核磁共振技術(shù)摘要

1、核磁共振技術(shù)摘要第1頁，共80頁，2022年，5月20日，23點2分，星期四單自旋核在外磁場中的表現(xiàn)核磁矩在外磁場（由永久磁鐵產(chǎn)生）中，受到力矩的作用，象傾倒的陀螺繞重力場進動一樣，繞外場方向進動。對氫核：=4258Hz/Gauss，在500Gauss的外加磁場中，共振頻率f=2.13 MHz不同的核具有不同的值，在同一磁場中具有不同的進動頻率，因此能夠?qū)⒉煌拇判院藚^(qū)分開Larmor 頻率 f= BoxzBoy第2頁，共80頁，2022年，5月20日，23點2分，星期四在外磁場中，整個自旋系統(tǒng)被磁化，所有核磁矩沿靜磁場方向取向，在宏觀上將產(chǎn)生一個磁矩和，稱為宏觀磁化矢量M，方向與Bo平行。自

2、旋系統(tǒng)在外磁場中的表現(xiàn)： 宏觀磁化矢量MBoyxzMBo平行100006反平行100000第3頁，共80頁，2022年，5月20日，23點2分，星期四沒有外磁場時施加外磁場時大量核磁矩由無序變有序排列第4頁，共80頁，2022年，5月20日，23點2分，星期四 宏觀磁化矢量 宏觀磁化矢量M是測量區(qū)域內(nèi)的磁性氫核磁矩被靜磁場Bo磁化所形成的，其方向與靜磁場Bo一致。M繞Bo以Larmor頻率進動。核磁共振測井的目的是：用相同頻率的射頻脈沖場激發(fā)它，使之產(chǎn)生共振信號并用線圈加以接收，以獲得有關(guān)的地層信息。第5頁，共80頁，2022年，5月20日，23點2分，星期四NMR弛豫B1射頻脈沖施加前：自旋

3、系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，M與 Bo方向相同；射頻脈沖施加期間：M與Bo垂直,產(chǎn)生磁共振：核自旋系統(tǒng)吸收外界能量，由低能態(tài)躍升至高能態(tài)；射頻脈沖施加后：M朝Bo方向恢復(fù)，核自旋系統(tǒng)由非平衡時的高能態(tài)恢復(fù)到平衡時的低能態(tài)。核自旋系統(tǒng)由非平衡時的高能態(tài)恢復(fù)到平衡態(tài)的過程，稱為弛豫。弛豫的快慢或速率用1/T1或1/T2表示。yxzMBo射頻脈沖場B1頻率=共振頻率第6頁，共80頁，2022年，5月20日，23點2分，星期四T1和T2弛豫時間縱向弛豫：過程中自旋系統(tǒng)內(nèi)部能量發(fā)生變化，自旋與晶格或環(huán)境間進行能量交換，把共振時吸收的能量釋放出來，又稱自旋-晶格弛豫。橫向弛豫：過程中自旋系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生能量偶合，總能量

4、不變，磁化矢量進動由有規(guī)律變?yōu)闊o規(guī)律，又稱自旋-自旋弛豫。磁共振弛豫過程：縱向弛豫（T1）和橫向弛豫（T2）MtMtT1弛豫T2弛豫第7頁，共80頁，2022年，5月20日，23點2分，星期四T2弛豫時間測量： CPMG脈沖法脈沖序列：(90o)X (180o)Y echo (180o)Y echo 22TE=290O180O180ORF信號第一個自旋回波第二個自旋回波T2衰減T2*衰減TE -回波串時間間隔第8頁，共80頁，2022年，5月20日，23點2分，星期四CPMG脈沖序列信號第一個自旋回波第二個自旋回波T2衰減T2*衰減90oRF脈沖90oRF脈沖180oRF脈沖F SFSFSFS

5、產(chǎn)生自旋-回波第9頁，共80頁，2022年，5月20日，23點2分，星期四NMR測量原理NS儀器中的永久磁鐵極化地層孔隙中的氫核施加CPMG脈沖串信號：90o脈沖，使磁化矢量反轉(zhuǎn)； 180o脈沖，記錄恢復(fù)中的自旋-回波信號等待氫核磁化矢量恢復(fù)原來的狀態(tài)最大信號幅度正比于充滿流體的孔隙度大小信號衰減時間 孔隙大小，流體特性 孔隙結(jié)構(gòu)和流體流動特性第10頁，共80頁，2022年，5月20日，23點2分，星期四MRIL-C磁共振成像儀結(jié)構(gòu)頻帶寬BO（r）BO（r）BO=169GaussG=17Gauss/cm166地層磁鐵天線泥漿井壁敏感區(qū)井筒MRIL探頭敏感區(qū)柱殼厚1mm，彼此相隔1mm1624第

