核磁共振測(cè)井技術(shù)評(píng)述

1、核磁共振測(cè)井技術(shù)評(píng)述第25卷第4期2002年8月勘探地球物理進(jìn)展ProgressinExplorationGeophysicsVol_25,No.4Aug.2002核磁共振測(cè)井技術(shù)評(píng)述張松揚(yáng),范宜仁.(1.中國(guó)石化石油勘探開(kāi)發(fā)研究院南京石油物探研究所,江蘇南京210014;2.石油大學(xué)(華東),山東東營(yíng)257062)摘要:核磁共振(NMR)測(cè)井是近年來(lái)全球測(cè)井界的關(guān)注熱點(diǎn),它所提供的獨(dú)特信息,極大地增強(qiáng)了測(cè)井的地層評(píng)價(jià)能力.通過(guò)回顧了對(duì)核磁共振測(cè)井技術(shù)應(yīng)用研究的歷史,介紹了這種技術(shù)在軟硬件方面的最新改進(jìn),根據(jù)對(duì)其現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)及局限性的分析,提出了核磁共振測(cè)井技術(shù)的發(fā)展方向.關(guān)鍵詞:核磁共振測(cè)

2、井;應(yīng)用研究;局限性;發(fā)展趨勢(shì)中圖分類(lèi)號(hào):P631.813文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:ACommentaryonnuclearmagneticresonanceloggingZhangSongyang,FanYiren(1.InstituteofGeophysicalProspecting,SINOPECResearchInstituteofPetroleumExplorationandDevelopment,Nanjing210014,China,2.UniversityofPetroleum,Dongying257062,China)Abstract:Nuclearmagneticresonance(NM

3、R)loggingisaconcerninghotpointingloballoggingcirclesinrecentyearsfortheuniqueinformationitprovidedcangreatlyenhancetheabilityofformationevaluation.ThispapergivesahistoricalreviewofNMRloggingtechnology,anddescribesbrieflysomeadvancesonhardwareandsoftwareofthetechnology.ThefutureofNMRloggingtechnology

4、isdepictedbasedonananalysisoftheadvantageanddisadvantageofthetechnologyinfieldapplication.Keywords:nuclearmagneticresonancelogging;applicationstudy;limitation;trendofdevelopment自1946年哈佛大學(xué)Purcell和斯坦福大學(xué)Bloch各自獨(dú)立發(fā)現(xiàn)核磁共振(NMR)這一物理現(xiàn)象以來(lái),NMR測(cè)井已經(jīng)歷了幾十年的研究和發(fā)展,現(xiàn)在正日趨完善并逐步成為一種常規(guī)測(cè)井方法得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用.核磁共振測(cè)井是通過(guò)研究地層流體中的氫核在外

5、加磁場(chǎng)中所表現(xiàn)出來(lái)的特性來(lái)描述儲(chǔ)層的巖石物理特性和孔隙流體特性的一種新型測(cè)井技術(shù).它可以直接測(cè)量巖石孔隙中流體的信號(hào),其測(cè)量結(jié)果基本上不受巖石骨架的影響而區(qū)別于現(xiàn)有其他測(cè)井方法.目前,在全世界范圍內(nèi)提供商業(yè)服務(wù)的核磁共振測(cè)井儀主要有3種類(lèi)型:一種是阿特拉斯公司和哈利伯頓公司采用NUMAR專(zhuān)利技術(shù)推出的系列核磁共振成像測(cè)井儀MR1L,另一種是斯倫貝塒公司推出的組合式脈沖核磁共振測(cè)井儀CMR,還有一種是以俄羅斯生產(chǎn)和制造為主的大地磁場(chǎng)型系列核磁測(cè)井儀51NLK923.現(xiàn)代核磁共振測(cè)井儀的主要測(cè)量成果和能解決的主要地質(zhì)問(wèn)題有:1)確定地層有效孔隙度;2)確定地層孔隙自由流體體積和束縛流體體積,劃分產(chǎn)

