核磁共振测井录井

1、核磁共振测井 更多核磁资料,请下载核磁共振小助手，sina下载地址：1 第六章 核磁共振测井 原子核的自旋：又称核角动量。是核内所有质子和中子的自旋角动量和轨道角动量的矢量和。大小： （根据量子力学） 第一节 原子核的自旋和磁矩；h为普朗克常数， I为自旋量子数，整数或半整数。2核自旋矢量在空间给定方向Z的投影：为磁量子数，=I，I-1，-I+1，-I 共2I+1个可是，I（自旋量子数）是自旋矢量 在空间给定方向Z的投影的最大值，单位为 。 通常用原子核的自旋量子数I来表示核自旋的大小。 即 3如 的自旋为1，即指I=1， 自旋为3/2，即I=3/2。可得规律： （1）偶偶核的自旋为0； （2

2、）奇奇核的自旋为整数； （3）奇偶（奇A核）的自旋为半整数。文献所给的往往是处于基态的，处于激发态往往是不一样的。 4 原子核的磁矩： 本征磁矩与核子自旋相关。 轨道磁矩与质子轨道运动相关。类似于原子中的电子情况，核磁矩与核自旋矢量的关系为： 为核的回旋磁因子， 质子质量。 在Z方向上的投影：5通常用磁矩在给定方向Z轴投影的最大值来表征核磁矩的大小。 式中 称为核磁子 61特斯拉=1牛顿/米安培 常作为核磁矩的单位，就像玻尔磁子 作为电子磁矩一样。 可见核磁矩要比原子中电子磁矩小的多。式表明： （1）I=0的原子核无磁矩，I0的原子核均有磁矩； 7（2）以 作核磁矩的单位时，回旋磁因子 就是核

3、磁矩与磁自旋之比值。 8 第二节 核磁共振与核磁测井原理6.2.1 核磁共振 核磁共振：处于某静磁场中的物质的原子核系统受到相应频率的电磁波作用时，在他的磁能级之间发生的共振跃迁现象。什么条件下才能发生核磁共振呢？核磁共振条件：量子力学观点：9 原子核置于一个均匀的静强磁场中 （Gs），核磁矩 相互作用而获得的附加能量E：（ 与Z同向） 为磁量子数 有2I+1个 按核在磁场中取向不同有2I+1个磁能级，取向不同，获得附加能量不同，磁能量最低是 =I， 10最高是 =-I。 根据力学的选择定则，磁量子数的变化 的跃迁才是允许的， 没有意义，只有 的跃迁存在。 两相邻的磁能级间才可能跃迁，则相邻磁

4、能级的能量差为：原子核必须获得此能量才能跃迁。如果在垂直于均匀磁场 的方向上再加上一个较弱的高频磁场，其频率为v，原子核吸收此高频 11磁场的能量为hv当 ，才有可能发生磁跃迁。 反过来说，只有当 时，原子核才会吸收高频磁场的能量而使核的取向发生改变，从而实现由较低的磁能级向相邻较高的磁能级跃迁。此时，高频磁场的能量将被原子核强烈吸收，称为核磁共振吸收；此时的频率v，称共振频率。 核磁共振的条件： 12经典力学观点： 旋转着的物体，受到重力作用时并不倒下（陀螺），而是该物体的自旋轴线沿虚线所示的轨迹和方向作圆周运动，不断改变其自旋轴的方向，这种运动在力学中称为进动图61为一带正电的球体，当它按

5、图中所示的方向自旋时就产生磁场，其N极指向右上方。若有一外加均匀磁场 作用于该旋转的带电体（假定重力忽略，或它已被一个向上的均匀电场抵消），那么它并不下落，13而是不断改变其轴的指向，其N极按图61所示的方向作圆周运动，这也是进动。 各种元素的核素中，大约有一半原子核如同旋转的带电体那样，能与外磁场相互作用，这些原子核都有一定的自旋，I=0的原子核没有磁性；I0的原子核在自旋中会产生磁场，从外界来看这些核就是一些微小的磁体。I=1/2的核，其电荷分布呈球状；I1的核，其电荷分布不是球状，因此，具有电四极矩。 如果把原子核放在静磁场中，也会像图61那样发生进动。 14 进动的角频率： 即 式中：

