核磁共振测井录井课件

核磁共振测井 第六章 核磁共振测井 原子核的自旋：又称核角动量。是核内所有质子和中子的自旋角动量和轨道角动量的矢量和。大小：（根据量子力学）第一节 原子核的自旋和磁矩；h为普朗克常数，I为自旋量子数，整数或半整数。核自旋矢量在空间给定方向Z的投影：为磁量子数，=I，I-1，-I+1，-I 共2I+1个可是，I（自旋量子数）是自旋矢量 在空间给定方向Z的投影的最大值，单位为 。通常用原子核的自旋量子数I来表示核自旋的大小。即 如 的自旋为1，即指I=1，自旋为3/2，即I=3/2。可得规律：（1）偶偶核的自旋为0；（2）奇奇核的自旋为整数；（3）奇偶（奇A核）的自旋为半整数。文献所给的往往是处于基态的，处于激发态往往是不一样的。原子核的磁矩：本征磁矩与核子自旋相关。轨道磁矩与质子轨道运动相关。类似于原子中的电子情况，核磁矩与核自旋矢量的关系为：为核的回旋磁因子，质子质量。在Z方向上的投影：通常用磁矩在给定方向Z轴投影的最大值来表征核磁矩的大小。式中 称为核磁子 1特斯拉=1牛顿/米安培 常作为核磁矩的单位，就像玻尔磁子 作为电子磁矩一样。可见核磁矩要比原子中电子磁矩小的多。式表明：（1）I=0的原子核无磁矩，I0的原子核均有磁矩；（2）以 作核磁矩的单位时，回旋磁因子 就是核磁矩与磁自旋之比值。第二节 核磁共振与核磁测井原理6.2.1 核磁共振 核磁共振：处于某静磁场中的物质的原子核系统受到相应频率的电磁波作用时，在他的磁能级之间发生的共振跃迁现象。什么条件下才能发生核磁共振呢？核磁共振条件：量子力学观点：原子核置于一个均匀的静强磁场中 （Gs），核磁矩 相互作用而获得的附加能量E：（与Z同向）为磁量子数 有2I+1个 按核在磁场中取向不同有2I+1个磁能级，取向不同，获得附加能量不同，磁能量最低是 =I，最高是 =-I。根据力学的选择定则，磁量子数的变化 的跃迁才是允许的，没有意义，只有 的跃迁存在。两相邻的磁能级间才可能跃迁，则相邻磁能级的能量差为：原子核必须获得此能量才能跃迁。如果在垂直于均匀磁场 的方向上再加上一个较弱的高频磁场，其频率为v，原子核吸收此高频 磁场的能量为hv当 ，才有可能发生磁跃迁。反过来说，只有当 时，原子核才会吸收高频磁场的能量而使核的取向发生改变，从而实现由较低的磁能级向相邻较高的磁能级跃迁。此时，高频磁场的能量将被原子核强烈吸收，称为核磁共振吸收；此时的频率v，称共振频率。核磁共振的条件：经典力学观点：旋转着的物体，受到重力作用时并不倒下（陀螺），而是该物体的自旋轴线沿虚线所示的轨迹和方向作圆周运动，不断改变其自旋轴的方向，这种运动在力学中称为进动图61为一带正电的球体，当它按图中所示的方向自旋时就产生磁场，其N极指向右上方。若有一外加均匀磁场 作用于该旋转的带电体（假定重力忽略，或它已被一个向上的均匀电场抵消），那么它并不下落，而是不断改变其轴的指向，其N极按图61所示的方向作圆周运动，这也是进动。各种元素的核素中，大约有一半原子核如同旋转的带电体那样，能与外磁场相互作用，这些原子核都有一定的自旋，I=0的原子核没有磁性；I0的原子核在自旋中会产生磁场，从外界来看这些核就是一些微小的磁体。I=1/2的核，其电荷分布呈球状；I1的核，其电荷分布不是球状，因此，具有电四极矩。如果把原子核放在静磁场中，也会像图61那样发生进动。进动的角频率：即 式中：称原子核的回磁比或磁旋比。这种振动称拉莫尔进动。称拉莫尔频率。如果在垂直 的方向上，再加上一个旋转磁场（交变磁场），一般 ，与旋转坐标 的方向一致，在 也可以认为 是静止的（见图62）。如果所加的旋转磁场的角频率（相对 ）正好等于磁矩 在 作用下的进动频率，则 在 中也是静止的，但 受 的作用，绕 也发生进动，进动频率：此进动较慢，因为 。在x、y、z坐标中将看到两种进动的合成，由于绕 的进动，使 角发生变化。