第一节 核磁共振测井的物理基础 一、为什么要进行核磁共振测井 1、常规测井在地层评价中的困难 （1）孔隙度评价中的困难

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1 第一节 核磁共振测井的物理基础 一、为什么要进行核磁共振测井 1、常规测井在地层评价中的困难 （1）孔隙度评价中的困难
复杂岩性以及致密地层中固体骨架的测量信号对仪器的贡献有时甚至会远大于孔隙流体的贡献，且矿物的组成及其参数的选取，对孔隙度计算结果会产生显著影响。 （2）饱和度评价中的困难 当孔隙中存在多种导电特性的水时，饱和度的计算精度会受到较大的影响。即使计算的含水饱和度很高，但如果这些水均处于束缚状态，仍然可能是很好的油层。这在低孔低渗及低阻油层往往会出现。

2 第一节 核磁共振测井的物理基础 一、为什么要进行核磁共振测井 2、核磁共振测井的优点 （1）在确定孔隙度时，不受骨架固体的影响；
（2）在确定流体饱和度时能够避开地层水电阻率； （3）可以把不同赋存存状态的水如束缚水和可动水区分开来。 3、核磁共振测井的用途 （1）评价与岩石矿物骨架成分无关的孔隙度； （2）分析孔径分布〔孔隙中只含有单相流体时）； （3）估算渗透率； （4）评估毛管束缚水、泥质束缚水．可动流体体积； （5）识别流体性质。

3 第一节 核磁共振测井的物理基础 一、核磁共振测井 核磁共振测井是20世纪末测井领域最令人激动的技术成就。
它是通过研究地层流体中的氢核在外加磁场中所表现出来的特性来描述储层的岩石物理特性和孔隙流体特性的一种新型测井技术。它可以直接测量岩石孔隙中流体的信号,其测量结果基本上不受岩石骨架、泥浆、泥饼的影响而区别于现有其他测井方法。

4 第一节 核磁共振测井的物理基础 一、核磁共振现象 1.原子核的磁性 核磁共振技术的物理基础是原子核的磁性及其与外加磁场的相互作用。
自旋现象：所有含奇数个核子以及含偶数个核子但原子序数为奇数的原子核，都具有内秉角动量,即自旋。 𝑝= ℎ 2𝜋 𝐼(𝐼+1) 式中：h—普朗克常数；I—原子核自旋量子数。 核素 丰度/% 自旋量子数 1H 99.99 1/2 24Mg 78.6 12C 98.99 28Si 92.27 13C 1.01 35Cl 75.4 3/2 16O 99.76 40Ca 96.97 23Na 100

5 第一节 核磁共振测井的物理基础 一、核磁共振现象 N S 1.原子核的磁性
由于原子核带有电荷，其自旋将产生磁场，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，即： 当没有外加磁场时，单个核磁矩随机取向，宏观上表现为没有磁性。 N S

6 第一节 核磁共振测井的物理基础 一、核磁共振现象 2.单个自旋在外加磁场中的行为 B0
当核磁矩处于外加静磁场中时，它将受到一个力矩的作用，从而会像倾倒的陀螺绕重力场进动一样，绕外加磁场的方向进动，如图所示。进动频率ω0由Larmor方程确定，即： B0 式中：B0——外加磁场的磁感应强度 上式表明：不同的原子核，由于其 值不一样，在相同的外加磁场中，将有不同的进动频率；另一方面，同一种原子核，在不同强度的磁场中，其进动频率也会不同。

7 第一节 核磁共振测井的物理基础 一、核磁共振现象 2.单个自旋在外加磁场中的行为 ∆E= 𝐸 𝑚−1 − 𝐸 𝑚 =𝛾ℎ 𝐵 0
根据量子力学原理，在外加磁场中，核磁矩的空间取向是量子化的。例如，自旋为1/2的氢核，磁矩只有与B0平行和反平行两种取向。平行于B0的磁矩处于低能态，与B0反平行的磁矩则处于高能态。外加磁场使核自旋的能级发生分裂。相邻能级之间的能量差为： ∆E= 𝐸 𝑚−1 − 𝐸 𝑚 =𝛾ℎ 𝐵 0 式中：h——普朗克常数

8 第一节 核磁共振测井的物理基础 一、核磁共振现象 3.宏观磁化强度
B0 3.宏观磁化强度 M0 在外加磁场中，整个自旋系统将产生一个净的磁化矢量和。单位体积内核磁矩的和叫宏观磁化强度，用M表示，有： 这个非零宏观磁化强度与外加磁场B0平行。 根据高能级与低能级上粒子分布服从玻耳兹曼分布，利用量子力学或统计力学的方法，可以推得在B0磁场中宏观磁化强度M的大小为： K—玻耳兹曼常数； T—绝对温度； N—单位体积中的核自旋数。 M及其变化过程是核磁共振的直接观测对象，在选定原子核的情况下，其数值大小决定于单位体积核自旋数N,外加磁场强度B0以及温度T

9 第一节 核磁共振测井的物理基础 一、核磁共振现象 4.核磁共振现象
核磁共振现象：对于被磁化后的核自旋系统，如果在垂直于静磁场方向再加一个交变电磁场B1，而且使其频率 ，那么，根据量子力学原理，核自旋系统将发生共振吸收现象，即处于低能态的核磁矩将通过吸收交变电磁场提供的能量跃迁到高能态。 一般采用脉冲方式施加交变电磁场。其频率处于射频段，故把这样的脉冲电磁波叫做射频脉冲。 在射频脉冲施加以前，自旋系统处于平衡状态，宏观磁化强度M与静磁场B0方向相同；射频脉冲作用期间，磁化强度偏离静磁场方向；射频脉冲作用结束，磁化强度又将通过自由进动，朝BO方向恢复，使核自旋从高能级的非平衡状态恢复到低能级的平衡状态。恢复到平衡态的过程叫做弛豫。

10 第一节 核磁共振测井的物理基础 一、核磁共振现象 4.核磁共振现象
设B0的方向为z方向，射频脉冲作用后，M被分解成x—y平面的分量（横向分量）Mxy和z方向的分量（纵向分量）Mz。 （1）横向弛豫：x—y平面的横向分量Mxy往数值为零的初始状态恢复，称为横向弛豫过程，弛豫速率用1／T2来表示，T2叫做横向弛豫时间。横向弛豫过程中，使磁化矢量进动的相位从有规分布趋向无规分布。自旋系统的总能量没有变化。 （2）纵向弛豫：z方向的纵向分量Mz往初始宏观磁化强度M0的数值恢复，称为纵向弛豫过程，弛豫速率用1/T1来表示，T1叫做纵向弛豫时间。在纵向弛豫过程中，磁能级上的粒子数将发生变化，自旋与晶格或环境之间交换能量，把共振时吸收的能量释放出来。

11 第一节 核磁共振测井的物理基础 二、核磁共振的经典适量模型描述 1.Bloch方程
处于外加磁场中的自旋系统，其行为可以通过以Bloch方程为基础的矢量模型来描述。设B0为z方向，在x方向加射频场B1(t) = 2B1cosωt，那么，总的外加磁场则为： 在实验室坐标系下，写出Bloch方程为： 费利克斯·布洛赫