6、層與非產(chǎn)層;3)估算連續(xù)的地層滲透率;4)提供反映地層孔隙大小分布和流體流動(dòng)特性的丁2分布;5)利用兩次不同回波間隔測(cè)井進(jìn)行差譜或移譜分析,直接識(shí)別油氣;6)與常規(guī)測(cè)井資料結(jié)合進(jìn)行綜合解釋,改進(jìn)對(duì)地層流體性質(zhì)的評(píng)價(jià);7)確定儲(chǔ)集層的有效厚度.l核磁共振測(cè)井的研究發(fā)展20世紀(jì)50年代中期,Varian將用于測(cè)量地磁場(chǎng)強(qiáng)度的NMR磁力計(jì)用于油井測(cè)量,首次提出核磁測(cè)井概念.Varian最初的想法是試圖在油井中通過(guò)磁力計(jì)觀測(cè)所接收的由核進(jìn)動(dòng)產(chǎn)生的信號(hào)的衰減,利用油與水弛豫時(shí)間的差別,來(lái)檢測(cè)油層.收稿日期:2002一O3一O7.第一作者簡(jiǎn)介:張松揚(yáng)(1963一).男,高級(jí)工程師,1985年畢業(yè)于華東石油

7、學(xué)院測(cè)井專(zhuān)業(yè),現(xiàn)在南京石油物探研究所測(cè)井中心從事資料解釋研究工作.22勘探地球物理進(jìn)展第25卷為此,Varian向幾個(gè)與石油工業(yè)有關(guān)的公司建議立項(xiàng),探討開(kāi)發(fā)核磁測(cè)井的可能性.一些公司(其中包括當(dāng)時(shí)叫加利福尼亞公司的Chevron)對(duì)此表示有興趣,一個(gè)用電池操作的樣機(jī)便應(yīng)運(yùn)而生,但由于受一些相關(guān)技術(shù)的限制,該樣機(jī)在加利福尼亞Bakersfield的試驗(yàn)沒(méi)有成功.20世紀(jì)60年代初,基于Chevron研究中心提出的概念,Brown和Gamson研制出利用地磁場(chǎng)的核磁測(cè)井儀器樣機(jī),在進(jìn)行初步嘗試后,幾個(gè)油田服務(wù)公司為該儀器發(fā)放了許可證,并開(kāi)始提供核磁測(cè)井服務(wù).但是,這種核磁測(cè)井方案在使用受到兩個(gè)大的

8、限制.首先,儀器周?chē)牧黧w主要是井眼里的鉆井泥漿,如果不進(jìn)行某種測(cè)量來(lái)消除井眼信號(hào),就不能觀測(cè)到地層流體信號(hào)(因?yàn)榈貙有盘?hào)比井眼信號(hào)小幾個(gè)數(shù)量級(jí)).當(dāng)時(shí),人們想到一個(gè)辦法,把數(shù)量可觀的磁粉混合到泥漿中,但混合這些磁粉一般需要長(zhǎng)達(dá)數(shù)小時(shí),且混合期間,在井口不能做其他任何事情,這樣嚴(yán)重影響鉆井時(shí)效.第二個(gè)限制是技術(shù)上的,即在檢測(cè)信號(hào)之前切斷很高的直流電流.與核磁馳豫時(shí)間相比,這一段”死時(shí)間”很長(zhǎng),意味著小孔隙中的信號(hào)無(wú)法觀測(cè)到,因而只能檢測(cè)具有長(zhǎng)馳豫衰減時(shí)間的自由流體.由于固液界面效應(yīng)對(duì)馳豫影響及巖石孔隙中油和水的馳豫時(shí)間差異不大,使得孔隙度和飽和度很難求準(zhǔn).此外,核磁測(cè)井儀器為翻轉(zhuǎn)被極化的自旋氫

9、核,需消耗大量功率,不能與其他測(cè)井儀器組合.這些問(wèn)題的存在,使得核磁測(cè)井一直沒(méi)有進(jìn)人商業(yè)應(yīng)用,但這些難題并沒(méi)有使核磁共振測(cè)井技術(shù)的應(yīng)用研究停止.20世紀(jì)70年代末至8O年代初,美國(guó)LosA1一amos國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的JasperJackson博士為了克服核磁測(cè)井前混合磁粉時(shí)間長(zhǎng)與操作麻煩的缺點(diǎn),提出了把NMR測(cè)井的靈敏區(qū)域”聚集”到井眼外面,從而不需要對(duì)井眼流體加磁粉,即可達(dá)到消除井眼泥漿影響的目的,即所謂的”Insideout”概念,發(fā)明了基于反向磁體的”Insideout”NMR測(cè)井儀.與”預(yù)極化一地磁場(chǎng)自由進(jìn)動(dòng)方法”相比,Insideout磁場(chǎng)技術(shù)是核磁測(cè)井的重大進(jìn)步,它為NMR測(cè)井進(jìn)人大規(guī)