6、11頁，共80頁，2022年，5月20日，23點2分，星期四五、測量結(jié)果及提供的地質(zhì)參數(shù)1、原始數(shù)據(jù)2、原始數(shù)據(jù)的反演3、T2分布的意義4、影響T2的因素-孔隙半徑、 流體粘度第12頁，共80頁，2022年，5月20日，23點2分，星期四測井原始數(shù)據(jù)：自旋-回波串時間,微秒幅度第13頁，共80頁，2022年，5月20日，23點2分，星期四NMR回波串的反演處理方法對現(xiàn)場采集的回波串信號采用多指數(shù)擬合:式中：Ai是與第i個T2時間相對應(yīng)的組分信號幅度，已刻度成孔隙度單位；T2i的選取可任意，但一般有規(guī)律地選取，按T2i=2i+1的形式取值，即 T2i=4 ms，8 ms，16 ms，32 ms，

7、64 ms，通過反演，求出各個Ai的值，以T2i為橫坐標(biāo)，以Ai為縱坐標(biāo)，將各個T2i下的Ai連成折線，即得到所謂的T2分布譜。第14頁，共80頁，2022年，5月20日，23點2分，星期四NMR測井提供的地質(zhì)參數(shù)通過對自旋回波串反演，得到下列參數(shù)：橫向弛豫時間T2分布地層有效孔隙度自由流體體積束縛流體體積連續(xù)的滲透率剖面CMR:SDR 模型: K=C (CMR)4(T2,MEAN,LOG)2MRIL:Coates 模型: K=（MPHI/C）4(MBVM / BVI)2 第15頁，共80頁，2022年，5月20日，23點2分，星期四典型T2分布第16頁，共80頁，2022年，5月20日，23

8、點2分，星期四T2分布的意義一般呈雙峰分布，短T2對應(yīng)的峰是由毛細管微孔隙中的束縛流體(不可動流體)形成的， 長T2對應(yīng)的峰是由滲流大孔隙中的自由流體(可動流體)形成的。區(qū)分自由流體和束縛流體的界限稱之為T2截止值。砂巖T2截止值為33ms，灰?guī)r為92ms。T2分布與壓汞資料對比，可得到與之相對應(yīng)的孔隙大?。讖剑┓植?。當(dāng)孔隙中只有單相流體存在時， T2分布的形態(tài)反映巖石的孔隙大?。讖剑┓植?，從而能反映儲集層的巖石物理特性。當(dāng)孔隙中有多相流體存在時， T2分布的形態(tài)不僅反映巖石的孔隙大?。讖剑┓植?，而且反映流體的類型和特性。當(dāng)油、氣、水的弛豫性質(zhì)差別較大時，根據(jù)T2分布的形態(tài)和展布情況，可

9、定性地識別油、氣、水的存在。第17頁，共80頁，2022年，5月20日，23點2分，星期四巖樣飽含水巖樣被離心甩干第18頁，共80頁，2022年，5月20日，23點2分，星期四巖樣飽含水巖樣被離心甩干第19頁，共80頁，2022年，5月20日，23點2分，星期四巖樣飽含水巖樣被離心甩干第20頁，共80頁，2022年，5月20日，23點2分，星期四巖樣飽含水巖樣被離心甩干第21頁，共80頁，2022年，5月20日，23點2分，星期四第22頁，共80頁，2022年，5月20日，23點2分，星期四第23頁，共80頁，2022年，5月20日，23點2分，星期四第24頁，共80頁，2022年，5月20日

10、，23點2分，星期四影響2的主要因素WettabilityPore Size & GeometryPore Mineralogy Pore Fluid Diffusivity MagneticsPore Fluid Viscosity第25頁，共80頁，2022年，5月20日，23點2分，星期四三種弛豫機制1、巖石顆粒表面弛豫流體分子在孔隙內(nèi)不停地運動和擴散，在每一個測量周期內(nèi)，與巖石顆粒表面發(fā)生碰撞： 氫核把能力傳給顆粒表面，對T1有貢獻； 影響散相過程的恢復(fù)，對 T2有貢獻。大多數(shù)巖石顆粒表面對T1和T2具有重要影響?？紫洞笮?S/V)和表面弛豫能力(1、2)在表面弛豫過程中起重要作用。第