6、 称原子核的回磁比或磁旋比。 15这种振动称拉莫尔进动。 称拉莫尔频率。 如果在垂直 的方向上，再加上一个旋转磁场（交变磁场） ，一般 ， 与旋转坐标 的方向一致，在 也可以认为 是静止的（见图62）。 如果所加的旋转磁场的角频率（相对 ） 正好等于磁矩 在 作用下的进动频率，则 在 中也是静止的，但 受 的作用， 绕 也发生进动，进动频率：16此进动较慢，因为 。 在x、y、z坐标中将看到两种进动的合成，由于绕 的进动，使 角发生变化。 当 变时， 在 中获得的能量E也变化。而此能量的变化是以所加旋转磁场能量变化为依据的。这就是核磁共振现象。核磁共振条件： 176.2.2 核磁测井的基本原理

7、 核磁共振可用来测定原子核的磁矩，也可以由已知核磁矩改变共振频率，测定未知的静磁场 ；核磁共振CT更有广泛的用途。 这里只介绍核磁共振在地球物理中的应用。 核磁测井：利用核磁共振现象来测定地层中自由流体的含量、地层的孔隙度、渗透率、含油饱和度，以及划分储集层，确定出水量等的测井方法。 在岩石骨架和孔隙流体中，几种丰度大的核18素的自旋见表61： 核素丰度，%自旋核素丰度，%自旋1H12C 16O23Na99.99 98.9999.761001/2 0 03/224Mg28Si35Cl40Ca78.692.7275.4 96.97003/20 表61 几种核素的自旋 19 原子核无磁性， 和 现

8、在还不能测定。只有 的丰度大，磁性强，容易测定，所以 是核磁共振测井的研究对象。因此，只讨论 核（质子）的核磁共振现象。 质子带正电，进行自旋的质子会产生磁场。如果把质子置于外部磁场中，并设该磁场的磁场强度为 （在真空中磁场 ），那么质子对 有（2I+1）种取向（磁能级），质子I=1/2，因此它只能有两种取向（两个磁能级）：即与外部磁场平行或逆平行的方向。前者是质子磁场与外部磁场同向的状态，叫低能态。20而后者质子的磁场与外部磁场反向状态，叫高能态。达到平衡时，质子磁能态的分布符合玻尔兹曼分布，在此情况下，低能态的质子比高能态的质子略多。在室温下，在10000高斯的磁场中，低能态的质子比高能态

9、的质子多百分之八。 在低能态的质子中，如果有些质子的磁场与外部磁场不完全平行，即质子的自旋轴与外磁场的方向有一夹角 ，外部磁场就要使它取向于磁场方向。质子正在自旋，因此受到这种作用后，它的自旋轴就会在与外部磁场垂直的方向上做进动，这就是 核的核磁进动 （看图63）。 21如果使用与外部磁场 方向垂直的振荡线圈，激发一个与 垂直的直线振荡磁场 。它可分解为两个矢量成分，即两个转向相反的旋转磁场。其中一个旋转的方向与质子进动的轨道方向相同，假如 不变（均匀静磁场），而改变交变磁场的频率（即旋转速度），当它与质子进动的频率相等时，质子就吸收电磁波的能量，从低能态转变为高能态，即产生核磁共振。共振频率

10、，即拉莫尔频率为： 22回磁比r大的原子核能产生较强的信号，如 核 弧度/秒高斯。 的 弧度/秒高斯。 核磁测井是测量 核在地磁场中的自由进动。 地磁场 相当于 ，地层中的 核沿地磁场取向，并按玻尔兹曼规律分布，那些自旋轴与地磁场不完全重合的 核，则绕地磁场进动 用一极化线圈产生一个与地磁场垂直的强脉。23冲磁场，即极化磁场 （一般 ），使 核自旋轴向离开地磁场 倾倒，倾倒角 不断增大，直到接近90，极化脉冲持续时间 （ 为纵向弛豫时间）以保证完全极化。弛豫：高能态的核不经过辐射而转变为低能态称弛豫。 此时原子核的磁化强度 将沿着 取向，并按指数律增长， （ 代表群体） 24M（0）热平衡时磁

