岩石核磁共振弛豫特性及核磁共振测井应用

摘要

自二十世纪九十年代现代核磁共振测井仪器推出以来,核磁共振测井技术发展迅速,已成为解决疑难油气藏问题的重要手段。在我国,核磁共振测井得到了较为广泛的应用,并取得了不错的效果,但核磁共振测井仪器与数据处理解释软件完全依赖进口,核磁共振测井的一些基础理论主要是靠吸收与消化国外相关文献,对应用中出现的许多反常现象尚不能作出合理解释。本文以核磁共振测井及应用为选题,对岩石的核磁共振驰豫特性、核磁共振测井数据处理和解释方法及软件实现等问题进行了探讨。本文的研究对于理解岩石核磁共振弛豫机理,突破国外的技术垄断,发展具有自主知识产权的核磁共振测井数据处理和解释技术,拓展核磁共振测井的应用能力具有重要的意义。
　　 在岩石核磁共振弛豫特性研究方面,设计了油样、水样、岩石驱替、不同极化时间、饱和水与离心后等一系列的核磁共振实验,结合毛管压力和常规物性实验资料,揭示了油水样在自由状态、不同温度、不同极化时间条件下T2(横向弛豫时间)的分布特征,以及岩石在不同饱和度、饱和水与离心后等条件下T2的分布特征,考察了温度对油样粘度的影响以及对T2分布的影响。根据这些实验研究结果,进一步总结了如何根据T2分布特征进行轻油、稠油的识别与评价；解释了差分谱在大孔隙度地层信号强烈的因为；发现了利用前端T2分布经束缚水饱和度归一化校正的孔径预测的方法,且适用于中轻烃储层；证明了利用截止法进行轻油饱和度计算的可行性；改进了常用的截止法与频谱法束缚水模型,提出了利用T2分布低凹特征与几何特征建立束缚水饱和度的二种模型。
　　 在核磁共振测井资料处理方法研究方面,提出了从时间域原始测量信号数据处理获得深度域回波信号曲线的一系列方法和步骤。这些方法依次为:两道正交回波信号确定、相位角计算、旋转前叠加、噪音道与信号道生成的旋转处理、旋转后叠加、时间域差分、各组回波拆分、时深转换与等间距深度采样。在分析和总结各种T2分布反演与拼接方法基础上,阐述了T2分布反演与拼接中存在的问题,指明了下一步改进方向。
　　 在核磁共振测井解释方法及应用研究方面,在总结各种油气识别的定性技术基础上,通过对哈里伯顿时间域分析(TDA)方法与扩散分析(DIFAN)方法的解剖研究,提出与发展了根据烃与水的T1(纵向弛豫时间)、T2差异以及根据双TE(回波间隔)测井三种估算含烃饱和度的方法。一是从烃与水的T1差异着手,针对双极化时间核磁共振测井,当烃与水极化时间相差较大,差分谱信号较强时,采用单相与烃/水两相搜索技术,得到不同相流体的极化时间T1用来估算地层的含烃饱和度。二是由于烃与水在T2分布上通常具有对称与近似对称特性,经过推导,可以将多种特征成份弛豫简化成只有烃与水两种特征弛豫。利用烃与水的T2差异确定差分谱上烃的信号大小,经T1校正与含氢指数校正,得到地层的含烃孔隙度与含烃饱和度。三是根据双TE测井获得地层流体的视固有弛豫时间(T2int)值,比较烃/水的T2int值与地层流体的视T2int值得到可动烃孔隙度,经含氢指数校正与扩大应用到有效孔隙度系统,从而得到地层的含烃饱和度。上述三种含烃饱和度解释方程,应用于实际测井数据处理,效果较好。此外,还提出了利用核磁共振测井可动流体孔隙度进行储层分类评价的方法,经某低孔低渗油气田实际资料检验,所得储层分类与产能吻合较好,证明了方法的有效性。
　　 在软件开发方面,在解剖国外三大公司MRIL-C、MRIL-P、MREx、CMR等测井仪器的测量方式、数据格式差异基础上,设计了统一的核磁共振测井数据处理解释软件平台,突破了国外公司只提供服务而不卖处理软件的技术封锁。该平台具有良好的更新和扩展应用特性。

