核磁测井文献综述——核磁共振测井仪器的发展
211219812_核磁共振测井技术发展综述
141核磁共振测井技术的发展已经有50余年的历史，它能提供比其它类测井更加丰富的地层信息，同时测量结果受地层岩性的影响较小，因此广泛应用于碳酸盐岩、火成岩、砂砾岩等复杂岩性地层，以及低孔低渗、高束缚水引起的低阻等复杂油气藏[1]。
从理论上来看，核磁共振测井只测量孔隙中水的信息，可以得到准确的孔隙度、束缚水、孔径分布等储层关键参数。
但在该项技术的实际应用中，却表现的差强人意。
具体表现为，孔隙度测量的准确性与流体性质、地层岩性、物性相关，束缚水、孔径分布等参数的计算均有很大的限制性；流体识别方面，差谱、移谱等方法均对使用条件有极大的要求；至于孔径分布，需要同时考虑转换系数和流体性质，应用效果亦是不佳。
对核磁共振测井技术近些年的发展情况进行归纳、总结、分析，或将有助于提高核磁共振测井的应用效果[2]。
1 核磁共振测井仪器最初的核磁共振测井仪器是应用地磁场，由于无法测量地层信号，难以推广应用。
直至1978“inside-out”方案的提出，奠定了核磁共振测井大规模商业化应用的基础。
此后，核磁共振测井仪器不断改进，发展出了两个分支：电缆核磁共振测井仪器、随钻核磁共振测井仪器。
目前，商业化的电缆核磁共振测井仪器主要有CMR、MRScanner、MRIL-P、MREx。
其中CMR、MRScanner均来自于斯伦贝谢，贴井壁测量，区别在于CMR产生的是均匀磁场，探测深度浅，信噪比低；MRIL-P由哈利伯顿公司研制，居中测量，具有多种极化时间、回波间隔组合的观测模式；MREx由贝克公司推出，贴井壁测量，回波采集参数可基于储层中烃的类型和岩石特性进行设计。
商业化的随钻核磁共振测井仪器主要有LWD-NMR、MRIL-WDTM、MagTrack。
其中LWD-NMR 由斯伦贝谢研制，采用了低磁场梯度设计，对仪器运动不敏感；MRIL-WDTM是哈利伯顿开发，居中单频测量，有随钻测井和测井评价两种测量模式，可以测量纵向弛豫时间T1和横向弛豫时间T2；MagTrack由贝克公司推出，针对多种地层和流体开发了不同测量模式，同时大大降低了振动对测量的影响。
核磁共振成像测井技术综述
收 稿 日期 ： Ｏ ８ ０ —２ ２Ｏ— ２ ０
作 者 简 介 ： ，９ ２年 出生 ， 程 师 ， ９ ４年 毕 业 于 西 安 石 油学 院 ， 在 中油 测 井 技 术 服 务 有 限责 任公 司从 事 现 场 测 井 操 作 工 作 。 男 １７ 工 １９ 现
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第 ２期
核 磁 共 振 成 像 测 井技 术 综 述
・ ９ ２ ・
２ １ 磁 共振 信 号 的基本 测量 方法 ．
２ １ １ 自由 感 应 衰 减 ． ．
为 了激 发 自由进 动 信 号 ， 以利 用 能 够 使 宏 可
观磁 化 强 度 Ｍ０ 对 于 静磁 场 Ｂ。 向扳 转 ９ 。 相 方 ０ 的 各种 方 法 ， 如 射频脉 冲方法 和预极 化方 法 ， 简 例 最 单 的射 频 脉 冲 方 法 是 单 脉 冲 序 列 ， 即利 用 一 个 ９ 。 频脉 冲 ， ０射 使原 来沿 静磁 场方 向取 向 的磁 化 矢 量扳 转 ９ 。然后 进行 观 测 ， 到 的信 号 即 是 自 由 Ｏ， 得
井 技术 。它 可 以直 接 测 量 岩 石 孔 隙 中流 体 的信
号， 其测 量 结果基 本 上 不 受 岩 石 骨 架 的影 响而 区 别 于现 有其他 测井 方法 。核 磁共 振 成像 测井 信号 包含 十 分丰 富 的地层 信息 ， 可用 于 定 量 确 定有 效 孔 隙度 、 自由流 体孔 隙度 、 缚 水 孔 隙 度 、 束 孔径 分 布 以及 渗透 率 等 参数 。在 勘 探 阶 段 ， 磁共 振 成 核 像 测井 能为 产液 性 质 、 层 性 质 及 可 采 储 量 等地 产 层评 价 问题 的 解 决 提 供 可 靠 的 信 息 。在 开 发 阶 段 ， 可 为油 层 的 强水 淹 、 替 效 率 、 则 驱 剩余 油饱 和 度 以及 采 收率等关 键 问题 的评 价 和分 析提供 定量
核磁共振测井技术评述
第25卷第4期2002年8月勘探地球物理进展ProgressinExplorationGeophysicsVol_25,No.4Aug.2002核磁共振测井技术评述张松扬,范宜仁.(1.中国石化石油勘探开发研究院南京石油物探研究所,江苏南京210014;2.石油大学(华东),山东东营257062)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,介绍了这种技术在软硬件方面的最新改进,根据对其现场应用的优势及局限性的分析,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;应用研究;局限性;发展趋势中图分类号:P631.813文献标识码:ACommentaryonnuclearmagneticresonanceloggingZhangSongyang,FanYiren(1.InstituteofGeophysicalProspecting,SINOPECResearchInstituteofPetroleumExplorationandDevelop—ment,Nanjing210014,China,2.UniversityofPetroleum,Dongying257062,China)Abstract:Nuclearmagneticresonance(NMR)loggingisaconcerninghotpointingloballoggingcirclesinrecentyearsfortheuniqueinformationitprovidedcangreatlyenhancetheabilityofformationevaluation.ThispapergivesahistoricalreviewofNMRloggingtech
核磁共振测井简介
引言核磁共振测井是一种适用于裸眼井的测井新技术，是目前唯一可以直接测量任意岩性储集层自由流体（油、气、水）渗流体积特性的测井方法，有明显的优越性。
本文主要讲解了核磁共振测井的发展历史、基本原理、基本应用、若干问题及展望。
发展历史核磁共振作为一种物理现象，最初是由Bloch和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，当流体处于岩石孔隙中时，其核磁共振弛豫时间比自由状态相比显著减小。