11、26頁，共80頁，2022年，5月20日，23點2分，星期四巖石顆粒表面弛豫第27頁，共80頁，2022年，5月20日，23點2分，星期四孔徑大小與T2弛豫時間關(guān)系充水的孔隙小孔徑：衰減快大孔徑：衰減慢T2-1（S/V）幅度時 間第28頁，共80頁，2022年，5月20日，23點2分，星期四T2分布形態(tài)與K的關(guān)系第29頁，共80頁，2022年，5月20日，23點2分，星期四2、體積流體弛豫即使不存在于巖石孔隙內(nèi)，在體積流體內(nèi)也會發(fā)生弛豫。影響體積弛豫的因素有：流體粘度，溫度，是否含氣。三種弛豫機制第30頁，共80頁，2022年，5月20日，23點2分，星期四T2與流體粘度的關(guān)系粘度（CP）T2

12、,log(msec)第31頁，共80頁，2022年，5月20日，23點2分，星期四3、梯度場中分子擴散引起的弛豫 使CPMG回波間隔最小,并使磁場梯度較小,可把擴散對T2的影響減小。三種弛豫機制第32頁，共80頁，2022年，5月20日，23點2分，星期四總弛豫過程 對T2： 對T1： 三種弛豫機制第33頁，共80頁，2022年，5月20日，23點2分，星期四六、測井解釋模型1、NMR孔隙度解釋模型2、NMR資料處理方法3、綜合流體評價和飽和度計算模型第34頁，共80頁，2022年，5月20日，23點2分，星期四NMR孔隙度解釋模型骨 架干粘土粘土束縛水毛管束縛水自由流體tMBVIMBVMCM

13、RBVIFFIMPHI第35頁，共80頁，2022年，5月20日，23點2分，星期四MRIL測井資料處理方法 第一步：NMR測井分析 MRILPOST此程序?qū)F(xiàn)場采集的回波串進行反演得到T2分布，然后求出核磁共振孔隙度MPHI、束縛流體孔隙度MBVI、可動流體孔隙度MBVM及核磁共振滲透率MPERM。 第二步：綜合流體分析 MRAX2該程序是在第一步處理的基礎(chǔ)上,結(jié)合常規(guī)方法測得的資料（Rt、DEN、CNL等）做進一步的油水定量分析。第36頁，共80頁，2022年，5月20日，23點2分，星期四NMR參數(shù)計算-MRILPOST孔隙度 即現(xiàn)場測量的T2回波衰減信號t=0時的幅度。束縛流體孔隙度可

14、動流體孔隙度計算滲透率 C為巖心刻度系數(shù)，一般采用巖心刻度給出；在沒有巖心的情況下，取缺省值C=10。第37頁，共80頁，2022年，5月20日，23點2分，星期四回波串處理第38頁，共80頁，2022年，5月20日，23點2分，星期四綜合流體分析MRAX2計算束縛水飽和度 Swb=(TMRIL)/T 雙水模型計算陽離子交換量Qv Qv=Swb/VQ VQ=0.3（320/(T(ok)+25)） =(SAL/40)0.5 用WaxmanSmits模型計算SWT第39頁，共80頁，2022年，5月20日，23點2分，星期四七、NMR的三種測量方式標(biāo)準(zhǔn)T2測井 提供儲層巖石物理學(xué)參數(shù)TR測井方式：

15、差譜分析 直接找油和氣TE或T2D測井方式：移譜分析 直接找輕質(zhì)油和氣，區(qū)分重油和水第40頁，共80頁，2022年，5月20日，23點2分，星期四T2弛豫時間測量原理時間射頻B1場回波 MO縱向分量NE個回波TWTETRT1恢復(fù)周期(s)=2(TW+NETE)TE -回波串時間間隔Tw-等待時間第41頁，共80頁，2022年，5月20日，23點2分，星期四TR方式：直接確定烴類型根據(jù)油、氣、水具有不同的弛豫響應(yīng)特征，采用不同的等待時間TW（兩個脈沖序列之間的時間)進行測量，可反映出流體性質(zhì)在核磁共振響應(yīng)上的差異，以便加以識別和區(qū)分。短等待時間Tws：水信號可完全恢復(fù)，烴不能完全恢復(fù)。長等待時間

