EMRT核磁共振測井儀 在伊拉克Missan油田的應用

王修偉(中海油田服務股份有限公司，河北 三河 065201)

0 引言

核磁共振測井技術(shù)作為近年來迅速發(fā)展成熟起來的一項高端新技術(shù)在油氣藏勘探開發(fā)中已被廣泛采取和應用，核磁共振測井方法可直接測量地層孔隙中可動流體的信息，可定量確定自由流體、束縛水、滲透率及孔徑分布，其孔隙測量不受巖石骨架礦物成分的影響，在復雜巖性、特殊巖性儲層、低孔低滲儲層、低電阻率、低飽和度儲層，以及天然氣和稠油等儲層具有明顯的應用效果[1]。

1 EMRT核磁共振測井儀簡介

EMRT是COSL自主研發(fā)的核磁共振測井儀，它是COSL自主研發(fā)的ELIS測井系統(tǒng)下高端測井項目之一。主要測量地層孔隙流體中氫核響應。儀器用靜磁場和脈沖射頻磁場(RF)來進行井下自旋回波核磁響應的測量。測量的重要信息均包括在回波串中。回波串的初始幅度和地層中的流體信息有關，反映的是地層孔隙度。回波幅度的衰減率反映孔徑尺寸的信息和流體中流體類型。本核磁儀器是偏心核磁儀器，采用梯度場、軟脈沖回波技術(shù)。該儀器由儲能短節(jié)、電子線路和天線探頭三部分組成，儀器通訊采用基于時間驅(qū)動的機制，地面利用時深轉(zhuǎn)換程序?qū)r間機制采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到深度上。該通訊機制不同于標準EDIB模式，針對核磁共振測井中數(shù)據(jù)傳輸量大，井下儀器采集處理和數(shù)據(jù)傳輸采用并行機制，互不干擾，采用一個采集命令對應多個送數(shù)命令，并采取將大的數(shù)據(jù)量分包傳輸?shù)姆绞揭詫崿F(xiàn)測井數(shù)據(jù)的快速實時傳輸。

2 EMRT在伊拉克Missan油田的應用

2.1 Missan油田地質(zhì)情況簡介

米桑油田群包括3個油田，分別是Abu Ghirab、Buzurgan和Fauqi油田，區(qū)域內(nèi)包括兩套儲層，第三系的Asmari白云巖+灰?guī)r+砂巖(發(fā)育在Abu Ghirab油田和Fauqi油田)，白堊系Mishrif 灰?guī)r(發(fā)育在Buzurgan油田和Fauzq油田)。區(qū)域構(gòu)造特征，區(qū)內(nèi)AG、FQ斷裂發(fā)育，AG油田構(gòu)造總體呈北西-南東走向的斷背斜帶，BU油田構(gòu)造較為寬緩，工區(qū)內(nèi)沒有斷裂發(fā)育，F(xiàn)Q油田構(gòu)造形態(tài)和AG油田較為相似，整體上呈北西-南東走向的斷背斜。該區(qū)域內(nèi)富含結(jié)核狀石膏的云巖或云巖與硬石膏互層，塑性與脆性巖石交互，裂縫和孔洞發(fā)育豐富，井眼垮塌和井壁掉塊現(xiàn)象在該油田表現(xiàn)比較嚴重，給現(xiàn)場測井作業(yè)帶來了很大的風險和不便。

2.2 測前設計

針對該區(qū)塊的特殊地質(zhì)情況，由測井解釋人員確定核磁測量模式和參數(shù)。針對裸眼測井所獲得的井況信息選取合適的偏心器，根據(jù)Missan地區(qū)的作業(yè)經(jīng)驗，在8.25 in (20.96 cm)井眼中只適合使用小號扶正器，即使該地區(qū)普遍存在井壁垮塌擴經(jīng)和井壁掉塊現(xiàn)象，但也有很多地方容易出現(xiàn)縮經(jīng)，在鉆井過程中屢次發(fā)生卡鉆事故，F(xiàn)Q區(qū)塊最為嚴重。以前為了獲取最佳資料質(zhì)量采用過大號偏心器和中號偏心器，以及分別和小號偏心器組合的模式，都出現(xiàn)過遇卡嚴重的現(xiàn)象，儀器出井均出現(xiàn)偏心器拉彎變形嚴重等事故，后采取小號扶正器，該現(xiàn)象得到有效解決，而且資料質(zhì)量幾乎不受影響。

