测井技术的现状和发展

颗粒表面弛豫示意图
六、核磁共振资料的处理
• 由回波串得到如下信息： –Ｔ２分布谱 –孔隙度MPHI、可动流体体积MBVM、 不动流体体积MBVI等
测量的是NMR信 号幅度, 需要的是T2分布 曲线
总衰减是所有孔径中流体衰减之和
多指数拟合
M ( t ) Ai e
i 1
n
t T2 i
UBI技术指标
直径 3.6-11.2英寸 长度： 20.3ft(6.30m) 重量： 210b 最高温度: 350 °F(175 °C) 最大压力： 20000psi(137.9MPa) 最大泥浆密度： 16lbm/gal(水基) 11.6lbm/gal(油基) 井眼范围： 5.5-12.5in 推荐测速： 2100ft/h (1in采样率） 800ft/h (0.4in采样率） 400ft/h (0.2in采样率） 成像分辨率：0.4in 250kHz 0.2in 500kHz
CBIL- 西方阿特拉斯 CAST-哈里伯顿 BHTV-华北测井公司
§1 测井原理及仪器结构
通过测量井壁岩石(套管）对超声 波的反射情况（回波的幅度和传播 时间）来获得井壁或套管壁的图象 。其物理基础是：不同声阻抗的物 质、表面的粗糙程度不同，对声波 的反射能力不同。
一、井下超声电视的发展
69年由Ｍobil研究室的Zemanek研制出 BHTV（Borehole Televiewer),但 性能不好，没广泛应用。 80年代－改进后被西方广泛应用 80年代末和90年代初－我国研制成功 井下声波电视。 90年代－世界各大测井公司有了自己 的声波电视
CMR--Combinable Magnetic Resonance MRIL--Magnetic Resonance Imager Log
内容
?
• §1 核磁共振测井的理论基础
• §2 应用
?
结束
§1核磁共振的理论基础
• 核磁共振现象 • NMR信号的检测 • 弛豫时间及其测量 • 核磁共振测量区的选择 • 孔隙流体中的核自旋弛豫 • 核磁共振资料的处理
五、图象生成
象素的着色
• 幅度成象（声阻抗） – 幅度低（阻抗小） 黑（深 ） – 幅度高（阻抗大） 白（浅） • 传播时间成象（井眼半径成象） – 时间长（半径大） 黑（深 ） – 时间短（半径小） 白（浅）
六、其它显示方法
• 立体柱状图 • 纵截面图 • 横面图
六、其它显示方法
• 螺旋图
N
回波幅度图象
E S W N
E S W NN
CBIL技术指标
直径 长度： 重量： 最高温度: 最大压力： 额定速度： 扫描速率： 采样扫描： 3.265英寸(92.2mm) 14.9ft(4.55m) 270b(122.5Kg) 400 °F(204 °C) 20000psi(137.9MPa) 600ft/h(182m/h) 6转/分 250个样/转
4、复杂岩性裂缝性油气层 非均质性和各向异性特别严重
一、测井解释面临的难题
5、碳酸盐岩裂缝性油气层 非均质性和各向异性特别严重 6、低孔隙低渗透致密砂岩油气层。
测井面临的难题
二、工程方面
1、超饱和盐水泥浆测井 2、恶劣井眼环境测井 3、水平井测井
超声波成像测井 井周声波成像测井
Ultra Sonic Imager、Ultra Borehole Imager
100%饱和 100psi下离心
幅 度
孔隙度 21.9% 可动流体 75.9% 截止值 12.9ms
T2 弛豫时间 （s）
计算可动流体孔隙度、束缚水孔隙度
NMR T
T2 max
2 min
a(T2 )dT2 FFI f BVI b
T2 max
T2 cutoff
T2 cutoff
CMR技术指标
长度： 14ft(4.3m) 重量： 300磅 最高温度: 350 °F(175 °C) 最大压力： 20000psi(137.8MPa) 探测深度：1in 最小井径： 6.5英寸或7.8in(带弓形弹簧） 测量孔径： 6英寸
§2 核磁共振测井的应用
