第8讲核磁共振测井4

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核磁共振成像测井

一种是阿特拉斯公司和哈利伯顿公司采用NUMAR专利技术推出的系列核磁共振成像测井仪MRIL；
一种是斯仑贝谢公司推出的组合式脉冲核磁共振测井仪CMR；一种是以俄罗斯为主生产和制造的大地磁场型系列核磁测井仪RMK923。这些核磁共振测井仪器的具体测量方式存在一些差异，但在测量原理上大同小异。
a
8
8
2.2 用核磁共振测井研究岩石孔隙结构
核磁共振测井测量的信号是由不同大小的孔隙内地层水的信号叠加，经过复杂的数学拟合得到核磁共振T2 分布。这就是利用核磁共振测井资料研究储层岩石孔隙结构的基础。目前利用核磁共振测井资料研究地层孔隙结构的方法都是进行室内实验, 将岩心的压汞毛管压力曲线和核磁共振T2 分布对比, 建立其相关性, 进而通过核磁共振T2 分布, 间接地利用岩石的毛管压力分布曲线来研究岩石的孔隙结构。【2】
5
5
核磁共振测井应用
图三[5] 为单井柱状图：
a
6
6
2.1 直接探测储层孔隙
不同的原子核有不同的共振频率，所以可通过选择共振频率确定观测对象，核磁共振测井研究对象为氢核。氢核在地层中有两种存在环境，即固体骨架和孔隙流体，在这两种环境中氢核的核磁共振特性有很大差别，可以通过选择适当的测量参数，来观测只来自孔隙流体而与岩石骨架无关的信号。宏观磁化矢量在观测对象确定之后，在给定强度的静磁场和恒温下，磁化矢量的大小与单位体积内的核自旋数成正比，即与地层孔隙流体中的含氢量成正比，可直接标定为地层孔隙度。因此，核磁共振可直接探测地层孔隙度而不受岩石骨架的影响。
时间，M0、T1、T2就是核磁共振测井要测量和研究的对象。【1】
z
z
B0
B0
y
x
横向弛豫（T2）。在XY平面，旋转开始，并逐步发散开去。

核磁共振成像测井新技术

OUT”思想。
第二节核磁共振测井发展史
1983年，NUMAR公司成立。
1991年7月， NUMAR公司研制的MRIL仪器正式投入油
田商业服务
1995年ATLAS公司与NUMAR公司合作，将MRIL挂接在
ECLIPS-5700上。
1995年SCHLUMBERGER公司的CMR研制成功。 1997年HALLIBURTON收购NUMAR公司。 1998年HALLIBURTON推出MRIL-Prime 型仪器。
流体特性医用MRI要求把特定的医学条件或者人体的器官与不同的核磁共振结果联系起来。采用同样的方法，我们可以用MRIL仪器对井壁以外几英寸内的区域进行研究。MRIL仪器可以确定不同的流体（水、油和气）的存在及含量，同时还可以确定流体的某些特性（如粘度）。
孔径
储层岩石孔隙空间中的流体的核磁共振响应与体积形式的流体的核磁共振响应是不同的。因此从 MRIL数据中可以非常容易地提取到孔径的信息，从而极大地改进一些重要的岩石物理特性的估算，如
孔隙空间指岩石中未被颗粒、胶结物或杂质填充的空间，可分为：孔隙和喉道。孔隙空间体积可以分为水体积和油气体积，
其中水体积包括可自由流动的可动水和由于表面张力束缚于骨架岩石的不可动束缚水两部分。油气体积同样分为可自由流动的可动油气和不可动残余油气。
骨架岩石的泥质组分可以包含一种或多种粘土、粉砂、圈闭水和进入粘土矿物中的束缚水。
1945年BLOCH教授和PURCELL教授两个小组各自独立
地发现了核磁共振现象。
1948年，VARIAN发现了地磁场中核的自由进动。
50年代初，三家公司联合研究发现，核磁只探测地层中
的孔隙流体。

