应对弛豫影响及岩石孔隙中油与水的弛豫时间差异不大，使得孔隙度和饱和度都很难求准。此外，这些仪器为翻转被极化的自旋氢核需消耗大量功率，不能和其它测井仪器组合。但这些难题没有使核磁共振测井研究中止。70年代末至80年代初，美国Los Alamos国家实验室Jasper Jackson 博士提出“INSDE－OUT”磁场技术。在相同时期，磁共振成象（MRI）概念也得到很大发展。1983年，Melvin Miller博士在美国创办了NU－MAR公司，他们综合了“INSIDE－OUT”概念和MAR技术同时，斯伦贝谢公司几十年来，一直在努力发展核磁共振测井技术。总体来看，十几年来核磁共振测井技术的快速发展表现在以下几个方面： 第一，根据“INSIDE－OUT”思想，不用地磁场，而是在井中人工放置一个高强度磁体，所推出的核磁共振率统核心部分是由稳恒磁体发射射频（RF）脉冲并采集自旋回波信号的RF线圈组成。该技术使稳恒场B0与RF场B1相互垂直，磁体的轴沿井筒主向，其磁场方向垂直地地层。B0场与B1场的特点是：在空间任意处它们均相互正交；它们的等场强线为同心圆柱面；场强在径向上均与距离的平方成反比。B0与B1的正交性是获取最大信号的关鍵。核磁共振空间是由RF脉冲频率确定的，可以通
5700测井技术介绍— 阵列感应 测井原理及地质应用
目录 一、前言 (1) 二、阵列感应测井原理及应用 (1) 1.阵列感应测井原理简介 (1) 2阵列感应资料处理 (2) 3.阵列感应测井的地质应用 (10) 三、阵列感应测井实例分析 (14) 1、低矿化度泥浆侵入含高矿化度地层水的储层 (14) 2、高矿化度泥浆侵入含低矿化度地层水的储层 (17) 3、在稠油井中的应用效果 (20) 4、水淹层解释应用效果 (21) 5、在判断地层水矿化度方面的应用效果 (23) 四、总结和建议 (24)
一、前言 阵列感应测井是测井发展史上的一个飞跃，自从测井公司引进了阿特拉斯的阵列感应测井仪HDIL后，经过多年的使用，已经成为测井中一项不可缺少的项目，特别是在沙泥岩地层和低电阻率地层中，发挥了其它测井项目不可替代的作用。 二、阵列感应测井原理及应用 1.阵列感应测井原理简介 阵列感应测井的最基本原理与普通感应测井原理类似，但它在硬件上采用简单的三线圈系结构，这种线圈系没有硬件聚焦功能，它采用数学方法对呈不对称形状的纵向响应曲线进行软件聚焦处理。它由7组接收线圈对和1个共用的发射线圈组成，实际上相当于具有7种线圈距的三线圈系。在接收线圈系的设计上充分考虑了以下几个问题：（1）、消除直藕信号；（2）、三线圈子阵列纵向特性的频率响应没有盲频；（3）、要有若干子阵列分别反映浅部和深部地层信息；（4）、各接收子阵列之间的间距应按一定规律变化和分布；（5）、离发射线圈较远的接收子阵列应考虑发射功率和接收信号的强度。 高分辨率阵列感应测井仪在硬件设计时充分考虑了上述因素，它的每个接收线圈系都由两个相互对称的线圈组成，即一个主接收线圈和一个辅助接收线圈，它利用了两个线圈电磁场叠加原理，来实现消除直藕信号影响的目的。在线圈系的排列上设计了最小线圈距为6in，最大线圈距为94in，在这两个线圈距之间采用了近似于指数形式的线圈系分布，即全部子阵列间距为6in、10in、15.7in、24.5in、38.5in、60in、94in。这种排列方式不仅有利于采集浅部地层和深部地层信号，而且有利于径向有效信息的均匀采样。发射信号是加到一个单独的发射线圈上的，这种方法能使发射器的有效功率变为最大，由发射线圈发射出的是一个形状为方形的电压波形（即方波），发射波采用方波是由于其具有较高的发射频率，对于给定的电压能使发射线圈的功率变为最大。而且它具有宽的频谱，它 ）及所有的奇次谐波的能量，因此每个线圈可以包括了方波频率（约等于10KH Z 共8个频率下同时进行工作。 在10、30、50、70、90、110、130、150KH Z