当 变时，在 中获得的能量E也变化。而此能量的变化是以所加旋转磁场能量变化为依据的。这就是核磁共振现象。核磁共振条件：6.2.2 核磁测井的基本原理 核磁共振可用来测定原子核的磁矩，也可以由已知核磁矩改变共振频率，测定未知的静磁场 ；核磁共振CT更有广泛的用途。这里只介绍核磁共振在地球物理中的应用。核磁测井：利用核磁共振现象来测定地层中自由流体的含量、地层的孔隙度、渗透率、含油饱和度，以及划分储集层，确定出水量等的测井方法。在岩石骨架和孔隙流体中，几种丰度大的核素的自旋见表61：核素丰度，%自旋核素丰度，%自旋1H12C 16O23Na99.99 98.9999.761001/2 0 03/224Mg28Si35Cl40Ca78.692.7275.4 96.97003/20 表61 几种核素的自旋 原子核无磁性，和 现在还不能测定。只有 的丰度大，磁性强，容易测定，所以 是核磁共振测井的研究对象。因此，只讨论 核（质子）的核磁共振现象。质子带正电，进行自旋的质子会产生磁场。如果把质子置于外部磁场中，并设该磁场的磁场强度为 （在真空中磁场 ），那么质子对 有（2I+1）种取向（磁能级），质子I=1/2，因此它只能有两种取向（两个磁能级）：即与外部磁场平行或逆平行的方向。前者是质子磁场与外部磁场同向的状态，叫低能态。而后者质子的磁场与外部磁场反向状态，叫高能态。达到平衡时，质子磁能态的分布符合玻尔兹曼分布，在此情况下，低能态的质子比高能态的质子略多。在室温下，在10000高斯的磁场中，低能态的质子比高能态的质子多百分之八。在低能态的质子中，如果有些质子的磁场与外部磁场不完全平行，即质子的自旋轴与外磁场的方向有一夹角 ，外部磁场就要使它取向于磁场方向。质子正在自旋，因此受到这种作用后，它的自旋轴就会在与外部磁场垂直的方向上做进动，这就是 核的核磁进动（看图63）。如果使用与外部磁场 方向垂直的振荡线圈，激发一个与 垂直的直线振荡磁场 。它可分解为两个矢量成分，即两个转向相反的旋转磁场。其中一个旋转的方向与质子进动的轨道方向相同，假如 不变（均匀静磁场），而改变交变磁场的频率（即旋转速度），当它与质子进动的频率相等时，质子就吸收电磁波的能量，从低能态转变为高能态，即产生核磁共振。共振频率，即拉莫尔频率为：回磁比r大的原子核能产生较强的信号，如 核 弧度/秒高斯。的 弧度/秒高斯。核磁测井是测量 核在地磁场中的自由进动。地磁场 相当于 ，地层中的 核沿地磁场取向，并按玻尔兹曼规律分布，那些自旋轴与地磁场不完全重合的 核，则绕地磁场进动 用一极化线圈产生一个与地磁场垂直的强脉。冲磁场，即极化磁场 （一般 ），使 核自旋轴向离开地磁场 倾倒，倾倒角 不断增大，直到接近90，极化脉冲持续时间 （为纵向弛豫时间）以保证完全极化。弛豫：高能态的核不经过辐射而转变为低能态称弛豫。此时原子核的磁化强度 将沿着 取向，并按指数律增长，（代表群体）M（0）热平衡时磁化强度，M（0），经 后断开 ，经过 后才能降到零（探测线圈暂态特性）。看图64，后，只有 ，此时 将以 绕地磁场做拉莫尔进动。于是在探测线圈中将感应出一个电压 。其中幅度与磁化强度M长正比，且按指数衰减：式中，为断开 后 时间的感应电压值，称 为自由感应衰减（FID）或叫核磁测井（NML）信号，为横向弛豫时间。可见：单位体积 数目 单位体积中 数又与自由流体指数（FFI）有关。自由流体指数：单位体积中可流动的液体（水或烃）的百分比含量。核磁共振信号强度 N为共振原子数目；为外磁场（或地磁场）强度r磁旋比，T为绝对温度，I为核的自旋量子数，。第三节 弛豫时间及其测量6.3.1 自旋晶格弛豫 以 核来说，在主磁场 的作用下，系统达到平衡。施以射频场 后，核中 场吸收能量，从低能态跃迁到高能态，撤去 场，体系通过弛豫过程重新返回到相应 场的平衡分布。这时过剩的原子核返回到低能态，将原先获得的能量传递给周围介质（晶格）。