《核磁共振测井全》课件

储层表征
核磁共振测井提供了详细的储层性质描述，包括孔隙结构、孔隙度分布和岩石类型，有助于优化开发和生产侵入性测量
核磁共振测井是一种非侵入性测量技术，不需要采集样品，可以在井内直接获取地层信息。
2 高分辨率
核磁共振测井具有高分辨率，可以获取细微的地质和储层参数变化，提供精确的地质解释。
3 仪器限制
核磁共振测井仪器的尺寸和功耗限制了其在特定井眼中的应用，需要克服相关的工程和技术问题。
核磁共振测井的案例研究
1
海上油气勘探
核磁共振测井在海上油气勘探中的应用，帮助发现油气藏和优化产能，提高勘探和开发效率。
2
储层评估
核磁共振测井在储层评估方面的应用，提供可靠的地质参数和流体信息，指导油气勘探和开发决策。
3
井间连通性
核磁共振测井用于评估油井间的连通性，检测压力变化和流体移动，帮助优化油藏生产。
核磁共振测井的未来发展
先进测井技术
未来的核磁共振测井技术将更加先进，实时、高分辨率、多参数测量等特性将得到进一步增强。
人工智能应用
结合人工智能技术，核磁共振测井可以进行更精确的数据处理和解释，提高解释的速度和准确性。
环境友好型
未来的核磁共振测井技术将更加环境友好，减少对地下水资源和环境的影响。
《核磁共振测井全》PPT 课件
核磁共振测井是一种用于获取地下岩石和流体性质的非侵入性测量技术。通过应用核磁共振原理，可以获得有关地下油气储层的重要信息。
什么是核磁共振测井？
1 原理解释
2 数据获取
核磁共振测井利用原子核的自旋和磁矩之间的相互作用来研究储层的性质。它基于核磁共振现象，通过识别和分析样品中的核自旋状态来获取相关信息。

核磁共振测井技术及应用

核磁共振测井影响因素及适用性
核磁共振测井对井眼和泥浆有较高的要求，因为高矿化度泥浆和大井眼都会造成信噪比降低，同时由于核磁探测深度较浅（20cm），泥浆侵入较深会对核磁共振判别流体性质造成影响。
目录
1. 核磁共振测井基本原理 2. 核磁共振测井仪器介绍 3. 核磁共振测井资料处理 4. 核磁共振测井资料应用
核磁共振测井技术及应用
胜利测井公司资料解释研究中心 2011.05
目录
1. 核磁共振测井基本原理 2. 核磁共振测井仪器介绍 3. 核磁共振测井资料处理 4. 核磁共振测井资料应用
核磁共振测井基本原理
1、核磁共振测量的物理基础
核磁共振（NMR）指的是原子核对磁场的响应。即若在与稳定磁场垂直方向上加一射频磁场，当交变磁场的频率与氢核的核磁共振频率相同时，处于低能位的氢核将吸收能量，转变为高能态的核，这一现象即称之为核磁共振。
当射频脉冲作用停止后，磁化矢量通过自由进动向B0方向恢复，使原子核从高能态的非平衡状态，向低能态的平衡状态恢复。这种高能态的核不经过辐射而转变为低能态的过程叫弛豫。
核磁共振测井基本原理
2、核磁弛豫
纵向弛豫（T1）：磁化矢量在Z方向的纵向分量往初始宏观磁化强度M0的数值恢复过程。它与孔隙度的大小、孔隙直径的大小、孔隙中流体的性质、以及地层的岩性等因素有关。横向弛豫（T2）：磁化矢量在X-Y平面的横向分量往数值为零的初始状态恢复的过程。它与地层孔隙度的大小、孔隙直径的大小、孔隙中流体的性质、岩性、以及采集参数（如TE和磁场的梯度）等因素有关。
核磁共振测井解释成果图
流体分析（MRIAN）成果图第一道：自然电位SP，单位mV；
自然伽马GR，单位API；核磁区间孔隙度T2-Porosity；井径CAL，单位in。第二道：核磁渗透率MPERM，单位mD；。第三道：标准T2分布；第四道：流体分析道，包括：烃体积，自由水体积，毛管束缚水体积，有效含水饱和度，束缚流体体积，有效含水孔隙度，核磁共振有效孔隙度，总孔隙度。

