石油工程測井放射性

石油工程測井放射性第1頁/共48頁2核測井

核磁共振測井(NuclearMagneticResonanceLogging)于20世紀(jì)60年代提出，但直到20世紀(jì)80年代以后才逐漸發(fā)展起來，目前已投入生產(chǎn)實踐。它利用地層孔隙中富含氫原子的液體（油、水）中氫核受激發(fā)后產(chǎn)生的核磁共振信號，通過測井解釋獲知儲集層的孔隙度、可動流體指數(shù)、滲透率和巖石孔徑分布等油氣資源評價所需要的基本參數(shù)，進而計算出油層儲量。核磁共振測井是迄今唯一能夠直接測量儲集層自由流體孔隙度的測井方法，而且具有測量準(zhǔn)確可靠、可提供多種儲集層參數(shù)等優(yōu)點。它所帶來的測井技術(shù)上的重大突破將有效地解決傳統(tǒng)測井方法由于不能圓滿測取儲集層特征參數(shù)所導(dǎo)致的產(chǎn)層漏劃問題，對石油增產(chǎn)具有重要作用。第三節(jié)核磁共振測井第2頁/共48頁3核測井

氫核（質(zhì)子）本身帶電，質(zhì)子具有自旋性，可形成磁場，即質(zhì)子具有一定的磁矩。在Z軸施加外加磁場后（B0），氫核繞外磁場方向轉(zhuǎn)動，這個轉(zhuǎn)動稱為進動（圖3－22），進動頻率0為：一、核磁共振測井（一）核磁共振現(xiàn)象式中Y—氫核的旋磁比，rad／（s·T）；B0—外加磁場的磁感應(yīng)強度，T。第3頁/共48頁4核測井

一、核磁共振測井（一）核磁共振現(xiàn)象圖3－22靜磁場中質(zhì)子的旋轉(zhuǎn)和進動第4頁/共48頁5核測井

在保持核子靜磁場的條件下，對質(zhì)子施加與靜磁場方向垂直的射頻場。由于射頻場的作用，質(zhì)子的磁矩將倒向XY平面。當(dāng)外加射頻場的頻率等于質(zhì)子（氫核）的進動頻率時，質(zhì)子吸收外加射頻磁場的能量，躍遷到高能位，這就是核磁共振現(xiàn)象。一、核磁共振測井（一）核磁共振現(xiàn)象（NuclearMagneticResonance-NMR）第5頁/共48頁6核測井

在核磁共振信號的測量期間，質(zhì)子磁矩收到Z軸靜磁場的作用，在進動過程中向Z軸方向恢復(fù)，這個過程叫縱向弛豫?？v向弛豫過程的快慢，反映了巖石的孔滲特性及流體特性?？v向弛豫的方程為：（二）縱向弛豫及橫向弛豫式中M—質(zhì)子初始的磁化強度，T；T1—質(zhì)子的縱向弛豫時間，ms；M(t)—t時刻的磁化強度，T。第6頁/共48頁7核測井

在測量核磁共振信號期間質(zhì)子磁化強度在XY平面的投影同時向零方向恢復(fù)，這個過程稱為橫向弛豫。橫向弛豫過程的表達式為：（二）縱向弛豫及橫向弛豫式中M(t)t時刻磁化強度在XY平面的投影，T；M0—開始橫向弛豫的初始磁化強度，T；T2-橫向弛豫時間，Ms。第7頁/共48頁8核測井

橫向弛豫過程的快慢，反映了巖石的孔滲特性，及流體特性。主要是由于測量效率的原因，目前下井核磁共振測井和實驗室核磁共振分析，都是測量地層（巖石）的橫向弛豫過程。（二）縱向弛豫及橫向弛豫表3-4不同流體的弛豫參數(shù)（據(jù)Coates）第8頁/共48頁核磁共振現(xiàn)象1)核有磁性，沒有外磁場作用，宏觀上沒有磁性。第9頁/共48頁（一）核磁共振現(xiàn)象2)在外磁場Ｂ0作用下，產(chǎn)生宏觀磁化量M0

。進動頻率ω0=γB0第10頁/共48頁3)在垂直Ｂ0方向上加交變磁場頻率ω=ω0=γB0,發(fā)生核磁共振現(xiàn)象。M被扳倒。第11頁/共48頁4)弛豫（交變磁場作用完）,Ｔ１&Ｔ２

