【正文】 律地自由排列的。這樣，用經(jīng)典力學(xué)與量子力學(xué)兩種觀點(diǎn)均可圓滿地解釋核磁共振現(xiàn)象，所得共振條件也是相同的。當(dāng)減小時(shí)，勢(shì)能減小，將能量交給外加交變磁場(chǎng)，這種能量交換只有在交變磁場(chǎng)的角頻率滿足時(shí)才發(fā)生，此時(shí)與B1（繞Z軸同步旋轉(zhuǎn)。不同的元素，相應(yīng)有不用的旋磁比，對(duì)而言。有自旋的原子核才是核磁共振研究的對(duì)象，核磁共振測(cè)井中最常用的是氫核[4]。原子核的電荷數(shù)目取決于原子核中質(zhì)子的數(shù)目，而核的質(zhì)量則取決于核質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)之和。固體骨架對(duì)核磁共振測(cè)井響應(yīng)沒(méi)有貢獻(xiàn)，觀測(cè)信號(hào)只來(lái)自于孔隙中的流體。孔隙度測(cè)井系列和電阻率測(cè)井系列可以分別用來(lái)進(jìn)行產(chǎn)層孔隙度的估算和孔隙流體成分以及飽和度的評(píng)價(jià)。因此需要對(duì)核磁測(cè)井有新的認(rèn)識(shí)，及尋找新的方法來(lái)提高核磁測(cè)井。在評(píng)價(jià)儲(chǔ)層類型方面，核磁T2譜與毛細(xì)管壓力曲線有相似的性質(zhì)，都表征了儲(chǔ)層的孔隙結(jié)構(gòu)分布，因此，可在沒(méi)有實(shí)驗(yàn)毛細(xì)管壓力曲線數(shù)據(jù)情況下用T2譜構(gòu)造毛管壓力曲線來(lái)評(píng)價(jià)儲(chǔ)層好壞，但T2形態(tài)又受到儲(chǔ)層含烴的影響，導(dǎo)致構(gòu)造出的毛細(xì)管壓力曲線有偏差，在技術(shù)上還要進(jìn)一步的發(fā)展才能有更廣泛的發(fā)展。從理論上來(lái)講NMR是測(cè)量的孔隙度是最好的方法，能夠提供準(zhǔn)確的孔隙度測(cè)量信息，而實(shí)際上在稠油層、氣層、或高礦化度鉆井液、以及含有導(dǎo)磁礦物的巖石等條件下，往往出現(xiàn)測(cè)量孔隙度偏大或偏小的情況，甚至與某些巖性有相關(guān)性。我國(guó)的核磁共振測(cè)井是1996年開(kāi)始的。其中兩根天線是用于高分辨率測(cè)量，可計(jì)算束縛流體孔隙度、自由流體孔隙度、總孔隙度及滲透率，還能用來(lái)探測(cè)天然氣和輕質(zhì)油。自從第一支商用儀器投入使用以來(lái)，這兩家公司都先后推出了先進(jìn)的電纜式核磁共振測(cè)井儀和隨鉆測(cè)井(LWD)核磁共振測(cè)井儀器。該儀器可以得到多種測(cè)量結(jié)果，用于不同地層的評(píng)價(jià)。由此人們第一次認(rèn)識(shí)核磁共振的潛在價(jià)值，并在上個(gè)60年代早期研制出核磁測(cè)井(NML)儀。核磁共振測(cè)井T2譜提取方法研究畢業(yè)論文目 錄1 前言 1 核磁共振發(fā)展史 1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 核磁共振研究目的及意義 32 核磁共振的原理 5 核磁矩與自旋角動(dòng)量 5 經(jīng)典力學(xué)觀點(diǎn)與量子力學(xué)觀點(diǎn) 5 核磁共振測(cè)井的計(jì)算方法 73 核磁共振測(cè)井的儀器 10 核磁共振測(cè)井的儀器的發(fā)展 10 MRIL—Prime儀器介紹 114 MREx回波信號(hào)生成處理技術(shù)研究 13 MREx核磁共振測(cè)井儀器簡(jiǎn)介 13 MREx數(shù)據(jù)采集觀測(cè)模式 14 PP、PP Basic觀測(cè)模式 15 PP Oil觀測(cè)模式 16 PP Gas觀測(cè)模式 18 MREx數(shù)據(jù)記錄方式 19 各組回波生成技術(shù) 20 標(biāo)準(zhǔn)組回波合成技術(shù) 245 T2譜信息處理進(jìn)行儲(chǔ)層參數(shù)求取 27 計(jì)算孔隙度 27 計(jì)算毛管束縛水 28 估算滲透率 29 提高參數(shù)計(jì)算精度的方法 31 變T2截止值改進(jìn)束縛水飽和度計(jì)算 31 與密度聲波結(jié)合改進(jìn)孔隙度計(jì)算 336 總結(jié)與認(rèn)識(shí) 36參考文獻(xiàn) 37致 謝 38 1 前言 核磁共振發(fā)展史核磁共振這種物理現(xiàn)象分別是由1946年由斯坦福大學(xué)的布洛赫(Bloch)和哈佛大學(xué)的拍塞爾(Parcel)兩人各自領(lǐng)導(dǎo)的小組發(fā)現(xiàn)的。