核磁共振測(cè)井技術(shù)CMR及應(yīng)用

主講人:楊洪偉開發(fā)教研室核磁共振測(cè)井技術(shù)目前一頁(yè)\總數(shù)五十九頁(yè)\編于十四點(diǎn)一、核磁共振測(cè)井發(fā)展概況二、核磁共振測(cè)井簡(jiǎn)介三、核磁共振測(cè)井的應(yīng)用提綱目前二頁(yè)\總數(shù)五十九頁(yè)\編于十四點(diǎn)一、核磁共振測(cè)井發(fā)展概況1.問題的提出2.核磁共振測(cè)井發(fā)展概況目前三頁(yè)\總數(shù)五十九頁(yè)\編于十四點(diǎn)1.問題的提出1.問題的提出多年來，儲(chǔ)層孔隙度測(cè)井評(píng)價(jià)一直靠AC,CNL,DEN三條曲線來進(jìn)行，他們只能給出一般簡(jiǎn)單的孔隙度，且這種孔隙度值常受巖性的影響。中子測(cè)井和聲波測(cè)井不僅受巖石骨架的影響，而且更重要的是易受泥質(zhì)的影響，此外密度測(cè)井易受井眼的影響。目前四頁(yè)\總數(shù)五十九頁(yè)\編于十四點(diǎn)上個(gè)世紀(jì)90年代，一種全新的孔隙度測(cè)井方法----核磁共振測(cè)井誕生了并被成功地應(yīng)用到石油勘探開發(fā)方面，該測(cè)井具有常規(guī)孔隙度測(cè)井所無法比擬的優(yōu)勢(shì)（獨(dú)特的魅力）：基本不受巖石骨架巖性的影響，可以準(zhǔn)確地給出各種孔隙度參數(shù)，準(zhǔn)確地區(qū)分不同的孔隙度成分，如自由流體孔隙度、毛細(xì)管孔隙度、粘土束縛水孔隙度及微孔隙度等。目前五頁(yè)\總數(shù)五十九頁(yè)\編于十四點(diǎn)1.問題的提出2.核磁共振測(cè)井發(fā)展概況1)1945年發(fā)現(xiàn)了核磁共振現(xiàn)象；to1991年有12位科學(xué)家在此方面作出了卓越貢獻(xiàn)，應(yīng)用領(lǐng)域廣闊；2)50年代有人建議探討開發(fā)NMR(NuclearMagneticResonance)的可能性，60年代研制出樣機(jī)，1978年美國(guó)Jasper博士提出合理的建議，1983年MillerDr.創(chuàng)辦Numar公司設(shè)計(jì)開發(fā)了MRIL,于1991年７月正式投入油田服務(wù)。Schlumber1995年將CMR推向商業(yè)服務(wù)；目前六頁(yè)\總數(shù)五十九頁(yè)\編于十四點(diǎn)3)前蘇聯(lián)于60年代初期開始研制它，1972年投入生產(chǎn)使用，90年代研制了RMK923型儀器(普遍使用)。4)我國(guó)1985年成立了實(shí)驗(yàn)室，目前各油田引進(jìn)NUMAR。目前七頁(yè)\總數(shù)五十九頁(yè)\編于十四點(diǎn)二、核磁共振測(cè)井簡(jiǎn)介1.核磁測(cè)井的理論基礎(chǔ)2.核磁測(cè)井儀器簡(jiǎn)介3.核磁測(cè)井方式4.核磁測(cè)井解決的主要問題5.核磁測(cè)井孔隙度解釋模型6.核磁測(cè)井提供的主要成果目前八頁(yè)\總數(shù)五十九頁(yè)\編于十四點(diǎn)