11、化强度，M（0） ，经 后断开 ， 经过 后才能降到零（ 探测线圈暂态特性）。看图64， 后，只有 ，此时 将以 绕地磁场做拉莫尔进动。于是在探测线圈中将感应出一个电压 。其中幅度与磁化强度M长正比，且按指数衰减： 式中， 为断开 后 时间的感应电压值，称 为自由感应衰减25（FID）或叫核磁测井（NML）信号， 为横向弛豫时间。 可见： 单位体积 数目 单位体积中 数又与自由流体指数（FFI）有关。自由流体指数：单位体积中可流动的液体（水或烃）的百分比含量。核磁共振信号强度 26 N为共振原子数目； 为外磁场（或地磁场）强度r磁旋比，T为绝对温度，I为核的自旋量子数， 。27 第三节 弛豫时

12、间及其测量6.3.1 自旋晶格弛豫 以 核来说，在主磁场 的作用下，系统达到平衡。施以射频场 后，核中 场吸收能量，从低能态跃迁到高能态，撤去 场，体系通过弛豫过程重新返回到相应 场的平衡分布。这时过剩的原子核返回到低能态，将原先获得的能量传递给周围介质（晶格）。这种自旋与晶格（介质）之间的能量交换称为自旋晶格弛豫。弛豫过程中，由于取低能态的原子核增加，磁化28强度 的纵向分量不断增加。最终达到平衡时的数值 ，故这一弛豫过程又称纵向弛豫（ ）。 由上述分析可知，企图从微观角度推出纵向弛豫的规律是极为困难的，但从宏观角度看，在一定精度内可用简单的方程来描述这一弛豫过程。 的时间变化率与 偏离平衡

13、值 之差成正比，令比例系数为1/ ，于是： 若t=0。初值 = ，则上式的解为：29由此式可见， 是以指数规律上升至平衡值 时间常数为 ，通常称 为纵向弛豫时间。6.3.2 自旋自旋弛豫 自旋自旋弛豫又称横向弛豫 。如前所述，弛豫期间磁化强度矢量的横向分量 逐渐衰减到最终零值。这种衰减是由于各磁矩的相位由一致而趋于随机分布所造成。核磁矩在上下进动圆锥上的数目不变，它们的总能量不变，整个自旋系统的总能量是不变的。 ，30 现在来列出描述横向弛豫的方程。由上分析可知 向平衡位置恢复的速度与它偏离平衡值（零）的差成正比，且是慢慢衰减的，故其时间变化率为负值。令比例系数为1/ ，于是方程：若令t=0时

14、，初值 = ，则解为：时间常数 称为横向弛豫时间，同样 是按指数规律衰减的。 316.3.3 的测量 测量纵向弛豫时间 的方法很多，这里只介绍反转恢复法（IR）。它是一种常用的测量 的方法，精度高，测量范围大，原理是上页式。在不同的时间点 测得从- 到 之间的各个 ，从而求得 。为了实现此思想，需施加180 90脉冲序列，过程： 平衡情况下，沿X方向加180脉冲序列，使磁化矢量由M= 倒转到-Z方向，即使 = - ， =0,脉冲结束后； 由- 向+ 恢复（图65），即进行纵向弛豫，但M的横向分 3233量仍为0。当180脉冲结束后经过时间 ， 由于弛豫是自由进动的缘故， =0不变。为了测量 ，

