基于SVD和BRD的二维核磁共振测井正则化反演算法研究

二维核磁共振能从"弛豫-扩散"两个维度上展现流体性质,在识别稠油储层方面具有理论优势,是当前核磁共振测井技术的研究热点.本文深入研究二维核磁共振测井原理,系统分析CPMG-DE脉冲序列测量扩散系数与弛豫时间的方法,结合核磁共振二维谱数理模型,提出一种基于SVD和BRD的正则化反演算法.该算法通过SVD压缩数据,采用带非负约束的Tikhonov正则化方法求解流体"弛豫-扩散"分布,并基于BRD算法迭代确定最佳正则化因子.模拟实验与数值分析表明,该算法无需先验信息、运算效率高、相对误差小,在原始数据信噪比低至50时,仍可有效获取流体(T₂,D)二维分布.在二维核磁共振测井数据实时解释应用中,该方法较传统反演算法(如TSVD)具有较大优势.同时,在自主研发的核磁共振测井仪测量CuSO₄溶液(T₂,D)分布的实验显示,本文设计算法对弛豫时间和扩散系数的反演误差分别仅为2%和4%,较TSVD算法有较大改善.     

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.     

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。      

岩石润湿性核磁共振表征技术的研究进展

随着油湿储层、混合润湿储层等复杂润湿性储层的大量发现,润湿性对岩石物理响应的影响越来越引起人们的关注,识别和表征岩石润湿性正成为储层评价必须解决的难题之一．核磁共振技术作为兼具实验室和井下探测的重要手段,逐渐发展为一项有效的岩石润湿性探测技术,它测量的弛豫时间(T₁和T₂)、扩散系数D、内部磁场梯度G等信息,为岩石润湿性表征方法的建立提供了不同的解决途径．系统梳理核磁共振方法表征岩石润湿性的理论基础和方法原理,对理解这一前沿技术的来龙去脉非常重要．本文首先从界面作用力和视接触角两方面,阐明核磁共振表征润湿性的理论基础;然后,通过广泛的文献调研,系统介绍近70年来核磁共振表征岩石润湿性的6类方法,并对这些方法的优点和局限性进行对比．最后,分析矿物成分、流体性质及储层条件这3个因素对应用核磁共振开展储层润湿性原位表征的影响．分析表明,基于一维T₂弛豫时间的核磁共振润湿性指数已经具备用于岩石物理实验和测井评价的条件,但还没有一种通用的核磁共振方法能完全解决各类储层润湿性的定量评价问题;基于(T₁-T     

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.     

一个新的NMR测井发展方向--T1在随钻核磁共振测井技术中的应用

在电缆核磁共振(NMR)测井中,CPMG T2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T1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.     

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.     

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.     

Numerical simulation of (T 2, T 1) 2D NMR and fluid responses

One-dimensional nuclear magnetic resonance (1D NMR) logging technology is limited for fluid typing, while two-dimensional nuclear magnetic resonance (2D NMR) logging can provide more parameters including longitudinal relaxation time (T ₁) and transverse relaxation time (T ₂) relative to fluid types in porous media. Based on the 2D NMR relaxation mechanism in a gradient magnetic field, echo train simulation and 2D NMR inversion are discussed in detail. For 2D NMR inversion, a hybrid inversion method is proposed based on the damping least squares method (LSQR) and an improved truncated singular value decomposition (TSVD) algorithm. A series of spin echoes are first simulated with multiple waiting times (T _W s) in a gradient magnetic field for given fluid models and these synthesized echo trains are inverted by the hybrid method. The inversion results are consistent with given models. Moreover, the numerical simulation of various fluid models such as the gas-water, light oil-water, and vicious oil-water models were carried out with different echo spacings (T _E s) and T _W s by this hybrid method. Finally, the influences of different signal-to-noise ratios (SNRs) on inversion results in various fluid models are studied. The numerical simulations show that the hybrid method and optimized observation parameters are applicable to fluid typing of gas-water and oil-water models.     

