核磁共振测井技术CMR及应用

1、主讲人主讲人: :杨洪伟杨洪伟开发教研室开发教研室核磁共振测井技术核磁共振测井技术一、核磁共振测井发展概况二、核磁共振测井简介三、核磁共振测井的应用 提提 纲纲一、核磁共振测井发展概况1.1.问题的提出问题的提出2.2.核磁共振测井发展概况核磁共振测井发展概况1.问题的提出1.问题的提出多年来，储层孔隙度测井评价一直靠多年来，储层孔隙度测井评价一直靠AC,CNL,DENAC,CNL,DEN三条三条曲线来进行，他们只能给出一般简单的孔隙度，且这种孔曲线来进行，他们只能给出一般简单的孔隙度，且这种孔隙度值常隙度值常受岩性受岩性的影响。中子测井和声波测井不仅受岩石的影响。中子测井和声波测井不仅受岩石

2、骨架的影响，而且更重要的是易受骨架的影响，而且更重要的是易受泥质泥质的影响，此外的影响，此外密度密度测井易受测井易受井眼井眼的影响。的影响。 上个世纪上个世纪9090年代，一种年代，一种全新全新的孔隙度测井方法的孔隙度测井方法-核核磁共振测井磁共振测井诞生了并被成功地应用到石油勘探开发方面，诞生了并被成功地应用到石油勘探开发方面，该测井具有常规孔隙度测井所无法比拟的优势（独特的魅该测井具有常规孔隙度测井所无法比拟的优势（独特的魅力）：基本力）：基本不受岩石骨架岩性不受岩石骨架岩性的影响，可以准确地给出各的影响，可以准确地给出各种孔隙度参数，准确地区分不同的孔隙度成分，如种孔隙度参数，准确地区分

3、不同的孔隙度成分，如自由流自由流体体孔隙度、孔隙度、毛细管毛细管孔隙度、粘土孔隙度、粘土束缚水束缚水孔隙度及孔隙度及微微孔隙度孔隙度等。等。1.问题的提出2.核磁共振测井发展概况1)1945年发现了核磁共振现象；to 1991年有12位科学家在此方面作出了卓越贡献，应用领域广阔；2)50年代有人建议探讨开发NMR(Nuclear Magnetic Resonance)的可能性，60年代研制出样机，1978年美国Jasper博士提出合理的建议，1983年Miller Dr.创办Numar公司设计开发了MRIL,于1991年月正式投入油田服务。Schlumber1995年将CMR推向商业服务；3)

4、前苏联于60年代初期开始研制它，1972年投入生产使用，90年代研制了RMK923型仪器(普遍使用)。4)我国1985年成立了实验室，目前各油田引进NUMAR。二、核磁共振测井简介1.1.核磁测井的理论基础核磁测井的理论基础2.2.核磁测井仪器简介核磁测井仪器简介3.3.核磁测井方式核磁测井方式4.4.核磁测井解决的主要问题核磁测井解决的主要问题5.5.核磁测井孔隙度解释模型核磁测井孔隙度解释模型6.6.核磁测井提供的主要成果核磁测井提供的主要成果 对于大多数原子核来说，探测到的信号都很弱。然而，氢核具有相对较大的磁矩，并且岩石孔隙内的水和油中都富含氢核。通过调节核磁共振测井仪器的发射频率至氢

5、核的共振频率，可使测量信号最强，并被测量出来。1.核磁测井的理论基础 核磁共振测井测量的是信号的幅度和衰减(弛豫时间)。核磁共振信号的幅度与测量范围内氢核的数量成正比，通过对幅度进行刻度可提供孔隙度测量结果，这种孔隙度测量结果基本不受岩性影响。 弛豫时间取决于孔隙大小。小孔隙使弛豫时间缩短，最短的弛豫时间对应于粘土束缚水和毛细管束缚水；大孔隙(含可产流体)使弛豫时间变长。因此，弛豫时间分布是孔隙大小分布的一种度量。对弛豫时间及其分布进行解释，可以提供渗透率、可动流体孔隙度以及束缚水饱和度等岩石物理参数。 核磁共振测井记录的原始数据是具有衰减特征的回波串，每个回波串都是多个驰豫组分的总体效应。2

6、.核磁共振测井仪器简介- CMR CMR（Combinable Magnetic ResonanceCombinable Magnetic Resonance） 组合式磁共振仪组合式磁共振仪( (斯仑贝谢斯仑贝谢) ) - MRIL(Magnetic Resonance Image Logging) 磁共振成像测井仪磁共振成像测井仪( (阿特拉斯阿特拉斯 哈里伯顿哈里伯顿) )CMR下井仪器主要由电子线路短节及探测器等部分组成。主要特点： (1)外径5.3“； (2)贴井壁测量； (3)采用永久磁铁产生均匀磁场，场强为500G； ( 4 ) 探 测 体 积 小 ， 探 测 区 域 约 为1cm