1960年，Brown 和Gamson研制出利用地磁场的核磁共振测井仪器样机并开始油田服务。
但是，地磁场核磁测井方案受到三个限制，即：井眼中钻井液信号无法消除，致使地层信号被淹没；“死时间”太长，使小孔隙信号无法观测；无法使用脉冲核磁共振技术。
因此，这种类型的核磁共振测井仪器难以推广。
1978 年，Jasper Jackson 突破地磁场，提出一种新的方案，即“Inside-out”设计，把一个永久磁体放到井眼中(Inside)，在井眼之外的地层中(Outside)建立一个远高于地磁场、且在一定区域内均匀的静磁场，从而实现对地层信号的观测。
这个方案后来成为核磁共振测井大规模商业化应用的基础。
但是由于均匀静磁场确定的观测区域太小，观测信号信噪比很低，该方案很难作为商业测井仪而被接受。
1985 年，ZviTaicher和Schmuel提出一种新的磁体天线结构，使核磁共振测井的信噪比问题得到根本性突破。
1988 年，一种综合了“Inside-out”概念和MRI 技术，以人工梯度磁场和自旋回波方法为基础的全新的核磁共振成像测井(MRIL)问世，使核磁共振测井达到实用化要求。
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公司分别为：斯仑贝谢、哈利伯顿和贝克休斯。
核磁共振(NMR)测井的进展
在２ ０世 纪 ９ ０年 代 ＮＭＲ 测 井 仪 的投 入 使 用， 为石 油工 业提供 了分 析储层 流体 、 岩石 以及 它
们 之 间相互作 用 的独一无 二甚 至是革 命性 的的新 方 法 。这 种新 技术 的 出现恰 逢其 时 ， 上世 纪 ７ ０年 代后 钻探 事业 兴 旺 ， 需要 新 的仪 器 去评 价 勘 探 和 开 发 中更 加复 杂 的储 层 ， 技术 与石 油 产 量 锐 减 该 同时 出现 ， ＮＭＲ测井 仪 带来 新 的 、 一 无 二 的 地 独 层评 价应 用方法 ， 技 术从 一 开 始 就 得 到 了 迅 速 该
部分 。哈 里 伯 顿 公 司 和 斯 伦 贝 谢 公 司 分 别 在
２０ ０ ０和 ２ ０ ０ ２年各 自推 出 Ｌ ＷＤ仪 器 。贝 克 ・休
斯 公 司在 ２ ０ ０ ４年 推 出了 电缆式 Ｎ ＭＲ， 并在 ２ ０ ０５ 年推 出了 Ｌ Ｄ的 ＮＭＲ仪 。 Ｗ
括计 算 渗 透率 、Ｌ 孑 隙分 布 、 自由 流体 体 积 、 油 的 原
含 烃 储 层 的 评 价 方 法
在 Ｌ ｓＡｌ ｓ国家 实 验 室 开 展 的 ＮＭＲ井 筒 测 ｏ ａ ｍｏ
１ 前言
本 文 总结 了核磁共 振 （ ＮＭＲ） 测井 技 术 ， 象 对 是那 些想 了解 ＮＭＲ测井 地层 评价 能力 的非专 业
人 士 。本文 的 目的是 阐明 ＮＭＲ 的基本 测 量原 理 和解 释方法 （ 释 时 必 须理 解 ＮＭＲ地 层 评 价 技 解
方 向顺着 Ｂ 方 向即纵 向 。在井 壁 附近 的 区域 （ 。 距
传 感器 （ 即磁铁 和天线） 脉 冲 ＮＭＲ测 井 仪 是
的心脏 。它 对 仪 器 的 性 能 如 Ｓ Ｎ、 小 回波 间 ／ 最
国外核磁共振测井仪器的研制进展
国外核磁共振测井仪器的研制进展核磁共振测井技术被称为21世纪测井技术，是近年来发展较快的技术之一。
核磁共振测井仪器的成功应用，在核磁测井领域具有极其重大的意义。
由于传统的测井技术测试对象是岩石的岩性和骨架矿物成分，间接计算地层的孔隙度，有时无法测到某些储集层特性，如：渗透率、束缚水饱和度和残余油饱和度等重要参数，会造成部分生产层被忽视。
而核磁成像测井技术能够测定这些参数，原因是核磁测井仪器能够直接测试地层孔隙中的流体。
一、国外研制现状自上个世纪90年代以来，核磁测井进入商业实用阶段。
目前在俄罗斯，核磁测井早已是重要的常规测井手段，其研制生产的大地磁场型系列核磁测井仪яMK923在油田勘探及开发测井中正在发挥十分重要的作用。
美国的NUMAR公司在核磁测井领域做得最为成功，全球范围内已成功完成近千口井的核磁测井商业服务，Halliburton公司在完成对NUMAR公司的收购后，强力进入核磁测井的商业服务领域，相继开发了MRIL、MRIL-Prime和MRIL-FA等核磁共振成像仪器。
同时，Schlumberger公司的CMR（Combinable Magnetic Resonance 组合核磁共振）测井仪,在完成电子线路的升级、更有效的数据采集以及增强前期信息的信号处理等技术后，先后推出了CMR、CMR-200以及CMR—Plus等多代NMR测井仪，在核磁测井的商业服务领域取得了成功应用。
Baker hughes公司推出了一种偏心测量核磁共振测井仪MREx。
同时，三大公司正在开发的随钻NMR测井仪已经进行了多次现场试验。
在国内，环鼎公司成功地从Halliburton公司获得了仪器的制造技术，并取得了丰厚的回报。
下面将对俄罗斯和美国三大公司的核磁仪器的工作原理、性能进行简要阐述，并对三种核磁仪器的性能进行对比分析。
1．俄罗斯的大地磁场型核磁共振测井仪（яMK923）一般采用“预极化-地磁场自由进动”方法为基础。
核磁共振测井技术评述
Ｖｏ ＿ ５ Ｎｏ ４ ｌ２ ， ．
Ａ ｕ ２０ ｇ． ０２
第 ２ 卷第 ４期 ５
２０ ０ ２年 ８月
勘 探 地 球 物 理 进 展
Ｐｒ ｇ ｅ ｓ ｉ ｐ ｏ ａ ｉ ｎ Ｇｅ ｐ ｙ ｉ ｓ ｏ ｒ ｓ ｎ Ｅｘ ｌ ｒ ｔ ｏ ｈ ｓ ｃ ｏ
积 ， 分产 层 与非 产 层 ； 划 ３ ）估 算 连续 的 地层 渗 透率 ； ４ ）提供 反 映地 层孔 隙 大小 分 布和 流体 流 动特
性 的 丁 分布； ２ ５ ）利用 两 次不 同回波 间 隔测井 进 行差 谱 或移
核 磁 共 振 测 井 是 通 过 研究 地 层 流体 中的 氢 核
自 １４ ９ ６年 哈 佛 大 学 Ｐ ｒｅｌ 斯 坦 福 大 学 ｕｃｌ和
Ｂ ｏ ｈ各 自独 立 发 现 核 磁共 振 （ ｌｃ ＮＭＲ） 一 物 理 现 这 象 以来 ， ＮＭＲ 测 井 已 经 历 了几 十 年 的 研 究 和 发 展 ， 在正 日趋 完 善并 逐 步成 为一 种 常规 测井 方 法 现 得 到越 来 越广 泛 的应 用 。
