核磁共振技術摘要第1頁，課件共80頁，創作于2023年2月單自旋核在外磁場中的表現核磁矩在外磁場（由永久磁鐵產生）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：γ=4258Hz/Gauss，在500Gauss的外加磁場中，共振頻率f=2.13MHz不同的核具有不同的γ值，在同一磁場中具有不同的進動頻率，因此能夠將不同的磁性核區分開Larmor頻率f=γBoxzBoy第2頁，課件共80頁，創作于2023年2月在外磁場中，整個自旋系統被磁化，所有核磁矩沿靜磁場方向取向，在宏觀上將產生一個磁矩和，稱為宏觀磁化矢量M，方向與Bo平行。自旋系統在外磁場中的表現：

Ⅰ宏觀磁化矢量MBoyxzMBo平行100006反平行100000第3頁，課件共80頁，創作于2023年2月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，課件共80頁，創作于2023年2月宏觀磁化矢量宏觀磁化矢量M是測量區域內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它，使之產生共振信號并用線圈加以接收，以獲得有關的地層信息。第5頁，課件共80頁，創作于2023年2月NMR弛豫B1射頻脈沖施加前：自旋系統處于平衡狀態，M與Bo方向相同；射頻脈沖施加期間：M與Bo垂直,產生磁共振：核自旋系統吸收外界能量，由低能態躍升至高能態；射頻脈沖施加后：M朝Bo方向恢復，核自旋系統由非平衡時的高能態恢復到平衡時的低能態。核自旋系統由非平衡時的高能態恢復到平衡態的過程，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，課件共80頁，創作于2023年2月T1和T2弛豫時間縱向弛豫：過程中自旋系統內部能量發生變化，自旋與晶格或環境間進行能量交換，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：過程中自旋系統內部發生能量偶合，總能量不變，磁化矢量進動由有規律變為無規律，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）M∥tM⊥tT1弛豫T2弛豫第7頁，課件共80頁，創作于2023年2月T2弛豫時間測量：

CPMG脈沖法脈沖序列：(90o)X—τ—(180o)Y—τ—echo—τ—(180o)Y—τ—echo……τ2τ2τTE=2τ90O180O180ORF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，課件共80頁，創作于2023年2月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FSFSFSFS產生自旋-回波第9頁，課件共80頁，創作于2023年2月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；180o脈沖，記錄恢復中的自旋-回波信號等待氫核磁化矢量恢復原來的狀態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

孔隙結構和流體流動特性第10頁，課件共80頁，創作于2023年2月MRIL-C磁共振成像儀結構頻帶寬BO（r）BO（r）BO=169GaussG=17Gauss/cm16〃6〃地層磁鐵天線泥漿井壁敏感區井筒MRIL探頭敏感區柱殼厚1mm，彼此相隔1mm16〃24〃第11頁，課件共80頁，創作于2023年2月五、測量結果及提供的地質參數1、原始數據2、原始數據的反演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，課件共80頁，創作于2023年2月測井原始數據：自旋-回波串時間,微秒幅度第13頁，課件共80頁，創作于2023年2月NMR回波串的反演處理方法對現場采集的回波串信號采用多指數擬合:式中：Ai是與第i個T2時間相對應的組分信號幅度，已刻度成孔隙度單位；T2i的選取可任意，但一般有規律地選取，按T2i=2i+1的形式取值，即T2i=4ms，8ms，16ms，32ms，64ms，…通過反演，求出各個Ai的值，以T2i為橫坐標，以Ai為縱坐標，將各個T2i下的Ai連成折線，即得到所謂的T2分布譜。第14頁，課件共80頁，創作于2023年2月NMR測井提供的地質參數通過對自旋—回波串反演，得到下列參數：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的滲透率剖面CMR:SDR模型:K=C×(ФCMR)4(T2,MEAN,LOG)2MRIL:Coates模型:

