现代核磁共振测井仪器的应用之电子技术论文

　　【摘要】目前国内基本应用的核磁共振测井仪器主要有三种：Schlumberger公司的CMR仪器，Bakerhughs公司的MREX仪器，Halliburton公司的MRIL-P仪器。本文电子技术论文概述核磁共振(NMR)目前最新的工艺水平，是针对那些希望获得有关核磁共振仪器在地层评价能力方面知识的非本行业专家们需要，其目的是为了阐明基本测量原理和解释必须了解的核磁共振地层评价技术，并且论述了应用方法。
　　【关键词】核磁共振，测井下井仪器，应用
　　1论文前言
　　20世纪90年代采用脉冲核磁共振测井仪器，为石油工业提供了分析储层流体、岩石和流体与岩石相互影响方面唯一的、甚至是革命性的新方法。这项技术的采用恰好适时。这正好与7O年代以后产量迅速递减而钻进突然增加，迫切需要新仪器的形势适应，以便评价勘探开发更复杂的油气藏。脉冲核磁共振仪器具有广泛、新颖和独特的地层评价用途，并且这项技术自从其创始以来已迅速发展。
　　核磁共振(NMR)测井的现代阶段可以追溯到1978年在洛斯阿拉莫斯(LosAlamos)国家实验室创始的一个核磁共振裸眼测井研究项舀。该项目的部分目标是制造和试验一种能克服核磁测井仪器缺点的井眼核磁共振测井仪器。洛斯阿拉莫斯实验仪器使用了强永久磁铁，并且完成了脉冲核磁共振自旋回波测量，像现代实验室核磁共振仪器装置中所使用的那些仪器那样这些测量方法的价值是它极其灵活，并且能够特制以便适台于许多不同的地层评价应用。
　　洛斯阿拉莫斯汉器已证明了其可用性，但是不能满足工业仪器需要，因为信噪比较低，并且磁铁和讨频线圈设计引起一种巨大的井眼信号证明了这种仪器的可用性之后不久，1983年被一个努莫尔(Numar)公司发现，并且斯伦贝谢公司着手始独立研究，努力设计适合于工业性核磁共振测井测量的核磁共振磁铁和射频天线。
　　这些仪器都大大优越于核磁测井仪器，并且很快在地层评价方面见到效果。自从第一次采用工业性仪器以来，两个公司已经采用了先进的核磁共振电缆式起下仪器，及随钻测井核磁共振仪器。1997年努莫尔公司出售给哈里伯顿公司，并且作为一个完全拥有的子公司经营至今。2001年哈里伯顿公司采用的一种核磁共振流体分析器是其电缆式流体取样下井仪器的构成部分。哈卫伯顿公司和斯伦贝谢公司分别于2000年和2002年采用了随钻测井仪。
　　2现代核磁共振测井仪器的应用
　　2．1脉冲核磁共振测井仪器。传感器(即磁铁和天线)是脉冲核磁共振测井仪器的心脏部分。它对重要的仪器特性方面有显著影响，包括信噪比、最小回波跨距、探测深度、测井速度和垂向分辨能力。通用的仪器全都有某些不同的传感器设计。更深一层的区别是电子线路、操作系统、脉冲程序、数据处理和解释算法。关于核磁共振仪器的详细技术规范可在业务公司网址上查出。
　　2．2测量原理。核磁共振测量包括两个步骤：第一步是造成储层流体的一种净磁化作用。当测井仪器通过井眼移动时，磁的磁场向量，极化了储层中流体的氢原子核，产生一种净磁化作用。磁化作用是沿着方向的，称为纵向磁化。在井眼附近区域内(在井壁的几时内)的幅度一般为几百个高斯。的幅度随着与磁铁的径向距离增大而减小，在整个测量体中产生一种磁场梯度，或梯度分布。如在下面所述，磁场梯度用于鉴别和表征储层中流体在受到作用之前，氢原子核的磁矩是随机定向的，因而流体的净磁化作用为零。在极化时间期间，磁化作用朝向其平衡值M按指数增长。表征磁化作用按指数增加特性的时间常数是纵向松弛时间，称为。在磁化作用时间当中磁化的增加。