15、必须将 变成横向分量，以便利用接收线圈将感生电动势变成FID。在 方向上再加上一个90脉冲，这样 若负值则被转到-y方向，这时可观察到FID最初幅值，它与 成正比，且为负值。等足够时间使 恢复到平衡状态 后，再测 时的 。测量步骤与测 相同。如果需要，还可测出 时的 ， 等一系列 值，从中可计算 。从 测量过程中看， 的测量速度非常慢，因子必须等到磁化矢34量 恢复到平衡状态，才可以测量下一个点。6.3.4 的测量 横向弛豫过程是由于各磁矩所受高部磁场的影响不同，它们的相位由一致渐趋不一致而造成的。在次过程中磁化强度矢量 的横向分量 按指数规律衰减到零。其时间常数 定义为横向弛豫时间。实际情况

16、下，由于主磁场的不均匀， 的衰减极大地加快，相应的时间常数变成。（图66）3536式中， 是由于主磁场不均匀而引起的量，它与地层特性无关。因此， 测量的主要任务是去除主磁场不均匀的影响，一般采用自旋回波法来实现。 自旋回波法中所加脉冲序列为90 （180 ，这里m指回波个数，n为平均（重复）次数， 为等待时间。(见图66)。90脉冲后， =0， = ，随着在接收线圈中产生FID， 逐渐衰减。如果外磁 37磁场均匀， 以 为时间常数衰减，但外磁场总是不均匀的，故衰减时间衰减时间常数为 。 为了去除外磁场不均匀性的影响，在经过 后施加一个180脉冲，在接收线圈中将重新出现一个幅值先增长，后衰减的射

17、频信号，在t= 处出现最大值，这一信号就称自旋回波，最大值决定于横向弛豫时间 。改变180脉冲个数可得到不同时间间隔下的自旋回波，从而得到 的关系曲线，求得 。 自旋回波法的原理最好用图67说明。在 方向施以90脉冲后， 3839（图67a）。由于外磁场的不均匀，FID以时间常数 很快衰减（图67）。 在t= 时，FID衰减到几乎近于零，这是由于构成磁化矢量 的各核磁矩 的进动快慢不一，很快在进动圆锥上分散开来的缘故。图67b表示5个核磁矩矢量 ，它们是许多散开的核磁矩的代表。由于外磁场的不均匀，这些核磁矩的进动频率各不相同，设按序递减。且设 的进动频率等于共振的拉莫尔频率 于是 的进动角频率

18、 ， 的进动角频率 。在旋转坐标系中 相对静止。 相对于 的速度为正，即沿顺时 40针方向转动； 相对于 的速度为负，即转反时针方向转动。图67c说明在 方向施以180脉冲后， , 绕轴 转动180，即 从+ 转到 ，其他核磁矩也都转到与 轴对称的位置。180脉冲结束后，这些核磁矩仍按原来的转动方向进动，即 在旋转坐标系中仍沿顺时针方向转动， 仍沿逆时针方向转动，于是它们在 方向上渐渐逐集（图67b），接收线圈中FID渐渐增强。由于各核磁矩的进动频率在整个序列作用期间是不变的，故核磁矩分散所花的时间 等于它们重新聚焦所化的时间（ - ），因此， = - ，或 41 = /2。此后核磁矩继续以不

19、同速度进动使聚焦的核磁矩重新散开，信号重新又衰减。可见，在t=n （n=1,2,3）时外部磁场的不均匀性影响全部抵消，且在t=n 处记录信号的幅值是 的函数， 的作用真正显露了出来，故这些回波最大幅值之间的变化过程代表了介质磁化强度 衰减的变化。从 测量中可以看出， 测量总比 测量快得多，因为在采集回波过程中，不用等到恢复到平衡状态 。42 第四节 回波串的处理方法 图6843回波数据见图68 回波数据的多指数拟合处理有三种方法：6.4.1 最小二乘法 假设观测到的回波有n个，弛豫分量有m中，拟合函数为：可以写出联立方程组：44 式中： ；n为所划分的单元个数，一般n=816。45 写成矩阵的