核磁共振测井原理 一、快速发展的核磁共振测井技术 1945年，Bloch 和Purcell发现了核磁共振（NMR）现象。从那时起，NMR作为一种有活力的谱分析技术被广泛应用于分析化学、物理化学、生物化学，进而扩展到生命科学、诊断医学及实验油层物理等领域。如今，NMR已成为这些领域的重要分析和测试手段。 40年代末，Varian公司证实了地磁场中的核自由运动，50年代，Varian Schlumberger-Doll，Chevron三个公司开展了核磁共振测井可行性研究。60年代初开发出实验仪器样机，它基于Chevron研究中心提出的概念，仪器使用一些大线圈和强电流，在志层中产生一个静磁场，极化水和油气中的氢核。迅速断开静磁场后，被极化的氢核将在弱而均匀的地磁场中进动。这种核进动在用于产生静磁场的相同线圈中产生一种按指数衰减的信号。使用该信号可计算自由流体指数FFI，它代表包含各种可动流体的孔隙度。这些早期仪器有一些严重的技术缺陷首先，共振信号的灵敏区包括了所有的井眼流体，这迫使作业人员使用专门的加顺磁物质的泥浆和作业程序，以消除大井眼背景信号，这是一促成本昂贵且耗时冗长的处理，作业复杂而麻烦，测井速度慢石油公司难以接受。其次，用强的极化电流持续20ms的长时间，减小了仪器对快衰减孔隙度成分的灵敏度，而只能检测具有长弛豫衰减时间的自由流体，由于固液界面效应对弛豫影响及岩石孔隙中油与水的弛豫时间差异不大，使得孔隙度和饱和度都很难求准。此外，这些仪器为翻转被极化的自旋氢核需消耗大量功率，不能和其它测井仪器组合。但这些难题没有使核磁共振测井研究中止。70年代末至80年代初，美国Los Alamos 国家实验室Jasper Jackson 博士提出“INSDE－OUT”磁场技术。在相同时期，磁共振成象（MRI）概念也得到很大发展。1983年，Melvin Miller博士在美国创办了NU－MAR公司，他们综合了“INSIDE－OUT”概念和MAR技术同时，斯伦贝谢公司几十年来，一直在努力发展核磁共振测井技术。总体来看，十几年来核磁共振测井技术的快速发展表现在以下几个方面： 第一，根据“INSIDE－OUT”思想，不用地磁场，而是在井中人工放置一个高强度磁体，所推出的核磁共振率统核心部分是由稳恒磁体发射射频（RF）脉冲并采集自旋回波信号的RF线圈组成。该技术使稳恒场B0与RF场B1相互垂直，磁体的轴沿井筒主向，其磁场方向垂直地地层。B0场与B1场的特点是：在空间任意处它们均相互正交；它们的等场强线为同心圆柱面；场强在径向上均与距离的平方成反比。B0与B1的正交性是获取最大信号的关鍵。核磁共振空间是由RF脉冲频率确定的，可以通过选频选定探测空间。因此使用各种新型核磁共振测井仪不象过去那样要进行繁重的泥浆处理作业。 第二，选用了由Carr，Purcell，Meiboon和Gill改进的脉冲回波序列技术，即CPMG 序列脉冲回波技术，它的思想是对可逆转散相效应引起的快衰减进行补偿。设计RF线圈和稳恒磁场的独特组合可以实现自旋回波序列。选用这种技术的优点是：（1）利用自旋转回波方法可以获得较高的信噪比，这对任何测量都是一个基本指标，对井下连续测量更重要。（2）自旋回波技术可放松对磁场极高均匀性的需求。这对MIR（核磁共振成象）和MRL（磁共振测井）都非常重要。MIR使用梯度场来定位信号怪生区域。MRL特别要求其测量对象置在探头之外，因此均匀度很高的磁场是不可能的。（3）自旋回波序列可视具体情况需要进行修改，有灵活可变化的特点，适于多种多样的井眼和地质情况。近二、三十年已发展出几百种回波序列。由于计算机和电子技术的不断发展，使僺作者控制RF脉冲的强度、相位、宽度和发射时间的能力不断增强，也使核磁共振测井可选用的自旋回波序列更丰富多样。 第三、开展了大量实验研究，为NMR测井应用提供了科学基础。实验研究是进场应用的基础，多年来国内外石油公司、研究单位、测井公司、大学对多孔岩石NMR测井应用的主要原理如孔隙度表面弛豫特性、体积流体弛豫特性、流体扩散弛豫、岩石中顺磁物质对弛豫影响，岩石孔隙度、渗透率、孔隙结构、润湿性与弛豫特性的关系，束缚流体、可动流体弛豫特性，油、水、气弛豫特性差别，粘度、矿化度对弛豫时间影响等等方面开展了大量实验研究，同时对实验资料分析处理研究所作的假设与近似作了充分阐述，为应用核磁共振测井资料求岩石物理参数，识别油、气、水，预测产能，选择测井参数等建立了应用基础，大大推进发该技在油气勘探、开发中的应用。 第四、对测量参数的选择做了很多分析研究工作。每次测井中有三个参数能够控制，它们是回波间隔、等待时间和采集的回波总数。因而NMR测量是一种动态结果，取决于如何