第12頁/共48頁核磁共振測井1)極化

第13頁/共48頁2)自旋回波測量

第14頁/共48頁3)井中測量第15頁/共48頁核磁共振測井資料處理1)核磁共振測井測的是氫核的共振信號大小及其衰減速率Φ∝Hv∝A第16頁/共48頁2)巖石弛豫機理

第17頁/共48頁

第18頁/共48頁3)核磁共振測井處理:T2分布第19頁/共48頁核磁共振測井特點1)只對氫核的磁共振信號觀測，其它核無影響；2)只測量流體中的氫核響應(yīng)，無骨架影響；3)只測量距井眼一定距離孔隙流體中的氫核響應(yīng)，無井眼影響(探測深度約15cm)。第20頁/共48頁NMR測井特點

第21頁/共48頁NMR測井解釋模型1)孔隙度模型第22頁/共48頁2)滲透率模型第23頁/共48頁24核測井

目前，在全世界范圍內(nèi)提供商業(yè)服務(wù)的核磁共振測井儀主要有3種類型：一種是Atlas和Halliburton采用NUMAR專利技術(shù)推出的系列核磁共振成像測井儀MRIL；另一種是Schlumberger推出的組合式脈沖核磁共振測井儀CMR；還有一種是以Russia為主生產(chǎn)和制造的大地磁場型系列核磁測井儀RMK923。這些核磁共振測井儀器的具體測量方式存在一些差異，但在測量原理上大同小異。（三）核磁共振測量原理第24頁/共48頁25核測井

CMR在探頭測量區(qū)間中產(chǎn)生局部均勻的靜磁場，RMK923利用大地磁場作為靜磁場。NumarMRIL型核磁共振測井的測量方案具有代表性，見圖3－23。在測量過程中，首先用靜磁場使地層中的質(zhì)子（氫核）定向排列；然后對質(zhì)子施加特定頻率，且方向與靜磁場方向垂直的射頻磁場，使質(zhì)子發(fā)生核磁共振。巖石中的質(zhì)子受激發(fā)躍遷到高能態(tài)，然后以弛豫的形式放出多余的能量，質(zhì)子回到平衡態(tài)。質(zhì)子在弛豫過程中放出的能量，就是核磁共振的測量信號。巖石中核磁共振信號基本上是由孔隙流體中的氫核產(chǎn)生。（三）核磁共振測量原理第25頁/共48頁26核測井

（三）核磁共振測量原理圖3－23NumarMRIL型核磁共振測井探頭第26頁/共48頁27核測井

核磁共振測井儀器的原始測量信號是質(zhì)子的弛豫信號，對弛豫信號反演后，可以得到弛豫時間的譜分布。根據(jù)弛豫時間的譜分布，可以得到:地層總孔隙度（TPOR）有效孔隙度(MPHI)自由流體體積(MBVM)毛管束縛流體體積(MBVI)粘土束縛水體積等地質(zhì)參數(shù)，如圖3－24所示。二、核磁共振測井的應(yīng)用第27頁/共48頁28核測井

二、核磁共振測井的應(yīng)用圖3－24某井核磁共振測井圖第28頁/共48頁29核測井

圖3－25所示為利用核磁共振測井解釋地層中各種流體成分所依據(jù)的模型。從圖上可見，核磁共振測井得到的地層總孔隙度(TPOR)，有效孔隙度(MPHI)，自由流體體積(MBVM）、毛管束縛流體體積(MBVI)、粘土束縛水體積之間滿足關(guān)系：（1）總孔隙度（TPOR）由粘土束縛水、毛細管束縛水和自由流體體積組成；（2）有效孔隙度(MPHI）由毛細管束縛水和自由流體體積組成；（3）自由流體體積(MBVM)為可產(chǎn)出的氣、中到輕質(zhì)的油和水，MBVM=MPHI－MBVI；（4）粘土束縛水體積為TPOR與MPHI之差。二、核磁共振測井的應(yīng)用第29頁/共48頁30核測井

二、核磁共振測井的應(yīng)用圖3－25核磁共振測井解釋模型第30頁/共48頁NMR測井第31頁/共48頁32核測井

圖3－26所示為以核磁共振測井表示的含水砂巖的流體分量畫像。從圖上可見，在含水砂巖中，T2時間分布反映了地層的孔徑分布；短T2分量來自接近和束縛于巖石顆粒表面的水。二、核磁共振測井的應(yīng)用圖3-26從時間分布表示的含水砂巖的流體分量圖像第32頁/共48頁33核測井