12 第一节 核磁共振测井的物理基础 二、核磁共振的经典适量模型描述 2.脉冲作用
射频脉冲使自旋体系的磁化矢量发生扳转，扳倒角的大小取决于射频场的强度B1和长度tp(即持续时间)。 90o脉冲：指把磁化矢量扳转90o的电磁波脉冲，例如，把磁化矢量从纵轴(Bo)方向扳转在水平面即x一y平面上，与B0与B1都垂直； 180o脉冲：使磁化矢量M发生180o的反转，与Bo方向反平行。

13 第一节 核磁共振测井的物理基础 二、核磁共振的经典适量模型描述 3.弛豫过程 脉冲作用结束后，Bloch方程的形式为：
（1）Mx与My以1/T2的 速率按指数规律衰减； （2）Mz以1/T1的速率 按指数规律恢复到z方 向的初值。

14 第一节 核磁共振测井的物理基础 二、核磁共振的经典适量模型描述 4.共振信号的观测
磁化矢量进动期间，如果在x(或y)方向放置一个检测线圈，根据电磁感应原理，即可以观测到核磁共振产生的感应信号。 核磁共振测量装置核心部件： ①磁体，用于产生强度高、均匀的磁场；②射频线圈，用于发射和接收射频信号。特别值得注意的是，实验室条件下的核磁共振测量，样品总是处于磁体和线圈之中。核磁共振仪器基本组成如图所示。 核磁共振仪器的基本组成

15 第一节 核磁共振测井的物理基础 三、基本测量方法 1.自由衰减感应
为了激发自由进动信号，可以利用能够使宏观磁化强度M0相对于静磁场B0方向扳转90o的各种方法，如射频脉冲方法和预极化方法。 最简单的射频脉冲方法是单脉冲序列，即利用一个90o射频脉冲，使原来沿静磁场方向取向的磁化矢量扳转90o，到x一y平面，然后进行观测，得到的信号即是自由感应衰减信号，或称FID信号，如图所示。

16 第一节 核磁共振测井的物理基础 四、基本测量方法 2.自旋回波
自旋回波是为克服静磁场不均匀性的影响，准确测定横向弛豫时间而发展起来的，是现代核磁共振技术的重要基础。 自旋回波脉冲序列由“90o一τ一180o一τ一回波”所组成。第一个90o脉冲使磁场矢量扳转到x一y水平面上。磁化矢量的横向分量会由于静磁场的局部非均匀性等原因而很快 t 2t Time 幅度 90° 180° RF 场 散相。经过一定延迟时间τ后，施加一个180o脉冲，把磁化矢量扳转180o，到其镜像位置，结果是沿着与散相过程相反的方向使磁化矢量各横向分量得以重聚，在180o脉冲后的τ时刻，观测到一个回波信号，如图所示。

17 第一节 核磁共振测井的物理基础 四、基本测量方法 2.自旋回波
自旋回波实际上是一种服从能量守恒的散相一重聚过程。它作为180o射频脉冲重聚作用的结果，在自由感应衰减信号消失之后比较长的一段时间才出现，而且由于静磁场不均匀性引起的横向磁化矢量的散相是热力学可逆的。因此，回波信号能够通过180o射频脉冲串一个接一个地被多次重聚，从而得到回波串。自旋回波形成机理的进一步解释如图所示。

18 第一节 核磁共振测井的物理基础 四、基本测量方法 2.自旋回波 自旋回波实际上是一种服从能量守恒的散相一重聚过程。。

19 第一节 核磁共振测井的物理基础 四、基本测量方法 3.横向弛豫过程的测量
横向弛豫时间测量通常用所谓的CPMG方法来完成。CPMG脉冲序列为： 当横向弛豫服从单指数衰减时，可按下式确定横向弛豫时间T2： 式中: τ—回波间隔的一半，即180o脉冲到回波最大值之间的时间； A(Te）—各Te时刻测得的回波信号幅度；A(0)—零时刻的回波幅度。 当被观测的横向弛豫包含多个单指数衰减时，CPMG回波串幅度的包络线将是多个指数的和。测量过程中，增加回波个数n，将提高信噪比，并增强对衰减慢的长T2测量的影响；而减小τ值，将提高对衰减快的短T2分量的分辨能力。

20 第一节 核磁共振测井的物理基础 四、基本测量方法 3.横向弛豫过程的测量
为了提高信噪比，需进行多次回波串的测量，并加以累积。在多次累加时，两次测量之间的延迟(称为等待时间或极化时间，用Tw来表示，见图)非常重要。 TE 时间 90°x 180°y 幅度 回波信号 RF 脉冲 一个回波串采集完毕，必须等待足够的时间Tw，使纵向磁化强度完全恢复，才能开始第二个回波串的采集。 TE : 回波间隔 TW : 等待时间 TW 时间 幅度 回波序列

21 第一节 核磁共振测井的物理基础 四、基本测量方法 4.纵向弛豫过程的测量 测量纵向弛豫时间的基本方法是反转恢复法。测量原理如图：
180o脉冲使磁化矢量完全反转；τ延迟后磁化矢量的纵向分量往平衡状态恢复，并与延迟时间有关；90o脉冲使纵向磁化矢量扳倒在x一Y平面，便于监测

22 第一节 核磁共振测井的物理基础 四、基本测量方法 4.纵向弛豫过程的测量
通过一系列τ值观测，得到一组Mz(τ)值。取一个足够长的τ(通常大于5T1)，用于确定Mz(0)。如纵向弛豫过程服从单指数规律，那么，测得的FID信号串幅度对Mz(τ)将按1/T1的速率呈指数规律地恢复，即： 取对数： 在单对数坐标上作图， Mz(0)-Mz(τ)与τ的关系呈直线，其斜率等于-1/T1。由此，可以确定出T1值的大小。

23 第一节 核磁共振测井的物理基础 四、基本测量方法 5.流体分析扩散系数的测量
由于流体分子的扩散运动，当静磁场存在比较大的非均匀性时，观测到的自旋回波信号将受到分子扩散的显著影响。 当某一自旋分子在时间t内从a处移动到b处，由于磁场的非均质性导致a、b的场强不一致，从而使旋进速率ωa≠ωb。因此，在由180o脉冲重聚形成回波的过程中，便无法获得准确的相位补偿，从而造成回波幅度除横向弛豫之外的额外衰减。可以证明，同时考虑横向弛豫和分子扩散时，回波幅度的表达式为： 式中 D—分子自扩散系数； △B/△z—磁场梯度。

24 第一节 核磁共振测井的物理基础 四、基本测量方法 5.流体分析扩散系数的测量 设G＝ △B/△z,则测得的第n个回波的幅度为：
横向弛豫时间(T2)CPMG为： 式中 TE=2τ——回波间隔。

