核磁共振T2譜提取研究

1、西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）核磁共振測(cè)井T2譜提取方法研究摘 要：核磁共振測(cè)井技術(shù)是上個(gè)世紀(jì)九十年代世界測(cè)井行業(yè)的重大技術(shù)進(jìn)步之一，為復(fù)雜油氣藏勘探開發(fā)提供了全新的解決方案。MREx核磁共振測(cè)井儀是我國(guó)引進(jìn)的先進(jìn)核磁共振測(cè)井儀器。由于該儀器推出較快，硬件和軟件都不完善，且由于處理解釋軟件所適用的地質(zhì)條件跟我國(guó)實(shí)際也有較大差異等原因，在數(shù)據(jù)處理和解釋中遇到了一些難題。如果這些問題不解決，必將大大影響該技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用。數(shù)據(jù)提取和原始回波串生成方面，對(duì)MREx儀器探測(cè)特性、觀測(cè)模式、數(shù)據(jù)記錄格式等方面進(jìn)行了剖析，弄清了數(shù)據(jù)采集及存儲(chǔ)細(xì)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)原始記錄信息的提取。對(duì)MREx核磁數(shù)據(jù)回波生成一

2、系列關(guān)鍵技術(shù)，包括相位校正、標(biāo)準(zhǔn)組組合、回波疊加、時(shí)深轉(zhuǎn)換等進(jìn)行了研究，掌握了從時(shí)間域原始信號(hào)到深度域的回波串信號(hào)的處理技術(shù)。關(guān)鍵詞：核磁測(cè)井；T2譜；MREx；回波Study on The Extraction Method of NMR T2 SpectrumAbstract: Nuclear Magnetic Resonance logging technology is a major progress of well logging industry in the 1990s. It provides new answers to hydrocarbon exploration an

3、d development in complex reservoirs. MREx nuclear magnetic resonance logging is an advanced one，which is imported from foreign Companies. Because this tool is launched in a short time， both hardware and software of this instrument are imperfect， and geological conditions are different in and out of

4、China，some problems， maily on the data processing and interpretation， are encountered，If these problems are not solved，will greatly influence the application of this technology in China.In data extraction and echo generation aspects， the feature， activation， data recording format of MREx tool are an

5、alyzed. Making clear data acqusition and storage details， original record data are extracted. A series of key technologies of echo generation from MREx original data are formed， including phase-correction， echo stack， standard echo combinations， time-to-depth conversion， etc. The original orhogonal

6、signals in time domain are processed to echo signals in depth domain.Key words: Well Logging Tool ; T2 Spectrum ; MREx ; Echo目 錄1 前言11.1 核磁共振發(fā)展史11.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11.3 核磁共振研究目的及意義32 核磁共振的原理52.1 核磁矩與自旋角動(dòng)量52.2 經(jīng)典力學(xué)觀點(diǎn)與量子力學(xué)觀點(diǎn)52.3 核磁共振測(cè)井的計(jì)算方法73 核磁共振測(cè)井的儀器103.1 核磁共振測(cè)井的儀器的發(fā)展103.2 MRILPrime儀器介紹114 MREx回波信號(hào)生成處理技術(shù)研究1

7、34.1 MREx核磁共振測(cè)井儀器簡(jiǎn)介134.2 MREx數(shù)據(jù)采集觀測(cè)模式144.2.1 PP、PP Basic觀測(cè)模式154.2.2 PP Oil觀測(cè)模式164.2.3 PP Gas觀測(cè)模式184.3 MREx數(shù)據(jù)記錄方式194.4 各組回波生成技術(shù)204.5 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275.1 計(jì)算孔隙度275.2 計(jì)算毛管束縛水285.3 估算滲透率295.4 提高參數(shù)計(jì)算精度的方法315.4.1 變T2截止值改進(jìn)束縛水飽和度計(jì)算315.4.2 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 I1 前言1.1 核磁共振發(fā)展史核磁共

8、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。把奇數(shù)個(gè)核子的原子核放于磁場(chǎng)中，再加某一頻率射頻場(chǎng)，將會(huì)發(fā)現(xiàn)原子核吸收射頻場(chǎng)的現(xiàn)象。后來，美國(guó)的RussellVarian證實(shí)了地磁場(chǎng)中的核自由進(jìn)動(dòng)并發(fā)明了便攜式磁力計(jì)。1952年，Varian發(fā)明NMR磁力計(jì)，用于測(cè)量地磁場(chǎng)的強(qiáng)度，其基本組成是一個(gè)水瓶纏繞著線圈。當(dāng)有直流電流通過該線圏時(shí)，沿線圈軸向?qū)a(chǎn)一個(gè)磁場(chǎng)，水的氧核由于因?yàn)槭艿捷S向磁場(chǎng)的作用，幾秒鐘后，改變它們?cè)瓉硌氐卮艌?chǎng)的方向，而沿線圈軸線方向。然后斷開電流，用該線圈作接收器并檢測(cè)質(zhì)子繞地磁場(chǎng)進(jìn)動(dòng)產(chǎn)生的信號(hào)。精

9、確地測(cè)定進(jìn)動(dòng)頻率，可以確定地磁場(chǎng)的總強(qiáng)度。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。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1-3。Timur在1968年提出自由流體指數(shù)的概念并用核磁共振測(cè)量了砂巖孔隙度、自由流體指數(shù)和滲透率等參數(shù)的方法。核磁測(cè)井儀由于有許多局限性最終在80年代末停止了服務(wù)。盡管它有諸多局限性，但為核磁測(cè)井發(fā)展而進(jìn)行諸多研究，使核磁共振測(cè)井有了今天的估算孔隙度、滲透率、自由流體體積、束縛流體體積和潤(rùn)濕性等多種地層評(píng)價(jià)手段。1978年在

