張向林 宋公仆

（中海油田服務(wù)股份有限公司油技研究院）

0 引言

隨著勘探開發(fā)的不斷深人,在碳酸鹽巖地層中得到的油氣儲量和產(chǎn)量總比越來越高。世界級大油田基本是碳酸鹽巖油藏，但碳酸鹽巖油藏儲集層縱、橫向變化復(fù)雜,測井定量評價面臨巨大挑戰(zhàn)。隨著測井新技術(shù)的應(yīng)用,特別是核磁共振測井儀在碳酸鹽油藏勘探中的應(yīng)用為定量評價碳酸鹽巖油藏提供了有效手段[1-3]。

核磁測井以地層中氫核與外加的梯度磁場的相互作用為基礎(chǔ)，與巖性無關(guān)。通過自旋回波技術(shù)外加一個與靜磁場垂直的交變電磁場，引起同頻率的氫核發(fā)生共振，使氫核磁場方向反轉(zhuǎn)90°，通過加一串180°信號可觀測到核物質(zhì)的橫向弛豫特征T2（圖1a），通過采集到的回波串進(jìn)行各種校正處理 （圖1b），擬合得到橫向弛豫時間T2分布（圖1c），由于不同的孔隙結(jié)構(gòu)，不同形態(tài)的流體，其在T2時間域上的分布位置和幅度是不一樣的，因此可根據(jù)T2的特性將流體性質(zhì)識別出來。根據(jù)T2譜分布可求出地層總孔隙度、自由流體、束縛水孔隙度［3-4］。

圖1 a測量回波串

圖1 b測量回波串信號和噪音的分離

圖1 c回波串反演的T2譜

目前核磁共振測井儀的測量方式分為兩種：①Halliburton公司開發(fā)研制的MRIL-C型和MRIL-P型居中測量核磁共振測井儀；②Schlumberger開發(fā)研制的CMR系列、Atlas開發(fā)研制研發(fā)的MREx及COSL開發(fā)研制的EMRT貼井壁測量核磁共振測井儀。所有的核磁測井儀采用“在靜磁場中的施加Inside-out的方式，并在井筒外建立磁場。在射頻磁場中施加CPMG的方式”[2，5]。 EMRT及其解釋軟件和配套開發(fā)的地面控制操作軟件（圖2）為中海油服自主研發(fā)，具有獨立知識產(chǎn)權(quán)，打破了國際壟斷。

EMRT與國外主流核磁的參數(shù)對比如表1。

表1 EMRT與同類核磁的對比

圖2 核磁共振測井儀（EMRT）基本組成

1 EMRT （Elise magnetic rosonic tool）簡介

1.1 工作原理

核磁測井其本質(zhì)是測量地層孔隙流體中氫核響應(yīng)，即測量氫核的橫向馳豫（T2）過程，首先用靜態(tài)磁場來極化地層孔隙流體中的氫質(zhì)子，然后發(fā)射射頻磁場搬轉(zhuǎn)該質(zhì)子，即發(fā)射一個90°脈沖，再接著發(fā)射一個或一串180°脈沖，由此構(gòu)成一次測量序列，在一個測量序列中，接收自旋回波。回波串的初始幅度反映了地層孔隙度信息；回波串的衰減率反映了孔徑尺寸信息和流體類型信息?；夭ù?dāng)?shù)據(jù)通過數(shù)學(xué)反演得出T2分布譜圖，再由T2分布譜圖導(dǎo)出所需的參數(shù)，如束縛水及可動流體等孔隙度、滲透率及孔徑等信息[2,4,6]。