一、提供精确的物性参数 二、综合常规测井资料进行油气水的定量评价 三、用于孔隙结构研究 四、用谱差分和谱位移法 可区分油、气、水及流体的粘度。 五、估计流体粘度 六、其它应用

二、NMR信号的检测
• 弛豫：脉冲结束后，核磁矩摆脱了外加磁场的 影响，而只受主磁场的作用，进行自由进动， 磁矩力图恢复到原来的热平衡状态，这一从不 平衡到平衡的过程称为弛豫。 – 纵向弛豫（自旋－晶格弛豫）：磁化矢量Ｍ 的Ｚ分量逐渐增大 – 横向弛豫（自旋－自旋弛豫）：磁化矢量Ｍ 的ＸＹ分量逐渐增小
平均衰减量4-8dB/ft 全方位固井质量评价
平均幅度30、70-80mV
磁定位
6分区声幅 平均声幅 全方位声幅 变密度 曲线 衰减曲线 衰减曲线 衰减图象
36
37
泉 241 井
38
试油 油水同出
39
窜槽
底部为水层
分区水泥胶结测井提供全方位井眼水泥胶结评价
侯101井
胶结良好 第一界面 部分胶结
核磁共振测井
测井技术的现状和发展
• 测井服务公司
• 测井仪器介绍 • 测井面临的难题 • 测井新技术
三大测井服务公司
1、斯仑贝谢公司
2、贝克休斯公司
3、哈里伯顿公司
wk.baidu.com
测井仪器介绍
1、快速平台测井系统
2、EXCELL-2000成像测井系统简介
3、CSU-D数控测井系统
测井面临的难题
一、地质方面 1、超低电阻率油气 2、多变的地层水砂岩油气层 3、砾岩、火成岩油气层评价 4、裂缝性油气层藏 5、碳酸盐岩裂缝性油气层 6、孔隙低渗透致密砂岩油气层。 7、稠油层 8、中高含水期的水淹层
二、声波在界面的反射和折射
USI超声换能器发出的声波
在界面的反射和折射
超声换能器
反射系数和透射系数
m 1 R m 1 2 T m1
2 c2 其中: m 1c1
脉冲－回波法
三、仪器原理
四、数据采样
v Sz n S
dn
fr
其中S z , S 分别为纵向采样间距和 周向采样间距
a(T2 )dT2
a(T2 )dT2
T2 min
求渗透率
SDR模型: K c(NMR ) (T2 ,log )
a1 a2
通常：a1 4, a2 2
Timur模型: FFI b2 K c(NMR ) ( ) BVI 通常：b1 4, b2 2
dM XY 1 (0 M XY ) dt T2 若t 0, M XY M 0 M XY M 0e
t / T2
自旋回波法脉冲序列
脉冲序列和散 相重聚过程
四、核磁共振测量区选择
磁场强度Ｂ０在纵向和横向上 都是变化的，因此，通过调整射 频磁场的频率，可以改变能够发 生核磁共振的空间位置，即核磁 共振测井的探测范围。
高密度泥浆、大井眼效果差，可在 油基泥浆中使用
覆盖面积 探测深度 物理基础 地层响应 井眼描述 影响因素 限制条件
70%（8in井眼） 2-5厘米 岩石电性 岩性、岩石结构、构造 三井径 贴井壁、无偏心影响
在油基泥浆（水小于30%）和小井 眼（小于7in)中不能用
三、分区水泥胶结测井(SBT)
•确定套管与水泥、地层与水泥两个界面 的水泥胶结状况。 •提供整个套管周围全方位的水泥胶结状 况，克服了常规水泥胶结测井的多解性。 •判断窜槽的位置。 •确定水泥返高和混浆带井段。 •能有效地评价大直径套管井(直径406毫 米)的水泥胶结状况。 •不受快速地层的影响。
MRIL的探测范围
CMR的测量范围
CMR的测量范围
CMR的测量范围
五、岩石流体中的核自旋弛豫
• 1. 颗粒表面弛豫
• 2. 扩散弛豫 –在梯度磁场中，由分子运动造成的弛 豫，只导致Ｔ２弛豫，对Ｔ１不影响。 • 3. 体积弛豫 –邻近分子的自旋运动产生的局部磁场 波动造成的。
孔隙尺寸与T2的关系
键槽井眼
键槽井眼
井眼垮塌
井眼垮塌
沿裂缝面的滑动
井眼垮塌 与滑动
井眼垮塌与剪切滑动
剪切滑动
剪切滑动
检查 取心位置
STAR 与 CBIL 比较
比较项目
分辨率 采样率
Star-II
0.2in 纵横向0.1in
CBIL
