核磁共振测井原理
核磁共振成像测井
一种是斯仑贝谢公司推出的组合式脉冲核磁共振测井仪CMR； 一种是以俄罗斯为主生产和制造的大地磁场型系列核磁测井 仪RMK923。 这些核磁共振测井仪器的具体测量方式存在一些差异，但在 测量原理上大同小异。
a
8
8
2.2 用核磁共振测井研究岩石孔隙结构
核磁共振测井测量的信号是由不同大小的孔隙内地层水的信号叠加 ，经过复杂的数学拟合得到核磁共振T2 分布。这就是利用核磁共振测 井资料研究储层岩石孔隙结构的基础。目前利用核磁共振测井资料研究 地层孔隙结构的方法都是进行室内实验, 将岩心的压汞毛管压力曲线和 核磁共振T2 分布对比, 建立其相关性, 进而通过核磁共振T2 分布, 间 接地利用岩石的毛管压力分布曲线来研究岩石的孔隙结构。【2】
5
5
核磁共振测井应用
图三[5] 为单井柱状图：
a
6
6
2.1 直接探测储层孔隙
不同的原子核有不同的共振频率，所以可通过选择共振频率确定 观测对象，核磁共振测井研究对象为氢核。氢核在地层中有两种存在 环境，即固体骨架和孔隙流体，在这两种环境中氢核的核磁共振特性 有很大差别，可以通过选择适当的测量参数，来观测只来自孔隙流体 而与岩石骨架无关的信号。宏观磁化矢量在观测对象确定之后，在给 定强度的静磁场和恒温下，磁化矢量的大小与单位体积内的核自旋数 成正比，即与地层孔隙流体中的含氢量成正比，可直接标定为地层孔 隙度。因此，核磁共振可直接探测地层孔隙度而不受岩石骨架的影响。
时间，M0、T1、T2就是核磁共振测井要测量和研究的对象。【1】
z
z
B0
B0
y
x
横向弛豫（T2）。在XY平面， 旋转开始，并逐步发散开去。
《核磁共振测井全》课件
储层表征
核磁共振测井提供了详细的储 层性质描述，包括孔隙结构、 孔隙度分布和岩石类型，有助 于优化开发和生产侵入性测量
核磁共振测井是一种非 侵入性测量技术，不需 要采集样品，可以在井 内直接获取地层信息。
2 高分辨率
核磁共振测井具有高分 辨率，可以获取细微的 地质和储层参数变化， 提供精确的地质解释。
3 仪器限制
核磁共振测井仪器的尺 寸和功耗限制了其在特 定井眼中的应用，需要 克服相关的工程和技术 问题。
核磁共振测井的案例研究
1
海上油气勘探
核磁共振测井在海上油气勘探中的应用，帮助发现油气藏和优化产能，提高勘探 和开发效率。
2
储层评估
核磁共振测井在储层评估方面的应用，提供可靠的地质参数和流体信息，指导油 气勘探和开发决策。
3
井间连通性
核磁共振测井用于评估油井间的连通性，检测压力变化和流体移动，帮助优化油 藏生产。
核磁共振测井的未来发展
先进测井技术
未来的核磁共振测井技术将更 加先进，实时、高分辨率、多 参数测量等特性将得到进一步 增强。
人工智能应用
结合人工智能技术，核磁共振 测井可以进行更精确的数据处 理和解释，提高解释的速度和 准确性。
环境友好型
未来的核磁共振测井技术将更 加环境友好，减少对地下水资 源和环境的影响。
《核磁共振测井全》PPT 课件
核磁共振测井是一种用于获取地下岩石和流体性质的非侵入性测量技术。通 过应用核磁共振原理，可以获得有关地下油气储层的重要信息。
什么是核磁共振测井？
1 原理解释
2 数据获取
核磁共振测井利用原子核的自旋和磁矩之 间的相互作用来研究储层的性质。它基于 核磁共振现象，通过识别和分析样品中的 核自旋状态来获取相关信息。
核磁共振测孔隙度原理
核磁共振测孔隙度原理核磁共振测孔隙度（Nuclear Magnetic Resonance Porosity，NMR）是一种非侵入性的测井技术，用于确定岩石孔隙的体积分数，以及描述留存流体类型和分布。
核磁共振测孔隙度原理基于核磁共振现象，通过测量核磁共振信号的强度和特征参数来推断孔隙度。
核磁共振是指原子或分子中的核自旋在外加磁场作用下吸收或辐射电磁波的现象。
具有非零核自旋的原子（如水、油等）能够通过核磁共振吸收外加磁场的能量，通过测量吸收的能量大小和特征参数，可以得出岩石中孔隙的体积分数。
核磁共振信号通常使用自由感应衰减（Free Induction Decay，FID）信号进行分析。
1.应用恒定的磁场：首先，在测井工具中应用强磁场，使矿物质和流体中的原子核自旋朝向对齐，形成核磁共振。
2.激发核磁共振：向磁场中加入一定频率的射频脉冲激发核自旋的能级，使它们跳到激发态。
3.检测核磁共振信号：原子核自旋从激发态退激时释放出能量，形成核磁共振信号。
这些信号以自由感应衰减（FID）的形式测量，并被记录下来。
4.分析核磁共振信号：通过分析FID信号的强度和特征参数，可以推断孔隙度。