这种自旋与晶格（介质）之间的能量交换称为自旋晶格弛豫。弛豫过程中，由于取低能态的原子核增加，磁化强度 的纵向分量不断增加。最终达到平衡时的数值 ，故这一弛豫过程又称纵向弛豫（）。由上述分析可知，企图从微观角度推出纵向弛豫的规律是极为困难的，但从宏观角度看，在一定精度内可用简单的方程来描述这一弛豫过程。的时间变化率与 偏离平衡值 之差成正比，令比例系数为1/，于是：若t=0。初值 =，则上式的解为：由此式可见，是以指数规律上升至平衡值 时间常数为 ，通常称 为纵向弛豫时间。6.3.2 自旋自旋弛豫 自旋自旋弛豫又称横向弛豫 。如前所述，弛豫期间磁化强度矢量的横向分量 逐渐衰减到最终零值。这种衰减是由于各磁矩的相位由一致而趋于随机分布所造成。核磁矩在上下进动圆锥上的数目不变，它们的总能量不变，整个自旋系统的总能量是不变的。，现在来列出描述横向弛豫的方程。由上分析可知 向平衡位置恢复的速度与它偏离平衡值（零）的差成正比，且是慢慢衰减的，故其时间变化率为负值。令比例系数为1/，于是方程：若令t=0时，初值 =，则解为：时间常数 称为横向弛豫时间，同样 是按指数规律衰减的。6.3.3 的测量 测量纵向弛豫时间 的方法很多，这里只介绍反转恢复法（IR）。它是一种常用的测量 的方法，精度高，测量范围大，原理是上页式。在不同的时间点 测得从-到 之间的各个 ，从而求得 。为了实现此思想，需施加180 90脉冲序列，过程：平衡情况下，沿X方向加180脉冲序列，使磁化矢量由M=倒转到-Z方向，即使 =-，=0,脉冲结束后；由-向+恢复（图65），即进行纵向弛豫，但M的横向分 量仍为0。当180脉冲结束后经过时间 ，由于弛豫是自由进动的缘故，=0不变。为了测量 ，必须将 变成横向分量，以便利用接收线圈将感生电动势变成FID。在 方向上再加上一个90脉冲，这样 若负值则被转到-y方向，这时可观察到FID最初幅值，它与 成正比，且为负值。等足够时间使 恢复到平衡状态 后，再测 时的 。测量步骤与测 相同。如果需要，还可测出 时的 ，等一系列 值，从中可计算 。从 测量过程中看，的测量速度非常慢，因子必须等到磁化矢量 恢复到平衡状态，才可以测量下一个点。6.3.4 的测量 横向弛豫过程是由于各磁矩所受高部磁场的影响不同，它们的相位由一致渐趋不一致而造成的。在次过程中磁化强度矢量 的横向分量 按指数规律衰减到零。其时间常数 定义为横向弛豫时间。实际情况下，由于主磁场的不均匀，的衰减极大地加快，相应的时间常数变成。（图66）式中，是由于主磁场不均匀而引起的量，它与地层特性无关。因此，测量的主要任务是去除主磁场不均匀的影响，一般采用自旋回波法来实现。自旋回波法中所加脉冲序列为90 （180 ，这里m指回波个数，n为平均（重复）次数，为等待时间。(见图66)。90脉冲后，=0，=，随着在接收线圈中产生FID，逐渐衰减。如果外磁 磁场均匀，以 为时间常数衰减，但外磁场总是不均匀的，故衰减时间衰减时间常数为 。为了去除外磁场不均匀性的影响，在经过 后施加一个180脉冲，在接收线圈中将重新出现一个幅值先增长，后衰减的射频信号，在t=处出现最大值，这一信号就称自旋回波，最大值决定于横向弛豫时间 。改变180脉冲个数可得到不同时间间隔下的自旋回波，从而得到 的关系曲线，求得 。自旋回波法的原理最好用图67说明。在 方向施以90脉冲后，（图67a）。由于外磁场的不均匀，FID以时间常数 很快衰减（图67）。在t=时，FID衰减到几乎近于零，这是由于构成磁化矢量 的各核磁矩 的进动快慢不一，很快在进动圆锥上分散开来的缘故。图67b表示5个核磁矩矢量 ，它们是许多散开的核磁矩的代表。由于外磁场的不均匀，这些核磁矩的进动频率各不相同，设按序递减。且设 的进动频率等于共振的拉莫尔频率 于是 的进动角频率 ，的进动角频率 。在旋转坐标系中 相对静止。