10、LosAlamos實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的核磁測(cè)井研究項(xiàng)目是現(xiàn)代核磁測(cè)井發(fā)展的根源。該項(xiàng)目的主要目標(biāo)是制造在井下使用的核磁共振測(cè)井儀，必須克服NML儀的局限性。該研究項(xiàng)目所使用的儀器與現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)室核磁共振儀器一樣都用強(qiáng)度很大的釤鈷合金永久磁體來產(chǎn)生均勻磁場(chǎng)，再用脈沖磁場(chǎng)來測(cè)量自旋回波信號(hào)。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)。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，而且無法消除掉井眼信號(hào)，嚴(yán)重影響了地層信號(hào)的采集。斯倫貝謝公司和Numar公司開始了對(duì)核磁共振儀器的研究，重新設(shè)計(jì)了磁鐵、磁場(chǎng)和天線以滿足商業(yè)核磁測(cè)井的需求。1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀國(guó)外許多學(xué)者開展了提高核磁共振

11、儀器性能的研究工作。KleinbergR和MarschallD.分別對(duì)核磁共振測(cè)井的弛豫特性和毛管壓力曲線進(jìn)行了研究。S.Chen、Manfred Prammer和Stefan Menger等人對(duì)用核磁測(cè)井來計(jì)算各種地層孔隙度和流體百分比提出了新的途徑。KorkowitzJ.P.、Crowe M.B.及AkkurtR等人研究了利用添加弛豫試劑來識(shí)別不同性質(zhì)流體及利用流體的擴(kuò)散效應(yīng)來計(jì)算儲(chǔ)級(jí)集層的含油飽和度。20世紀(jì)90年代初，研究有了收獲，有兩家公司開始對(duì)電纜式核磁共振儀器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。儀器性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過NML儀，對(duì)地層評(píng)價(jià)方面有了很好的效果。自從第一支商用儀器投入使用以來，這兩家公司都先后推出

12、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。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。在2000和2002年哈里伯頓公司和斯倫貝謝公司分別推出了LWD儀器。貝克休斯公司在2004年推出了電纜式NMR核磁共振測(cè)井儀器，2005年推出了LWD核磁共振測(cè)井儀器儀。磁鐵和天線是脈沖NMR測(cè)井儀的核心部分。它對(duì)儀器的最小回波間距、探測(cè)深度、性噪比、垂直分辨率和測(cè)井速度有重要影響。在用的所有儀器在傳感器的設(shè)計(jì)上都是不同的，主要差別是電子線路、脈沖序列、固件、數(shù)據(jù)處理和解釋處理算法等方面。斯倫貝謝的NMR測(cè)

13、井儀器有一個(gè)脈沖序列發(fā)生器和三個(gè)天線，可進(jìn)行多種不同方式的測(cè)量。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，還能用來探測(cè)天然氣和輕質(zhì)油。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)。現(xiàn)在的核磁測(cè)井儀器如MRIL-C、MRIL-Prime、MREx、CMR-Plus、MR-Scanner都是用強(qiáng)度大的永久磁鐵來產(chǎn)生均勻磁場(chǎng)，采集的信號(hào)時(shí)都是用脈沖序列所激發(fā)的信號(hào)。自從核磁共振測(cè)井得到廣泛運(yùn)用以來，NMR測(cè)井最有意義的新進(jìn)展之一就是能計(jì)算出與巖性無關(guān)的NMR總孔隙度。由于根據(jù)常規(guī)三孔隙度(密度、中子、聲波)測(cè)井求取孔隙度要知道巖

14、石骨架性質(zhì)，所以NMR測(cè)井儀是唯一能夠提供與巖性無關(guān)的孔隙度的方法。在復(fù)雜巖性、特殊巖性和未知巖性的非均質(zhì)地層中，為了準(zhǔn)確測(cè)量孔隙度，用核磁共振測(cè)井有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。根據(jù)T2分布是核磁測(cè)井最重要的成果，很多有用的地層參數(shù)可由T2分布計(jì)算出來。根據(jù)核磁共振的回波串反演計(jì)算出的T2譜可計(jì)算出核磁總孔隙度、有效孔隙度、自由流體孔隙度和束縛流體孔隙度，也能估算滲透率、評(píng)價(jià)儲(chǔ)層類別等。我國(guó)的核磁共振測(cè)井是1996年開始的。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(MRIL-C)。隨后，這項(xiàng)技術(shù)在我國(guó)迅速推廣。如今，4大測(cè)井公司的核磁共振測(cè)井儀器(MRIL-

15、C、MRIL-Prime、MREx、CMR-Plus、MR-Scanner)均在我國(guó)廣泛運(yùn)用并取得了很好的效果。但核磁共振測(cè)井儀器及軟件基本靠進(jìn)口，核磁共振測(cè)井技術(shù)的各種理論基本是靠吸收國(guó)外的各種文獻(xiàn)及資料，但在實(shí)際運(yùn)用過程中出現(xiàn)的多種異?，F(xiàn)象尚不能做出合理的解釋，影響了運(yùn)用效果，某種程度上影響了人們對(duì)這項(xiàng)技術(shù)。在2010年中國(guó)石油集團(tuán)測(cè)井有限公司的技術(shù)中心研制出了仿MRIL-P型儀器，同時(shí)中海油田服務(wù)股份有限公司也研制出了仿MREx貼井壁測(cè)量EMRT測(cè)井儀器以及其配套的解釋軟件。在核磁共振測(cè)井解釋軟件上國(guó)內(nèi)也有很大的進(jìn)步，基本可以不再依靠國(guó)外的解釋軟件，進(jìn)一步推動(dòng)了我國(guó)核磁共振測(cè)井技術(shù)的發(fā)展

16、。在國(guó)內(nèi)外核磁共振測(cè)井的運(yùn)用中均存在很多還未解決的問題及缺陷。從理論上來講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。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。對(duì)于砂泥巖儲(chǔ)層，通常把33ms作為T2的截止值，用于區(qū)分束縛水和自由水。但該值在許多情況下都難以適用，如在低孔低滲儲(chǔ)層、致密儲(chǔ)層中T2截止值在1-40ms之間，由于T2截止值分布范圍廣，

17、因此計(jì)算的誤差會(huì)很大。在碳酸巖儲(chǔ)層中，T2截止值明顯大于砂巖的截止值，一般在100ms左右。在流體的識(shí)別方面，有很多半定性半定量的方法，但是都有非常強(qiáng)的使用條件。核磁共振測(cè)井得到的滲透率量子力學(xué)、束縛水、孔徑分布、毛管壓力曲線、原油粘度等信息，都是由回波串反演計(jì)算出T2分布，然后再導(dǎo)出的二級(jí)參數(shù)，也都限定了其使用范圍。因此，在應(yīng)用實(shí)踐中容易出現(xiàn)的種種問題。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)