25 第一节 核磁共振测井的物理基础 四、基本测量方法 5.流体分析扩散系数的测量
基本思路:是增大梯度场G，同时选择差异较大的不同的回波间隔TE，测量两组或多组CPMG回波串，再利用上述方程式，计算出实际弛豫时间T2和D，如图所示。 1 （ 𝑇 2 ′) 𝐶𝑃𝑀𝐺 = 1 𝑇 2 + 𝐷 (𝛾𝐺 𝑇 ′ 𝐸 ) 2 12 梯度磁场中回波间隔TE 扩散系数测量原理

26 第二节 核磁共振测井的岩石物理基础 一、储集层流体的核磁共振性质
核磁共振测井的目的，是要通过对氢核核磁共振信号的观测，识别地层孔隙中的流体及其含量。所以，了解储集层条件下流体的核磁共振性质，对核磁共振测井资料解释与应用时必不可少的。这些性质包括：含氢指数（HI）、扩散系数（D）、纵向弛豫时间（T1）、及横向弛豫时间（T2）。

27 核磁共振测井比中子测井能更好地指示孔隙度。
1、含氢指数 核磁共振测井与中子测井对比表 影响因素 核磁共振测井 中子测井 流体中的氢核 √ 骨架中的氢核 × 流体中的氯元素 挖掘效应 井眼校正 核磁共振测井比中子测井能更好地指示孔隙度。

28 布朗运动导致流体分子扩散，遵循扩散方程：
2、扩散系数 布朗运动导致流体分子扩散，遵循扩散方程： 室温条件下，水的扩散系数D=2×10-5cm2/s。因此，一秒钟内（相当于一次核磁共振实验需要的时间）分子扩散的均方距离达120μm，远大于许多岩石的孔隙直径。 通常，液体的扩散系数与粘度成反比，与温度成正比。

29 3、核磁共振弛豫 （1）自由弛豫(Bulk-Relaxation) 自由弛豫：流体处于扩散不受限制的空间时，其核磁共振弛豫（Bulk-Relaxation，也称为体弛豫）。是均匀磁场中的一种流体特征值，反映流体本身的核磁共振性质。 纯水的自由弛豫只与温度有关，且T1=T2 油的自由弛豫与油的成分、粘度及温度有关。由于原油是烃的混合物，弛豫时间谱是一个被展宽的分布。 天然气仅T1有自由弛豫，且与温度、深度有关。 𝑇 2𝑏 ∝ 𝑇 𝜂 式中：T2b—横向体积弛豫时间； T—绝对温度； η—流体粘度。

30 （2）扩散弛豫（ diffusion relaxation ）
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。 扩散弛豫与流体的扩散系数（D）、观测时的磁场梯度（G）以及CPMG脉冲序列中使用的回波隔TE等因素有关。 油、气、水都是能够扩散的流体，对它们做CPMG回波串观测都要受到扩散弛豫的影响，尤其是气体，它的横向弛豫几乎完全由扩散弛豫控制。水的扩散系数与温度有关，油的扩散系数与粘度有关，天然气的扩散系数是温度及压力的函数，因而它们的扩散弛豫也将受到这些因素的影响。

31 （2）扩散弛豫（ diffusion relaxation ）

32 二、岩石的核磁共振性质 实验表明，液体饱和在岩石孔隙中时，其弛豫比自由状态要快的多（10-104倍）。原因在于，孔隙流体除了自由弛豫和扩散弛豫外，还受到一种新的弛豫机制（即表面弛豫）的作用，使弛豫速率大大加快。 （1）纵向弛豫过程：自由弛豫和表面弛豫两种机制； （2）横向弛豫过程：自由弛豫、表面弛豫、扩散弛 豫三种机制。总的弛豫速率： 流体表面有比较块的驰豫速率 1H 自由流体内部有比较慢的驰豫速率 在梯度磁场条件下，流体内部分子运动具有扩散弛豫 体积驰豫 表面驰豫 体积驰豫 表面驰豫 扩散驰豫

33 1.表面弛豫（ surface relaxation ）
流体吸附在岩石颗粒表面，核磁共振实验期间，扩散将使分子有足够的机会与颗粒表面碰撞。分子碰撞颗粒表面时，会把核自旋的能量传递给颗粒表面，使质子自旋沿B0重新取向，由此引起纵向弛豫。同时，自旋被不可逆转地失相，使横向弛豫加速。 岩石颗粒表面弛豫能力的大小用表 面弛豫强度（Surface-Relaxivity）来 表示。用符号 表示。 表面弛豫速率是表面弛豫强度与孔 隙比表面的乘积：

34 2.扩散弛豫（ diffusion relaxation ）
对横向弛豫过程观测有显著影响的扩散弛豫，是由梯度磁场中分子扩散引起的。 岩石的梯度磁场有两个来源： （1）测井仪器建立的磁场。如C型的MRIL产生1.7mT/cm的梯度磁场。 （2）岩石骨架与孔隙流体之间磁化率的差异导致的梯度磁场。 式中：G—内部背景磁场梯度； B0—外加磁场强度； —骨架颗粒与孔隙流体之间的磁化率的差； r—孔隙半径。

35 3.自由弛豫（ Bulk relaxation ）
岩石孔隙流体仍然存在自由弛豫机制，特别是非润湿相。 亲水岩石孔隙中的油、气由于不与颗粒表面接触，因而具有 自由弛豫特征； 大孔隙中的水也具有自由弛豫特性； 粘度大的流体，如稠油，分子向颗粒表面扩散的能力很小， 因此，自由弛豫也是主要因素； 气体由于在岩石孔隙中总是表现为非润湿相，所以只有自由 弛豫（T1）和扩散弛豫（T2），而没有表面弛豫的影响。

36 4.岩石骨架的弛豫 核磁共振测井以氢核为观测对象。岩石骨架中含有大量的 氢核。但对核磁共振测井响应没有贡献。 （1）固体中氢核的横向弛豫时间很短，仅数十微秒，在仪器采 集回波信号之前就全部衰减掉； （2）它们的纵向弛豫时间又非常长，达数十秒，不易被运动中 的仪器磁场所磁化。

37 当岩石100%饱和水且测量回 波间隔很小时，表现为以表面弛 豫为主，在这种情况下，其T2值与 岩石孔隙大小成正比。
5.多个孔隙中流体的核磁共振性质 由于储层中含有不同大小的孔隙，因此自旋回波串不再表现为单指数 弛豫衰减规律，而是多指数衰减规律： 式中：M（t)—t时刻测量的磁化矢量；Mi (0)—第i个弛豫组分的初始磁化矢量； T2i—第i个横向弛豫组分的衰减常数。 当岩石100%饱和水且测量回 波间隔很小时，表现为以表面弛 豫为主，在这种情况下，其T2值与 岩石孔隙大小成正比。 当100%饱和水的岩石含不同 大小的孔隙时，此时就表现为一 个T2的分布。

38 对应的信号幅度是每个孔隙中流体信号幅度的和，表示为：
显然 并可转换为孔隙度： 式中：（S/V)i—第i个孔隙的表面积与体积之比； —刻度后的地层孔隙度； —第i种孔隙的孔隙度。