16、TWL：水信號可完全恢復(fù)，烴也能完全恢復(fù)。將兩種TW測得的T2譜相減(差譜)，可基本消除水的信號,突出烴信號，從而達到識別油、氣、水層的目的。第42頁，共80頁，2022年，5月20日，23點2分，星期四油、氣、水的弛豫時間墨西哥灣儲層油、氣、水的弛豫時間測量條件：儲層溫度93.33, 壓力31MPa 原油粘度0.2mPa.s, 鹽水礦化度120000mg/L 磁場梯度17Gauss/cm第43頁，共80頁，2022年，5月20日，23點2分，星期四油、氣、水的弛豫時間勝利油田儲層油、氣、水的弛豫時間(測量條件:原油粘度10mPa.s,溫度20,水礦化度3000mg/L)第44頁，共80頁，2

17、022年，5月20日，23點2分，星期四TW的選取原則TWLT1,gas3T1,waterTWS T1,gas典型選取:TWS=1.5s, TWL=6.0s第45頁，共80頁，2022年，5月20日，23點2分，星期四差譜分析原理示意圖氣油1 10 100 1000 10000 T2 （ms） 水 油 氣 TWlongTWshortDiff SpectraPOROSITYPOROSITYPOROSITYTWlongTWshort水第46頁，共80頁，2022年，5月20日，23點2分，星期四第47頁，共80頁，2022年，5月20日，23點2分，星期四第48頁，共80頁，2022年，5月20日

18、，23點2分，星期四TE測井方式：直接找油氣油氣水具有不同的擴散系數(shù)，在梯度磁場中對T2時間及其分布有不同程度的影響：增加回波間隔TE，將導(dǎo)致T2減小，T2分布將向減小的方向移動：氣有最大的擴散系數(shù)D， T2減小最厲害；輕質(zhì)油有較大的D， T2減小明顯；水的D比氣和輕質(zhì)油都小， T2減小程度?。恢赜陀凶钚〉臄U散系數(shù)， T2減小最小。若采用長、短兩種TE測井，對比其T2分布減小的程度，即進行所謂的移譜分析，將能夠區(qū)分油氣水。第49頁，共80頁，2022年，5月20日，23點2分，星期四移譜分析找氣原理示意圖1 10 100 1000 10000 T2 （ms）POROSITYPOROSITY 水

19、 油 氣 TESTELTESTEL水氣油水氣油TE -回波串時間間隔第50頁，共80頁，2022年，5月20日，23點2分，星期四移譜分析區(qū)分重油和水原理示意圖1 10 100 1000 T2 （ms）POROSITYPOROSITY 水 油 氣 TESTELTESTEL水油水油TE -回波串時間間隔第51頁，共80頁，2022年，5月20日，23點2分，星期四TESminTEL2ms典型選取:TES=1.2ms(min)TEL=2.4,3.6ms,4.8msTE的選取原則第52頁，共80頁，2022年，5月20日，23點2分，星期四NMR測井資料的應(yīng)用儲層參數(shù)計算復(fù)雜巖性油藏評價流體性質(zhì)識別

20、完井及鉆井方案的確定第53頁，共80頁，2022年，5月20日，23點2分，星期四準(zhǔn)確測量儲層孔隙度巖心分析孔隙度測井孔隙度第54頁，共80頁，2022年，5月20日，23點2分，星期四準(zhǔn)確估算滲透率巖心分析滲透率計算滲透率第55頁，共80頁，2022年，5月20日，23點2分，星期四復(fù)雜巖性儲層飽和度評價埕北302井第56頁，共80頁，2022年，5月20日，23點2分，星期四商745井火成巖孔隙度估算第57頁，共80頁，2022年，5月20日，23點2分，星期四稠油水淹油藏評價第58頁，共80頁，2022年，5月20日，23點2分，星期四低阻儲層評價與下面的一層合試，日產(chǎn)油19噸，不含水。

21、第59頁，共80頁，2022年，5月20日，23點2分，星期四識別小差異電阻率儲層第60頁，共80頁，2022年，5月20日，23點2分，星期四薄互層評價E、F、G三層合試，日產(chǎn)油8.4方，不含水。第61頁，共80頁，2022年，5月20日，23點2分，星期四礫巖油藏評價第62頁，共80頁，2022年，5月20日，23點2分，星期四低孔隙儲層溶孔和裂縫識別第63頁，共80頁，2022年，5月20日，23點2分，星期四差譜識別油氣層第64頁，共80頁，2022年，5月20日，23點2分，星期四差譜識別油水層第65頁，共80頁，2022年，5月20日，23點2分，星期四移譜識別油層18051820

