(T2,D)二维核磁共振测井混合反演方法与参数影响分析

一维核磁共振(1D NMR)测井技术在流体识别中具有一定的局限性.二维核磁共振(2D NMR)测井能同时测量到多孔介质中横向弛豫时间(T₂)和扩散系数(D)等信息,利用这两个参数区分流体性质,较一维核磁共振测井技术具有明显的优越性.针对梯度场下的2D NMR测井弛豫机理和数学模型,提出了适用于求解大型稀疏矩阵方程的反演方法-基于非负最小二乘法(LSQR)和截断奇异值分解(TSVD)法的混合算法.为验证方法的有效性,先根据多回波观测模式合成回波串数据,然后再用混合反演算法进行反演,反演得到横向弛豫时间(T₂)和扩散系数(D),并构建T₂-D二维谱图.结果对比表明,该混合反演算法得到的T₂-D二维谱与流体模型一致性好,计算精度均比单一反演方法有较大改善,表明该混合反演方法可用于油气储集层2D NMR测井的反演和流体识别.此外,分别对油水同层和气水同层模型进行了正演模拟和反演实验, 系统考察了不同磁场梯度、不同回波间隔组合对反演效果的影响,为2D NMR参数设计提供依据.     

岩石润湿性的核磁共振表征方法与初步实验结果

随着石油勘探开发领域的不断扩大,某些复杂油气藏尤其是致密油气的岩石物理响应,受岩石润湿性变化的影响越来越明显,影响油气藏的评价以及后续勘探开发,识别和评价岩石润湿性成为重要的研究课题.核磁共振弛豫可以有效表征多孔介质孔隙及其流体分布,特别是通过T₁-T₂弛豫图谱能够获得流体分子与孔隙表面相互作用的信息,进而为孔隙表面润湿性质的判断提供了可能性.本文首先讨论了T₁-T₂弛豫谱表征孔隙介质润湿强度的理论基础,然后,采用一阶近似方法对孔隙表面流体分子的核磁共振弛豫分布进行正演模拟,建立T₁/T₂比值法判别孔隙介质润湿性的基本方法.最后,选取玻璃珠和天然砂岩样品进行初步实验,验证方法的合理性.结果表明,当岩石饱和双相流体时,润湿相流体T₁/T₂值高于非润湿相流体,通过观察不同饱和度状态T₁-T₂二维图谱的变化,能够判断岩石的润湿性.本文的理论分析与初步实验结果为岩石润湿性研究提供了新的手段,对核磁共振测井探测储层润湿性也具有一定的应用价值.     

三维大地电磁自适应L1范数正则化反演

常规三维大地电磁反演的正则项为L₂范数,它以电阻率空间分布函数处处光滑为模型期望,弱化了算法对电性突变界面的分辨能力.本文实现了正则项为L₁范数的三维大地电磁反演算法,让模型空间梯度向量更有机会取得稀疏解,在充分正则的迭代下能够有效突出模型真实电性界面.为避免L₁范数零点不可导带来的求解困难,使用迭代重加权最小二乘法把原问题转换为一系列L₂正则子问题迭代求解.每个子问题的极小方法使用改进型拟牛顿法,其下降方向既能保证正则项海塞矩阵的精确性,又能允许反演过程随迭代灵活更新正则因子.使用比值法或分段衰减法自适应更新正则因子以避免迭代早期陷入奇异解,从而提升反演收敛的稳定性并降低初始模型依赖度.合成的无噪数据反演表明L₁正则算法的模型恢复效果优于L₂正则;不同噪声水平的合成数据反演表明本文的算法具有稳健性;实测数据反演对比表明在合理的正则因子调整策略下,L₁正则反演结果的模型分辨率优于L₂正则.另外,不同初始模型的反演测试还表明,正则因子选取不合理时L₁正则可能造成方块状假异常.     

基于核磁共振实验的低渗透砂岩岩电参数分类及应用——以东营凹陷南坡沙四段为例

低渗透砂岩储层孔隙结构复杂,储层有效性识别及饱和度准确计算难度较大.笔者以东营凹陷南坡沙四段（Es₄）低渗透砂岩为研究对象,根据压汞、物性、薄片及核磁等资料,将研究区孔隙结构分为三大类、五小类.在岩样孔隙结构分类基础上,明确了孔隙结构类型与岩电参数之间存在确定的关系,而核磁共振T₂谱定量特征参数在一定程度上能够表征孔隙结构类型及其细节信息,通过提取T₂谱中T₂几何平均值（T_2g）、T₂均值（T₂）、峰度（K_G）、可动流体分量（S_mf）及区间孔隙分量等孔隙结构参数,建立了基于核磁T₂谱特征参数的孔隙结构识别图版,显示核磁T₂谱孔隙结构参数对不同类型的储层有较好的识别效果,进而探讨核磁孔隙结构参数和岩电参数之间的关系,结果表明,T₂谱峰度值与孔隙胶结指数（m）值相关性较高,进一步确定了岩电参数m的核磁计算公式.最终,将该套方法应用于研究区井筒剖面中,有效地提高了饱和度计算精度,也为东营凹陷南坡低渗透砂岩油藏储量估算与高效开发提供了依据.     

