基本介紹
- 中文名：核磁測井
- 外文名：nuclear Magnetism logging
- 學科：地球物理測井
- 套用領域：石油勘探開發
- 測量方法：預極化方式、自旋迴波方式等
- 出現時間：20世紀50年代
原理,測量方法,預極化方式,自旋迴波方式,歷史發展,
原理
在地磁場的作用下，地層中那些自旋軸與地磁場不完全重合的氫核繞地磁場旋進。如果在下井儀器中用極化線圈產生與地磁場垂直的強脈衝磁場(與地磁場比較而言)，迫使氫核的自旋軸離開地磁場的方向，當極化磁場去掉後，它們繞地磁場旋進並逐漸恢復到原有狀態。氫核的旋進在感應線圈中產生逐漸衰減的射頻信號，其幅度取決於地層中自由流體的氫核數，稱自由流體指數。
而束縛水或死油對核磁測井不起明顯作用。井眼產生的信號衰減很快，可以通過延遲測量時間將其影響減至最小。根據自由流體指數可獲得岩石的自由流體孔隙度，配合其它資料可計算滲透率。如果進而測量熱馳豫時間，則可以區別油和水。
測量方法
核磁共振的測量方法有多種，在核磁共振測井中主要採用了預極化方式、自旋迴波方式等，前者在井下測量簡便易行，後者可以消除由於擴散而對測量結果帶來的誤差，使結果更為準確，並且提高了信噪比。
預極化方式
在穩定場的垂直方向上加一較強的極化場，經過足夠長極化時間，原來沿穩定場建立的平衡靜磁化強度會發生偏轉而沿總場方向取向，產生一個橫向磁化強度分量，這時突然撤去極化場，磁化強度便在穩定場的作用下以拉莫爾頻率進動，其縱向分量逐漸恢復到平衡值，而橫向分量逐漸減小到0，在垂直於穩定場方向上會測量到一個隨時間衰減的自由感應衰減信號FID，利用其幅度的變化可以研究物質的T2。該方法要求有較長極化時間，測井速度慢，且電流大，迅速關斷電流較困難，若在開關斷開後延遲一段時間測量，雖能壓制部分干擾，但也丟掉了許多有用信息。
自旋迴波方式
預極化方式測量的T2到磁場非均勻性嚴重影響。為了改善測量的質量，右用這種方式。在垂直於穩定場方向旋加一90度極化脈衝，使M0產生90度的傾角，脈衝過後，由於產生弛豫作用，各分量相位分散，橫向分量減小，經過恢復時間τ再施加脈衝，散開的磁矩繞極化場翻轉180度，再過時間τ，分散的核磁矩又集中到極化場成90度的位置，開成一個強的自旋迴波。改變時間間隔，可測量到一組幅度各不相同的自旋迴波，其衰減時間常數為T2。如果脈衝間隔足夠小，就可有效地消除擴散和磁場非均勻性對測量的影響。有人曾研究了一種自旋迴波核磁共振測井儀，由於當時設計過於簡單，脈衝的精度不好控制，因而沒有得到套用。
歷史發展
人們第一次認識核磁共振(NMR)的潛在價值是在20世紀50年代，在60年代早期研製出核磁測井(NML)儀。NML儀因其許多局限性最終在80年代末停止了服務。儘管它有諸多局限性，但為支持NML測井而進行的實驗研究，預見了今天仍在進行的多種地層評價，其中包括估算滲透率、孔隙大小分布、自由流體體積、原油黏度和潤濕性。
現代NMR測井的發展可以追溯到1978年在LosAlamos國家實驗室開展的NMR井眼測井研究項目。該項目的部分目標是製造和測試一種在井眼中使用的NMR測井儀，它能克服NML儀的局限性。LosAlamos試驗儀器使用的是強永久磁鐵，正如那些在現代實驗室的NMR儀器一樣，進行了脈衝NMR自旋迴波測量。這些測量結果極其靈活，可適用於許多不同的地層評價。
LosAlamos實驗室儀器證明了NMR測井的可行性，但由於其信噪比(S/N)太低，而且磁鐵和射頻(RF)線圈的設計產生很大的井眼信號而無法滿足商用需求。可行性論證後不久，1983年成立的Numar公司和斯倫貝謝公司開始了獨立的研究，試圖設計NMR磁鐵和RF天線，從而滿足商用NMR測井需求。
20世紀90年代初，研究有了收穫，有兩家公司開始對電纜式儀器樣機進行現場測試。儀器性能遠遠超過NML儀，在地層評價方面很快有了效果。自從第一支商用儀器投入使用以來，這兩家公司都推出了先進的電纜式NMR測井儀和隨鑽測井(LWD)NMR儀器。1997年，Numar公司被哈里伯頓收購，現已完全成為其子公司。
2001年，哈里伯頓公司推出了NMR流體分析儀，它是電纜式流體採樣儀的一部分。2000和2002年，哈里伯頓公司和斯倫貝謝公司分別推出了LWD儀器。貝克·休斯公司在2004年推出了電纜式NMR儀，2005年推出了LwDNMR儀。