核磁共振测井资料质量控制

2、井眼尺寸对测量孔隙度的影响
核磁共振测井仪器的测量目标在仪器体外面，测井仪的静磁场都采用永久磁体，其强度有一定的区域，只有在一定强度区域内的氢核才会被极化或充分极化，井眼太大，或仪器偏心，测量信息受井眼泥浆的影响较大。 MRIL-P仪器的井眼适应范围是7-16″ ；但在实际测量过程中的井眼适应范围往往不是如此简单，它与泥浆电阻率、储层物性、井斜角、井眼粗糙度等多种因素有关；泥浆电阻率越低，储层物性越差，井斜角越大、井眼粗糙度越大，井眼对测井资料的影响越严重。
一．核磁共振测井简介二．核磁测井影响因素分析三．核磁测井的测前设计四．核磁共振测井质量控制
1、测井环境对核磁共振测井的影响
（1）泥浆电阻率对测量增益的影响
核磁共振测井仪器是在井眼泥浆中进行测井，它需要达到一定的发射功率才能够完成测井任务，该指标由增益来衡量。增益除了受发射线路本身的影响外，影响它的外部因素主要是井眼泥浆电阻率，其次是地层电阻率。低电阻率泥浆或地层与泥浆电阻率的比值
（3）核磁测井测量的原始数据
双TW现场图
由双TW/双TE模式分解出的DTW （短TE）数据。第1道为深度，包含加速度；第2道有GR、张力、电缆速度（CS）、渗透率指示、以及A组和PR组的增益值，用于了解数据采集的过程、地层的渗透性、以及仪器的工作状态；第3道为总孔隙度系统的 T2 谱，范围从 0.25ms到2048ms；第4道与第5 道分别为A组和B组的回波串；第6 道和第7道分别为A组和B组的3个孔隙度，即：视总孔隙度、视有效孔隙度、毛管束缚水孔隙度，此外，还有A、B两组的CHI值，用于表达回波串的实测值与理论值之间的拟合程度。
1
差
中等
好
0.5 100 200 300 400 增益 500

《测井储层评价方法》核磁共振测井CMR

(msec) 1500
T2 Distribution
4、核磁共振测井的应用基础
1/T2 = 1/T2B + 1/T2S + 1/T2D = 1/T2B + ρ2Si/Vi + [D(γGTE)2]/12
式中： D为扩散系数； G为磁场梯度； γ为旋磁比； TE为回波间隔（2τ）；
ρ2 为横向表面弛豫强度（常数，一般为 1um/s<=ρ2<=30um/s））
Signal distribution
T2 time k = 279 md
Signal distribution
Pore diameter (microns)
0.01 0.1 1
10
T2 original T2 spun sample
Free fluid cutoff
• 自由流体和束缚流体孔隙度
—旋磁比；—自旋角动量
无外加磁场时，核磁矩随机取向，宏观磁场强度为零
• 自旋在外加磁场中进动
单个自旋（核磁矩）处于外加静磁场Bo中时，它将受到一个力矩的作用，并绕外加磁场方向进动，如右图所示。
其行为如同（自旋）陀螺绕重力场进动一样。
核磁矩进动频率ω o由拉莫尔方程确定：
10
15
20
25
(p.u.)
CMR Wellsite Presentation
900
Spectroscopy Gamma Ray (SGR)
0
(GAPI)
150 1
Permeability - CMR (KCMR)
(MD)
1000
CMR Free Fluid (CMFF)

核磁共振测井

核磁共振测井与录井对比班级：勘查技术与工程07-1 姓名：学号：0701********摘要:石油工程中的核磁共振技术是利用油和水中的氢原子在磁场中具有共振并产生信号的特征来探测和评价岩石特性。

核磁共振测井是在井筒中测量井周地层的物性参数.核磁共振录井是在地而(钻井现场)分析岩心、岩屑和井壁取心的物性参数(随钻分析)。

对同深度13 u 井中的核磁共振测井孔隙度、渗透率参数与核磁共振录井分析岩心、岩屑和井壁取心样品得到的孔隙度、渗透率参数进行对比分析表明.两者虽存在定差异.但整体有较好的趋势致性。