10、模商業(yè)化應(yīng)用打下重要基礎(chǔ).In-sideout技術(shù)除了毋需在泥漿中添加磁粉外,其優(yōu)越性還表現(xiàn)為如下兩方面:由于射頻場(chǎng)的切斷可以非?？?該技術(shù)能夠使儀器的”死時(shí)間”大大減少,短的”死時(shí)間”能允許對(duì)極4,:fL隙中的信號(hào)進(jìn)行觀測(cè),并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行更好的分析;該技術(shù)打開(kāi)了應(yīng)用各種有效的射頻脈沖序列的大門(mén),通過(guò)對(duì)自旋系統(tǒng)的操作,提取地層流體的化學(xué)和物理信息,使之變得像化學(xué)實(shí)驗(yàn)中NMR的常規(guī)應(yīng)用一樣.這是設(shè)計(jì)第一臺(tái)脈沖核磁共振測(cè)井儀的最初愿望.1983年,MelvinMiller博士在美國(guó)的賓西法尼亞州創(chuàng)辦了一家專(zhuān)門(mén)從事核磁測(cè)井研究,儀器設(shè)計(jì)與制造,現(xiàn)場(chǎng)測(cè)井服務(wù)的公司,即著名的NUMAR公司.他們?cè)?985

11、年獲得了JasperJackson技術(shù)的專(zhuān)利使用權(quán),試圖通過(guò)提高NMR測(cè)量的信噪比,使核磁共振測(cè)井儀能夠?qū)崿F(xiàn)商業(yè)應(yīng)用.1988年,由該公司研制的一種綜合了Insideout概念和磁共振成像(MRI)技術(shù),以人工梯度場(chǎng)和自旋回波方法為基礎(chǔ)的全新的核磁共振成像測(cè)井儀(MRIL)問(wèn)世,從而使核磁測(cè)井達(dá)到實(shí)用化要求.1990年,MRIL正式投入油田商業(yè)服務(wù),1991年,它在世界范圍內(nèi)得到成功應(yīng)用.NUMAR這家原來(lái)名不見(jiàn)經(jīng)傳的小公司因此成為國(guó)際上幾家主要測(cè)井服務(wù)公司(如WesternAtlas,Halliburton,Computalog等)的核磁測(cè)井儀器的供應(yīng)商和合作伙伴,從而受到各大石油公司的普遍

12、青睞.l994年,NUMAR新推出C型雙頻MRIL,并與Atlas的Eclips一5700系統(tǒng)組合成功.l995年,NRMAR提出DHT油氣識(shí)別技術(shù),把MRIL的應(yīng)用范圍從有效孔隙度,滲透率,束縛水孔隙體積延伸到油氣水孔隙流體類(lèi)型的識(shí)別,大大增強(qiáng)了核磁測(cè)井解決油氣評(píng)價(jià)問(wèn)題的能力.1997年,他們又實(shí)現(xiàn)了泥質(zhì)束縛水的觀測(cè),推出了測(cè)量總孔隙度的C/TP型MRIL.而今,NUMAR公司繼C型后的新一代核磁測(cè)井儀MRIL_Prime已經(jīng)問(wèn)世,2000年l2月推出的PrimeTimeTM可在井場(chǎng)完成增強(qiáng)的儲(chǔ)層流體分析.P型儀器充分吸收了斯倫貝謝公司的CMR和MRILC型核磁儀的優(yōu)點(diǎn),并改進(jìn)了它們的不足.

13、斯倫貝謝公司作為核磁測(cè)井最早的研究機(jī)構(gòu)之一,在過(guò)去幾十年中也從未放棄對(duì)核磁共振測(cè)井的研究,一直有專(zhuān)門(mén)的實(shí)驗(yàn)室和研究人員從事巖石核磁共振和核磁共振測(cè)井的探索.進(jìn)入20世紀(jì)90年代,他們終于放棄地磁場(chǎng)型核磁測(cè)井方案.1991年,他們宣布一種以Insideout概念為基礎(chǔ),利用永久磁鐵在地層中產(chǎn)生局部均勻磁場(chǎng)的貼井壁極板型核磁測(cè)井儀器(CMR)研制成功.CMR采用的是NMR脈沖技術(shù),這樣不僅消除了靜磁場(chǎng)非均勻性的影響,而且也增大了測(cè)量信號(hào)的強(qiáng)度.這種儀器的結(jié)構(gòu)與LosAlamos國(guó)家實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家EilchiFukushima于1985年提出的兩個(gè)反向排列的大,小線(xiàn)圈設(shè)計(jì)原理基本一致,但使用的磁體第4