EMRT儀器耐溫耐壓（150℃/120 MPa）、采用梯度磁場-脈沖方式測量、貼井壁-自回旋技術(shù)、最小回波間隔0.4 ms、探測深度7～15 cm（從井壁開始）、縱向最小分辨率60 cm，8個工作頻率，工作范圍從500 kHz到1 MHz，頻帶寬為12～15 kHz并包含9種測量模式。主要由探頭、電路、輔助電源、采集控制系統(tǒng)及資料處理軟件包組成 （圖2），其中探頭由永久磁鐵、天線、骨架及匹配附件組成；電路主要由電源、主控時序（FPGA）、發(fā)射、放大、隔離瀉放、模式設(shè)計及控制（DSP）、采集、濾波等電路組成；輔助電源由多個電容串、并聯(lián)組成，給發(fā)射天線提供足夠的功率；采集控制系統(tǒng)由采集控制、掃頻、刻度和采集程序、電源、輔助設(shè)施等組成；資料處理軟件由數(shù)據(jù)解編、數(shù)據(jù)檢查、時深轉(zhuǎn)化、T2反演譜、參數(shù)計算及解釋結(jié)論、繪圖等功能組成。EMRT核磁測井儀采用偏心測井，極大地提高了核磁測井的徑向探測深度，減少了井筒流體和井徑變化對核磁共振測井信號的影響。

1.2 儀器測量模式

為了獲得地層巖石特性參數(shù)，如有效孔隙度、總孔隙度、黏土束縛水、毛管束縛水、可動流體、滲透率及T2譜分布，測井模式設(shè)計為9種測量模式，分別 為D_TWTEP_MODE、FBW_MODE、F_PP_MODE、6F_PP_MODE、3F_OIL_MODE 、6F_HOILP_MODE、6F_GAS6_1、6F_GAS6_2及EXPER_MODE模式。

D_TWTEP_MODE用于儀器測試；

FBW_MODE用于快速的測量毛管束縛流體孔隙度和粘土流體孔隙度特性；

3F_PP_MODE、6F_PP_MODE用于地層評價模式，主要測量儲層的總孔隙度、有效孔隙度、束縛水孔隙度和粘土孔隙度以及地層滲透率,測量模式等待時間TW主要有兩組，一為長等待時間，一為短極化時間，其回波間隔時間都為0.6 ms和0.4 ms，0.4 m為了準(zhǔn)確求取粘土束縛水的體積。兩種模式測量的速度、分辨率不同；

3F_OIL_MODE適用于粘度小于50 cp的輕質(zhì)或中等粘度油的油層評價，通過設(shè)置不同的回波間隔、等待時間，計算得到地層孔隙度、滲透率參數(shù)，利用流體的極化時間和擴(kuò)散差異，流體T2分布譜特點識別儲層的流體性質(zhì)；

6F_HOILP_MODE適用于粘度大于50 cp的稠油地層評價，重質(zhì)油組分復(fù)雜，馳豫時間短，在T2譜分布上常常重疊于束縛水，一般很難區(qū)分束縛水和重質(zhì)油，為了更好地識別重質(zhì)油，因此設(shè)計了此測量模式；

6F_GAS6-1、6F_GAS6-2測量模式主要應(yīng)用含氣儲層的流體識別，由于氣體的含氫指數(shù)一般小于0.4或更小，為了得到較高信噪比，要求不同長等待時間的回波串進(jìn)行累加。兩種模式分別適用于不同的巖性、不同的測量速度；

EXPER_MODE用于特殊地層等要求較高的評價模式。

1.3 EMRT測井?dāng)?shù)據(jù)處理

核磁共振測井觀測到的回波串實際上是多種橫向弛豫分量共同貢獻(xiàn)的結(jié)果，為多指數(shù)衰減。所測量到的弛豫信號強(qiáng)度為這些弛豫分量的疊加和[2，5，6]：

其中：y（t）為t時刻觀測到的回波幅度；T2i為第 i種弛豫分量的橫向弛豫時間，一般采用對數(shù)布點，T2i數(shù) 學(xué) 上 由 代 替 T2（i），，其中：T2min、T2max.....為布點的起始點和終點；Xi為第 i種弛豫分量零時刻的信號大小，在數(shù)學(xué)上由X（i）代替，0

