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1、测量方法及质量控制本讲稿第一页，共二十一页核磁共振测井基础自由感应衰减信号FID-free induction decayzyxBoB1M900脉冲脉冲这一衰减通常是指数型的，FID时间常数T2*是非常短的，只有几十毫秒。FID是由磁场的非均质性引起的。该非均质性是由磁场梯度和在测量物质中产生的某些分子进动引起的。由于B0磁场的非均质性，不同位置的质子将以不同的拉莫频率进动，由此产生这一快速的衰减。本讲稿第二页，共二十一页本讲稿第三页，共二十一页本讲稿第四页，共二十一页核磁共振测井基础ABCD024681012140Time(s)1816M0核磁共振测井原理的核心之一是对地层施加外加磁场，使氢
2、原子核磁化。氢核是一种磁性核，具有核磁矩。在没有外加磁场的时候，氢核的磁矩是随机取向的，宏观上没有磁性，如图中的A。当磁体放到井里时，将在其周围的地层中产生磁场，使氢核的磁矩沿磁场方向取向，这个过程叫磁化、或极化。极化的结果是产生一个可观测的宏观磁化矢量。极化不是瞬间完成的，而是按照指数规律进行的，如图中的B、C、D所示。极化的时间常数用T1来表示，称作纵向弛豫时间，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。对于地层岩石来说，极化曲线往往需要用多个T1描述。图31的下半部分展示了宏观磁化矢量M随极化时间增长的曲线，其中M0是完全极化后的磁化强度。可以很容易地
3、证明，使M接近M0（95）所需要的极化时间，用TW表示，至少是3 T1，即TW 3 T1。本讲稿第五页，共二十一页核磁共振测井基础0t t2t tFIDEcho90180Time(ms)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，并接收和采集到这种回波信号，所采用的方法则叫做自旋回波法。天线发射的电磁波的频率将决定切片观测的具体位置；电磁波脉冲的能量决定切片内磁化矢量扳倒的程度，如90或180等；而时间间隔，用TE来表示，则直接影响观测到的回波信号幅度的大小。图中，A、B、C分别表示自旋回波方法的不同阶段。第1
4、行给出的是磁化矢量的扳倒情况；第2行给出的是天线发射脉冲、接收回波信号、以及切片的过程；第3行给出的是天线的发射脉冲；第4行给出的则是天线可能的接收信号，包括90脉冲作用后的自由感应衰减信号（FID）和180脉冲作用后的自旋回波信号（ECHO）。本讲稿第六页，共二十一页核磁共振测井基础如90脉冲之后，再发射一连串180脉冲，在每一个180脉冲后面都可以采集到一个回波信号，从而得到一个回波串。180脉冲之间的时间间隔，即TE，是可以设置的，回波之间的间隔与180之间的间隔相等。在回波串的观测中，重要的参数有两个，即TE和回波个数NE。观测到的回波串是按指数规律衰减的信号，其衰减的时间常数用T2来
5、表示，叫做横向弛豫时间，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。对于地层岩石来说，回波串的衰减曲线往往需要用多个T2描述。CPMG脉冲序列本讲稿第七页，共二十一页核磁共振测井基础一个观测周期包括磁化和回波串采集两个阶段一个观测周期包括磁化和回波串采集两个阶段 本讲稿第八页，共二十一页核磁共振测井基础本讲稿第九页，共二十一页核磁共振测井仪器的探头包括磁体和天线。磁体被一个玻璃钢外壳所包裹，而天线则被置于玻璃钢外套之中。探头的周围是井眼泥浆，再外面是地层。观测信号来自于一个形状规则的圆环切片，而圆环的直径和厚度则由天线发射电磁波的
6、频率和脉冲的频带所完全确定。本讲稿第十页，共二十一页Tool diameterFormationWell boreMudMagnetAntennaB0(r)B0(r)Sensitive volumeBandwidth of RF pulseDiameter of investigationSlice thicknessCenter frequency 图的上半部分是探头在井眼中以及圆环形切片在地层中的横截面示意图；下半部分表达了切片的实现方式。磁体产生的磁场图的上半部分是探头在井眼中以及圆环形切片在地层中的横截面示意图；下半部分表达了切片的实现方式。磁体产生的磁场沿径向方向减小，形成一个梯度磁