FID信号的强度与孔隙介质中各种流体（如水、油、气等）的体积分数有关。
1.非侵入性：核磁共振测孔隙度技术不需要摧毁岩石样品，可以对井眼进行实时测量，无需取心样进行实验室测试。
2.全面性：核磁共振测孔隙度技术可以获得整个孔隙度（包括大孔与小孔）的信息，对于孔隙度的测量更为准确。
3.灵敏度高：核磁共振技术对不同类型的流体有较高的辨别能力，可以准确判断孔隙中流体的类型和含量。
4.实时性：核磁共振测井技术可以实时地获取井眼中的孔隙度数据，为油气勘探和开发决策提供实时支持。
核磁共振测孔隙度技术在石油工业中得到广泛应用。
它不仅可以用于孔隙度的测量，还可以进行饱和度、毛管压力和孔隙连通性等参数的识别和评估。
通过结合其他测井数据，可以更全面地了解地层的储油能力和储层性质，为油气勘探和开发提供科学依据。
核磁共振测井技术及应用
核磁共振测井影响因素及适用性
核磁共振测井对井眼和泥浆有较高的要求，因为高矿化度泥浆和大井眼 都会造成信噪比降低，同时由于核磁探测深度较浅（20cm），泥浆侵入 较深会对核磁共振判别流体性质造成影响。
目录
1. 核磁共振测井基本原理 2. 核磁共振测井仪器介绍 3. 核磁共振测井资料处理 4. 核磁共振测井资料应用
核磁共振测井技术及应用
胜利测井公司资料解释研究中心 2011.05
目录
1. 核磁共振测井基本原理 2. 核磁共振测井仪器介绍 3. 核磁共振测井资料处理 4. 核磁共振测井资料应用
核磁共振测井基本原理
1、核磁共振测量的物理基础
核磁共振（NMR）指的是原子核对磁场的响应。即若在与稳定磁场垂直方 向上加一射频磁场，当交变磁场的频率与氢核的核磁共振频率相同时，处于低 能位的氢核将吸收能量，转变为高能态的核，这一现象即称之为核磁共振。
当射频脉冲作用停止后，磁化矢量通过自由进动向B0方向恢复，使原子核从 高能态的非平衡状态，向低能态的平衡状态恢复。这种高能态的核不经过辐射而 转变为低能态的过程叫弛豫。
核磁共振测井基本原理
2、核磁弛豫
纵向弛豫（T1）：磁化矢量在Z方向的纵向分量往初始宏观磁化强度M0的数值恢复 过程。它与孔隙度的大小、孔隙直径的大小、孔隙中流体的性质、以及地层的岩 性等因素有关。 横向弛豫（T2）：磁化矢量在X-Y平面的横向分量往数值为零的初始状态恢复的过 程。它与地层孔隙度的大小、孔隙直径的大小、孔隙中流体的性质、岩性、以及 采集参数（如TE和磁场的梯度）等因素有关。
核磁共振测井解释成果图
流体分析（MRIAN）成果图 第一道：自然电位SP，单位mV；
自然伽马GR，单位API； 核磁区间孔隙度T2-Porosity； 井径CAL，单位in。 第二道：核磁渗透率MPERM，单 位mD；。 第三道：标准T2分布； 第四道：流体分析道，包括：烃 体积，自由水体积，毛管束缚水 体积，有效含水饱和度，束缚流 体体积，有效含水孔隙度，核磁 共振有效孔隙度，总孔隙度。
核磁共振测井原理
核磁共振测井原理
核磁共振测井（NMR）是一种地球物理测井技术，利用磁共振现象分析电磁信号来获取地下岩石中的孔隙结构和流体含量信息。
NMR测井原理基于核磁共振现象，即在强磁场中放置原子核会产生共振吸收现象。
在NMR测井中，沿井壁发射一系列短脉冲电磁信号，这些信号会激发旋转相干磁矩，进而引起共振吸收现象，并使得磁共振信号能够被测量。
这些信号可以表征岩石中的孔隙结构和流体含量。
NMR测井技术常见的参数包括自由液体体积（FFV）,有效孔隙度、孔隙尺度和流体饱和度。
其中最重要的参数为FFV，它表征了岩石中的自由水体积。
知道FFV，可以确定孔隙中不同类型液体的含量，如水、油、混合物等。
有效孔隙度和孔隙尺度表征了岩石中的孔隙结构，可用于评估岩石的渗透性和储层质量。
流体饱和度则表征了岩石中所含流体的百分比，用于确定油田储层中可采储量和开发方案。
核磁共振测井的基本原理
核磁共振测井的基本原理
核磁共振测井（NMR）的基本原理是利用原子核在外磁场
中的磁矩为零或自旋为零，即自转的变化率为零，在外加磁场中与外加电场发生作用，使原子核受到磁场力而发生磁化。
当原子核在外加磁场中运动时，其周围就产生一系列感应电流（自转），这些感应电流与磁场力方向相同，就会使原子核发生位移，其位移量与原子核磁矩成正比。
核磁共振测井正是根据原子核在外加磁场中的自转变化率来研究原子核的运动和核外电子运动的。
核磁共振测井仪器有两个重要部件：一个是感应线圈；另一个是接收线圈。
感应线圈的作用是把发射出去的核磁共振信号接收下来。
一般情况下，感应线圈处于待测井段井眼的周围，在井下有很多的铁屑或其他杂质和岩石颗粒存在。
这些铁屑和颗粒对核磁共振信号会产生很大的干扰。