伊拉克Missan油田地區(qū)儲層巖性以碳酸巖為主，所以MRT Prosity and Permeability 參數(shù)設置將毛管束縛流體/可動流體界面(MBVI/MBVM BOUNDARY)中選擇用戶自定義值，并自定義T2截止值(User Def ined Cutoff)為100 ms。粘土束縛流體截止值(CBW CUTOFF)設置為4 ms(默認3.4 ms)。MRT Processing參數(shù)設置窗中，如果現(xiàn)場測井時CHI值較低，信噪比稍差，可將回波平均次數(shù)由5 samples改為9 samples。MRT Correction 孔隙度計算補償校正控制窗中，將Power Corr發(fā)射功率校正控制窗設置為NO Corr，將Rec.Gain Corr接收增益校正控制窗設置為DO Corr，將Temp Corr井眼溫度校正設置為DO Corr。儀器測井環(huán)境為泥漿電阻率＞0.02 Ω·m，如果泥漿電阻率0.02 Ω·m≤Rm≤0.15 Ω·m時候應加上泥漿排除器進行測井，以保證測井的質(zhì)量，同時防止因負載過重而引起儀器燒毀。當泥漿電阻率較低時(＜0.15 Ω·m)應保證測井速度穩(wěn)定在0.4～1.3 m/min 之間并增加回波平均次數(shù)以保證測井的質(zhì)量，保證平均回波的CHI＜3。當探頭測試中品質(zhì)因數(shù)Q值在滿足16≤Q≤23 的低Q環(huán)境條件時候，必須降低測速，并且增加平均周期次數(shù)以使回波曲線的CHI值≤2.5為原則。最惡劣情況下也應保證最低CHI值≤3。降低測速的大小與增加實際的平均次數(shù)的原則是滿足儀器最低垂直分辨率為原則。在較低泥漿電阻率環(huán)境下測試后的曲線提交解釋人員后，解釋人員需要做相關礦化度校正處理。

2.3 參數(shù)優(yōu)化組合

EMRT儀器有8種基本工作模式：STWSTE (單頻單TW單TE工作模式)，3FMODE(3頻孔滲模式)， 6FMODE(6頻孔滲模式)，OIL3F(3頻油模式)，HOIL6F (6頻重油模式)，F(xiàn)ASTBOUND(2頻快速束縛水模式)，GAS6F1(6頻氣模式)，GAS6F2(6頻氣模式2)。也可以采取專家模式，即根據(jù)某一口井的具體地質(zhì)情況來選取某一種測井模式之后，對該模式對應的參數(shù)進行修改，由此可以衍生出成百上千種新的測井模式來。

針對伊拉克Missan油田的地質(zhì)情況，選取OIL3F測井模式。該測井模式為油層評價而提出的一種觀測模式，其理論基礎是通過不同流體的極化時間和擴散差異，選擇不同的回波間隔、等待時間和磁場梯度來識別儲層流體性質(zhì)的一種評價方法。該方法主要適用于評價輕質(zhì)-中等黏度油層?？梢垣@得儲層的各種孔隙度信息、孔隙度分布和滲透率，極化差異可以通過不同等待時間的T2譜獲得，擴散差異可以通過變G·TE得到擴散衰減。利用標準T2譜、差譜、移譜進行油氣識別。