相对于 的速度为正，即沿顺时 针方向转动；相对于 的速度为负，即转反时针方向转动。图67c说明在 方向施以180脉冲后，,绕轴 转动180，即 从+转到 ，其他核磁矩也都转到与 轴对称的位置。180脉冲结束后，这些核磁矩仍按原来的转动方向进动，即 在旋转坐标系中仍沿顺时针方向转动，仍沿逆时针方向转动，于是它们在 方向上渐渐逐集（图67b），接收线圈中FID渐渐增强。由于各核磁矩的进动频率在整个序列作用期间是不变的，故核磁矩分散所花的时间 等于它们重新聚焦所化的时间（-），因此，=-，或 =/2。此后核磁矩继续以不同速度进动使聚焦的核磁矩重新散开，信号重新又衰减。可见，在t=n （n=1,2,3）时外部磁场的不均匀性影响全部抵消，且在t=n 处记录信号的幅值是 的函数，的作用真正显露了出来，故这些回波最大幅值之间的变化过程代表了介质磁化强度 衰减的变化。从 测量中可以看出，测量总比 测量快得多，因为在采集回波过程中，不用等到恢复到平衡状态 。第四节 回波串的处理方法 图68回波数据见图68 回波数据的多指数拟合处理有三种方法：6.4.1 最小二乘法 假设观测到的回波有n个，弛豫分量有m中，拟合函数为：可以写出联立方程组：式中：；n为所划分的单元个数，一般n=816。写成矩阵的形式：（1）式中 表示白噪声对观测回波的贡献，用最小二乘法求解方程（1）得到各弛豫的幅度P：（2）用标准最小二乘法求解式（1）将受到噪声的强烈影响，常常施加某种正则化因子平滑掉解中各分量的变化。此外，为了保持求解结果的物理意义，还要考虑非负约束，加进正则化项 ，得到矩阵形式的各弛豫分量吉洪诺夫解为：（3）6.4.2 矩阵奇异值分解法 矩阵奇异值分解法通过A的奇异值分解，得到对角元，即（4）式中，U，W，Z都是对角矩阵，各元素均大于或等于零（奇异值），把式（4）代入式（2）得：（5）数据中的噪声将限制从测量值中可靠的提取自由参数的个数，根据从数据中估算的信噪比（SNR），对奇异值进行处理，得到：（6）在迭代过程中，强制Y向量中各元素遵守非负约束，首先由全矩阵A确定一个初始解，如果Y的分量都为正或零，就接受这个解，否则，删除掉矩阵A中与Y向量最负的元素对应的列，得到一个减小的矩阵 ，并重新开始上述过程，计算出一个减小的解向量 ，迭代次数不能超过弛豫分量的个数。奇异值分解方法通常很费时间，特别是弛豫分量很多，或者要求强制的非负约束计算太多的时候，运算速度将很慢。比较而言，非负最小二乘法（NNLS）速度要快的多。6.4.3 综合迭代重建法 式（1）去掉误差项得：（7）方程（7）可能是超定的、正定的或欠定的。方法1、2都存在对低信噪比数据效果差、布点不灵活等问题和不足，因此提出综合迭代重建法，具体实现步骤：首先给定谱的初始模型 求出预测弛豫信号 与实轴弛豫信号 的误差，即：（8）（9）对于矩阵A，可看出元素 ，因此可使 按方程系数 的大小分配到每个 中，利用 求出弛豫谱幅度的修正量 ，使反演的弛豫时间分布符合物理实际。令 代入（9）式后，得：（10）式（10）即为对的分配系数。分别计算所有的修正值（即每个弛豫信号的修正量），然后在修正P的近似值之前保持该修正残差固定，按修正分配系数及第j列元素的个数来平均这些修正量，的修正量为：（11）式中IA（j）为矩阵A中第j列元素中非零元素的个数；为第q次迭代计算的第i个弛豫信号的残差。由于矩阵A中存在很多零值元素，因此，IA（j）一般小于或等于m，这样，解的迭代修正速度会大大快于第二种方法。通过（11）式计算的弛豫谱分量幅度残差对弛豫谱分量幅度近似值的修正式为：（12）方程（11）和（12）即为多指数迭代反演计算核磁共振 谱的基本迭代公式，因其是在全部方程都处理之后，才对方程近似解进行修正，故称其为联合迭代重建反演算法，然后求出 分布，如图69：从 的分布可以看出，的分布曲线下的总面积即代表了地层孔隙的体积：图69 MPHI为核磁有效孔隙度。