14、期張松揚(yáng)等.核磁共振測(cè)井技術(shù)評(píng)述23為永久磁鐵.2000年,斯倫貝謝推出CMRPlus,它在成熟的CMR一200中增加了特殊功能,提高了井場(chǎng)效率.2核磁共振測(cè)井的應(yīng)用現(xiàn)狀核磁共振測(cè)井是在井底條件下實(shí)現(xiàn)核磁共振測(cè)量.其測(cè)量原理的核心之一是對(duì)地層施加外加磁場(chǎng),使氫原子核磁化.氫核是一種磁性核,具有核磁矩.磁體放到井中,將在井周?chē)貙赢a(chǎn)生磁場(chǎng),使氫核的磁矩沿磁場(chǎng)方向取向,這個(gè)過(guò)程叫磁化或極化,極化的時(shí)間常數(shù)用丁表示,稱(chēng)作縱向馳豫時(shí)間.丁與孔隙度的大小,孔隙直徑的大小,孔隙中流體的性質(zhì)以及地層的巖性等因素有關(guān).核磁共振測(cè)井原理的核心之二是利用一個(gè)天線(xiàn)系統(tǒng),向地層發(fā)射特定能量,特定頻率和特定時(shí)間間隔的電

15、磁波脈沖,產(chǎn)生所謂的自旋回波信號(hào),并接收和采集這種回波信號(hào),所采用的方法叫做自旋回波法.觀測(cè)到的回波串為按指數(shù)規(guī)律衰減的信號(hào),其衰減的時(shí)間常數(shù)用表示,叫做橫向馳豫時(shí)間,它與地層孔隙度的大小,孔隙直徑的大小,孔隙中流體的性質(zhì),巖性以及采集參數(shù)(如t和磁場(chǎng)的梯度)等因素有關(guān).2.1核磁共振測(cè)井儀對(duì)比【2卅目前,世界上提供核磁共振測(cè)井服務(wù)的儀器主要有3種,即大地磁場(chǎng)型,脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)貼井壁型和成像測(cè)井型.這3種儀器的基本特點(diǎn)和物理參數(shù)見(jiàn)表l.表13種核磁共振測(cè)井儀器的基本特點(diǎn)對(duì)比從表l中不難看出,大地磁場(chǎng)型核磁共振測(cè)井儀探測(cè)深度大大高于另外兩種,但其劣勢(shì)在于需要嚴(yán)格的觀測(cè)條件,受井眼影響嚴(yán)重,現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用不

16、便.然而,由于具有探測(cè)深度大的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn),地磁場(chǎng)NMR無(wú)論對(duì)地面勘探,還是對(duì)測(cè)井,仍然是一項(xiàng)有吸引力的核磁技術(shù).而CMR型(MRIL)與大地磁場(chǎng)型的顯著不同在于它們基于”Insideout”概念,基本不受井眼泥漿性質(zhì)影響.但不管是貼井壁型CMR還是成像型MRIL,其探測(cè)深度都較淺.從測(cè)量信息量,測(cè)量速度和信噪比等參數(shù)看,MRIL和CMR各有特色.現(xiàn)代脈沖式核磁共振測(cè)井儀(即NUMAR公24勘探地球物理進(jìn)展第25卷司的MRII和斯倫貝謝公司的CMR)的商業(yè)應(yīng)用帶來(lái)了兩個(gè)令人驚訝的發(fā)現(xiàn):在被認(rèn)為已沖洗過(guò)的井眼周?chē)赡芎写罅康脑鸁N(包括油和氣);在儲(chǔ)層條件下,烴(原生流體和來(lái)自油基泥漿的濾液)的T

17、.比人們以前所假設(shè)的要長(zhǎng).這兩個(gè)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn),使人們把NMR當(dāng)作一種進(jìn)行油氣探測(cè)和儲(chǔ)層定量評(píng)價(jià)的有效工具,但其缺點(diǎn)是測(cè)井速度慢,井場(chǎng)效益低.T直接影響數(shù)據(jù)的獲取和測(cè)井速度,其原因有兩個(gè),即氫原子暴露在極化磁場(chǎng)中的時(shí)間必須達(dá)到T.的若干倍,最少也要3倍;測(cè)量本身要受熱噪音的干擾,并且必須重復(fù)幾次測(cè)量才能把這種噪音降低到可接受的級(jí)別,每次測(cè)量之后,完全等待時(shí)間至少需要3T.假設(shè)重復(fù)測(cè)量8次,T為4S,則一次測(cè)量至少所需的累計(jì)等待時(shí)間為8×4×396S.如果可接受的垂向分辨率為3ft,那么NMR測(cè)井儀器的運(yùn)動(dòng)速度不能大于3×63/902ft/m.如果儀器測(cè)井速度低于120

