核磁共振测井仪器现状及展望

响。探头 的核心部件是磁体和天线 ， 磁体 的南北极
呈 水 平方 向排 列 ， 井外 的地 层 中产 生 一个 均 匀磁 在
场 ， 感 应强 度约 ５ ０ ａ ｓ。Ｃ 磁 ０ Ｇ ｕ ｓ ＭＲ的探 测 区域 是一
个 离 极 板 约 ２ ｃ 直 径 近 ３ｍ、 度 约 １ｃ 圆柱 ． ｍ、 ５ ｃ 高 ５ｍ 体 。根 据 仪 器 径 向 与 纵 向 探 测 特 性 的模 拟 结 果 ，
致 ， 同产生 Ｂ 共 ０磁 场 。屏 蔽磁铁 的作 用是迫 使井 眼 部 分 的磁 场 方 向转入 地 层 ， 这样 既 消 除 了井 眼 中泥 浆 的影 响 ， 又确 保 地 层 中 １０ ２ 。测 量 扇 形 有 效 灵 敏
１３ Ｍ ＲＩ Ｐｒｍ ｅ ． Ｌ－ ｉ
ＭＲ ｘ Ｂ ｋｒ ｔ ｓ 司推 出 的核 磁 共 振测 井 Ｅ 是 ａｅ Ａｌ 公 ａ
仪器。该仪器采用贴井壁测量方式 ， 可避免井径及 井内流体对测量结果 的影响。Ｍ Ｅ 仪器在磁铁 、 Ｒｘ 天线及脉 冲序列 的设计 、 测井数据采集、 噪 信 比控制等方面有其显著 的特点 。Ｍ Ｅ 核磁共振测 Ｒｘ
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
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 ５
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
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
和应 用 的序 幕 。 １５ ９ ２年 ，ａｉｎ发 明 了测量 地磁 场 Ｖｒ ａ 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 。 １５ ９６年 ，ｒｗ Ｂｏ ｎ和 Ｆｔ研 究发 现 ， ａｔ 当流
“ｎｉｅｏｔ概 念和 ＭＲ 技 术 ， Ｉｓ —ｕ” ｄ Ｉ 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 （ Ｉ） ＭＲ Ｌ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 ， 人 投 商业 应用 的核磁 共振 测井仪 器 的世界 知名 测井 服务
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
厚度。
源自文库
ＭＲ Ｓ ａｎ ｒ Ｓ ｈ ｍ ｅ ｅ 公 司在二 十一 世纪 ｃｎ ｅ 是 ｃｌ ｂ ｒ ｒ ｕ ｇ
推出的新一代核磁共振 测井仪器 。仍然采用贴井 壁测量方式 ， 适用于大井眼和斜井作业 ， 能确保 并 共振 区域 的大 小 和探 测 深 度 不 受 井 眼 影 响 。探 头 中磁体呈 圆柱形 ， 天线为拱形结构。由于磁体在井 眼和 地层 中形 成梯 度 磁 场 ， 仪器 可在 多 个探 测 深度 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 ６ｍ ｃ 。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 （ — ． ｚ， 探 测 深度 的范 围为 ２ ６ｍ， １ ０５ ＭＨ ）其 ｃ 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 １ 主要用于岩石特性评价 、 ０ ｍ， ｏ 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 ， 确 可 定 含 油 （ 含 水） 和 度 、 或 饱 总孔 隙度 、 效 孔 隙 度 、 有 束