在確定測量模式之后，要對頻率選擇進行優(yōu)化組合。先進行PULS TEST頻率檢測，并在8組頻率中盡量選取居中的頻率作為主頻。這樣可以使儀器盡量工作在額定工作頻率范圍內(nèi)。三組頻率的選取以不相互相鄰為原則，各組頻率之間最少間隔一組頻率，可以有效避免各組工作頻率的重疊，提升資料質(zhì)量[2]。選取頻率時，還應注意以下原則：選取操作頻率與掃頻非常接近的頻率；選取Q值較高的頻率；選取Noise噪聲較低的頻率，在伊拉克Missan油田地區(qū)采用OIL3F頻油模式測井，典型頻率組合為Freq3+ Freq5+ Freq7。

2.4 資料質(zhì)量控制

EMRT核磁儀器主要有9大質(zhì)量控制參數(shù)，分別如下：

(1) MINIQ描述了儀器在工作狀態(tài)時，井眼流體和地層施加給儀器的負載量，該值不能為0，該值的突然變化儀器會報錯。對于EMRT，通常Q＜15報錯，說明負載太重。當探頭測試中品質(zhì)因數(shù)Q值在滿足16≤Q≤23的低Q環(huán)境條件時候，必須降低測速，并且增加平均周期次數(shù)以使回波曲線的CHI值≤2.5為原則。最惡劣情況下也應保證最低CHI值≤3。降低測速的大小與增加實際的平均次數(shù)的原則是滿足儀器最低垂直分辨率為原則[2]。在較低泥漿電阻率環(huán)境下測試后的曲線提交解釋人員后，解釋人員需要做相關礦化度校正處理。探頭Q值范圍判定：低Q：Q＜23；中Q：23＜Q＜35；高Q：Q＞35 。

(2) CHI 是計算的回波衰減曲線和記錄的回波幅度之間匹配質(zhì)量的度量，CHI值一般小于3。其反映當前平均回波擬合后的CHI值，反映測得回波曲線的曲線質(zhì)量。一般要求＜3 pu。在泥漿電阻率很低的時候接近0.02 Ω·m極限時，有可能會造成探頭負載過重振鈴變大信噪比降低，此時有可能會高于3，可以通過增加回波平均次數(shù)來使其回到3以內(nèi)。

(3) F1NOISE～F6NOISE，對儀器各個不同工作頻率的噪聲值度量。一般要求F1NOISE～F6NOISE ＜150 mV。

(4) B Ratio 參數(shù)主要度量了儀器發(fā)射電路發(fā)射電壓性能保持的效果，是最后一個180度脈沖能量與第一個180度脈沖能量的比值。一般要求＞0.95。如果低于0.90應該直接下電，說明探頭負載過重。

(5) AMPlitude of ring，RING 參數(shù)主要度量了在CPMG脈沖發(fā)射期間儀器振鈴效應的大小，一般要求RING＜50。

(6) DCHV是井下儀器當前工作狀態(tài)下直流高壓值，應該在600 V±10 V。

(7) TXTEMP是發(fā)射模塊溫度。如果溫度顯著異常增加說明發(fā)射模塊可能出現(xiàn)問題。

(8) Phi-A是當前90度脈沖實際扳倒角度。當其度數(shù)低于45度時應該立即下電，說明當前工作環(huán)境下探頭負載過重，引起扳倒角嚴重損耗，容易引起探頭過熱損壞。

(9) Phi-B是當前180度脈沖實際扳倒角度。當其度數(shù)低于90度時應該立即下電，說明當前工作環(huán)境下探頭負載過重，引起扳倒角嚴重損耗，容易引起探頭過熱損壞。

2.5 重點操作要領

因EMRT 核磁儀器是120度扇區(qū)掃描偏心測量儀器，儀器根據(jù)不同的井眼尺寸需要并結(jié)合該井實際井況適當選擇安裝合適的泥漿排除器和偏心器彈弓以保證探頭良好貼靠井壁以保證測試質(zhì)量。啟動ELIS系統(tǒng)核磁服務表，選擇M5通訊通道比M7通訊通道更加穩(wěn)定。為了確保儀器處于最佳工作狀態(tài)，每次作業(yè)前最好再對下井儀器進行一次通訊訓練。