当井眼打开后，由于井壁对核磁共振信号有屏蔽作用，使核磁共振信号在井眼周围产生一个很强的磁场。
在这个强磁场下，原子核就会发生位移，在原子核的自转轴方向上形成一个脉冲磁场（核磁共振脉冲）。
—— 1 —1 —。
《测井储层评价方法》核磁共振测井CMR
(msec) 1500
T2 Distribution
4、核磁共振测井的应用基础
1/T2 = 1/T2B + 1/T2S + 1/T2D = 1/T2B + ρ2Si/Vi + [D(γGTE)2]/12
式中： D为扩散系数； G为磁场梯度； γ为旋磁比； TE为回波间隔（2τ）；
ρ2 为 横 向 表 面 弛 豫 强 度 （ 常 数 ， 一 般 为 1um/s<=ρ2<=30um/s））
Signal distribution
T2 time k = 279 md
Signal distribution
Pore diameter (microns)
0.01 0.1 1
10
T2 original T2 spun sample
Free fluid cutoff
• 自由流体和 束缚流体孔隙度
—旋磁比；—自旋角动量
无外加磁场时， 核磁矩随机取 向， 宏观磁场强度 为零
• 自旋在外加磁场中进动
单个自旋（核磁矩 ）处 于外加静磁场Bo中时，它将受 到一个力矩的作用，并绕外加 磁场方向进动，如右图所示。
其行为如同（自旋）陀螺 绕重力场进动一样。
核磁矩进动频率ω o由拉 莫尔方程确定：
10
15
20
25
(p.u.)
CMR Wellsite Presentation
900
Spectroscopy Gamma Ray (SGR)
0
(GAPI)
150 1
Permeability - CMR (KCMR)
(MD)
1000
CMR Free Fluid (CMFF)
核磁共振测井技术在胜利油区勘探开发中的应用
核磁共振测井技术在胜利油区勘探开发中的应用摘要：利用核磁共振技术进行测井是测井技术取得重大进步的表现。
核磁共振测井器在测井时可以为工作人员提供多组有关油气开发以及油气存储状态的数据。
核磁共振测井技术的工作原理是根据油气层和水汽层，在核磁共振测井仪器上所显示的核磁反应各有不同，再来分辨出哪一层是油气层，哪一层是水层。
由此来看，核磁共振测井技术是目前为止比较准确的测井技术。
因为核磁共振测井技术测井比较准确特点，所以核磁共振测井技术在油气开发中的应用也是比较广泛的。
关键词：核磁共振测井技术；具体应用；创新。
引言核磁共振测井技术的应用可以帮助测井人员分辨油气有效的存储层，并且可以自动识别复杂的岩石性质。
本文首先介绍核磁共振测井技术的工作原理；其次分析核磁共振测井技术在胜利油田开发中的应用；最后分析测井技术的创新。
一、磁共振测井技术的原理不同的原子核中所含的量子数量是不同的，因此原子核在运动时会产生一定的磁场，核磁共振测井器会感应到原子核所产生的磁场，并对其做出相应的反应。
核磁共振的外磁场，分别有两个取向，这两个取向分别是顺磁场方向和逆磁场方向。
在外磁场当中，整个核磁共振系统会被磁化，于是再加上射频脉冲，就会发生核磁共振的现象[1]。
二、核磁共振测井技术在胜利油田开发中的应用1.测量和分析岩性比较复杂的油气存储层核磁共振测井技术和其他测井技术相比较而言是一种受岩石复杂性影响非常小的测井技术。
利用核磁共振测井技术对岩性比较复杂的油气存储层进行测量不仅可以准确得出岩石孔隙中油气存储的体积，还可以提高辨别岩石孔隙度和岩石渗油量的成功率。
胜利油田在开发过程中，会遇到一些岩性比较复杂的地区，这就给石油开采加大了难度。
那么，核磁共振测井技术在胜利油田的开发中，可以很好地解决这一问题，可以很好地分析出各种岩性的地层所存储的石油。
2.识别地下流体的性质不同的地层中分布的流体是不相同的，有些地层中流体的性质与石油的性质十分的相似，因此这就会在很大程度上误导石油开采的工作人员。
核磁共振测井技术
MBMW m
TMA X T 2cutoff
S(T2 )dT2
有效孔隙体积
MPHE e
TMA X 4
S (T2
)dT2
总孔隙体积
MSIG t
TMA X T min
S
(T2
)dT2
渗透率
k c4 NMR ( FFI )2 BVI
目录
一、核磁共振测井简介 二、核磁共振测井测量及提供的信息 三、核磁共振测井提供的成果图件 四、核磁共振测井技术的应用
核磁共振测井技术的应用
储层识别及储层物性参数计算——划分常规测井曲线无法识别的储层
核磁共振测井技术的应用
储层识别及储层物性参数计算——直接区分可动流体和束缚流体
幅度 孔吼分布频率