２． Ｗ Ｄ— １Ｌ ＮＭ Ｒ
ＭＲ ｘ 有独 特 的天线 和磁 体设 计 ， Ｅ 探 头 Ｅ具 ＭＲ ｘ 包 括磁 铁和 天线 。主磁铁 的长度为 ２ｉ， 两 端各 ４ｎ其
有一个加长磁铁 ， 作为预极化磁铁 ； 中主磁铁又由 其 屏 蔽 磁铁 和 小磁 铁 两块 组 成 ， 两磁 铁 的磁 场 极性 一
示 。静磁场和射频场正交以获得最大信号天线安 装在磁体外部 的玻璃钢外套 中， 向地层发射预 用于 先设置的射频脉冲， 自旋 回波信号， 产生 并接收和采 集 回波信号。用 ９ 种不 同的频率对 ９ 个不 同直径的 同心圆柱壳进行独立观测 ， 通过设计复杂的脉 冲实 现多种信息 的同时测量 。根据 Ｌｒ ｏ频率确定的 ａ ｒ ｍ 共 振 条件 ， 以通 过 确 定 ＭＲＬ的发 射 器 和 接 受 器 可 Ｉ 的中心频率和带宽 ， 选定每个圆柱形区域的直径和
个永久磁体放到井眼中（ ｓ ｅ， Ｉｉ ） ｎ ｄ 在井眼之外的地层 中（ｕｓ ｅ建 立一 个 远 高 于 地 磁 场 、 在一 定 区域 Ｏ ｔｄ） ｉ 且 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 振钡 井大规 模商业 化应 用 的 ４
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 ， 方 案很 难作 为 商业 测 井仪 该
种 贴 井壁 测量 的核磁 共 振测 井 仪 （ ＭＲ）并先 后 推 ｃ ，
出 了 Ｃ — ＭＲ Ａ、Ｃ 一 ０ 、Ｃ — ｌｓ 以 及 ＭＲ ＭＲ ２ ０ ＭＲ Ｐｕ
Ｓａｎｒ电 缆 核 磁 共 振 测 井 仪 。 Ｃ 接 在 ｃｎｅ ＭＲ 挂 Ｓｈｕ ｅｇｒ 司 的 Ｍａｉ ５０系统 上 ， 贴井 壁 的 ｃｌｍｂｒｅ 公 ｘｓ ０ 一 其 测 量 方 式 进 一 步 消 除 了井 眼泥 浆 对 测 量 的可 能影
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 ， 有代 表 的随 钻核 磁 共 振 测井 仪 为 具
图４ ＭＲＥ 核磁 共振 测 井 仪器 ｘ
Ｈａ ｉｕｔｎ 司 的 ＭＲ Ｌ ＷＤ Ｍ， ｃｌｍｂ ｒｅ 公 司 ｌｂ ｒ 公 ｌ ｏ Ｉ— Ｔ Ｓｈｕ ｅｇｒ 的 Ｌ — ＭＲ及 Ｂ ｋｒ ｔ ｓ 司的 ＭａＴａ ｋ ＷＤ Ｎ ａｅＡｌ 公 ａ ｇ ｒｃ 。
２ １年 第 ２ ０２ 期
国 外 测 井 技 术
Ｗ ＯＲＬ Ｗ ＥＬ Ｌ Ｄ Ｌ ＯＧＧ ＮＧ Ｉ Ｔ ＣＨＮ０Ｌ Ｙ Ｅ ０Ｇ
ＡＤ ．０１ ｒ２ ２
１ ４
总第 １ ８ ８ 期
Ｔ０ａ ８８ ｔ１１
・
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
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 、
Ｈａｌｂ ｒｏ －－ＭＲＩ Ｐ、 ｋ ｒｈ ｇ ｔ－－ ＲＥＸ。 ｌｉ ｕ ｔｎ Ｌ－ Ｂａ ｅ ｕ ｈ ｓ Ｍ
