核磁共振成像测井技术的影响因素研究

1、石 油 仪 器2010 年第 24 卷第 1 期PETROLEUM INSTRUMENTS47方法研究核磁共振成像测井技术的影响因素研究王建国( 胜利石油管理局测井公司山东 东营)摘 要:文章主要介绍了核磁共振成像测井技术在应用过程中的影响因素,研究了核磁共振成像测井技术的影响因素如泥浆电阻率、噪声干扰、顺磁物质、增益、磁体探头、温度、测井速度等。该项研究可以为测井技术人员分析孔隙度、 渗透率、饱和度和储层流体性质等参数提供帮助,从而更好地推进该项技术的应用。 关 键 词:核磁共振测井;影响因素; T 2分布;驰豫 中图法分类号: P 631. 8 + 17文献标识码: B文章编号: 1004

2、 9134( 2010) 01 0047 03核磁共振测井( 以下简称 NMR 测井) 是通过调节传输系数会减小, 射频线圈中射频脉冲的电压会下降。井眼泥浆电阻率越小, 对天线发射的射频脉冲的 衰减越严重, 负载效应会变得很严重, 测量模式将受到 限制。井眼泥浆电阻率的下限为 0. 02 0. 1m, 但当小于m 时, 应使用泥浆排除器, 增加品质因素, 提高0 引 言仪器工作频率, 来探测地层流体中的氢核在外加磁场 中所表现出来的核磁共振特性。主要是探测氢核的横 向驰豫过程, 由 T 2 分布揭示岩石空隙流体性质及其流 动特性, 提供地层的孔、渗、饱等参数。目前, NMR 测井的应用仍处于迅

3、速发展阶段, 国 际上的三大测井公司均把它列为新世纪最有潜力的测 井方法, 它必将对未来测井技术 的走向占主导地 位。 但是, 该技术还存在着一些理论和实用上的问题和困 难, 仪器本身也存在一些设计上的缺陷, 对 NMR 测井 还缺乏纵深研究, 还没有对其影响因素全面认识和解 决。这就要求我们加大对 NMR 技 术的研究力度, 使 其真正能够解决我国油田勘探开发中的地质和油藏工 程难题 1。在测井施工时, 外界环境因素的影响会使回波数 量、总回波数量、回波间隔等发生变化, 因此, 应充分考 虑外界环境因素的影响, 才能确保核磁共振测量数据 的准确性。增益, 提高信噪比, 增加仪器的安全测量范围

4、。随着泥 浆电导率的增加, 信噪比降低。为了补偿信噪比的下降, 应放慢测井速度, 并对信 号进行多次叠加。为了减小泥浆导电对 T 2 分布的影 响, 有必要适当调整泥浆, 尽量减小泥浆电导率。 1. 2 噪声及干扰一方面, 永久磁铁表面作用力方向上的扭拒大小 不同, 会使探头产生机械振动, 会在天线内部产生噪声 信号; 另一方面, NMR 回波串不遵从指数衰减规律, 说 明噪声影响的存在。同时, 仪器工作频率的大小与噪 声有很大的关系, T E 越小, 探头产生机械振动的频率 越大, 噪声信号越大。核磁共振测井仪器本身产生相干干扰及射频线圈 和前置放大器的热噪声。相干干扰是由每一个射频脉 冲停

5、止后所产生的过渡过程引起的。射频线圈的热噪 声决定于它的 Q 值, 必须努力提高线圈的 Q 值, 因为 噪声大, 标准偏差 CHI 就会增大, 会影响测量的精度。为了提高信噪比, 采用回波串叠加移动平均的办 法可以抑制高频干扰。为了减小干扰, 应进一步将各 模块封闭, 进一步改进虚地电源对信号干扰的模块供 电的影响, 进一步提高信噪比。1 NMR 测井的影响因素1. 1 泥浆电阻率泥浆的含盐浓度上升, 电阻率下降, 增加了天线的 负反馈, 减小了仪器电子线路的增益。导电钻井泥浆 会明显降低射频线圈的 Q 值。同时, 仪器输出电路的第一作者简介: 王建国, 男, 1965 年生, 中国石油大学(

6、 华东) 硕 士研究生毕业, 理学硕士学位, 主要从 事现场测井的生产技术管理和研究工作。邮编: 257096石 油48仪 器2010 年 02 月PET ROLEUM INSTRUMENTS1. 3 顺磁物质地层的驰豫时间取决于地层顺磁物质的含量。顺 磁物质的存在, 将导致局部的不均匀磁场, 从而使自旋 核的驰豫得到明显加强, 从一定程度上表现为 T 2 分 布谱向短驰豫方向偏移。这是影响 T 2 分布的重要因 素。因此, 任何顺磁物质的地层都具有非常明显的表 面驰豫特性, 将 T 2 移动至非常短的驰豫时间范围, 影 响了 T 2 截止值的选定。同时, 磁物质被吸附 在探头 上, 会导致信