0.2in 纵向0.1-0.3in 横向200-250点/周 100% 井壁 岩石波阻抗 裂缝、溶洞 详细井眼信息 受井眼形状、仪器偏心、井 斜影响
一、测井解释面临的难题
1、 低电阻砂岩油气层
难点: 电阻率曲线不能 或很难区分油(气)水层 形成原因： a.岩性细，束缚水饱和度高 b.矿化度很高的泥质砂岩 c.伊泥石、蒙脱石、伊／蒙混层含量高 的泥质砂岩 d.菱铁矿
一、测井解释面临的难题
2、地层水矿化度低且多变的油气层 油气层与水层的电阻率都高，难区分 3、砾岩、火成岩油气层评价 非均质性特别严重，物性差。
§2 声波井周成像测井地质应用
一、 CBIL的应用
• 识别裂缝、不整合面、断层等地质构造。确定裂 缝产状及发育方向，确定最大水平主应力方向。 • 描述沉积特征─层状层理、交错层理、冲蚀、结 核、沉积韵律。 • 划分砂泥岩薄互层及有效厚度。 • 确定井眼几何形状。 • 检查套管变形，确定套管变形位置。 • 检查射孔井段，确定射孔孔眼位置。 • 检查对套管爆炸整形后的套管形状。 • 确定套管断裂位置。
T2i 2
i 1
测量数据与拟合结果
识别孔隙大小和储层好坏
利用T2分布曲线识别储层的好坏
两块孔隙度相近的砂岩
MRIL-C技术指标
直径 6英寸(152mm) 长度： 10.75ft(3.27m) 重量： 600b(238Kg) 最高温度: 310 °F(115 °C) 最低环境温度： -4 ° F(-20 ° C) 最大压力： 20000psi(137.8MPa) 垂直分辨率：24英寸(0.6096m) 额定速度： 3-30ft/min(取决于地层的TR值和采样率） 探测范围： 以仪器为直径的8-10in的范围 （20.32-25.4cm) 最小井径： 7.5英寸(190.5mm) 最大井径： 13英寸(330.2mm) 最大井斜： 90 °
施加射频脉冲之后M的行为
三、弛豫时间及其测量
• 1. 纵向弛豫时间T1
dM Z 1 ( M0 M z ) dt T1 若t 0, M Z 0; t , M z M 0 M z M 0 (1 e
t / T1
)
反转恢复法测T1的脉冲序列
三、弛豫时间及其测量
• 2. 横向弛豫时间T2
二、ＵＳＩ的应用
• 水泥胶结质量评价 • 套管检查 – 套管腐蚀 – 评价损坏情况 – 确定和识别射孔位置
三、ＵＢＩ的应用
• 在油基泥浆中成像 • 探测裂缝、孔洞 • 井眼稳定性分析 – 键槽井眼 – 井眼垮塌 – 剪切滑动 – 泥岩蚀变 • 确定水平应力 • 井眼形状分析
裂缝性地层中微电阻 扫描成像测井 FMI方位电阻率成像 ARI-UBI图象的比较
一、核磁共振现象
• 1.动量矩 • 2.核磁矩
p r mv
p
•为旋磁比 • 3. 拉莫尔进动(Larmor)
0 B0
1 f0 B0 2
原子核在外磁场中的运动(类似于陀螺在 重力场中的进动)
• 4. 宏观磁化量 –单位体积内核磁矩的和,称宏观磁化量 – M i • 5. 核磁共振 –对于被磁化的自旋系统,再施加一个与静磁 场垂直、以角频率0振荡的交变磁场B1，此 时处于低能态的核磁矩吸收交变磁场的能量， 跃迁到高能态，磁化强度相对于外磁场发生 偏转，这种现象被称为核磁共振
一、提供精确的物性参数，包括： 地层有效孔隙度、渗透率、束缚水饱和度。
核磁测井孔隙度模型
烃
岩心刻度核磁测井 确定T2截止值
幅 度
100%饱和 100psi下离心
T2截止值
束缚水 部分
可动流 体部分
孔隙度 22.4% 可动流 体 66.8% 截止值 28.2ms
T2 弛豫时间 （s）
岩心离心前后弛豫时间谱
v为测井速度
n为转速 fr为声脉冲频率
数字声波井周成像测井(CBIL)
以脉冲回波的方式，对整 个井壁进行扫描，记录 回波幅度图象 回波传播时间图象
扫描采样250个点/转 扫描频率6转/秒 两个250千赫兹的聚焦陶瓷 换能器一个直径为1.5英寸 另一个直径为2.0英寸 测量方式
声成像
裸眼井
套管井
电成像