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核磁共振测井仪器简介

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核磁共振测井仪器简介核磁共振测井仪器简介 2012 年第 2 期 Apr.2012 术国 外 测 井 技 14WORLD WELL LOGGING TECHNOLOGYTotal188 总第 188 期 ?综述? 核磁共振测井仪器现状及展望 于会媛宋公仆蔡池渊范伟 中海油田服务股份有限公司 机电设备研究所 摘要:核磁共振(NMR)测井是近年来全球测井界的关注热点,它所提供的独特信息,极大地增强了 测井的地层评价能力。通过回顾了对核磁共振测井技术应用研究的历史,介绍了几种主流核磁共 振测井仪器结构、测井原理等,并提出了核磁共振测井技...
核磁共振测井仪器简介
核磁共振测井仪器简介 2012 年第 2 期 Apr.2012 术国 外 测 井 技 14WORLD WELL LOGGING TECHNOLOGYTotal188 总第 188 期 ?综述? 核磁共振测井仪器现状及展望 于会媛宋公仆蔡池渊范伟 中海油田服务股份有限公司 机电设备研究所 摘要:核磁共振(NMR)测井是近年来全球测井界的关注热点,它所提供的独特信息,极大地增强了 测井的地层评价能力。通过回顾了对核磁共振测井技术应用研究的历史,介绍了几种主流核磁共 振测井仪器结构、测井原理等,并提出了核磁共振测井技术的发展方向。 关键词,核磁共振测井, 测井原理,电缆测井,随钻测井 “Inside-out”概念和 MRI技术 ,以人工梯度磁场和自 0 引 言 旋 回 波 方 法 为 基 础 的 全 新 的 核 磁 共 振 成 像 测 [1-核磁共振作为一种物理现象,最初是由Blo ch 和 井 (MRIL)问世,使核磁共振测井达到实用化 3]Purcell于 1946 年发现的,从而揭开了核磁共振研究 。 和应用的序幕。1952 年,Varian发明了测量地磁 场 此后,核磁共振测井仪器不断改进,目前,投入 商业应用的核磁共振测井仪器的世界知名测井服务 强度的核磁共振磁力计,随后他利用磁力计技术进 行油井测量。1956年 ,Brown和 Fatt研究发现 ,当流 公司分别为,斯仑贝谢、哈利伯顿和贝克休斯。他们,Schlumberger--CMR、 代 表 性 的 产 品 分 别 是 体处于岩石孔隙中时,其核磁共振弛豫时间比自由 Halliburton--MRIL-P、Bakerhught s--MREX。 状态相比显著减小。1960年 ,Brown和 Gamson研 制 1 电缆核磁共振测井仪器 出利用地磁场的核磁共振测井仪器样机并开始油田 1.1 CMR 服务。但是,地磁场核磁测井受到三个限制, 即,井眼中钻井液信号无法消除,致使地层信号被淹 Schlumberger公司于上个世 纪 90 年代研制了一 没,“死时间”太长,使小孔隙信号无法观测,无法使 种贴井壁测量的核磁共振测井仪,CMR,,并先后推 用脉冲核磁共振技术。因此,这种类型的核磁共振 出 了 CMR-A、CMR-200、CMR-Plus 以 及 MR 测井仪器难以推广。1978年 ,Jasper Jackson突破 地 Scanner 电 缆 核 磁 共 振 测 井 仪 。 CMR 挂 接 在 磁场,提出一种新的方案,即“Inside-uto”,把一 Schlumberger公司 的 Maxis-500系统上 ,其贴井壁的 个永久磁体放到井眼中(Inside),在井眼之外的地层 测量方式进一步消除了井眼泥浆对测量的可能影 中(Outside建立一个远高于地磁场)、且在一定区域 响。探头的核心部件是磁体和天线,磁体的南北极 内均匀的静磁场,从而实现对地层信号的观测。这 呈水平方向排列,在井外的地层中产生一个均匀磁 个方案后来成为核磁共振测井大规模商业化应用的 场,磁感应强度约 500Gauss。CMR的探测区域是 一 基础。但是由于均匀静磁场确定的观测区域太小, 个 离 极 板 约 2.5cm、直 径 近 3cm、高 度 约 15cm圆 柱 观测信号信噪比很低,该方案很难作为商业测井仪 体 。 根 据 仪 器 径 向 与 纵 向 探 测 特 性 的 模 拟 结 果 , 而被接受。1985年 ,Zvi Taicher和 Schmuel提出 一 CMR的探测深度较浅 ,但纵向分层能力较强,可以 种新的磁体天线结构,使核磁共振测井的信噪比问 分辨出很薄的储层,只是由于均匀磁场的区域太小, 得 到 根 本 性 突 破 。 1988 年 ,一 种 综 合 了 测量信号的信噪比将会很低。 基金项目,中国海洋石油总公司项目“核磁共振测井技术研究,编号,C/KJFYF006200,9”。 - 作者简介,于会媛,1980,,,女,博士研究生,中海油田服务股份有限公司机械工程师,专门从事核磁共振测井仪器机械结构设 计、方法原理和技术研究。 CMR-Plus 仪器的磁体和天线特征如图 1 所示, 此仪器采用了更长的预极化磁铁,可在连续测井条 件下使仪器穿过的地层氢核预极化,从而使测井速 度 增 加 。 由 于 采 用 了 新 的 、多 等 待 时 间 的 脉 冲 序 列,再加上电子线路的更新,使测量结果的信 噪比 有较大提高,使束缚流体和总孔隙度的精度 有明显 改善。 图 2 MRIL-P 仪器结构图 MRIL-P 探头部分是由直径为6in 或 4.875in的 [5]强永久磁体和缠在磁体外面的射频天线构成。