核磁测井

测井新技术之核磁共振测井
随着石油勘探开发需要，测井技术发展十分迅速，高分辨阵列感应、微扫、三分量感应和正交偶极声波等新型成像测井仪为研究地层各向异性提供了强有力的手段；核磁共振、电缆地层测试、井壁取心等提供了对地层流体的精确认识；新的过套管井测井仪器，如电阻率、新型脉冲中子类测井仪、核磁共振、电缆地层测试及永久监测等现代测井技术的发展可以在套管井中确定地层参数，精细描述油藏动态变化；新的水泥胶结评价仪直观提供一、二胶结面、水泥环形新空间及套管的剖面成像；新的套损成像测井仪为修井作业提供井精确套损质量。

随钻测井系列不断增加，如随钻声电成像、核磁共振测井、随钻地层测试等。

生产测井中的新型仪器出现，如流动成像仪、持率计等可较精确地提供大斜度、水平井测井[1]。

从上述可以看出，核磁共振测井（NMR）在测井新技术中占据着非常重要的地位，在油气勘探开发的许多方面都起着重要的作用。

自上个世纪九十年代核磁共振现象被发现以来，核磁共振技术作为一种重要的现代分析手段已经广泛应用于各个领域。

核磁共振在石油勘探中的应用始于20世纪50年代，经过近60年的发展，核磁共振测井仪器不断更新换代，功能逐渐增强，采集的信息更加丰富。

随着勘探程度的提高和勘探目标的复杂化，核磁共振侧井已经成为一种十分重要的地球物理探测方法，在复杂油气藏勘探开发中正在发挥不可替代的作用。

在复杂岩性、复杂孔隙结构、复杂流体成分、低孔低渗以及低电阻率、低含油气饱和度等情况下，当其他测井大多显得无能为力时，核磁共振测井却是储层评价和流体识别的有效手段，因而具有独特的价值和生命力[2,3]。

人们第一次认识NMR的潜在价值是在上世纪50年代。

核磁共振测井仪器的构想最早由Varian提出，并进行了可行性研究，迈出了核磁共振在石油工业应用的第一步。

20世纪60年代，Chevron和Schlumberger合作研制出利用地磁场的核磁共振测井仪器(nuclear magnetism logging,NML),并用于油田测井。

由于NML仪有许多局限性，最终在80年代末退出了服务。

尽管NML有许多局限性，但为支持NML测井而进行的实验室研究，预见了今天在用的许多地层评价应用。

这些应用包括计算渗透率、孔隙分布、自由流体体积、原油的粘度和评价岩石润湿性。

现代NMR测井的发展可以追溯到1978年在Los Alamos国家实验室开展NMR 井筒测井研究项目。

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。

Los Alamos试验样机采用一个强的永久磁铁，正如那些在现代实验室的NMR仪器一样，进行脉冲NMR自旋回波的测量。

这些测量的价值在于它极其灵活，并可设计加工以适应许多不同地层评价应用的需要。

Los Alamos实验室仪器论证了NMR 测井的可行性，但是没有达到商用仪器的要求，因为其信噪比(S/N)太低,而且磁铁和射频线圈的设计使其在井筒里产生很大的井眼信号。

可行性论证后不久，在1983年成立的Numar公司和斯伦贝谢公司开始了独立的研究，试图设计出可适用于商用NMR测井的NMR磁铁和射频天线。

这些努力在上世纪90年代早期结出了硕果，当时有两家公司开始对电缆式
仪器样机进行现场试验。

这些仪器多方面都优于NML，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，这两家公司都推出先进的电缆式NMR 测井仪和随钻测井(LWD)的NMR 仪器。

1997年Numar公司被哈里伯顿收购,现在整体作为其子公司运作。

2001年，哈里伯顿开发了NMR流体分析仪，它是电缆式流体采样器的一部分。

哈里伯顿公司和斯伦贝谢公司分别在2000和2002年各自推出LWD仪器。

贝克·休斯公司在2004年出了电缆式NMR，并在2005年推出了LWD的NMR仪[4]。

Baker Atlas公司最初使用Numar／Halliburton公司的MRIL 仪器，2003年，该公司自主研制了MR Explorer(MREx)仪器。

该仪器在探头、观测序列和数据采集等方面有显著特点，代表了当今核磁共振测井数据采集和处理评价技术的前沿。

前苏联在60年代初期就开始核磁共振仪器的研制，其仪器主要以大地地磁场为主，1972年投入生产使用，二十世纪九十年代生产的ямк923得到了普遍使用[5]。

目前，在俄罗斯的许多油田，核磁共振测井被列为必测项目，它已成为重要的勘探测井方法和有效的开发测井手段。

核磁共振测井技术的物理基础是氢原子核（1H）自身的磁性及其与外加磁场的相互作用。

核磁共振测井的原始数据是地层岩石孔隙流体中氢核在CPMG脉冲序列下观测得到的回波串，该信号包含了孔隙类型、孔径大小、渗透率、孔间连通性、流体类型、流动特性等信息。