K=（MPHI/C）4×(MBVM/BVI)2

第15頁，課件共80頁，創作于2023年2月典型T2分布第16頁，課件共80頁，創作于2023年2月T2分布的意義一般呈雙峰分布，短T2對應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對應的峰是由滲流大孔隙中的自由流體(可動流體)形成的。區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，灰巖為92ms。T2分布與壓汞資料對比，可得到與之相對應的孔隙大小（孔徑）分布。當孔隙中只有單相流體存在時，T2分布的形態反映巖石的孔隙大小（孔徑）分布，從而能反映儲集層的巖石物理特性。當孔隙中有多相流體存在時，T2分布的形態不僅反映巖石的孔隙大小（孔徑）分布，而且反映流體的類型和特性。當油、氣、水的弛豫性質差別較大時，根據T2分布的形態和展布情況，可定性地識別油、氣、水的存在。第17頁，課件共80頁，創作于2023年2月巖樣飽含水巖樣被離心甩干第18頁，課件共80頁，創作于2023年2月巖樣飽含水巖樣被離心甩干第19頁，課件共80頁，創作于2023年2月巖樣飽含水巖樣被離心甩干第20頁，課件共80頁，創作于2023年2月巖樣飽含水巖樣被離心甩干第21頁，課件共80頁，創作于2023年2月第22頁，課件共80頁，創作于2023年2月第23頁，課件共80頁，創作于2023年2月第24頁，課件共80頁，創作于2023年2月影響Ｔ2的主要因素WettabilityPoreSize&GeometryPoreMineralogyPoreFluidDiffusivityMagneticsPoreFluidViscosity第25頁，課件共80頁，創作于2023年2月三種弛豫機制1、巖石顆粒表面弛豫流體分子在孔隙內不停地運動和擴散，在每一個測量周期內，與巖石顆粒表面發生碰撞：Ⅰ氫核把能力傳給顆粒表面，對T1有貢獻；Ⅱ影響散相過程的恢復，對T2有貢獻。大多數巖石顆粒表面對T1和T2具有重要影響。孔隙大小(S/V)和表面弛豫能力(ρ1、ρ2)在表面弛豫過程中起重要作用。第26頁，課件共80頁，創作于2023年2月巖石顆粒表面弛豫第27頁，課件共80頁，創作于2023年2月孔徑大小與T2弛豫時間關系充水的孔隙小孔徑：衰減快大孔徑：衰減慢T2-1≌ρ（S/V）幅度時間第28頁，課件共80頁，創作于2023年2月T2分布形態與K的關系第29頁，課件共80頁，創作于2023年2月2、體積流體弛豫即使不存在于巖石孔隙內，在體積流體內也會發生弛豫。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，課件共80頁，創作于2023年2月T2與流體粘度的關系粘度（CP）T2,log(msec)第31頁，課件共80頁，創作于2023年2月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，課件共80頁，創作于2023年2月總弛豫過程對T2：

對T1：

三種弛豫機制第33頁，課件共80頁，創作于2023年2月六、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，課件共80頁，創作于2023年2月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φtMBVIMBVMφCMRBVIFFIMPHI第35頁，課件共80頁，創作于2023年2月MRIL測井資料處理方法第一步：NMR測井分析MRILPOST此程序將現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上,結合常規方法測得的資料（Rt、DEN、CNL等）做進一步的油水定量分析。第36頁，課件共80頁，創作于2023年2月NMR參數計算-MRILPOST孔隙度

即現場測量的T2回波衰減信號t=0時的幅度。束縛流體孔隙度可動流體孔隙度計算滲透率

C為巖心刻度系數，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，課件共80頁，創作于2023年2月回波串處理第38頁，課件共80頁，創作于2023年2月綜合流體分析MRAX2計算束縛水飽和度

Swb=(ΦT－ΦMRIL)/ΦT

雙水模型計算陽離子交換量Qv

Qv=Swb/α·VQ

VQ=0.3（320/(T(ok)+25)）α=(SAL/40)0.5

用Waxman－Smits模型計算SWT第39頁，課件共80頁，創作于2023年2月七、NMR的三種測量方式標準T2測井

提供儲層巖石物理學參數TR測井方式：差譜分析

直接找油和氣TE或T2D測井方式：移譜分析

直接找輕質油和氣，區分重油和水第40頁，課件共80頁，創作于2023年2月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恢復周期(s)=2×(TW+NE×TE)TE---回波串時間間隔Tw---等待時間第41頁，課件共80頁，創作于2023年2月TR方式：直接確定烴類型根據油、氣、水具有不同的弛豫響應特征，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，可反映出流體性質在核磁共振響應上的差異，以便加以識別和區分。短等待時間Tws：水信號可完全恢復，烴不能完全恢復。長等待時間TWL：水信號可完全恢復，烴也能完全恢復。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，課件共80頁，創作于2023年2月油、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，課件共80頁，創作于2023年2月油、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，課件共80頁，創作于2023年2月TW的選取原則TWL≥T1,gas3T1,water≤TWS≤T1,gas典型選取:TWS=1.5s,TWL=6.0s第45頁，課件共80頁，創作于2023年2月差譜分析原理示意圖氣油110100100010000T2（ms）水油氣TWlongTWshortDiffSpectraPOROSITYPOROSITYPOROSITYTWlongTWshort水第46頁，課件共80頁，創作于2023年2月第47頁，課件共80頁，創作于2023年2月第48頁，課件共80頁，創作于2023年2月TE測井方式：直接找油氣油氣水具有不同的擴散系數，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D，T2減小最厲害；輕質油有較大的D，T2減小明顯；水的D比氣和輕質油都小，T2減小程度小；重油有最小的擴散系數，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，將能夠區分油氣水。第49頁，課件共80頁，創作于2023年2月移譜分析找氣原理示意圖110100100010000T2（ms）POROSITYPOROSITY水油氣TESTELTESTEL水氣油水氣油TE---回波串時間間隔第50頁，課件共80頁，創作于2023年2月移譜分析區分重油和水