磁 体由众多小磁畴(偶极子)组成, 从横截面上看,N-S 极水平平行摆放, 产生的磁场使地层中的氢原子核 被磁化, 在径向方向建立一个梯度磁场,如图3 所 图 1 CMR-Plus 仪器 示。静磁场和射频场正交以获得最大信号天线安 1.2 MRScann er装在磁体外部的玻璃钢外套中,用于向地层发射预 MR Scanner是 Schlumberger公司在二十一世 纪 先设置的射频脉冲,产生自旋回波信号,并接收和采 推出的新一代核磁共振测井仪器。仍然采用贴井 集回波信号。用 9 种不同的频率对 9 个不同直径的 壁测量方式,适用于大井眼和斜井作业,并能确保 同心圆柱壳进行独立观测,通过设计复杂的脉冲实 共振区域的大小和探测深度不受井眼影响。探头 现多种信息的同时测量。根据Larmor 频率确定 的 中磁体呈圆柱形,天线为拱形结构。由于磁体在井 共振条件,可以通过确定 MRIL的发射器和接受 器 眼和地层中形成梯度磁场,仪器可在多个探测深度 的中心频率和带宽,选定每个圆柱形区域的直径和 厚度。 多个频率进行测量,其共振区域为部分圆柱壳,最 大探测深度可达 6cm。该仪器共有三个天线,一个 主天线和两个高分辨率天线。主天线共有 8 个测量 频率(1,0.5MHz),其探测深度的范围为2 ,6cm,可 用于流体特性描述。两个高分辨率天线使纵向分 辨率可达到 10 cm,主要用于岩石特性评价、储层产 能预测以及对储层总体情况进行评价。该仪器测 量数据可直接用于岩石物理分析和测井解释,可确 定含油(或含水)饱和度、总孔隙度、有效孔隙度、束 缚水含量、T2 谱分布以及渗透率等参数,多个探测 图 3 MRIL-P 梯度磁场示意图 深度所测量的流体信息可用于确定侵入剖面。此 外,预极化的设计可确保较高的测井速度。 MRIL-P 具有单 Tw/单TE 、双 Tw/单TE 、单 Tw/双 MR Scanner仪 的 主 要 优 点 是 测 量 不 受 已 TE、双 Tw/双 TE 等四类常用观测模式。经被破坏或者污染层的影响,通过径向剖面判别流 1.4 MREx 体和环境影响,在井眼不规则或者厚的泥饼存在的 MREx 是 Baker Atlas公司推出的核磁共振测 井 情况下进行有效的测井解释。 仪器。该仪器采用贴井壁测量方式,可避免井径及 1.3 MRIL-Prime井内流体对测量结果的影响。MREx 仪器在磁铁、 MRIL-P 是由 Halliburton公司生产研制的 ,其仪 天线及脉冲序列的设计、测井数据采集、信噪 比控[4]器结构如图 2 所示。 制等方面有其显著的特点。MREx 核磁共振测 16 国 外 测 井 技 术 2012 年 4 月 井仪截面如图 4 所示。仪器测量精度和信息量的增多以及安全性、稳定性 的提高,随钻测井技术迅速发展,应用领域不断扩 大。随钻核磁共振测井(NMR_LWD)技术代表了地 质导向和地层评价技术的重大进步,将电缆核磁共 振测井的优势带入实时钻井作业中来,可以在钻井 过程中获取孔隙度、渗透率、束缚水及孔径分布等重 要参数,同时可以起到优化井眼轨迹的作用。 在过去的 10 年左右的时间里,先后有多家石油 公司及单位参与到核磁共振随钻测井技术的研发中 来 。 目 前 ,具 有 代 表 的 随 钻 核 磁 共 振 测 井 仪 为 Halliburton公司 的 MRIL-WDTM,Schlumberger公司 的 图 4 MREx 核磁共振测井仪器 MREx 具有独特的天线和磁体设计,MREx探 头 LWD-NMR及 Baker Atlas公司的 MagTrack。 [6]包括磁铁和天线。主磁铁的长度为24in ,其两端各 2.1 LWD-NMR 有一个加长磁铁,作为预极化磁铁,其中主磁铁又由 LWD-NMR是 Schlumberger公司推出的随钻 核 屏蔽磁铁和小磁铁两块组成,两磁铁的磁场极性一 磁共振测井仪器。仪器的两端为实时 LWD 接头,兼 致,共同产生 B0磁场。屏蔽磁铁的作用是迫使井眼 容 BHA 的任何部件。仪器的工作额定值与其它商 部分的磁场方向转入地层,这样既消除了井眼中泥 用 6.75inLWD仪器相近 ,最高耐温为300 ?,最大耐 浆的影响,又确保地层中120 测量扇形有效灵敏 ?压 为 2000ib/in2,旋转 时 最 大 狗 腿 严 重 度 为 8 ?/ 区内 B0 与 B1 垂直。仪器的天线由两组平行的线圈 100ft,滑动时最大狗腿严重度为 16?/100ft,满足随 组成,一组为扰流天线,另一组为发射、接收天线。 钻测井抗震指标。LWD-NMR 探头的永磁体为圆柱 扰流天线用于消除井眼泥浆中产生的共振信号,确 形,竖直安装,相对的两极在磁体的周围产生梯度磁 保射频天线接收到的信号全部来自地层。根据观测 场,共振区域为一个圆柱壳,其直径为14in ,长度为 模式的不同,MREx所使用的频率不同 ,频率范围在 6in。 共 振 区 域 的 磁 场 强 度 为 61Gs,磁 场 的 梯 度 为400,800kHz之间 ,每种频率的带宽为12kHz ,相邻 3Gs/cm。 高 梯 度 静 磁 场 产 生 较 薄 厚 度 的 圆 壳 ,而 的两个频率的间隔最小为 25kHz。每个频率在横切 LWD-NMR 采用低磁场梯度设计,具有较厚的测量 面 上 对 应 的 探 测 灵 敏 区 为 井 壁 附 近 120? 的 扇 形 壳体,对仪器的运动不敏感。仪器的探测深度取决 壳,壳的厚度为0.06in 。仪器的探测深度与所选用 于井眼大小和仪器的偏心度。对于 8.5in 的井眼,如 的频率有关,频率越高,探测深度越浅,从井壁算起, 果仪器居中,其探测深度为2.75in ,如果仪器偏心测 探测区域的范围在5 ,8cm之间 ,使仪器能够适应 量,则探测深度在 2.375,3.125in之间。