基于Forward、EGPS及CIFLOG測井解釋平臺開發(fā)了適合多平臺的EMRT測井?dāng)?shù)據(jù)反演解釋軟件，如圖3所示。

圖3 EMRT測井處理平臺

2 現(xiàn)場應(yīng)用

位于兩伊邊界的伊拉克XX油田XX井，該地區(qū)巖性復(fù)雜，上層為幾千米厚的砂泥巖，下層是千余米厚的以碳酸鹽巖為主的地層。碳酸鹽巖儲層為主力油藏，其巖性復(fù)雜，以灰?guī)r、白云巖為主，夾雜砂泥巖，孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，油水關(guān)系模糊。該井鉆探目的是為了弄清該油藏孔隙結(jié)構(gòu)，油藏存儲狀況，并由此評價該區(qū)塊的勘探前景。為此對該井進(jìn)行了常規(guī)測井、成像測井、測壓取樣、井壁取心、VSP及EMRT核磁等錄井項目。EMRT作業(yè)井段為4045～3650 m、2980～3220 m兩段，井徑為8.25 in，測井模式為3F_OIL_MODE模式。

本次測井質(zhì)量控制結(jié)果如圖4所示，儀器工作一切正常，質(zhì)控參數(shù)均在容限范圍內(nèi)，部分測井?dāng)?shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)控參數(shù)詳見表2。

圖5為井段3855～3933 m的EMRT解釋成果圖，該段地層為碳酸鹽巖，EMRT解釋成果中第3道為T2泥質(zhì)拼接后的T2譜峰，第4道為T2移譜，第5道為T2譜差譜，第6道為EMRT計算的孔隙度和常規(guī)測井曲線計算的孔隙度POR（紅色），第8道為密度、中子、聲波及PE曲線。 T2譜分布主要表現(xiàn)為油峰狀態(tài)，T2譜主峰分布均在300～500 ms左右，分布范圍為高幅度，長弛豫特征，可動孔隙度較發(fā)育，有比較豐富的差譜信號，在移譜圖中主油峰T2譜前移較小。電阻率明顯比水層低，也就2～10 Ω·m，從T2譜可知該段油藏有12～15 pu，泥質(zhì)含量極低，巖性較純，滲透率100 mD左右，滲透性較好，常規(guī)孔隙度曲線計算的孔隙度（紅色）與核磁T2譜計算的有效孔隙吻合的很好。 圖6為井段2904～2916 m的EMRT解釋成果圖，該段地層為碳酸鹽地層，巖性較純，滲透率高于500 mD，滲透性較好。從T2譜可知該段有15 pu，井段2904～2910.5 m的電阻率較井段2910.5～2916 m的電阻率高幾十倍，T2譜特征顯示油水層在2910.5 m上下明顯分異，2904～2910.5 m油的移譜較2910.5～2916 m水的移譜慢，很清晰地顯示出2910.5 m處為油水層分界。

圖4 （a） 時間域質(zhì)量控制曲線

圖4 (b) 深度域質(zhì)量控制曲線

表2 質(zhì)控參數(shù)

圖5 EMRT解釋成果

圖6 EMRT解釋成果

3 結(jié)論

EMRT核磁共振測井能同時提供孔隙度、滲透率、束縛水飽和度等地層參數(shù)，是唯一能直接測量地層自由流體 （可產(chǎn)流體）和束縛流體體積的測井方法，可有效地識別流體性質(zhì)。

EMRT測井質(zhì)量符合設(shè)計要求，性能指標(biāo)達(dá)到了國外同類儀器水平，作為中國自主研發(fā)、具有獨立知識產(chǎn)權(quán)的核磁共振測井儀EMRT打破了國際公司核磁測井市場的壟斷，有力地支持了復(fù)雜油氣勘探開發(fā)工作。

1 張向林,陶果,劉新茹.油氣地球物理勘探技術(shù)進(jìn)展[J].地球物理學(xué)進(jìn)展,2006,21(01):143-151.

2 宋公仆,張向林.影響核磁測井質(zhì)量的因素及校正[J].地球物理學(xué)進(jìn)展,2013,28(04):1996-2001.

3 張向林,劉新茹.裸眼井測井新技術(shù)進(jìn)展[J].巖性油氣藏,2008,20(02):91-96

4 何雨丹,毛志強(qiáng),肖立志,等.核磁共振T2分布評價巖石孔徑分布的改進(jìn)方法[J].地球物理學(xué)報,2005,48(2):373-378.

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6 劉新茹,張向林.核磁共振測井儀探頭參數(shù)設(shè)計[J].數(shù)據(jù)采集與處理,2009,24:266-268.