39 如果孔隙中除了水外，还含有油和气，则油气对测量的磁化矢量的贡献为：
式中： Moil—孔隙中油对应的磁化矢量； Mgas—孔隙中气体对应的磁化矢量； T2oil —用CPMG脉冲序列测量的油的T2值； T2gas —用CPMG脉冲序列测量的气的T2值； 如果孔隙中水的部分体积被油或气所占据，则比值V/S减小。由于孔隙中水的T2与V/S成正比，因此，T2随V/S的减小也减小。此时，T2谱不再代表岩石孔隙大小的分布。

40 根据不同流体类型的T1、T2、D分布特征绘制的三维图如下。
（1）天然气：它在T1和D轴上可与 油或水完全分开；但在T2轴上与水 可能重合； （2）原油：从轻质油、中等粘度 油到稠油，在T1、T2和D三个轴上 都有一个较宽的分布范围； （3）水：它在T1、T2都有一个较 宽的分布范围，但在D轴上，它的 分布相对集中，能与稠油分开。

41 二维核磁共振测井是区分油、气、水的有效方法。

42 第三节 核磁共振测井仪器测量原理 核磁共振测井的基本过程： ①磁体对地层的磁化； ②天线发射射频脉冲； ③天线采集自旋回波串。
核磁共振测井仪器的传感器（也叫探头）部分由磁体和天线组成，以居中或贴井壁的方式放置在井眼中，如图所示。 测量过程： ①磁体在地层中产生一个梯度磁场，使孔隙中的氢核磁化； ②天线向地层发射射频脉冲，通过频率和频带选择探测区域。 ③传感器对来自地层观测区域的自旋回波信号进行测量，在每一个深度点测量一个回波串。

43 第三节 核磁共振测井仪器测量原理 测量原理的核心之一：是对地层施加外加磁场，使氢原子核磁化。
在没有外加磁场时，氢核宏观上没有磁性，当井中有磁体时，将使氢核的磁矩沿磁场方向取向，这个过程叫磁化或极化。其结果产生了一个可观测的宏观磁化矢量。 极化过程按指数规律进行，如图中的2、3、4所示。极化时间常数用T1来表示，称作纵向弛豫时间，它与孔隙度的大小、孔径的大小、孔隙中流体的性质以及地层的岩性等因素有关。 图(b)为宏观磁化矢量M随极化时间增长的曲线，M0是完全极化后的磁化强度。可以证明，使M接近M0(95％)所需要的极化时间，用Tw表示，至少是3T1，即Tw≥3T1。Tw为等待时间。

44 第三节 核磁共振测井仪器测量原理 测量原理的核心之二：是利用一个天线系统，向地层发射特定能量、特定频率和特定时间间隔的电磁波脉冲，产生所谓的自旋回波信号，并接收和采集到这种回波信号，所采用的方法是自旋回波法，如图所示。 天线发射的电磁波的频率将决定切片观测的具体位置；电磁波脉冲的能量决定切片内磁化矢量扳转的程度，如90o或180o等；而时间间隔(用TE来表示)，则直接影响观测到的回波信号幅度的大小。

45 第三节 核磁共振测井仪器测量原理 在90o脉冲之后发射一连串180o脉冲，在每一个180o脉冲后面都可以采集到一个回波信号，从而得到一个回波串，如图所示。 TE是可以设置的。在回波串的观测中，重要的参数有两个：TE和回波个数NE 观测到的回波串按指数规律衰减，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。如前所述，对于地层岩石来说，回波串的衰减曲线往往需要用多个T2描述。

46 第三节 核磁共振测井仪器测量原理 对地层氢核进行磁化和对回波信号进行采集是核磁共振测井每个观测周期的两个阶段，如此往返，如图所示。
在极化时间Tw内，磁化矢量按时间常数为T1的指数规律增加，即： 然后，由天线向地层发射脉冲，并采集回波信号，回波串按时间常数为T2的指数规律衰减，即： 一次观测可以用Tw、TE、NE三个参数完整描述。

47 第三节 核磁共振测井仪器测量原理 传感器中磁体通常被一个玻璃钢外壳所包裹，而天线则被置于玻璃钢外套之中。探头的周围介质是井眼中的钻井液，再外面是地层。观测信号来自于一个形状规则的圆环切片，而圆环的直径和厚度则由天线发射电磁波的频率和脉冲的频带完全确定。 磁体产生的磁场沿径向方向减小，形成一个梯度磁场，使得径向不同距离地层中的氢核具有不同的核磁共振频率，而且频率与径向距离有一一对应的关系。天线发射的脉冲有一个中心频率和频带，只有核磁共振频率与中心频率相等的地层才被磁化。 通过对发射脉冲中心频率的改变，可以做多个不同直径的切片观测。例如，MRIL-Prime仪最多可以用9个频率，做9个不同的切片观测。

48 第三节 核磁共振测井仪器测量原理 多频观测方便了各种不同观测描述的设计和实现，并提高了测井作业的效率。目前，MRIL-Prime具有：单Tw／单TE、双Tw／单TE、 单Tw／双TE、双Tw／双TE等四类观测模式。 核磁共振测井仪包括三个基本组成部分，即探头、电子线路以及能量短节（如图）。 （1）探头包括磁体和天线，有时根据井眼情况和作业需要，可以加玻璃钢外套。 （2）电子线路包含了发射、接收和信号传输编码所需要的所有电子线路，许多指令都已经硬化在模块中。 （3）能量短节由储能电容组成，天线发射脉冲时，它放电，把高功率的电磁波脉冲提供给地层；不发射脉冲时，它充电，并等待发射指令。

49 第三节 核磁共振测井仪器测量原理 电子线路包括三个组成部分：发射线路、接收线路和主控板。
发射线路按照主控板设置的时间序列和频率、频带及幅度要求，向天线提供发射能量。接收线路则完成来自天线的微弱回波信号的接收和放大。主控板是整个仪器的中枢神经，发送各种控制指令。

50 第三节 核磁共振测井仪器测量原理 在核磁共振测井仪器中，最核心的部分是探头（传感器）。迄今为止，已经有多种实现井下核磁共振信号测量的探头设计思路，最有代表性的四种方案如图所示。 (b)方案为美国Los Alamos国家实验室科学家Jackson提出的“Inside-out”方法核心，也是现代核磁共振测井技术的基础。这一方案采用“井内建场，对井外地层进行观测”的基本思路，通过人工磁场的方法，在地层某个区域建立一个均匀磁场区域，实现核磁共振测量。这从根本上克服了井眼钻井液的影响，同时，把脉冲序列和自旋回波技术等引进到核磁共振测井之中。该方案通过各种改进被广泛采用，在随钻核磁共振测井中甚至被直接采用。 （c）方案是NUMAR公司在(b)方案基础上的一种改进。这种方案采用梯度磁场，而不是建立均匀磁场，引入了核磁共振成像的原理进行定位观测，同时，提高了观测信号的强度和信噪比。 (d)方案是斯伦贝谢公司提出的贴井壁核磁共振测井(CMR)仪器方案，在地层中建立一个均匀磁场。 (a)方案基于地磁场，探头为一个极化线圈，通以强电流对其周围的氢原子核进行磁化，断开电流后磁化了的原子核绕地磁场进动，在线圈中产生一个感生电动势信号，完成核磁共振信号的测量。地磁场方案在很长一段时间里被研究，但由于受到井眼钻井液信号的严重影响以及难以采用自旋回波技术等问题，而没有被广泛应用。