关键词:核磁共振;测井;录井;孔隙度;渗透率Abstract:The hydrogen atoms in oil and water are able to resonate and generate signalsin the magnetic field，which is used by the NMR (nuclear magnetic resonance) technolo-gy in petroleum engineering to research and uate rock characteristics. NMR welllogging was used to measure the physical property parameters of the strata in well bore，whereas NMR mud logging was used to analyze(while drilling) the physical propertyparameters of cores，cuttings and sidewall coring samples on surface(drilling site).Based on the comparative analysis of the porosity and permeability parameters obtainedby NMR well logging and those from analysis of the cores，cuttings and sidewall coringsamples by NMR mud logging in the same depth of 13 wells，these two methods are ofcertain difference，but their integral tendency is relatively good.Key words:nuclear magnetic resonance;well logging;mud logging;porosity;permea-Bility1基本原理自然界元素的同位素中将近一半能够产生核磁共振r2,。

核磁共振测井技术

MBMW m
TMA X T 2cutoff
S(T2 )dT2
有效孔隙体积
MPHE e
TMA X 4
S (T2
)dT2
总孔隙体积
MSIG t
TMA X T min
S
(T2
)dT2
渗透率
k c4 NMR ( FFI )2 BVI
目录
一、核磁共振测井简介二、核磁共振测井测量及提供的信息三、核磁共振测井提供的成果图件四、核磁共振测井技术的应用
核磁共振测井技术的应用
储层识别及储层物性参数计算——划分常规测井曲线无法识别的储层
核磁共振测井技术的应用
储层识别及储层物性参数计算——直接区分可动流体和束缚流体
幅度孔吼分布频率
各部分孔隙体积分布位置
孔吼半径(um)
1
1.6
2.5
4
6.3
10
16
25
10
岩样号：NP1-X
8
孔径分布
T2谱分布
6
毛管束缚体积
T2很长且幅度大，短T2很少或没有
驱替和渗吸都已起到作用，大、小孔隙都已排油，它吸水能力强，含水率高，已成了注入水凸进优势通道，即“大孔道”，对于这样的层应控制注水速度，以防注入水的低效和无效循环。
中水淹弱水淹
T2很长但幅度变低，短T2多
这样的储层其大孔道中的油在水驱过程中驱动力的作用下已经排出，而小孔道中仍存在残余油，这些油要靠毛管力吸水排油的渗吸作用排出，注水时应降低水驱速度，在低渗流速度下，发挥毛管力的吸水排油作用，取得最佳驱油效果。
有效孔隙度
总孔隙度
核磁共振测井提供的成果
流体性质评价成果

核磁测井

核磁共振测井
CMR--Combinable Magnetic Resonance MRIL--Magnetic Resonance Imager Log
本章内容
? §1 核磁共振测井的理论基础 §2 应用
?
结束
§1核磁共振的理论基础
核磁共振现象 NMR信号的检测弛豫时间及其测量核磁共振测量区的选择孔隙流体中的核自旋弛豫核磁共振资料的处理
40 40 20 20 00
Shg(%)
2.5
6.3 2.5
0.16
1.0
00.4.063
0.16 0.063
核
磁
测
井
成
果
R=4.3815μm 双组孔径发育
与
以中孔径为主压
汞
资
R(μm)
R(μm)
料
利用进核行磁储测层井评资价料
赵80井
16 17
18
中高阻油层
16 、17、18层合试为油层,累计产油61.2t
油53.48 气35280 d=0.8705 u=3.54(Ek2)
Es4+Ek1 (Ek2)
薄层评价
核磁共振成像测井薄层电阻率
孔、渗、饱、厚度等参数
赵
61 井
GR
1:50
CBIL
1 薄层电阻率 1000
赵
61 井
赵61井核磁共振与双向量感应解释成果图
赵61井核磁共振与薄层电阻率解释成果图
计算可动流体孔隙度、束缚水孔隙度
a(T )dT NMR
T2 max T2 min
22
FFI
a(T )dT T2max