对于较 大 不 规 则 井 眼 ,并 且 减 少 侵 入 影 响 。 贴 井 壁 测 量 使 的井眼,可以使用稳定器给仪器定位,保证测量的信 MREx可用于不同尺寸的井眼 ,减少了高矿化度泥 息 来 自 地 层 ,而 非 泥 浆 信 号 。 当 井 眼 的 大 小 超 过 浆的负载效应,避免了来自于井眼信号的干扰,多频 10.625in 时,测量的信号可能来自于井眼的泥浆信 率测井允许连续采集数据,梯度磁场使以扩散为基 号。 础的烃类识别成为可能。同时,它还提出了目标定 2.2 MRIL-WDTM 向测井概念,将原来的测量模式改为数据采集包,在 目前市场上比较完善的是 Halliburton公司开 发 每个数据包内,都有多组回波串,这些回波串的采集 的第二代核磁共振随钻测井仪 MRIL- WD,它在TM [7]参数都是提前设定的,都是基于储层中烃的类型和 第一代的基础上进行了一些改变,该仪器在钻井 地层岩石特性而设计的,这样便保证了能够覆盖一 的同时测量对振动不敏感的T1 和仪器滑动阶段测 个较宽的变化范围,因此就会对测前设计工作的要 量 T2,以达到测量地层参数的目的。该仪器的测量 求较少。 方式为居中式单频测量。仪器上部为电子线路短 节 ,下 部 为 探 头 ,主 要 由 永 久 磁 铁 、天 线 和 流 管 组 2 随钻核磁共振测井仪器 成。静磁场设计与MRIL 的磁场设计相同,磁体在 随着水平井、丛式井和多分支井的普及,同时, 直径为 14in的圆壳处所形成的均匀磁场的强度 为 120Gauss,磁场梯度为14 Gs/cm,射频脉冲的频率约,2,二维核磁共振测井技术能较好的解决因地 为 500kHz。天线包裹在玻璃钢和橡胶套中,较长的 层孔隙中油气和水同时存在时T2 谱重叠在一起的 问题。因此,必须拓展现有NMR 测井观测信息量 ,天 线 可 保 证 有 足 够 大 信 号 强 度 以 及 信 噪 比 。 MRIL-WDTM采 用 较 高 的 磁 场 强 度 和 共 振 频 发展二维核磁共振测井方法。 率 会 保证较高的信号强度和信噪比。根据钻井模,3,随钻核磁测井是在钻井过程中实现对地层 式,随 钻 核 磁 的 数 据 采 集 模 式 主 要 有 两 种 ,随 钻 的核磁共振测量,提供地层的孔隙度、束缚水孔隙 测 井 模 RL(Reconnaissance Logging) 和 测 井 评 体积以及 T1 分布等信息,更真实地反映原状地层的 价 模 EL(EvaluationLoggi ng)。 地质特征,因此,应加大力度开展随钻测井技术研 随钻测井模式RL 受水平方向和垂直方向的影 究。 响不大,可在钻井状态下操作。为了减小仪器运动 ,4,大规模开展核磁共振测井资料的解释研究 对随钻核磁测量的影响,选用了基于饱和恢复法的 和现场应用。 T1 测量方式。测井评价模式 EL 可在仪器滑动状态 4 结束语 而不能在钻井状态进行测量,使用CP MG脉冲序列, 最 小 回 波 间 隔 为 0.5ms。射 频 脉 冲 的 频 率 为 核磁共振测井仪的研制成功在测井届是一项 500kHz,尽管低于MRIL -P 的所有共振频率,但是脉 最令人激动的技术成就,目前三大测井服务公司的 冲序列可以通过电缆发送到井下仪器。测量结果 核磁共振测井仪已经在全球范围内推广应用。核 可与电缆核磁共振测井(如MRIL -P)的测量结果相 磁共振测量信号不受固体骨架的影响,观测范围具 媲美,可提供孔隙度和自由流体含量等主要地层参 有可选择性,由于油、气、水在核磁共振特性方面的 数。 显著差异而能够得以识别。核磁共振测井以全新 2.3 MagTrack的原理,提供了一套全新的信息,克服了传统测井 Baker Atlas 公司最近推出随钻核磁共振测井仪 方法的缺陷。这项技术在未来的发展中还有很大 MagTrack,仪器总长 32.8ft,直径6.75in为 ,最小测量 的发展潜力,尤其是测井解释资料的解释和应用是 井眼 8.375in,为了便于操作,MagTrak配备有预编 程 其发展的关键和难点,但相信随着技术的进步和研 序,适用于多种地层和流体特性。对于每种选择的 究的深入,核磁共振测井包括仪器研制、软件开发 模式,在井下处理原始数据并实时将计算的参数传 及解释与应用,将不断得到创新与发展,势必在测 到地面,所有原始数据存储在井下存储器中。该仪 井油气评价技术中起到越来越重要的作用。 器具有以下特点,可以与其它井下仪器兼容,振动 参考文献, 对测量的影响较小,通过泥浆脉冲获取实时测量数 [1] Dunn K J et al. A Method for Inverting NMR Data Sets 据,具有较高的纵向分辨率,可以在水平井中进行 th39 with Different Signal to Noise Ratios; SPWLA 测量,较少的占用钻台时间可以节约费用,实时数 Annual Logging Symposium,1998.据精度较高,有利于地质导向。 [2] George R Coatesetal. NMR Logging Principles and3 核磁共振测井仪器未来发展趋势 Applications.Houston. Sun Boqin et al. NMR Inversion Methods Fluidfor [3] 为了提高油气勘探开发的效益,核磁共振测井 th Typing. SPWLA44 Annual Logging Symposium,. 2003仪在解决日益复杂的油气地层评价问题的同时,发 [5] 王 俊 明 等,MRIL-Prime 核 磁 共 振 测 井 仪 [J],石 油 仪 器, [8]挥其在流体识别和岩石物理评价中的独特优势。 