51 第三节 核磁共振测井仪器测量原理 哈里伯顿—纽马公式 1983年创办 1991年MRIL-B商品化 MRIL—B 单频 MRIL—C 双频
MRIL Prime 九频 MRIL Prime—XL 极板型仪器 MRWD 随钻核磁测井 斯伦贝谢公司 世纪50年代NML商品化，1996年CMR商品化 CMR—A TE=320ms CMR— TE=200ms CMR Plus TE=200ms带预极化 MR—Scanner 八频、三天线 ProVision 随钻核磁测井 贝克—阿特拉斯公司 年开始研制、2004年商品化 MRIL B MRIL C MR—Explorer 多频、单天线 Mac—Track 随钻核磁测井

52 第三节 核磁共振测井仪器测量原理 观测模式是一种以获取特定应用信息为目标的磁化和采集方式，它包括Tw、TE、NE、最小累加次数RA(minRA)的设置、频率的使用及其时序。 MRIL-Prime从低频(离探头较远)到高频(离探头较近)分为0、1、2、3、4。其中，0、1、2、3四个频带各包含有两个频率，第五频带则只有一个频率，并且总是用作泥质束缚水(PR06)的观测，其采集参数也都是固定的，即TE＝0.6ms，Tw＝0.2s， NE＝10，RA＝50。 单Tw/单TE模式，用DTPTw或D9TPTw表示，采集的回波串分A组和PR06组。A组的采集参数为TE＝1.2ms(DTPTw)或0.9ms(D9TPTw)，NE＝400(DTPTw)或500(D9TPTw)，Tw则用不小于3T1的原则选取，预先设计为8s，9.5s，12s。 “单Tw/TE”用于测量：泥质束缚水、毛管束缚水、视有效孔隙度和视总孔隙度，不能做流体类型识别。

53 第三节 核磁共振测井仪器测量原理 双Tw／单TE模式，用DTW或D9TW表示。它可以通过两个频率的交替使用完成两个不同极化时间的回波串的采集。回波串包括A、B和PR06组等三组。A组的磁化参数为长Tw，B组的磁化参数为短Tw，两组的采集参数TE、NE则相同。 “双Tw／单TE加PR06”模式:用于测量泥质束缚水、毛管束缚水、视有效孔隙度和视总孔隙度外，还可以单独用作轻质油气的识别。 双Tw／单TE观测模式 采集的基本信息

54 第三节 核磁共振测井仪器测量原理 单Tw／双TE模式，用DTE(n)Tw或D9TE(n)Tw表示。它可以通过两个频率的交替使用完成两个不同回波间隔的回波串的采集。采集的回波串包括A、B和PR06组，其中A组由短TE采集，B组由长TE采集，两组的极化常数Tw相同。 “单Tw／双TE加PR06”模式可以测量：泥质束缚水、毛管束缚水，视有效孔隙度，视总孔隙度，也可以对粘度较高的油进行识别和定量分析。 单Tw／双TE观测模式(a)及其采集的基本信息(b)

55 第四节 核磁共振测井解释模型及其应用 核磁共振测井的原始数据是由测井仪器在井下采集的自旋回波串。
右图中，横坐标为采集时间，纵坐标为回波幅度，刻度成孔隙度单位。每个回波采集一个数据，粗的黑线是对回波串的指数拟合。为了提高信噪比，已经把多个回波串累加在一起。观测到的回波串是地层孔隙中流体的含氢指数、 扩散系数、纵向弛豫时间、横 向弛豫时间等多种因素综合作 用的结果。

56 第四节 核磁共振测井解释模型及其应用 一、基本数据处理
核磁共振测井观测到的自旋回波串，实际上是多种横向弛豫分量共同贡献的结果，可以用一个多指数函数来表示，即： 式中:E(t)—t时刻观测到的回波幅度； T2i—第i种弛豫分量的横向弛豫时间； Pi—第i种弛豫分量零时刻的信号大小。 利用上式对回波数据做反演拟合，便可以得到各T2i的信号强度Pi。再根据样条拟合方式，把离散的分布变成连续分布，以便按变密度或全波列形式绘图输出。

57 第四节 核磁共振测井解释模型及其应用 原始回波数据，横轴为观测时间t，纵轴为信号幅度M（t）（图a)，经过多指数变换，得到所谓的T2分布，横轴为T2（单位是ms；纵轴为区间孔隙度，反映不同T2分量对测量孔隙度的贡献（图b）。 T2分布包含了回波串的全部信息，T2分布的面积等于回波串零深刻的幅度，而整个分布则反映了回波信号的衰减情况。 (a) (b)

58 第四节 核磁共振测井解释模型及其应用 T2分布可用全波列、变密度以及区间孔隙度分布三种方式显示。 区间孔隙分布 变密度 全波列

59 第四节 核磁共振测井解释模型及其应用 二、孔径分布模型
岩石样品通常含有大小不一的多种孔隙系统，各种孔隙具有不同的比表面积，因而具有不同的核磁共振弛豫速率，由此构成观测回波串多指数衰减规律的主要来源。 如图所示，岩石模型由三种大小不同的孔隙系统组成，它们的T2分别为5ms, 20ms, 80ms,假设在总孔隙 体积中所占的比例分别为 30％，30％，40％。

60 第四节 核磁共振测井解释模型及其应用 二、孔径分布模型
每种孔隙均以自己固有的弛豫时间按单指数弛豫，整个样品所对应的观测回波串是三条衰减曲线的和，如右图所示，纵轴是规格化了的回波幅度（以初始时刻回波幅度的总和为一个单位），横轴为观测时间。 由总的观测回波数据按三指数函数做反演，可以得到相应的T2分布，如左图所示。在T2轴上，5ms，20ms，80ms三个位置有峰值，相对幅度分别为0.3，0.3，0.4，与相应孔隙在岩石样品总孔隙体积中所占的相对体积百分数一致。

61 第四节 核磁共振测井解释模型及其应用 二、孔径分布模型
当孔隙中只有单相流体时，对于比表面积为Si／Vi的第i种孔隙系统，其横向弛豫时间T2i可以写成： 在没有磁场梯度或(GTE）的值很小时，扩散项对观测弛豫时间的贡献可以忽略；并且，在一般情况下，自由弛豫会比表面弛豫慢得多，1/T2B也可以忽略，此时有： 得到：

62 第四节 核磁共振测井解释模型及其应用 二、孔径分布模型
V/S的值取决于孔隙的形状。对于典型的球形孔、管形孔以及板状孔，V/S分别为d/6, d/4, d/2，其中d为孔隙的直径（对球形或管形孔）或板状孔的宽度。横向表面弛豫强度为常数，一般1µm/s<ρ2<30µm/s ,所以，观测弛豫时间T2i与孔隙直径d，有一一对应的关系。 对压汞和数字薄片分析得到的孔径分布与T1分布（与T2分布相比，没有扩散弛豫项的贡献）所作的比较表明，弛豫时间分布对孔径分布有很好的表征。