国外主要测井公司介绍 (34)Rabinovich,et al.,2001,enhanced anistropy from jiont processing of multicomponent induction and multi-array induction tools, paper HH,in 42th Annual logging symposium transactions:Society of Professional Well Log Analysts,2001 测井是技术密集型产业，测井仪器装备一次性投资大，投资回收期较长。国际性的油田技术服务公司中，以测井为主营业务的公司，主要有斯仑贝谢公司、哈里伯顿公司、贝克-阿特拉斯公司，这三家公司占据90%多的测井服务市场（斯仑贝谢约占62%），哈里伯顿和贝克-阿特拉斯分别约占14%和15%）。其他公司还有威德福公司、Tucker能源服务公司、REEVES 公司和PROBE公司等等，这些公司在整体上逊色于三大公司，但在部分专项上可以与三大公司媲美。 第一节斯仑贝谢公司 一、公司概况 斯仑贝谢是测井行业的开山鼻祖，公司总部位于美国纽约。经过70多年的发展，斯仑贝谢公司已成为一家除工程建设服务以外的全球性油田和信息服务超级大型企业集团，但公司主要的经营活动还是集中在石油工业，在世界上100多个国家和地区有业务往来。公司员工60，000余人，来自140多个国家。公司2002年总收入为135亿美元，其中测井部分年收入为56亿美元，测井研发经费4亿美元（占测井收入的7%）。除现场作业外，斯仑贝谢公司在美国、英国等地建有研发中心，作为公司经营服务的强大技术支持。 斯仑贝谢公下设三个主要的经营部门： 斯仑贝谢油田服务公司：是世界上最大的油田技术服务公司，为石油和天然气工业提供宽广的技术服务和解决方案。 斯仑贝谢Sema公司：为能源工业，同时也为公共部门、电信和金融市场，提供IT咨询、系统集成、网络和基础建设服务。 斯仑贝谢西方地震服务公司：是与贝克休斯公司合作经营的公司，是世界最大的、最先进的地面地震服务公司。 斯仑贝谢公司其他方面的业务还有智能卡服务（电子付款、安全识别、公用电话、移动电话、身份证、停车系统等）、半导体测试和诊断服务、水资源服务等等。 二、斯仑贝谢油田服务公司 斯仑贝谢油田服务公司是具有测井、测试、钻井、MWD/LWD和定向钻井、陆上和海上地震、井下作业和油田化学、软件开发和资料处理等多种能力的综合性油田技术服务公司，在开放的国际测井服务方面，其市场占有率达到62%左右。 在长达七十多年的时间内，斯仑贝谢公司在测井方面始终保持着领先地位。世界上第一套数字测井仪、第一套数控测井仪、第一套成像测井仪都是斯仑贝谢公司首先推出的；各种新的测井仪器，十有八、九是斯仑贝谢公司首先推出的。可以说，斯仑贝谢一直领导着测井发展的潮流。 该公司于20世纪90年代初率先推出了成像测井系统——MAXIS 500多任务采集成像测井系统，能完成裸眼井和套管井地层评价、生产测井和射孔服务。 1996年又率先推出了快测平台技术，提高了作业效率、仪器可靠性和数据精度。 1998年推出套管井地层电阻率测量仪CHFR，采集套管后地层电阻率数据。2000年推出改进型套管井电阻率测井仪CHFR-Plus。 该公司的核磁共振测井技术也处于领先地位。1996年推出CMR200可组合磁共振成像测井仪，1998年推出其改进型CMR-Plus
