核磁共振测井简介

第1页共1页 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第1页共1页

别是：Schlumberger-- CMR、Halliburton—MRIL-P. Baker hughts—MREXO 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oO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30进动。 30与磁场强度。0成正比，并称30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，越迁至髙能 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 磁场的氢核自旋系统的磁化矢量与静磁场方向相同，加极化磁场 后，磁化矢量偏离静磁场方向，经核磁共振达到高能级的非平衡 状态，断掉交变极化磁场后，磁化矢量又将通过自由进动朝着静 磁场方向恢复，使自旋系统从高能级的非平衡状态恢复到低能级 的平衡状第1页共1页

态，这个恢复过程称为弛豫时间。实际测井时，以地磁 场当成静磁场，通过下井仪首先把一个很强的极化磁场加到地层 中，等氢核完全极化后，再撤去极化场，则氢核磁化矢量便绕地 磁场自由进动，在接收线圈中就可测到一个感应电动势。由于束 缚水和可动流体的弛豫时间不同，所以束缚水、可动流体在接收 线圈中产生的感应电动势的强弱和持续时间也不一样。测井前事 先刻度出束缚水和可动流体的弛豫时间，这样束缚水、可动流体 的信息就可直接在测井曲线上反映出来，即可直接计算出自由 水、束缚水饱和度。应用研究核磁共振测井是在井底条件下实现 核磁共振测量。其测量原理的核心之一是对地层施加外加磁场，使 氢原子核磁化。氢核是一种磁性核，具有核磁矩。磁体放到井中， 将在井周围地层产生磁场，使氢核的磁矩沿磁场方向取向，这个过 程叫磁化或极化，极化的时间常数用T1表示,称作纵向驰豫时间。 T1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。核磁共振测井原理的核心之二是利用一个 天线系统，向地层发射特定能量、特定频率和特定时间间隔的电磁 波脉冲，产生所谓的自旋回波信号，并接收和采集这种回波信号，所 采用的方法叫做自旋回波法。观测到的回波串为按指数规律衰减 的信号，其衰减的时间常数用T2表示，叫做横向驰豫时间，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。主要测量成果和能 解决的主要地质问题有： 1、 确定地层有效孔隙度； 第1页共1页

2、 确定地层孔隙自由流体体积和束缚流体体积，划分产层与 非

产层； 3、 估算连续的地层渗透率；

4、 提供反映地层孔隙大小分布和流体流动特性的T2分布；

5、 利用两次不同回波间隔测井进行差谱或移谱分析，直接识 别

油气； 6、 与常规测井资料结合进行综合解释，改进对地层流体性质 的

评价； 7、 确定储集层的有效厚度。若干问题但是，在中国核磁共振 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。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 和原油黏度等信息，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,将有益于改进和提高核磁共振测井的应用 效果。主要存在以下几个问第1页共1页

题有待突破和解决： 1、 核磁共振测井孔隙度；

2、 核磁共振测井流体识别；

3、 核磁共振测井束缚水和渗透率；

4、 核磁共振测井仪器的适应性问题。发展展望为了提高油 气勘

探开发的效益，核磁共振测井仪在解决日益复杂的油气地层 评价问题的同时，发挥其在流体识别和岩石物理评价中的独特优 势。核磁共振测井仪在未来的发展中若想占据测井市场的主流， 我认为应在以下几方面开展深入的研究： 1、 开发专门用于随钻核磁共振测井的数据解释评价软件平 台，

对现有的解释评价方法和模型进行修正，提高解释评价精 度； 2、 二维核磁共振测井技术能较好的解决因地层孔隙中油气和 水

同时存在时T2谱重叠在一起的问题。因此，必须拓展现有 NMR测井观测信息量，发展二维核磁共振测井方法； 3、 随钻核磁测井是在钻井过程中实现对地层的核磁共振测 量，

提供地层的孔隙度、束缚水孔隙体积以及T1分布等信息，更 真实地反映原状地层的地质特征，因此，应加大力度开展随钻测 井技术研究； 4、大规模开展核磁共振测井资料的解释研究和现场应用。参 考

文献［1］李新，肖立志，黄科，刘化冰，宗芳荣、随钻核磁共振测 井的地层界面响应特征［J］、地球物理学报,xx, 08： 2862-28 18、

第1页共1页

69、

［2］ 毕林锐、核磁共振测井技术的最新若干进展［J］、工程

地球物理学报，xx, 04： 369-3

74、

［3］ 肖立志、我国核磁共振测井应用中的若干重要问题［J］、

测井技术,xx, 05： 401-407、 ［4］ 谢然红，肖立志，邓克俊,廖广志，刘天定、二维核磁共振

测井［J］、测井技术,xx, 05 ： 43-47+ 89、

［5］ 林振洲，潘和平、核磁共振测井进展［J］、工程地球物理

学报，xx, 04： 295-303、 ［6］ 赵文杰，谭茂金、胜利油田核磁共振测井技术应用回顾与

展望［J］、地球物理学进展,xx, 03： 814-8 21、

［7］ 王为民，孙佃庆，苗盛、核磁共振测井基础实验研究

［J］、 测井技术,1997,06:11-

［8］ 张松扬，范宜仁、核磁共振测井技术评述［J］、勘探地球

物理进展,2002,04:21- 26、 第1页共1页

［9］ 李新，肖立志，胡海涛、随钻核磁共振测井仪探测特性研

究［J］、波谱学杂志,xx,01:84- 92、

［10］ 张宫、核磁共振测井数据处理方法与软件开发研究

［D］、长江大学,xx、

［11］ 邵维志，梁巧峰，丁娱娇，王庆梅、核磁共振测井评价

水 淹层方法的研究及应用［J］、测井技术,2004,01： 34-38+44- 90、

［12］ 石玉江，刘天定、二维核磁共振测井技术在长庆油田的

应用［J］、测井技术,xx, 06 ： 584-588