20、形式： （1）式中 表示白噪声对观测回波的贡献，用最小二乘法求解方程（1）得到各弛豫的幅度P： （2） 用标准最小二乘法求解式（1）将受到噪声的强烈影响，常常施加某种正则化因子平滑掉解中各分量的变化。此外，为了保持求解结果的物理意义，还要考虑非负约束，加进正则化项 ，得到46矩阵形式的各弛豫分量吉洪诺夫解为： （3） 6.4.2 矩阵奇异值分解法 矩阵奇异值分解法通过A的奇异值分解，得到对角元，即（4） 式中，U，W，Z都是对角矩阵，各元素均大于或等于零（奇异值），把式（4）代入式（2）得： 47（5） 数据中的噪声将限制从测量值中可靠的提取自由参数的个数，根据从数据中估算的信噪比（SNR），

21、对奇异值进行处理，得到：（6） 在迭代过程中，强制Y向量中各元素遵守非负约束，首先由全矩阵A确定一个初始解，如果Y的分量都为正或零，就接受这个解，否则，删除掉矩阵A中与Y向量最负的元素对应的列，得到一48个减小的矩阵 ，并重新开始上述过程，计算出一个减小的解向量 ，迭代次数不能超过弛豫分量的个数。 奇异值分解方法通常很费时间，特别是弛豫分量很多，或者要求强制的非负约束计算太多的时候，运算速度将很慢。比较而言，非负最小二乘法（NNLS）速度要快的多。6.4.3 综合迭代重建法 式（1）去掉误差项得：49（7） 方程（7）可能是超定的、正定的或欠定的。方法1、2都存在对低信噪比数据效果差、布点不灵

22、活等问题和不足，因此提出综合迭代重建法，具体实现步骤：首先给定谱的初始模型 求出预测弛豫信号 与实轴弛豫信号 的误差，即： （8） （9） 50 对于矩阵A，可看出元素 ，因此可使 按方程系数 的大小分配到每个 中，利用 求出弛豫谱幅度的修正量 ，使反演的弛豫时间分布符合物理实际。令 代入（9）式后，得： （10） 式（10）即为对的分配系数。分别计算所有的修51正值（即每个弛豫信号的修正量），然后在修正P的近似值之前保持该修正残差固定，按修正分配系数及第j列元素的个数来平均这些修正量， 的修正量为： （11） 式中IA（j）为矩阵A中第j列元素中非零元素的个数； 为第q次迭代计算的第i个弛豫

23、信号的残差。由于矩阵A中存在很多零值元素，因此，IA（j）一般小于或等于m，这样，解的迭代修正速度会大大快于第二种方法。52 通过（11）式计算的弛豫谱分量幅度残差对弛豫谱分量幅度近似值的修正式为： （12） 方程（11）和（12）即为多指数迭代反演计算核磁共振 谱的基本迭代公式，因其是在全部方程都处理之后，才对方程近似解进行修正，故称其为联合迭代重建反演算法，然后求出 分布，如图69： 从 的分布可以看出， 的分布曲线下的总面积即代表了地层孔隙的体积：53 图6954 MPHI为核磁有效孔隙度。利用回波串多指数拟合得到的 及其分布谱来计算地层的孔隙度MPHI、可动流体体积MBVM、束缚流体体

24、积MBVI及渗透率MPERM等储层岩石物理参数。 MPHI的孔隙度模型如图610： 大量的实验研究证实，对大多数砂泥岩地层， 多指数拟合的前三个或四个 （j=1,2,3）的孔隙度 的总和为地层束缚流体体积，即：55 图61056由此可见，在大多数砂泥岩地层，区分地层中束缚流体与自由流体的 截止值 在1632ms，一般取为32ms左右。对碳酸岩地层， 截止 在90ms左右。计算渗透率MPERM所使用的公式是基于Coates公式。其通用形式为： 对一个油田，可利用岩心测量的渗透率 57与MPERM的匹配来确定上式中的指数a、b及常数c，通常可利用多元线性回归来确定a、b、c。 实际应用中，上式可简