18、ft/h,則核磁共振測(cè)井儀就不適應(yīng)在大尺寸的裸眼井內(nèi)進(jìn)行常規(guī)作業(yè).一種不太理想的選擇是預(yù)先進(jìn)行全部極化.這種方式測(cè)量較快,但是測(cè)量結(jié)果很難用于定量解釋.另外,這種方式使NMR測(cè)井儀失去了能夠不依賴(lài)電阻率差異而對(duì)油氣進(jìn)行探測(cè)的優(yōu)點(diǎn).為此,人們迫切希望NMR能夠不受T的影響.El前,NMR的應(yīng)用,如測(cè)量總孔隙度及有效孔隙度,孔隙大小分布,滲透率模擬,油氣識(shí)別和天然氣的探測(cè),要求所有的氫成分都是可觀測(cè)的,也就是說(shuō),即使是T最慢的成分也應(yīng)該被完全極化,而且這些應(yīng)用要求測(cè)井速度為1OO01500ft/h.2.2新一代多頻帶核磁共振測(cè)井儀l3,當(dāng)前,世界上最大的能源服務(wù)公司哈利伯頓最新推出的核磁共振成像測(cè)

19、井儀MRILPrime能夠克服上述局限性,滿(mǎn)足這些現(xiàn)場(chǎng)要求.MRILPrime采用改進(jìn)的磁體設(shè)計(jì)(引人多個(gè)并聯(lián)的測(cè)量組),可以提供9個(gè)頻率(對(duì)應(yīng)于9個(gè)切片)的測(cè)量.它采用新的預(yù)極化方案,成功地解決了T問(wèn)題,具有更高的信噪比,一次下井可以取全所有的NMR資料,通過(guò)時(shí)間域分析(TDA),擴(kuò)散分析(EDM)等處理和解釋技術(shù),可以精確地進(jìn)行流體識(shí)別和定量解釋.MRII一Prime儀器的主要特點(diǎn)是能夠快速極化并讀出許多相同測(cè)量組的測(cè)量值.該儀器的探頭由磁體和天線(xiàn)組成,被置于井眼的中心,而地層作為觀測(cè)對(duì)象,則處于探頭之外,磁體在探頭外圍產(chǎn)生一個(gè)梯度磁場(chǎng),使得離探頭不同距離的氫核具有不同的共振頻率.天線(xiàn)發(fā)射

20、的電磁波,依頻率不同實(shí)現(xiàn)對(duì)不同徑向距離地層的切片觀測(cè);對(duì)每一個(gè)切片,只有孔隙中的流體信號(hào)被觀測(cè)和記錄下來(lái),固體骨架對(duì)觀測(cè)結(jié)果沒(méi)有影響;利用不同的觀測(cè)模式,可以對(duì)孔隙流體不同的核磁共振特性進(jìn)行觀測(cè)或加權(quán)觀測(cè),從而達(dá)到有效區(qū)分孔隙中流體的成分和賦存狀態(tài).與MRII一C型儀器相比,MRILPrime的一些新的應(yīng)用主要包括以下幾方面.1)一次測(cè)井包含獨(dú)立的上測(cè)和下測(cè)操作.典型C系列儀器的操作包括回波時(shí)間間隔為0.6ms的下測(cè)和1.2ms的上測(cè),實(shí)現(xiàn)對(duì)烴類(lèi)進(jìn)行分類(lèi)的兩個(gè)過(guò)程,總的等待時(shí)間通常為1S和8S.而P型儀器把第一個(gè)測(cè)量組用于0.6ms脈沖序列,把其他測(cè)量組用于烴類(lèi)分類(lèi),從而很容易地將兩個(gè)過(guò)程變?yōu)?/p>