ｇｖ ｓａ ｈｓｏ ｉａ ｅ ｉｗ ｆＮＭ Ｒ ｏ ｇｎ ｅｈ ｏｏ ｙ，ａ ｄｄ ｓ ｒ ｅ ｒｅｌ ｏ ｄ ａ ｃ ｓｏ ａ ｄ ｒ ｎ ｏ ｔ ｉｅ ｉｔ ｒ ｌｒｖｅ ｏ ｃ ｌｇ ｉｇ ｔｃ ｎ ｌｇ ｎ ｅ ｃｉ ｓｂ ｉｆ ｓ ｍｅａ ｖ ｎ ｅ ｎｈ ｒｗａ ｅａ ｄ ｓ ｆ— ｂ ｙ ｗａｅｏ ｈ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｒ ｆｔ ｅｔｃ ｎ ｌｇ ．Ｔｈ ｕ ｕ ｅｏ ｅ ｆｔ ｒ ｆＮＭ Ｒ ｏ ｇ ｎ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｉ ｄ ｐ ｃｅ ａ ｅ ｎ ａ ｎ ｌｓｓｏ ｈ ｄ ａ ｔｇ ｌｇ ｉｇ ｔｃ ｎ ｌｇ ｅ ｉｔｄｂ ｓｄ ｏ ｎ ａ ａｙ ｉ ｆｔ ｅａ ｖ ｎ ａ ｅ ｓ ａ ｄ ｄｓ ｄ ａ ｔｇ ｆｔ ｅｔｃ ｎ ｌｇ ｎ ｆ ｌ ｐ ｌ ａ ｉｎ ｎ ｉ ｖ ｎａ ｅｏ ｈ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｉ ｉ ｄａ ｐｉ ｔ ． ａ ｅ ｃ ｏ
核磁共振测井技术的进展
但为支 持 ＮＭＬ测井 而进 行 的实验 研究 ，预 见 了今
天 仍在 进 行 的多 种 地 层 评 价 ，其 中包 括 估 算 渗 透
影响 。在用 的所有 仪器 在传感 器 的设计 上 都不尽 相
同 ，主要差别 是 电子线路 、固件 、脉 冲序列 、数 据 处 理 和解释算 法 。ＮＭＲ 仪器 的详 细技 术 指 标 都 能 在 各 家来自务公 司 的网站上 找到 。
率 、孔 隙大 小分 布 、 自由流体体 积 、原 油黏度 和润
湿性。
现代 ＮＭＲ测 井 的 发 展 可 以 追溯 到 １７ ９ ８年 在
Ｌ ｓＡｌｍｏ ｏ ａ ｓ国家 实 验 室 开展 的 ＮＭＲ井 眼测 井 研
一
斯伦 贝谢 电缆式 ＮＭＲ测井 仪器 有 三个 天 线 和 个 完全 可编程 的脉 冲序列 发 生器 ，能进 行 多种不
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３ ２
国外 油 田工 程 第 ２ ３卷 第 １ Ｏ期 （０ ７ １ ） ２０ ． ０
核 磁 共 振测 井 技术 的进 展
编 译 ：赵 平 （ 大庆石 油管理局测井公司） 周利 军 （ 大庆油城燃气公 司）
审校 ：纪常杰 （ 大庆油田工程有限公司）
体 、 岩 石 以及 它 们 之 间相 互 作 用 的 独 一 无 二
研究 ，试 图设计 ＮＭＲ磁铁 和 Ｒ Ｆ天 线 ，从 而满 足 商用 ＮＭＲ测 井需求 。
２ ０世 纪 ９ ０年代初 ，研 究 有 了收获 ，有 两家 公
甚 至是革命 性 的新 方 法 。２ ０世 纪 ７ ０年代 以
测量原 理
公 司和斯伦 贝谢公 司分 别 推 出 了 Ｌ ＷＤ仪 器 。贝克
・
休 斯 公 司 在 ２０ ０ ４年 推 出 了 电 缆 式 ＮＭＲ 仪 ，
核磁共振测井技术的现代应用趋势
核磁共振测井技术的现代应用趋势核磁共振测井技术（Nuclear Magnetic Resonance Logging）是一种应用于地球物理勘探领域的重要技术。
通过测量岩石中原子核自旋的共振现象，它可以提供有关地下岩石储层的重要信息。
在过去几十年中，核磁共振测井技术得到了广泛的应用和发展，为石油勘探、地质学研究以及地下水资源评估等领域提供了重要的帮助。
本文将探讨核磁共振测井技术在现代中的应用趋势。
一、高分辨率成像随着仪器设备的不断改进和技术的发展，核磁共振测井技术的分辨率得到了显著提高。
传统的测量方法主要关注岩石样品中液态水的分布，但现代的核磁共振测井技术已经可以提供更加详细的成像信息。
通过对地下储层中油、水、气等不同成分的测量和分析，可以获得更准确、更细致的地下岩石结构图像。
这种高分辨率成像技术可以帮助勘探人员更好地理解地下岩石储层的特征，提高勘探和开发效率。
二、多参数测量发展传统的核磁共振测井技术通常只能提供岩石储层的孔隙度信息，但现代核磁共振测井技术已经实现了多参数测量。
除了孔隙度，核磁共振测井技术现在还可以测量地下储层中的渗透率、饱和度、岩石孔隙结构等多个参数。
这些参数可以提供更全面、更准确的地下岩石特征信息，有助于勘探人员更好地评估岩石储层的潜力和开发价值。
三、非侵入式测井传统的测井技术通常需要进行试井操作，即在地下储层中打孔取样来获取岩石信息。
然而，这种试井操作会对地下储层造成一定的破坏，且操作成本较高。
与传统试井相比，核磁共振测井技术具有非侵入性的优势。
通过无需打孔取样直接对地下储层进行测量，核磁共振测井技术能够实现对地下岩石的准确评估，提高勘探效率的同时减少对地质环境的破坏。
四、多尺度测量与高精度定量随着核磁共振测井技术的发展，现代测井仪器已经可以实现多尺度测量和高精度定量。
不同尺度的地下岩石结构对储层特征的影响是不同的，因此，进行多尺度测量能够提供更全面的岩石信息。
与此同时，高精度定量分析也是核磁共振测井技术的重要发展方向。
核磁共振测井技术专利技术综述
核磁共振测井技术专利技术综述摘要：核磁共振测井技术对于储层流体的勘测具有精度高、勘测准的特征，可用于划分储集层确定、储层有效孔隙度，确定渗透率、颗粒大小、残余油饱和度，确定储集层产能等作用。
本文从专利权角度梳理、分析国内当前相关技术研发水平及专利保护状况，旨在为相关单位申请相关专利提供参考。
关键词：核磁共振测；测井；专利分析核磁共振是在外加恒定磁场中的院子核系统受到与外磁场方向垂直的电磁波作用时，当电磁波频率等于核磁矩相邻能级之间的跃迁频率时，核磁矩的能级发生共振跃迁。
核磁共振测井是依据构成地层岩石、液体等物质元素中各种原子核核磁共振效应而设计的各种装置及方法。
岩石核磁共振特性取决于岩石中所含元素中原子核的旋磁比、元素天然含量，以及元素的赋存状态。
氢在磁场中有最大的旋磁比和最高的共振频率，氢优又是在钻井条件下最容易获得的元素，因此核磁共振测井以氢核与外加磁场的相互作用为基础，通过测量核磁共振信号强度和弛豫现象来测量孔隙流体的特性。
核磁共振测井是唯一可以直接测量任意岩性储集层自由流体（油、气、水）渗流体积特性的测井方法，有明显优越性。
一.核磁共振测井技术专利申请状况分析为研究核磁共振测井技术的申请变化及发展状况，本文以incopat为基础，并利用S系统在CNABS数据库和DWPI数据库中，依据关键词进行了检索，检索到2019年12 月31 号前公开的关于核磁共振测井技术的全球专利文献数据，对incopat得到的数据进行校对，并对其做了统计分析。
1.全球申请量分析全球首件核磁共振测井相关申请是1965年在英国申请的。
在1996年之前，该技术属于刚刚起步阶段，年申请量基本维持在一至两件。
从图1可以看出核磁共振测井技术全球专利申请量的年变化趋势。
年申请量从1996年开始到2000开始了短期的快速增长过程，并于2000达到峰值，年申请量达到了32件。
2001年到2008年申请量基本趋于平稳，从2009年起到2016年，申请量急剧上升，在2016年年申请量达到了历史最高的74件。