Borwn和Fatt在1956年研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)流體處于巖石孔隙中時(shí)核磁共振弛豫時(shí)間與自由狀態(tài)相比顯著減小，并對(duì)原油在巖心中的弛豫特征進(jìn)行了探討[13]。該儀器證實(shí)了核磁共振用于測(cè)井的可行性，但由于它的采集信號(hào)的噪音大，而且無(wú)法消除掉井眼信號(hào)，嚴(yán)重影響了地層信號(hào)的采集。1997年，哈里伯頓公司收購(gòu)了Numar公司，2001年哈里伯頓公司推出了NMR流體分析儀，它是電纜式流體釆樣儀的一部分。主天線有多個(gè)頻率，不同的頻率對(duì)應(yīng)的探測(cè)深度不同，可對(duì)不同的地層進(jìn)行評(píng)價(jià)。中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司(CPL)的華北事業(yè)部最先引進(jìn)了NUMAR公司的C型磁共振成像測(cè)井儀(MRILC)。核磁T2譜區(qū)分可動(dòng)流體和束縛流體時(shí)，最重要的參數(shù)是T2截止值，而T2截止值由實(shí)驗(yàn)室才能確定，不同區(qū)塊、不同層位、不同巖性的T2截止值相差很大。稠油資源在我國(guó)各大油田分布非常廣泛，現(xiàn)在還沒(méi)有一種測(cè)井方法能精確的對(duì)稠油進(jìn)行描述、檢測(cè)和分析，國(guó)際上用核磁共振測(cè)井評(píng)價(jià)稠油還處于探索階段。 核磁共振研究目的及意義測(cè)井的主要目的是進(jìn)行地層評(píng)價(jià)，其核心內(nèi)容如下：第一：產(chǎn)液性質(zhì)評(píng)價(jià)。在比較理想的條件下這些方法取得的效果是不錯(cuò)的，但是實(shí)際影響這些常規(guī)測(cè)井方法的地層因素都很復(fù)雜，包括巖石礦物、骨架成分等與地層油氣資源特征無(wú)關(guān)的因素，這就給我們的測(cè)井評(píng)價(jià)帶來(lái)了嚴(yán)重的不確定性。而且，孔隙中的不同流體，如泥質(zhì)束縛水、毛管束縛水、可動(dòng)水、天然氣、輕質(zhì)油、稠油等，具有不同的核磁共振性質(zhì)通過(guò)精心設(shè)計(jì)的觀測(cè)模式，可有效地識(shí)別這些流體，并進(jìn)行定量解釋。根據(jù)原子核的電荷與質(zhì)量這兩個(gè)特性，可解釋原子核與周圍粒子的強(qiáng)相互作用，如裂變、聚變等，但不能解釋一些弱相互作用，如核磁共振現(xiàn)象。 核磁矩與自旋角動(dòng)量原子核對(duì)外的效應(yīng)可將原子核看作是一個(gè)具有一定質(zhì)量與體積、均勻帶電的球體。 經(jīng)典力學(xué)觀點(diǎn)與量子力學(xué)觀點(diǎn)為了使核磁矩在磁場(chǎng)中的勢(shì)能發(fā)生變化，或者說(shuō)要使圖21中μ與B0的夾角θ發(fā)生變化，必須吸收能量，這可通過(guò)在與靜磁場(chǎng)B0方向相垂直的平面（xy平面）上加一個(gè)射頻場(chǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，射頻場(chǎng)在時(shí)間上是交變的磁場(chǎng)，因?yàn)椋? （21）交變磁場(chǎng)可分解為兩個(gè)相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和，其中同在B0中的進(jìn)動(dòng)方向一致，而B(niǎo)1+則與這一方向相反。這一現(xiàn)象就是核磁共振，式就是共振條件，共振頻率為。 圖22 核磁矩I=1/2的兩個(gè)可能的進(jìn)動(dòng)圓錐 核磁共振測(cè)井的計(jì)算方法動(dòng)量矩核磁矩（為旋磁比）。沿著磁場(chǎng)方向排列。核磁馳豫會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流信息，即核磁共振信號(hào)。