通过对回波串进行多指数反演和对T2谱进行处理分析，可获得丰富的地层信息和地质参数[3]。

目前的NMR测井都是基于一维核磁共振技术，新的二维核磁共振测井技术( 2D NMR)是基于两个维度( T2 ,D )进行观测的全新的方法，这将核磁共振测井技术的应用进一步向前推进，开拓了岩石物理研究和储层评价的新领域。

同时二维核磁共振测井技术的出现和其成功应用也为人们指明了三维核磁共振测井(3D NMR ) 技术的方向[6]。

井下系列化、集成化、组合测井仪器的研发成为测井技术发展的一大趋势。

在2002年SP WLA年会上，日本科学家提出了一种新的测井系统，称之为电动或动电测井( EK L )，利用毕奥特快纵波在穿过渗透率、孔隙度等参数变化的界面时会产生毕奥特慢纵波，后者很快衰减并产生电信号，EK L 声系发射声能，测量声波衰减过程中产生的电势，其响应大多与井壁处水、地层界面有关，渗透性地层中有水流时，电荷发生分离，反映了外加的声压场. 通过观察两个频率时的电势，可以获得渗透率和其它流体性质。

这种电势非常弱，为几个毫伏。

英国Gr oundflow有限公司开发出利用快速横波通过地层界面转化为慢速横波时会产生动电信号的原理测量地层渗透率，为直接测量地层渗透率提供了新的途径，在估算土壤和岩石渗透率上具有良好的应用前景。

日本的Tohoku大学开发了利用井眼雷达的直接耦合进行电磁波测井，新仪器可以获得雷达图像、电导率和相对介电常数。

仪器分辨率为1 m 理想情况下探测深度为10 m。

P r one ta开发了可以透过原油对目标进行高分辨率光成像的成像技术，已经申请并获得了专利, 正在与Am-erada Hess、BP、谢夫隆和壳牌公司联合开发电缆仪器样机。

目前电缆测井占主要地位，随钻测井发展比较迅速，由于数据传输等技术不足在相当一段时间内还是以电缆测井为主, 套管钻井测井是未来测井发展的方向，套管钻井测井是在套管钻井技术诞生后出现的新的测井模式，用套管作为钻杆，井眼钻成功时，一口井的钻井和下套管同时完成。

套管钻井测井有钻后测井模式或随钻测井模式，钻后测井模式是在完成套管钻井作业后, 用电缆将测井仪器在套管内下到要测量的目的层段，进行测井。

随钻测井模式是测井仪器安装在与最
下面一根套管连接的底部钻具组合内，在套管钻井进行的过程中，在需要测井的层段一边钻井，一边测井[1]。

同时，测井新方法新技术的发展要紧密结合其他科学，例如材料学、物理学、数学、计算机科学等的最新进展。

在加深已有技术的深层开发利用的同时，与多科学的边缘交互可能产生更加好的测量方法，解释方法。

另一方面，测井的最终目的是服务油田，那么与地质结合是不可忽视的地方。

测井新方法新技术应在适应更复杂的地质环境，更准确、更大范围的获得地质参数方面积极发展，满足实际应用的需要。

参考文献：
[1] 张向林，刘新茹，刘向汉. 中国测井技术的发展方向. 吐哈油气，2008(3).
[2]肖立志，柴细元等.核磁共振测井资料解释与应用导论.北京：石油工业出版社，
2001.
[3]肖立志, 谢然红, 廖广志等.中国复杂油气藏核磁共振测井理论与方法.北京：科学出版社，2012.
[4]Robert Freedman.核磁共振（NMR）测井的进展.孙逊译.测井与射孔，2007，1:1-8.
[5]谭廷栋.俄罗斯核磁测井技术新进展.江汉石油学院学报，1995，17(4):32-37.
[6]毕林锐.核磁共振测井技术的最新若干进展.工程地球物理学报，2007（8）.。