O 楊凱 王家敏 成軍軍

（中國石油集團測井有限公司長慶事業(yè)部 陜西 710021）

MRT6910多頻核磁共振測井在長慶油田的實驗應用

O 楊凱 王家敏 成軍軍

（中國石油集團測井有限公司長慶事業(yè)部 陜西 710021）

MRT6910多頻核磁共振測井儀能提高復雜巖性儲層測井識別和評價的成功率，降低油氣田勘探開發(fā)的成本，為集團公司油氣增儲上產(chǎn)發(fā)揮重要作用。本文從核磁共振測井原理，研發(fā)核磁的必要性，核磁測井影響因素，實驗中遇到、解決的問題等各方面進行闡述。

儲層測井識別；影響因素

引言

MRT6910多頻核磁共振測井儀是由中國石油集團測井有限公司技術(shù)中心研制，在公司、事業(yè)部現(xiàn)在已經(jīng)由初步試驗階段進入全面驗收推廣階段，為了提高MRT6910多頻核磁共振測井儀的推廣應用效果，適應油田發(fā)展提速提效的需求，解決事業(yè)部核磁隊伍資源短缺、調(diào)動困難的矛盾，積極推廣MRT6910多頻核磁共振測井儀具有非常重要的現(xiàn)實意義，縮短同國外高端測井技術(shù)的差距，打破國外壟斷，實現(xiàn)替代進口，節(jié)約引進成本，滿足生產(chǎn)需求。同時提高測井高端服務市場競爭力，提高中石油測井技術(shù)水平，增強核心競爭力。

一、核磁共振測井的原理

核磁共振測井是通過調(diào)節(jié)儀器工作頻率,利用氫原子核自身的磁性及其與外加磁場的相互作用, 來探測地層流體中的氫核在外加磁場中所表現(xiàn)出來的核磁共振特性，它主要是探測氫核的橫向馳豫過程, 由橫向弛豫時間T2分布揭示巖石空隙流體性質(zhì)及其流動特性, 提供地層的孔、滲、飽等參數(shù)。

二、研發(fā)核磁儀器的必要性

1.核磁測井的優(yōu)越性

對于常規(guī)測井來說束縛水體積難以確定，未知地層水礦化度儲層油氣識別困難，稠油與輕質(zhì)油氣難以區(qū)分，而對于核磁測井來說可以很好的解決上述困難，并且能夠直接測量儲集層自由流體孔隙度，核磁測井相對于常規(guī)測井來說具有很大的優(yōu)勢，特別是針對長慶區(qū)塊低孔、低滲的特點，核磁測井更能發(fā)揮其作用。

2.長慶核磁測井現(xiàn)狀

由于油田開發(fā)力度加大，對高端成像測井的需要更強烈，但是進口的核磁數(shù)量不足，不能滿足生產(chǎn)的需求，迫切需要加大投入核磁儀器的數(shù)量，但是進口儀器價格昂貴，并且無法掌握其核心技術(shù)，存在技術(shù)壟斷，這就要求加強自主技術(shù)研發(fā)，推出公司自己的產(chǎn)品才能打破壟斷，占據(jù)核心市場。

MRIL-P型核磁儀器在長慶一共3支，靖邊兩支，隴東一支，靖邊主要負責陜北區(qū)塊，陜北項目組多，加測核磁的井也多，兩支核磁儀器經(jīng)常忙不過來，再加上儀器返修，就更忙不過來了，隴東的一支核磁儀器也勉強應付隴東的市場，有時還要兼顧定邊、吳起的核磁測井項目?，F(xiàn)狀是迫切加大投入核磁儀器的數(shù)量，來滿足測井的需求。

綜合核磁的優(yōu)越性和目前長慶市場核磁測井現(xiàn)狀，發(fā)展國產(chǎn)核磁迫在眉睫。

三、核磁測井影響因素

1.泥漿、地層水礦化度對增益的影響

核磁共振測井儀器是在井眼泥漿中進行測井, 它需要達到一定的發(fā)射功率才能夠完成測井任務, 該指標可以由增益來衡量; 增益表示由井眼流體和地層施加于儀器的發(fā)射電路的負荷量。實際測量到的增益就是射頻天線產(chǎn)生的信號幅度與測量線圈的信號幅度的比值。測井時測量的增益包括外部環(huán)境和發(fā)射線路本身的影響。影響增益的外部因素主要是井眼泥漿電阻率，其次是地層電阻率。低阻泥漿或地層比高阻泥漿或地層使信號衰減較大, 導致低增益。當增益低于儀器測量極限時, 儀器自動停止工作。

