（地质工程专业论文）核磁共振测井资料解释方法研究.pdf

c a n d i d a t e ：w a n gf e n g m e i s u p e r v i s o r ：p r o f s u nj i a n m e n g 关于学位论文的独创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得的 成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以标注和致谢外， 本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得中国石油 大学( 华东) 或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对研究所做的任何贡献均已在论文中作出了明确的说明。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文作者签名：至旦丝 日期：叫。年6 月7 e t 学位论文使用授权书 本人完全同意中国石油大学( 华东) 有权使用本学位论文( 包括但不限于其印 刷版和电子版) ，使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定向国家有关部门 ( 机构) 送交学位论文，以学术交流为目的赠送和交换学位论文，允许学位论文被 查阅、借阅和复印，将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，采用 影印、缩印或其他复制手段保存学位论文。 保密学位论文在解密后的使用授权同上。 学位论文作者签名： 至垒鱼 日期：劫l 口年b 月- 7e t 指剥币签名：芬红啦 日期讲年6 月7 日 摘要 核磁共振测井仪m r i lp r i m e r 采用c p m g 脉冲系列测量自旋回波衰减，使用多种 频率工作，测量的原始信号是多组回波列的幅度信息、初始相位角信息及相关信息。早 期我们根据井场提供的回波信号曲线直接反演t 2 分布以及开展后续的应用。在应用中 我们发现回波信号的信噪比通常很高，深度间距小、采样率高，认为核磁共振测井的曲 线分辨率是比较高的。随后发现，在泥岩段常常也有可动流体孔隙度出现，层界面显示 不清楚，说明回波信号曲线的分辨率并不是与采样率相关的。经研究发现：为了提高信 噪比，井场所提供的回波信号曲线过分地采用了叠加技术。 目前，m r i lp r i m e r 是国内引进最多，测井最多，测井效果比较好的核磁共振测井 仪。国内还未见到成熟的m r i lp r i m e r 测井资料处理软件，主要使用哈里伯顿d p p 软 件进行资料处理与解释。相关文献仅仅介绍了资料的处理流程与资料处理情况1 ，但核 磁测井原始数据的记录方式、数据组织结构不清楚，如何改善回波信号曲线的分辨率， 如何准确地从初始测量信息中提取回波信号曲线的相关关键技术未见介绍。 笔者通过对m r i lp r i m e r 测井数据解剖分析与与核磁测井数据处理方法的深入研 究，弄清了该测井仪的测量方式，原始测量信息与数据记录方式，提出了从时间域原始 测量信号数据处理到深度域回波信号曲线的一系列关键技术与7 个步骤，编制了处理软 件，进行了资料处理与d p p 处理结果的对比。 关键词：核磁共振测井，回波信号，叠加技术，分辨率 u e n c e s ，i t w o r k sw i t hv a r i o u sf r e q u e n c i e s t h eo r i g i n a ls i g n a l so fm e a s u r i n ga r et h ea m p l i t u d eo fs e v e r a l e c h os e q u e n c e s 、t h ei n i t i a lp h a s ea n g l ei n f o r m a t i o na n dr e l a t e di n f o r m a t i o n e a r l yw ei n v e r t t 2d i s t r i b u t i o nd i r e c t l ya n dd e v e l o pf o l l o w i n ga p p l i c a t i o na c c o r d i n gt oe c h os i g n a lc u r v e s p r o v i d e db yt h ew e l ls i t e i nt h ea p p l i c a t i o nw ef i n dt h es i g n a l t o n o i s er a t i oo fe c h os i g n a li s o f t e nv e r yh i g h ，t h es p a c eo fd e p t hi ss m a l l ，a n dt h es a