《核磁测井讲座》PPT课件

《《核磁测井讲座》PPT课件》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、核磁测井讲座1924年，Pauli由原子光谱的细微结构预测，有些原子核应该具有自旋角动量及磁距。1946年，Stanford大学的Bloch和Harvard大学的Purcell分别独立发现：原子核的磁距在外磁场作用下能形成一组能级，在适当频率的射频信号作用下会发生共振吸收，这就是核磁共振（NuclearMagneticResonance-NMR）现象。许多物质分子和原子的微观结构和相互作用表现为核磁共振频率的变化，因此NMR就成为鉴别物质化学状态的一种非常有用的工具，这就是NMR波谱学。20世纪50年代，先在实验室用NMR方法研究原油和储油孔隙岩石的性质，后又用于测井技术。20世纪60年代

2、，美国和苏联研制出利用地磁场的核磁共振测井仪器，用于石油勘探。但是，这些仪器由于各种局限性，没有得到广泛的应用。20世纪90年代初，脉冲NMR测井仪器的产生，才使NMR测井仪器得到石油工业的广泛认可。当前从NMR测井数据中可求取：岩石有效孔隙度、可动流体孔隙度、泥质-毛管束缚流体孔隙度和总孔隙度，孔隙大小分布和孔隙结构，流体的性质和油、气、水饱和度，根据经验公式还可以估计渗透率。二维和多维NMR的发展，使得油水区分以及含油饱和度的估计更加准确，更加有效。从饱和流体岩石的NMR性质中获取各种信息的物理基础是原子核的自旋弛豫。对水湿岩石，孔隙中原油的T2分布常能反映混合烃的分子组份，每个T2值

3、对应于原油中特定的一种烃的分子，且与该种烃的粘度成反比。天然气主要由甲烷组成，T2分布比较简单。地层孔隙水的T2分布，大体上能反映孔隙尺度的分布，通常可将束缚水和可动水区分开。当岩石孔隙中同时含有油、气、水时T2分布相当复杂，反映三种流体的T2分布通常相互重叠，难以区分。T1的差别，也常常难以区分孔隙中的原油和水。幸好，油、气、水的分子扩散系数D差别很大。甲烷和乙烷的分子扩散系数D比水分子扩散系数大一个数量级，而中等到高粘度原油的分子扩散系数比水分子扩散系数小。设计一个对扩散效应敏感的核磁测井工作脉冲序列，即可根据扩散系数的差异区分油、气、水。1.2磁场系统核磁共振（NMR）是具有磁矩和自

4、旋角动量原子核的系统中所发生的一种现象。1-2-1原子核的磁性处于基态的很多原子核的自旋角动量都不为0，而且在角动量方向上还有磁矩。通常情况下，这些磁矩的大小在10–3到10–4Bohrmagnetons之间（1Bohrmagneton==0.927×10–20ergs/Gauss，是一个电子自旋的磁矩）。正是这些磁矩使得原子核磁化。例如∶对于氢原子1H，自旋为1/2，这会使原子核产生核磁共振。其它原子如11B，13C，15N，19F，23Na等都有自旋角动量和磁矩。在NMR测井中，目前对测井有实用价值的仅有氢核（1H）的核磁共振性质。电子也有磁共振，称为电子自旋共振（ElectronSp

5、inResonance–ESR）。抗磁性（diamagnetic）原子：当电子绕原子核旋转时，这种圆周运动会产生一个磁矩。如果给这个系统施加外磁场，这些电子会绕着原子核旋转产生一个与外加磁场方向相反的磁场（楞次定律）。这会产生一个负磁化强度，即：M=cH，其中M是磁化强度，H是外加磁场，c是磁化率并且为负值，大约为–10–6emu，这样的原子称为抗磁的（diamagnetic）。顺磁性（diamagnetic）原子：电子有自己的自旋和磁矩。当他们成对时，一个向上自旋，一个向下自旋，其所居处的原子不受外加磁场的影响。如果他们不成对出现，净磁矩会取向外加磁场方向。如果磁矩的净增量超过抗磁性，那

6、么这个原子就有一个正的磁化率，大约为10–6emu或者更大，这样的原子称为顺磁的（paramagnetic）。铁磁性（ferromagnetic）物质：对于顺磁物质，随着温度的降低，由于原子的热振动减弱，相邻顺磁原子间的相互作用会更加强烈。当温度低于临界温度时（一般称为居里温度，Curietemperature），顺磁原子的磁矩会相互取向形成磁畴（magneticdomain）。处于这种状态的物质称为铁磁的（ferromagnetic）。如果把它放在一个磁场中，其自旋与外加磁场同方向的磁畴会增大，其它磁畴则会减小，最终它会永久磁化，即使撤掉外加磁场，也会带有磁性。顺磁原子（在居里温度以上）

7、也会取向外加磁场，但是外加磁场撤掉后，磁性就不存在了。很多原子在一定程度上是顺磁的，但是有很大的变化范围；由很强的顺磁原子产生的磁性比氢原子核产生的磁性要强1000倍。面临电子这种更强的顺磁物质，原子核磁性之所以能够被探讨研究，是由于原子核能在一个特定频率下发生高度共振的缘故。锰、钆和铁都是很强的顺磁物质，如果在孔隙流体中或者在岩石颗粒表面含有少量（ppm）这样的物质，就会大大减小岩石的T1,T2值。下面分析具有磁矩和角