7、场，使得径向不同距离地层中的氢核具有不同的核磁共振频率，而且，频率与径向距离有沿径向方向减小，形成一个梯度磁场，使得径向不同距离地层中的氢核具有不同的核磁共振频率，而且，频率与径向距离有一一对应的关系。天线发射的脉冲有一个中心频率和频带，只有核磁共振频率与这一中心频率相等的地层才被激发，才会产一一对应的关系。天线发射的脉冲有一个中心频率和频带，只有核磁共振频率与这一中心频率相等的地层才被激发，才会产生共振现象，从而才会被观测。而与该频率不相等的地层氢核，则不会被激发，对观测信号不会产生任何影响。当然，天线生共振现象，从而才会被观测。而与该频率不相等的地层氢核，则不会被激发，对观测信号不会产生任
8、何影响。当然，天线发射的脉冲不会是单频率的，而是具有一定的带宽，这种频带将确定共振的地层区域，从而确定切片的厚度。发射的脉冲不会是单频率的，而是具有一定的带宽，这种频带将确定共振的地层区域，从而确定切片的厚度。本讲稿第十一页，共二十一页MRIL-P MRIL-P 测量模式 PorosityBVI+FFIClay bound waterT2 Relaxation time(ms)01001101000Fully polarizedPolarization 0M0AcquisitionFull polarizedPartial polarized01001101000Partially polar
9、izedT2 Relaxation time(ms)4PRPRPRPRPRPRPRPRTW2AAAA3AAAA0AAAA1AAAA1”4PRPRPRPRPRPRPRPRTW2AAAA3AAAA0AAAA1AAAA1”观测模式是一种以获取特定应用信息为目标的磁化和采集方式，它包括观测模式是一种以获取特定应用信息为目标的磁化和采集方式，它包括TWTW、TETE、NENE、最、最小累加次数小累加次数RARA（minRAminRA）的设置、频率的使用及其时序。）的设置、频率的使用及其时序。MRILMRILPrimePrime的的9 9个频率通常被分成个频率通常被分成5 5个频带。从个频带。从低频（离探
10、头较远）到高频（离探头较近）为低频（离探头较远）到高频（离探头较近）为0 0、1 1、2 2、3 3、4 4。其中。其中0 0、1 1、2 2、3 3四个频带四个频带各包含有两个频率。第五频带则只有一个频率，并且总是用作泥质束缚水（各包含有两个频率。第五频带则只有一个频率，并且总是用作泥质束缚水（PR06PR06）的观测，）的观测，其采集参数也都是固定的，即其采集参数也都是固定的，即TETE0.6ms0.6ms，TW=0.2sTW=0.2s，NE=10NE=10，RA=50RA=50。单单TW/单单TE模式，用模式，用DTPTW或或D9TPTW表示表示，其测量原理如图所示，图中的上半部分给出了
11、磁化和采集的时间，其测量原理如图所示，图中的上半部分给出了磁化和采集的时间序列，下半部分给出了两个不同的磁化采集组合得到的序列，下半部分给出了两个不同的磁化采集组合得到的T2分布。使用分布。使用9个频率时，频带的使用和时序关系则如个频率时，频带的使用和时序关系则如图所示。它们采集的回波串分两组，即图所示。它们采集的回波串分两组，即A组和组和PR06组。组。A组的采集参数为组的采集参数为TE1.2ms(DTPTW)或或0.9ms(D9TPTW),NE=400(DTPTW)或或500（D9TPTW），），TW则用则用3T1的原则选取，预先设计为的原则选取，预先设计为8s，9.5s，12s。“单单T
12、W/TE”用于测量泥质束缚水、毛管束缚水、视有效孔隙度和视总孔隙度。用于测量泥质束缚水、毛管束缚水、视有效孔隙度和视总孔隙度。本讲稿第十二页，共二十一页MRIL-P MRIL-P 测量模式 PorosityT2 Relaxation time(ms)0100110100001001101000BrineOilGasT2 Relaxation time(ms)Short TWLong TW0M00TWshortWaterLight oilGas0M0TWlongWaterLight oilGasShort TWAcquisitionAcquisitionLong TWf1f2双双TW/单单TE模
13、模式式，用用DTW或或D9TW表表示示，测测量量原原理理如如图图所所示示，它它可可以以通通过过两两个个频频率率的的交交替替使使用用，完完成成两两个个不不同同极极化化时时间间的的回回波波串串的的采采集集。使使用用9个个频频率率时时，其其频频带带的的使使用用和和时时序序关关系系如如图图所所示示。它它们们采采集集到到的的回回波波串串包包括括三三组组，即即A、B和和PR06组组。A组组的的磁磁化化参参数数为为长长TW，B组组的的磁磁化化参参数数为为短短TW，两两组组的的采采集集参参数数TE、NE则则相相同同。TE、NE和和minRA。“双双TW/单单TE加加PR06”模模式式是是一一种种T1权权观观测
