核磁共振测井仪器常见现象分析
时间：2020-10-12 09:33:17 来源：达达文档网 本文已影响 人 
李海，薛博，赵新华
【摘 要】论文主要论述MRIL型核磁仪器的一些基本原理及对测井工程中出现现象的认识。
【Abstract】This paper mainly discusses some basic principles of MRIL nuclear magnetic instrument and the understanding of phenomena in logging engineering.
【关键词】CHI;射频脉冲（RF）发生器;发射器模块;泥浆排除器
【Keywords】CHI; radio frequency pulse （RF） generator; transmitter module; mud eliminator
【中圖分类号】P631 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2020）02-0154-02
1 引言
核磁测井解决了常规测井技术难以回答的地层评价难题，提高了油气储层评价的精确性，有效地改善了油层管理的有效性。MRIL-P型核磁测井能提供地层有效孔隙度、束缚体积、渗透率等参数，并能反映孔隙大小分布、流体的流动特征，直接回答产层孔隙结构、储量、储层质量、采收率、产能等油田勘探开发中的关键问题。
2 仪器原理
核磁共振指的是原子核对磁场的响应，即若在稳定磁场垂直方向上加一射频磁场，当交变磁场的频率与氢核的核磁共振频率相同时，处于低能位的氢核将吸收能量，转变为高能态的核，这一现象叫核磁共振。当射频脉冲作用停止后，磁化矢量通过自由进动向B0方向恢复，使原子核从高能态的非平衡状态向低能态的平衡状态恢复，这一过程叫弛豫。从方向上来划分可以分为纵向和横向弛豫[1]。
纵向弛豫T1是指磁化矢量在Z方向的纵向分量往初始宏观磁化强度M0的数值恢复过程。它与孔隙的体积、孔隙中介质的性质以及地层的物性等因素有关。
横向弛豫T2是指磁化矢量在X-Y平面的横向分量往数值为0的初始状态恢复的过程，它同样与孔隙的体积、孔隙中介质的性质、地层的物性以及采集各项参数等因素有关。
MRIL-P型核磁技术以氢核与外加磁场的相互间作用为基础，测量氢核的纵向弛豫T1、横向弛豫T2信号的幅度和衰减。由于纵向弛豫T1、横向弛豫T2信号幅度与地层中氢指数成正比，该测量信号对流体中氢敏感，而对固体中的氢不敏感，因此，该信号幅度反映孔隙度体积。信号衰减幅度与孔隙大小和流体性质及流动特性有关，因此，核磁共振测井能较好地评价储层的产液性质、储层特征。其计算公式如下：
■=P■+Cη■+■
式中，ρ为润湿相和矿物成分，S为孔隙尺寸，V为岩石体积，T为温度，c为粘度，η为计算系数，D为扩散系数，G为磁场梯度，TE为回波间隔。
另外，在高电导油层的识别、复杂岩层油气藏评价方面有广泛应用[2]。但核磁共振测井受到地层、井筒、泥浆体系以及仪器本身性能等因素的影响，导致测井资料中存在假象，因而在油气层解释中出现偏差。地层因素是不可避免的，但井筒、泥浆、仪器本身性能等因素可通过优化测井施工过程、优选测井参数、选择最优测井模式、精确刻度校准仪器、提高仪器性能等方法，使测井资料能够最大限度地反映地层信息。
3 仪器组合及简介
P-型核磁共振成像测井仪器系列用于测量地层孔隙度。P-型核磁仪有9个频率5个频带，它在地层中形成9个厚度为1mm，间隔1mm，高度24in的探测圆环，9个频率分为5个频带，中心频率为580kHz、610kHz、640kHz、670kHz和760kHz。760kHz的频带只用来进行黏土束缚体积测量。
P-型核磁探头有三个基本部分组成：一个永久磁铁、一个射频脉冲（RF）发生器及一个射频接收器。MRIL-Prime仪器的永久磁铁较C型的更长，增强了激化能力。与C型仪器相比具有更强的优势。预激化磁体产生梯度磁场B0。磁体上的天线发射射频信号B1与预激化磁体极性垂直，天线用于接收从地层返回的纵向弛豫T1和横向弛豫T2。两个短的预激化磁体位于核磁天线的上下部，其作用是将地层中的氢原子快速激化。电子线路包括信号处理模块、发射器模块、电源模块、接口模块、通讯模块[3]。电能短节提供发射时需要大量电流，故采用独立的电容部分进行能量储存。仪器实体图如图1所示。
图1 核磁共振MRIL实体图例
4 测井工程中出现的常见现象
