核磁共振測井儀器常見現(xiàn)象分析

李海，薛博，趙新華

【摘 ?要】論文主要論述MRIL型核磁儀器的一些基本原理及對(duì)測井工程中出現(xiàn)現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)。

【Abstract】This paper mainly discusses some basic principles of MRIL nuclear magnetic instrument and the understanding of phenomena in logging engineering.

【關(guān)鍵詞】CHI;射頻脈沖（RF）發(fā)生器;發(fā)射器模塊;泥漿排除器

【Keywords】CHI; radio frequency pulse （RF） generator; transmitter module; mud eliminator

【中圖分類號(hào)】P631 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號(hào)】1673-1069（2020）02-0154-02

1 引言

核磁測井解決了常規(guī)測井技術(shù)難以回答的地層評(píng)價(jià)難題，提高了油氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)的精確性，有效地改善了油層管理的有效性。MRIL-P型核磁測井能提供地層有效孔隙度、束縛體積、滲透率等參數(shù)，并能反映孔隙大小分布、流體的流動(dòng)特征，直接回答產(chǎn)層孔隙結(jié)構(gòu)、儲(chǔ)量、儲(chǔ)層質(zhì)量、采收率、產(chǎn)能等油田勘探開發(fā)中的關(guān)鍵問題。

2 儀器原理

核磁共振指的是原子核對(duì)磁場的響應(yīng)，即若在穩(wěn)定磁場垂直方向上加一射頻磁場，當(dāng)交變磁場的頻率與氫核的核磁共振頻率相同時(shí)，處于低能位的氫核將吸收能量，轉(zhuǎn)變?yōu)楦吣軕B(tài)的核，這一現(xiàn)象叫核磁共振。當(dāng)射頻脈沖作用停止后，磁化矢量通過自由進(jìn)動(dòng)向B0方向恢復(fù)，使原子核從高能態(tài)的非平衡狀態(tài)向低能態(tài)的平衡狀態(tài)恢復(fù)，這一過程叫弛豫。從方向上來劃分可以分為縱向和橫向弛豫[1]。

縱向弛豫T1是指磁化矢量在Z方向的縱向分量往初始宏觀磁化強(qiáng)度M0的數(shù)值恢復(fù)過程。它與孔隙的體積、孔隙中介質(zhì)的性質(zhì)以及地層的物性等因素有關(guān)。

橫向弛豫T2是指磁化矢量在X-Y平面的橫向分量往數(shù)值為0的初始狀態(tài)恢復(fù)的過程，它同樣與孔隙的體積、孔隙中介質(zhì)的性質(zhì)、地層的物性以及采集各項(xiàng)參數(shù)等因素有關(guān)。

MRIL-P型核磁技術(shù)以氫核與外加磁場的相互間作用為基礎(chǔ)，測量氫核的縱向弛豫T1、橫向弛豫T2信號(hào)的幅度和衰減。由于縱向弛豫T1、橫向弛豫T2信號(hào)幅度與地層中氫指數(shù)成正比，該測量信號(hào)對(duì)流體中氫敏感，而對(duì)固體中的氫不敏感，因此，該信號(hào)幅度反映孔隙度體積。信號(hào)衰減幅度與孔隙大小和流體性質(zhì)及流動(dòng)特性有關(guān)，因此，核磁共振測井能較好地評(píng)價(jià)儲(chǔ)層的產(chǎn)液性質(zhì)、儲(chǔ)層特征。其計(jì)算公式如下：

■=P■+Cη■+■

式中，ρ為潤濕相和礦物成分，S為孔隙尺寸，V為巖石體積，T為溫度，c為粘度，η為計(jì)算系數(shù)，D為擴(kuò)散系數(shù)，G為磁場梯度，TE為回波間隔。