2.溫度對測量結(jié)果的影響

核磁共振測井儀是在地層中工作, 均處于高溫高壓情況下工作, 溫度對核磁共振測井儀器本身的探測特征和流體的核磁特性均有一定程度的影響。

3.測量參數(shù)對核磁共振測井影響

核磁共振測井測量過程中, 回波等待時間( TW)和回波間隔(TE) 是核磁共振測量中兩個重要測量參數(shù), 這兩個參數(shù)的選擇直接影響測量結(jié)果的準確性和可靠性。

四、針對核磁影響因素MRT核磁的技術(shù)改進

1.提高測井增益穩(wěn)定性

當單頻測井時單頻增益應該不變，但原程序增益波動很大如圖2的T6道G0波形。原程序中繼電器切換16ms后開始一個測量體如圖1，在一個測量體前20ms先采集GAIN值后采集噪音，由于繼電器切換時間與GAIN值采集時間間隔太短，使采集到的GAIN值不穩(wěn)定。

圖1 測量體時序

圖2 GAIN值跳動

修改后程序中繼電器切換24ms后開始一個測量體計時如圖3，在一個測量體前20ms先采集噪音值后采集增益，避免繼電器開關(guān)對增益的影響，使增益穩(wěn)定如圖4。

圖3 修改后的測量時序

圖4 修改后的Gain值，該值很穩(wěn)定

2.提高高溫試驗的儀器的穩(wěn)定性

儀器在常溫測試時，B1值能夠保證很好的穩(wěn)定性。但是在做155°高溫測試時，隨著溫度的增加，B1值變化較大。

圖5 常溫測試B1值

圖6 更換元器件后B1值

從B1的發(fā)射到采集通路的分析，即為高壓發(fā)射到核磁探頭，通過B1線圈感應接收，然后經(jīng)過刻度功率板積分與緩沖，最后送到輔助測量板采集處理。而對于B1傳感電路，作為“功率校正”傳感器，它主要是在發(fā)射器產(chǎn)生天線射頻脈沖期間，測量B1信號，此時B1傳感電路元器件要求很好的溫度性能，圖5，B1值不穩(wěn)定，在對其電容進行更換為COG電容后，圖6，B1值要穩(wěn)定了很多。

3.提高回波信號幅值

原CPMG時序如圖7,180度脈寬為90度脈寬2倍，90度脈寬到180度脈寬時間為TE/2。在以上脈沖序列的模型中，將所有的脈沖都假設成為了理想脈沖，即能量無限大，脈沖寬度無窮小，類似δ脈沖。在實際的測井應用中，受到硬件和應用環(huán)境的限制，用于激發(fā)地層流體的射頻場很難做到很強，通常只有幾個高斯。為實現(xiàn)預定的扳倒角度，脈沖都有一定的寬度。在射頻場強度有限時，由磁場的不均勻等因數(shù)引起的共振偏移。通過改變初始脈沖間隔△t優(yōu)化CPMG 脈沖，補償有限寬度脈沖期間的弛豫作用，進而增強回波信號的幅度，提高儀器信噪比。為減小振鈴對回波的影響，需減小180度脈寬時間。修改后CPMG時序如圖8，180度脈寬為90度脈寬1.6倍，新CPMG時序仿真和測試如圖9和圖10。

圖7 原CPMG時序

圖8 修改后CPMG時序

圖9 CPMG時序仿真圖

圖10 CPMG時序測試圖

為減小磁場的不均勻引起的共振偏移，將CPMG 脈沖的初始脈沖間隔縮短不同△t對應回波A0幅值如圖11。當峰峰值最大時每個頻帶初始脈沖間隔不一樣，通過分析2頻帶和3頻帶初始脈沖間隔△t=10T （T為發(fā)射信號周期）。0頻帶初始脈沖間隔△t=9T+0.267us，1頻帶初始脈沖間隔△t=9T+0.6us。新修改程序與原程序回波對比如下表

表1 新修改程序與原程序回波對比

圖11 度 脈寬到180度脈寬減小時間

4.增加采集窗時間減小孔隙度波動

核磁共振回波信號為nV級，在噪音中提取回波信號本電路采用DPSD算法。DPSD算法是借助數(shù)字信號處理器件來完成數(shù)字相敏檢波功能，以實現(xiàn)對強噪背景下待測信號參數(shù)的提如圖12和圖13當采集時間為32周期band0的-6KHz本底噪音為200，波信噪比為48。如圖14和圖15當采集時間為32周期九頻孔隙度波動為4%，當采集時間為64周期九頻孔隙度波動小于2%。通過增加采集窗時間減小孔隙度波動。

圖12 采集32周期九頻孔隙度波動

圖13 采集32周期band0-6本底噪音

圖14 采集64周期九頻孔隙度波動

圖15 采集64周期band0-6本底噪音

五、MRT6910多頻核磁技術(shù)創(chuàng)新點

1.磁體、天線優(yōu)化設計技術(shù)