63 第四节 核磁共振测井解释模型及其应用 二、孔径分布模型
下图为三种不同岩性（砂岩、白云岩、石灰岩）的岩石样品其T2分布（实线）与孔径分布（点划线）的对比。可以看出，它们之间有非常好的相关性。 两块孔隙度相近的砂岩

64 第四节 核磁共振测井解释模型及其应用 三、孔隙度模型 核磁共振测井确定地层孔隙度的依据是：观测信号强度与 孔隙流体中氢核含量的对应关系。
核磁共振测井确定地层孔隙度的依据是：观测信号强度与 孔隙流体中氢核含量的对应关系。 宏观磁化强度M在零时刻的数值大小与地层孔隙中的含氢总 量成正比。通过标定，可把零时刻的信号强度（FID或回波串） 标定为地层孔隙度。 由于不同孔径孔隙中的流体具有不同的弛豫速度，因此在不 同的T2分布位置上，可把泥质束缚水、毛管束缚水以及可动流体 等各个部分区分开来。 采用很短的回波间隔，就可以单独或同时观测到横向弛豫时 间很短的泥质束缚水。 通过刻度，由T2分布可直接得到孔隙度：

65 第四节 核磁共振测井解释模型及其应用 三、孔隙度模型
观测的孔隙度可以被分解成不同弛豫时间区间的孔隙度，即得到 孔隙度分布P1，P2…，P8、或（至P10）．它们是与T2i（i＝1，…，n） 对应的各孔隙系统在观测到的总孔隙系统中所占的比例。 （1）当孔隙度分布集中在比较小的弛豫时间上．即P1和P2等占优 时，说明该储集层以微孔为主。 （2）当孔隙度分布集中在比较大的弛豫时间上，即P7，P8等占优 时，说明该储集层以大孔为主。 骨架 干 粘 土 粘土 束缚水 毛管 可动水 烃 溶洞 MCBW MBVI MBVM MRIL—C型仪器 MRIL·C/TP型仪器 Φ总 Processing Result: T2 Distribution P(i) T 2 p1 p2 p3 p4 p5 p6 p7 p8 核磁共振测井确定的地层孔隙度模型

66 第四节 核磁共振测井解释模型及其应用 三、孔隙度模型 回波串 T2 谱 回波幅度 T2衰减 MRIL孔隙度 T2截止值 变换
15 150 135 120 105 90 75 60 45 30 时间 (ms) 20 10 5 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 0.1 1 100 1000 10000 MBVI MBVM 孔隙度分量 ( pu ) MCBW Matrix 骨架 Dry Clay 干粘土 Clay- Bound Water Wter 粘土束缚水 Mobile 可动水 Capillary 毛管束缚水 Hydrocarbon 烃 T2衰减 MRIL孔隙度 T2 Decay (ms) T2截止值 变换 回波串 T2 谱 电阻率-饱和度 分析基础

67 第四节 核磁共振测井解释模型及其应用 三、孔隙度模型

68 第四节 核磁共振测井解释模型及其应用 四、束缚水模型
粘土束缚水 MCBW 自由流体 MFFI 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00 0.1 1 10 100 1000 10000 T 2 ( ms) 区间孔隙度 % T2截止值与毛管压力及孔隙半径有关 弛豫时间分布 毛管束缚水 BVI 通常，大孔中的流体可动性比较 好，而小孔中的流体则常常处于束缚 状态。由此推断，有一个“孔径截止 值”存在，把孔隙流体分为束缚水和 可动流体。 因而在T2分布中也会有一个与 “孔径截止值”对应的T2截止值，或 者叫T2cutoff，在T2分布上把束缚水和 可动流体区分开来。 如图(a)为T2分布被两个截止值 分成三个区间，分别为粘土束缚水， 毛管束缚水和可动流体；（b)为测井 实例，最右边一道包含粘土束缚水， 毛管束缚水和可动流体的信息。

69 第四节 核磁共振测井解释模型及其应用 四、束缚水模型
目前由T2分布确定毛管束缚水的方法主要有两种：一种是所谓的T2截止值方法。设想有一个确切的T2截止值（T2cutoff），小于该值的所有孔隙中的流体均是束缚状态的，它与岩层中的微毛细管水对应，在储集层压力条件下是不可能流动的；而大于这个值对应的所有孔隙中的流体则是可动的，即： 孔隙度增量 [pu] T2 [msec] 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 0.1 1. 10. 100. 1000. 10000. T2cutoff 式中：BVI—毛管束缚水孔隙体积； FFI—自由流体孔隙体积。 FFI BVI T2cutoff由实验室确定。

70 第四节 核磁共振测井解释模型及其应用 四、束缚水模型
另一种确定的方法是所谓的T2谱系数方法，该方法假设每一种孔隙系统，无论其直径大小，都存在一定的水束缚在孔壁表面，在储集层压力条件下是不能流动的，孔隙直径不同，这种束缚水在数值上所占的比例也不一样，只要确定不同孔径束缚水的比例因子，便可以计算出总的毛管束缚水，即： 在实际应用中，由于截止值法无法区分大孔中的束缚水， 该方法确定的束缚水体积可能会比实际小，谱系数法效果更好些。 式中，Ci (i＝1，2, n)为束缚水谱分布系数，它作为表征储集层特性的参数也由实验室确定。

71 第四节 核磁共振测井解释模型及其应用 四、束缚水模型
T2截止值的确定方法：首先测量岩样孔隙中100％含水时的T2分布和孔隙度；然后对岩样进行脱水处理，达到束缚水状态，测量束缚水状态下的孔分布和束缚水孔隙体积；按左图示的方法确定T2截止值。不同岩性的地层有不同的T2截止值。 不同岩性岩样的T2截止值

72 第四节 核磁共振测井解释模型及其应用 五、渗透率模型
核磁共振测井通过渗透率与核磁共振特性之间的相关性分析，来建立相应的渗透率模型。核磁共振测井被认为是最可靠的方法之一。 因为，渗透率与岩石孔径分布有直接关系，而核磁共振的T2分布是孔径分布的近似表达，具有反映地层渗透率的微观基础。 渗透率与孔隙度及岩石表面及有关，基本表达方式是所谓的Kozeny公式，即：

73 第四节 核磁共振测井解释模型及其应用 五、渗透率模型
利用Kozeny方程，通过岩石核磁共振弛豫时间与岩石孔隙比表面积的相关性，可以建立估算岩石渗透率的方法。已经建立的模型有两类，如右图所示。 （1） Coates束缚水一渗透率模型 （2）SDR弛豫时间一渗透率模型

74 第四节 核磁共振测井解释模型及其应用 五、渗透率模型
目前的核磁共振渗透率模型极少考虑岩石孔隙的连通性，一种极端失效的例子是，当岩石中只含互不连通的溶洞大孔时，其实际渗透率为零，而根据核磁共振测井计算出的渗透率可能很大。实际应用表明，对于碎屑岩，只要了解地区经验参数，核磁共振能够提供比较好的渗透率指示；对于裂缝性、溶洞型地层，尚无可行的核磁共振渗透率模型可用。