200216(6).,核磁共振测井仪在未来的发展中若想占据测井市 [6] 荆三红,现代常用核磁共振测井仪器的性能比较,科技 场 的 主 流 ,我 认 为 应 在 以 下 几 方 面 开 展 深 入 的 研 咨询,2008,66-67. 究, [7] 毕林锐,核磁共振测井技术的最新若干进展,工程地球 ,1,开发专门用于随钻核磁共振测井的数据解 物理学报,2008,4,4,,369-374. 释评价软件平台,对现有的解释评价方法和模型进 [8] 张松扬、范宜仁,核磁共振测井技术评述,勘探地球物理 行修正,提高解释评价精度。 进展,2002,25,4,,2126 -. WORLD WELL LOGGING Total 188 3 TECHNOLOGY ABSTRACT S 1.A BRIEF INTRODUCTIONTO THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE LOGGING TOOL/ Yu Huiyuan,SongGongp ,uChai Chiyuan,Fan Wei, Electromechanical Researchof Institute Technical Center,COSL,WWLT, 2012(2):14-17 Nuclear magnetic resonance (NMR) is thelogging focus of the global logging inindustry recent years. It provides unique informatiwhich on, greatly enhanced logging formation evaluation capabilities.By reviewing the history of applied research in nuclear magne tic resonance logging, the paper presents several mainstream logging instrument structure, logging principles and development direction of nuclear magnetic resonance logging. Keywords,nuclear magnetic resonancelogging,logging principle,wirelinelogging ,logging whiledrill ing 2.HALF-SPACE RESPONSECOMPUTING ANDERROR CORRECTIONOF ARRAY INDUCTION LOGGING BASED ON COMSOL / Wu Jie,Wang Zhao,Key Laboratory of Education Ministry for Photoelectric Logging and Detection,University Xi'an ,WWLT Shiyou, 2012(2):2730- Half-space calibrationis an important method to calculate the array induction coil system logging error.COMSOL software solved the problems such as point source applying, reasonable meshing, high-precision data acquisition and etc.On the basis of verifying the effectiveness of calculation, half space response of MIT which is placed horizontally or vertically is computed and analyzed.A new sonde error correction method based on databank is proposed. Withit equivalent height and earth conductivity rmined. can beKeywords dete,array induction logging,half space response,error correction,COMSOL 3.SURVEY AND STUDY OF THE CONDUCTIVE MECHANISMOF VOLCANICRESERVOIRS / Yang Xuefeng,Exploration and Development Research Institute of Daching Oilfield Ltd.,WWLT, Company2012(2 ):3136- In order to study the conductivity mechanism of the volcanic reservoirs and establish a reasonable conductivity and saturation interpretation model of volcanic reservoirs, we have studied many models including classical Archie model, conductive model with consideration of