利用回波串多指数拟合得到的 及其分布谱来计算地层的孔隙度MPHI、可动流体体积MBVM、束缚流体体积MBVI及渗透率MPERM等储层岩石物理参数。MPHI的孔隙度模型如图610：大量的实验研究证实，对大多数砂泥岩地层，多指数拟合的前三个或四个 （j=1,2,3）的孔隙度 的总和为地层束缚流体体积，即：图610由此可见，在大多数砂泥岩地层，区分地层中束缚流体与自由流体的 截止值 在1632ms，一般取为32ms左右。对碳酸岩地层，截止 在90ms左右。计算渗透率MPERM所使用的公式是基于Coates公式。其通用形式为：对一个油田，可利用岩心测量的渗透率 与MPERM的匹配来确定上式中的指数a、b及常数c，通常可利用多元线性回归来确定a、b、c。实际应用中，上式可简化为如下形式：式中，常数c的取值范围是515。有岩心数据时，可按下式计算c值：式中，n为实验岩样的个数。如果没有岩心数据可用时，c一般取为本10左右。第五节 核磁共振测井仪 当前，世界上能够提供核磁共振测井服务的主要有3家，即俄罗斯、斯仑贝谢和Numar公司。当代核磁共振测井可分为三种类型：（1）大地磁场型（gMK型）：以俄罗斯生产和制造为主，目前已广泛应用于俄罗斯、革达革旦、秋明、哈萨克斯坦等地区，年测井近1000口井。（2）脉冲强磁场贴井壁型：斯仑贝谢公司研制并投入生产使用。（3）成像测井型：美国Numar公司研制并投入生产使用。这三种核磁测井仪器的基本特点见表6-4。6.5.1 俄罗斯核磁共振测井仪 在前苏联从60年代起，许多科研院所就开始了这项技术的研究工作，经过几十年的发展，现在已拥有了一套完善的测井方法和先进的仪器设备，主要仪器有：AgMK1型、AgMK3型、AOMC1型及gK923型核磁共振测井仪。1.gK923型测井仪工作原理 gK923型核磁测井仪采用的观测方式是预极化地球场自由进动法，通过采集自由感应衰变的脉冲信号来获取地层流体信息。以大地磁场作为稳定磁场，但它存在不均匀性与受温度不同的影响，其稳定的极化磁场（强度约为地磁场的几千倍）作用时间达2.53S，这样长的极化时间可保证测量的灵敏度。为了在井眼中激发和记录自由进动信号gK923测井仪如图611所示的仪器结构。线圈1为矩形线圈，用来在井眼中激发和测量自由进动信号。测量开始前被研究介质中反作用有地磁场 ，核磁化强度 与之重合。测量开始后流过线圈的电流在井眼周围介质中形成一个稳定极化场 ，其方向与地球场垂直，在极化作用期间，介质的核磁化强度达到一定数值（图611b）经过时间 后，地面装置借助于残余电流继电器把极化电流降低到 值，称残余电流。经过 时间后，残余电流断开，引起氢原子核进动，在线圈中感应出约为2000Hz，按指数规律衰减的感应电动势。（图611c）：其中，自由进动信号初始振幅；横向弛豫时间。由于断开残余电流，在线圈中产生一个转换过程，所以进动信号的测量是在进动开始以后经过某一时间才开始的。在次期间，束缚水及粘度大的流体产生的信号会衰减掉。线圈中感应出的自由进动信号要经过井下和地面仪器放大器的放大。由于线路的谐振作用，自由进动信号的形状会发生畸变，其初始值仅能根据整个信号的分析来确定，利用检波器对信号整流后得到放大信号的包络线。该测量装置可在固定时刻 测量整流信号的电压 选出其中的二者，便可确定自由进动信号的初始振幅值 ，即：。其中，。除了确定 外，还可确定纵向弛豫时间 连续有规律的改变极化时间 ，重复测量自由进动信号初始振幅 ，分析 与 之间的关系可以确定 。或者固定极化时间，改变残余电流作用时间，分析 和的关系，也能确定 。6.5.2 CMR测井仪 CMR为斯仑贝谢公司的测井仪。它不用地磁场，而是采用磁性很强永久磁铁产生静磁场，。