基于岩石物理转换模型的苏里格致密砂岩储层测井评价与产能预测

苏里格地区致密砂岩储层勘探开发难度很大,测井解释遇到了储层参数计算和产能预测不准确的问题.本文针对这些难点,基于已有的转换模型,推导并验证了T₂-I和T₂-K_r转换模型,提出了采用转换模型应用于测井综合解释和产能预测的方法.基于实验数据设定孔径大于1 μm的孔隙为大孔,中孔孔径在1 μm和0.03 μm之间,小孔孔径为0.03 μm以下.并建立了不同孔径范围模型中关键参数α与核磁参数T_2lm的关系,这为转换模型在测井解释中的应用提供了必要条件.本文在苏里格西区分别应用T₂-I和T₂-K_r转换模型求取含水饱和度和相对渗透率曲线,并进行产能预测,处理结果显示该方法具有很好的应用效果.     

基于核磁共振双截止值的致密砂岩渗透率评价新方法

对比分析致密砂岩岩心在完全含水状态和束缚水状态下的核磁共振T₂谱,明确了致密砂岩孔隙中流体的赋存状态和渗流规律,指出常规核磁共振方法预测渗透率的局限性并提出核磁共振双截止值的概念.基于核磁共振双截止值,将储集空间细分为完全可动、完全束缚、部分可动等三部分,分析不同孔隙组分对渗透率的影响,并应用三组分法建立了核磁共振渗透率表征新模型.研究表明：致密砂岩渗透率与完全可动流体饱和度、部分可动流体T₂几何平均值、核磁孔隙度成正比,与完全束缚流体饱和度成反比.在此基础上,结合完全含水核磁共振T₂谱的二阶差分得到了双截止值的自适应确定方法,可以连续地计算储层双截止值.将该研究成果应用于生产实践,渗透率计算精度有较大的提高.     

孔隙介质核磁共振弛豫测量多指数反演影响因素研究

孔隙介质核磁共振（NMR）弛豫信号的多指数反演在NMR岩芯分析与测井解释中起着关键作用.为了在不同信噪比条件下快速反演出高分辨率的弛豫时间谱，本文利用NMR正演模拟信号以及实验室NMR岩芯分析数据，研究横向弛豫时间布点数、原始回波采集个数、时间域数据压缩方式等对反演结果的影响.同时，在不同信噪比（SNR）下对不同的反演算法(SVD、BRD、SIRT)进行比较，考察反演算法对信噪比的敏感程度，并讨论了相应的校正方法.另外，还分析了信噪比对长、短弛豫组分的影响.研究表明在充分采集有用回波的情况下，减少回波个数，反演得到的弛豫时间谱趋向发散；增加布点数可以提高分辨率，但是需要更多的计算时间；时间域数据压缩可以加快反演计算速度；不同算法对信噪比的敏感程度不同，发展相应的校正方法可以提高反演质量.     

核磁共振双TW测井数据联合反演与流体识别

针对核磁共振测井双TW观测数据分析和流体识别的需要,研究了基于全局搜索的遗传算法和局部搜索的最小二乘法的联合反演算法,实现了核磁共振双TW观测数据处理.首先,研究了饱和油气水岩石物理模型的核磁共振双TW观测模式的测井响应机理;然后,利用全局搜索性能优良的遗传算法, 对核磁共振回波差数据进行了反演,计算出了流体的核磁弛豫性质及其体积;最后,以遗传算法的反演结果为初值, 利用阻尼最小二乘方法对双TW回波串进行更精细的反演,计算出了双TW的T₂分布、孔隙度和流体饱和度.理想模型的合成数据和实际测井资料应用表明,遗传算法与最小二乘方法相结合是一种行之有效的联合反演方法,能较好地实现核磁共振测井双TW观测数据的处理和流体评价.     