7、噪比的降低。随着顺磁离子浓度的增大, 水相氢质子的 T 2 驰豫时间缩短、驰豫衰减信号强度 变弱, 导致 NMR 测量孔隙度偏低。高浓度下 顺磁离 子的渗吸扩散到岩石, 使岩石中可动流体谱峰消失所 需时间比低浓度所需时间短 2 。这就需要尽可能多地减少一切顺磁物质的存在, 避免顺磁物质的影响。 1. 4 增益NMR 测量回波信号与原始输入信号对比, 以便设 置增益, 用来补偿因井眼造成的信号损失和仪器漂移。 增益变动主要是由地层电阻率变化引起的, 而仪器本 身的增益变化主要受天线增益 Q 变化的影响。应加 大对高、中、低 Q 状态增益的实验和研究。例如, 在高 Q 状态, 增益值大于 330,

8、 但选取那一个数据准确, 对 测井精度影响很大。在测井过程中, 增益值很大程度 上决定于井眼的泥浆电阻率, 其读数应该始终大于零, 并且与环境保持一致。如低 Q 状态, 对应的增益在 75 220 之间, 相应的泥浆电阻率小于 0 . 3 1. 5 磁体探头探头的作用是发射电磁脉冲、极化氢原子和接收 共振脉冲。MRIL- P 型核磁 共振仪的磁体是用硼化 铁制成 的, 这种不导电的磁性材料的剩磁感应小( Br = 3 000 Gs 4 000 Gs) , 因此, 探头 磁体的直径不应小于 100 mm 120 mm 。这种磁体在低温区的特性很差, 随着 温度的降低, 磁体的场衰减, 而在- 1

9、5 - 18条件下, 磁体会不可逆退磁。这种射频线圈的 Q 值为 100, 而俄罗斯已生产出一种新型磁体, 使用硼化钕铁制成 稀土磁体, 剩磁感应 Br = 10 000 Gs 11 000 Gs, 并且 具有良好的温度特性, 但该磁体具有导电的缺陷。目前, 斯伦贝谢公司推出了核磁共振专家( MRX) 测井仪, 其主要特点是多天线设计: 一个多频主天线和 两个高分辨率天线。先进的设计和易于应用的计算使 地层评价得到简化。其主要优点是: 深探测, 使仪器易 于识别与不规则井眼、泥饼及流体侵入有关的数据质 量问题, 提高了流体特征的描述能力; 同时具备几种较 , ; 增强了垂m。直分辨率; 提高了

10、径向剖面的探测能力, 提升了识别流 体和环境影响的能力。 1. 6 温度温度和扩散藕合时对 T 2 截止值影响很大。一是 温度越高, 流体会膨胀, 增加了可流动性和驰豫时间; 二是温度越高, 可以排列取向的质子数目减小, 热膨胀 效应使氢原子间的平均距离增大; 三是温度上升, 磁场 强度减小。T 2 = ( 1 / T 2S + 1/ T 2B) - 1式中, T 2S为表面驰豫; T 2B为体积驰豫。不同岩性之间, T 2 谱有很宽的敏感区。体积驰豫 正比于温度, 反比于流体粘度。对于表面驰豫, 温度的 影响取决于岩石的磁化成分和流体类型。当温度的倒 数 1 / T 增加, 会引起 1 /

11、T 2S轻微减小; 温度增加, 驰豫 率 1/ T 2S增加, 即表面驰豫率本身随温 度的增加而增 加。井温增加, 磁体温度性能会降低, 从而使探测深度 减小、稳定性降低。这就要求, 应测量 NMR 测 井井段的连续 井温曲 线, 利用图版和软件进行校正。1. 7 测井速度测井速度受多方面因素影响如天线增益、探头孔 径、纵向分辨率等, 直接会影响到 NMR 数据采集的准 确性。测速主要根据磁化时间 T W 和探头孔径大小选 择。NMR 数据采集是由时间驱动的。如果选用的等 待时间太 短, 则计算出的孔 隙度值就会太 小。若 T W 时间太长, 就会造成不必要的测井速度降低。若测井 速度太快,