為了消除來(lái)自井眼信號(hào)的影響，需要在井中加入磁粉來(lái)縮短井眼信號(hào)；第二個(gè)限制是在檢測(cè)信號(hào)之前切斷的直流電流需要很長(zhǎng)的時(shí)間，造成儀器“死時(shí)間”很長(zhǎng)，小孔隙的信號(hào)無(wú)法觀測(cè)到，測(cè)量不到地層的總孔隙度。MRILB型儀器于1990年開(kāi)始投入油田服務(wù)，并很快得到成功應(yīng)用。到目前為止，斯倫貝謝公司先后推出了CMRA、CMR200、CMRPlus以及最新一代MRScanner電纜磁共振測(cè)井儀。的圓弧形，與居中型MRIL儀器相比，雖然探測(cè)區(qū)較小，但探測(cè)區(qū)靠近儀器的天線，使得射頻信號(hào)較強(qiáng)。中油測(cè)井技術(shù)服務(wù)有限公司（CNLC）和華北測(cè)井公司最早引進(jìn)了Numar/哈里伯頓公司的MRILC型核磁共振成測(cè)井儀器。在設(shè)計(jì)上要求磁體產(chǎn)生的靜磁場(chǎng)B0與射頻線圈產(chǎn)生的射頻場(chǎng)B1在任何地方都互相垂直，此時(shí)，兩個(gè)磁場(chǎng)的等場(chǎng)強(qiáng)度線都是同心柱殼，在徑向方向都服從平方反比率。 圖311 MRIL—Prime儀器示意圖4 MREx回波信號(hào)生成處理技術(shù)研究 MREx核磁共振測(cè)井儀器簡(jiǎn)介MREx核磁共振測(cè)井儀器是貝克休斯公司推出的新一代核磁共振測(cè)井儀，它采用偏心測(cè)量的方式工作。同時(shí)，工作頻率的帶寬決定了扇形殼探測(cè)區(qū)域的厚度，MREx儀器各個(gè)頻率帶寬為12kHz，所以。對(duì)于粘土、束縛水、毛管束縛水信息的獲取采用多次獨(dú)立觀測(cè)，累加綜合處理，提高了信噪和計(jì)算精度。設(shè)計(jì)的幾種固有的測(cè)量模式的采集參數(shù)設(shè)置見(jiàn)表31，典型的測(cè)量模式是PP模式、PP OIL模式和PP GAS模式三種（早期版本分別稱為FE、FE+OIL和FE+GAS）。PP觀測(cè)模式共由14組回波串組成，后7組回波串是對(duì)前7組回波串的重復(fù)，只是采用的頻率不同（見(jiàn)圖44右）。該組是完全極化T2譜測(cè)井，用于孔隙度計(jì)算。例如表33中，最高頻率876kHz，G在500ms的時(shí)間窗口里記錄12個(gè)回波串。 PP Gas觀測(cè)模式有兩個(gè)長(zhǎng)等待時(shí)間12223ms（1組、11組）、11303ms（3組、13組），還有一個(gè)短等待時(shí)間983ms（5組、7組、15組、17組）。結(jié)構(gòu)曲線數(shù)據(jù)塊由結(jié)構(gòu)曲線數(shù)據(jù)塊與結(jié)構(gòu)信息說(shuō)明塊兩部分前后組成。圖47 MREx各組回波生成流程 (1)PAPS處理 核磁儀器中的天線磁場(chǎng)強(qiáng)度較大，對(duì)地層施加交變磁場(chǎng)時(shí)要產(chǎn)生振蕩電流，而天線本身又是測(cè)量線圈，由于電磁感應(yīng)，交變磁場(chǎng)的殘余信號(hào)就會(huì)夾雜在測(cè)量回波串當(dāng)中，稱為環(huán)效應(yīng)（Ring）。和180176。平均相位角的計(jì)算公式變?yōu)? （410）n是計(jì)算相位角所用的回波個(gè)數(shù)。Echo信號(hào)道曲線參與T2的反演計(jì)算，并開(kāi)展后續(xù)的處理和解釋，而Noise噪聲道曲線用來(lái)估算數(shù)據(jù)的均方差和標(biāo)準(zhǔn)方差。但是，回波串?dāng)?shù)據(jù)處理過(guò)程中，有的參與了回波串的疊加，疊加后的回波串的深度發(fā)生了變化，需要根據(jù)疊加的情況重新計(jì)算深度。 （1）標(biāo)準(zhǔn)回波組ECHOA 這組曲線需要反映的是地層中所有流體的信息。 （4）粘土束縛流體回波組ECHOP核磁共振測(cè)量粘土束縛流體用很短的等待時(shí)間20ms，或者30ms，然后用很短的回波間隔，因?yàn)檎惩潦`水的信號(hào)衰減很快，所以，只需使用較少的回波個(gè)數(shù)測(cè)量前端信號(hào)。