核磁共振測井T2測量值的幅度和地層的孔隙度成正比（一般情況下該孔隙度不受巖性的影響），衰減率與孔隙大小和孔隙流體的類型及粘度有關(guān)。T2時間短一般指示比表面積大而滲透率低的小孔隙；T2時間長則指示滲透率高的大孔隙。二、核磁共振測井的應(yīng)用第33頁/共48頁34核測井

巖石孔隙中氫核的弛豫快慢與弛豫的方式有關(guān)。當(dāng)氫核在巖石孔隙的表面附近弛豫時，氫核頻繁與孔隙表面碰撞，這種碰撞使氫核的弛豫過程加快。氫核在孔隙表面附近的弛豫機制屬于表面弛豫。如圖3－27所示，旋進質(zhì)子在孔隙空間擴散時會與其他質(zhì)子及顆粒表面碰撞，質(zhì)子每與一個顆粒表面碰撞一次，就有可能發(fā)生弛豫相互作用，顆粒表面的弛豫是影響弛豫時間最重要的機制。實驗表明，在小孔隙中，質(zhì)子與顆拉表面碰撞的幾率高，弛豫快；在大孔隙中，質(zhì)子與顆粒表面碰撞的幾率低，弛豫慢。二、核磁共振測井的應(yīng)用第34頁/共48頁35核測井

圖3－28是在某井低孔低滲儲集層中核磁共振測量的數(shù)據(jù)。圖中的“T2CUTOFF”稱為T2截止值，是指T2分布譜上束縛流體和自由流體的截斷值，它將T2譜分為兩部分。大于T2截止值的那部分區(qū)域的面積等于自由流體體積，小于T2截止值的那部分區(qū)域的面積等于束縛流體體積。T2截止值是利用T2開展儲集層孔隙內(nèi)流體研究所需的重要參數(shù)，國外在均勻砂巖儲集層中確定的TZ截止值為33ms，但國內(nèi)在非均值孔隙介質(zhì)中的研究表明，T2截止值有一定的變化范圍。二、核磁共振測井的應(yīng)用第35頁/共48頁36Ch1Introduction第36頁/共48頁37核測井

二、核磁共振測井的應(yīng)用圖3－28某井核磁共振測井圖第37頁/共48頁38核測井

圖3－29為某井的稠油井段的核磁共振測井圖，稠油的含氫指數(shù)低、粘度大，導(dǎo)致了T2分布譜前移，呈單峰拖拽特征。這是由于稠油中的瀝青質(zhì)等重組分的橫向弛豫速度非?？?，儀器無法測量到；而一些較輕質(zhì)成分的弛豫速度較慢，呈現(xiàn)向后拖拽的特征。因此，在稠油情況下，用經(jīng)驗的T2截止值將高估毛管束縛水含量、低估可動流體體積，使核磁共振總孔隙度低于實際總孔隙度，進而影響滲透率及含油飽和度的計算。圖3－29中“CMRBFV”為束縛流體體積，Sw與“CMRBFV”之間的差異指示可動流體體積。二、核磁共振測井的應(yīng)用第38頁/共48頁39核測井

二、核磁共振測井的應(yīng)用圖3－29某稠油井段的核磁共振測井圖第39頁/共48頁40核測井

1.什么是核磁共振現(xiàn)象？2.什么是橫向和縱向弛豫時間？3.T2分布譜有什么作用？4.CMR測井的應(yīng)用。小結(jié)第40頁/共48頁-41-3013～3035m即為高滲透性儲層，核磁共振響應(yīng)特征表現(xiàn)為：自由流體峰幅度明顯增高，而束縛流體峰則相對較低。2980～2985m泥巖層段，核磁共振有效孔隙度很低，僅2～3%，而且絕大部分為束縛水孔隙體積。角58井砂泥巖地層儲層評價實例第41頁/共48頁-42-白馬8井：結(jié)果3648.91～3780m段經(jīng)測試日產(chǎn)水15.6方，證實了儲層的存在。砂巖地層儲層劃分實例白馬8井第42頁/共48頁判別依據(jù)應(yīng)用二、流體性質(zhì)判別第43頁/共48頁差分譜法判別油氣