m p l i n gr a t ei sh i g ha n dw et h i n kt h a t t h ec h iv er e s o l u t i o no fn m r l o g g i n gi sr e l a t i v e l yh i g h s u b s e q u e n t l yw ef i n dt h e r eo f t e n o c c u rm o v a b l ef l u i dp o r o s i t yi nt h em u d s t o n e ，l a y e ri n t e r f a c ed i s p l a yi sn o tc l e a r , w h i c h p r e s e n t st h a tt h er e s o l u t i o no fe c h oc u r v e i sn o ta s s o c i a t e dw i t l lt h es a m p l i n gr a t e w ef i n d t h r o u g hr e s e a r c h ：i no r d e rt oi m p r o v es i g n a lt on o i s er a t i o ，t h ee c h os i g n a lc u r v ep r o v i d e db y w e l la r e a si so v e r - u s eo ft h es u p e r i m p o s i n gt e c h n i q u e c u r r e n t l y , m 刚l p r i m e ri san m rl o g g i n gt o o lw h i c hi si n t r o d u c e dt h em o s ti no u r c o u n t r y , l o g st h em o s ta n dh a sab e t t e rl o g g i n gr e s u l t s c h i n ah a sn o ts e e nm a t u r e m 刚l _ p r i m e rl o g g i n gd a t ap r o c e s s i n gs o f t w a r e ；w em a i n l yu s et h eh a l l i b u r t o nd p p s o f t w a r e f o rd a t ap r o c e s s i n ga n di n t e r p r e t a t i o n r e l a t e dd o c u m e n t so n l yd e s c r i b et h ec o u r s ea n d s i t u a t i o no fd a t ap r o c e s s i n g ，b u tt h er e c o r d i n gw a yo ft h eo r i g i n a ld a t ao fn u c l e a rm a g n e t i c l o g g i n ga n dt h ed a t as t r u c t u r ea r en o tc l e a r t h e r ei sn od e s c r i p t i o na b o u tr e l a t e dk e y t e c h n o l o g i e sr e f e r r i n gh o w t oi m p r o v et h er e s o l u t i o no fe c h os i g n a lc u r v ea sw e l la sh o wt o a c c u r a t e l y e x t r a c ti n f o r m a t i o nf r o mt h ei n i t i a lm e a s u r i n ge c h os i g n a lc u r v e s t r o u g h a n a t o m i z i n gt h el o g g i n gd a t aa n dd e e ps t u d y i n gt h ep r o c e s s i n gm e t h o do fn m rd a t a , t h e a u t h o ri d e n t i f i e st h em e a s u r i n gm e t h o d s ，t h eo r i g i n a ls u r v e yi n f o r m a t i o na n dd a t ar e c o r d i n g w a y so ft h el o g g i n gt o o l ，p r e s e n t sas e r i e so fk e yt e c h n o l o g i e sa n ds