各部分孔隙体积分布位置
孔吼半径(um)
1
1.6
2.5
4
6.3
10
16
25
10
岩样号：NP1-X
8
孔径分布
T2谱分布
6
毛管束 缚体积
T2很长且幅度大，短T2很少或没有
驱替和渗吸都已起到作用，大、小孔隙都已排油， 它吸水能力强，含水率高，已成了注入水凸进优势 通道，即“大孔道”，对于这样的层应控制注水速 度，以防注入水的低效和无效循环。
中水淹 弱水淹
T2很长但幅度变低，短T2多
这样的储层其大孔道中的油在水驱过程中驱动力的 作用下已经排出，而小孔道中仍存在残余油，这些 油要靠毛管力吸水排油的渗吸作用排出，注水时应 降低水驱速度，在低渗流速度下，发挥毛管力的吸 水排油作用，取得最佳驱油效果。
有效孔隙度
总孔隙度
核磁共振测井提供的成果
流体性质评价成果
核磁共振测井原理与应用书pdf
核磁共振测井原理与应用一、核磁共振基本原理核磁共振（NMR）是物理学中的一种现象，其基本原理是原子核在磁场中的磁矩与射频脉冲之间的相互作用。
核磁共振在测井中的应用得益于其独特的物理性质，可以对地层岩石和流体进行无损检测。
二、核磁共振测井技术核磁共振测井技术利用了在地磁场中自由氢核（如H）的磁矩进动与射频脉冲的相互作用。
当射频脉冲停止后，氢核将恢复到原来的状态，这一过程中产生的信号可以被检测并用于分析地层性质。
核磁共振测井技术可以分为静态测量和动态测量两种。
三、岩石孔隙结构分析核磁共振测井可以提供关于岩石孔隙结构的详细信息。
通过测量地层中氢核的弛豫时间，可以推断出孔隙的大小、分布以及连通性，从而评估储层的渗透率和油气储量。
四、地层流体识别与分类核磁共振测井可以区分油、水、气等不同的流体，这是由于不同流体中氢核的弛豫时间不同。
此外，通过测量束缚流体和自由流体的比率，可以评估油藏的驱替效率和水淹程度。
五、地层参数反演通过核磁共振测井数据，可以反演地层的多种参数，如孔隙度、渗透率、含水饱和度等。
这一过程涉及到复杂的数学模型和算法，是核磁共振测井数据处理的关键环节。
六、测井数据处理与解释核磁共振测井数据处理包括原始数据的预处理、参数反演、解释和后处理等多个环节。
解释人员需要具备丰富的地质和测井知识，以便正确地解释测井数据，提供准确的储层评价结果。
七、核磁共振测井应用实例核磁共振测井在油气勘探和开发中得到了广泛应用。
例如，在评估油田的储层质量、监测注水作业效果、确定剩余油分布等方面发挥了重要作用。
具体实例包括评估某油田的储层孔隙结构和含油性、监测某气田的产气能力等。
这些实例证明了核磁共振测井在油气勘探和开发中的实用价值。
八、未来发展趋势与挑战随着技术的不断进步和应用需求的增加，核磁共振测井在未来将面临一些发展趋势和挑战。
例如，发展更高分辨率和灵敏度的核磁共振测井仪器、提高数据处理和解释的自动化程度、解决复杂地层和油藏条件下的应用问题等。
核磁共振测井原理
核磁共振测井原理一、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。
核磁测井原理
主要内容
核磁测井原理
核磁原理----自旋
+
核磁原理----极化
1.00 0.95
M(t)/M0
3 T1 , Polarize 95 %
Time (ms)
核磁原理----处理成果
核磁成果三种显示方法： 1、区间孔隙度； 2、变密度； 3、波列；
图件简介----差谱成果图
●第一道：
MGR——自然伽马； CALS、 BS——井径和钻头直径； T2-POR-A——长TW回波信号处理出的区间孔隙度。
●第二道：
ILD 、ILM——深感应和中感应； TDA-PERM——核磁计算出的渗透率。
图件简介----移谱成果图
●第一道： MGR——自然伽马； CALS、 BS——井径和钻头直径； T2-POR-A——长TW回波信号处理出的区间孔隙 度。 ●第二道： ILD 、ILM——深感应和中感应； ●第三道：TASPEC——短TE回波信号的T2谱。 ●第四道：TBSPEC——长TE回波信号的T2谱。 ●第五道： MBVITA——利用短TE回波信号处理出的束缚流 体孔隙度，单位PU； MPHITA——利用短TE回波信号处理出的有效孔 隙度，单位PU； MPHITA与MBVITA之差就是可动流体孔隙度 ，因不能做含氢指数校正，对于气层，该方法所 求可动流体孔隙度值偏小。
核磁原理----拟合原始信号
40
Amplitude (PU)
Initial amplitude c alibrate d to porosity
第3章_3核测井-3.4核磁共振测井
脉冲时间加倍，磁场旋转 180°，此时称做 180° 脉冲.