18、上還要進(jìn)一步的發(fā)展才能有更廣泛的發(fā)展。稠油資源在我國(guó)各大油田分布非常廣泛，現(xiàn)在還沒有一種測(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。精準(zhǔn)的評(píng)價(jià)稠油將有非常好的前景。稠油在核磁共振上有獨(dú)特的響應(yīng)特征，因此可以通過核磁數(shù)據(jù)分析識(shí)別稠油。由于調(diào)油的粘度大，流動(dòng)性差，泥漿侵入較淺(侵入帶淺)，沖洗帶孔隙中的稠油不易被泥漿代替，NMR計(jì)算的流體飽和度可信度較高。無論地層是親水還是親油，稠油的T2分布都和束縛水信號(hào)重疊，計(jì)算束縛水飽和度難度極大，并且使得用來評(píng)價(jià)中等粘度原油的SSM或DIFAN方法失效。由于稠油的Ta值小極化時(shí)間短，在雙等待時(shí)間測(cè)井模式下的DSM

19、方法也失去效果。目前的核磁共振測(cè)井儀器都因回波間隔較長(zhǎng)，部分弛豫稠油核磁信號(hào)沒有被記錄，當(dāng)稠油粘度高于1000cp時(shí)，含氧指數(shù)會(huì)降低，使計(jì)算的地層孔隙度誤差偏大。因此需要對(duì)核磁測(cè)井有新的認(rèn)識(shí)，及尋找新的方法來提高核磁測(cè)井。1.3 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)。主要是孔隙流體（油、氣、水）成分的確定，可動(dòng)流體（油、氣、水）飽和度、不可動(dòng)流體（殘余油、束縛水）飽和度的計(jì)算。第二：產(chǎn)層性質(zhì)的評(píng)價(jià)。主要是孔隙度、孔徑分布、滲透率、粒徑分布，分選性、潤(rùn)濕性等的分析。第三：油藏性質(zhì)的評(píng)價(jià)。主要是沉積環(huán)境、構(gòu)造特征、產(chǎn)層的連通性、儲(chǔ)量、產(chǎn)能、開采價(jià)值

20、等的評(píng)價(jià)。常規(guī)的測(cè)井方法經(jīng)過近80年的發(fā)展，已經(jīng)有不同的測(cè)井系列可以解決上述的問題?？紫抖葴y(cè)井系列和電阻率測(cè)井系列可以分別用來進(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)。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關(guān)的因素，這就給我們的測(cè)井評(píng)價(jià)帶來了嚴(yán)重的不確定性。而另一方面，常規(guī)測(cè)井響應(yīng)方程對(duì)應(yīng)的地層模型過于簡(jiǎn)單使許多與油氣特征有關(guān)的因素不能被處理，無法滿足我們對(duì)油氣資源評(píng)價(jià)的要求。例如，在孔隙度測(cè)井系列中的多礦物體積模型中，不可能包含作為產(chǎn)層質(zhì)量重要指標(biāo)的孔徑分布及滲透率參數(shù)（因?yàn)闊o論中子

21、、密度、還是聲波時(shí)差測(cè)井，對(duì)孔徑分布及滲透率都不靈敏，無法分辨）。在電阻率測(cè)井中，微孔發(fā)育或者粒間水豐富情況下由毛管束縛水引起的低阻油層也經(jīng)常被漏判。所以，地層模型的不完善，提供的油氣參數(shù)不充分或者提供的參數(shù)與油氣特征無關(guān)都會(huì)引起我們測(cè)井解釋的低精度和多解性，使得常規(guī)測(cè)井技術(shù)在油氣評(píng)價(jià)中受到了一定的限制。核磁共振測(cè)井作為一種裸眼井測(cè)井新方法，有全新的理論和響應(yīng)方程，其測(cè)量的是地層中自由流動(dòng)流體中氫核的數(shù)量，所以在確定孔隙度時(shí)不受固體骨架的影響，確定飽和度不受地層水電阻率的影響，因而它能夠?yàn)榈貙拥挠蜌庠u(píng)價(jià)提供獨(dú)特的、可靠的、在許多情況下甚至是不可或缺的重要信息，這些信息包括：與巖性無關(guān)的孔隙度；

22、毛管束縛水、泥質(zhì)束縛水、可動(dòng)流體飽和度；滲透率；可動(dòng)流體中的油、氣含量等。這些信息的獲取和應(yīng)用極大地改善了對(duì)地層油氣評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性、對(duì)儲(chǔ)量計(jì)算的合理性、對(duì)產(chǎn)能預(yù)測(cè)的合理性，以及對(duì)油氣田增產(chǎn)措施評(píng)價(jià)的可能性。固體骨架對(duì)核磁共振測(cè)井響應(yīng)沒有貢獻(xiàn)，觀測(cè)信號(hào)只來自于孔隙中的流體。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。核磁共振測(cè)井的應(yīng)用在一定程度上能夠解決常規(guī)測(cè)井方法中難以解決的問題。但是，無法直接應(yīng)用核磁測(cè)井原始回波數(shù)據(jù)，必須對(duì)其進(jìn)行反演得到T2譜再經(jīng)過計(jì)算處理才能得到上有用息

23、。而T2譜反演結(jié)果直接影響儲(chǔ)層參數(shù)（如孔隙度、滲透率、孔徑分布等）計(jì)算和流體別的準(zhǔn)確性。因此，研究核磁共振T2譜反演技術(shù)是進(jìn)行核磁共振測(cè)井解釋和應(yīng)用的基礎(chǔ)關(guān)鍵，對(duì)其進(jìn)行深入研究意義深遠(yuǎn)。2 核磁共振的原理原子核由質(zhì)子與中子構(gòu)成，質(zhì)子帶電，中子不帶電，質(zhì)子與中子統(tǒng)稱核子。原子核的基本特性表現(xiàn)在所帶的電荷與其具有的質(zhì)量上。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。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。要解釋核磁共振現(xiàn)象，就要了解原子核的另一個(gè)由內(nèi)秉角動(dòng)量產(chǎn)生的特性：自旋