核磁共振成像测井专家讲座

依据不一样孔径大小，利用试验分析确定截止值，确定地层束缚流体体积和自由流体体积，进而确定地层渗透率。【1】核磁测井估算渗透率前提是,核磁测井信息必须真实反应地层孔隙度参数。【4】
可动流体体积毛管束缚水体积粘土束缚水体积
核磁共振成像测井专家讲座
第11页11
2.4 识别地层孔隙中流体类型
不一样流体有不一样核磁共振特征，表1【3】是某地域在一定条件下测得不一样流体核磁共振特征，从中不难看出，水与烃（油、气）差异很大，油与气差异很大，液体(油、水)与气体扩散系数差异也很大，利用流体这些差异，以不一样方式观察和识别孔隙流体类型。【1】
汇报内容
1.核磁共振测井原理 2.核磁共振测井应用 3.参考文件
核磁共振成像测井专家讲座
第1页 1
核磁共振测井原理
原子核在外加静磁场B0作用下磁化沿外加磁场B0方向产生宏观磁化矢量M0。在垂直于B0方向加一交变磁场B1且交变磁场频率w1与原子核进动频率w0相同时，原子核会吸收交变磁场能量，宏观磁化矢量M0 偏转一定角度【1】。如图1所表示。
M0、T1、T2就是核磁共振测井要测量和研究对象。【1】
Байду номын сангаас
z
z
B0
B0
y
x
横向弛豫（T2）。在XY平面，旋转开始，并逐步发散开去。
核磁共振成像测井专家讲座
y
x
纵向弛豫（T1）也开始在磁场方向重新排列（重极化）。
第3页 3
核磁共振测井原理
完整过程以下：
核磁共振成像测井专家讲座
第4页 4
核磁共振测井应用
核磁共振成像测井专家讲座
第9页 9
2.2 用核磁共振测井研究岩石孔隙结构