二维核磁共振变参量迭代快速反演方法

核磁共振二维谱应用在储层流体识别与评价中具有快速直观识别流体类型、储层参数估算精度高的特点,使之能高效率的完成测井资料解释工作,然而拥有稳健、可靠及计算快速的反演方法是获取高质量核磁共振二维谱的关键所在.通过对二维核磁共振子空间类型反演方法的大量研究,在奇异值截断公式上进行了分析和改进,使得反演方程组的奇异值矩阵能保留下更多的奇异值,为反演结果的保真性奠定基础,并对其进行分组处理使反演方程组的条件数降低,从而提高求解的稳定性;在迭代计算中提出变参量迭代算法,使求解更合理、快速及高效.在数值模拟中,变参量迭代快速反演方法能够准确地还原30×30、60×80扩散弛豫二维构造谱,计算用时都在1分钟内;在油水试验中,变参量迭代快速反演方法反演出的扩散—弛豫二维谱能够正确识别所测流体类型,含油饱和度估算结果的相对误差为0.6%,绝对误差为0.79%.变参量迭代快速反演方法能够快速有效得处理二维核磁共振数据,反演出的扩散一弛豫二维谱质量高,二维谱应用于解释中所得到的结论可靠性高,表明该方法具有一定应用价值.     

核磁共振多回波串联合反演方法

提出一种核磁共振多回波串数据联合反演方法,分别对核磁共振孔隙度测量的两组回波串数据、变等待时间多回波串数据以及变回波间隔多回波串数据进行了处理.结果表明,这样处理得到的一维核磁共振T₂分布不但连续,而且能够揭示短横向弛豫组分的细微特征,提高了核磁共振孔隙度的精度.处理变等待时间或变回波间隔下的多回波串数据,可以得到孔隙流体的 (T₂, T₁)或(T₂, D) 二维核磁共振分布图.与一维核磁共振T₂分布相比,二维核磁共振提高了识别流体的效果.     

基于等效源的总强度磁异常非线性处理方法

总强度磁异常(ΔT1)常规处理方法通常将其近似当作磁异常矢量在地磁正常场方向上的投影(ΔT2).然而对于高磁环境如磁铁矿处的磁异常场幅值可达104 nT甚至更大的情况,上述近似假设则不再成立,如采用常规处理方法可能会带来明显的误差.本文针对该问题,提出一种基于等效源的总强度磁异常非线性处理方法;该方法根据总强度磁异常获取流程,直接反演实测地磁场总强度幅值与正常场强度幅值之差来求取等效场源.本文首先通过模型试验,分析ΔT1与ΔT2的差异;然后将ΔT1当作ΔT2采用常规处理方法以及ΔT1采用新方法得到的结果作对比分析,结果表明新方法处理结果与理论值的差异为常规方法处理结果的1/5甚至更小,充分说明了新方法的有效性;最后将该方法应用于铁矿实测总强度磁异常处理实例中来转换计算磁异常总模量,其实际应用效果进一步体现了高幅值总强度磁异常数据处理过程中采用新方法的必要性.     

Low temperature magnetic properties of titanomagnetites

New measurements of high field magnetisation (I_s), remanence (I_s), and coercive force (H_c) are presented between 4 and 300 K for x = 0.4, 0.5, 0.6 and 0.8 (Fe_3−xTi_xO₄). For x = 0.4 a pronounced minimum is found at T100 K and for X = 0.5 and 0.6 broad minima occur around T200 K, apparently coinciding with the temperature for K₁0. The magnetic properties below T60 K ar complex and were found to be significantly changed by cooling in the presence of a high magnetic field. With no applied field during cooling, a distinct decrease in I_s is observed for T60 K, at which temperature there is a peak in the value of I_rs. The effe cooling is to eliminate the sharp decrease in I_s, reduce H_c and to increase I_rs below 60 K to a value the peak value, giving essentially a square hysteresis loop. The results are interpreted in terms of a form of crystallographic phase transition coupled to the magnetisation direction, possibly by the magnetostriction. Square hysteresis loops in ferrites have been explained by the presence of Jahn-Teller ions and, in the present case, the low temperature of the observed effect may be a consequence of the weak Fe²⁺ Jahn-Teller ion coupled to other effects such as spin-lattice coupling.

Details of this work can be found in Schmidbauer, E. and Readman, P.W., 1982. Low temperature magnetic properties of Ti-rich Fe---Ti spinels. J. Magn. Magn. Mat., 27: 114–118. A paper reporting further work on Fe_2.4Ti0.6O0.4 is in preparation.     