對(duì)于大多數(shù)原子核來說，探測(cè)到的信號(hào)都很弱。然而，氫核具有相對(duì)較大的磁矩，并且?guī)r石孔隙內(nèi)的水和油中都富含氫核。通過調(diào)節(jié)核磁共振測(cè)井儀器的發(fā)射頻率至氫核的共振頻率，可使測(cè)量信號(hào)最強(qiáng)，并被測(cè)量出來。1.核磁測(cè)井的理論基礎(chǔ)目前九頁(yè)\總數(shù)五十九頁(yè)\編于十四點(diǎn)核磁共振測(cè)井測(cè)量的是信號(hào)的幅度和衰減(弛豫時(shí)間)。核磁共振信號(hào)的幅度與測(cè)量范圍內(nèi)氫核的數(shù)量成正比，通過對(duì)幅度進(jìn)行刻度可提供孔隙度測(cè)量結(jié)果，這種孔隙度測(cè)量結(jié)果基本不受巖性影響。目前十頁(yè)\總數(shù)五十九頁(yè)\編于十四點(diǎn)

弛豫時(shí)間取決于孔隙大小。小孔隙使弛豫時(shí)間縮短，最短的弛豫時(shí)間對(duì)應(yīng)于粘土束縛水和毛細(xì)管束縛水；大孔隙(含可產(chǎn)流體)使弛豫時(shí)間變長(zhǎng)。因此，弛豫時(shí)間分布是孔隙大小分布的一種度量。對(duì)弛豫時(shí)間及其分布進(jìn)行解釋，可以提供滲透率、可動(dòng)流體孔隙度以及束縛水飽和度等巖石物理參數(shù)。核磁共振測(cè)井記錄的原始數(shù)據(jù)是具有衰減特征的回波串，每個(gè)回波串都是多個(gè)馳豫組分的總體效應(yīng)。目前十一頁(yè)\總數(shù)五十九頁(yè)\編于十四點(diǎn)2.核磁共振測(cè)井儀器簡(jiǎn)介CMR（CombinableMagneticResonance）

組合式磁共振儀(斯侖貝謝)

MRIL(MagneticResonanceImageLogging)

磁共振成像測(cè)井儀(阿特拉斯\哈里伯頓)目前十二頁(yè)\總數(shù)五十九頁(yè)\編于十四點(diǎn)CMR下井儀器主要由電子線路短節(jié)及探測(cè)器等部分組成。主要特點(diǎn)：

(1)外徑5.3“；

(2)貼井壁測(cè)量；

(3)采用永久磁鐵產(chǎn)生均勻磁場(chǎng)，場(chǎng)強(qiáng)為500G；

(4)探測(cè)體積小，探測(cè)區(qū)域約為1cm(長(zhǎng))×1cm(寬)×15cm(高)的小圓柱體；

(5)探測(cè)深度淺，僅2.5cm；

(6)對(duì)地層的縱向分辨能力可達(dá)20cm。CMR儀器簡(jiǎn)介目前十三頁(yè)\總數(shù)五十九頁(yè)\編于十四點(diǎn)MRIL儀器是Numar公司設(shè)計(jì)研制的磁共振成像測(cè)井儀，為Atlas和Halliburton所有，從最初的MRIL-A/B型發(fā)展到MRIL-C、-C/TP型，我國(guó)主要測(cè)井公司大多于1998年引進(jìn)各類MRIL儀器。

MRIL下井儀器包括電子線路短節(jié)、儲(chǔ)能短節(jié)及探頭等幾個(gè)部分。

MRIL井下儀器的核心部件是磁體和天線。MRIL儀器簡(jiǎn)介目前十四頁(yè)\總數(shù)五十九頁(yè)\編于十四點(diǎn)(1)外徑為6“探頭適用于7.5-13”的井眼；外徑為4.5“探頭適用于5-7”的井眼

(2)采用居中測(cè)量；

(3)永久磁鐵產(chǎn)生梯度磁場(chǎng)，中心磁場(chǎng)強(qiáng)度為179G，磁場(chǎng)梯度為17G/cm；

(4)可采用多頻操作，中心頻率750kHz,對(duì)地層有層析作用；下面就C型儀器的儀器特點(diǎn)作些介紹目前十五頁(yè)\總數(shù)五十九頁(yè)\編于十四點(diǎn)