核磁共振测井技术的最新若干进展
关键词: 核磁共振测井; 最新进展; 二维核磁共振测井; 发展方向 中图分类号 : P631. 8 文献标识码 : A 收稿日期: 2007 04 14
Latest Advances in NMR Logging Technology
Bi Linrui
( China N ational Log ging Cor p or ation, Beij ing 100101 , China)
。
第4期
毕林锐 : 核磁共 振测井技术的最新若干进展
371
为 7. 875in 至 12. 25in, 而 M RIL - XL 则可以将 NMR 作业适用井眼范围扩大到 16in。这样便使 得该服务能够更具经济价值 一只仪器可以适 用更大的井眼尺寸范 围。 MRIL - XL 能够获得 很丰富的地层信息, 包括束缚和可动流体, 总孔隙 度, 渗 透率 , 流 体类 型 ( 同时 可进 行 T 1 和 T 2 测 量) , 流体界面以及观测粘度的变化
[ 1]
MR Scanner 是 Schlumberger 公司于 2005 年推 出 的 Scanner 家 族 中 的 一 员。 该 仪 器 是 Schlum berg er 公司最新的核磁共振测井仪 , 能够 同时进行多频测量 , 在一次下井中对储层进行不 同深度 探 测, 能 够 得到 清 晰 的 储 层流 体 剖 面。 MR Scanner 的主要应用是能提供流体体积和饱 和度的径向剖面。在各种淡水或者不同矿化度地 层水储层进行含烃表征, 以及对低电阻率/ 低差异 油气层, 薄层进行评价。对不规则井眼进行储层 评价。获得连续的原油粘度曲线以进行射孔和完 井作业。基于与岩性无关的孔隙度的流体储层体 积的确定。水基或者油基泥浆中确定剩余油饱和 度。 MR Scanner 仪的主要优点是测量不受已经 被破坏或者污染层的影响 , 通过径向剖面判别流 体和环境影响 , 在井眼不规则或者厚的泥饼存在 的情况下进行有效的测井解释。 MR Scanner 仪特性有: 偏心, 梯度磁场设计; 多频率, 不同探测深度同时进行测量; 垂向分辨率 达到 7. 5in; 测井速度达到 3600f t/ hr; 流体表征; 获得不同探测深度的横向弛豫时间( T 2 ) , 纵向弛 豫时间( T 1 ) 和扩散系数 [ 2] 。 1. 1. 3 M REx Baker At las 公司的 MREx( MR Explorer) 核 磁共振测井仪器采用贴井壁测量方式 , 避免了井 径及井内流体对测量结果的影响, 有 12 个工作频 率( 450~ 880kH z) 可供选择。探测深度从井壁开 始计算, 根据工作频率的不同 , 从 2. 6in 变化到 4. 5in。 MREx 探头只有外径 5in 的一种, 使得它可 以适应 6in 到 14in 井眼 , 较短的仪器长度 ( 17ft ) 使之能够通过短曲率半径的造斜段。回波间隔更 小, 可提供精确的总孔隙度 及其它参数的测量。 MREx 对采集控制进行模块化设计, 使操作工程 师工作更简单 , 避免由于对 NM R 测井原理不熟 悉以及对地层评价中需要输入的参数不了解而引 起的测量误差[ 3, 4] 。 1. 1. 4 M RIL - XL H alliburt on 公司在 2007 年推出的商业化核 磁共振成像测井仪 MRIL - XL , 一改其 NM R 测 井仪器系列居中测量的特点, 利用一个弹簧推靠 器, 将仪器推靠在井壁上进行测量。仪器贴井壁 后, NM R 测量就只对部分井筒进行定向观测 , 从 而有效提高探测深度 , 并且不受井筒内泥浆的影 响。 MRIL - P 型核磁共振测井仪适用井眼尺寸
磁共振测井仪的发展
磁共振测井仪的发展王英【期刊名称】《高师理科学刊》【年(卷),期】2012(032)004【总页数】1页(P49)【作者】王英【作者单位】大庆师范学院物理与电气信息工程学院,黑龙江大庆163712【正文语种】中文核磁共振测井是用于裸眼井中的非破坏性的测井新技术，它对底层内孔隙介质中的流体信号作出响应，同时提供自由流体指数、孔隙度、渗透率、束缚水饱和度等参数，简化了测井解释[1]．NMT是在地磁场中测量氢核质子的自旋．氢核质子沿地碰场的方向排列，沿与地磁场片垂直的方向加一直流极化场片，在极化场的作用下以纵向弛豫时间确定的速率产生新的极化强度（见图1）．经过时间后，迅速断开极化场，以拉莫尔频率围绕地磁场自由进动，在线圈内将接收到一自由感应衰减信号（见图2）．由于同一线圈既产生极化场，又接收自由感应衰减信号，因此存在着大约25 ms的开关延迟，称为“死时间”，在死时间范围内记录不到信号．NMT输出的原始数据是自由感应衰减信号的波形（FID）．将幅值的包络线回推到断开极化场的初始时刻，则可得FID的初始幅值．当选择一系列不同的极化时间时，可绘制出幅值与极化时间T的关系曲线；当将极化场作用时间增加到时，与之相对应的FID信号的初始幅值刻度成孔隙度单位就可得自由流体指数．NMT的设计思想及结构简单，但是该仪器存在着许多不足之处：（1）NMT测井必须对井眼泥浆进行面处理，致使工序冗长，费用昂贵；（2）由于“死时间”太长，测得的FID信号不够精确，且探测不到小孔隙中液体信号；（3）由于磁场的非均匀性，故NMT不能测得真实的值．Inside-out技术是将两圆柱形的永久磁铁同极相对沿轴放入井眼中，则两磁铁产生的环形均匀磁场恰好位于井眼周围一圈的地层内（见图3）．该磁场的强度是地磁场强度的l00~1 000倍．将一射频线圈放置在两磁极之间，当给线圈加一900射频脉冲时，环形区域内被极化的氮核磁矩将翻转900．射频脉冲作用后，将绕磁场旋进，线圈Inside-out与NMT相比有几个重大突破：（1）Inside-out技术测井并不需对井服泥浆进行预处理；（2）由于在地层内产生了较强的环形均匀磁场，使得信噪比提高；（3）由于引入脉冲技术，使得死时间减小，测量精度提高且能探测小孔隙密集的地层，该仪器的缺点是仪器的外壳是非金属材料制做的，致使该仪器实用性不是很好．CMR的核心部件是磁结构和天线，其中磁铁组排列是三条磁铁彼此平行沿与孔表面类似的形状排列，磁组N极指向相同．在距井眼2.54 cm深度的地层内形成一个均匀的磁场，该处为地层内的敏感区．在仪器正面进入地层大约0.85 cm处有一盲区，使仪器对井眼内的氢核不敏感．另一核心部件是天线，被安放在组合磁铁和地层之间，平行于井眼轴线方向的表面，该天线发射一系列脉冲，则可探测到纵向弛豫时间和横向弛豫晌间．由此可得与地层有关的参数及孔的分布等．CMR受Inside-out技术的启发而发展起来，它具有三个特点：（1）CMR能在地层内建立起2.38 cm的均匀区域，并且在天线与敏感区域之间有一盲区，使仪器对井眼信号不敏感．（2）CMR的探头是强度较高的金属材料，在井眼环境下反复操作，稳定性仍很好，滑动式设计既可用于垂直的井中，又可用于倾斜的井中．（3）CMR纵向分析率较高．点测纵向分辨率可达15.24 cm；测井速度为91.5 m/h或182.9 m/h，纵向分辨率为30.48 cm和45.72 cm．但该仪器由于敏感区域小，故信噪比低，侧井速度慢．MRIL井下测井仪器的核心部件是磁体和天线．圆柱形永久磁体以偶极子方式排列，外缠射频线圈，磁场强度在径向上与距离的平方成反比．根据NMR现象共振的特性，可以通过选择频率来选择空间的体积，这个体积是同心圆柱形壳体．MRIL测井不需对井眼泥浆进行预处理，并且它的探测范围是可调的，MRIL的探测区域大．MRIL能连续地进行，和的测量，能提供大量的地层性质有关的参数．。