儀器在下發(fā)儀器控制命令與參數(shù)修改命令、執(zhí)行TEST、刻度、任何下載表動作或者執(zhí)行任何操作命令前，應時刻確保系統(tǒng)處于IDLE狀態(tài)。在儀器通訊狀態(tài)不太好時，也可將Subset Num窗選擇的送數(shù)命令選擇subset6，并將該窗口時間范圍設置為0.8 s，如此可以有效避免時間選擇過短引起送數(shù)命令下發(fā)錯誤；將回聲間隔TE由0.4改為0.6，也可以有效提高儀器工作狀態(tài)，降低CHI值，提高信噪比。

在對儀器進行刻度時，應按照Frequence Sweep (掃頻主頻率)→Transmitter Gain(主刻度)→Receive Gain(孔隙度刻度)→TransWave Test(發(fā)射脈沖測試)的步驟依次進行。在做測前掃頻時切記不可給井下儀器供直流高壓電。在做孔隙度刻度時，必須人為手動輸入CAL TEMP值，默認為25 ℃，需要根據(jù)實際刻度的環(huán)境溫度進行人工手動輸入點回車鍵。此溫度的輸入值準確性比較重要，因它直接和后續(xù)計算孔隙度PMT的溫度補償校正算法直接相關，溫度補償校正需要用到此溫度，因此刻度前需要輸入較精確的相應環(huán)境溫度[3]。

儀器在裸眼段準備測井前，先對儀器下發(fā)測井模式命令，之后再給儀器供直流高壓電，然后最好再執(zhí)行一次TEST脈沖測試，從儀器PLUS峰峰值來判斷以確保儀器已經(jīng)供上直流高壓電，以此來判斷核磁儀器發(fā)射是否正常。

給儀器供直流高壓電前，一定要確保井下儀器直流高壓通道的繼電器先處于關閉(OFF)狀態(tài)，然后再打開(ON)，之后再供直流高壓電。為了確認儀器狀態(tài)，可以使用Tool Status中的HV Status進行確認，確認前，先清空儀器狀態(tài)(Clear Status)，然后再點擊HV Status 按鍵，確認儀器當前井下繼電器的狀態(tài)。

給儀器做掃頻刻度時，一定要確保掃頻完成后，從Freq Sweep Chart中看到的8組頻率每組都是左右對稱均衡的，如果不是，則可以再從第一步開始多掃描幾次，直到儀器找到最佳頻率為止。正常測井時，儀器下到測試層后在測試段找一段純水或垮塌層進行測前掃頻刻度，并保存相應文件。如果有幾段分隔較遠的測試層，可以分別在每段需要的測試層中找一段相對比較好的純水或者垮塌層進行測前掃頻刻度并保存。

2.6 現(xiàn)場注意事項

儀器下井之前以及儀器測試完成后提出井口均需要對探頭部位進行清洗，清除MA探頭上吸附的鐵磁性雜質(zhì)，避免探頭上吸附的金屬鐵磁性雜質(zhì)影響儀器的正常工作。當探頭部位吸附較多鐵磁性雜質(zhì)時，容易造成儀器頻率偏移，從而燒毀儀器。因此，必須在下井之前及測試完成后認真清洗探頭表面吸附的鐵磁性物質(zhì)并仔細檢查探頭皮囊部位，確認是否完好無損。檢查探頭皮囊所充硅油是否油量充足，如果缺乏應該補油。

儀器探頭部分擁有一個非常強的靜磁場，任何鐵磁性物質(zhì)都必須遠離儀器探頭部分，以防因強磁引起的危險。當持導磁物體靠近儀器探頭部位時需特別小心，以防吸附住造成危險。儀器擺放或者運輸時，如果有兩只或以上的MA探頭，相互之間應隔一定距離，以防止探頭相互間因強磁場而吸附住造成危險。儀器周圍禁止擺放會受到強磁影響的其他儀器。