24、。原子核按有無自旋可分為：有自旋的原子核與無自旋的原子核。研究表明：所有含奇數(shù)個(gè)核子以及含偶數(shù)個(gè)核子但原子序數(shù)為奇數(shù)的原子核，都具有“自旋”。如、等為有自旋的原子核。這樣的核，自身不停地旋轉(zhuǎn)。在外加磁場(chǎng)中，猶如一個(gè)旋轉(zhuǎn)的陀螺。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。2.1 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。原子核的自旋等效于該球體的旋轉(zhuǎn)。自旋的原子核引起繞核心沿旋轉(zhuǎn)方向環(huán)行的電流，從而產(chǎn)生磁矩，稱為核磁矩，又稱磁偶極子。在外磁場(chǎng)中會(huì)受到力矩T的作用。根據(jù)力學(xué)的定義，某矢量相對(duì)于某個(gè)點(diǎn)或某個(gè)軸的作用稱為矩，它等

25、于矢量作用點(diǎn)到某點(diǎn)或某軸的矢量半徑r與作用矢量的矢量積原子核具有質(zhì)量m，自旋時(shí)具有速度v，故原子核具有自旋角動(dòng)量，這里r為質(zhì)量m相對(duì)于原子核旋轉(zhuǎn)軸的距離。由于核磁矩與自旋角動(dòng)量P均由自旋引起，其間必有聯(lián)系?？梢宰C明，這個(gè)矢量是共線的，且成正比，即式中為比例系數(shù)，稱為旋磁（Gyromagneticratio）。不同的元素，相應(yīng)有不用的旋磁比，對(duì)而言，這個(gè)值為42.58MHZ/Tesla。2.2 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，或者說要使圖2-1中與B0的夾角發(fā)生變化，必須吸收能量，這可通過在與靜磁場(chǎng)B0方向相垂直的平面（x-y平面）上加一個(gè)射頻場(chǎng)來實(shí)現(xiàn)，射頻場(chǎng)在時(shí)間

26、上是交變的磁場(chǎng)，因?yàn)椋?（2-1）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B1+則與這一方向相反。為便于分析，引入旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系x-y-z，它以角速度0相對(duì)于x-y-z沿的進(jìn)動(dòng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)(圖2-la)。在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中，不繞z轉(zhuǎn)動(dòng)，B1-（也相對(duì)靜止。正像在靜磁場(chǎng)B0作用下，在x-y-z坐標(biāo)系中繞B進(jìn)動(dòng)一樣，在x-y-z坐標(biāo)系中繞B1-（進(jìn)動(dòng)，進(jìn)動(dòng)角頻率為。其結(jié)果是使與B之間的夾角發(fā)生變化（圖2-lb），同時(shí)的勢(shì)能也發(fā)生變化。增加，勢(shì)能增加，這個(gè)能量增量由外加交變磁場(chǎng)B1（射頻場(chǎng)）提供，交變電磁場(chǎng)既可以連續(xù)地施加，也可以以短脈沖形式施加?，F(xiàn)代核磁共振技術(shù)都采用脈沖

27、方法。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)。這一現(xiàn)象就是核磁共振，式就是共振條件，共振頻率為。圖2-1 利用旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系分析B1- 對(duì)的作用（a）旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系：（b）在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中繞B1-（同x方向）做進(jìn)動(dòng)根據(jù)量子力學(xué)的理論，核磁矩在磁場(chǎng)中只能取某些固定的方向，而不能取其它方向。例如對(duì)氫核例如對(duì)氫核自旋量子數(shù)I=1/2，核磁矩只能有兩個(gè)取向，即只能在兩個(gè)可能的進(jìn)動(dòng)圓錐上進(jìn)動(dòng)（圖2-2）。當(dāng)在上面的進(jìn)動(dòng)圓錐上進(jìn)動(dòng)時(shí)（與B0平行），相當(dāng)于磁量子數(shù)m=1/2，處于低能態(tài)；當(dāng)拼在下面的進(jìn)動(dòng)圓錐上進(jìn)動(dòng)時(shí)（反平行于B0），相當(dāng)

28、于m=-1/2，處于高能態(tài)。外加磁場(chǎng)使核自旋的能級(jí)發(fā)生分裂。相鄰能級(jí)之間的能量差為： （2-2）式中，h為普朗克常數(shù)。在X軸方向上加一個(gè)交變磁場(chǎng)，如果其頻率滿足條件，那么，處在上進(jìn)動(dòng)圓錐上的核磁矩將吸收交變磁場(chǎng)能量而躍遷到下進(jìn)動(dòng)圓錐上來，即從低能態(tài)躍遷至高能態(tài)，反之若核磁矩從下面的圓錐躍遷至上面的圓錐，就會(huì)釋放出能量。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。 圖2-2 核磁矩I=1/2的兩個(gè)可能的進(jìn)動(dòng)圓錐2.3 核磁共振測(cè)井的計(jì)算方法動(dòng)量矩核磁矩（為旋磁比）。宏觀磁化量：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)核磁矩的和，稱宏觀磁化量M。 （2-3）拉莫爾頻率() （2-4）核

29、磁共振是磁場(chǎng)中的原子核對(duì)電磁波的一種響應(yīng)，每一種元素的原子核都有特定的自旋量子數(shù)，自旋量子數(shù)大于0的原子核在自旋時(shí)會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)。由于量子特性，在外磁場(chǎng)B0中，原子核只能有(2I+1)種取向(I為原子核的自旋量子數(shù))。從理論上講，用核磁共振可測(cè)量任何有磁矩的核素。但氫在地磁場(chǎng)中具有最大的旋磁比和最高的共振頻率，另外由于技術(shù)水平和測(cè)量靈敏度所限，當(dāng)前實(shí)際投入應(yīng)用的儀器僅限于測(cè)量氫核，氫核的自旋量子數(shù)I=1/2，2I+1=2，所以其在外磁場(chǎng)中僅有兩個(gè)取向，即:順磁場(chǎng)方向和逆磁場(chǎng)方向。氫核與電磁場(chǎng)的作用強(qiáng)度和方向可用一組核磁矩(M)的矢量參數(shù)來表示。在沒有任何外場(chǎng)的情況下，核磁矩(M)是無規(guī)律地自由排列