前言 《核磁共振成像测井解释方法研究及应用》是2000年局级科研课题，该项目的主要研究目的是通过对核磁共振成像测井解释原理、解释模型和解释方法的研究建立一套具有较高精度的核磁共振成像测井解释方法，为利用核磁共振成像测井进行储层物性参数分析、储层流体识别和复杂油气层的评价奠定理论和方法依据。通过三年来的研究和分析主要完成了以下主要研究内容： 1、核磁共振成像测井原理的实验分析，根据实验数据分析了不同孔隙流体在核磁共振成像测井中的变化规律，从原理上阐明了不同性质流体的核磁共振特性，并根据实际数据研究建立了油、气和水的核磁共振响应的正演分析模型，确定了在不同地质情况下油、气和水的核磁响应特征和T2谱的分布特征。 2、利用实验分析方法对各种不同的影响因素进行了分析，确定了储层孔隙度、地层水矿化度、泥质含量、储层含油气和测量参数选择等因素对核磁共振成像测井的影响及响应特征，为核磁共振成像测井的精确解释及参数计算奠定了坚实的基础。 3、根据实验数据和测井数据相结合建立了储层有效孔隙度、粘土孔隙度、总孔隙度、毛管束缚水孔隙度、渗透率、含油饱和度、含气饱和度和含水饱和度的计算模型，根据实验分析和实际应用分析表明上述参数计算方法具有较高的精度和准确性。 4、分析总结了核磁共振成像测井的主要用途，在孔隙类型分析、储层孔隙分布、复杂储层的流体识别、低阻油层分析、储层伤害程度
评价等方面研究分析了核磁共振成像测井的主要应用。 通过上述研究，针对核磁共振成像测井解释方法研究取得了以下成果： 1、有针对性的分析研究了不同性质流体的核磁共振特性，确定了流体在储层中的核磁共振响应范围和规律； 2、全面系统地分析了各种影响因素在核磁共振成像测井中的作用，为下一步核磁共振成像测井的环境影响因素的较真奠定了基础； 3、建立了适合河南油田的核磁共振储层参数求取模型，并利用反演的方式建立了储层流体饱和度求取模型； 4、系统分析了核磁共振成像测井的主要应用，在统计分析的基础上说明了核磁共振成像测井的技术优势。 在分析研究过程中，核磁共振成像测井研究在以下几个方面具有较高的先进性： 1、系统的分析了各种流体的核磁共振响应特性； 2、深入分析了不同因素对核磁共振成像测井响应的影响； 3、建立了适合研究区域的核磁测井解释模型，并首次分析了T2截止值与储层泥质含量的定量关系； 研究中，储层有效孔隙度计算的平均相对误差为4.9％，渗透率计算的相对误差为21％，油水层解释与石油结论评价结果符合率为87％；研究中得到的方法在25口井的核磁测井解释中得到了应用，应用范围包括河南油田的主要勘探开发区域，得到了较好的应用效果。
核磁共振测井技术的进展 关键词：核磁共振测井,测量原理,测井解释,储层评价 1历史回顾 人们第一次认识核磁共振(NMR)的潜在价值是在20世纪50年代，在60年代早期研制出核磁测井(NML)仪。NML仪因其许多局限性最终在80年代末停止了服务。尽管它有诸多局限性，但为支持NML测井而进行的实验研究，预见了今天仍在进行的多种地层评价，其中包括估算渗透率、孔隙大小分布、自由流体体积、原油黏度和润湿性。 现代NMR测井的发展可以追溯到1978年在LosAlamos国家实验室开展的NMR井眼测井研究项目。该项目的部分目标是制造和测试一种在井眼中使用的NMR测井仪，它能克服NML仪的局限性。LosAlamos 试验仪器使用的是强永久磁铁，正如那些在现代实验室的NMR仪器一样，进行了脉冲NMR自旋回波测量。这些测量结果极其灵活，可适用于许多不同的地层评价。 LosAlamos实验室仪器证明了NMR测井的可行性，但由于其信噪比(S／N)太低，而且磁铁和射频(RF)线圈的设计产生很大的井眼信号而无法满足商用需求。可行性论证后不久，1983年成立的Numar公司和斯伦贝谢公司开始了独立的研究，试图设计NMR磁铁和RF天线，从而满足商用NMR测井需求。 20世纪90年代初，研究有了收获，有两家公司开始对电缆式仪器样机进行现场测试。仪器性能远远超过NML仪，在地层评价方面很快有了效果。自从第一支商用仪器投入使用以来，这两家公司都推出了
