核磁共振测井技术的应用与发展

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1、核磁共振测井技术的应用与发展　　摘要：对核磁共振测井技术的发展水平所做的总结，让那些想知道核磁共振测井的非专业人士了解一些核磁共振测井仪的地层评价能力。本文的目的在于阐明核磁共振的基本测量原理和解释方法。关键词：核磁共振应用发展一、测井技术的历史沿革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

2、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。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。20世纪90年代初，电缆式NMR测井仪和随钻测井（LWD）NMR仪器开始应用。贝克・休斯公司在2004年推出了电缆式NMR仪，2005年推出了LwDNMR仪。5二、现代NMR测井2.1脉冲NMR测井

3、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。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。2.2测量原理

4、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。5NMR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

5、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0.2～1.2ms之间。三、NMR测井解释3.1T2分布T2分布提供了有关储层岩石和流体性质非常有用的信息，这也是NMR测井图上的基本输出。NMR测井的其他输出大部分可根据T2分布计算出来。根据NMR回波数据计算出的T2分布可用来计算NMR总孔隙度、束缚流体孔隙度和自由流体孔隙度，也能用来计算渗透率、评价储层质量。T2分布用来预测总孔隙度、束缚流体孔隙度、自由流体孔隙度、

6、渗透率和孔隙大小分布。两块砂岩电镜扫描（SEM）图像表明，这两块砂岩虽有几乎相同的孔隙度，但所测的盐水渗透率相差近37倍。T2分布明显地展现出砂岩的质量，低渗砂岩T2值较短、黏土填充孔隙更多，这表明比高渗透性岩石有更高的束缚水体积。3.25与岩性无关的NMR总孔隙度地层评价方面最有意义的新进展之一就是与岩性无关的NMR总孔隙度。由于根据密度、中子、声波测井求取孔隙度要知道岩石骨架性质，所以NMR测井仪是唯一能够提供与岩性无关的总孔隙度的方法。在混合岩性和未知岩性的非均质地层中，为了准确测量孔隙度，强烈推荐使

7、用NMR测井。在大部分含有烃和湿润的岩石（包括页岩）中，NMR总孔隙度都等于实际地层孔隙度。四、含烃储层的评价方法4.1含气层的密度/磁共振（DMR）方法DMR方法综合密度测井孔隙度和NMR测井孔隙度预测气体校正后的地层总孔隙度和冲洗带含水饱和度。DMR方法利用的是这样一个事实：在含气层，密度测井孔隙度值过高而NMR总孔隙度值过低。密度孔隙度过高是因为气体的密度减小，NMR总孔隙度过低是因为气体的含氢指数（即流体相对于水的中子密度）降低。这种影响使得气层中密度孔隙度测井曲线和NMR孔隙度测井曲线出现交叉，这

8、与表现在中子/密度测井曲线上的交叉情形相类似。DMR法在探测和评价气层方面比传统的热中子/密度法有优势。在泥质砂岩，由于存在热中子吸收，泥质砂岩层的热中子气层响应被抑制，从而引起中子孔隙度的读值过高，其结果是在泥质砂岩中中子/密度测井可能漏掉含气层。NMR总孔隙度不受泥岩或岩石矿物的影响，因此DMR法能更可靠地指示气层。4.25以扩散为基础的NMR流体特性描述方法Akkurt等首先认识到磁场梯度中的扩散可作为描述