(5)探測(cè)體積大，單頻操作時(shí)的探測(cè)區(qū)域是一個(gè)406mm(直徑)×1mm(厚)×610mm(高)的圓柱殼，體積約1.2L,三頻操作時(shí)可達(dá)3.6L；(6)探測(cè)深度較深，對(duì)8”井眼可達(dá)4”；

(7)可采用雙等待時(shí)間Tw和雙回波時(shí)間Te測(cè)井方式測(cè)井，直接識(shí)別油氣；

(8)可方便地掛接其它測(cè)井儀。

C/TP型儀除具備上述特點(diǎn)外，主要可進(jìn)行總孔隙度測(cè)量，獲取地層粘土束縛水孔隙體積資料，為儲(chǔ)層評(píng)價(jià)，尤其是砂泥巖儲(chǔ)層評(píng)價(jià)提供更加可靠的信息。目前十六頁(yè)\總數(shù)五十九頁(yè)\編于十四點(diǎn)3.核磁共振測(cè)井方式-標(biāo)準(zhǔn)T2測(cè)井-雙TE測(cè)井，又稱為移譜法-雙TW測(cè)井，又稱為差譜法目前十七頁(yè)\總數(shù)五十九頁(yè)\編于十四點(diǎn)-標(biāo)準(zhǔn)T2測(cè)井

標(biāo)準(zhǔn)T2測(cè)井利用恰當(dāng)?shù)牡却龝r(shí)間和回波間隔，測(cè)量自旋回波串。目前十八頁(yè)\總數(shù)五十九頁(yè)\編于十四點(diǎn)

雙TE測(cè)井，又稱為移譜法，通過設(shè)置足夠長(zhǎng)的等待時(shí)間，每次測(cè)量時(shí)使縱向馳豫達(dá)到完全恢復(fù)，利用兩個(gè)長(zhǎng)短不同的回波間隔，測(cè)量?jī)蓚€(gè)回波串。由于水與氣或中等粘度的油的擴(kuò)散系數(shù)不一樣，使得各自在T2分布上的位置發(fā)生變化，由此可以識(shí)別油、氣、水。所以，雙TE測(cè)井是一種擴(kuò)散系數(shù)加權(quán)方法。-雙TE測(cè)井，又稱為移譜法目前十九頁(yè)\總數(shù)五十九頁(yè)\編于十四點(diǎn)

雙TW測(cè)井，又稱為差譜法，主要基于水與烴（油、氣）的縱向馳豫時(shí)間相差很大，水的縱向恢復(fù)速率遠(yuǎn)比烴快，如果選擇不同的等待時(shí)間，觀測(cè)到的回波串中將包含不一樣的信號(hào)分布。因此雙TW測(cè)井利用水與烴之間縱向馳豫時(shí)間的差異來識(shí)別產(chǎn)層。其成功應(yīng)用的條件是：油與水的T1存在較大的差異，水能夠被完全極化，用兩個(gè)不同等待時(shí)間觀測(cè)到的回波串幅度有足夠的差異。-雙TW測(cè)井，又稱為差譜法目前二十頁(yè)\總數(shù)五十九頁(yè)\編于十四點(diǎn)

儲(chǔ)層參數(shù)計(jì)算孔隙分布特征研究-流體性質(zhì)判別4.核磁共振測(cè)井解決的主要問題目前二十一頁(yè)\總數(shù)五十九頁(yè)\編于十四點(diǎn)5.核磁共振測(cè)井孔隙度解釋模型

碳酸鹽巖孔隙度模型砂巖孔隙度模型目前二十二頁(yè)\總數(shù)五十九頁(yè)\編于十四點(diǎn)求解碳酸鹽巖核磁孔隙度的解釋模型目前二十三頁(yè)\總數(shù)五十九頁(yè)\編于十四點(diǎn)求解砂巖核磁孔隙度的解釋模型目前二十四頁(yè)\總數(shù)五十九頁(yè)\編于十四點(diǎn)-孔隙尺寸分布；-總孔隙度、有效孔隙度、自由流體孔隙度；-滲透率；-可動(dòng)流體和束縛流體體積；-T2