21、一個(gè)過(guò)程.2)提高了測(cè)井速度.P型儀器在1/4時(shí)間內(nèi)可以獲取相當(dāng)于C型儀器的數(shù)據(jù)量,因此,其測(cè)井速度可以提高4倍,且垂向采樣率或稱(chēng)分辨率沒(méi)有受到任何影響.3)采集高精度的數(shù)據(jù).定量評(píng)價(jià)的關(guān)鍵是累積測(cè)量信噪比.已知誤差信號(hào)(熱噪聲引起)具有常規(guī)統(tǒng)計(jì)性質(zhì),那么,第2到第8的測(cè)量組很容易將現(xiàn)在的雙頻采集量增大4倍.信號(hào)幅度同比增加,而噪聲成分只按均方根量增加,因而其噪聲成分被抑制了兩倍.4)多參數(shù)采集.可同時(shí)獲得幅度和至少一個(gè)T,至少需要在3個(gè)不同等待時(shí)間內(nèi)采樣.當(dāng)然,所有測(cè)量值必須來(lái)自同一垂直測(cè)量體積,即同一標(biāo)定深度.若像以前那樣,獨(dú)立的測(cè)量體積少于不同的等待時(shí)間和/或回波間隔,則測(cè)井速度會(huì)變得異

22、常慢.多測(cè)量組的測(cè)量方法允許t或t有4個(gè)不同值,這就意味著測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)能同時(shí)記錄一條4點(diǎn)T恢復(fù)曲線(xiàn).因此,用雙t設(shè)置和雙t設(shè)置,使得T,和擴(kuò)散系數(shù)同時(shí)測(cè)量成為可能.2.3核磁共振測(cè)井的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)和局限性3.9核磁共振測(cè)井技術(shù)可望成為今后油氣評(píng)價(jià)的首選方法,其主要特色有兩個(gè):這種方法在確定孔隙度時(shí)不受固體骨架的影響;在確定流體飽和度時(shí)能夠避開(kāi)地層水電阻率,而且,該技術(shù)可以把不同賦存狀態(tài)的水,如束縛水和自由水區(qū)分開(kāi)來(lái).這兩大特色針對(duì)當(dāng)前測(cè)井評(píng)價(jià)復(fù)雜巖性及致密地層孔隙度的困難,有望解決低電阻率油氣藏的測(cè)井解釋難題.首先,在利用常規(guī)體積模型建立的孔隙度測(cè)井響應(yīng)過(guò)程中,骨架固體的貢獻(xiàn),有時(shí)會(huì)第4期張松揚(yáng)等

23、.核磁共振測(cè)井技術(shù)評(píng)述25遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于孑L隙流體的貢獻(xiàn),而且在骨架成分增加后,礦物組成及其參數(shù)的選取,對(duì)孑L隙度計(jì)算結(jié)果會(huì)產(chǎn)生顯著影響,這就是計(jì)算復(fù)雜巖性及致密地層孔隙度的困難之所在.其次,在阿爾奇含水飽和度方程中,地層水電阻率是最關(guān)鍵的參數(shù)之一,當(dāng)有多種具有不同導(dǎo)電特性的水并存于孑L隙空間時(shí),阿爾奇公式就變得無(wú)能為力.而且,對(duì)油藏工程來(lái)說(shuō),即使含水飽和度已經(jīng)被準(zhǔn)確地計(jì)算出來(lái),其量值的大小在很多情況下也并不是儲(chǔ)層產(chǎn)水的唯一根據(jù).例如,有些微孑L隙發(fā)育或粒間水豐富的地層,利用電阻率計(jì)算的含水飽和度值可能很高,但由于這些水均處于束縛狀態(tài),這些以低電阻率形式出現(xiàn)的儲(chǔ)層仍然可能是很好的油層.對(duì)這樣一類(lèi)低阻

24、油氣層,核磁共振測(cè)井將發(fā)揮更好的作用.此外,在完井方案和油田增產(chǎn)措施設(shè)計(jì)中,核磁共振測(cè)井提供的束縛水和滲透率信息可以為完井及增產(chǎn)措施的效果評(píng)價(jià)提供更大的幫助.核磁共振測(cè)井提供的體積模型的基本構(gòu)成包括骨架固體和孑L隙流體兩部分.孑L隙流體可以分成水和烴;水又可以細(xì)分成泥質(zhì)束縛水,毛細(xì)管束縛水,可動(dòng)水;而烴則能細(xì)分成天然氣,輕質(zhì)油和稠油.由此可方便地定量估算得到泥質(zhì)束縛水(CBW),毛細(xì)管束縛水(BVI)和可動(dòng)流體(FFI)的含量.對(duì)于常規(guī)孑L隙度測(cè)井,體積模型中的各個(gè)組成部分對(duì)它們的響應(yīng)都有貢獻(xiàn),而且骨架礦物與干粘土的貢獻(xiàn)甚至大于孑L隙流體的貢獻(xiàn),即骨架的變化更容易使孑L隙度測(cè)井響應(yīng)發(fā)生變化.對(duì)