22、.4試油初產(chǎn)120噸/日第66頁，共80頁，2022年，5月20日，23點2分，星期四移譜識別水層1930.4 1932米測試:日產(chǎn)液55.6方,油5.6噸第67頁，共80頁，2022年，5月20日，23點2分，星期四完井方案的確定-單143井第68頁，共80頁，2022年，5月20日，23點2分，星期四鉆井決策的確定-王平1井AB第69頁，共80頁，2022年，5月20日，23點2分，星期四結(jié)論為儲層評價提供更精確的地質(zhì)參數(shù)，如孔隙度、滲透率、飽和度等。針對火成巖復(fù)雜巖性非均質(zhì)儲層，也能獲取準(zhǔn)確的地層孔隙度，劃分有效的滲透層和定性確定孔隙結(jié)構(gòu)及儲層流體的流動能力。有效識別砂泥巖剖面的低電阻細

23、砂巖儲層及薄互層的孔隙結(jié)構(gòu)特征，束縛流體體積，區(qū)分水層和低阻油層。識別小差異電阻率儲層。第70頁，共80頁，2022年，5月20日，23點2分，星期四九、推廣NMR測井應(yīng)注意的問題和建議實例表明核磁共振共振測井具有一些常規(guī)測井所不具備的優(yōu)點，信息量豐富，資料解釋方便直觀，應(yīng)用潛力大。與常規(guī)測井結(jié)合進行綜合解釋，可改進對地層流體性質(zhì)評價的可靠性。但核磁共振測井畢竟是一種單項相方法，并且井眼條件、巖性、深度等測量環(huán)境對測量結(jié)果有一定的影響，因此有它的局限性，再有它也要求依賴巖心實驗室分析數(shù)據(jù)對它進行有效的刻度。根據(jù)近來對十幾口井資料的分析，建議在今后的推廣使用中應(yīng)注意以下幾個問題：第71頁，共80

24、頁，2022年，5月20日，23點2分，星期四問題和建議1、目前使用的兩種核磁共振儀器CMR、MRIL，由于儀器的結(jié)構(gòu)、測井的方式和在地下所建立的人工磁場的差異，所以對測井的井筒條件要求也不同。CMR儀是貼井壁測量，受井眼、侵入的影響非常敏感，在使用差譜、移譜觀測方式測量效果方面不如MRIL儀好。MRIL是居中測量，探測深度是CMR十幾倍。但它的探測半徑受溫度的影響，通常溫度增高，造成磁場強度（磁場梯度）減弱，相應(yīng)的使探測半徑減小。建議在進行核磁共振測井時，保障正常的井眼，最大井眼尺寸不超過10英寸。第72頁，共80頁，2022年，5月20日，23點2分，星期四問題和建議2、在計算束縛流體體積

25、和滲透率的模型中，影響其計算精度的主要參數(shù)一個是T2截止值和校正系數(shù)C，在沒有巖心數(shù)據(jù)的時候，可選用經(jīng)驗數(shù)據(jù)值。這兩個參數(shù)在有條件的情況下最好由實驗數(shù)據(jù)來加以刻度。第73頁，共80頁，2022年，5月20日，23點2分，星期四問題和建議3、核磁共振測井?dāng)?shù)據(jù)采集的信噪比是一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。正常要保證大于20。4、地層中的一些順磁物質(zhì)（磁鐵礦、含鐵物質(zhì)）會對核磁共振信號造成影響。另外砂泥薄互層、非均質(zhì)性儲層也會對T2分布譜造成影響，影響判斷流體的性質(zhì)。第74頁，共80頁，2022年，5月20日，23點2分，星期四問題和建議5、差譜、移譜測井方式在深層、低孔、低滲的儲層應(yīng)用效果不如在中、淺層、中孔、中滲的砂巖效果好。鑒于上述一些客觀因素，在應(yīng)用過程中要加以注意，避免上述的局限，同時注意發(fā)揮核磁共振的優(yōu)勢，更好的為勘探和開發(fā)服務(wù)。第75頁，共80