75 第四节 核磁共振测井解释模型及其应用 五、渗透率模型 核 磁 渗 透 率 岩心分析渗透率

76 第四节 核磁共振测井解释模型及其应用 ФFFI ФBVI T2cutoff 粘土束缚流体 毛管束缚流体 可动流体体积 有效孔隙体积
标准T2谱 粘土束缚水体积 有效孔隙度 总孔隙度 毛管束缚流体 free fluid mobile water hydrocarbon matrix dry clay clay- bound capillary MFFI feff Conductive Fluids MCBW MBVI ftotal 可动流体 毛管束缚流体 可动流体体积 有效孔隙体积 总孔隙体积 渗透率 ФFFI ФBVI

77 第四节 核磁共振测井解释模型及其应用 六、饱和度模型 实验表明，油对岩样T2分布有显著影响，如图所示。图中为实验观测结果。
饱和度的增加，水的体积减少， 孔分布的左边部分，即水的峰 逐步降低，而右边部分，即油 的峰则不断增加。同时，由于 水所占据的空间比表面发生变 化（表面积相同，但体积减小） ，使水的T2值相应减小，如同小孔中的快衰减。

78 第四节 核磁共振测井解释模型及其应用 六、饱和度模型
这一实验观测结果可以用右图予以说明。100％含水时，单一孔径在T2分布上只有一个单峰，数值大小由比表面积确定。当孔隙中注油后，油是非润湿相，在孔隙中处于被水包围的状态，弛豫保持其固有的T2特征，分布在T2增大的方向，随着油含量的增多，峰值幅度会不断增加。而水本身的信号不仅幅度下降，其位置也往T2低的方向移动。 理论研究和实验进一步表明，由观测回波串反演拟合得到的T2分布，只有当岩石孔隙中仅存在单相流体时，才 与孔径分布对应，而当孔隙中同时存在油 水两相、或油气水三相流体时，T2分布不 再代表孔径分布。以此为基础，充分利用 T2分布有关油、气、水三相流体扩散系数 以及纵、横向弛豫时间的差异和综合作业 方式的可控制性，可以发展相应的油气识别方 法和确定流体饱和度的模型。

79 第四节 核磁共振测井解释模型及其应用 六、饱和度模型 T2谱的组成： 不同性质流体NMR响应特征 流体类型 核磁特性 束缚水 可动水 稠 油
稠 油 轻质油 天然气 纵向弛豫时间（T1） 非常短 中等 短 与粘度有关 长 横向弛豫时间（T2） 受回波间隔、扩散系数、梯度场强度影响 扩散系数（D） 小 大

80 第四节 核磁共振测井解释模型及其应用 六、饱和度模型
双TW法：是根据轻烃（天然气和轻质油）与水的纵向弛豫时间T1的差异发展起来的双TW法。通常，轻烃有比较长的T1，而水则由于与岩石孔隙表面相接触，T1大大缩短，因而，轻烃与孔隙水完全极化所需要的时间差别很大。对于孔隙水而言，较短的极化时间就足以使其完全磁化；而轻质油与天然气则需要较长的极化时间，才能完全磁化。 所以，如果有轻烃存在，长、短 极化时间得到的T2分布就会有明 显差异。 理论上，两个T2分布相减，水的 信号可以相互抵消，而油与气的 信号则余留在差谱之中，由此可 识别油气。这种方法叫差谱法。 ,000 T2 (ms) 长TW 短TW 双TW测井:T1加权 Water Gas Oil

81 第四节 核磁共振测井解释模型及其应用 六、饱和度模型
双TE法：是根据粘度较高的油与水的扩散系数D的差异发展起来的双TE法，通常，水的扩散系数比较大，而高粘度原油的扩散系数比水小。观测的横向弛豫时间T2是流体的扩散系数D，回波间隔TE以及磁场梯度G的函数。对于固定的G，减小TE，高粘度油与自由水的T2将发生不同程度的变化，即自由水的T2将比高粘度油以更快的 速度减小。通过合理地选择TE，甚 至可以在T2分布上把自由水与高粘 度油完全分开。比较长、短TE的T2 分布，找出油、水的特征信号，从 而识别流体，这种方法叫做移谱法。 ,000 T2 (ms) 短TE 长 TE 双TE测井:扩散加权 Water Gas Oil

82 第四节 核磁共振测井解释模型及其应用 六、饱和度模型
如果地层孔隙中同时存在稠油、凝析油、油基钻井液滤液等多种烃的成分，各种成分在T2分布中互相重叠，难以识别，则还可以综合利用扩散加权的机制，使各种流体成分在T2分布中分开，再进行拟合处理。对于更一般 的情况，稠油可能与束缚 水以及天然气的信息重叠 在一起，如图所示。此时， 一维核磁共振测井已经无 能为力，需要发展二维核 磁共振测井及其处理和解 释方法。

83 第四节 核磁共振测井解释模型及其应用 七、核磁共振测井应用支持 1.测前设计
实践证明，核磁共振测井是一种有效的油气识别和储集层评价方法。它可以单独使用，也可以与其他的常规测井资料一起综合使用。对于一些特别复杂的地层条件，如岩性特别复杂的储集层，低电阻（电阻率低差异）储集层，低孔（低渗）储集层以及中一高粘度油储集层，常规测井方法已经无能为力，核磁共振测井可能成为评价这些复杂储集层的唯一技术。核磁共振测井具有丰富的观测模式，每一种模式都有其独特的功能和适用范围。若使用不当，轻者会浪费时间，增加不必要的劳动；重者可能根本无法达到测井目的，获得的数据没有价值，甚至产生误导。因此，在实施核磁共振测井作业之前，进行测前设计，对保证测井的成功是一项基础性工作。 核磁共振测井的测前设计通常按以下三个步骤进行： ①确定储集层流体的核磁共振特征（T1,T2,Do和HI) ②估算目的层的核磁共振测井响应（T2谱,极化,视孔隙度）。 ③选取观测模式并确定合适的采集参数（TW、TE、NE）。

84 第四节 核磁共振测井解释模型及其应用 七、核磁共振测井应用支持 2.实验室核磁共振对核磁共振测井资料解释的支持
实验室的核磁共振岩心分析，对于核磁共振测井资料的解释和应用来说，在很多时候是不可缺少的。其作用包括：孔隙度的验证、束缚水一自由流体区域模型的建立、渗透率区域模型的建立、储集层流体的核磁共振特性测量T2分布的解释（孔径的影响、流体与饱和度的影响、或岩石背景磁场梯度的影响）、核磁共振测井参数优化和岩石润湿性分析等。 3.测后质量检查 每一种核磁共振测井仪器都有一套完整的质量控制方法和指标，包括刻度、测前的校验、测井过程中的质量监测以及测后的质量检查。