14、测，除除了了用用于于测测量量泥泥质质束束缚缚水水、毛毛管管束束缚缚水水、视视有有效效孔孔隙隙度度和和视视总总孔孔隙隙度度外外，还还可可以以单单独独用用作作轻轻质质油油气气的的识识别别，并并且且，通通过过非非完完全全磁磁化化和和含含氢氢指指数数校校正正，获获得地层的真有效孔隙度和真总孔隙度。得地层的真有效孔隙度和真总孔隙度。本讲稿第十三页，共二十一页MRIL-P MRIL-P 测量模式 PorosityT2 Relaxation time(ms)0100110100001001101000BrineOilT2 Relaxation time(ms)Polarization0M0WaterLigh
15、t oilGasAcquisition Long TEf2Polarization0M0WaterLight oilGasAcquisition Short TEf1Short TELong TE单单TW/TW/双双TETE模式，用模式，用DTEDTE(n)TW(n)TW或或D9TED9TE(n)TW(n)TW表示表示，测量原理，测量原理如图所示，它可以通过两个频率的交替使用，完成两如图所示，它可以通过两个频率的交替使用，完成两个不同回波间隔的回波串的采集。使用个不同回波间隔的回波串的采集。使用9 9个频率时，个频率时，其频带的使用和时序关系如图所示。它们采集的回其频带的使用和时序关系如图所示
16、。它们采集的回波串包括波串包括A A、B B和和PR06PR06组，其中组，其中A A组由短组由短TETE采集，采集，B B组由组由长长TETE采集，两组的极化常数采集，两组的极化常数TWTW相同。例如，相同。例如，DTE108DTE108表表示示TWTW8s8s、TETES S=1.2ms=1.2ms、TETEL L=2.4ms=2.4ms。“单单TW/TW/双双TETE加加PR06PR06”模式是一种扩散系数加权观测，可以测量泥质模式是一种扩散系数加权观测，可以测量泥质束缚水、毛管束缚水，视有效孔隙度，视总孔隙度，束缚水、毛管束缚水，视有效孔隙度，视总孔隙度，也可以对粘度较高的油进行识别和
17、定量分析。也可以对粘度较高的油进行识别和定量分析。本讲稿第十四页，共二十一页MRIL-P MRIL-P 测量模式 01234PRPRPRPRPRPRPRPRAABBAABBAABBAABB01234PRDDEEPRPRDDEEPRPRDDEEPRPRDDEEPR01234AAPRPRPRPRPRPRPRPRDDAADDAADDAADD 双双TW/TW/双双TETE模式，用模式，用DTWE(n)DTWE(n)或或D9TW(n)D9TW(n)表示，表示，测量原测量原理如图所示，使用理如图所示，使用9 9个频率时，其频带的使用和时个频率时，其频带的使用和时序关系如图所示。它们采集的回波串包括序关系如
18、图所示。它们采集的回波串包括A A、B B、PR06PR06、D D、E E五组，其中五组，其中A A、B B两组是由短两组是由短TETE（1.2ms1.2ms，DTWE(n)DTWE(n)，或，或0.9ms0.9ms，D9TWE(n)D9TWE(n)）采集的双）采集的双TWTW模式；模式；D D、E E两组则是由长两组则是由长TETE采集的双采集的双TWTW模式，所以模式，所以A A与与D D组合可以组合可以得到一个双得到一个双TETE观测，观测，B B与与E E是另一个双是另一个双TETE观测，只是由于观测，只是由于它们都是短它们都是短TWTW采集到的，通常不使用。采集到的，通常不使用。“
19、双双TW/TW/双双TETE”模模式既利用了式既利用了T1T1加权，又利用了扩散系数加权，可以测加权，又利用了扩散系数加权，可以测量泥质束缚水、毛管束缚水、视有效孔隙度、视总孔隙量泥质束缚水、毛管束缚水、视有效孔隙度、视总孔隙度、以及对轻烃、高粘度油的识别和定量分析，是一类度、以及对轻烃、高粘度油的识别和定量分析，是一类对新区有效的观测模式。对新区有效的观测模式。本讲稿第十五页，共二十一页MRIL-P MRIL-P 测量模式 由由双双TW/双双TE模模式式分分解解出出的的DTW（短短TE）数数据据。第第1道道为为深深度度，包包含含加加速速度度；第第2道道有有GR、张张力力、电电缆缆速速度度（C