分布譜。6.核磁共振測(cè)井提供的主要成果目前二十五頁(yè)\總數(shù)五十九頁(yè)\編于十四點(diǎn)1.儲(chǔ)層孔隙特征分析2.儲(chǔ)層滲透性評(píng)價(jià)3.真假儲(chǔ)層識(shí)別4.流體性質(zhì)判別三、核磁共振測(cè)井的應(yīng)用目前二十六頁(yè)\總數(shù)五十九頁(yè)\編于十四點(diǎn)-核磁測(cè)井孔隙度的確定-核磁、常規(guī)測(cè)井孔隙度與巖芯孔隙度的對(duì)比-孔徑大小分析1.儲(chǔ)層孔隙特征分析目前二十七頁(yè)\總數(shù)五十九頁(yè)\編于十四點(diǎn)（1）固定的T2

截止值（2）漸變的T2截止值（3）從0.3ms開始對(duì)T2

分布進(jìn)行積分求總孔隙度（4）用分區(qū)T2

截止值劃分孔隙尺寸-核磁測(cè)井孔隙度的確定目前二十八頁(yè)\總數(shù)五十九頁(yè)\編于十四點(diǎn)（1）核磁測(cè)井孔隙度與巖芯孔隙度的對(duì)比分析（2）常規(guī)測(cè)井孔隙度與巖芯孔隙度的對(duì)比分析-核磁、常規(guī)測(cè)井孔隙度與巖芯孔隙度的對(duì)比目前二十九頁(yè)\總數(shù)五十九頁(yè)\編于十四點(diǎn)核磁測(cè)井、常規(guī)測(cè)井與巖芯孔隙度的對(duì)比坡1井目前三十頁(yè)\總數(shù)五十九頁(yè)\編于十四點(diǎn)核磁測(cè)井、常規(guī)測(cè)井與巖芯孔隙度的對(duì)比坡2井目前三十一頁(yè)\總數(shù)五十九頁(yè)\編于十四點(diǎn)T2弛豫時(shí)間與孔喉半徑具有正比關(guān)系。用分區(qū)T2

截止值劃分孔隙度，共計(jì)算出5種不同T2時(shí)間段的孔隙尺寸分布，分別為粘土束縛水孔隙、微孔、小孔、中孔、大孔和特大孔的分布情況。

-孔徑大小分析目前三十二頁(yè)\總數(shù)五十九頁(yè)\編于十四點(diǎn)利用核磁測(cè)井分析儲(chǔ)層孔徑大小目前三十三頁(yè)\總數(shù)五十九頁(yè)\編于十四點(diǎn)核磁測(cè)井孔隙尺寸分布圖

下一步準(zhǔn)備通過壓汞實(shí)驗(yàn)半定量評(píng)價(jià)T2弛豫時(shí)間與孔喉半徑之間關(guān)系。

目前三十四頁(yè)\總數(shù)五十九頁(yè)\編于十四點(diǎn)-核磁測(cè)井滲透率的計(jì)算-核磁測(cè)井滲透率與巖芯滲透率的對(duì)比-孔徑大小與滲透率的關(guān)系-儲(chǔ)層滲透性分析2.儲(chǔ)層滲透性評(píng)價(jià)目前三十五頁(yè)\總數(shù)五十九頁(yè)\編于十四點(diǎn)

（1）SDR公式KSDR=A（φCMR）4（T2Logmean）2

（2）TIMER-COATES公式Ktim=A（TCMR）4（CMFF/BFV）2

其中：BFV=TCMR-CMFF-核磁測(cè)井滲透率的計(jì)算目前三十六頁(yè)\總數(shù)五十九頁(yè)\編于十四點(diǎn)巖芯滲透率與核磁測(cè)井滲透率交會(huì)圖-核磁測(cè)井滲透率與巖芯滲透率的對(duì)比目前三十七頁(yè)\總數(shù)五十九頁(yè)\編于十四點(diǎn)