磁体放入井中，在井眼之外的地层中建立一个比磁场强度大1000倍的均匀磁场区域，天线发射CPMG（Carr,Purcell,Meiboon,和Gill）脉冲序列信号（90 （180 自旋回波 （180 自旋回波 （180 并接收地层的回波信号。CMR原始数据由一系列自旋回波幅度组成，经处理得到 弛豫时间分布。分布为主要的测井输出，由此可导出CMR孔隙度、束缚流体孔隙度、自由流体孔隙度和渗透率。CMR仪为小型滑板仪，连接长度14.2ft，重327Ib，额定温度350F，额定压力20000Pa，其结构及横截面图如图612。CMR必须用弓型弹簧、在线偏心器或动力井径仪进行偏心测量。探测器最大宽度5.3in，带有滑套弓型弹簧的最大总直径为6.6in。对于一般的井眼条件，推荐的最小井径为6.25in。当井眼条件很好，CMR可在5.785in以下的井眼中进行测井。1.CPMG脉冲序列参数的选择 井下NMR测井为周期性的，而不是连续的。测量周期由等待时间和自旋回波采集时间段组成。采集时间比等待时间短得多。在等待时间段，氢核重新回到仪器磁场方向。等待时间根据孔隙流体的 而定。在采集时间段，仪器的发射线圈快速发出自旋回波。隔一定的时间段（回波间隔）收集回波。等待时间、采集的回波数和回波间隔被称为脉冲序列参数。这些参数决定了NMR的测量，必须在测井前加以说明。参数的优化选择与岩性和流体类型有关，并与CMR仪是连续测量还是点测有关。（1）测量周期 为校正电子线路的偏置，自旋回波序列成对采集，称为相位交替对。采集一个相位交替对的总周期时间为：其中，为等待时间，（S）；为回波数；为回波间隔（S）。周期时间长可提高CMR测井的精度，但是，对于环境变化大的井，长周期导致低测速和长的点测停留时间。（2）测速 在连续测井中，调节仪器测速确保在井下每个采样频段（通常为6in）中完成一次新的测量 周期。最大测井速度为：最大测速（ft/h）=采样率（in）/周期时间（S）300 图613为最大测速与等待时间和采集回波数的关系。大多数CMR测井速度在150600ft/h之间。在束缚流体测井模式下测速可达800ft/h以上。（3）脉冲参数选择的约束条件 回波间隔 为提高对快速衰减组分（即小孔隙及高粘度油）测量的敏感性，CMR测井通常采用最小回波间隔（0.28ms）。随着硬件的改进，期望最小回波间隔随之减小。为增强扩散弛豫，需增长回波间隔，这适用于不含大量微空隙的纯净地层。为保持对小孔隙的敏感性，回波间隔很少超过1ms。回波数 采集的回波灵敏为：200、300、600、1200、1800、3000、5000和8000。回波间隔0.28ms时对应的采集时间分别为0.056，0.084，0.17，0.34，0.50，0.84，21.40和2.24S。在连续测井时采集的最多回波数常为1800。计算机模拟和现场经验表明：再增加回波数对CMR孔隙测井造成的变化可忽略。在点测时，推荐最少的回波数为3000，以保证提供详细准确的 分布。等待时间 理想情况下等待时间应足够长，以使氢核完全极化。因为不完全极化的氢对自旋回波幅度的贡献不完全。实际上，等待时间受制于井场效率的要求。对不完全极化要进行校正。通常，等待时间比孔隙流体的平均 长三倍。最小等待时间 由于发射线圈频宽比的限制，最小等待时间约为采集时间的两倍。实际上，这不成为一种限制，因为等待时间和采集时间均由孔隙流体的弛豫时间（和 ），具有长 的孔隙流体也有长 ，因此需要长的等待时间。（4）参数选择 脉冲序列参数选择首先基于预工作计划和现场测量进行。预工作计划包括估算孔隙水和侵入带烃（原 有烃或油基泥浆）的平均弛豫时间（平均 ）。对于一般的仪器操作，等待时间近似为这两种 中较大值的四倍。在估算孔隙流体弛豫时间时，通常假设岩石为水湿润性。在次情况下，烃以体积速率弛豫，油的体积弛豫根据储层条件下的粘度估算。气体的体积弛豫与储层温度和压力有关。和 与流体粘度的关系曲线见图614。脉冲序列的检查常常通过在产层段的一次长等待时间测井后，再用短等待时间重复测井实现。