一个90° 脉冲加载之后, 会发生两个过程：
z
z
B0
y x x y
B0
XY平面，旋转开始，并逐步 发散开去 这就是横向弛豫，弛豫时间用 T2描述.
同时，它们也开始在磁场 方向重新排列（重极化） 这就是纵向弛豫，弛豫时 间用 T1描述.
4、核磁共振现象 氢核（质子）本身带电，质子具有自旋性，可
静态磁场使氢原子核进动产生的磁场方向
与其相同 (原子核被极化)。
只要静态磁场保持，任何刺激之后，氢核 将努力回复到该状态（它是一种低能态）。
静态磁场中的这种排列一旦 完成，我们就可以用射频脉冲磁场 加载到核子上：
射频磁场使极化场发生旋转 脉冲持续时间控制旋转角度的
大小.
当脉冲长度刚好使极化场旋转 90°,我们称之为 90°脉冲.
形成磁场，即质子具有一定的磁矩。在Z轴施加外加
磁场后（B0），氢核绕外磁场方向转动，这个转动
称为进动，进动频率0为：
0 B0
式中 :γ—氢核的旋磁比； B0—外加磁场的磁感应强度。
静磁场中质子的旋转和进动
4、核磁共振现象
核有磁性，没有外 磁场作用，核自旋 的方向是杂乱的。
4、核磁共振现象
优点：
1.迄今唯一能够直接测量储集层自由流体孔隙度的测井方法
2.测量准确可靠 3. 可以得到不受岩石骨架岩性影响的地层总孔隙度，还可以
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， 如自由流体孔隙度、毛细管孔隙度、粘土束缚水孔隙度及微 孔隙度等。
4.还可提供束缚流体与可动流体相对体积，储层油气类型、孔 隙尺寸分布、渗透率、原油粘度、含油气饱和度和产能性质 等多种重要参数。
核磁共振成像测井
2.2 用核磁共振测井研究岩石孔隙结构
核磁共振测井测量的信号是由不同大小的孔隙内地层水的信号叠加 ，经过复杂的数学拟合得到核磁共振T2 分布。这就是利用核磁共振测 井资料研究储层岩石孔隙结构的基础。目前利用核磁共振测井资料研究 地层孔隙结构的方法都是进行室内实验, 将岩心的压汞毛管压力曲线 和核磁共振T2 分布对比, 建立其相关性, 进而通过核磁共振T2 分布, 间接地利用岩石的毛管压力分布曲线来研究岩石的孔隙结构。【2】
幅度 孔吼分布频率
孔吼半径(um)
1
1.6
2.5
4
6.3
10
16
25
40
10
50
岩样号：NP1-X
8
孔径分布
可动流体体积
40
T2谱分布
6
30
毛管束缚水体积
4
20
粘土束缚水体积
2
10
0
0
0.5
1
2
4
8
16
32
64
128 256 512 1024 2048
T2(ms)
.
11
2.4 识别地层孔隙中的流体类型
.
2
核磁共振测井原理
当交变磁场B1快速切断时，M0将向B0方向恢复，释放能量，在此
恢复过程中存在二种机制：① My(M0在y轴的分量)以时间常数T2按指
数形式extp /T2 ()衰减为零；②Mz (M0在z轴的分量)以时间常数T1按指
数形式1ex t/p T 1)(恢复为M0 ，T2表示横向弛豫时间，T1表示纵向弛豫
一种是阿特拉斯公司和哈利伯顿公司采用NUMAR专利技术推 出的系列核磁共振成像测井仪MRIL；
核磁共振成像测井
a
9
9
2.2 用核磁共振测井研究岩石孔隙结构
实验研究表明：岩石孔隙流体的T2与孔隙直径相对应，小孔对应 短T2 ，大孔对应长T2 。当孔隙中为单相流体时，可直接刻度为孔隙 孔径大小，进而通过T2分布确定不同孔径大小的孔隙度。【1】
a
10
10
2.3 测量可动流体、毛细管束缚水和泥质束缚水
根据不同的孔径大小，利用实验分析确定的截止值，确定地层束缚 流体体积和自由流体体积，进而确定地层渗透率。【1】核磁测井估算渗 透率的前提是,核磁测井信息必须真实反映地层的孔隙度参数。【4】
时间，M0、T1、T2就是核磁共振测井要测量和研究的对象。【1】
z
z
B0
B0
y
x
横向弛豫（T2）。在XY平面， 旋转开始，并逐步发散开去。
y
x
纵向弛豫（T1）也开始在磁场 方向重新排列（重极化）。
a
3
3
核磁共振测井原理
完整的过程如下：
a
4
4
核磁共振测井应用
目前，在全世界范围内提供商业服务的核磁共振测井仪主要 有3种类型：
不同流体有不同的核磁共振特性，表1【3】是某地区在一定条 件下测得的不同流体的核磁共振特性，从中不难看出，水与烃（油、 气）的差别很大，油与气的差别很大，液体(油、水)与气体的扩散 系数差别也很大，利用流体的这些差别，以不同的方式观测和识别 孔隙流体类型。【1】