e v e ns t e p sf r o mo r i g i n a l m e a s u r i n gs i g n a ld a t ap r o c e s s i n gi nt i m ed o m a i nt oe c h o e ss i g n a lc u r v ei nd e p t hd o m a i n ， d e v e l o p sp r o c e s s i n gs o f t w a r ea n dm a k e sc o m p a r i s o nb e t w e e nt h er e s u l t so fd a t ap r o c e s s i n g a n dd p p p r o c e s s i n g k e yw o r d s ：n m rl o g g i n g ，e c h os i g n a l ，s u p e r i m p o s i n g ，t e c h n i q u e ，r e s o l u t i o n 3 3 4 2 1m r i lp r i m e r 测井信息5 2 1 1 观测模式5 第四章储层参数解释与油气识别方法 4 1 确定孔隙度1 4 4 2 估算渗透率1 4 4 2 1 s d r 模型1 5 4 2 2 t i m u r c o a t e s 模型端，1 5 4 3 定性识别天然气1 6 4 3 1 核磁共振测井识别天然气的原理1 6 4 3 2 位移谱1 6 4 3 3t 2 对数平均曲线一1 6 4 3 4 回波比曲线一1 7 4 4 定性识别油水层1 7 4 4 1 油对岩样亿分布影响l7 4 4 2 时域分析识别油水层。：j 18 4 4 3 差分谱识别油气水18 4 4 4 增强扩散识别油水屡1 9 第五章定量评价含烃饱和度 2 0 5 1 由烃与水的t 1 存在差异确定含烃饱和度2 0 5 2 由烃与水的t 2 存在差异确定含烃饱和度2 0 5 3 由双t e 测井来确定含烃饱和度2 1 5 4 实际资料处理与对比2 2 5 4 1d p p 与m r p p s 处理技术与过程对比2 2 5 4 2 两种软件处理实际井对比2 2 5 4 3 实例1 并2 3 5 4 4 实例2 井。3 0 5 4 5 实例3 井3 3 5 4 6 实例4 井一3 8 5 4 7 实例5 井一4 3 5 5 小结4 8 结论 参考文献 5 0 5 2 攻读硕士学位期间取得的学术成果5 4 i 没谢5 5 i 蓄 工程硕士学位论文 1 1 选题的科学依据及意义 j - - 一 日i j 吾 核磁共振测井仪m r i lp r i m e r ，简称p 型仪器，采用的是c p m g 脉冲系列进行自 旋回波衰减测量，它使用多种频率工作，原始信号由多组回波列的初始相位角信息、幅 度信息及相关信息组成。首先将这些信息转换成正交的两个信道的自旋回波，接着将这 两个信道的自旋回波叠加滤波处理，估算信号相位并计算出包含自旋回波幅度并含有噪 音的回波信号曲线和只含有噪音的噪音曲线。回波信号曲线可用来反演t 2 分布，噪音 曲线可用来估算噪音的均方差和标准方差。采用地区经验的t 2 截止值或结合岩样室内 n m r 测量t 2 截止值来确定毛管束缚水饱和度、束缚水体积、可动流体体积等储层参 数，并建立地区渗透率的经验模型。当然也可以根据回波信号曲线或t 2 分布定性或定 量评价含烃饱和度【l l 。 早期时候根据井场提供的回波信号，我们直接采用多指数拟合反演t 2 分布，并开 展了后续应用。通过应用，我们了解到回波信号的信噪比通常比较高，采样率也高，深 度间距很小，所以我们认为核磁共振测并的曲线分辨率是比较高的。后来我们又了解到 泥岩段往往也有可动流体空隙度出现，但是它的层界面常常显示不很清楚，这充分说明 了回波信号曲线的分辨率并不与采样率是相关的。通过一系列研究我们发现：井场为了 提高信噪比，所提供的回波信号曲线过分地使用了叠加技术。 目前，我国引进最多、测井最多、测井效果比较好的核磁共振测井仪是 m r i lp r i m e r 。但是国内还没有比较成熟的m r i lp r i m e r 测井资料处理软件，大家现在 应用最多的主要是哈里伯顿d p p 软件，来进行资料处理与解释。对于这款软件，还没 有资料对其进行比较详细的介绍，相关文献仅仅对资料的处理流程及处理情况进行了简 单的介绍【2 1 ，但核磁测井的原始数据的记录格式、数据结构的组织并不清楚，关于怎样 提高回波信号曲线的分辨率，怎样从初始的信息中准确地提取出回波信号曲线的一些关 键技术并没有进行介绍l l j 。 本文的研究目的是为寻求一种更合适的核磁测井资料解释处理方法，以便利用核磁 共振测井资料判断流体性质，进行流体识别，既与国外软件具有一致性，同时在理论和 实用上又具有一定的先进性，提高判别符合率。 第一章前言 1 2 国内外研究现状 核磁共振测井是2 0 世纪9 0 年代世界测井工业的重大技术进步之一。