产生精确CMR孔隙度和小的极化校正（例如 小于2pu）的最小等待时间用于主要测井。在一个地区或地层几次CMR测井之后，常可确定出最优序列。该序列便可用于后续CMR测井。6.5.3 Numar公司的MRIL仪器 1.仪器说明 C型双频MRIL是一种心轴型仪器，它由三部分组成：探头（长8in即20.32cm，直径4.5in即11.43cm或6.0in即15.24cm）；长13ft(396.5cm)、直径3.626in(9.21cm)的电子线路短节和长10ft（305cm）、直径3.626in(9.21cm)的电子线路短节和长10ft（305cm）、直径3.626in(9.21cm)的储能短节（见图615）。C型仪器的电子线路和储能盒通过电缆连接，可连入主要电缆服务公司的仪器串中。仪器的接头由一个永久磁铁长24in，提个调谐射频（RF）天线和一个测量射频磁场幅度的传感器组成。静磁场呈圆柱形轴对称，磁力线指向地层，磁场幅度与径向距离的平方成反比，调整RF磁场形状，使其符合静磁场空间分布，且使RF磁场与静磁场相互垂直，这种结构形成一个圆柱形共振区域，其长度为43in 109.22cm（或24in，这取决于RF天线的张角）、额定厚度为0.04in(即1mm)。有两种探头可供选择，直径为6in(15.24cm)的标准探头，用于直径7.78512.25in(19.7731.12cm)的井眼；直径为4.5in(11.43cm)的小井眼探头，用于直径6.08.5in(15.2421.59)的井眼。C型仪器通常的操作频带为650750KHZ，共振区域半径7.75 8.5in（19.68921.59cm）（对于标准探头）。C型仪器为数字化仪器，原始回波按载波被数字化处理，所有的后续滤波和检测均在数字域实现。2.仪器特点 （1）多频工作 C型仪器具有灵活的变频特性，可从一个频率跳变到另一个频率，对于 的额定磁场梯度，一个15KHz的频率跳跃对应于共振区 域半径0.09in的变化，该设计也支持在两种频率下同时测量，双频测量的几何图见图616。（2）测低阻井 低阻井相当于一种对射频天线的负载，负载常用天线因子Q表示。在直径8.5的井眼中，10m的淡水泥浆井眼中天线Q值为100，而在 =0.02m的井眼中，Q值变为7，低Q值对MRIL信号质量有不良影响。（3）信噪比（SWR）高 测量频率为725KHZ时，在淡水泥浆井眼环境下，仪器的单回波SWR为70：1，计算结果经多次回波提高了信噪比，其FFI的信噪比为240：1。（4）调幅与调相功能 C型仪对每个回波提供完全幅度和相位调制 （5）测速快 测速取决于MRIL输出的单次实验信噪比，期望的测井精度纵向张角及地下 能允许的测量周期时间 。在单一共振体内，要使恢复达到95%以上，恢复时间 必须满足：。由于多频工作的结果，周期时间稍长于标准化所用频率数的 。在双频工作情况下，。在 =500ms、1000ms和2000ms的条件下，地层极化完全恢复对应在周期时间为750、1500、3000ms，依测井环境不同，C型仪测速约为B型的4.414.4倍。（6）垂向分辨率高 通过减小射频天线的纵向张角可得到更高的分辨率，目前探头设计张角为43in，C型仪兼容更小的张角（24in）。3.脉冲参数选择 MRIL采用CPMG脉冲序列完成对 的测量 。其CPMG脉冲参数选择方式基本上与CMR的脉冲参数选择方式相同。C型仪器的回波间隔时间约为1ms。每个深度测量点上记录的回波串为：在淡水泥浆井眼中约为1200个回波，在咸水泥浆井眼中，约300500个回波。4.MRIL的垂向分辨率和信噪比 NMR仪的垂向分辨率受控于永久磁场及射频磁场的形状，即决定于磁体物理尺寸及射频天线。理论上，MRIL仪的探测体积为一圆环（见图617），圆环大小受射频天线的张角影响。