一个新的NMR测井发展方向

在电缆核磁共振（NMR）测井中，CPMG T2回波串测量已成为NMR测井的工业标准.随着水平井、多分支井的发展和测井硬件的突破，随钻核磁共振测井技术得到很大的促进，对钻柱运动造成的影响不敏感且低能耗的T1回波的测量方法得到成功应用，为NMR测井技术的发展提供一个新的途径.     

一个新的NMR测井发展方向

在电缆核磁共振（NMR）测井中，CPMG T2回波串测量已成为NMR测井的工业标准.随着水平井、多分支井的发展和测井硬件的突破，随钻核磁共振测井技术得到很大的促进，对钻柱运动造成的影响不敏感且低能耗的T1回波的测量方法得到成功应用，为NMR测井技术的发展提供一个新的途径.     

(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.     

磁场强度对T2-T1二维核磁共振实验的影响研究

多维核磁共振测井比一维核磁包含更多的观测信息,往往可以解决单独使用横向弛豫时间(T2)进行测井评价时遇到的困难,在非常规油气储层勘探开发中发挥着不可替代的作用.T2-T1二维核磁共振能够检测页岩中的类固体有机质等含氢化合物,对于确定页岩储层流体成分至关重要,已经成为核磁测井和岩石物理实验的研究热点.与一维核磁共振相比,T2-T1二维核磁实验结果对测量参数更加敏感,已有学者对回波间隔(TE)、等待时间(TW)、扫描次数(SCAN)、回波个数(NECH)对实验结果的影响开展了深入研究,但磁场强度对T2-T1二维核磁的影响尚未见报道.对不同种类样品分别进行0.5T、0.05 T两种磁场强度(对应共振频率分别为21 MHz、2 MHz)下的T2-T1二维核磁共振实验,分析了磁场强度对实验结果的影响,研究表明:对于自由溶液,纵向弛豫时间(T1)对磁场强度更加敏感,磁场强度增大时,自由溶液T1增大、T2不变,T2-T1谱流体信号向上移动;对于实际岩样,受内部磁场梯度的影响,磁场强度增大时,T1增大、T2减小,T2-T1谱中流体信号向左上方移动.定量刻画了不同弛豫组分在磁场强度变化时谱峰位置的变化规律,能够将实验室得到的页岩油高频核磁流体识别图版转换为测井资料的低频流体识别图版,为二维核磁共振测井表征储层流体成分信息提供了理论依据.     

核磁共振测井技术在桩海地区及其它油田中的应用

阐明核磁共振测井（NMR）在储层评价中的作用。利用NMR测井资料对桩海地区长堤油田的储层特性及产能、复杂岩性储层的孔隙度作出评价，并在电阻率测井资料显示不好的复杂储层条件下进行油气水层识别，以及指导完井和钻井方案的实施等。不阐明了核磁共振测井技术具有常规测井技术所不具备的特点，特别是定量的评价孔隙流体流动特性、准确划分产层、直接识别油气水等优点，从而有利于解复杂的地质问题。     

内部磁场梯度引起的扩散对NMR岩石测量响应的影响

低场NMR岩心分析能够刻度NMR测井响应,对于较为准确地预测储层的渗透率、束缚水体积等与产能密切相关的参数尤其重要.对来自南海东部油田的100%饱和盐水的砂岩岩心进行了变回波间隔的实验室NMR T2测量,随着回波间隔的增大对实验观测到的两种不同的T2 分布的移动进行了理论上的分析和解释.随着回波间隔的增加,T2谱向着长弛豫时间的移动可以用过优化NMR采集参数消除掉,而对另外一种由内部磁场梯度引起的移动即随着回波间隔增加T2谱向短弛豫时间的移动则复杂得多,至今为止也无法做到定量化内部磁场梯度的值,这种移动能够引起错误的NMR测井解释.因此理解内部磁场梯度对T2弛豫时间的影响是很有必要的.文中对由内部磁场梯度扩散引起的扩散弛豫对T2弛豫时间的影响进行了理论上的模拟计算,这有助于理解和解释岩石内部磁场梯度对NMR T2弛豫时间的影响.最后结合压汞毛管压力曲线,解释了具体的岩心实验结果,并且计算了具体的岩心的内部磁场梯度值,计算出的内部磁场梯度值应该被视为内部磁场梯度的几何平均值.     