随着使用永久 磁体和脉冲射频场方法的n m r 测井仪器的发展，n m r 测井技术在世界范围内得到飞 速发展，其技术也越来越成熟，测井资料应用范围越来越广，由此为地层评价和岩芯分 析打开了一个新的视野。自推出以后，在短短的几年时间内就得到比较广泛地应用，成 为复杂油气藏评价的重要方法之一。其独特的优势使之备受关注，新的需求不断涌现， 促使研究和开发者不断对其进行改善和提高。 国外r l k l e i n b e r g ( 1 9 9 7 ) 等对油藏流体的核磁共振弛豫特征包括含氢指数( h i ) 、 弛豫时间t 1 ，t 2 以及扩散系数d 等进行了研究，并对油藏岩石的t 1 弛豫时间和t 2 弛豫时间之间的相互关系以及各自的应用进行了分析讨论【3 】。j a m i n d 等( 1 9 9 8 ) 对核 磁共振测井油、水分辨问题进行了研究，认为向地层内注入弛像试剂可以有效缩短水相 的弛豫时间，从而可实现地层油、水信号分辨 4 1 。y a k o vv ( 1 9 9 9 ) 等给出了从核磁共振测 井数据中计算可动流体百分数的新方法f 5 j 。r a m u k r i s h n a n ( 1 9 9 9 ) 等对从核磁共振测井数 据中获取地层孔径分布和毛管压力曲线问题进行了研究 6 1 。m a l t u n b a y 等( 2 0 0 1 ) 将核 磁共振测井获得的地层孔隙度与常规测井孔隙度及岩心分析孔隙度进行了比较，认为核 磁共振测井不但可以获得地层有效孔隙度而且还可以获得地层总孔隙度 7 1 。j u a nc a r l o s g l o r i o s o 等( 2 0 0 1 ) 给出了核磁共振测井最佳参数选择方法，另外还对扩散弛豫作用进 行了研究，认为在核磁共振测井中有效利用扩散作用可测定地层油相饱和度【8 】。总之， 国外在核磁共振测井方面的文献很多，国外学者的研究成果对我国油气田现场核磁共振 测井和本项研究工作有重要的参考作用。 我国测井界从七十年代末开始关注核磁共振测井的发展。1 9 9 6 年，我国成功地进 行了首例现场核磁共振测井，同时室内基础实验研究工作也相继开展。肖立志教授著有 核磁共振成像测井与岩石核磁共振及其应用一书，比较系统、全面地介绍了核磁共 振测井原理、仪器及国内外现场应用效果等【9 】。肖立志对我国核磁共振应用中的若干重 要问题进行了探讨【1 0 1 。张超谟等在基于核磁共振t 2 谱分布的储层岩石孔隙分形结构方 面做了研究l 。谢然红，肖立志等研究了识别储层流体的( t 2 ，t 1 ) 二维核磁共振方 法【1 2 】。马建海，孙建孟等在基于迭代t i k h o n o v 正则化的核磁测井解谱方法方面做了大 量研究【1 3 1 。其后，还有很多教授、学者和科研小组针对国内油气田的实际情况，开展了 大量的应用基础研究工作。在现场应用中对许多常规测井无法解决的问题提供了新的思 2 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 路与方法，取得了一定的效益。 1 3 研究内容及方法 1 3 1 研究内容 1 ) p 型与c 型核磁测井数据转换研究。 2 ) 核磁测井原始信号数据转换、相位校正、叠加滤波方法研究。 3 ) 时深转换研究。 4 ) t 2 谱反演方法研究。 5 ) 核磁测井参数解释研究。 6 ) 流体性质判别方法研究。 1 3 2 研究方法 1 ) 认真解剖哈里伯顿核磁处理软件与方法。 2 ) 核磁测井方式分析，搞清p 型【1 4 1 及c 型核磁【1 5 】数据保存格式。p 型核磁有九种 频率工作，组合起来多达上百种测井方式。每种测井方式所存取的数据方式不一样，因 而需要实际分析核磁测井采用哪一种方式工作，再根据相应的工作方式从原始测井记录 数据中分离出相应的核磁测量数据，作为下步处理之用。 3 ) 核磁测量信号预处理方法研究。核磁共振测井记录的是两个信号道的自旋回波 串，测量得到的这两道曲线要经过滤波处理，然后估算信号相位并计算得到一条有自旋 回波幅度和噪音的自旋回波曲线和一条只含有噪声的噪声信号曲线。我们得到的信号道 曲线用来进行多指数拟合反演t 2 谱，而噪声道曲线则用来分析测井的质量。在得 到信号道曲线之前，还要依次进行核磁测井数据相位校正、平滑叠加和滤波处理等操作。 4 ) 时深转换研究。p 型核磁测井是以时间为索引而不是以实际测井深度记录井下 的测量信号的，因而需要将时间索引信息转换为实际的测井深度。 5 ) t 2 谱反演方法研究。经过前面处理后的核磁信号是一条孔隙度衰减线，这条衰 减线不能直观地反映地层的孔隙结构情况，因而需要采用谱分析方法，将这条衰减线反 演成各种t 2 驰豫时间以及所对应的孔隙度大小，即反演出t 2 分布。由于所建立的初 始反演方程是病态的，而且又带有约束，反演t 2 谱的好坏又会关系到以后的核磁孔隙 度、可动孔隙度、渗透率等参数的准确性，因而需开展t 2 谱反演方法研究。 6 ) 在t 2 谱反演基础确定核磁孔隙度储层参数研究。