地層滲透率主要受地層孔隙度及孔徑大小、喉道寬窄等因素控制。-孔徑大小與滲透率的關(guān)系目前三十八頁(yè)\總數(shù)五十九頁(yè)\編于十四點(diǎn)CMR孔隙尺寸分布圖目前三十九頁(yè)\總數(shù)五十九頁(yè)\編于十四點(diǎn)砂巖中幾種不同孔隙度和滲透率對(duì)應(yīng)的T2分布譜目前四十頁(yè)\總數(shù)五十九頁(yè)\編于十四點(diǎn)碳酸鹽巖中幾種不同孔隙度和滲透率對(duì)應(yīng)的T2分布譜目前四十一頁(yè)\總數(shù)五十九頁(yè)\編于十四點(diǎn)井眼影響坡2井該井產(chǎn)氣105萬方/日高滲透層目前四十二頁(yè)\總數(shù)五十九頁(yè)\編于十四點(diǎn)低滲透層該井產(chǎn)氣0.051萬方/日目前四十三頁(yè)\總數(shù)五十九頁(yè)\編于十四點(diǎn)

核磁共振測(cè)井采用Timer-coast公式計(jì)算的滲透率考慮了束縛流體和可動(dòng)流體的孔隙度，并且還可以根據(jù)孔徑大小的分布，在T2分布譜上選取一定的時(shí)窗，除去時(shí)窗以外的噪聲，從而計(jì)算其滲透率。-儲(chǔ)層滲透性分析目前四十四頁(yè)\總數(shù)五十九頁(yè)\編于十四點(diǎn)孔隙度與滲透率交會(huì)圖目前四十五頁(yè)\總數(shù)五十九頁(yè)\編于十四點(diǎn)利用核磁測(cè)井分析儲(chǔ)層的滲透性井眼影響目前四十六頁(yè)\總數(shù)五十九頁(yè)\編于十四點(diǎn)3.真假儲(chǔ)層識(shí)別(1)非儲(chǔ)層段的識(shí)別(2)滲透層的識(shí)別目前四十七頁(yè)\總數(shù)五十九頁(yè)\編于十四點(diǎn)儲(chǔ)層煤線非儲(chǔ)層段的識(shí)別目前四十八頁(yè)\總數(shù)五十九頁(yè)\編于十四點(diǎn)儲(chǔ)層段的識(shí)別目前四十九頁(yè)\總數(shù)五十九頁(yè)\編于十四點(diǎn)（1）常規(guī)測(cè)井方法判別流體性質(zhì)的困難（2）利用標(biāo)準(zhǔn)T2分布譜判別流體性質(zhì)（3）移譜、差譜法判別流體性質(zhì)4.流體性質(zhì)判別目前五十頁(yè)\總數(shù)五十九頁(yè)\編于十四點(diǎn)（1）常規(guī)測(cè)井方法判別流體性質(zhì)的困難

儀器探測(cè)深度的影響：難以測(cè)到真實(shí)的Rt；

Rt受巖性影響：氣水無判別標(biāo)準(zhǔn)；受圍巖影響，無法測(cè)到Rt；鉆井液侵入影響：油氣的的增減阻影響目前五十一頁(yè)\總數(shù)五十九頁(yè)\編于十四點(diǎn)氣層：呈現(xiàn)“單峰”特征或“雙峰”緊靠;水層：含氫指數(shù)高，測(cè)得的回波信號(hào)幅度增大，T2時(shí)間變長(zhǎng)，呈明顯“雙峰”特征;油層：呈現(xiàn)“雙峰”特征，而且“雙峰”分離較水層更為明顯。（2）利用標(biāo)準(zhǔn)T2分布譜判別流體性質(zhì)目前五十二頁(yè)\總數(shù)五十九頁(yè)\編于十四點(diǎn)油、氣、水的T2分布特征目前五十三頁(yè)\總數(shù)五十