20、S）、渗渗透透率率指指示示、以以及及A组组和和PR组组的的增增益益值值，用用于于了了解解数数据据采采集集的的过过程程、地地层层的的渗渗透透性性、以以及及仪仪器器的的工工作作状状态态；第第3道道为为总总孔孔隙隙度度系系统统的的T2谱谱，范范围围从从0.25ms到到2048ms；第第4道道与与第第5道道分分别别为为A组组和和B组组的的回回波波串串；第第6道道和和第第7道道分分别别为为A组组和和B组组的的3个个孔孔隙隙度度，即即：视视总总孔孔隙隙度度、视视有有效效孔孔隙隙度度、毛毛管管束束缚缚水水孔孔隙隙度度，此此外外，还还有有A、B两两组组的的CHI值值，用用于表达回波串的实测值与理论值之间的拟合
21、程度。于表达回波串的实测值与理论值之间的拟合程度。由现场结果可以快速识别具有孔隙性和渗透性的由现场结果可以快速识别具有孔隙性和渗透性的层位，并找出明显的油气层段。层位，并找出明显的油气层段。双TW现场图本讲稿第十六页，共二十一页MRIL-P MRIL-P 测量模式 由双由双TW/双双TE模式分解出的模式分解出的DTE数据。数据。第第1道为深度，包含加速度；第道为深度，包含加速度；第2道有道有GR、张力、电缆速度（、张力、电缆速度（CS）、渗透率指示、）、渗透率指示、以及以及A组和组和PR组的增益值；第组的增益值；第3道为总孔道为总孔隙度系统的隙度系统的T2谱；第谱；第4道与第道与第5道分别道分
22、别为为A组和组和B组的回波串；第组的回波串；第6道和第道和第7道道分别为分别为A组和组和B组的组的3个孔隙度，此外，还个孔隙度，此外，还有有A、B两组的两组的CHI值。值。双TE现场图本讲稿第十七页，共二十一页MRIL-P MRIL-P 测量模式 其数据来源则为双其数据来源则为双TW/TW/双双TETE模式分解出的长模式分解出的长TETE的的DTWDTW，这在第这在第4 4道与第道与第5 5道道A A、B B两组两组的回波个数即可看出。的回波个数即可看出。双双TW现场图（长现场图（长TE）本讲稿第十八页，共二十一页1 重复性检查：重复性检查：在正式测量之前，在测量井段顶部选择典型渗透层测量在正
23、式测量之前，在测量井段顶部选择典型渗透层测量25m以上重复曲线。以上重复曲线。当地层孔隙度大于或等于当地层孔隙度大于或等于15%时，孔隙度曲线重复测量值的相对误差小时，孔隙度曲线重复测量值的相对误差小于于10%；当地层孔隙度小于；当地层孔隙度小于15%时，孔隙度曲线重复测量的绝对误差为时，孔隙度曲线重复测量的绝对误差为1.5PU。2 曲线质量检查曲线质量检查1）回波串的拟合度回波串的拟合度CHI曲线应平滑且数值小于曲线应平滑且数值小于2。2）增益增益GAIN曲线应平滑且无噪声干扰，增益应随泥浆电阻率及井径的变化而变化。曲线应平滑且无噪声干扰，增益应随泥浆电阻率及井径的变化而变化。3）测速应符合
24、测前设计要求。测速应符合测前设计要求。测后质量检查测后质量检查核磁共振测井质量控制核磁共振测井质量控制本讲稿第十九页，共二十一页4）测量曲线应与地层规律相吻合，有关孔隙度的响应信息如下：）测量曲线应与地层规律相吻合，有关孔隙度的响应信息如下：a）有有效效孔孔隙隙度度MPHI小小于于总总孔孔隙隙度度PHIT，只只有有在在岩岩性性纯纯的的地地层层中中有有效效孔孔隙隙度度等等于总孔隙度于总孔隙度PHIT。b）岩性纯的水层中：有效孔隙度）岩性纯的水层中：有效孔隙度MPHI近似等于密度近似等于密度/中子交会孔隙度。中子交会孔隙度。c）泥泥质质砂砂岩岩地地层层中中：有有效效孔孔隙隙度度MPHI小小于于或或
25、等等于于用用正正确确的的骨骨架架参参数数计计算算的的密密度度孔孔隙隙度。度。d）纯气层中）纯气层中:有效孔隙度有效孔隙度MPHI值应接近于中子孔隙度（假设骨架选择正确）。值应接近于中子孔隙度（假设骨架选择正确）。e）井井眼眼扩扩径径超超过过仪仪器器探探测测直直径径时时，仪仪器器的的响响应应将将受受到到井井眼眼泥泥浆浆的的影影响响，使使毛毛管管束束缚缚流流体体体体积积MBVI显著增大。显著增大。f）采采用用双双TW模模式式测测井井时时，短短等等待待时时间间测测量量的的有有效效孔孔隙隙度度(MPHI-B)小小于于或或等等于于长长等等待时间测量的有效孔隙度待时间测量的有效孔隙度(MPHI-A)。g）采采用用双双TE模模式式测测井井时时，短短回回波波间间隔隔测测量量的的有有效效孔孔隙隙度度(MPHI-A)大大于于或或等等于于长长回回波间隔测量的有效孔隙度波间隔测量的有效孔隙度(MPHI-B)。测后质量检查测后质量检查核磁共振测井质量控制核磁共振测井质量控制本讲稿第二十页，共二十一页MRIL-P MRIL-P 测量模式 双TW现场图本讲稿第二十一页，共二十一页