核磁测井文献综述——核磁共振测井仪器的发展
核磁共振测井仪器的发展核磁共振测井仪器的构想最早由Varian[19]提出，并进行了可行性研究。
20世纪60年代，Chevron和Schlumberger合作研制出利用地磁场的核磁共振测井仪器（Nuclear Magnetism Logging - NML），并用于油田测井]。
但是这种仪器在使用上受到两方面的限制：第一个限制是仪器不但测量到来自地层流体的信号，而且还测量到来自井眼泥浆信号。
为了消除来自井眼信号的影响，需要在井中加入磁粉来缩短井眼信号；第二个限制是在检测信号之前切断很高的直流电流需要很长的时间，造成仪器“死时间”很长，小孔隙的信号无法观测到，测量不到地层的总孔隙度。
由于受到仪器“死时间”和井眼中的泥浆信号的影响，地磁场核磁共振测井仪没有被广泛使用。
为了克服NML仪器带来地局限性，Jackson等人提出了利用永久磁铁在井眼之外的地层中产生一个环形的均匀磁场，即“Inside-out”的概念，设计了基于反向磁体的核磁共振测井仪的方案。
但是这种方案产生地均匀磁场区域太小，观测信号的信噪比很低。
同时在操作过程中，环形的均匀磁场的位置和磁场强度是随时间变化的，当射频线圈调到一个固定的频率时，很难满足共振条件。
1987年，Shtrikman和Taicher[25]提出一种新的磁体与天线结构，克服了Jackson设计中的共振匹配问题，使核磁共振测井信噪比问题得到解决。
Shtrikman和Taicher的设计后来进一步发展为Numar/Halliburton公司的磁共振成像仪器（Magnetic Resonance Imaging Logging - MRIL）。
MRIL仪器以人工梯度磁场和自旋回波CPMG脉冲序列为基础，观测地层孔隙流体中氢核的NMR信号，得到横向弛豫时间T2，使核磁共振测井进入实用化阶段。
MRIL-B型仪器于1990年开始投入油田服务，并很快得到成功应用。
1994年，Numar公司推出MRIL-C型双频核磁共振测井仪。
核磁共振测井技术的应用与发展研究
以全 新 的原 理 ， 供 一 套 全 新 的 信 息 ， 过 全 新 的 响 应 关 系 ， 地 提 通 对 层 油 气 评 价 的基 本 问题 ， 行 全 新 的解 答 。其 技 术 特 点是 ； 进 （） 所 观 察 的原 子 核 具 有 选 择 性 一氢 ； １对 （） 原 子 核 所 处 的 外 部 环 境 具 有 选 择 性 ～信 号 直 接 来 自地 ２对 层 孔 隙流 体 ， 受 骨 架 成 分 的 影 响 ； 不 （） 探 测 区域 距 井 眼 的 径 向距 离 具 有 选 择 性 ～ 通 过 调 节 发 ３对 射频率来调节 ， 避开井眼 、 饼等影响 ； 可 泥 （ ） 察 到 的 回波 串 ， 岩 石 孑 隙结 构 和 流体 流 动 特 性 直 接 的 ４观 是 Ｌ 综合反 映， 含了孔隙类 型 、 径大 小 、 间连通 性 、 体类 型 、 包 孔 孔 流 流 动特 性 等 十分 丰 富 的信 息 。
测 ， 品体 积 取 决 于 切 片 的 直 径 ， 度 和 厚 度 。 比较 而 言 ， Ｊ — 样 高 ＭＲ Ｌ Ｐ ｉ ｅ 最 大 的 观 测 样 品体 积 ， 噪 比也 相 对 较 大 ｒ 有 ｍ 信 信 噪 比与 纵 向 分 辨 率 ， 测深 度 以及 测 井 速 度 又 互 相 影 响 ， 探 互 相 制 约 ， 须 综 合 考 虑 ， 出折 中 和 权 衡 。原 则 上 说 ， 目前 的 技 必 作 在
核 磁 共 振 测 井 技 术 的 应 用 与 发 展 研 究
关于核磁共振的文献综述
核磁共振技术（1）核磁共振(MRI)又叫核磁共振成像技术。
（Nuclear Magnetic Resonance Imaging，简称NMRI），又称自旋成像（spin imaging），也称磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，简称MRI），台湾又称磁振造影，香港又称磁力共振成像，是利用核磁共振（nuclear magnetic resonance，简称NMR）原理，依据所释放的能量在物质内部不同结构环境中不同的衰减，通过外加梯度磁场检测所发射出的电磁波，即可得知构成这一物体原子核的位臵和种类，据此可以绘制成物体内部的结构图像。
核磁共振成像仪就是因这项技术而产生的仪器。
它是继CT后医学影像学的又一重大进步。
自80年代应用以来，它以极快的速度得到发展。
核磁共振是一种物理现象，作为一种分析手段广泛应用于物理、化学、生物等领域，到1973年才将它用于医学临床检测。
为了避免与核医学中放射成像混淆，把它称为核磁共振成像术(MRI)。
（2）原子核带有正电，许多元素的原子核，如1H、19FT 和31P进行自旋运动。
通常情况下，原子核自旋轴的排列是无规律的，但将其臵于外加磁场中时，核自旋空间取向从无序向有序过渡。
自旋系统的磁化矢量由零逐渐增长，当系统达到平衡时，磁化强度达到稳定值。
如果此时核自旋系统受[到外界作用，如一定频率的射频激发原子核即可引起共振效应。
在射频脉冲停止后，自旋系统已激化的原子核，不能维持这种状态，将回复到磁场中原来的排列状态，同时释放出微弱的能量，成为射电信号，把这许多信号检出，并使之能进行空间分辨，就得到运动中原子核分布图像。
磁共振最常用的核是氢原子核质子（1H），因为它的信号最强，在人体组织内也广泛存在。
影响磁共振影像因素包括：(a)质子的密度；(b)弛豫时间长短；(c)血液和脑脊液的流动；(d)顺磁性物质(e)蛋白质。
磁共振影像灰阶特点是，磁共振信号愈强，则亮度愈大，磁共振的信号弱，则亮度也小，从白色、灰色到黑色。