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文献参考
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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。
试析基于孔径组分的核磁共振测井渗透率计算新方法
试析基于孔径组分的核磁共振测井渗透率计算新方法基于孔径组分的核磁共振测井渗透率计算新方法主要基于孔隙大小的分布特征以及孔隙流体的性质，通过核磁共振测井技术获取的数据进行分析计算渗透率。
本文将对该方法进行详细的论述，包括其理论基础、测井原理、计算方法和实际应用。
一、理论基础核磁共振（NMR）是一种基于原子核的磁共振现象进行测量的物理现象。
在油藏中，通过核磁共振测井技术可以获取到含油气饱和度、孔隙度以及孔隙流体的几何特征等信息。
而渗透率是描述岩石孔隙对流能力的指标，可以通过核磁共振测井数据进行计算。
二、测井原理核磁共振测井技术是通过对油藏中岩石的核磁共振信号进行分析来获取岩石孔隙结构和流体分布特征的。
核磁共振仪器会产生一个高频的磁场和脉冲，激发岩石中的原子核，当这些原子核恢复到平衡状态时会发出信号。
这些信号可以通过相位差谱分析得到不同孔径的孔隙分布特征。
三、计算方法基于孔径组分的核磁共振测井渗透率计算新方法一般包括以下几个步骤：1.数据处理：将核磁共振测井数据进行处理，包括噪声过滤、信号平滑和相位修正等步骤，以获得准确的孔隙结构信息。
2.孔径分布计算：根据不同孔径尺寸的核磁共振信号进行分析，利用傅里叶变换或其他数学方法得到孔径分布曲线。
3.渗透率计算：根据经验公式或通过模型拟合，将孔径分布曲线转化为渗透率的估计值。
四、实际应用基于孔径组分的核磁共振测井渗透率计算新方法已经在实际油气勘探开发中得到广泛应用。
它可以用于评估油藏的储集性能和预测油气产量，为油田开发提供重要依据。
同时，该方法还可以用于评估储层的孔隙结构、孔喉连通性等特征，为油藏模拟和储层描述提供更准确的数据。
总结起来，基于孔径组分的核磁共振测井渗透率计算新方法是一种基于岩石孔隙结构和流体分布特征的渗透率计算方法。
它通过核磁共振测井技术获取的数据进行分析，可以较准确地计算出岩石的渗透率。
该方法已经在实际应用中取得了良好效果，对于油气勘探开发和油藏管理具有重要的意义。
核磁共振测井技术2
4、利用NMR测井识别油、气、水层
利用储层流体的不同弛豫特性和扩散特性，有 可能区分油、气、水层。
5、NMR测井和其他测井资料的综合应用
（1）、束缚流体测井。
（2）、CMR测量与电磁波传播EPT、超热中 子孔隙度测井APT结合可确定地层粉砂含量。
（3）、在墨西哥湾将NMR测井和传统的密度 、中子感应测井相结合，在高束缚水低阻油层 和油基泥侵入地层评价取得了好的效果。
谢谢！！
§2核磁共振测井的基本原理
氢核的自旋量子数I = 1/ 2 , 2 I + 1 = 2 ,所以其在 外磁场中仅有两个取向,即:顺磁场方向和逆磁场方 向。氢核与电磁场的作用强度和方向可用一组核磁 矩(M)的矢量参数来表示。在没有任何外场的情况 下，核磁矩(M)是无规律地自由排列的。沿着磁场 方向排列。当氢核的核磁矩处于外加静磁场B0中, 它将受到一个力矩的作用,自旋系统被极化（M重 新排列取向），从而会像倾倒的陀螺绕重力场进行 一样,绕外加磁场方向进动,进动频率ω0（拉莫尔频 率） , ω0与磁场强度B0 成正比
T2分布提供了有关储层岩石和流体性质非常有 用的信息，这也是NMR测井图上的基本输出。 NMR测井的其他输出大部分可根据T2分布计算出 来。根据NMR回波数据计算出的T2分布可用来计 算NMR总孔隙度、束缚流体孔隙度和自由流体孔 隙度，也能用来计算渗透率、评价储层质量
§3 核磁共振测井的仪器
核磁共振成像测井仪（ MRIL—Prime ） 脉冲核磁共振（CMR）测井仪 MR 扫描仪
当储层孔隙空间充满油时 ，T2 分布测量数据取决于 原油粘度和组分。焦油和 重质稠油受其分子结构的 影响，衰减速度较快（即 T2 时间较短）
轻质油和凝析油的T2 时间谱与充满盐水的 较大孔隙的T2 时间 谱相叠合。储层中油 水混合条件下的T2 时间同时取决于孔隙 尺寸和流体特性