25、化为如下形式：式中，常数c的取值范围是515。有岩心数据时，可按下式计算c值：58式中，n为实验岩样的个数。 如果没有岩心数据可用时，c一般取为本10左右。59 第五节 核磁共振测井仪 当前，世界上能够提供核磁共振测井服务的主要有3家，即俄罗斯、斯仑贝谢和Numar公司。当代核磁共振测井可分为三种类型： （1）大地磁场型（gMK型）：以俄罗斯生产和制造为主，目前已广泛应用于俄罗斯、革达革旦、秋明、哈萨克斯坦等地区，年测井近1000口井。 （2）脉冲强磁场贴井壁型：斯仑贝谢公司研制并投入生产使用。60 （3）成像测井型：美国Numar公司研制并投入生产使用。 这三种核磁测井仪器的基本特点见表6-

26、4。6.5.1 俄罗斯核磁共振测井仪 在前苏联从60年代起，许多科研院所就开始了这项技术的研究工作，经过几十年的发展，现在已拥有了一套完善的测井方法和先进的仪器设备，主要仪器有：AgMK1型、AgMK3型、AOMC1型及gK923型核磁共振测井仪。611.gK923型测井仪工作原理 gK923型核磁测井仪采用的观测方式是预极化地球场自由进动法，通过采集自由感应衰变的脉冲信号来获取地层流体信息。以大地磁场作为稳定磁场，但它存在不均匀性与受温度不同的影响，其稳定的极化磁场（强度约为地磁场的几千倍）作用时间达2.53S，这样长的极化时间可保证测量的灵敏度。 为了在井眼中激发和记录自由进动信号gK92

27、3测井仪如图611所示的仪器结构。线圈1为矩形线圈，用来在井眼中激发和测量自由进动6263信号。测量开始前被研究介质中反作用有地磁场 ，核磁化强度 与之重合。测量开始后流过线圈的电流在井眼周围介质中形成一个稳定极化场 ，其方向与地球场垂直，在极化作用期间，介质的核磁化强度达到一定数值（图611b）经过时间 后，地面装置借助于残余电流继电器把极化电流降低到 值，称残余电流。经过 时间后，残余电流断开，引起氢原子核进动，在线圈中感应出约为2000Hz，按指数规律衰减的感应电动势。（图611c）： 其中， 自由进动信号初始振幅；横向弛豫时间。64 由于断开残余电流，在线圈中产生一个转换过程，所以进动

28、信号的测量是在进动开始以后经过某一时间才开始的。在次期间，束缚水及粘度大的流体产生的信号会衰减掉。 线圈中感应出的自由进动信号要经过井下和地面仪器放大器的放大。由于线路的谐振作用，自由进动信号的形状会发生畸变，其初始值仅能根据整个信号的分析来确定，利用检波器对信号整流后得到放大信号的包络线。该测量装置可在固定时刻 测量整流信号的电压 选出其中的二者，便可确定自由进动信号的初始振幅值 ，即：。65其中， 。 除了确定 外，还可确定纵向弛豫时间 连续有规律的改变极化时间 ，重复测量自由进动信号初始振幅 ，分析 与 之间的关系可以确定 。或者固定极化时间，改变残余电流作用时间，分析 和的关系，也能确

29、定 。6.5.2 CMR测井仪 CMR为斯仑贝谢公司的测井仪。它不用地磁场，而是采用磁性很强永久磁铁产生静磁场， 。66磁体放入井中，在井眼之外的地层中建立一个比磁场强度大1000倍的均匀磁场区域，天线发射CPMG（Carr,Purcell,Meiboon,和Gill）脉冲序列信号（90 （180 自旋回波 （180 自旋回波 （180 并接收地层的回波信号。CMR原始数据由一系列自旋回波幅度组成，经处理得到 弛豫时间分布。 分布为主要的测井输出，由此可导出CMR孔隙度、束缚流体孔隙度、自由流体孔隙度和渗透率。 CMR仪为小型滑板仪，连接长度14.2ft，重327Ib，额定温度350F，额定压