MRIL数据的垂向分辨率和信噪比不仅受控于NMR的物理特性和传感器的设计，而且与数据采集及处理过程有关。C型仪的操作模式为双频双相交替方式。脉冲序列依次为：频率2，原相位；频率1，原相位；频率1，反相位；频率2，反相位。相位交替改变了NMR回波的符号，而干扰信号的相位不变。通过改变所有反向回波的符号并将所有测量求和，相干干扰被消除。根据井眼环境，在用MAP完成回波数据转换之前，也许要进行附加的求均值以提高信噪比特性。在井场或后处理软件中应用滤波技术进行后续的MAP处理。使用时序分析法通过比较某一特定层段中两次或多次测井数据可以定量评估垂向分辨率和信噪比。在3、10和30ft/min测速下分别进行重复测井得到三对测井曲线，用时序分析计算出相关系数和信噪比与空间频率的关系，平均低频信噪比特征见表62。对用新的24in张角的MRIL仪采集数据进行时序分析现场曲线指出24in的数据显示出明显的层界，并可分辨出薄层。其时序分析结果见下表63，与表62中43in张角的结果比较可见，24in张角的垂向分辨率提高。低频信噪比二者无差别。根据简单的几何原理，我们预计24in张角的信噪比应降2.5dB，且信噪比的这种降低与测速无关。测试井的时序分析指出，信噪比降低小于5dB。测速，ft/min 3 10 30 总孔隙度 （MPHI）%46.9 38.1 34.4束缚流体孔隙度 （MBVI）%36.7 27.5 22.0可动流体孔隙度 （MBVM）%46.7 44.3 40.1表62a 43in张角的信噪比（109.22cm）测速，ft/min 3 10 30 总孔隙度 （MPHI）%3.5 4.1 4.7束缚流体孔隙度 （MBVI）%3.1 3.5 3.9可动流体孔隙度 （MBVM）%3.3 3.7 4.4 表62b 垂向分辨率 测速，ft/min 3 10 30 总孔隙度 （MPHI）%48.7 39.3 34.0束缚流体孔隙度 （MBVI）%36.2 25.8 16.2可动流体孔隙度 （MBVM）%47.9 42.0 34.0 表63a 24in张角的信噪比（60.96cm）测速，ft/min 3 10 30 总孔隙度 （MPHI）%2.5 2.7 3.8束缚流体孔隙度 （MBVI）%2.4 2.7 3.7可动流体孔隙度 （MBVM）%2.1 2.3 3.1 表63b 垂向分辨率 俄罗斯gMK型斯仑贝谢CMR型 Numar B型 C型测量原理 预极化-自由进动永磁局部均匀磁场-脉冲方法偶极梯度场-脉冲方法 观测方式 预极化-FID 自旋回波 自旋回波 磁场强度300/0.510-4T 50010-4T25010-4T-2510-1T/cm25010-4T-2510-1T/cm 输出数据U1，U2，U3一个回波串一个或两个回波串 提供信息自油流体指数FFIFFI、束缚水、孔径FFI、渗透率、扩散系数、束缚水、孔径 最大测速 300m/h82m/h(砂岩)91m/h（灰岩）146m/h 550m/h 探测深度150cm（从井轴起）2.5cm(从井壁起)175cm(从井轴起)197-216cm(从井轴起)表64 三种核磁测井仪器的基本特点对比 纵向分辨率 30cm25cm(慢测)15cm（点测）61cm 50cm 仪器长度 2.5cm 4.3cm11m14cm 仪器重量 132Ib 300Ib995Ib1400/13001400Ib1300(4.5)泥 浆 G 1.21.25g/cm3 不限制RM0.05mRM0.02m 共振频率2300 300HZ 2MHZ 1MHZ650-750KHZ双频相差15KHZ 信噪比 5 170：1240：1 回波间隔 0.320ms2.40/4ms1.20/2ms 耐温特性 120C175C150C 155C 仪器外径 13cm17/13.5cm 15.2/11.4cm 耐压特性 60Mpa137.9MPa 137.9MPa 组合特性 可组合 可组合