核磁共振共轭梯度解谱方法研究

核磁共振（NMR）解谱技术是核磁共振资料应用的基础和关键.本文将核磁共振解谱的混定线性反演问题转化为求目标函数极小值的最优化问题,然后利用共轭梯度算法具有二次终止性、收敛速度快的特点解决上述最优化问题.将该方法应用于无噪声和不同信噪比的理论数据解谱以及岩心NMR实验解谱并与真谱及实验室国外软件解谱结果对比表明：在信噪比SNR≥5时解谱结果和真谱符合得很好,谱线光滑连续;随着信噪比的降低对初始点的要求随之提高;两块岩心解谱结果与实验室结果符合得很好,利用解谱结果计算的核磁孔隙度与实验室氦孔隙度绝对误差分别为0.78%和0.57%.因此,本文方法有效、实用,具有较强的抗噪能力,对初始点的要求不高,能够应用于生产和科研实践中.     

（T2,D）二维核磁共振测井识别储层流体的方法

当地层孔隙中油气和水同时存在时,在核磁共振T₂分布上不同流体信号往往重叠,很难有效识别.本文采用改变回波间隔测量多组自旋回波串序列实现了（T₂,D）二维核磁共振方法,为有效识别储层流体提供了基础.通过数值模拟系统研究了（T₂,D）方法在不同储层、不同测量信噪比以及不同外加磁场梯度条件下识别流体的效果.结果表明：（T₂,D）方法识别中、低黏度油层具有优势,随着信噪比增加和外加磁场梯度加大,分辨油和水的效果将变好.在气层,对磁场梯度有一定要求,并且,测量数据的信噪比越高,分辨气与水的效果越好,当测量数据信噪比低于70时（T₂,D）方法在气层可能失效.在2MHz共振频率下,利用MARAN核磁共振岩芯分析仪器,对含顺磁性物质的饱和流体岩样进行了实验测量,验证了（T₂,D）方法的有效性.     

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.     

Real time 2D inversion of induction logging data

Real time 2D inversion for an induction logging instrument may be achieved using a fast forward modeling and special inversion strategy. The fast forward modeling employs a low-frequency approximation of an induction response known as Doll's geometric factor. Modeling geometric factors is much faster than modeling the electromagnetic field in the frequency domain. To transform real data into the Doll's limit, multi-frequency skin-effect correction is applied. The correction technique involves an asymptotic theory of the integral equation for a 2D boundary value problem. The inversion is based on separating the parameter space into subspaces of lower dimension. Initially, adaptive overlapping windows split logging data into manageable portions. Each window consists of three subwindows: the predictor, corrector and upgrader. Further separation of parameters is introduced by Doll's approximation: the low-frequency response is linear with respect to formation conductivity. This allows us to split inversion for conductivity and geometric parameters. The next level of splitting inversion is achieved by independently determining parameters of the near borehole zone and remote formation areas. This is done by utilizing different subsets of sensors. The inversion does not require initial guess: layers are introduced dynamically, if necessary. The resolution is improved in sequential iterations by adding finer details to the previously obtained models. The final selection of parameters satisfies a variety of a priori constraints formulated as target resistivity distributions. The technique for imposing constraints is based on the analysis of data mapping into the model space. Interpretation of synthetic and real data confirms the viability of the method.     

基于模型空间压缩的大地电磁三维反演研究

本文提出了一种基于模型空间压缩技术的大地电磁三维反演方法.该方法在传统大地电磁三维反演理论的基础上,通过小波变换将待反演的空间域模型参数映射到小波域进行反演,获得小波域更新模型后再通过小波逆变换得到空间域反演模型.由于小波变换具有压缩特性和多尺度分辨能力,本文反演方法可在一定程度上提高反演分辨率.为了提高反演效率,我们针对基于L_1范数的模型约束求解不易收敛的反演问题,提出了一种基于模型粗糙度的简单有效的预条件处理技术.为验证本文算法的有效性,本文首先对经典的"棋盘"模型进行三维反演测试.反演结果表明本文算法的反演效率与传统方法相当,但对于深部异常体具有更好的分辨能力.最后,我们通过对实测数据反演进一步验证本文算法的有效性.     

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.