85 第四节 核磁共振测井解释模型及其应用 ★天然气、轻质油在标准T2谱、移谱、差谱上响应特征
轻质油层是指在地层条件下原油粘度小于5cp的油层。在物性基本一致的情况下，标准T2谱上，气层峰值在水层的前面，轻质油峰值最长位于水的后边，同时其T2谱分布也明显长于水层和气层。在差谱信息上，水层无差谱信号或有弱的差谱信号，轻质油层、气层存在明显的差谱信号；从移谱测井看，气层与轻质油和水相比表现为明显的移谱现象，很容易与水区分，而轻质油与水相比表现为基本相似的移谱现象 。

86 第四节 核磁共振测井解释模型及其应用 ★中等粘度油层在标准T2谱、移谱、差谱上响应特征
中等粘度油层是指在地层条件下原油粘度介于5-50cp之间的油层。当其粘度与轻质油接近时，响应特征与轻质油类似；当其粘度靠近稠油时，响应特征与稠油类似。图为粘度11.87cp/500C的油层核磁测井成果图，图中标准T2谱上，油层、水层的T2谱主峰分布比较接近，在差谱信息上，油层有明显的差谱信号而水层有很弱的差谱信号；在移谱测井上，油层与水层存在明显的差异，水层表现为迅速前移，其峰值移到了油峰的前面。

87 第四节 核磁共振测井解释模型及其应用 ★稠油层在标准T2谱、移谱、差谱上响应特征
稠油层是指在地层条件下原油粘度大于50cp的油层。在标准T2谱上，水层的T2谱分布明显比稠油层T2谱分布范围较广；在差谱信息上，稠油在1s内基本上已完全极化，无或弱的差谱信号显示；与此相反，对于水层，在1s的短等待时间内，大孔径中的水信号没有完全极化，有明显的差谱信号显示；从移谱测井看，无论水层还是稠油储层，其T2谱的右边界均表现为前移的趋势，但稠油层的T2峰值前移的程度要远低于水层。

88 自喷日产油13.65吨，气1520方。原油粘度10.5cp，密度为0.8322g/cm3
第四节 核磁共振测井解释模型及其应用 ★应用特征集法成功评价油水界面实例 6 50 解 释 结 论 深 度 m 自然伽马 井径 自然电位 Bin孔径分布 150 16 (API) (IN.) (%) 100 (MV) 3000 (MS) 0.3 长等待时间T2谱 TE=0.9ms TW=13s 短等待时间T2谱 TW=1s 不同等待时间差谱 TE=3.6ms TW=10s 短回波间隔T2谱 长回波间隔T2谱 TE=1.2ms 毛管束缚孔隙 有效含水孔隙 含油孔隙 含气孔隙 自喷日产油13.65吨，气1520方。原油粘度10.5cp，密度为0.8322g/cm3 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 42 43 44 日产油9.59吨，无水 日产油8吨，水17方。原油粘度6.5cp

89 第四节 核磁共振测井解释模型及其应用 泥质粉砂岩低孔、低渗储层评价例子
124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 解 释 结 论 深 度 m 自然伽马 井径 自然电位 Bin孔径分布 150 6 16 50 (API) (IN.) (%) 100 (MV) 渗透率 深侧向 0.2 200 (MD) (ohm.m) 浅侧向 微侧向 声波 补偿中子 密度 500 (us/m) 45 1.95 2.95 (g/cm3) 标准T2谱 0.3 3000 (MS) TE=0.9ms 毛管束缚孔隙 有效孔隙度 总孔隙度 长等待时间T2谱 TW=13s 短等待时间T2谱 TW=1s 不同等待时间差谱 TE=3.6ms TW=10s 中回波间隔T2谱 TE=1.2ms 长回波间隔T2谱 短回波间隔T2谱 δ ～ 124、125、126号层试油，日产油4.1t，气104，水0方，原油粘度2.57cp/50℃

90 第四节 核磁共振测井解释模型及其应用 铁 该井的第24、26、29层的差谱有非常明显的显示，说明含油可能性极大，而在第25、27、28、30、31等层有较弱的差谱显示，说明含油可能性稍小 。第24-29层，试油结果日产油12.63吨，无水 。

91 第四节 核磁共振测井解释模型及其应用 锦 井从第63-68层均有不同程度的差谱显示，说明有一定的含油可能性 ，移谱有较小的移动，但由于该地区为稠油区块，因此，核磁T2谱显示为稠油特征。对第63-67层试油，日产油18吨，水7.8方；累计产油4734吨，产水148方，与解释结论相符。

92 差谱 TW 移谱 TE 有效孔隙度最大达15%，可动流体体积占7%； 试油，两层日产油2.1t，日产气11536m3

93 第四节 核磁共振测井解释模型及其应用 油水界面 阵列感应 时域曲线

94 第四节 核磁共振测井解释模型及其应用 结束，谢谢！ 东河1-6-7井核磁共振JI、JII处理图 东河1-6-7JIII、JIV核磁处理成果图

95 作 业 1、简单描述一下单个核磁矩在外加磁场作用下的行为。 2、什么是宏观磁化强度？其大小与哪些因素有关？
3、什么是核磁共振现象？什么叫弛豫？什么叫纵向弛豫时间？什么叫横 向弛豫时间？ 4、试述自旋系统在射频脉冲施加之后的行为过程。 5、施加射频脉冲的作用是什么？90°和180°脉冲的含义是什么？ 6、简述自由感应衰减信号的测量过程。 7、简述自旋回波脉冲序列的作用过程。 8、简述横向弛豫时间T2的测量过程？ 9、简述纵向弛豫时间T1的测量过程？ 10、分析流体扩散作用对横向弛豫时间的影响？ 11、什么是自由弛豫，流体的自由弛豫特性有哪些？ 12、什么是扩散弛豫，流体的扩散弛豫特性有哪些？ 13、孔隙流体的纵向弛豫机制与横向弛豫机制有什么不同？

96 作 业 14、表面弛豫机制的作用原理是什么？它与哪些因素有关？ 15、为什么说核磁共振测井信号与岩石骨架无关？
16、简述岩石中流体弛豫衰减特性？ 17、简述油、气、水在横向弛豫时间T2、纵向弛豫时间T1和扩散系数D的 三维空间坐标中的分布特点？ 18、核磁共振测井仪的探头包括那几部分？各起什么作用？ 19、核磁共振测量的主要步骤有哪些？ 20、为什么核磁共振测井能按不同的径向切片区域进行弛豫观测？ 21、简述核磁共振测井四种观测模式的作用。 22、简述核磁共振信号数据的处理过程及其显示方式？ 23、为什么说T2谱能反映孔径大小的分布？ 24、在T2谱上能把岩石分为那几类孔隙？不同类型的孔隙在T2谱上一般有 什么分布规律? 25、如何在T2谱上确定粘土束缚水、毛管束缚水和可动流体？

97 作 业 26、简述T2截止值得确定方法。 27、利用T2谱确定渗透率的方法有哪些？ 28、试述双TW法识别流体性质的基本原理？
29、试述双TE法识别流体性质的基本原理？ 30、为什么要进行核磁共振测井的测前设计？设计的目的是什么？

98 结束，谢谢！