①在测井过程中，泥浆氯根的高低也是影响测井资料质量的一个非常关键的因素。当泥浆电阻率在0.02～0.05Ω·m时，已经不适合核磁测井。这时也会出现CHI（回波拟合标准偏差）大于2或增益值、振铃、噪声等指标不符合测井要求的情况，这种情况下需要将测速控制在1m/min内。另外就是RA值的选择，A、B、D、E组的RA值选择为16，C组用8.RA越高噪声就会变低，可以通过降低测井分辨率和测速的方法来解决。在CHI高或其他测量参数不符合要求时，首先检查一下测量时设置的RA值是否正确，发现问题应及时调整。
但HALLIBURTON MRIL-P 操作手册中明确指出，在目的层，CHI值应小于2。但CHI值在2和3之间也是可以接受的。在井眼垮塌或是泥岩段，CHI值偏大也是正常的。因此，应灵活观察CHI值，出现CHI大于2应判断是仪器问题还是井况造成。
测井时，CHI大于2，除仪器本身问题外，便携地面220V交流引线也有影响，应将电源引线缩减到足够短。
控制好CHI主要还是要做好生产准备（仪器的维护、保养、检修、刻度，电缆性能，合理地使用泥浆排除器，仪器居中效果、泥浆性能等）。
②核磁测井对测井电缆的要求。MRIL-P型核磁属于美国哈里伯顿公司生产的DITS系列仪器。所有DITS仪器的缆芯分配：1、2和4、5两组缆芯供110VAC仪器主电源。3、6号缆芯为井下仪器下发命令通道。7号缆芯对10为井下数据上传通道。1、2和4、5两组缆芯所接电源变压器的中心抽头，为井下仪器提供交直流辅助电源。对于MRIL-P核磁测井时，1、2和4、5两组缆芯的中心抽头（center tap）为井下仪器提供+600VDC和-600VDC的直流发射电源，+600VDC和-600VDC的直流发射电源为仪器发射大功率的RF脉冲提供所需的电压和电流。对于核磁测井所选择的不同的测量模式，RF发射脉冲的幅度AM最大可达到1100V左右，最大电流可达到3A。在车间刻度或现场测井时，若泥浆电阻率较低，增益（GAIN）值小于200～250时，为了保持发射脉冲的幅度不变，必须增加所需发射电流。因此，MRIL-P型核磁测井对电缆的绝缘情况有较高的要求。用1000VMΩ表测量电缆各缆芯绝缘时，要求缆芯之间，缆皮（地）间绝缘要达到500M以上，才能保证核磁测井的顺利完成。如果缆芯绝缘低于100M，就会出现供电电流大，仪器工作不正常等现象，极有可能损坏发射器模块、发射滤波模块、HELPER模块及天线接口模块。
③MRIL-P核磁测井时，出现交流电压不能正常提供、地面面板零表不回零或井下仪器交流供电正常，但仪器在下井过程中，还没有给井下仪器供直流发射电压，出现零表摆动、交流电压增大现象，这种情况一般是由于电缆绝缘问题造成的。当电缆绝缘不符合测井要求时，应及时断电，停止测井，更换电缆后再进行测井施工。
④井下仪器交流供电正常，通讯正常，增益正常，扫频正常，但供直流发射电压以后AM幅度较低（50～70），发射模块开始工作时，直流供电面板SORENSEN的电压保护灯出现闪烁现象，零表和交流电压表头出现严重摆动，仪器通讯中断，甚至测井绞车整车电源不稳定，液压发电机的声音出现异常，这种现象一般是由测井电缆或马龙头绝缘损坏引起。
⑤在进行核磁测井时，泥浆电阻率影响核磁增益的大小。
增益和泥浆电阻率的关系如下：
Rm>1.0 Ohm*m400-600 Rm～0.3 Ohm*m200-400
RM≤0.05Ohm*m≤200 Steel Casing 15-25
GAIN小于200时，需要加泥浆排除器。加7.25寸的泥浆排除器，GAIN值可以提高20～30个。
⑥在地面刻度或检查时，核磁烧板子，可能是helper和发射器模块同时存在故障造成。检查方法如下：在不供高压的状态下通过软件发射指令，测量发射器模块4个FET板的输出是否正常。
⑦核磁刻度随着核磁探头的老化，刻度B1 peak越来越高，容易烧坏仪器。核磁仪器保养很重要，探头部分需要在一年内对前后除探头主体外进行拆卸保养。
⑧保护套和泥浆排除器安装时，应将下固定筒的固定螺丝对应本体预留孔安装，切记不要将外排安全阀压死，造成调整电容盖板顶开，天线进泥浆。
【参考文献】
【1】邵维志，庄升，丁娱娇.一种新型核磁共振测井仪——MREx[J].石油仪器，2004（02）：36-39+67.
【2】肖亮，劉晓鹏，毛志强，等.新型组合式核磁共振测井仪CMR-Plus简介[J].国外测井技术，2007（04）：48-50+4.
【3】林振洲，潘和平.核磁共振测井进展[J].工程地球物理学报，2006（04）：295-303.