MA探頭、EA電路短接和QA電容儲能短節(jié)在工作時處于600 VDC高壓環(huán)境下，存在觸電危險。其中EA電路短接和QA電容儲能短節(jié)都含有儲能電容部分，當儀器下電后應該等待15 min以上，即使在電源關閉后仍然會貯存部分高壓能量，在接觸儀器任何帶電部位之前必須用儀表檢查殘余存儲高壓是否完全泄放掉。

MA探頭處于空氣中發(fā)射時絕對不能供直流高壓電，探頭激發(fā)的射頻磁場對人體健康有害。只能在刻度筒或裸眼進行高壓發(fā)射操作，當探頭處于探測井套管中時不能加直流高壓電進行發(fā)射操作，這樣容易導致儀器高壓過流損壞。

Pulse模式測試時必須保證儀器探頭處于地面空氣中、刻度筒中或者裸眼井段中以測試驗證儀器發(fā)射部分的功能是否正常，在套管井段中禁止進行此模式的檢查。另外當探頭處于地面空氣中檢查儀器發(fā)射功能時，必須保證探頭的天線部位(即探頭中部)周圍不能有金屬物體，否則會造成探頭頻率偏移而損壞儀器。探頭處于地面空氣中檢查時禁止加直流高壓進行Pulse發(fā)射脈沖檢查。

在儀器執(zhí)行掃頻操作之前，如果對儀器加高壓直流電，可能導致由于偏離主頻而引起的儀器過流損壞。不要在儀器建立通訊之前加直流電源。當儀器串中沒有QA儲能電容短接時，不允許加高壓直流電。地面直流電源供電時電流千萬不要超過電路的保護電流(一般直流電源設置為1.3 A保護電流)。若儀器電流異常，必須先找出原因才能繼續(xù)給儀器增加直流電壓。不允許在未斷直流電的情況下先斷交流電源。儀器靜態(tài)工作，直流電壓加到610～670 V 之間時，儲能短接QA充電穩(wěn)定后靜態(tài)直流電流應該保持在0.02～0.04 A之間。

3 EMRT的應用成果

EMRT儀器在伊拉克Missan油田已經(jīng)陸續(xù)完成了多井次的作業(yè)任務。下面介紹一下它在Missan油田的兩個典型應用。利用標準T2譜分析孔隙結(jié)構(gòu)(以FQCS-28為例)：3 865 m層位錄井顯示及井壁取心顯示好，常規(guī)孔隙度較高，達到10%；根據(jù)核磁標準T2譜孔隙結(jié)構(gòu)分析，孔隙主要為束縛流體，可動孔隙度低于5.0%，綜合解釋差油層，如圖1所示。

圖1 核磁T2譜分析顯示3 865 m層孔隙度為5%

根據(jù)移譜識別流體性質(zhì)(以BUCN-52為例)：通過改變TE獲得移譜，油氣和水移譜均向左移動，但水移動速度大于油氣，因此，通過移譜識別流體性質(zhì)。常規(guī)測井顯示2 909 m層位電阻率較低，可能含水，但通過EMRT測井資料對該層移譜后右側(cè)大量信息為油層，如圖2所示。

圖2 核磁資料移譜顯示8層實際為油層

4 結(jié)語

EMRT核磁測井在評價孔隙區(qū)間、孔隙結(jié)構(gòu)、儲層流體性質(zhì)和流體流動能力等方面具有明顯優(yōu)勢，這在低孔隙儲層條件下尤為明顯。這種測井新技術(shù)的應用使低孔隙儲層的油氣解釋評價更加準確可靠，為油氣層解釋評價標準的完善提供了重要依據(jù)。該項技術(shù)在伊拉克Missan油田的應用已經(jīng)取得了良好的效果。