核磁共振测井理论资料
核磁共振测井技术应用研究的发展一、快速发展的核磁共振测井技术1945年，Bloch 和Purcell发现了核磁共振（NMR）现象。
从那时起，NMR作为一种有活力的谱分析技术被广泛应用于分析化学、物理化学、生物化学，进而扩展到生命科学、诊断医学及实验油层物理等领域。
如今，NMR已成为这些领域的重要分析和测试手段。
40年代末，Varian公司证实了地磁场中的核自由运动，50年代，Varian Schlumberger-Doll，Chevron三个公司开展了核磁共振测井可行性研究。
60年代初开发出实验仪器样机，它基于Chevron研究中心提出的概念，仪器使用一些大线圈和强电流，在志层中产生一个静磁场，极化水和油气中的氢核。
迅速断开静磁场后，被极化的氢核将在弱而均匀的地磁场中进动。
这种核进动在用于产生静磁场的相同线圈中产生一种按指数衰减的信号。
使用该信号可计算自由流体指数FFI，它代表包含各种可动流体的孔隙度。
这些早期仪器有一些严重的技术缺陷首先，共振信号的灵敏区包括了所有的井眼流体，这迫使作业人员使用专门的加顺磁物质的泥浆和作业程序，以消除大井眼背景信号，这是一促成本昂贵且耗时冗长的处理，作业复杂而麻烦，测井速度慢石油公司难以接受。
其次，用强的极化电流持续20ms的长时间，减小了仪器对快衰减孔隙度成分的灵敏度，而只能检测具有长弛豫衰减时间的自由流体，由于固液界面效应对弛豫影响及岩石孔隙中油与水的弛豫时间差异不大，使得孔隙度和饱和度都很难求准。
此外，这些仪器为翻转被极化的自旋氢核需消耗大量功率，不能和其它测井仪器组合。
但这些难题没有使核磁共振测井研究中止。
70年代末至80年代初，美国Los Alamos国家实验室Jasper Jackson 博士提出“INSDE－OUT”磁场技术。
在相同时期，磁共振成象（MRI）概念也得到很大发展。
1983年，Melvin Miller博士在美国创办了NU－MAR公司，他们综合了“INSIDE－OUT”概念和MAR技术同时，斯伦贝谢公司几十年来，一直在努力发展核磁共振测井技术。
核磁共振测井技术的应用与发展
核磁共振测井技术的应用与发展摘要：对核磁共振测井技术的发展水平所做的总结，让那些想知道核磁共振测井的非专业人士了解一些核磁共振测井仪的地层评价能力。
本文的目的在于阐明核磁共振的基本测量原理和解释方法。
关键词：核磁共振应用发展一、测井技术的历史沿革人们第一次认识核磁共振（NMR）的潜在价值是在20世纪50年代，在60年代早期研制出核磁测井（NML）仪。
NML仪因其许多局限性最终在80年代末停止了服务。
尽管它有诸多局限性，但为支持NML测井而进行的实验研究，预见了今天仍在进行的多种地层评价，其中包括估算渗透率、孔隙大小分布、自由流体体积、原油黏度和润湿性。
现代NMR测井的发展可以追溯到1978年在Los Alamos国家实验室开展的NMR井眼测井研究项目。
Los Alamos试验仪器使用的是强永久磁铁，正如那些在现代实验室的NMR仪器一样，进行了脉冲NMR自旋回波测量。
这些测量结果极其灵活，可适用于许多不同的地层评价。
20世纪90年代初，电缆式NMR 测井仪和随钻测井（LWD）NMR仪器开始应用。
贝克·休斯公司在2004年推出了电缆式NMR仪，2005年推出了LwD NMR仪。
二、现代NMR测井2.1 脉冲NMR测井仪传感器（如磁铁和天线）是脉冲NMR测井仪的核心部分。
它对仪器的S/N、最小回波间距、探测深度（DOI）、测井速度和垂直分辨率有重要影响。
在用的所有仪器在传感器的设计上都不尽相同，主要差别是电子线路、固件、脉冲序列、数据处理和解释算法。
NMR仪器的详细技术指标都能在各家服务公司的网站上找到。
所有的商用NMR仪都有一些共同的特征，譬如：所有的仪器都采用强度很大的钐钴合金永久磁体，磁铁对温度变化相对不敏感。
磁体用于极化（磁化）烃和水分子中的氢核（质子）。
另一个共同的特征是它们都采用脉冲NMR测量。
2.2 测量原理NMR测量有两步。
第一步是建立储层流体的净磁场，当仪器沿井简移动时，磁铁的磁场矢量B。
1 核磁共振测井的物理原理及其应用 论文
核磁共振测井的物理原理及其应用摘要:经过半个世纪的探索和期盼，核磁测井以其独特的性能和众多的功能已成为商业测井大家族中的一只独秀。
MRIL核磁共振测井仪是一居中测量仪器，通过测量沿仪器轴线方向井壁周围薄壁柱状空间内的氢原子核的磁共振信号，来实现测量。
它能够同时提供孔隙度、渗透率、束缚水饱和度等地层参数以及油气藏的地球物理参数。
核磁仪器探头中的永久磁铁在地层中产生梯度磁场对地层中的氢原子进行极化，同时探头中的天线即用于发射脉冲也用做接收回波信号。
以Numar公司于1998年推出的最新一代产品MRIL- P型核磁共振测井仪为代表的新一代核磁测井技术，利用梯度磁场核自旋回波，对离井眼一定距离的地层孔隙流体直接进行观测，不须对井下泥浆进行任何处理，甚至勿须井眼、泥饼及侵入校正。
并且利用核磁测井进行地层评价，不要求岩心分析资料以及地层参数的任何先验信息，因此，是对裸眼井测井解释核油气评价技术的重大突破。
该仪器吸收了MRIL-C型仪器的优点并改进了其不足。
采用9个工作频率(760～ 580kHz)及加长预极化磁体的方法，既提高了测井速度，又获得了更多的测井信息，数据精度也大大提高。
本文以MRIL-P型核磁测井仪为例，详细讨论一下核磁共振测井的物理原理并简单介绍一下仪器电子线路模块的基本结构以及脉冲信号发射、接收路径和MRIL-P型核磁共振测井仪器优点、核磁共振测井技术发展的一点见解。
关键词：核磁共振核磁测井扳转纵向驰豫横向弛豫一.核磁共振的基本原理1.NMR测量的物理基础MRIL核磁共振测井原理是基于原子核的磁共振物理现象实现测量的.由于原子核带有电荷,它们的自旋将产生磁场,就像一根磁棒,该磁场的强度和方向可以用核磁矩矢量来表示.同时带有磁矩的磁核有一个共振频率,即著名的拉莫尔频率，此共振频率取决于元素的旋磁比和外加磁场强度. 利用原子核的磁性和它们与外加磁场的相互作用来完成核磁共振技术。
比如对一组核子施加一个固定的静磁场和大功率的射频RF脉冲,核子便以可预见的方式响应,产生回波信号,提供石油物理信息.当没有外加磁场时,核磁矩的取向就是随机的了.核磁共振是指某种原子核吸收强磁场中存在的一定频率的电磁辐射时而呈现自由的一种自然现象。
核磁共振测井仪器现状及展望
振 测 井仪 器 结构、 井原理等 ， 测 并提 出 了核磁 共振 测井技 术 的发展 方向。
关 键词 ： 磁共振 测 井 ； 井原理 ； 核 测 电缆 测井 ； 随钻测 井
０ 引 言