火成岩核磁共振数值模拟与影响因素分析

核磁共振(NMR)在储层孔隙结构评价和孔隙度计算方面具有明显的优势,但是在某些火成岩地层核磁共振孔隙度比实际孔隙度偏低,这就限制了核磁共振测井在该类储层的应用.针对这一问题,首先开展了核磁共振的弛豫机理研究,从理论上分析了磁化率引起的附加内部磁场梯度是核磁共振孔隙度偏小的主要原因.然后,模拟了不同磁化率、含不同流体岩石以及不同回波间隔的核磁共振横向弛豫时间(T2)分布,分析了磁化率对核磁共振孔隙度的影响.模拟结果表明,对同一流体的孔隙模型来说,磁化率越大,其引起的扩散弛豫在总弛豫中的比重越大,T2分布前移也越明显,计算的孔隙度就越小.此外,岩心实验也证明磁化率核磁共振的影响较大.此项研究剖析了火成岩核磁共振影响因素,为该类储层的核磁共振测井解释提供了依据.     

核磁共振测井孔隙度观测模式与处理方法研究

核磁共振（NMR）测井是确定地层孔隙度的有效方法,已经得到广泛应用.但是,在我国部分油田的应用中发现核磁测井孔隙度与常规孔隙度之间存在明显差异.本文对NMR测井孔隙度观测模式和处理方法进行研究,分析了NMR孔隙度误差的来源.针对富含蒙脱石、伊利石和伊/蒙混层粘土矿物的陆相沉积砂泥岩地层,根据这些粘土矿物的NMR横向弛豫时间T2值特征以及孔隙度处理结果得到的40 ms附近孔隙度分配量不合适,提出了新的观测模式和处理方法,并用实验验证了新方法的可行性.     

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.     

胜利油田核磁共振测井技术应用回顾与展望

核磁共振测井以全新的原理,提供了一套全新的信息和响应关系,能够对地层油气评价的基本问题,进行全新的解答.胜利油田自1996年开始使用核磁共振测井以来,至今已经积累10余年的测井应用经验.总结核磁共振测井技术在胜利油田的发展应用,其发展经历了三个阶段:初步探索阶段,研究应用阶段和完善深化阶段.在初步探索阶段主要是以储层识别以及孔隙度、渗透率、饱和度等岩石物理参数为主;在研究应用阶段主要是利用T2分布形态进行流体识别和孔隙结构研究;完善深化阶段则是提高解释评价精度,针对勘探开发中的评价难题深化地质应用.目前,核磁共振测井技术在胜利油田的应用已经逐步完善成熟,已成为提高油田勘探开发效益必不可少的手段.在储层评价、参数计算、流体识别中发挥了重要作用,尤其是在单纯依靠常规测井难以进行流体识别的低电阻率/电阻率低差异、低孔隙度、低渗透率、砂砾岩体、复杂岩性等油气藏评价中发挥了独特的作用.     

NMR Logging to Estimate Hydraulic Conductivity in Unconsolidated Aquifers

Nuclear magnetic resonance (NMR) logging provides a new means of estimating the hydraulic conductivity (K) of unconsolidated aquifers. The estimation of K from the measured NMR parameters can be performed using the Schlumberger‐Doll Research (SDR) equation, which is based on the Kozeny–Carman equation and initially developed for obtaining permeability from NMR logging in petroleum reservoirs. The SDR equation includes empirically determined constants. Decades of research for petroleum applications have resulted in standard values for these constants that can provide accurate estimates of permeability in consolidated formations. The question we asked: Can standard values for the constants be defined for hydrogeologic applications that would yield accurate estimates of K in unconsolidated aquifers? Working at 10 locations at three field sites in Kansas and Washington, USA, we acquired NMR and K data using direct‐push methods over a 10‐ to 20‐m depth interval in the shallow subsurface. Analysis of pairs of NMR and K data revealed that we could dramatically improve K estimates by replacing the standard petroleum constants with new constants, optimal for estimating K in the unconsolidated materials at the field sites. Most significant was the finding that there was little change in the SDR constants between sites. This suggests that we can define a new set of constants that can be used to obtain high resolution, cost‐effective estimates of K from NMR logging in unconsolidated aquifers. This significant result has the potential to change dramatically the approach to determining K for hydrogeologic applications.     

砂岩核磁共振响应模拟及受限扩散

本文运用随机游走方法模拟了砂岩储层中流体的核磁共振(NMR)响应及其受限扩散现象.通过改变数字岩心的分辨率模拟生成不同孔隙尺寸的砂岩,研究了不同孔隙尺寸砂岩饱含水时流体扩散系数随扩散时间的变化关系,同时模拟了砂岩饱和单相流体和两相流体的NMR响应;研究了流体的受限扩散系数与横向弛豫时间T2的关系,分析了表面弛豫率和胶结指数对润湿相流体受限扩散系数线位置的影响,并将其用于解释砂岩储层的D-T2分布.结果表明:孔隙流体的扩散系数会随扩散时间的增加而逐渐减小并趋于定值.随着岩石孔隙尺寸的减小,受限扩散现象越明显,受限扩散对岩石NMR响应的影响也越大.润湿相流体受限扩散系数线的位置受岩石胶结指数和表面弛豫率的影响较大.由于润湿相流体扩散系数减小,导致D-T2分布中润湿相流体信号偏离其自由扩散系数线,需要利用流体的受限扩散系数线准确识别D-T2分布中的润湿相流体.     