30、的。沿著磁場(chǎng)方向排列。當(dāng)氫核的核磁矩處于外加靜磁場(chǎng)中，它將受到一個(gè)力矩的作用，自旋系統(tǒng)被極化（M重新排列取向），從而會(huì)像傾倒的陀螺繞重力場(chǎng)進(jìn)行一樣，繞外加磁場(chǎng)方向進(jìn)動(dòng)，進(jìn)動(dòng)頻率（拉莫爾頻率），0與磁場(chǎng)強(qiáng)度B0成正比。原子核在外磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)(類似于陀螺在重力場(chǎng)中的進(jìn)動(dòng))如圖2-3。圖2-3 原子核在外磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)在極化后的磁場(chǎng)中，如果在垂直于B0的方向再加一個(gè)交變磁場(chǎng)B0即射頻脈沖，其頻率也為0，將會(huì)發(fā)生共振吸收現(xiàn)象，即處于低能態(tài)的核磁矩，通過吸收交變磁場(chǎng)提供的能量，躍遷至高能態(tài)，此現(xiàn)象稱為核磁共振。圖2-4 核磁共振原理圖脈沖結(jié)束后，核磁矩?cái)[脫了外加磁場(chǎng)的影響，而只受主磁場(chǎng)的作用，進(jìn)行自由進(jìn)動(dòng)

31、，磁矩力圖恢復(fù)到原來的熱平衡狀態(tài)，這一從不平衡到平衡的過程稱為弛豫。這個(gè)過程可以用兩個(gè)弛豫時(shí)間來描述，即自旋-晶格或稱縱向弛豫時(shí)間(T1)和自旋-自旋或稱橫向弛豫時(shí)間(T2)。T1反映磁化矢量的縱向分量恢復(fù)到初值的過程，它決定于受激自旋與周圍晶格之間能量的傳遞速度。T2反映非平衡態(tài)磁化矢量水平分量衰減到零的過程，這種衰減來自于鄰核局部場(chǎng)及靜磁場(chǎng)的不均勻性引起的散相。核磁馳豫會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流信息，即核磁共振信號(hào)。NMR信號(hào)的馳豫時(shí)間與氫核所處的周圍環(huán)境密切相關(guān)，由于儲(chǔ)層中的水和烴(油、氣)分子結(jié)構(gòu)中含氫量的不同，縱向馳豫時(shí)間T1相差很大，這意味著它們的縱向恢復(fù)速率很不相同，其物理含義是:水的縱向恢

32、復(fù)時(shí)間比烴快得多。如果選擇不同的極化時(shí)間，進(jìn)行一系列的測(cè)量，就可得到衰減幅度不同的信號(hào)分布，就能分辨出油、氣、水的信息。但在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)井時(shí)，T1測(cè)量速度很慢，而且受界面影響嚴(yán)重，測(cè)量結(jié)果重復(fù)性差，而T2在現(xiàn)場(chǎng)卻可以較快的速度獲得較準(zhǔn)確的結(jié)果，所以現(xiàn)在實(shí)際測(cè)井一般只測(cè)T2。測(cè)得的T2信息，通過信號(hào)處理技術(shù)，可將其轉(zhuǎn)換為T2分布。3 核磁共振測(cè)井的儀器3.1 核磁共振測(cè)井的儀器的發(fā)展核磁共振測(cè)井儀器的構(gòu)想最早由Varian提出5，并進(jìn)行了可行性研究。20世紀(jì)60年代，Chevron和斯倫貝謝合作研制出利用地磁場(chǎng)的核磁共振測(cè)井儀器（Nuclear Magnetism Logging-NML），并用于油田

33、測(cè)井。但是這種儀器在使用上受到兩方面的限制：第一個(gè)限制是儀器不但測(cè)量到來自地層流體的信號(hào)，而且還測(cè)量到來自井眼泥漿信號(hào)。為了消除來自井眼信號(hào)的影響，需要在井中加入磁粉來縮短井眼信號(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)無法觀測(cè)到，測(cè)量不到地層的總孔隙度。由于受到儀器“死時(shí)間”和井眼中的泥漿信號(hào)的影響，地磁場(chǎng)核磁共振測(cè)井儀沒有被廣泛使用。為了克服NML儀器帶來地局限性，Jackson等人提出了利用永久磁鐵在井眼之外的地層中產(chǎn)生一個(gè)環(huán)形的均勻磁場(chǎng)，即“Inside-out的概念，設(shè)計(jì)了基于反向磁體的核磁共振測(cè)井儀的方案。但是這種方案產(chǎn)生地均勻

34、磁場(chǎng)區(qū)域太小，觀測(cè)信號(hào)的信噪比很低。同時(shí)在操作過程中，環(huán)形的均勻磁場(chǎng)的位置和磁場(chǎng)強(qiáng)度是隨時(shí)間變化的，當(dāng)射頻線圈調(diào)到一個(gè)固定的頻率時(shí)，很難滿足共振條件。1987年，Shtrikman和Taicher提出一種新的磁體與天線結(jié)構(gòu)，克服了Jackson設(shè)計(jì)中的共振匹配問題，使核磁共振測(cè)井信噪比問題得到解決。Shtrikman和Taicher的設(shè)計(jì)后來進(jìn)一步發(fā)展為Numar/哈里伯頓公司的磁共振成儀器（Magnetic Resonance Imaging Logging-MRIL）。MRIL儀器以人工梯度磁場(chǎng)和自旋回波CPMG脈沖序列為基礎(chǔ)，觀測(cè)地層孔隙流體中氫核的NMR信號(hào)，得到橫向弛豫時(shí)間T2，使核