核磁共振作为一种物理现象， 最初是 由Ｂｏｈ ｌ 和 ｃ Ｐ ｒｅ 于 １４ 年 发 现 的 ， 而揭 开 了核 磁共 振研 究 ｕｃｌ ９ ６ ｌ 从
中海油 田服 务股 份有 限公 司 机 电设备研 究所 摘 要 ： 共振 （ 核磁 ＮＭＲ） 井是 近年 来全球 测 井界 的 关注 热点 ， 测 它所提 供 的独 特信 息 ， 大地 增 强 了 极
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 ， 绍 了几种 主 流核磁 共 介
缚 水 含量 、 ２ 分 布 以及 渗 透率 等参 数 ， Ｔ谱 多个 探 测
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。 ＭＲＳａｎｒ 的主 要 优 点 是 测 量 不 受 已 ｃｎ ｅ 仪
经 被 破坏 或 者 污染 层 的影 响， 过径 向剖 面判 别 流 通
计 、 法原 理 和 技 术 研 究。 方
２ １ 年第 ２ ０２ 期
于会媛 ， ： 等 核磁共振测井仪器 现状及展望
１ ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ５
Ｃ — ｌｓ 器 的磁 体 和天线 特 征 如 图 １ 示 ， ＭＲ Ｐｕ 仪 所 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 ， 而使 测 井 速 从
公司分别为 ： 斯仑贝谢 、 哈利伯顿和贝克休斯 。他们 代 表 性 的 产 品 分 别 是 ： ｃｌ ｂｒ ｒ Ｃ Ｒ Ｓｈ ｍ ｅ ｅ ｕ ｇ～ Ｍ 、
核磁共振(NMR)发展历程、应用及物理基础概述
２ ｏ １ ３ ￣ ５ 期Ｉ 科技创新与应用
核磁共振（ Ｎ ＭＲ ） 发展历程、 应用及物理基础概述
朱 波
（ 大庆 钻 探 工程 公 司地 质 录 井 一公 司采 集一 大队 ， 黑龙 江 大庆 １ ６ ３ ０ ０ ０ ）
摘 要： 核磁 共振（ Ｎ Ｍ Ｒ） 测 井是测井技术的重大进展 ， 在复杂储层评价 中表现 出较 大的优势。 文章简单介绍核磁共振（ Ｎ ＭＲ ） 发展 历程 、 应 用 及 其 物理 基 础 ， 将 原子 核 的磁 性及 其与 外加 磁 场 的相 互 作 用通 过 Ｌ ａ ｒ ｍ ｏ ｒ 、 方程 阐述 ， 并诠 释 横 向弛 豫 时 间 与纵 向驰 骋 等相 关概 念 。
关键 词 ： 核磁 共振 ； 发展 历 程 ； 应用
核 磁共 振 （ Ｎ ＭＲ ） 作 为一 种 物理 现 象 是 在 １ ９ ４ ６年 由 哈佛 大 学 的 伯塞尔（ Ｅ ． Ｍ． Ｐ ｕ ｒ ｃ ｅ ｌ １） 和 斯 坦 福 大 学 的布 洛赫 （ Ｆ ． Ｂ ｌ ｏ ｃ ｈ ） 教 授分 别 用 吸 收法 和感 应 法 同 时独 立发 现 的 。 后 来 人们 发 现 电磁 波作 用 于 原子 核 系统 时 ， 当 电磁 波 频率 所 决定 的量 子 的 能量 正 好 等 于原 子 核 相邻 能量级之间的能量差时（ Ａ Ｅ ＝ ｈ ｖ ） ， 原 子 核 就 会 吸 收 电磁 波 ， 引 起 核 能态 在 两个 相 邻 能级 之 间 的跃 迁 ， 这 就 是 核磁 共 振 现象 。从 此 形成 了一门新的边缘学科 ， 核磁共振波谱学。 上世纪 ５ ０年代 ， Ｖ ａ ｒ ｉ ａ ｎ公司证实了地磁场中的核 自由进动 ， 并 于 １ ９ ５ ２ 年 发明了测量地磁场强度 的 Ｎ ＭＲ磁力计 。５ ０ 年 代中期 ， Ｖ ａ ｒ ｉ ａ ｎ 提 出 采 用 同样 的技 术 进 行 油 井测 量 ， 并且 进行 了试 验 ， 但结 果 相 当不 明 确 。 １ ９ ５ ６ 年， Ｂ ｒ ｏ ｗ ｎ 和Ｆ ａ ｔ ｔ 研 究 发 现 弛豫 时 间 与孔 隙大 小有关 ， 比较小 的孑 Ｌ 隙具有 比较短 的弛豫 间。时受 限扩散对弛豫 时 间 的 影 响这 一 基 本 现 象 后来 成 为测 井 工 业 的 测 井解 释 和应 用 的基 础。１ ９ ６ ０年 Ｃ ｈ ｅ ｖ ｒ ｏ ｎ 公司的 Ｂ ｒ ｏ ｗ ｎ和 Ｇ ａ ｍ ｓ ｏ ｎ研制 出了利 用 地 磁场 的核 磁 测 井 仪器 样 机 ， 并 在 油 田进 行 了初 步 尝 试 。１ ９ ８ ８ 年， 一 种综 合 了“ Ｉ ｎ ｓ ｉ ｄ ｅ — ｏ ｕ ｔ ” 概 念 和 ＭＲ Ｉ 技术 ， 以人 工 梯 度磁 场 和 自旋 回 波方 法 为基础的全新的核磁共振成象测井 问世 ， 使核磁测井达到了实用 化 的要求。 １ ９ ９ ０年正式投入商业服务 ， 很快在全球范围内得到成功 应用 。 １ ９ ９ ４年 ， Ｎ Ｕ ＭＡ Ｒ 推 出 了 Ｃ型 双 频 Ｍ Ｒ Ｉ Ｌ ，并 与 Ａ ｔ ｌ ａ ｓ的 Ｅ — ｃ ｌ ｉ ｐ ｓ 一 ５ ７ ０ ０系 统组 合 成功 ； １ ９ ９ ５年 ， 提出了 Ｄ Ｈ Ｔ油 气 识 别技 术 ； １ ９ ９ ６ 年 又推 出 了 Ｃ ／ Ｔ Ｐ 型 ＭＲ Ｉ Ｌ 。Ｓ ｃ ｈ ｌ ｕ ｍ ｂ ｅ ｒ ｇ ｅ ｒ 公 司于 １ ９ ９ １ 年 推 出 了 以 “ Ｉ ｎ ｓ ｉ ｄ ｅ — ｏ ｕ ｔ ” 概念为基础 、 利用永久磁铁在地层 中产生局部均匀磁场 的贴井壁极板型核磁测井新仪器 Ｃ ＭＲ，它能够得到纵向分辨率非 常高的地层核磁共振观测信号 。９ ０年代核磁测井也成为了发展最 快 的测 井方 法 。 核磁共振技术 的基础是原子核的磁性及其 与外加磁场 的相互 作用 。自然界中任何原子核 的内部均含有质子和中子 ， 质子带正电 荷， 中子不带电 ， 质子与 中子统称为核子 。核子具有 自旋性 ， 由此产 生 自旋磁场 。研究表明 ， 具有偶数核子的许多原子核在 自旋磁场中 相互抵消 ， 不 能产 生 核磁 共 振 现 象 。具有 奇 数 核 子 的原 子 核都 具有 内秉 角 动 量 （ 也 称 自旋 ） ， 这 样 的 核 自身 会 不 停 的 旋 转 ， 由 于原 子 核 带正电， 它 们 的 自旋 将产 生 磁 场 。 目前 钻 井条 件 下 岩石 骨 架 中多数 核 的 自旋 磁 场都 相互 抵 消 了 ， 还 有 几 种 核 具 有 自旋 磁 场 ， 比如 ” Ｃ 、 Ｎ ａ 、 ｌ 等 ，但是由于这些核产生的信号很微弱 ，在测井 中难以测 到， 还不能满足测井的条件。 而氢核（ － Ｈ） 在水和烃 中都大量存大 ， 具 有丰度高 、 磁矩大可产生最大的核磁共振信号 ， 因此 它就成 为了核 磁 共 振 测井 的对 象 ［ １ 】 ｃ 在没有外加磁场时 ， 大 量 的氢 核 随机 取 向 ， 因 此 在宏 观上 不显 示 磁性 。当这 些 氢核 处 于外 加 静磁 场 Ｂ 。 中时 ， 它 将受 到 一个 力 矩 的 作用 ， 从而迫使它们都围绕 Ｂ ０ 的方 向进动并最终沿 方 向排列 。 磁 性 核 绕 外 加 磁 场 方 向进 动 称 为 Ｌ ａ ｒ ｍ ｏ ｒ（ 拉莫尔） 进动 ， 如图 １ — １所 示 。进 动 角速 度 （ Ｉ ） 。 由Ｌ ａ ｒ ｍ ｏ ｒ 方程 确 定