7、(长)1cm(宽)15cm(高)的小圆柱体； (5)探测深度浅，仅2.5cm； (6)对地层的纵向分辨能力可达20cm。- CMR CMR仪器简介仪器简介 MRIL仪器是Numar公司设计研制的磁共振成像测井仪，为Atlas和Halliburton所有，从最初的MRIL-A/B型发展到MRIL-C、-C/TP型，我国主要测井公司大多于1998年引进各类MRIL仪器。 MRIL下井仪器包括电子线路短节、储能短节及探头等几个部分。 MRIL井下仪器的核心部件是磁体和天线。 - MRIL仪器简介 (1) 外径为6“探头适用于7.5-13”的井眼；外径为4.5“探头适用于5-7”的井眼 (2) 采用居

8、中测量； (3) 永久磁铁产生梯度磁场，中心磁场强度为179G，磁场梯度为17G/cm； (4) 可采用多频操作，中心频率750kHz,对地层有层析作用；下面就C型仪器的仪器特点作些介绍 (5) 探测体积大，单频操作时的探测区域是一个406mm(直径)1mm(厚)610mm(高)的圆柱壳，体积约1.2L,三频操作时可达3.6L； (6) 探测深度较深，对8”井眼可达4”； (7) 可采用双等待时间Tw和双回波时间Te测井方式测井，直接识别油气； (8) 可方便地挂接其它测井仪。 C/TP型仪除具备上述特点外，主要可进行总孔隙度测量，获取地层粘土束缚水孔隙体积资料，为储层评价，尤其是砂泥岩储层评

9、价提供更加可靠的信息。 3.核磁共振测井方式- 标准T2测井- 双TE测井，又称为移谱法- 双TW测井，又称为差谱法- 标准T2测井 标准T2测井利用恰当的等待时间和回波间隔，测量自旋回波串。 双TE测井，又称为移谱法，通过设置足够长的等待时间，每次测量时使纵向驰豫达到完全恢复，利用两个长短不同的回波间隔，测量两个回波串。由于水与气或中等粘度的油的扩散系数不一样，使得各自在T2分布上的位置发生变化，由此可以识别油、气、水。所以，双TE测井是一种扩散系数加权方法。- 双TE测井，又称为移谱法 双TW测井，又称为差谱法，主要基于水与烃（油、气）的纵向驰豫时间相差很大，水的纵向恢复速率远比烃快，如果

10、选择不同的等待时间，观测到的回波串中将包含不一样的信号分布。因此双TW测井利用水与烃之间纵向驰豫时间的差异来识别产层。其成功应用的条件是：油与水的T1存在较大的差异，水能够被完全极化，用两个不同等待时间观测到的回波串幅度有足够的差异。 - 双TW测井，又称为差谱法 -储层参数计算储层参数计算-孔隙分布特征研究孔隙分布特征研究- - 流体性质判别流体性质判别4.核磁共振测井解决的主要问题5.核磁共振测井孔隙度解释模型- 碳酸盐岩孔隙度模型碳酸盐岩孔隙度模型- 砂岩孔隙度模型砂岩孔隙度模型求解碳酸盐岩核磁孔隙度的解释模型求解砂岩核磁孔隙度的解释模型- 孔隙尺寸分布； - 总孔隙度、有效孔隙度、自由

11、流体孔隙度；- 渗透率；- 可动流体和束缚流体体积；- T2 分布谱。6.核磁共振测井提供的主要成果1.储层孔隙特征分析2.储层渗透性评价3.真假储层识别4.流体性质判别三、核磁共振测井的应用- 核磁测井孔隙度的确定- 核磁、常规测井孔隙度与岩芯孔隙度的对比- 孔径大小分析1.储层孔隙特征分析（1）固定的T2 截止值（2）渐变的T2截止值（3）从0.3ms开始对T2 分布进行积分求总孔隙度（4）用分区T2 截止值划分孔隙尺寸- 核磁测井孔隙度的确定（1）核磁测井孔隙度与岩芯孔隙度的对比分析（2）常规测井孔隙度与岩芯孔隙度的对比分析- 核磁、常规测井孔隙度与岩芯孔隙度的对比核磁测井、常规测井与岩