35、磁共振測(cè)井進(jìn)入實(shí)用化階段。MRIL-B型儀器于1990年開始投入油田服務(wù)，并很快得到成功應(yīng)用。1994年，Numar公司推出MRIL-C型雙頻核磁共振測(cè)井儀。至今，已推出了MRIL-B、MRIL-CMRIL-C/TP以及MRIL-Prime型四代儀器。MRIL-Prime儀器最多可以用9種不同的頻率工作，做9個(gè)圓柱殼的觀測(cè)，通過改變頻率可以在各個(gè)圓柱間轉(zhuǎn)換。9個(gè)圓柱殼的探測(cè)深度總變化為2.5cm。多頻率工作方式可以測(cè)量總孔隙度，而在每一圓柱殼上使用不同的觀測(cè)模式可以進(jìn)行多參數(shù)數(shù)據(jù)采集，從而對(duì)地層流體進(jìn)行識(shí)別和評(píng)價(jià)。實(shí)踐證明，新的儀器提了測(cè)井速度和數(shù)據(jù)的信噪比。1992年，斯倫貝謝公司的科學(xué)家K

36、leinberg等人設(shè)計(jì)了一種貼井壁測(cè)量的偏心型組合式核磁共振測(cè)井儀器（Combinable Magnetic ResonanceCMR）。CMR儀器的探測(cè)深度很淺，但縱向分辨率，采用貼井壁的測(cè)量方式受井眼泥漿礦化度的影響小。到目前為止，斯倫貝謝公司先后推出了CMR-A、CMR-200、CMR-Plus以及最新一代MRScanner電纜磁共振測(cè)井儀。MRScanner是一種具有多個(gè)測(cè)量頻率、多個(gè)磁場(chǎng)梯度的偏心型的測(cè)井儀器，共有三個(gè)天線，一個(gè)主天線和兩個(gè)分辨率天線。主天線的測(cè)量頻率從0.5MHz到1MHz，對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)梯度從38到12Gauss/cm，縱向分辨率為18英寸，探測(cè)深度為1.5，2.3

37、，2.7和4.0英寸。兩個(gè)分辨率天線操作頻率為1.1MHz，對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)梯度是44Gauss/cm，探測(cè)深度為1.25英寸，縱向分辨率達(dá)到7.5英寸，可以進(jìn)行薄層評(píng)價(jià)。多個(gè)探測(cè)深度可用于研究泥漿侵入剖面的變化。貝克休斯公司最初使用Numar/哈里伯頓公司的MRIL儀器，2003年，自主研制了MRExplorer（簡(jiǎn)稱MREx）儀器，該儀器采用多個(gè)測(cè)量頻率，多磁場(chǎng)梯度，偏心貼井壁測(cè)量方式。儀器操作頻率從400到800kHz，每種頻率的帶為12kHz，相鄰的兩個(gè)頻率的間隔最小為25kHz。探測(cè)區(qū)呈120°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

38、號(hào)較強(qiáng)。儀器的探測(cè)深度隨操作頻率而定，頻率越低，探測(cè)越深，MREx從井壁算起，探測(cè)深度在2.5到4.5英寸之間，這種探測(cè)深度可避免井壁不規(guī)則對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，并減少了泥漿侵入的影響。偏心貼井壁測(cè)量方式，不僅避免了來自于井眼信號(hào)的干擾，而且可以在斜井或水平井中進(jìn)行測(cè)量。斯倫貝謝公司的MRScanner和貝克休斯公司的MREx核磁共振測(cè)井儀器的共同特點(diǎn)是采用多頻率、多個(gè)磁場(chǎng)梯度，一次測(cè)井可采集多個(gè)等待時(shí)間（TW）和多個(gè)回波間隔（TE）下的許多組自旋回波串?dāng)?shù)據(jù)，可以進(jìn)行二維核磁共振測(cè)井，提了儲(chǔ)層流體識(shí)別和定量評(píng)價(jià)的效果。前蘇聯(lián)早在60年代就開展了核磁共振測(cè)井研究，到了80年代，俄羅斯研制出利用地磁場(chǎng)

39、的核磁共振測(cè)井儀器，并投入油田使用。在俄羅斯的許多油田，核磁共振測(cè)井被列為必測(cè)項(xiàng)目，它已成為重要的勘探測(cè)井方法和有效的開發(fā)測(cè)井手段。中國(guó)從1996年開始引進(jìn)西方的核磁共振測(cè)井儀器。在此之前，俄羅斯的早期核磁共振測(cè)井儀器在中國(guó)做過介紹并在一些油田進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。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MRIL-C型核磁共振成測(cè)井儀器。到目前為止，我國(guó)各測(cè)井公司陸續(xù)從哈里伯頓和貝克休斯引進(jìn)了約46套核磁共振測(cè)井儀器，另外還有斯倫貝謝的3套CMR和1套MRScanner在中國(guó)境內(nèi)服務(wù)?！笆濉逼陂g國(guó)家科技部把研制核磁共振測(cè)井儀器列入國(guó)家重大攻關(guān)項(xiàng)目。20

40、06年，中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司科技發(fā)展部將多頻核磁共振測(cè)井儀研制列為重大儀器專項(xiàng)課題。這些工作的開展對(duì)中國(guó)盡早研制出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核磁共振測(cè)井儀器必將起到推動(dòng)作用。3.2 MRILPrime儀器介紹 MRILPrime儀器主要由3部分組成：探頭分MRSND；電子線路部分MRECD；電容部分MRCCD(能量?jī)?chǔ)存)。另外還有一個(gè)泥漿排斥器，多個(gè)居中及扶正器，MRIL一Prime儀器探頭主要由長(zhǎng)度為6in的強(qiáng)永久磁鐵和天線構(gòu)成。磁體由眾多小磁疇(偶極子)組成，從橫截面上看，NS極水平平行擺放，由此在徑向方向建立起一個(gè)梯度磁場(chǎng)。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