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核磁共振测井原理一、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。
总体来看，十几年来核磁共振测井技术的快速发展表现在以下几个方面：第一，根据“INSIDE－OUT”思想，不用地磁场，而是在井中人工放置一个高强度磁体，所推出的核磁共振率统核心部分是由稳恒磁体发射射频（RF）脉冲并采集自旋回波信号的RF线圈组成。
该技术使稳恒场B0与RF场B1相互垂直，磁体的轴沿井筒主向，其磁场方向垂直地地层。
B0场与B1场的特点是：在空间任意处它们均相互正交；它们的等场强线为同心圆柱面；场强在径向上均与距离的平方成反比。
B0与B1的正交性是获取最大信号的关鍵。
核磁共振空间是由RF脉冲频率确定的，可以通过选频选定探测空间。
因此使用各种新型核磁共振测井仪不象过去那样要进行繁重的泥浆处理作业。
第二，选用了由Carr，Purcell，Meiboon和Gill改进的脉冲回波序列技术，即CPMG 序列脉冲回波技术，它的思想是对可逆转散相效应引起的快衰减进行补偿。
设计RF线圈和稳恒磁场的独特组合可以实现自旋回波序列。
选用这种技术的优点是：（1）利用自旋转回波方法可以获得较高的信噪比，这对任何测量都是一个基本指标，对井下连续测量更重要。
（2）自旋回波技术可放松对磁场极高均匀性的需求。
这对MIR（核磁共振成象）和MRL（磁共振测井）都非常重要。
MIR使用梯度场来定位信号怪生区域。
MRL特别要求其测量对象置在探头之外，因此均匀度很高的磁场是不可能的。
（3）自旋回波序列可视具体情况需要进行修改，有灵活可变化的特点，适于多种多样的井眼和地质情况。
近二、三十年已发展出几百种回波序列。
由于计算机和电子技术的不断发展，使僺作者控制RF脉冲的强度、相位、宽度和发射时间的能力不断增强，也使核磁共振测井可选用的自旋回波序列更丰富多样。
第三、开展了大量实验研究，为NMR测井应用提供了科学基础。
实验研究是进场应用的基础，多年来国内外石油公司、研究单位、测井公司、大学对多孔岩石NMR测井应用的主要原理如孔隙度表面弛豫特性、体积流体弛豫特性、流体扩散弛豫、岩石中顺磁物质对弛豫影响，岩石孔隙度、渗透率、孔隙结构、润湿性与弛豫特性的关系，束缚流体、可动流体弛豫特性，油、水、气弛豫特性差别，粘度、矿化度对弛豫时间影响等等方面开展了大量实验研究，同时对实验资料分析处理研究所作的假设与近似作了充分阐述，为应用核磁共振测井资料求岩石物理参数，识别油、气、水，预测产能，选择测井参数等建立了应用基础，大大推进发该技在油气勘探、开发中的应用。
第四、对测量参数的选择做了很多分析研究工作。
每次测井中有三个参数能够控制，它们是回波间隔、等待时间和采集的回波总数。
因而NMR测量是一种动态结果，取决于如何测量它。
改变等待时间能影响总的极化效应。
改变回波间隔能影响观测流体扩散效应的能力增加回波总数能获得更精确的有关长弛豫时间分量的信息。
改变测井参数能影响NMR测井解释主要原理的运用，例如缩短回波间隔将获得更多的与粘土相关的快弛豫信号成分的信息；加长回波间隔会增大流体梯度扩散效应，用以区分油、气；而缩短等待时间，通过不完全极化成分的长弛豫分量，利于区分油、气等。
第五、对测量信号的处理技术不断进行改进。
如：对T2回波信号用多指数模型拟合成弛豫时间分布谱，通过截止值区分束缚流体和可动流体体积；用谱差分法和谱位移法识别孔隙中流体类型，及充分采集早期回波求粘土束缚水体积等软件。
现在，NMR测井在应用方面已有重要进展。
首先它能告诉地层中含有多少流体，是自曲流体还是束缚流体，在有利情况下，能过考虑各种影响因素后能决定流体类型，即区分油、气、水。
其次，它能提供不同的孔隙度成分，依据横向弛豫时间T2的分布，以截止值方法区分自由流体、毛管束缚水、粘土束缚水分别占据的孔隙空间。
90年代初期的仪器能测量的最短T2下限值是3－5ms，最新仪器可能测量的T2衰减成分下限达0.1－0.5ms。
因此可以求自由流体孔隙度、有效孔隙度，正向求总孔隙度TCMR方面迈进。
第三，它能提供常规孔隙度仪器不能获得的关于地层孔隙度尺寸分布和孔隙结构的信息。
更好地描述流体的可动性。
第四，新的、测速较快、成本较低的NCMR仪和常规仪器结合，可改善关鍵地层特性如束缚水包和度和渗透率的确定，从而提高储层产能预测能力。
同时，可提供更准确的定量化的泥质砂岩气层和稠油层评价。