25、于電阻率測(cè)井,其測(cè)量值為含水孑L隙體積的響應(yīng),體積模型中的水,包括泥質(zhì)束縛水,毛細(xì)管束縛水,可動(dòng)水等,都含有相應(yīng)的貢獻(xiàn).通常泥質(zhì)束縛水與非泥質(zhì)束縛水之間在導(dǎo)電性能上存在差異,有相應(yīng)的模型加以區(qū)別,如雙水模型.但是,對(duì)于反映油藏特征的毛細(xì)管束縛水與自由水(可動(dòng)水),盡管它們對(duì)油氣開(kāi)采具有完全不同的意義,在導(dǎo)電性能上卻沒(méi)有任何差異,故無(wú)法根據(jù)電阻率模型加以區(qū)分.因此,核磁共振測(cè)井提供的毛細(xì)管束縛水信息,彌補(bǔ)了”雙水”模型的不足,從而完善了”雙水”體積模型.常規(guī)孔隙度與電阻率測(cè)井在響應(yīng)方式上都是一種宏觀平均效應(yīng),井眼,泥餅,泥漿侵入等都會(huì)對(duì)觀測(cè)結(jié)果產(chǎn)生影響.而核磁共振測(cè)井,觀測(cè)信號(hào)只來(lái)自于孑L隙中的

26、流體,而且孑L隙中不同的流體如泥質(zhì)束縛水,毛細(xì)管束縛水,可動(dòng)水,天然氣,輕質(zhì)油,稠油等具有不同的核磁共振性質(zhì),這些流體通過(guò)一定的方式或觀測(cè)模式,可以有效地加以識(shí)別,并給予定量解釋.核磁共振是一種定位的切片觀測(cè),探測(cè)區(qū)域具有一個(gè)可以預(yù)先知道的固定形狀,井眼,泥餅等區(qū)域只要不探測(cè)區(qū)域中,就不會(huì)對(duì)觀測(cè)結(jié)果產(chǎn)生影響.此外,核磁共振測(cè)井還能提供巖石孑L徑,滲透率,油氣特性和泥質(zhì)等許多用別的測(cè)井方法無(wú)法得到的重要信息.當(dāng)然,在核磁共振測(cè)井觀測(cè)區(qū)域內(nèi),巖石的粒徑,裂縫和溶洞等也會(huì)有一定的響應(yīng),對(duì)它們的分析和應(yīng)用仍需進(jìn)一步研究.常規(guī)孑L隙度測(cè)井由于不是直接面對(duì)流體,首先需要確定巖性和骨架礦物成分,然后再間接計(jì)

27、算流體孑L隙,實(shí)際上它繞了個(gè)大彎.固體骨架和地層水電阻率對(duì)核磁共振響應(yīng)幾乎沒(méi)有影響,這為快速確定可采的油氣量提供了條件.而電阻率測(cè)井,通常有比較大的探測(cè)深度,可以幫助認(rèn)識(shí)原狀地層的流體性質(zhì),彌補(bǔ)了核磁共振測(cè)井探測(cè)深度的不足.因此,單一核磁共振測(cè)井方法在應(yīng)用時(shí)有一定的局限性,需要與其他測(cè)井方法組合才能更好地發(fā)揮它的優(yōu)勢(shì).總而言之,核磁共振測(cè)井作為裸眼井油氣評(píng)價(jià)的重要手段,仍然在不斷發(fā)展和完善之中,特別在資料解釋與應(yīng)用方面還有待深入研究.3核磁共振測(cè)井技術(shù)發(fā)展方向核磁共振測(cè)井的未來(lái)發(fā)展方向決定于其真正解決油氣勘探開(kāi)發(fā)問(wèn)題的能力和潛力.為了提高油氣勘探開(kāi)發(fā)效益,它必定在滿(mǎn)足解決日益復(fù)雜的油氣地層評(píng)價(jià)