30、力20000Pa ，67其结构及横截面图如图612。 68 CMR必须用弓型弹簧、在线偏心器或动力井径仪进行偏心测量。探测器最大宽度5.3in，带有滑套弓型弹簧的最大总直径为6.6in。对于一般的井眼条件，推荐的最小井径为6.25in。当井眼条件很好，CMR可在5.785in以下的井眼中进行测井。1.CPMG脉冲序列参数的选择 井下NMR测井为周期性的，而不是连续的。测量周期由等待时间和自旋回波采集时间段组成。采集时间比等待时间短得多。在等待时间段，氢核重新回到仪器磁场方向。等待时间根据69孔隙流体的 而定。在采集时间段，仪器的发射线圈快速发出自旋回波。隔一定的时间段（回波间隔）收集回波。 等

31、待时间、采集的回波数和回波间隔被称为脉冲序列参数。这些参数决定了NMR的测量，必须在测井前加以说明。参数的优化选择与岩性和流体类型有关，并与CMR仪是连续测量还是点测有关。（1）测量周期 为校正电子线路的偏置，自旋回波序列成对采集，称为相位交替对。采集一个相位交替对的70总周期时间为： 其中， 为等待时间，（S）； 为回波数； 为回波间隔（S）。 周期时间长可提高CMR测井的精度，但是，对于环境变化大的井，长周期导致低测速和长的点测停留时间。（2）测速 在连续测井中，调节仪器测速确保在井下每个采样频段（通常为6in）中完成一次新的测量 71周期。最大测井速度为： 最大测速（ft/h）=采样率（

32、in）/周期时间（S）300 图613为最大测速与等待时间和采集回波数的关系。大多数CMR测井速度在150600ft/h之间。在束缚流体测井模式下测速可达800ft/h以上。（3）脉冲参数选择的约束条件 回波间隔 为提高对快速衰减组分（即小孔隙及高粘度油）测量的敏感性，CMR测井通常采用最小回波7273间隔（0.28ms）。随着硬件的改进，期望最小回波间隔随之减小。 为增强扩散弛豫，需增长回波间隔，这适用于不含大量微空隙的纯净地层。为保持对小孔隙的敏感性，回波间隔很少超过1ms。 回波数 采集的回波灵敏为：200、300、600、1200、1800、3000、5000和8000。回波间隔0.2

33、8ms时对应的采集时间分别为0.056，0.084，0.17，0.34，0.50，0.84，21.40和2.24S。在连续测井时采集的最多回波数常为741800。计算机模拟和现场经验表明：再增加回波数对CMR孔隙测井造成的变化可忽略。 在点测时，推荐最少的回波数为3000，以保证提供详细准确的 分布。 等待时间 理想情况下等待时间应足够长，以使氢核完全极化。因为不完全极化的氢对自旋回波幅度的贡献不完全。实际上，等待时间受制于井场效率的要求。对不完全极化要进行校正。通常，等待时间比孔隙流体的平均 长三倍。75 最小等待时间 由于发射线圈频宽比的限制，最小等待时间约为采集时间的两倍。实际上，这不成

34、为一种限制，因为等待时间和采集时间均由孔隙流体的弛豫时间（ 和 ），具有长 的孔隙流体也有长 ，因此需要长的等待时间。（4）参数选择 脉冲序列参数选择首先基于预工作计划和现场测量进行。 预工作计划包括估算孔隙水和侵入带烃（原 76有烃或油基泥浆）的平均弛豫时间（平均 ）。对于一般的仪器操作，等待时间近似为这两种 中较大值的四倍。 在估算孔隙流体弛豫时间时，通常假设岩石为水湿润性。在次情况下，烃以体积速率弛豫，油的体积弛豫根据储层条件下的粘度估算。气体的体积弛豫与储层温度和压力有关。 和 与流体粘度的关系曲线见图614。 脉冲序列的检查常常通过在产层段的一次长等待时间测井后，再用短等待时间重复测

35、井实现。产生精确CMR孔隙度和小的极化校正（例如 7778小于2pu）的最小等待时间用于主要测井。 在一个地区或地层几次CMR测井之后，常可确定出最优序列。该序列便可用于后续CMR测井。6.5.3 Numar公司的MRIL仪器 1.仪器说明 C型双频MRIL是一种心轴型仪器，它由三部分组成：探头（长8in即20.32cm，直径4.5in即11.43cm或6.0in即15.24cm）；长13ft(396.5cm)、直径3.626in(9.21cm)的电79子线路短节和长10ft（305cm）、直径3.626in(9.21cm)的电子线路短节和长10ft（305cm）、直径3.626in(9.21