ECHOA，ECHOC，、可以將三者兩兩組合或者共同使用，根據(jù)油水?dāng)U散弛豫的不同，來(lái)判別流體性質(zhì)。PP Oil觀測(cè)模式經(jīng)過(guò)組合得到各標(biāo)準(zhǔn)組曲線如圖412。核磁總孔隙度的計(jì)算公式為： (501)式中T2min為反演所布的最小點(diǎn)；T2max為反演所布的最大點(diǎn)；為對(duì)應(yīng)的S(T2)譜幅度。于是，粘土流體孔隙度可以由下式計(jì)算。通常是通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量具有地區(qū)代表性的巖心來(lái)確定區(qū)域T2截止值。國(guó)外軟件在處理時(shí)，同時(shí)求取兩種方法的BVI，然后取其中較大的一個(gè)。利用該模型估算滲透率，束縛流體體積的確定方法對(duì)計(jì)算結(jié)果有很大影響。 提高參數(shù)計(jì)算精度的方法 變T2截止值改進(jìn)束縛水飽和度計(jì)算 T2截止值改進(jìn)束縛水飽和度計(jì)算T2截止值的大小是影響核磁共振束縛水飽和度的關(guān)鍵參數(shù)，可通過(guò)核磁共振實(shí)驗(yàn)獲得。巖石孔隙中原油很大時(shí)，流體性質(zhì)對(duì)T2截止值會(huì)產(chǎn)生很大影響。二者聯(lián)立，可直接求總地層孔隙度φ和沖洗帶含氣飽和度Sg,xo。式（524）提供了一個(gè)可以通過(guò)密度孔隙度和核磁孔隙度來(lái)估計(jì)氣體校正總孔隙度的簡(jiǎn)單方法。6 總結(jié)與認(rèn)識(shí)研究了MREx核磁資料從時(shí)間域原始測(cè)量信號(hào)數(shù)據(jù)處理得到深度域回波信號(hào)曲線的關(guān)鍵技術(shù)。程老師和藹可親、平易近人，淵博的知識(shí)、敏銳的洞察力、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、忘我的工作作風(fēng)使我受益匪淺。在此謹(jǐn)向尊敬的恩師表示衷心的感謝，感謝程老師對(duì)我的培養(yǎng)與關(guān)心！另外，還要感謝大學(xué)期間共同生活和學(xué)習(xí)的各位同學(xué)胡錦宏、楊杰、岳武城等同學(xué)在我完成論文期間給予的幫助與支持。利用核磁T2譜計(jì)算儲(chǔ)層參數(shù)的三個(gè)模型：孔隙度模型、滲透率模型、束縛水模型出發(fā)，研究了各儲(chǔ)層參數(shù)的計(jì)算方法，結(jié)合密度、聲波資料改進(jìn)氣層總孔隙度的計(jì)算。SMR方法使用聲波縱波的傳播時(shí)間和總核磁共振孔隙度（PHINMR）確定總孔隙度，并進(jìn)行氣體影響和沖洗帶含氣飽和度校正。計(jì)算地層總孔隙度和沖洗帶含氣飽和度的公式為 (519) (520)沖洗帶的氣體體積（Vg,xo）由公式（519）和（520）的相乘得出： (521)當(dāng)有氣體（或輕烴）影響密度和核磁共振測(cè)井時(shí)，且PHID孔隙度比NMR孔隙度大時(shí)方程（519）適用于求氣體校正總孔隙度。統(tǒng)計(jì)分析B地區(qū)70塊巖石樣品核磁共振實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)比分析表明T2截止值與核磁共振T2譜T2幾何平均值密切相關(guān)（見(jiàn)圖56），地區(qū)經(jīng)驗(yàn)T2截止值的回歸公式為： (514)式中：Tc：核磁T2截止值，ms；T2GM：核磁T2譜幾何平均值，ms。 圖54（a）為A油田砂泥巖飽和水巖樣的T2截止值直方圖，由圖可見(jiàn)不同層位、不同埋深、不同地區(qū)巖樣的T2截止值變化差異較大，該區(qū)T2截止值分布范圍在2120ms之間。而束縛流體體積一般由截止值法確定，所以，T2截止值也是影響該模型計(jì)算滲透率的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。滲透率基本的表達(dá)式是Kozeny公式，即： (508)式中，K為滲透率，φ為孔隙度；S/V為巖石的比表面；Γ為連通孔隙的“彎曲度”，該值取決于孔隙的形狀和多孔固體中流體在位長(zhǎng)度內(nèi)的路徑。薄膜束縛水模型認(rèn)為在孔隙系統(tǒng)中的所有尺寸孔徑的孔隙表面都有一定量的潤(rùn)濕相流體（一般為水）束縛。該方法的關(guān)鍵是T2截止值的確定。這