建立核磁孔隙度、渗透率解释 3 第一章前言 模型，根据t 2 分布确定核磁总隙度、核磁有效孔隙度、粘土束缚流体孔隙度，毛管束 缚流体孔隙度，束缚流体饱和度，渗透率等储层参数。 7 ) 利用核磁测井资料进行油气水识别研究，如t d a 、差分谱【1 7 1 ，位移谱等方法研 究。 1 4 论文的主要成果 本论文主要取得了以下几方面的成果： 1 ) 核磁共振测井软件系统微机化与处理流程简单化。m r p p s 软件系统具有自动测 井模式判别、数据文件不用拆分，时深转换更为合理，灵活的分段处理参数设置，m r p p s 软件系统更易掌握与资料处理。 2 ) 高速度低信噪比的t 2 反演算法与拼接方法。反演具有多种布点方式选择、高分 辨处理选择、低信噪比的t 2 谱反演，以及改进的多种t 2 分布拼接方法，使处理的t 2 分布更为合理。同时可以进行多组回波反演，处理速度更快。 3 ) 多种手段的油气水识别方法。提出并重点发展了根据烃与水的t l 差异确定含烃 饱和度、根据烃与水的t 2 差异确定含烃饱和度、根据双t e 测井确定含烃饱和度，以 及截止法定量评价含油气饱和度技术。改进了t d a 与d i f a n 的不足之处，在油气评价 方面，处理效果较好。 4 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 第二章核磁共振测并资料预处理 2 1m r i lp r i m e r 测井信息 2 1 1 观测模式 m r i l p r i m e 核磁共振测井仪器使用了九个工作频率，从低频( 离探头较远) 到高频 ( 离探头较近) 分成五个频带，其中心频率依次为5 9 0 、6 2 0 、6 5 0 、6 8 0 、7 6 0 k h z 。前四个 频带分别包含两种频率，第五个频带则只包含一种频率，可以同时发射和接收p r 、a 、 b 、d 、e 五组回波信号，能够极大的提高测速和信噪比。中心频率为7 6 0 k h z 的只是用 作粘土束缚水的测量，用来确定孔隙度。 根据核磁共振测井仪m r i l p r i m e 的9 个频率的实际使用情况，另外采用不同的 t w 和不同的t e ，m r i l p r i m e 核磁共振测井仪有1 0 0 多种观测模式，可以将它们归纳 成四大类观测模式以及五组回波信号测量( 如表2 1 ) 。 表2 - 1 m r i l p r i m e r 测量的回波信号与观测模式 观测模式主要测量信息用途说明 单t w 单a 组主要用于储层参数评价 t e p r 组 双t w 单a 组：长t w a 、b 组回波间隔相同，极化时间不同。 t e b 组：短t w可以应用油气识别。 p r 组 单t 、w 双a 组：短t ea 、b 组极化时间相同，回波间隔不同， t e b 组：长t e可以应用油气识别。 p r 组 双t w 双a 组：短t e ，长t wa 、b 组可组成双极化时间测井 t e b 组：短t e ，短t wa 、d 组可组成双同波间隔不同。 d 组：长t e ，长t w可以应用油气识别。 e 组：长t e ，短t w p r 组 2 2 预处理步骤 核磁共振测井仪m r i l p r i m e 要通过七个关键步骤【l s 】，才能由原始测量信号经过 处理得到回波信号，这七个关键步骤如下： 1 ) 两道正交回波信号的确定； 2 ) 相位角的计算； 3 ) 旋转前的叠加； 5 第二章核磁共振测井资料预处理 4 ) 旋转处理； 5 ) 旋转后的叠加； 6 ) 时间域的差分； 7 ) 各组回波的拆分、时深的转换和等间距深度的采样。 2 2 1 正交回波信号的确定 通过核磁共振测井测量得到的原始回波串幅度r a m p 与和其对应的初始相位角 r p h a 曲线，经过处理能得到两道正交的回波信号e x 和e y ： 2 2 2 相位角的计算 通过上面的公式得到e x 与e y 两道正交信号，在采用如下的公式可以计算出回波 串的幅度e a m p ： 但是考虑到核磁信号一般采用天线测量，不可避免的受到噪音的影响，它的值可能 出现正值，也可能出现负值，必须首先计算出正交相位角，再根据计算出的相位角进行 旋转处理方能得到正确的回波串信号值。 当然由于考虑到相位角计算中的稳定性和准确性，以进一步提高，我们可以首先在 深度上通过信号的叠加，然后再计算出相位角。如下： n卅 现( f ) 缈= t a n 一导等一 i = 2 k = l 刚) ( 2 1 ) 2 _ lj 其中，k 是深度序号，m 是叠加的深度样点数。 2 2 3 旋转前的叠加 m r i l 核磁共振测井仪采用的是强磁场，当天线中通过振荡电流，会对地层施加一 个交变磁场，而同时天线又是核磁共振测井的测量线圈，天线测量的是回波串信号，当 采集到信号时，天线必然存在电磁感应现象，使测量的回波串信号的前1 - - 2 个信号可 能存在交变磁场的残余信号，称为环效应。环的幅度通常很高，超过了第1 个回波信号。 致力于消除环效应，核磁共振测井的信号测量就采用了旋转前叠加相对技术。 