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《测井新方法》
第8讲核磁共振测井（4）
张元中地球物理与信息工程学院测井系
《测井新方法》
主要内容
10、采集的信息及用途 11、典型应用实例
10.采集的信息及用途
观测模式：确定一组参数，用来控制测井作业期间的MRIL仪器的脉冲序列。选择观测模式就可以确定要进行的核磁共振测井的作业类型。
观测模式参数可调节，可从测井地面系统发送到MRIL仪器的数字信号微处理器（DSP）中。有些观测模式参数可以进行修改，如回波个数（NE）、极化时间（TW）和累加次数（RA）。
双TW模式利用轻烃和水之间的T1差异，定量确定流体的含量。
在一个采集通道上使用长TW；在另一个通道上与短TW值有关的小的信号幅度；只有高质量的资料，差谱信号的S/N才会高。
10.采集的信息及用途
双TE模式：利用双TE模式采集的资料，可以确定孔隙度、渗透率和可动流体。粘性油、水和轻烃的扩散系数有较大的变化。双TE就是利用这种变化，目的是在T2谱上识别各种流体。
10.采集的信息及用途
有些参数则是不可改变的，如脉冲类型、增益数或噪音周期数等。有些参数只能通过选择另外一个观测模式来修改：回波间隔（TE）和操作频率个数（XF）。
每种观测模式都含有几种参数，包括：极化或等待时间（TW）；回波间隔（TE）；回波数目（NE）；累加次数（RA）。观测模式是与仪器有关，选择适当的观测模式是核磁共振测井作业成功的关键。
10.采集的信息及用途
自旋回波串衰减的幅度可以用一组指数衰减曲线的和来进行精确的拟合，每个指数曲线都有不同的衰减常数。所有衰减常数的集合就形成了衰减谱或横向弛豫时间T2分布（T2谱）。在饱和水岩石中，已经从数学上证明，与单孔隙有关的衰减曲线是一个单指数函数，衰减常数与孔隙尺寸成正比。孔隙小，T2值小；孔隙大，T2值也大。
自旋回波串的衰减是流体中氢核的数量及其分布的函数。记录回波幅度随时间的减小。
10.采集的信息及用途
可使用衰减率信息建立孔隙流体类型和孔隙尺寸分布。自旋回波串是用回波间隔1ms记录的。离散点表示原始数据，实线是对数据的拟合。
10.采集的信息及用途
原始数据经过拟合得到T2谱。原始回波数据，横轴为观测时间t，纵轴为信号幅度M(t)。 T2谱横轴为 T2（ ms），纵轴为区间孔隙度，反映不同T2分量对测量孔隙度的贡献。
10.采集的信息及用途
通过反演这一数学过程，自旋回波串衰减数据可以转换为T2分布。该分布是产生回波串的最有可能的T2值分布。
10.采集的信息及用途
通过适当的刻度，T2分布曲线以下的面积就是孔隙度。当岩石100%饱和水时，T2分布与孔隙尺寸密切相关。如果地层含烃，根据烃的类型、粘度和饱和度的不同这T2分布会有变化。
10.采集的信息及用途
T2分布的显示方式以区间孔隙度显示时，对总孔隙度，各组分的多指数衰减分别为 0.5ms， 1ms， 2ms， 4ms， 8ms， 16ms， 32ms， 64ms， 128ms， 256ms， 512ms和1024ms。对有效孔隙度，多指数衰减范围4-1024ms。例如8ms对应于6ms和12ms之间的测量。
10.采集的信息及用途
蓝色曲线是采用足够的NE、足够的TW、较短的 TE和多次回波串叠加 (改进 S/N)取得的数据。 T2分布是双峰，两峰分别在7和100ms。累积孔隙度超过18p.u。
10.采集的信息及用途 MRIL仪器三种典型的观测模式
10.采集的信息及用途
观测模式的选择:根据仪器测量获取的信息，井眼环境等。
标准T2模式：可以确定孔隙度、渗透率和可动流体，主要适用于 D或 T1差异很小的情况。在正常测速下有较好的数据质量，或者增加测速不会降低数据质量。
10.采集的信息及用途
双TW模式：可以确定孔隙度、渗透率和产量。利用差谱法 (DSM)或时域分析 (TDA)可以直接完成烃类识别和定量评价。
核磁共振孔隙度
10.采集的信息及用途
原始衰减曲线的初始幅度与孔隙流体中被极化的氢核数量成正比。
将初始幅度与水箱（100%孔隙度介质）中水的响应幅度相比就可以把原始幅度刻度成孔隙度。
核磁隙度是与岩石骨架的岩性无关的，也可以把实验室岩心核磁共振测量结果和常规实验室孔隙度测量结果比较来验证数据的准确性。
10.采集的信息及用途
采集参数不同，T2谱可能会有明显的变化。红色曲线是用不足的回波数目 (NE)、不足的等待时间 (TW)、长回波间隔 (TE)和较差的信噪比 (S/N)采集的数据。T2分布较宽，是单峰的，并且集中在30ms左右，累积孔隙度不超过8p.u。
10.采集的信息及用途
在井中任何深度，MRIL测量的地层都有孔隙尺寸分布。此深度上多指数衰减就表示孔隙尺寸的分布，且每个T2值都对应于不同的孔隙尺寸。 T2分布曲线围成的面积等于自旋回波串的初始幅度，T2分布可以被直接刻度为孔隙度。实际上，核磁共振测井仪器以及与之相关的数据采集软件的主要功能就是对井眼每一深度提供精确的T2分布描述。
10.采集的信息及用途
核磁共振T2分布的显示方式 T2谱显示方式有3种
全波列方式变密度形式（图像形式）区间孔隙度分布图。每种方式都代表孔隙度在T2值上的分布，也就是孔径的分布。 3种显示方式是同一组数据的不同视觉效果。
.采集的信息及用途
在图上给出了T2分布的三种显示方式。第1道是区间孔隙度的形式显示。第3道是以变密度的形式显示。第4道是以全波列形式显示。
使用移谱法(SSM)、扩散分析(DIFAN)和增强扩散分析(EDM)，可以直接完成烃类识别。存在的问题是需要较慢的测速以提高采集的资料的信噪比。
10.采集的信息及用途
NMR测井原始数据回波串，幅度随时间衰减的回波信号，是多种横向弛豫分量共同贡献的结果。纵轴被刻度成孔隙度单位，横轴是时间。