目前，能提供NMR测井商业服务的主要有两种仪器。
一种是NUMAR公司的MRIL 仪，另一种是斯伦贝谢公司的CMR。
MRIL仪为获得强信号使用条形磁铁和纵向接收线圈的组合，以产生与井眼同轴、离井几英寸的长（2ft）薄圆柱环状探测灵敏区。
近年来该型仪器增加一种多路定时方式，提高快衰减测量的信噪比，即将回波间隔为1.2ms由400个回波组成的标准脉冲回波组成的标准脉冲回波序列和标准半回波间隔有8－16个回波的短回波予序列快速脉冲结合，这一脉序列重复50次噪音减至1/7。
目前该仪器测量的T2能短至0.5ms。
另一种是斯伦贝谢公司的CMR仪器。
该仪器使用一对条形磁铁，在其中间夹定向天线、聚焦，该仪器的垂向分辨率为6in。
探测灵敏区为进入地层0.5－1.25in的体积域。
它对薄泥质砂岩快速孔隙度变化比较敏感。
近年CMR硬件已得到改进，信号处理软件已升级，每个回泚的信噪比已改进50%，回波采样率增加40%，回波间隔从0.32ms缩短为0.2ms，优化了信号处理软件使其对短T2衰减有最大灵敏度。
因此，新的脉冲回波CMR－200仪器测量的最短地层T2衰减时间，用连续测井方式时达到0.3ms，点测方式达0.1ms。
两个公司虽然都采用低场射频脉冲方式，但所用频率不同。
1.磁场的选择核磁共振测井的初始阶段，人们利用地磁场做为稳定的均匀磁场，但磁场的均匀程度和强度有时并不能满足核磁共振测井的要求，所以要设计更适合井下测量的磁场。
经过人们的努力，已经提出了多种磁场设计方案，主要有均匀场和梯度场的选取。
斯伦贝谢公司的可组合核磁共振测井仪CMR是90年代发展起来的，其设计思想源于上述方案，并加以发展。
仪器尺寸小，可组合性高，永久磁铁和天线都固定在帖井壁的滑板上，磁铁平行分布在天线两侧，在附加装置的作用下，它们发出的磁力线伸向地层，在离井壁约1in处形成一个均匀的磁场区域。
调节天线发出的射频场频率可以选择磁场均匀区为共振区域。
仪器贴井壁测量，因此消除了井眼对测量的干扰，既提高了数据的质量，又降低了测井的成本，同时，使仪器有较高的分辨率。
但是应该看到仪器的径向探测深度还是比较浅，并且选择的探测区域的体积很小，信号拫弱，信噪比有时仍不理想。
Numar公司的MRIL技术的核心部分是两块高强度的永久磁铁，磁铁呈偶极方式相向沿井轴方向排列，永久磁铁产生的稳定磁场在径向上随着距井轴距离的加大而逐渐减弱，这是一个沿径向分布的梯度场。
通过调节射频场的频率可以选择共振的区域。
存在的问题是，如果井眼质量不好如扩孔严重，测量环节带中可能会有泥浆存在，结果仍会受到泥浆的干扰，另外，由于选择的区域是一个小的环形区域，有用信号的强度也不会太高。
2.核磁共振测井的测量方法核磁弛豫的测量方法有多种，在核磁共振测井中主要采用了预极化方式、自旋回波方式等，前者在井下测量简便易行，后者可以消除由于扩散而对测量结果带来的误差，使结果更为准确，并且提高了信噪比。
1）预极化方式在稳定场的垂直方向上加一较强的极化场，经过足够长极化时间，原来沿稳定场建立的平衡静磁化强度会发生偏转而沿总场方向取向，产生一个横向磁化强度分量，这时突然撤去极化场，磁化强度便在稳定场的作用下以拉莫尔频率进动，其纵向分量逐渐恢复到平衡值，而横向分量逐渐减小到0，在垂直于稳定场方向上会测量到一个随时间衰减的自由感应衰减信号FID，利用其幅度的变化可以研究物质的T2。
该方法要求有较长极化时间，测井速度慢，且电流大，迅速关断电流较困难，若在开关断开后延迟一段时间测量，虽能压制部分干扰，但也丢掉了许多有用信息。
2）自旋回波方式预极化方式测量的T2到磁场非均匀性严重影响。
为了改善测量的质量，右用这种方式。
在垂直于稳定场方向旋加一900极化脉冲，使M0产生900的倾角，脉冲过后，由于产生弛豫作用，各分量相位分散，横向分量减小，经过恢复时间τ再施加脉冲，散开的磁矩绕极化场翻转1800，再过时间τ，分散的核磁矩又集中到极化场成900的位置，开成一个强的自旋回波。
改变时间间隔，可测量到一组幅度各不相同的自旋回波，其衰减时间常数为T2。
如果脉冲间隔足够小，就可有效地消除扩散和磁场非均匀性对测量的影响。
有人曾研究了一种自旋回波核磁共振测井仪，由于当时设计过于简单，脉冲的精度不好控制，因而没有得到应用。
3）CPMG脉冲序列法上面的自旋回波方案缺点是不能进行重复测量，且极化脉冲不精确会带来测量结果的误差，因此现代测井术应用了CPMG脉冲序列方法。