对于p 型核磁共振测井来说，应该首先进行同组同频带的信号叠加，然后通过9 0 。 脉冲测量信号初始相位的处理，此后再进行叠加处理。另外，为了进一步提高信噪比， 也可以扩大回波信号串的叠加点数，只是这样会降低纵向分辨率。 6 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 2 2 4 旋转处理 为了得到回波信号道曲线与噪音道曲线，可以通过正交相位角的旋转处理。可以得 到两条曲线，其中，e c h o 是既包含噪声又包含信号道的曲线，而n o i s e 却只包含有噪 声。e c h o 可以用来进行多指数拟合反演出砣谱的分布，从而进行基于t 2 谱的相关应 用。n o i s e 则被用来估计噪声的标准方差和均方差，以反映出核磁共振测井测量的质量 问题。 2 2 5 旋转后的叠加 同组同频带的信号经过叠加以后，可经过上面介绍过的旋转处理得到各组各频带的 信号道e c h o 曲线与噪声道n o i s e 曲线。由于采用不同的观测模式的原因，使得各个频 带上可能会出现相同的组的回波信号。由于核磁共振测井仪所采用的频率直接决定了它 的探测区域，频带不同探测区域也是不同的，它的探测直接约为1 6 英寸。基于此，为 了克服不同探测区域测量存在的不一致误差，以及进一步提高测量的信噪比，还要进行 同组不同频带的信号道与噪声道的组合叠加处理，也就是旋转后的叠加处理。 2 2 6 时间域的差分 对于核磁共振测井中使用到的双t w 测井模式测井，需要进行的主要是时间域 的差分，即在深度转换前，对自旋回波串进行差分。这样做的目的是避免在深度域处理 时，由于两道信号的深度不匹配，从而带来一定的误差。 具体处理解释流程是对于双t w 测井采集模式采集的两个自旋回波串，经过估算储 层条件下的烃特征值，然后将回波串作差，接着搜索储层条件下气和油的t 2 和油的t 1 值，再计算视油的孔隙度和视气的孔隙度，最后计算出校正后的油，气，水的孔隙度以 及含水饱和度【2 0 l 。 2 2 7 各组回波的拆分、时深转换与等间距深度的采样 前面所进行的信号道曲线的处理都被放在e c h o s 中。一般将e c h o s 曲线拆为 e c h o a 、e c h o b 、e c h o p 、e c h o d 、e c h o e 、e c h o d i f 等几组回波曲线，可以很 大程度上简化后面的处理，也可以根据g r p 曲线进行定位。而对于各组回波信号曲线 不采用插值的方法，而应该去使用邻近原则，以防止插值法引起回波信号的改变。 各组曲线的记录点的深度记录在t d e p 曲线中，因为要叠加，需要重新计算出叠加 点的中心深度，当做各组回波信号的深度，需要结合叠加的次数与位置来计算。 7 第三章t 2 分布反演与拼接 第三章t 2 分布反演与拼接 经过预处理得到的回波信号，显然不能直接反映地质参数，需要进行反演处理得到 t 2 分布，结合岩样室内n m r 测量t 2 截止值或采用地区经验t 2 截止值或相关解释模 型可以计算束缚水体积、可动流体体积、毛管束缚水饱和度等储层参数，估计渗透率与 粘度，以及开展定性或定量评价含烃饱和度的应用【2 1 1 。 回波信号反演t 2 分布是一个多指数拟合过程，目前国内主要有三种算法： s v d 法，d p p 称m a p i i 法。 模平滑法，又称变换法。 s i r t 法 通过对三种算法优缺点比较，可以得到以下认识【2 】： ( 1 ) t 2 谱反演的的最佳t 2 布点数为3 0 一5 0 ，布点区间可以跨越3 个数量级。 ( 2 ) s v d 适合于信噪比比较高( s n r 8 0 ) 的数据反演，当数据信噪比较低时， 反演结果的分辨率较低。 ( 3 ) 模平滑法稳定，容易实现非负限制，反演结果的连续性好，可适应较低的信 噪比( s n r 2 0 ) 的数据反演，其缺点是当原始数据较大时，反演速度较慢。 ( 4 ) 在进行岩石核磁共振信号的多指数反演处理量时，应保证原始信号信噪比大 于2 0 ，应优选选用模平滑法，只有当原始信号信噪比大于8 0 时，可选用模平滑法。 ( 5 ) s i r t 法是一种整体迭代多指数修正反演算法，算法简单，迭代收敛快，当全 部驰豫信号参与运算或布点较多时，计算速度明显快于s v d 算法，可适应于较低信噪 比的数据的反演。 基于上述认识，很显然，对于差分谱信号、低孔低渗储层、碳酸岩等复杂岩性时， 因为氢核含量小，信号小，相应的信噪比就会较低，s v d 反演的t 2 分布就会过分平滑， 分辨率较低，反演的信号大小也会相应降低，其误差也相应较大。很显然只要提高了模 平滑法的反演速度，同样模平滑法就是比较好的算法。 3 1 反演过程 在回波信号反演t 2 分布时，核磁共振驰豫可以写成如下形式： 8 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 ( 3 1 ) 疋，是先期假定的一系列的值，目前有二种方法先期假定疋，。