另外，在高電導(dǎo)油層的識(shí)別、復(fù)雜巖層油氣藏評(píng)價(jià)方面有廣泛應(yīng)用[2]。但核磁共振測井受到地層、井筒、泥漿體系以及儀器本身性能等因素的影響，導(dǎo)致測井資料中存在假象，因而在油氣層解釋中出現(xiàn)偏差。地層因素是不可避免的，但井筒、泥漿、儀器本身性能等因素可通過優(yōu)化測井施工過程、優(yōu)選測井參數(shù)、選擇最優(yōu)測井模式、精確刻度校準(zhǔn)儀器、提高儀器性能等方法，使測井資料能夠最大限度地反映地層信息。

3 儀器組合及簡介

P-型核磁共振成像測井儀器系列用于測量地層孔隙度。P-型核磁儀有9個(gè)頻率5個(gè)頻帶，它在地層中形成9個(gè)厚度為1mm，間隔1mm，高度24in的探測圓環(huán)，9個(gè)頻率分為5個(gè)頻帶，中心頻率為580kHz、610kHz、640kHz、670kHz和760kHz。760kHz的頻帶只用來進(jìn)行黏土束縛體積測量。

P-型核磁探頭有三個(gè)基本部分組成：一個(gè)永久磁鐵、一個(gè)射頻脈沖（RF）發(fā)生器及一個(gè)射頻接收器。MRIL-Prime儀器的永久磁鐵較C型的更長，增強(qiáng)了激化能力。與C型儀器相比具有更強(qiáng)的優(yōu)勢。預(yù)激化磁體產(chǎn)生梯度磁場B0。磁體上的天線發(fā)射射頻信號(hào)B1與預(yù)激化磁體極性垂直，天線用于接收從地層返回的縱向弛豫T1和橫向弛豫T2。兩個(gè)短的預(yù)激化磁體位于核磁天線的上下部，其作用是將地層中的氫原子快速激化。電子線路包括信號(hào)處理模塊、發(fā)射器模塊、電源模塊、接口模塊、通訊模塊[3]。電能短節(jié)提供發(fā)射時(shí)需要大量電流，故采用獨(dú)立的電容部分進(jìn)行能量儲(chǔ)存。儀器實(shí)體圖如圖1所示。

圖1 ?核磁共振MRIL實(shí)體圖例

4 測井工程中出現(xiàn)的常見現(xiàn)象

①在測井過程中，泥漿氯根的高低也是影響測井資料質(zhì)量的一個(gè)非常關(guān)鍵的因素。當(dāng)泥漿電阻率在0.02～0.05Ω·m時(shí)，已經(jīng)不適合核磁測井。這時(shí)也會(huì)出現(xiàn)CHI（回波擬合標(biāo)準(zhǔn)偏差）大于2或增益值、振鈴、噪聲等指標(biāo)不符合測井要求的情況，這種情況下需要將測速控制在1m/min內(nèi)。另外就是RA值的選擇，A、B、D、E組的RA值選擇為16，C組用8.RA越高噪聲就會(huì)變低，可以通過降低測井分辨率和測速的方法來解決。在CHI高或其他測量參數(shù)不符合要求時(shí)，首先檢查一下測量時(shí)設(shè)置的RA值是否正確，發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時(shí)調(diào)整。

但HALLIBURTON MRIL-P 操作手冊(cè)中明確指出，在目的層，CHI值應(yīng)小于2。但CHI值在2和3之間也是可以接受的。在井眼垮塌或是泥巖段，CHI值偏大也是正常的。因此，應(yīng)靈活觀察CHI值，出現(xiàn)CHI大于2應(yīng)判斷是儀器問題還是井況造成。

測井時(shí)，CHI大于2，除儀器本身問題外，便攜地面220V交流引線也有影響，應(yīng)將電源引線縮減到足夠短。

控制好CHI主要還是要做好生產(chǎn)準(zhǔn)備（儀器的維護(hù)、保養(yǎng)、檢修、刻度，電纜性能，合理地使用泥漿排除器，儀器居中效果、泥漿性能等）。