12、芯孔隙度的对比核磁测井、常规测井与岩芯孔隙度的对比y = 0.636x - 0.5834y = 0.636x - 0.5834R R2 2 = 0.7097 = 0.7097-5-50 05 51010151520200 05 51010151520202525岩芯孔隙度（% ）岩芯孔隙度（% ）中子孔隙度（% ）中子孔隙度（% ）y = 0.8321x + 0.5239y = 0.8321x + 0.5239R R2 2 = 0.7891 = 0.78910 05 510101515202025250 05 51010151520202525岩芯孔隙度（% ）岩芯孔隙度（% ）核磁测井孔隙度

13、（% ）核磁测井孔隙度（% ）坡坡1 1井井核磁测井、常规测井与岩芯孔隙度的对比核磁测井、常规测井与岩芯孔隙度的对比y = 0.8239x + 0.796y = 0.8239x + 0.796R R2 2 = 0.8291 = 0.82910 05 510101515202025250 05 51010151520202525岩芯孔隙度（% ）岩芯孔隙度（% ）中子孔隙度（% ）中子孔隙度（% ）y = 0.7409x + 0.9012y = 0.7409x + 0.9012R R2 2 = 0.8585 = 0.85850 05 510101515202025250 05 510101515

14、20202525岩芯孔隙度（% ）岩芯孔隙度（% ）核磁测井孔隙度（% ）核磁测井孔隙度（% ）坡坡2 2井井T2弛豫时间与孔喉半径具有正比关系。 用分区T2 截止值划分孔隙度，共计算出5种不同T2时间段的孔隙尺寸分布，分别为粘土束缚水孔隙、微孔、小孔、中孔、大孔和特大孔的分布情况。 - 孔径大小分析利用核磁测井分析储层孔径大小利用核磁测井分析储层孔径大小核磁测井孔隙尺寸分布图 下一步准备通过压汞实验半定量评价T2弛豫时间与孔喉半径之间关系。 - 核磁测井渗透率的计算- 核磁测井渗透率与岩芯渗透率的对比- 孔径大小与渗透率的关系- 储层渗透性分析2.储层渗透性评价 （1 1）SDRSDR公式公

15、式K KSDRSDR=A=A（CMRCMR）4 4（T T2Logmean2Logmean）2 2 （2 2）TIMER-COATESTIMER-COATES公式公式K Ktimtim=A=A（TCMRTCMR）4 4（CMFF/BFVCMFF/BFV）2 2 其中：其中：BFV=TCMR-CMFFBFV=TCMR-CMFF- 核磁测井渗透率的计算y = 0.832x + 2.0669y = 0.832x + 2.0669R R2 2 = 0.8476 = 0.84760 01001002002000 0100100200200核磁渗透率（m d ）核磁渗透率（m d ）岩芯渗透率（m d ）

16、岩芯渗透率（m d ）岩芯渗透率与核磁测井渗透率交会图- 核磁测井渗透率与岩芯渗透率的对比 地层渗透率主要受地层孔隙度及孔径大小、喉道宽窄等因素控制。- 孔径大小与渗透率的关系CMR孔隙尺寸分布图砂岩中几种不同孔隙度和渗透率对应的T2分布谱碳酸盐岩中几种不同孔隙度和渗透率对应的T2分布谱井眼影响坡2井该井产气105万方/日高渗透层低渗透层该井产气0.051万方/日 核磁共振测井采用Timer-coast公式计算的渗透率考虑了束缚流体和可动流体的孔隙度，并且还可以根据孔径大小的分布，在T2分布谱上选取一定的时窗，除去时窗以外的噪声，从而计算其渗透率。- 储层渗透性分析0.010.010.10.1

17、1 11010100100100010000 05 51010151520202525岩芯孔隙度（% ）岩芯孔隙度（% ）岩芯渗透率（m d ）岩芯渗透率（m d ）0.010.010.10.11 11010100100100010000 05 51010151520202525核磁孔隙度（% ）核磁孔隙度（% ）核磁渗透率（m d ）核磁渗透率（m d ）孔隙度与渗透率交会图利用核磁测井分析储层的渗透性井眼井眼影响影响3.真假储层识别(1)非储层段的识别(2)渗透层的识别 储层储层煤线煤线非储层段的识别储层段的识别（1）常规测井方法判别流体性质的困难（2）利用标准T2分布谱判别流体性质（3）移谱、差谱法判别流体性质4.流体性质判别（1）常规测井方法判别流体性质的困难 仪器探测深度的影响：难以测到真实的Rt； Rt受岩性影响：气水无判别标准； 受围岩影响，无法测到Rt； 钻井液侵入影响：油气的的增减阻影响气层：气层：呈现“单峰”特征或“双