一是采用2 的指数幂形 式： 早期采用7 2 r = 2 m s ，江1 ，2 3 1 0 ，取值成份数太少，反演的t 2 分布不光滑。最 新提出了改进，采用疋，= 2 a + i b m s ，f _ 1 ，2 ，聊取值，口可以取一2 ，1 5 或1 的初值，b 只 能取1 或1 2 两个值。m 的值可以扩大2 5 甚至更大，这样扩大了t 2 取值范围。 另外一种取值方法是：从某一驰豫时间最小值到最大值疋曲一疋懈之间作对数均 分。t 2 范围一般为0 5 m s - - 5 0 0 0 m s ，取3 0 或5 0 个成份。 由于先期假定了一系列的疋。值，只需在反演中确定，因而核磁驰豫的数据处理 就演变为一种线性的反演方法。 确定了各特征驰豫疋，和特征驰豫组分m 后，结合回波串么( t j ) ，j = l ，n ( n 为回波数) 可以构成一超定方程组，写成矩阵形式： 式中：p = 心，匕) r ； x = x 1 l x 2 l x 。l x 1 3 x 2 3 ： ； x 月3 义p = a ( 3 2 ) x = p r 2 彳= 0 ( ，。) ，a ( t 2 ) ，a ( t 。) ) 7 由上述方程组求出只的过程称作解谱，它是核磁测井资料处理的关键。最小二乘 解为： p = ( x7 x ) 一x7 a ( 3 3 ) 9 砭 叫 g 只 册趟 = 、 于 _ m 研 册 研“t ；l 第三章t 2 分布反演与拼接 由于上述解不稳定，同时回波信号有较大的噪音，通常采用吉洪诺夫解瞄1 ： p = ( x 丁x + a i ) 。1 x r a ( 3 4 ) 口在数学上称为阻尼因子，一般叫正则化因子，它决定了t 2 分布的平滑程度，口越 大，t 2 分布越平滑，但解的误差大。口的取值应与回波信号信噪比相适应，口取值： 口=ysnr(3-5) 式中，s n r 一回波信号信噪比；7 一斯仑贝谢c m r 处理软件中称为g a m m a 因 子，应根据经验确定最佳值。 由于只反映的是各特征驰豫所占的比例，一系列只就构成了t 2 分布，经过刻度可 化为孔隙度，因而显然不能为负值，也就是说在反演t 2 时，必须满足约束条件只o 。 3 2 拼接 拼接处理一般分为三种方法：直接拼接法，合并回波串法，组合数据曲线法。 3 2 1 直接拼接法 1 ) 将p r 组与f r 组回波串分别反演，得到各自的t 2 分布d i s t _ _ p r 、d i s l f r 。 2 ) 从两道的t 2 谱分布曲线上，用前端和后端的组份分别组合成新的t 2 分布。 3 ) 一般情况下，如果要解决d i s t _ j 曲线上的不平滑问题，往往首先要做的是进 行一次正演，然后通过反演，得到新的r r 2 谱分布。 4 ) 另外一种改进是对两组数据中的4 m s 、8 m s 幅度值分别采用权系数加权和得到 新的4 m s 、8 m s 幅度值，这样可以尽量减小两列回波信号中重叠部分的相差较大的影响。 3 2 2 合并回波串法 不同的回波数据组的幅度不同，所以，组合不同中的数据组之前必须进行幅度匹配。 其步骤如下： 1 ) 反演p r 数据。对于t e = 0 6 m s ，回波长度6m s 的回波串用0 5 、1 、2 、4 、8 、 1 6 、2 5 6m s 等组份反演，2 5 6m s 看作基偏移。 2 ) 反演f r 数据。对于t e - - 1 2 m s ，回波长度4 8 0 m s 的回波串用l 、2 、4 、1 0 2 4 m s 等基本组份反演。 3 ) 用p r 组和f r 数据计算的4m s ，8m s 差求双指曲线。 1 0 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 4 ) 将双指曲线加到原始的p r 曲线上。 5 ) 计算f r 中3 2 1 0 2 4 组份之和与p r 中2 5 6 m s 的幅度差。 6 ) 将基线偏移加到步骤4 中计算的p r 曲线上。 7 ) 将步骤6 中得到的新曲线与f r 数据合并。 因为仅对p r 回波串进行了线性处理，所以不受噪音的影响。但是如果两组数据的 4m s 、8m s 幅度值相差较大的话，其影响也较大。 3 2 3 组合数据曲线法 组合数据曲线法又叫联合反演法，将束缚水测量的p r 与长成分测量的f r 两列回 波数据采用不同的权处理( p r 的误差权小，f r 的误差权大) ，联合构成最小二乘拟合 方程。这样可以克服拼接的不连续性。 组合数据曲线法的难点在于两回波列的权系数的取舍，此参数不易控制。 3 3 不同a 反演 3 3 1 实验数据 为了考核t 2 分布的反演情况，首先选择一条实验数据反演的t 2 分布，称为基本 信号。根据基本信号再生成回波间隔t e ：0 6 m s ，回波数目n e = 2 0 0 0 的回波衰减信号。 对该回波信号采用不同a 进行反演t 2 分布，用来考核a 对t 2 分布的影响。表3 1 是 不同a 值的幅度值以及误差表，绝对误差是与原始幅度之差，原始信号幅度6 8 1 7 。 