[科普中国]-核磁测井

原理

在地磁场的作用下，地层中那些自旋轴与地磁场不完全重合的氢核绕地磁场旋进。如果在下井仪器中用极化线圈产生与地磁场垂直的强脉冲磁场(与地磁场比较而言)，迫使氢核的自旋轴离开地磁场的方向，当极化磁场去掉后，它们绕地磁场旋进并逐渐恢复到原有状态。氢核的旋进在感应线圈中产生逐渐衰减的射频信号，其幅度取决于地层中自由流体的氢核数，称自由流体指数。

而束缚水或死油对核磁测井不起明显作用。井眼产生的信号衰减很快，可以通过延迟测量时间将其影响减至最小。根据自由流体指数可获得岩石的自由流体孔隙度，配合其它资料可计算渗透率。如果进而测量热驰豫时间，则可以区别油和水。

测量方法核磁共振的测量方法有多种，在核磁共振测井中主要采用了预极化方式、自旋回波方式等，前者在井下测量简便易行，后者可以消除由于扩散而对测量结果带来的误差，使结果更为准确，并且提高了信噪比。

预极化方式在稳定场的垂直方向上加一较强的极化场，经过足够长极化时间，原来沿稳定场建立的平衡静磁化强度会发生偏转而沿总场方向取向，产生一个横向磁化强度分量，这时突然撤去极化场，磁化强度便在稳定场的作用下以拉莫尔频率进动，其纵向分量逐渐恢复到平衡值，而横向分量逐渐减小到0，在垂直于稳定场方向上会测量到一个随时间衰减的自由感应衰减信号FID，利用其幅度的变化可以研究物质的T2。该方法要求有较长极化时间，测井速度慢，且电流大，迅速关断电流较困难，若在开关断开后延迟一段时间测量，虽能压制部分干扰，但也丢掉了许多有用信息。

自旋回波方式预极化方式测量的T2到磁场非均匀性严重影响。为了改善测量的质量，右用这种方式。在垂直于稳定场方向旋加一90度极化脉冲，使M0产生90度的倾角，脉冲过后，由于产生弛豫作用，各分量相位分散，横向分量减小，经过恢复时间τ再施加脉冲，散开的磁矩绕极化场翻转180度，再过时间τ，分散的核磁矩又集中到极化场成90度的位置，开成一个强的自旋回波。改变时间间隔，可测量到一组幅度各不相同的自旋回波，其衰减时间常数为T2。如果脉冲间隔足够小，就可有效地消除扩散和磁场非均匀性对测量的影响。有人曾研究了一种自旋回波核磁共振测井仪，由于当时设计过于简单，脉冲的精度不好控制，因而没有得到应用。

历史发展人们第一次认识核磁共振(NMR)的潜在价值是在20世纪50年代，在60年代早期研制出核磁测井(NML)仪。NML仪因其许多局限性最终在80年代末停止了服务。尽管它有诸多局限性，但为支持NML测井而进行的实验研究，预见了今天仍在进行的多种地层评价，其中包括估算渗透率、孔隙大小分布、自由流体体积、原油黏度和润湿性。

现代NMR测井的发展可以追溯到1978年在LosAlamos国家实验室开展的NMR井眼测井研究项目。该项目的部分目标是制造和测试一种在井眼中使用的NMR测井仪，它能克服NML仪的局限性。LosAlamos试验仪器使用的是强永久磁铁，正如那些在现代实验室的NMR仪器一样，进行了脉冲NMR自旋回波测量。这些测量结果极其灵活，可适用于许多不同的地层评价。

LosAlamos实验室仪器证明了NMR测井的可行性，但由于其信噪比(S/N)太低，而且磁铁和射频(RF)线圈的设计产生很大的井眼信号而无法满足商用需求。可行性论证后不久，1983年成立的Numar公司和斯伦贝谢公司开始了独立的研究，试图设计NMR磁铁和RF天线，从而满足商用NMR测井需求。

20世纪90年代初，研究有了收获，有两家公司开始对电缆式仪器样机进行现场测试。仪器性能远远超过NML仪，在地层评价方面很快有了效果。自从第一支商用仪器投入使用以来，这两家公司都推出了先进的电缆式NMR测井仪和随钻测井(LWD)NMR仪器。1997年，Numar公司被哈里伯顿收购，现已完全成为其子公司。

2001年，哈里伯顿公司推出了NMR流体分析仪，它是电缆式流体采样仪的一部分。2000和2002年，哈里伯顿公司和斯伦贝谢公司分别推出了LWD仪器。贝克·休斯公司在2004年推出了电缆式NMR仪，2005年推出了LwDNMR仪。2