28、問(wèn)題需要的基礎(chǔ)上,充分發(fā)揮在流體識(shí)別和巖石物理評(píng)價(jià)中的獨(dú)特優(yōu)勢(shì),不斷地向前發(fā)展.歸納起來(lái)有以下幾方面.1)鑒于核磁共振測(cè)井的獨(dú)特優(yōu)越性,各油公司將會(huì)建立以核磁共振為中心的油氣評(píng)價(jià)技術(shù)體系,包括隨鉆核磁共振測(cè)量,電纜核磁共振測(cè)井,與地層測(cè)試結(jié)合在一起的核磁共振流體分析以及系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理和綜合解釋方法系列.例如,哈利伯頓公司在RDT新一代模塊式地層測(cè)試器中新增NMR流體識(shí)別裝置,用于壓裂增產(chǎn)中.該分析裝置功能齊全,既可檢測(cè)流體取樣過(guò)程,辨別是否已經(jīng)取得地層的原始流體,又能確定地層原始流體的成分,還能確定在高溫高壓下地層原始流體的核磁共振特性(包括縱向弛豫時(shí)間丁1,橫向弛豫時(shí)間,擴(kuò)散系數(shù)D及含氫指數(shù)

29、H等).2)隨鉆核磁共振測(cè)井技術(shù)將備受關(guān)注.該技26勘探地球物理進(jìn)展第25卷術(shù)是在鉆井過(guò)程中實(shí)現(xiàn)對(duì)地層的核磁共振測(cè)量,提供地層的孔隙度,束縛水孔隙體積以及T分布等信息,其應(yīng)用前途是不可估量的.如SperrySun已開(kāi)發(fā)的實(shí)驗(yàn)樣機(jī)MRwD可提供與源無(wú)關(guān)的孔,滲參數(shù),它的采集方式與電纜MRIL基本相似.采集的這些信息既可為電纜核磁共振測(cè)井提供目的層位,還可幫助地層測(cè)試確定取樣點(diǎn)的位置.3)當(dāng)前核磁共振測(cè)井自身存在的一些問(wèn)題,可能會(huì)成為新儀器研制和應(yīng)用研究的突破口.例如,MRIL與CMR的探測(cè)深度都仍然較淺,對(duì)于泥漿侵人比較深的輕質(zhì)油和氣層,NMR測(cè)井在評(píng)價(jià)含烴性時(shí)將遇到困難;再如,在碳酸鹽巖地層,

30、T2分布與孔徑分布及油氣賦存狀態(tài)的關(guān)系不像砂泥巖地層那么明確.這些都將給核磁共振測(cè)井的應(yīng)用帶來(lái)挑戰(zhàn).4)繼續(xù)從核磁共振測(cè)井技術(shù)中尋找測(cè)井新方法.例如,在磁場(chǎng)設(shè)計(jì)方面,實(shí)驗(yàn)室的磁共振成像(MRI)是在靜磁場(chǎng)的基礎(chǔ)上施加脈沖磁場(chǎng)梯度,以對(duì)成像物體進(jìn)行三維空間編碼.測(cè)井條件下如何建立和施加脈沖磁場(chǎng),或者使井周方向產(chǎn)生磁場(chǎng)梯度?如果能夠?qū)崿F(xiàn)并且解決信噪比問(wèn)題,這必將使地層徑向與井周外地層的三維成像成為可能,而這正是測(cè)井分析家,油藏工程師,地質(zhì)學(xué)家等夢(mèng)寐以求的.到時(shí),不僅油,氣,水可動(dòng)與不可動(dòng)及其空間定量分布能夠看得一清二楚,甚至連裂縫的開(kāi)度,走向及連通性都可盡收眼底.5)現(xiàn)有商用儀器可能采用與MRILP型儀器類(lèi)似的同縱向弛豫時(shí)間T無(wú)關(guān)的作業(yè)方式,同時(shí)快速提供總孔隙度,雙等待時(shí)間(t)與雙回波間隔(t),以此定性識(shí)別和定量評(píng)價(jià)油氣,或采用高頻(淺探測(cè))/低頻(深探測(cè))相結(jié)合的NMR測(cè)量模式,從而真正發(fā)揮NMR在油氣評(píng)價(jià)技術(shù)中的獨(dú)特優(yōu)勢(shì).6)大規(guī)模開(kāi)展核磁共振測(cè)井資料的解釋研究和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用.這包括與其他測(cè)井有效信息的結(jié)合,圍繞油氣藏靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的基本問(wèn)題(儲(chǔ)量,采收率,產(chǎn)能等)及其相應(yīng)基本參數(shù)(原始含油飽和度,剩余油飽和度,殘余油飽和度等),通過(guò)核磁共振測(cè)井多井分析與評(píng)價(jià),進(jìn)行油氣藏靜,