對磁體和天線磁場分布的數(shù)值模擬進行參數(shù)優(yōu)化，以達到最佳匹配要求。磁體自主設計，獨特配方和制作工藝。天線自主設計，耐壓、防滲性能優(yōu)良。

2.儀器分頻刻度

MRT采用九頻測井模式，而且每個頻率對應的回波信號都參與核磁數(shù)據(jù)運算。采用分頻刻度方式，讓刻度系數(shù)更細化，計算更準確

3.軟件自動找GA

儀器測井之前，測井操作員要根據(jù)刻度的B1值，來調(diào)整儀器發(fā)射GA來匹配。通過采集軟件自動找GA功能，讓測井操作更方面、更安全。

4.參數(shù)可變的觀測模式

課題研究出的采集模式設計軟件能夠適時添加新的采集模式，既有針對性，又有靈活性。設立了四大類56個“傻瓜”式觀測模式；專家模式則可對TWL、TWS、TEL、TES、NE等測量參數(shù)進行編輯，以適應新的地質(zhì)應用需求。

5.儀器去噪技術(shù)

儀器在加入去噪技術(shù)后，有效的減小了振鈴噪聲對回波采集的影響，實現(xiàn)了束縛水孔隙度測量的關(guān)鍵技術(shù)突破。

六、MRT6910多頻核磁現(xiàn)場應用實例

MRT實驗過程中，陸續(xù)試驗了十余口井，大多數(shù)取得了合格的資料，儀器性能大大提升。從首次下井試驗并獲取到有效地層回波信號，然后針對試驗中暴露出各類問題，系統(tǒng)地開展了電路改進、數(shù)據(jù)采集完善、觀測模式及時序設計、地面控制與數(shù)據(jù)處理軟件完善。最后終于取得合格資料，在標準井和生產(chǎn)井和MRIL-P儀器的對比試驗結(jié)果表明，有效孔隙度、束縛水孔隙度和總孔隙度的重復性、一致性好，并且和MRIL-P儀器的結(jié)果有較好的對應性。

1.核磁儀器自身重復性對比

2013年7月22日在甘肅合X-X井完成核磁共振測井儀MRT與MRIL-P核磁對比測井試驗，取得合格測井資料

圖16 合X-X井自身重復性對比

從上圖中可以看出儀器自身的重復性非常好

2.與MRIL-P型核磁對比

圖17 合X-X井與MRIL-P型儀器對比

表2 測量效果分析

從圖和表中可以看出MRT有效孔隙度、束縛水孔隙度、總孔隙度重復性好，MRT與P型測量結(jié)果一致。

七、結(jié)論及建議

MRT6910多頻核磁共振測井儀經(jīng)過多年的研發(fā)、現(xiàn)場實驗，在實驗過程中進行大量改進，目前儀器已完全能適應測井需求。核磁共振測井儀器是技術(shù)含量高、機電結(jié)構(gòu)復雜、機電工藝要求精密，目前最為復雜、技術(shù)難度也最大的一種電纜測井儀器之一。國外經(jīng)過近60年持續(xù)發(fā)展，在核磁共振測井儀器的技術(shù)指標、可靠性、穩(wěn)定性、一致性各方面基本成熟。國產(chǎn)多頻核磁共振測井儀的技術(shù)指標達到國際同類儀器先進水平，但在穩(wěn)定性、可靠性、信噪比、一致性等方面可以進一步提高，復雜條件地質(zhì)適應性可以進一步確定。

建議針對各種復雜地質(zhì)條件和井眼環(huán)境，在后期實驗中進一步提高核磁測井儀器適應能力，為國產(chǎn)核磁設備的全面應用創(chuàng)造條件。

Experimental Application of MRT6910 Multifrequency Nuclear Magnetic Resonance Logging on Changqing Oil Field

Yang Kai,Wang Jiamin,Cheng Junjun
（Changqing Department of Logging co., LTD of China Petroleum Group, Shanxi,710021）

MRT6910 multifrequency nuclear magnetic resonance logging instrument can improve the sucess rate of identification and evaluation of complex lithology reservoir logging, decrease the cost of petroleum-gas exploration and production, which plays an important role in the increase of oil and gas reserve and production for group companies. Starting from the principle of nuclear magnetic resonance (NMR) logging, to take research on the necessity of nuclear magnetic and the influencing factors of nuclear magnetic logging, besides, take exposition on various aspects of the problems.

Reservoir logging identification；influence factor

P

A

楊凱（1984～），男，中國石油集團測井有限公司，研究方向：石油測井儀器應用。王家敏（1981～）男，中國石油集團測井有限公司，研究方向：石油測井儀器應用。成軍軍（1973～），男，中國石油集團測井有限公司，研究方向：石油測井儀器應用生產(chǎn)管理