41、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。B0與B1正交是獲得最大信號(hào)的關(guān)鍵。而在存在磁場(chǎng)梯度的空間區(qū)域，根據(jù)Larmor頻率確定的共振條件，可以通過改變射頻電磁波的中心頻率來選擇觀測(cè)區(qū)域。MRIL以自旋回波技術(shù)為基礎(chǔ)的?；夭ㄊ侵鼐鄣腘MR信號(hào)，它作為90°脈沖之后180°脈沖重聚作用的結(jié)果，在原始NMR自由感應(yīng)衰減信(FID)消失較長(zhǎng)的一段時(shí)間后才出現(xiàn)，而且，能夠通180°射頻脈沖串一個(gè)接一個(gè)地多次重聚，由此得到一個(gè)自旋回波串。 圖3-11 MRILPrime儀器示意圖4 MREx回波信號(hào)生成處理技術(shù)研究4.1 MREx核磁共

42、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。MREx儀器由磁鐵和天線兩部分組成，圖4-1為MREx天線和磁鐵設(shè)計(jì)橫截面示意圖。兩塊磁鐵的極性一致，既能迫使磁場(chǎng)方向轉(zhuǎn)入地層，又能保證B0和B1場(chǎng)垂直。MREx天線是由兩組平行放置的、磁場(chǎng)極性一致的線圈組成，一組為負(fù)責(zé)脈沖信號(hào)發(fā)射和回波信號(hào)接收的天線，另外一組為降低井眼泥漿信號(hào)影響的擾流天線。MREx儀器工作時(shí)探測(cè)靈敏區(qū)為橫截面為120°的扇形殼，如圖4-2。圖4-1 MREx天線和磁鐵設(shè)計(jì)橫截面示意圖6圖4-2 MREx探測(cè)區(qū)域示意圖該儀器可用多達(dá)12個(gè)的頻率進(jìn)行工作，頻率范

43、圍在450880kHz。頻率越高，探測(cè)區(qū)域離井眼越近，MREx儀器的探測(cè)范圍在2.64.5in之間。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，每個(gè)扇形殼的厚度為0.06in。相鄰兩個(gè)頻帶主頻間距為25kHz，對(duì)探測(cè)區(qū)深度的選擇更加靈活。MREx儀器跟其他核磁共振儀器一樣，采用CMPG脈沖序列，不同的是脈沖序列中的原180°脈沖的扳轉(zhuǎn)角改為了135°。同時(shí)，為了補(bǔ)償振蕩噪聲和系統(tǒng)振鈴，MREx儀器采用PAPS交替相位對(duì)觀測(cè)，每對(duì)相位對(duì)中90°脈沖的相位相差180°，如圖4-3。MREx采用高度簡(jiǎn)化的模塊化控

44、制，設(shè)置了針對(duì)不同地層的觀測(cè)模式7。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。儀器的總長(zhǎng)為25ft，對(duì)井斜的要求小。在6in井眼中，可以通過17°/100ft的造斜段。此外，該儀器可耐高溫，溫度上限是204°，功率小于700watts，可以使用的條件更廣。圖4-3 MREx儀器采用的 PAPS 脈沖序列對(duì)4.2 MREx數(shù)據(jù)采集觀測(cè)模式 MREx核磁共振儀器提出目標(biāo)定向數(shù)據(jù)采集包（OOA，Objective，Oriented， Acquisition）的概念，一次觀測(cè)可以采集到多組CPMG回波序列。這些回波串的采集參數(shù)針對(duì)儲(chǔ)

45、層中烴的類型和地層巖石特性而設(shè)計(jì)，測(cè)量更具有針對(duì)性。設(shè)計(jì)的幾種固有的測(cè)量模式的采集參數(shù)設(shè)置見表3-1，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）。表4-1 MREx核磁典型觀測(cè)模式采集參數(shù)設(shè)置觀測(cè)模式頻率設(shè)置回波間隔等待時(shí)間測(cè)井目的組數(shù)頻率序列組數(shù)時(shí)間(ms)組數(shù)時(shí)間（s）PP612，4，8，10，2，6或11，3，7，8，1，510.4-0.6(0.6)14.434物性參數(shù)評(píng)價(jià)PP Gas612，10，8，6，4，210.64TWS1TWL11.097氣層評(píng)價(jià)PP Oil312，10，8或11，9，7或12，9，6或1

46、2，8，530.6，1.5，2.12TWS1TWL4.209輕質(zhì)油層評(píng)價(jià)PP HeavyOil612，10，8，6，4，250.6，2.0，3.5，7，82TWS1TWL3.307稠油儲(chǔ)層評(píng)價(jià)PP Basic312，10，8或11，9，7或6，4，210.612.434物性參數(shù)評(píng)價(jià)BW212，1010.6或0.5或0.411.199束縛水評(píng)價(jià)4.2.1 PP、PP Basic觀測(cè)模式PP Basic和PP同屬地層評(píng)價(jià)模式，用于獲得地層T2譜分布和基本參數(shù)，如總孔隙度、有效孔隙度、粘土束縛水、毛管束縛水、可動(dòng)流體及滲透率。PP Basic觀測(cè)模式采用三個(gè)不同的頻率觀測(cè)，f1的頻率最高，f2、f3

47、依次降低。測(cè)量結(jié)果包括7組回波串，每組回波串的回波間隔一樣（標(biāo)準(zhǔn)為0.6ms），但工作頻率、等待時(shí)間，回波串長(zhǎng)度不同（回波串長(zhǎng)度為回波間隔和回波個(gè)數(shù)的乘積），采集模式見圖4-4左。1組是完全極化的T2譜測(cè)井，2組、7組是部分極化的粘土束縛水CBW測(cè)井，3組、4組、5組、6組代表部分極化的毛管束縛水BVI測(cè)井。各組回波的采集參數(shù)見表4-2。對(duì)于2組和7組的CBW測(cè)井，在每個(gè)觀測(cè)時(shí)窗內(nèi)重復(fù)觀測(cè)12次，得到相位角交替變換的回波串。圖4-4 PP觀測(cè)模式回波串組及頻率分配示意圖PP觀測(cè)模式與PP Basic觀測(cè)模式不同的是它采用6頻觀測(cè)。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

48、重復(fù)，只是采用的頻率不同（見圖4-4右）。PP模式和PP Basic模式采集參數(shù)見表4-2。表4-2 PP Basic觀測(cè)模式的采集參數(shù)回波序列工作頻率（kHz）等待時(shí)間（ms）回波間隔（ms）回波個(gè)數(shù)采集時(shí)間（ms）疊加次數(shù)NST2類型#179534500.68335001T2#2795300.6161012CBW#355534500.650301BVI#466434500.650301BVI#55551000.650301BVI#66641000.650101BVI#7664300.6161012CBW4.2.2 PP Oil觀測(cè)模式PP Oil觀測(cè)模式的目的是油層評(píng)價(jià)。油層評(píng)價(jià)主要是利用