　　在储层岩石中值的分布是描述磁化过程所必须的。分布反映出在沉积岩中烃类的复杂组成和孔隙大小分布。以极化时间至少等于最长的三倍来保证达到充分的磁化。如果极化时间太短，则核磁共振得出的孔隙度低估了真实地层孔隙度。
　　接着极化时间，立即对地层施加一系列射频脉冲。第一次射频脉冲称为“90脉冲”，因为它旋转磁化向量，此向量开始平行于，转入横向平面垂直于。一旦磁化作用是在横向平面内，它围绕旋转，在同一天线内产生一种随时间变化信号，用于造成脉冲。一种核磁共振自由感应衰减(FID))信号在90脉冲之后立即首先出现，但是衰减太快以致不能检测到。接着90脉冲是一系列最后间隔180脉冲，是用于再聚焦氢原子核的磁矩，以便形成偶合的自旋回波信号。记录每对180脉冲之间的自旋回波。此信号之所以称为“回波”是因为其在每对180脉冲之间的中点达到最大振幅，然后在接续脉冲之前迅速衰减到零。重新聚焦磁距产生下一次回波。
　　射频脉冲和伴随的自旋回波是已知作为卡尔-珀塞尔-梅布姆-吉尔(Gxrr-Purcell-Meiboom-Gil1)程序(CPMG)。这是最广泛使用的核磁共振测井程序。自旋回波信号呈指数衰减的包络线具有时间常数的特性，已知作为弯曲或自旋回波松弛(即衰减)时间。自旋回波衰减曲线的幅度外推返回到零时间(紧接着9O脉冲)是等于核磁共振导出的总孔隙度，假设流体的含氢指数等于1。
　　关于一种核磁共振仪器的重要技术规范是其最小回波间隔。最小回波间隔起一种重要作用，与信噪比一起，在确定感光性界限(最短值)时可以用仪器测量。为了在含粘土夹层和小孔隙水的地层中精确和可重复测量核磁共振总孔隙度，短的最小回波间隔是必要的(即关于测量的值比3ms时间更短)。通用仪器的最小回波间隔范围约从0．2ms到1．2ms。
　　在一种典型的核磁共振测量中，经过1秒的周期采集数以千计的回波。回波数取决于预计的地层松弛时间。在具有长松弛时间的地层中(即地层中具有轻质油或岩层具有大孔隙和／或孔洞)，为了精确测量分布中的长值，需要更多回波。实际上在仪器的磁场梯度中分子的扩散引起一种附加的T2扩散衰减机理，其在最长方面影口向的上限可以测量出来。纵向上松弛时间是不受扩散影响的。
　　2．3正进行的研究和可能的将来应用。从用核磁共振推导岩石润湿性方法方面近期不断进展的研究，看来是有前途的。希望这项工作将导致可用于推导润湿性的井下技术的诞生。另一种有前途的研究领域是利用核磁共振测量测算储层流体的压力、体积、温度(PVT)性质。可以预见的是，这项研究最后将导致用这种技术预测地层内流全的PVT性质(即高压物性)，包括原油的分子组成在内。这种方法将对改进常规的地层评价和完井结果有重大作用。还有，前景看好的研究工作正在进行中，以便利用核磁共振扩散测量更好地确定岩石和／或孔隙空间的连通性和结构。这种研究有助于更好地了解复杂储层中的生产能力。
　　进一步窥视将来，使用与医学中软细胞组织成象的核磁共振相同方式利用核磁共振方法使储层中流体成象是可能的。在远隔的层位上应用光谱学测井是可能的。比如对地层原油中脂肪族与芳香比例的原地测量。
　　3论文结语
　　核磁共振测井是70世纪60年代期间第一次采用的，当时核磁测井仪器是用于地磁场中进行不含原油领先测量的。核磁测井仪器在80年代晚期从服务中退役。现代脉冲核磁共振仪器是在90年代早期采用的，并且这项技术已经对地层评价发挥了重大作用。
　　参考文献：
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