体处于岩石孑 隙中时 ， Ｌ 其核磁共振弛豫 时间比自由 状态相 比显著减 小 。１６ 年 ，ｒｗ ９ ０ Ｂｏｎ和 Ｇ ｍ ｏ 研 制 ａ ｓｎ 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 ， 磁 场 核 磁测 井 方 案 受 到 三个 限制 ， 地 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
Ｍ Ｉ— 是由Ｈ ｌ ｕｔ 公司生产研制的， ＲＬ Ｐ ａｉ ｒｎ ｌ ｏ ｂ 其仪 器结 构如 图 ２ 所示 。
１ ６
国 外 测 井 技 术
２ １ 年４ ０２ 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 ， 钻 测 井 技术 迅 速 发展 ， 用 领 域 不 断 扩 随 应 大 。 随钻 核 磁 共 振 测 井 （ＭＲ Ｌ ） 术 代 表 了地 Ｎ ＷＤ技
图 ３ ＭＲＩ Ｐ梯 度磁 场 示 意 圈 Ｌ －
Ｍ Ｉ— 具有单 Ｔ ／－ Ｅ 双Ｔ ／ Ｔ 、 Ｔ ／ ＲＬＰ ｗ－ Ｔ 、 ｗ单 Ｅ 单 ｗ双 ￣
Ｔ 、 ｗ双Ｔ 等 四类常用观测模式。 Ｅ 双Ｔ ／ Ｅ
１４ＭＲＥｘ ．
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。
测量信号的信噪比将会很低。
基 金 项 目 ： 国海 洋石 油 总 公 司项 目“ 磁 共 振 测 井技 术研 究 （ 号 ： Ｋ Ｆ ０ ６ ２０ ） 。 中 核 编 Ｃ／ ＪＹＦ０ — ０ ９ ”
作者简介 ： 于会媛 （９０ ， ， １ 一）女 博士研 究生 ， ８ 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 并仪 器机械结构设
—
质导 向和地 层 评价 技 术 的重 大进 步 ， 电缆核 磁 共 将 振测 井 的优 势 带入 实 时钻 井作 业 中来 ， 以在 钻 井 可
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 ｌ 左右 的时间里 ， ０年 先后 有 多家 石油
体由众多小磁畴（ 偶极子） 组成， 从横截面上看 ， — Ｎｓ 极水 平 平行 摆 放， 生 的磁 场使 地 层 中的氢原 子 核 产
被 磁 化， 径 向方 向建 立 一 个 梯 度 磁 场 ， 图 ３ 在 如 所
。 １Ｃ — ｌｓ 器 图 ＭＲ Ｐｕ 仪
１２ ＭＲ ｃ ｎ ｅ ． Ｓａ ｎ ｒ
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 Ｔ 隙度 的精度有 明显 ＩＬ 改善 。
图 ２ ＭＲ Ｌ Ｐ仪 器 结 构 图 Ｉ—
Ｍ Ｉ— 头 部 分 是 由直 径 为 ６ｎ ４８５ｎ的 Ｒ Ｌ Ｐ探 ｉ或 ． ｉ ７ 强永 久 磁体 和缠 在 磁体 外 面 的射频 天 线构 成 。磁
测井 仪器 难 以推 广 。 １７ ９８年 ，ａｐｒａｋｏ 破地 ＪｓｅＪｃｓｎ突 磁场 ， 出一种 新 的方 案 ， “ ｓ ｅｏｔ设计 ， 一 提 即 Ｉ ｉ —ｕ” ｎｄ 把
１ 电缆 核磁 共振 测 井仪 器
１ １ ＣＭ Ｒ ．
Ｓ ｈｕ ｂ ｒｅ公 司于上 个世 纪 ９ 年代 研 制 了一 ｃ ｌｍ ｅｇｒ ０
而被接受。 １８ ９５年 ，ｖＴ ｉ ｅ 和 Ｓｈ ｕｌ 出一 Ｚ ｉ ａ ｈｒ ｃｍ ｅ提 ｃ 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 。 １８ 年 ， 种 综 合 了 ９８ 一
Ｃ Ｒ的探测深度较浅 ， Ｍ 但纵向分层能力较强 ， 可以
分辨 出很薄 的储层 ， 只是 由于均匀 磁场 的 区域 太小 ，