②核磁測井對(duì)測井電纜的要求。MRIL-P型核磁屬于美國哈里伯頓公司生產(chǎn)的DITS系列儀器。所有DITS儀器的纜芯分配：1、2和4、5兩組纜芯供110VAC儀器主電源。3、6號(hào)纜芯為井下儀器下發(fā)命令通道。7號(hào)纜芯對(duì)10為井下數(shù)據(jù)上傳通道。1、2和4、5兩組纜芯所接電源變壓器的中心抽頭，為井下儀器提供交直流輔助電源。對(duì)于MRIL-P核磁測井時(shí)，1、2和4、5兩組纜芯的中心抽頭（center tap）為井下儀器提供+600VDC和-600VDC的直流發(fā)射電源，+600VDC和-600VDC的直流發(fā)射電源為儀器發(fā)射大功率的RF脈沖提供所需的電壓和電流。對(duì)于核磁測井所選擇的不同的測量模式，RF發(fā)射脈沖的幅度AM最大可達(dá)到1100V左右，最大電流可達(dá)到3A。在車間刻度或現(xiàn)場測井時(shí)，若泥漿電阻率較低，增益（GAIN）值小于200～250時(shí)，為了保持發(fā)射脈沖的幅度不變，必須增加所需發(fā)射電流。因此，MRIL-P型核磁測井對(duì)電纜的絕緣情況有較高的要求。用1000VMΩ表測量電纜各纜芯絕緣時(shí)，要求纜芯之間，纜皮（地）間絕緣要達(dá)到500M以上，才能保證核磁測井的順利完成。如果纜芯絕緣低于100M，就會(huì)出現(xiàn)供電電流大，儀器工作不正常等現(xiàn)象，極有可能損壞發(fā)射器模塊、發(fā)射濾波模塊、HELPER模塊及天線接口模塊。

③MRIL-P核磁測井時(shí)，出現(xiàn)交流電壓不能正常提供、地面面板零表不回零或井下儀器交流供電正常，但儀器在下井過程中，還沒有給井下儀器供直流發(fā)射電壓，出現(xiàn)零表擺動(dòng)、交流電壓增大現(xiàn)象，這種情況一般是由于電纜絕緣問題造成的。當(dāng)電纜絕緣不符合測井要求時(shí)，應(yīng)及時(shí)斷電，停止測井，更換電纜后再進(jìn)行測井施工。

④井下儀器交流供電正常，通訊正常，增益正常，掃頻正常，但供直流發(fā)射電壓以后AM幅度較低（50～70），發(fā)射模塊開始工作時(shí)，直流供電面板SORENSEN的電壓保護(hù)燈出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象，零表和交流電壓表頭出現(xiàn)嚴(yán)重?cái)[動(dòng)，儀器通訊中斷，甚至測井絞車整車電源不穩(wěn)定，液壓發(fā)電機(jī)的聲音出現(xiàn)異常，這種現(xiàn)象一般是由測井電纜或馬龍頭絕緣損壞引起。

⑤在進(jìn)行核磁測井時(shí)，泥漿電阻率影響核磁增益的大小。

增益和泥漿電阻率的關(guān)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時(shí)，需要加泥漿排除器。加7.25寸的泥漿排除器，GAIN值可以提高20～30個(gè)。

⑥在地面刻度或檢查時(shí)，核磁燒板子，可能是helper和發(fā)射器模塊同時(shí)存在故障造成。檢查方法如下：在不供高壓的狀態(tài)下通過軟件發(fā)射指令，測量發(fā)射器模塊4個(gè)FET板的輸出是否正常。

⑦核磁刻度隨著核磁探頭的老化，刻度B1 peak越來越高，容易燒壞儀器。核磁儀器保養(yǎng)很重要，探頭部分需要在一年內(nèi)對(duì)前后除探頭主體外進(jìn)行拆卸保養(yǎng)。

⑧保護(hù)套和泥漿排除器安裝時(shí)，應(yīng)將下固定筒的固定螺絲對(duì)應(yīng)本體預(yù)留孔安裝，切記不要將外排安全閥壓死，造成調(diào)整電容蓋板頂開，天線進(jìn)泥漿。

【參考文獻(xiàn)】

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【3】林振洲，潘和平.核磁共振測井進(jìn)展[J].工程地球物理學(xué)報(bào)，2006（04）：295-303.