Silicate perovskite analogue ScAlO3: temperature dependence of elastic moduli

The elastic moduli of ScAlO₃ perovskite, a very close structural analogue for MgSiO₃ perovskite, have been measured between 300 and 600 K using high precision ultrasonic interferometry in an internally heated gas-charged pressure vessel. This new capability for high temperature measurement of elastic wave speeds has been demonstrated on polycrystalline alumina. The temperature derivatives of elastic moduli of Al₂O₃ measured in this study agree within 15% with expectations based on published single-crystal data. For ScAlO₃ perovskite, the value of (∂K_S/∂T)_P is −0.033 GPa K⁻¹ and (∂G/∂T)_P is −0.015 GPa K⁻¹. The relative magnitudes of these derivatives agree with the observation in Duffy and Anderson [Duffy, T.S., Anderson, D.L., 1989. Seismic velocities in mantle minerals and the mineralogy of the upper mantle. J. Geophys. Res. 94, 1895–1912.] that |(∂K_S/∂T)_P| is typically about twice |(∂G/∂T)_P|. The value of (∂K_S/∂T)_P for ScAlO₃ is intermediate between those inferred less directly from V(P,T) studies of Fe-free and Fe- and Al-bearing MgSiO₃ perovskites [Wang, Y., Weidner, D.J., Liebermann, R.C., Zhao, Y., 1994. P–V–T equation of state of (Mg,Fe)SiO₃ perovskite: constraints on composition of the lower mantle. Phys. Earth Planet. Inter. 83, 13–40; Mao, H.K., Hemley, R.J., Shu, J., Chen, L., Jephcoat, A.P., Wu, Y., Bassett, W.A., 1991. Effect of pressure, temperature and composition on the lattice parameters and density of (Mg,Fe) SiO₃ perovskite to 30 GPa. J. Geophys. Res. 91, 8069–8079; Zhang, Weidner, D., 1999. Thermal equation of state of aluminum-enriched silicate perovskite. Science 284, 782–784]. The value of |(∂G/∂T)|_P for ScAlO₃ is similar to those of most other mantle silicate phases but lower than the recent determination for MgSiO₃ perovskite [Sinelnikov, Y., Chen, G., Neuville, D.R., Vaughan, M.T., Liebermann, R.C., 1998. Ultrasonic shear wave velocities of MgSiO₃ perovskite at 8 GPa and 800K and lower mantle composition. Science 281, 677–679].

Combining the results from the previous studies and current measurements on ScAlO₃ perovskite, we extracted the parameters (q and γ₀) needed to fully specify its Mie–Grüneisen–Debye equation-of-state. In this study, we have demonstrated that acoustic measurements of K_S(T), unlike V(P,T) data, tightly constrain the value of q. It is concluded that ScAlO₃ has ‘normal’ γ₀ (1.3) and high q (3.6). The high value of q indicates that ScAlO₃ has very strong intrinsic temperature dependence of the bulk modulus; similar behaviour has been observed in measurements on Fe- and Al-bearing silicate perovskites (Mao et al., 1991; Zhang and Weidner, 1999).     

Understanding the effect of a static driving shear stress on the liquefaction resistance of medium dense granular soils

The influence of a driving static shear stress on the liquefaction resistance of medium dense granular soils is investigated. A laboratory study of the behavior of five sands (percentage of silt varying between 2 and 42%, and D₅₀ varying between 0.55 and 0.09 mm) was undertaken. These five sands were sampled from the foundations of two dams in Quebec (Canada). Sixty cyclic direct simple shear (DSS) tests were performed with and without a driving static shear stress. Relative densities D_r varied between 60 and 70%, and static shear stress ratios =τ_st/σ′_vc varied between 0.2 and 0.6. The presence of static shear stress increased the cyclic strength of these soils. A relation between and K() factor giving the effect of preshearing on cyclic shear resistance is obtained. The mechanical competence is examined as a function of D₅₀ and percentage of fines. The observed dilatancy yielded rather cyclic mobility than liquefaction.     

利用SE求取SNMR横向弛豫时间方法研究

自旋回波作为测量T₂时间的重要脉冲序列,由该脉冲系列交变磁场激发而获得的核磁共振信号不受磁场不均匀性的影响,这对于以地磁场作为稳定磁场的SNMR方法来说,可以减小地磁场不均匀对NMR信号的影响,得到真实、可信的T₂值,提高信噪比。将自旋回波信号应用到地面核磁共振找水方法中求取T₂分布,在国内尚属首例,本文借鉴核磁共振测井中的多指数反演方法,采用奇异值分解算法编程,反演得到T₂分布,并与SNMR反演软件的结果T₂*对比。结果证明,用SE信号提取T₂时间,可以减少地磁场不均匀对NMR信号的影响,更真实地反映T₂分布,提高信噪比。