36、cm)的储能短节（见图615）。C型仪器的电子线路和储能盒通过电缆连接，可连入主要电缆服务公司的仪器串中。 仪器的接头由一个永久磁铁长24in，提个调谐射频（RF）天线和一个测量射频磁场幅度的传感器组成。静磁场呈圆柱形轴对称，磁力线指向地层，磁场幅度与径向距离的平方成反比，调整RF磁场形状，使其符合静磁场空间分布，且使RF磁场与静磁场相互垂直，这种结构形成一个圆80柱形共振区域，其长度为43in 109.22cm（或24in，这取决于RF天线的张角）、额定厚度为0.04in(即1mm)。有两种探头可供选择，直径为6in(15.24cm)的标准探头，用于直径7.78512.25in(19.773

37、1.12cm)的井眼；直径为4.5in(11.43cm)的小井眼探头，用于直径6.08.5in(15.2421.59)的井眼。C型仪器通常的操作频带为650750KHZ，共振区域半径7.75 818.5in（19.68921.59cm）（对于标准探头）。 C型仪器为数字化仪器，原始回波按载波被数字化处理，所有的后续滤波和检测均在数字域实现。 2.仪器特点 （1）多频工作 C型仪器具有灵活的变频特性，可从一个频率跳变到另一个频率，对于 的额定磁场梯度，一个15KHz的频率跳跃对应于共振区 82域半径0.09in的变化，该设计也支持在两种频率下同时测量，双频测量的几何图见图616。 83 （2）测

38、低阻井 低阻井相当于一种对射频天线的负载，负载常用天线因子Q表示。在直径8.5的井眼中，10m的淡水泥浆井眼中天线Q值为100，而在 =0.02m的井眼中，Q值变为7，低Q值对MRIL信号质量有不良影响。 （3）信噪比（SWR）高 测量频率为725KHZ时，在淡水泥浆井眼环境下，仪器的单回波SWR为70：1，计算结果经多次回波提高了信噪比，其FFI的信噪比为240：1。84 （4）调幅与调相功能 C型仪对每个回波提供完全幅度和相位调制 （5）测速快 测速取决于MRIL输出的单次实验信噪比，期望的测井精度纵向张角及地下 能允许的测量周期时间 。在单一共振体内，要使恢复达到95%以上，恢复时间 必

39、须满足： 。由于多频工作的结果，周期时间稍长于标准化所用频率数的 。在双频工作情况下， 。85在 =500ms、1000ms和2000ms的条件下，地层极化完全恢复对应在周期时间为750、1500、3000ms，依测井环境不同，C型仪测速约为B型的4.414.4倍。 （6）垂向分辨率高 通过减小射频天线的纵向张角可得到更高的分辨率，目前探头设计张角为43in，C型仪兼容更小的张角（24in）。 3.脉冲参数选择 MRIL采用CPMG脉冲序列完成对 的测量 。86其CPMG脉冲参数选择方式基本上与CMR的脉冲参数选择方式相同。 C型仪器的回波间隔时间约为1ms。每个深度测量点上记录的回波串为：在淡水泥浆井眼中约为1200个回波，在咸水泥浆井眼中，约300500个回波。 4.MRIL的垂向分辨率和信噪比 NMR仪的垂向分辨率受控于永久磁场及射频磁场的形状，即决定于磁体物理尺寸及射频天线。理论上，MRIL仪的探测体积为一圆环（见图617），圆环大小受射频天线的张角影响。 8788 MRIL数据的垂向分辨率和信噪比不仅受控于NMR的物理特性和传感器的设计，而且与数据采集及处理过程有关。C型仪的操作模式为双频双相交替方式。脉冲序列依次为：频率2，原相位；频率1，原相位；频率1，反相位；频率2，