12、极化程度降低, 地层中的氢原子就不能完全 被极化, 增加了测井误差。同时, 增强磁体磁性, 会加快极化时间; 天线长度 决定了测量体积大小, 天线越长, 则测速越快, 但降低 了垂直分辨率。超速测井会减小采样率, 影响测井精度。必要时, 应用图版进行测速校正。从目前来看, 预极化磁铁装置在提高了测井速度 上发挥了一定作用, 但降低了纵向分辨率。在对预极 化磁铁的改进上, 应采用多频和反演技术加以补偿。 1. 8 B 1 mod 与 B 1 值B 1m od 是 MNR 校正到地面温度状态的刻度值, 该 值必须在获得数据的同时, 调整到与 B 1 值相一致, 误 差为 5% 以内, 以取得最大幅

13、度信号, 否则仪器信噪比 和孔隙度测量精度就会降低。 B 1 与增益曲线相对保 持常数, 并随井眼和泥浆电阻率的变化而有一些偏差。 在扩 径和 导 电性 能 好的 地 层中, B 1 和增 益 都会 下 降 3。2010 年第 24 卷第 1 期王建国: 核磁共振成像测井技术的影响因素研究491. 9 T 2 截止值衰减时间 T 2 决定了横向平面自旋回波的衰减特 性。体积驰豫、润湿相流体表面驰豫和信号扩散驰豫 对 T 2 有贡献。T 2 与岩石孔隙有关, 可以被分解为束 缚水和自由水。孔隙度 越小, 束 缚水的扩散性越 大, T 2 衰减的越快。T 2 截止值随岩石结构、组成、岩性的改变而改

14、变, 例如, 粘度增加, 使自由驰豫的时间缩短。T 2 截止值 多分布于可动峰上, 与理论上位于两峰之间有差异, 与 理论值砂岩 33 ms、碳酸岩盐 90 ms 的差异往往很大。 说明不同物性的地层, 其 T 2 截止值差别很大。T 2 截 止值的难确定性和经验性决定了很难把束缚水和自由 水区分开。因此, 应通过 实验研究不同地区 T 2 截止 值的变化规律, 减小测井误差。另一方面, T 2 分布谱 的不准确性是由数学拟合的离散化过程引起的。 1. 10 井眼和仪器偏心NMR 仪器对在井眼柱状空间内的薄层切片内地 层流体磁共振信号进行响应, 每一个切片厚度大约为 1 mm, 若井眼跨塌直径

15、大于测量体积每一个切片的直 径, 那么就产生影响。这样以来, 仪器偏心对测量结果 也有影响。在复杂井眼中, 地层信号被泥浆信号校正 侵染。仪器偏心导致敏感区横穿井眼, 是探测区域部 分或全部落在井筒内, 测量结果将受到泥浆的严重影 响。仪器偏心时, 应使用扶正器, 使仪器居中。T 2 谱达 2 000 ms 以上, 具有轻质油的谱特征。试油井 段: 3 235. 5 m 3 246 m。试油层位: ES41- 3。录井: 油斑、油迹和荧光砾状砂岩。孔隙度 10% 15% , 深 侧向电阻率 20m 。日产油: 9. 5 t , 不含水。图 1 济阳凹陷 ! ! 井 核磁共振测井解释图2 应用实

16、例测前设计是 NMR 测井的关键环 节, 按照 预期的 岩性和流 体特性, 设计要选择适 合仪器参数的模 型。 应遵从三个基本步骤: 一是决定 NMR 流体特性; 二是 决定 NMR 在整个测量井段的响应; 三是选择测量模 式组并决定合适的测量模式和参数。主要是确定 T 2 截止值、叠加次数、CHI 值、B 1 mod 值、Gain 值、V 值等 参数, 通常由实验确定目标区块的岩性及流体的核磁 特性, 并选择合理的观测模式、回波间隔和等待时间, 从而为准确求取孔隙度、渗透率等参数创造条件。在济阳凹陷, 核磁共振测井与解释实例如图 1 所 示。根据该井的常规测井曲线和该地区的地层特性, 在先期

17、实验的基础上, 确定出该地区的核磁共振测井 参数: T 2 截止值、Noise 、CHI 、Gain、V、B 1 mod 、B 1 等。选择观测模式, 用于测量泥质束缚水、毛管束缚 水、视有效孔隙度和视总孔隙度, 并通过非完全磁化和 含氢指数校正, 获取地层的真有效孔隙度和真总孔隙 的结构。3 结束语核磁共振测井的影响因素为导电钻井泥浆、噪声 干扰、顺磁物质、增益、复杂流体储层、磁体探头、温度、 测井速度、B 1m od 值、B 1 值、T 2 截止值、探测深度等, 还 受地层压力、井眼形状、井眼大小、泥浆侵入等因素的 影响, 地层特性、流体特性、仪器特性、井眼条件、参数 设置等方面都对 NM