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核磁共振测井仪器的发展
核磁共振测井仪器的构想最早由Varian[19]提出，并进行了可行性研究。
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世纪60 年代，Chevron 和Schlumberger 合作研制出利用地磁场的核磁共振测
井仪器（Nuclear Magnetism Logging - NML），并用于油田测井]。
但是这种仪器
在使用上受到两方面的限制：第一个限制是仪器不但测量到来自地层流体的信号，而且还测量到来自井眼泥浆信号。
为了消除来自井眼信号的影响，需要在井中加入磁粉来缩短井眼信号；第二个限制是在检测信号之前切断很高的直流电流需要很长的时间，造成仪器“死时间”很长，小孔隙的信号无法观测到，测量不
到地层的总孔隙度。
由于受到仪器“死时间”和井眼中的泥浆信号的影响，地磁
场核磁共振测井仪没有被广泛使用。
为了克服NML 仪器带来地局限性，Jackson等人提出了利用永久磁铁在井
眼之外的地层中产生一个环形的均匀磁场，即“Inside-out”的概念，设计了基于
反向磁体的核磁共振测井仪的方案。
但是这种方案产生地均匀磁场区域太小，观测信号的信噪比很低。
同时在操作过程中，环形的均匀磁场的位置和磁场强度是随时间变化的，当射频线圈调到一个固定的频率时，很难满足共振条件。
1987 年，Shtrikman 和Taicher[25]提出一种新的磁体与天线结构，克服了Jackson 设计中的共振匹配问题，使核磁共振测井信噪比问题得到解决。
Shtrikman 和Taicher 的设计后来进一步发展为Numar/Halliburton公司的磁共
振成像仪器（Magnetic Resonance Imaging Logging - MRIL）。
MRIL 仪器以人工梯度磁场和自旋回波CPMG 脉冲序列为基础，观测地层
孔隙流体中氢核的NMR 信号，得到横向弛豫时间T2，使核磁共振测井进入实
用化阶段。
MRIL-B 型仪器于1990 年开始投入油田服务，并很快得到成功应用。
1994年，Numar 公司推出MRIL-C 型双频核磁共振测井仪。
至今，已推出了MRIL-B、MRIL-C、MRIL-C/TP 以及MRIL-Prime 型四代仪器。
MRIL-Prime 仪器最多可以用9 种不同的频率工作，做9 个圆柱壳的观测，通过改变频率可以在各个圆柱壳间转换。
9 个圆柱壳的探测深度总变化为 2.5cm。
多频率工作方式可以测量总孔隙度，而在每一圆柱壳上使用不同的观测模式可以进行多参数数据采集，从而对地层流体进行识别和评价。
实践证明，新的仪器提高了测井速度和
数据的信噪比。
1992 年，Schlumberger 公司的科学家Kleinberg 等人[27]设计了一种贴井壁测量的偏心型组合式核磁共振测井仪器（Combinable Magnetic Resonance –CMR）。
CMR 仪器的探测深度很浅，但纵向分辨率高，采用贴井壁的测量方式受井眼泥浆矿化度的影响小。
到目前为止，Schlumberger 公司先后推出了
CMR-A、CMR-200、CMR-Plus 以及最新一代MR Scanner 电缆核磁共振测井仪。
MR Scanner 是一种具有多个测量频率、多个磁场梯度的偏心型的测井仪器，共有三个天线，一个主天线和两个高分辨率天线。
主天线的测量频率从0.5MHz 到1MHz，对应的磁场梯度从38 到12Gauss/cm，纵向分辨率为18 英寸，探测深度为1.5，2.3，2.7 和 4.0 英寸。
两个高分辨率天线操作频率为 1.1MHz，对应的磁场梯度是44 Gauss/cm，探测深度为 1.25 英寸，纵向分辨率达到7.5 英寸，可以进行薄层评价。
多个探测深度可用于研究泥浆侵入剖面的变化。
Baker Atlas 公司最初使用Numar/Halliburton 公司的MRIL 仪器，2003 年，自主研制了MR Explorer（简称MREx）仪器，该仪器采用多个测量频率，多磁场梯度，偏心贴井壁测量方式。
仪器操作频率从400 到800kHz，每种频
率的带宽为12kHz，相邻的两个频率的间隔最小为25kHz。
探测区呈120°的圆弧形，与居中型MRIL 仪器相比，虽然探测区较小，但探测区靠近仪器的天线，使得射频信号较强。
仪器的探测深度随操作频率而定，频率越低，探测越深，从井壁算起，探测深度在 2.5 到 4.5 英寸之间，这种探测深度可避免井壁不规则对测量结果的影响，并减少了泥浆侵入的影响。
偏心贴井壁测量方式，不仅避免了来自于井眼信号的干扰，而且可以在斜井或水平井中进行测量。
Schlumberger 公司的MR Scanner 和Baker Atlas 公司的MREx 核磁共振测井仪器的共同特点是采用多频率、多个磁场梯度，一次测井可采集多个等待时间（T W）和多个回波间隔（T E）下的许多组自旋回波串数据，可以进行二维核磁共振测井，提高了储层流体识别和定量评价的效果。
前苏联早在60 年代就开展了核磁共振测井研究，到了80 年代，俄罗斯研制出利用地磁场的核磁共振测井仪器，并投入油田使用。
在俄罗斯的许多油田，核磁共振测井被列为必测项目，它已成为重要的勘探测井方法和有效的开发测井手段。
中国从1996 年开始引进西方的核磁共振测井仪器。
在此之前，俄罗斯的早期核磁共振测井仪器在中国做过介绍并在一些油田进行了现场试验。
中油测井技术服务有限公司（CNLC）和华北测井公司最早引进了Numar/Halliburton 公司的MRIL-C 型核磁共振成像测井仪器。
到目前为止，我国各测井公司陆续从Halliburton 和Baker Atlas 引进了约46 套核磁共振测井仪器，另外还有Schlumberger 的3 套CMR 和1 套MR Scanner 在中国境内服务。
“十五”
期间国家科技部把研制核磁共振测井仪器列入国家重大攻关项目。
2006 年，中国石油天然气集团公司科技发展部将多频核磁共振测井仪研制列为重大仪器专项课题。
这些工作的开展对中国尽早研制出具有自主知识产权的核磁共振测井仪器必将起到推动作用。