原理示意圖1101001000T2（ms）POROSITYPOROSITY水油氣TESTELTESTEL水油水油TE---回波串時間間隔第51頁，課件共80頁，創作于2023年2月TES→minTEL≥2ms典型選取:TES=1.2ms(min)TEL=2.4,3.6ms,4.8msTE的選取原則第52頁，課件共80頁，創作于2023年2月NMR測井資料的應用儲層參數計算復雜巖性油藏評價流體性質識別完井及鉆井方案的確定第53頁，課件共80頁，創作于2023年2月準確測量儲層孔隙度巖心分析孔隙度測井孔隙度第54頁，課件共80頁，創作于2023年2月準確估算滲透率巖心分析滲透率計算滲透率第55頁，課件共80頁，創作于2023年2月復雜巖性儲層飽和度評價——埕北302井第56頁，課件共80頁，創作于2023年2月商745井火成巖孔隙度估算第57頁，課件共80頁，創作于2023年2月稠油水淹油藏評價第58頁，課件共80頁，創作于2023年2月低阻儲層評價與下面的一層合試，日產油19噸，不含水。第59頁，課件共80頁，創作于2023年2月識別小差異電阻率儲層第60頁，課件共80頁，創作于2023年2月薄互層評價E、F、G三層合試，日產油8.4方，不含水。第61頁，課件共80頁，創作于2023年2月礫巖油藏評價第62頁，課件共80頁，創作于2023年2月低孔隙儲層溶孔和裂縫識別第63頁，課件共80頁，創作于2023年2月差譜識別油氣層第64頁，課件共80頁，創作于2023年2月差譜識別油水層第65頁，課件共80頁，創作于2023年2月移譜識別油層1805~1820.4試油初產120噸/日第66頁，課件共80頁，創作于2023年2月移譜識別水層1930.4～1932米測試:日產液55.6方,油5.6噸第67頁，課件共80頁，創作于2023年2月完井方案的確定-單143井第68頁，課件共80頁，創作于2023年2月鉆井決策的確定-王平1井AB第69頁，課件共80頁，創作于2023年2月結論為儲層評價提供更精確的地質參數，如孔隙度、滲透率、飽和度等。針對火成巖復雜巖性非均質儲層，也能獲取準確的地層孔隙度，劃分有效的滲透層和定性確定孔隙結構及儲層流體的流動能力。有效識別砂泥巖剖面的低電阻細砂巖儲層及薄互層的孔隙結構特征，束縛流體體積，區分水層和低阻油層。識別小差異電阻率儲層。第70頁，課件共80頁，創作于2023年2月九、推廣NMR測井應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測井所不具備的優點，信息量豐富，資料解釋方便直觀，應用潛力大。與常規測井結合進行綜合解釋，可改進對地層流體性質評價的可靠性。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、深度等測量環境對測量結果有一定的影響，因此有它的局限性，再有它也要求依賴巖心實驗室分析數據對它進行有效的刻度。根據近來對十幾口井資料的分析，建議在今后的推廣使用中應注意以下幾個問題：第71頁，課件共80頁，創作于2023年2月問題和建議1、目前使用的兩種核磁共振儀器CMR、MRIL，由于儀器的結構、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，課件共80頁，創作于2023年2月問題和建議2、在計算束縛流體體積和滲透率的模型中，影響其計算精度的主要參數一個是T2截止值和校正系數C，在沒有巖心數據的時候，可選用經驗數據值。這兩個參數在有條件的情況下最好由實驗數據來加以刻度。第73頁，課件共80頁，創作于2023年2月問題和建議3、核磁共振測井數據采集的信噪比是一個關鍵環節。正常要保證大于20。4、地層中的一些順磁物質（磁鐵礦、含鐵物質）會對核磁共振信號造成影響。另外砂泥薄互層、非均質性儲層也會對T2分布譜造成影響，影響判斷流體的性質。第74頁，課件共80頁，創作于2023年2月問題和建議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，在應用過程中要加以注意，避免上述的局限，同時注意發揮核磁共振的優勢，更好的為勘探和開發服務。第75頁，課件共80頁，創作于2023年2月十、NMR測井技術的發展趨勢1994年SPWLA在美新墨西哥州