先进的电缆式NMR测井仪和随钻测井(LWD)NMR仪器。1997年，Numar 公司被哈里伯顿收购，现已完全成为其子公司。2001年，哈里伯顿公司推出了NMR流体分析仪，它是电缆式流体采样仪的一部分。2000和2002年，哈里伯顿公司和斯伦贝谢公司分别推出了LWD仪器。贝克·休斯公司在2004年推出了电缆式NMR仪，2005年推出了LwDNMR 仪。 2现代NMR测井 2．1脉冲NMR测井仪 传感器(如磁铁和天线)是脉冲NMR测井仪的核心部分。它对仪器的S／N、最小回波间距、探测深度(DOI)、测井速度和垂直分辨率有重要影响。在用的所有仪器在传感器的设计上都不尽相同，主要差别是电子线路、固件、脉冲序列、数据处理和解释算法。NMR仪器的详细技术指标都能在各家服务公司的网站上找到。 斯伦贝谢电缆式NMR测井仪器有三个天线和一个完全可编程的脉冲序列发生器，能进行多种不同方式的测量。两个152mm天线用于高分辨率测量，提供总孔隙度、束缚流体孔隙度和自由流体孔隙度。高分辨率天线还可用来探测天然气和轻烃，计算渗透率和孔隙大小分布。主天线长457mm，有多个频率，用于不同地层评价，提供多种NMR 测量。每个频率都对应不同DOI(从井壁算起为38～102mm)。主天线所提供的地层评价包括两个高分辨率天线所提供的所有地层评价，还用于评价流体径向剖面、流体体积和石油黏度。 所有的商用NMR仪都有一些共同的特征，譬如：所有的仪器都采
成像测井简介 第一节、地层微电阻率扫描成像测井 地层微电阻率扫描成像测井是一种重要的井壁成像方法，它利用多极板上的多排钮扣状的小电极向井壁地层发射电流，由于电极接触的岩石成分、结构及所含流体的不同，由此引起电流的变化，电流的变化反映井壁各处的岩石电阻率的变化，据此可显示电阻率的井壁成像。自80年代斯伦贝谢公司的地层微电阻率扫描测井(FMS)投入工业应用以来，得到了迅速的发展，如今已是井壁成像的重要测井方法。 我们知道，微电阻率测井贴井壁测量，探测深度浅而垂向分辨率高，因而对井壁附近地层的电性不均匀极为敏感。因此，人们利用微侧向测井研究冲洗带和裂缝，利用四条微电导率测井曲线确定地层倾角，识别裂缝，研究沉积相等。但是，这些微电阻率测井无法确定裂缝的产状，无法区分裂缝、小溶洞和溶孔，这些问题都可由微电阻率扫描测井解决。 １、电极排列及测量原理 地层微电阻率扫描成像测井采用了侧向测井的屏蔽原理，在原地层倾角测井仪的极板上装有钮扣状的小电极，测量每个钮扣电极发射的电流强度，从而反映井壁地层电阻率的变化。通常把电流电平转换成灰度显示，不同级别的灰度表示不同的电流电平，这样就可用灰度图来显示井壁底电阻率的变化。 第一代FMS是在地层倾角测井仪两个相邻极板上装上钮扣状电极，每个极板上装有4排27各电极，共有54个电极，每排电极相互错开，以提高井壁覆盖率。对8.5in的井眼，井壁覆盖率为20%。 为提高井壁覆盖率，第二代仪器在4个极板上都装有两排钮扣电极，每排8个共16个电极，4个极板共64电极，对8.5in井眼，井壁覆盖率达40%，这种仪器在电极上作了很大的改进，把原来的4排电极改为2排电极，能更准确地作深度偏移。 ２、全井眼地层微电阻率扫描成像测井(FMI) 斯伦贝谢公司在前述仪器基础上，又研制了FMI。该仪器除４个极板外，在每个极板的左下侧又装有翼板，翼板可围绕极板轴转动，以便更好地与井壁接触。每个极板和翼板上装有两排电极，每排１２个电极，８个极板上共有１９２个电极，对8.5in井眼，井壁覆盖率可达80%，能更全面精确地显示井壁地层的变化。 该仪器可根据用户要求进行三种模式的测井： (1)全井眼模式测井。用192个钮扣电极进行测量，进行井壁成像。 (2)4极板模式测井。此时用4个极板上的96个电势进行测量，翼板上的电极不 工作，对于地质情况较熟悉的区域，采用这种方式测井可提高测速，降低采集数据量和测井成本，但对井壁覆盖率降低一半。 (3)地层倾角测井。当用户不需要井壁成像，而需要地层倾角时，可用这种模式 测井。这是只用4个极板上的8个电极测量，得出高分辨率地层倾角仪同样的结果，测速可进一步。 在应用FMI资料时，通常在一个地区，选有代表性的参数井进行取芯，并作FMI测井，通过与岩芯柱的详细对比，研究有关地质特征在井壁图像中的显示，就能充分利用这些特征解决地质问题。