49、油水極化的時(shí)間和擴(kuò)散差異，選擇不同的回波間隔、等待時(shí)間和磁場(chǎng)梯度，組合得到位位移譜、差譜識(shí)別儲(chǔ)層流體性質(zhì)。PP Oil觀測(cè)模式采集得到三種不同等待時(shí)間和回波間隔下的CMPG回波串，對(duì)觀測(cè)信息進(jìn)行處理分析，就能得到地層孔隙及孔隙流體性質(zhì)信息。圖4-5 PP Oil觀測(cè)模式回波串組及頻率分配示意圖PP Oil觀測(cè)模式采用三個(gè)頻率觀測(cè)，觀測(cè)得到13組回波串，各回波串的工作頻率見示意圖4-5，采集參數(shù)見表4-3。三個(gè)頻率中，f1頻率最高，f2、f3頻率依次減小。3組回波串的等待時(shí)間為第一等待時(shí)間（最長(zhǎng)為5s），回波間隔為第一回波間隔（最小為0.6ms），回波數(shù)目最多（833）。該組是完全極化T2譜測(cè)井

50、，用于孔隙度計(jì)算。7組等待時(shí)間變?yōu)榈诙却龝r(shí)間（1s），回波間隔和回波數(shù)目跟3組相同。3組和7組進(jìn)行組合，就可以進(jìn)行差譜分析。同樣，也可以選擇1組和5組，只不過這1組和5組的回波間隔大（2.1ms），回波個(gè)數(shù)也少（238）。PP Oil模式對(duì)擴(kuò)散特性的觀測(cè)采用了新的手段。原有的擴(kuò)散分析改變的僅僅是回波間隔TE。MREx是將GTE的乘積進(jìn)行改變，選擇高頻（高磁場(chǎng)梯度）與最長(zhǎng)的TE結(jié)合，使擴(kuò)散差異最大化。MREx三個(gè)不同回波串的頻率可以在12個(gè)頻率中選擇，頻率不同，磁場(chǎng)梯度不同，相應(yīng)的TE也不同，組合起來便可以反映除了重油以外幾乎所有油氣層與水層之間足夠明顯的擴(kuò)散差異。例如表3-3中，最高頻率87

51、6kHz，磁場(chǎng)梯度約為33.5Gs/cm，回波間隔2.1ms，G·TE=70.4Gsms/cm。另外兩組的G·TE分別為35.7和17.0Gsms/cm，三者的比值約為4：2：1。3組、9組、1組等待時(shí)間均為第一等待時(shí)間，回波間隔TE分別為0.6、1.5、2.1ms，也可以選擇其中的任意兩組的T2譜都可進(jìn)行位移譜分析。7組和5組等待時(shí)間相同（1s），回波間隔TE分別為0.6ms、2.1ms，也可以可做位移譜分析。2、4、6、8、10組是對(duì)粘土束縛水部分的觀測(cè)。它們的采集參數(shù)完全相同，等待時(shí)間為30ms，回波間隔為0.6ms。在500ms的時(shí)間窗口里記錄12個(gè)回波串。11、1

52、2、13組是對(duì)毛管束縛水部分的觀測(cè)。它們回波間隔均為0.6ms，等待時(shí)間分別為50ms、100ms和200ms，記錄回波串的個(gè)數(shù)分別為8、4、4。.表4-3 PP Oil觀測(cè)模式的采集參數(shù)回波序列工作頻率（kHz）磁場(chǎng)梯度（Gs/cm)等待時(shí)間（ms）回波間隔（ms）回波個(gè)數(shù)采集時(shí)間（ms）重復(fù)次數(shù)NST2類型#187633.551262.12385001T2#2876300.6161012CBW#377828.251260.68335001T2#4778300.6161012CBW#587633.510002.12385001T2#6876300.6161012CBW#777828.2100

53、00.68335001T2#8778300.6161012CBW#969523.851261.53335001T2#10695300.6161012CBW#11695500.616108BVI#126951000.650304BVI#136952000.683504BVI4.2.3 PP Gas觀測(cè)模式PP Gas觀測(cè)模式是氣層評(píng)價(jià)提出的，利用的是氣水在極化時(shí)間上的差異。PP Gas觀測(cè)模式采用六個(gè)頻率觀測(cè)，f1頻率最高，f2-f6頻率逐漸降低。PP Gas觀測(cè)模式的結(jié)果由24組回波串組成，各回波串的工作頻率見圖4-6，采集參數(shù)見表4-4。圖4-6 PP Gas觀測(cè)模式回波串組及頻率分配示意圖

54、 24組回波串中的1組、3組、5組、7組、11組、13組、15組、17組、21組和23組為T2譜測(cè)井，均采用0.6ms的回波間隔進(jìn)行觀測(cè)。PP Gas觀測(cè)模式設(shè)置了4個(gè)不同的等待時(shí)間，可以組成多對(duì)不同的等待時(shí)間差，從而進(jìn)行差譜分析，探測(cè)氣層信息。 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）。1組和5組、11組和15組分別是在f3、f4頻率工作時(shí)觀測(cè)的差譜，3組和7組、13組和17組分別是在f1、f2頻率工作時(shí)觀測(cè)的差譜。此外，還設(shè)置了一個(gè)超長(zhǎng)的等待時(shí)間14097ms（21組和23組）可得到孔隙流體最充分極化時(shí)的信號(hào)。表4-4 PP GAS觀測(cè)模式的采集參數(shù)回波序列工作頻率（kHz）磁場(chǎng)梯度（Gs/cm)等待時(shí)間（ms）回波間隔（ms）回波個(gè)數(shù)采集時(shí)間（ms）重復(fù)次數(shù)NST2類型#177428122230.66904201T2#2774200.4251012CBW#397238.7113030.66904201T2#4972200.4251012CB