18、R 回波串的采集有影响。应加大 对 NMR 影响因素的研究力度, 采取必要措施预防和 校正外界环境的影响, 并不断对仪器进行必要的技术 改造, 使其更好地为油田的勘探开发服务。参考文献肖立志. 核磁共振测井仪 器的最新 进展与 未来发 展方向 J . 测井技术, 2003, 27( 4)王忠东, 王 东. 顺 磁离子 对核 磁共 振驰 豫响 应的 影响 及其应用的实验研究 J . 测井技术, 2003, 27( 4) 1 2 3马永亮, 李 甲. 核磁测井中的质量控制参数及应用 J .石油仪器, 2003, 17( 2)( 收稿日期: 2009- 06- 01 编辑:高红霞), ,Vol. 2

19、4 No . 1 PETROLEUM INSTRUMENTStemperature. In this paper , the theory of the distortions and corrections for uplink data are analyzed mainly. Key words: distortion; f ilter; equalizer; band widthQiao Xiaorong, Luo Minghe, Lu Yongmei , Gu Xiuhong, Xu Weimin, Zhao Chenggang and Wang BaoFeng. Circuit a

20、nalysis and treatment methods of EILog el ectrodes measuring tool. PI, 2010, 24( 1) : 37 39T his article introduces the elements and circuits of EILog electrodes measuring tools, focuses on the calibration con trol and signal flow , analyses the malfunct ions which oft en occurs in use, and gives th

21、e solut ion methods. Key words:measuring electrodes; circuit analysis; malfunction analysisFa Lin, Lu Xun, Zheng Wenzeng, Liu Yaming and Li Guohui. The transmission network model of the seismic reflection signals in the elastic stratum transmitter. PI, 2010, 24( 1) : 40 46Seismic explorat ion is an

22、important method for inversing the geology structure of Earth s int erior by using seismic reflection dat a. Usually, the geophone is the receiving sensor and it changes the received seismic reflection signals into the electric signals. T he magnetic induct ion geophone is made on the basis of the d

23、ifferential equat ion of mechanical mo tion and electric magnet ic induct ion principle. Although the geophone has been used widely , the effect of its acoustic electric conversion property on the processing and analysis of seismic reflection signals has been very f ew considered. In this paper we c

24、alculat e and analyze the effect of the acoust ic electrical conversion property of the geophone on the w ave form and amplitude spectrum of seismic reflection signals, set up a seismic exploration transmission network model, put forward an opt imal design method of geophone and provide a theory bas

25、is for accurately inversing the geological structure of Earth#s interior by using seismic ref lection data.Key words:Seismic exploration; geophone; transmission funct ion; phase; frequency spectrumWang Jianguo. On influencing factors of the NMR imaging logging technology. PI, 2010, 24( 1) : 47 49T h

26、is article introduces the influencing factors of NMR imaging logging t echnology in the process of application, and analyzes some influencing factors, which help the logging analysts analyze porosity, permeability, saturation and reser voir. T he technology is further improved in applicat ion.Key wo

27、rds:NMR logging; influencing factor ; T 2 distribution; relaxationLiu Chunhui. The math principle and application of preprocessing producing logging data. PI, 2010, 24( 1) : 50 53Generally, there isn#t the preprocessing data software on the foreign incorporate instrument motorcar. We can solve the p

28、roblem of partly distortion of curves in the form of changing other instruments for the logging items of low hazard and workload , but reworking means the higher risk for the logging items of high hazard. Therefore, it is necessary for us to e quip the logg ing system that doesn t the preprocessing

29、data software w ith the preprocessing data softw are. The article in troduces the math principle of data preprocessing and produces a preprocessing data software based on system of win dows.Key words:thread; filter ; discretization; the cubic spline interpolation; interpolat ionDi Fuchun and Wang Gu

30、iru. Origin of low resistivity reservoir and application of identification technique in S3 reservoir of Wa38 block. PI, 2010, 24( 1) : 54 55, 60Based on the analysis of sediment characteristic, this paper discusses the genetic mechanism of low resist ivity reser voir in S3 reservoir of Wa38 Block. A

31、ccording to logging, production test and production dat a, RT AC chart is build, and the second interpretat ion standard for logging is ascert ained. Aft er the upgraded poor oil layers are tested by the new criterion, production eff ect is obtained.Key words: low resist ance oil layer; gravity flow

32、 deposit; second well logging interpret ation; logging interpretat ion chart Cheng Hua, Luo Jun, Chen Xiaojun, Zhang Songjzhao, Zhao Jianguang and Mao Xingdong. Study on the ap plication of PCM method in anti corrosion layer testing parameters rating. PI, 2010, 24( 1) : 56 57, 60Buried st eel pipeline corrosion is one of the most important factors in the failure o