matrix and pore structure effect, conductive model of heterogeneous condition. They have many ctive interpretation kinds of condu models except basic Archie model.Through analysis of existing conductive models, it is recommended varithatous conductive models of different pore structure types should be established from analysing reservoir properties ,lithology, condu ctive mineral,fluid property, pore ,struofcture reservoir characteristics (lithology conductive minerals, fluid properties, pore structure), then to establish saturation interpretation model and , fluid identification method, and finally to form a set of conductive mechanism and saturation interpretation methods. The conductive model of intermediate-basic volcanic reservoirs has been set up according to the methed. Keywords,volcanic reservoir,conductive mechanism,,saturationpore structure model,shale 4.LITHOLOGY-ELECTRICITY RELATIONSHIP OF THE ARCHEAN RESERVOIRS IN DONGYING DEPRESSION/ Zhao Zhengbao,Hu Ming,Wang Haifang, et al.,SouthwestUniversity Petroleum,WWLT ,2012(2):37-40 The Archean reservoirs in Dongying depression have a large exploration potentia but there are many kinds inof which rock the l, composition and structure are complex. It brings difficulties for the research work.According to the complex conditons, we have studied the relationship between the Archean lithology and logs. We found some laws which laid a foundation for further exploration nt. and developme Keywords,Dongyingdepression ,Archean,reservoir,lithology-electricitytionship rela 5.OPTIMISATION OF THE POROSITY COMPUTATION METHOD IN HUHEREN OILFIELD / Zhang Juan,Key Laboratory of Exploration Technologies for Oil and Gas Resources, Ministry of Education,University,WWLT Yangtze,2012(2 ):41-43 The glutenite reservoirs of Nantunin formation Huheren oilfieldis characterized by complex structure and strong heterogenity.Thereis a big error in porosity calculation with only logging data.Therefore l methods severa are proposed to compute reservoir Deff porosity. erent computational models are selected according to defferent geologic characeristics. There are cross-plot, multiple regression and neural network computation methods. For the wells which have 3 porosity logs,acoustic wave, densitneutron,y,, principalcomponent analysis method can also achieve goodresult in calculatingporosi ty.
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