从表3 1 与图3 1 中可以，当a 变小时，虽然误差变小，但佗分布曲线将是一条 抖动的曲线，a 越小，抖动越厉害。当a 变大时t 2 分布曲线越光滑，前端信号形状变 化越大，误差也越大。当a 在1 4 之间，存在一误差最小的点，曲线光滑，曲线形态 与原始形态也最为接近，该值与a = 2 5 接近，当a = 2 5 时，相对误差为0 0 3 7 。 第三章t 2 分布反演与拼接 图3 - 1 不同a 反演的t 2 分布 表3 - 1 不同a 值的影响结果 原始值 0 o l0 1l2 541 66 4 幅度 6 8 1 76 8 1 8 6 8 3 7 6 8 6 4 6 8 2 06 7 6 96 4 7 4 5 9 1 3 绝对误差 0 0 0 1 0 0 2 0 0 0 4 7 0 0 0 3- 0 0 4 8- 0 3 4 3 0 9 0 4 相对误差 o 0 1 20 2 9 90 6 9 60 0 3 7- 0 7 0 45 0 3 71 3 2 5 8 3 3 2 测井数据 图3 2 、图3 3 是实际测井数据a = l 与a = 3 的成果图。图3 1 的t 2 分布的分辨 率高，但曲线不光滑，图面也不够美观。当要求高分辨率的成果图时a 可以取小些。 1 2 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文 图3 2a = l 反演成果图 图3 3a = 3 反演成果图 1 3 第四章储层参数解释与油气识别方法 第四章储层参数解释与油气识别方法 4 1 确定孔隙度 核磁共振测井比其它测井方法在孔隙度解释中的的优势就是核磁共振测井能够解 释束缚流体的孔隙度和可动流体的孔隙度。而新一代的核磁共振测井仪，还能解释出粘 土束缚流体孔隙度【2 3 1 。其解释的模型如图4 1 所示： 毛 粘 细可 骨粘土管可 束束动动 缚缚油 架 土流流水气 体体 1 幻 7 l 1r 矽。 l 1r 矽删 图4 一l核磁测井孔隙度的解释模型 因为骨架、粘土有非常短的核磁弛豫时间，一般的，核磁测井仪天线接收到的自 旋回波信号有一段死亡时间，大约为几百毫秒( m s ) ，也就是说，核磁测井仪在接收到第 一个回波信号之前，极化产生的骨架、粘土信号已经衰减掉了，这就是核磁测井不受岩 性影响的根本原因。 粘土束缚水t 2 驰豫时间与粘土矿物和含水量有关，实验数据和现场测试资料同时 说明在1m s 范围内。目前，我国进口的m l c 型仪器，回波间距最小为1 2 m s ，因 而，粘土束缚流体的核磁测井信号基本上不能测到；而斯仑贝谢c m r 2 0 0 型仪器，回 波间距可达0 2 m s ，则可测到粘土束缚流体信号。 4 2 估算渗透率 储层参数渗透率采用s d r 和t i m u r c o a t e s 模型计算，t i m u r c o a t e s 模型考虑了自由 流体与束缚流体孔隙之比和核磁有效孔隙度；s d r 模型考虑自由流体与束缚流体的平 均驰豫时间和核磁有效孔隙度2 4 1 ( 如图4 - 2 ) 。 1 4 生旦至苎奎兰兰奎! 三望堡主堂堡笙塞 c t e s 8 f f | ，j “、 氛 矿j。j 5 d rm o d e l t 2 盼 ，妒7 瓢”锄。 正 $ ，、秽| 。“h ? i | 、_ 一 4 2 1 s d r 模型 图4 - 2 渗透率解释模型示意图 k = 彳( ) c ( 于2 1 0 9 ) b ( 4 1 ) 式中： a s d r 模型渗透率乘积因子，单位m d ，缺省值a = 4 m d ，精确的c 值由岩心实 验数据确定； b s d r 模型t 2 对数平均指数，缺省值b = 2 ： c - - s d r 模型孔隙度指数，缺省值c - - - - 4 。 4 2 2 t i m u r c o a t e s 模型 c 叫矧c ( 4 2 ) 式中： a t i m u r c o a t e s 模型渗透率乘积因子，单位m d ，缺省值a = i m d ，精确的c 值 由岩心实验数据确定； b t i m u r c o a t e s 模型模型孔隙度指数，缺省值b - - 4 ： 1 5 第四章储层参数解释与油气识别方法 c - - t i m u r c o a t e s 可动流体束缚流体比指数，缺省值c - - 2 。 4 3 定性识别天然气2 4 3 1 核磁共振测井识别天然气的原理 核磁共振n m r 孔隙流体的横向弛豫正包含3 部分：颗粒表面的流体弛豫疋s ，体 积流体弛豫疋b 和孔隙流体扩散弛豫疋d 。孔隙流体总的横向弛豫速率： ll ll = + 一+ 疋疋s疋8疋d ( 4 3 ) 对于在润湿岩中的水，常常以表面弛豫为主；孔洞中的水以体积速率弛豫为主，受 扩散影响；同样水湿润岩石中的油以体积速率弛豫为主，受扩散影响；而气体的疋受控 于扩散弛豫( 表4 1 ) 。 表4 1n m l r 弛豫特性 流体类型弛豫特性 碎屑岩表面弛豫 水 孔洞体积扩散弛豫 中、重油 体积