影响核磁测井质量的因素及校正

本文从数学和物理模型的基础推导出了核磁测井仪器天线的数据关系式,同时分析了各参数影响,并利用地层流体含氢的特性与实验室纯水中刻度的比值进行孔隙度的校正,用该方法对几种核磁测井数据进行处理并与常规测井处理得出的结论进行对比,符合的很好,证明了该方法有很好的效果,可提升核磁解释的准确性.     

Self-diffusion studies of pore fluids in unconsolidated sediments by PFG NMR

The self-diffusion of water and hexadecane in medium and coarse sands from glacial sand deposits in central Germany were investigated by pulsed field gradient nuclear magnetic resonance (PFG NMR). Due to the restriction of the diffusion path at the pore/grain interface, the measured apparent self-diffusion coefficients (D(Δ)) in the pore space depend on the observation time (Δ) in the PFG NMR experiment. Although the bulk self-diffusion coefficients of water and hexadecane differ by about one order of magnitude, the apparent self-diffusion coefficients in the pore space obey the same characteristic time-behaviour, which depends only on geometrical properties of the pore system. Using the “short-time diffusion” model, surface-to-volume (S/V) ratios and inherent self-diffusion coefficients (D₀) of the pore fluids were extracted from these diffusion measurements. The S/V ratios obtained are independent of the pore fluid used and agree with known geometrical properties of the sand grains. Moreover, the D₀ values are consistent with the corresponding bulk self-diffusion coefficients measured separately. In contrast to these results of PFG NMR, simultaneous investigations of longitudinal (T₁) nuclear magnetic relaxation reveal that the relaxation time of the pore fluid is a less suitable parameter for a quantitative estimation of geometrical properties of the pore/grain interface in these unconsolidated sediments since it depends on chemical properties of the fluid/grain interface.     

基于Backus-Gilbert理论的孔隙介质核磁共振弛豫反演

孔隙介质核磁共振(NMR)弛豫数据的多指数反演在NMR测井和岩心分析中均非常重要.本文基于Backus-Gilbert(BG)理论,提出一种NMR弛豫多指数反演的新方法.从解的非唯一性出发,不仅构造出一种解估计,更重要的是评价各种可接受的解估计,通过引入解估计分辨率和解估计方差对解进行评价,找出最佳折中解.通过算例,比较了新方法与传统正则化方法的效果,结果表明新方法具有明显优越性,在低信噪比条件下解稳定.最后分析了新方法的影响因素.     

Assessment of NMR Logging for Estimating Hydraulic Conductivity in Glacial Aquifers

Glacial aquifers are an important source of groundwater in the United States and require accurate characterization to make informed management decisions. One parameter that is crucial for understanding the movement of groundwater is hydraulic conductivity, K. Nuclear magnetic resonance (NMR) logging measures the NMR response associated with the water in geological materials. By utilizing an external magnetic field to manipulate the nuclear spins associated with ¹H, the time-varying decay of the nuclear magnetization is measured. This logging method could provide an effective way to estimate K at submeter vertical resolution, but the models that relate NMR measurements to K require calibration. At two field sites in a glacial aquifer in central Wisconsin, we collected a total of four NMR logs and obtained measurements of K in their immediate vicinity with a direct-push permeameter (DPP). Using a bootstrap algorithm to calibrate the Schlumberger-Doll Research (SDR) NMR-K model, we estimated K to within a factor of 5 of the DPP measurements. The lowest levels of accuracy occurred in the lower-K (K < 10⁻⁴ m/s) intervals. We also evaluated the applicability of prior SDR model calibrations. We found the NMR calibration parameters varied with K, suggesting the SDR model does not incorporate all the properties of the pore space that control K. Thus, the expected range of K in an aquifer may need to be considered during calibration of NMR-K models. This study is the first step toward establishing NMR logging as an effective method for estimating K in glacial aquifers.     

The influence factors of NMR logging porosity in complex fluid reservoir

Porosity is a basic parameter for evaluating reservoir,and NMR logging is an effective method to obtain the porosity. However,we have often found that there exist significant differences between NMR po-rosities and formation core porosities in the complex reservoir. In this paper,we list the factors which affect the NMR porosity response in the complex reservoir,such as longitudinal relaxation time (T1),transverse relaxation time (T2),hydrogen index (HI) and borehole environment. We show how these factors affect the NMR porosity response and suggest methods to correct them. This should improve the accuracy of NMR logging porosity in complex reservoirs for the terrestrial formation.