目录

文摘

英文文摘

主要符号中英文对照表

前言

1 核磁共振测井仪器最新进展

2 核磁共振测井应用

2.1 孔隙介质弛豫特性

2.2 NMR石油物理与测井应用

3 研究内容与进展

3.1 核磁共振测井技术存在的问题

3.2 主要研究内容

3.3 研究结论

3.4 主要创新点

第1章 核磁共振物理基础

1.1 核磁共振物理基础

1.2 孔隙介质弛豫特性

1.2.1 表面弛豫

1.2.2 扩散弛豫

1.2.3 自由弛豫

1.2.4 复杂介质的弛豫

1.2.5 岩石骨架固体的NMR弛豫

第2章 油水样及岩石核磁共振实验研究

2.1 油水样核磁共振实验结果及研究

2.1.1 实验过程简述

2.1.2 测量结果

2.1.3 测量结果分析

2.1.4 小结

2.2 岩石驱替核磁共振实验研究

2.2.1 核磁共振信号幅度与含油饱和度的关系

2.2.2 T2几何平均值与含油饱和度的关系

2.3.3 不同饱和度下T2分布特征

2.2.4 根据T2分布确定核磁共振含油饱和度

2.3 岩样不同极化时间核磁共振实验及分析

第3章 核磁共振与岩石孔隙结构

3.1 毛管压力曲线-压汞法

3.2 核磁共振评价岩石孔隙结构的解释模型

3.2.1 理论基础及国内外常用解释模型

3.2.2 薄膜束缚水模型

3.2.3 幂函数法

3.2.4 球管模型

3.2.5 小结

3.3 压汞-核磁共振实验资料分析研究

3.3.1 实验资料及综合数据

3.3.2 实验资料分析研究

3.3.3 讨论和认识

第4章 核磁共振与束缚流体饱和度

4.1 束缚水饱和度模型

4.1.1 T2截止值法

4.1.2 频谱BVI法

4.1.3 SWB-MRLAN计算束缚水饱和度

4.2 T2截止值核磁共振实验研究

4.2.1 核磁共振岩心实验

4.2.2 低凹截止值分析

4.2.3 几何特征法分析

第5章 核磁共振测井资料处理方法研究

5.1 MRIL-Prime回波信号生成关键技术

5.1.1 MRIL-Prime测井信息

5.1.2 关键处理技术

5.1.3 处理结果对比

5.1.4 小结

5.2 真MREx核磁共振测井资料处理方法研究

5.2.1 MREx观测模式

5.2.2 MREx数据结构

5.2.3 处理与解释过程

5.2.4 MGTE评价方法

5.2.5 SMET评价方法

5.2.6 处理实例

第6章 T2分布反演与拼接

6.1 T2分布反演

6.2 常用的T2谱反演方法

6.2.1 SVD法

6.2.2 模平滑法

6.2.3 SIRT法

6.2.4 三种方法的比较

6.3 目前的T2谱反演方法在反演存在的问题

6.4 反演前预处理

6.4.1 滤波处理

6.4.2 变窗长加权改进

6.5 拼接

6.5.1 直接拼接法

6.5.2 合并回波串法

6.5.3 组合数据曲线法

6.6 模平滑因子考察

6.6.1 实验数据

6.6.2 测井数据

第7章 流体性质识别与评价

7.1 流体性质识别技术

7.1.1 天然气识别技术

7.1.2 油层识别技术

7.1.3 2DNMR

7.1.4 估算原油粘度

7.2 不同性质流体在核磁共振测井上的响应特征

7.2.1 原油粘度对储层参数计算结果的影响

7.2.2 水层在核磁共振测井资料上的响应特征

7.2.3 轻质油、天然气储层在标准Tn谱、移谱、差谱上响应特征

7.2.4 中等粘度油层在标准T2谱、移、差谱上响应特征

7.2.5 稠油储层在标准T2谱、移谱、差谱上响应特征

7.2.6 水淹层在标准T2谱、移谱、差谱上响应特征

7.2.7 不同储层的核磁共振响应特征标准小结

7.3 根据烃与水的T1差异确定含烃饱和度

7.3.1 含烃饱和度方程

7.3.2 实际资料处理

7.3.3 小结

7.4 根据烃与水的T2差异确定含烃饱和度

7.4.1 含烃饱和度方程推导

7.4.2 烃与水的T1、T2参数获取

7.4.3 油水层资料处理实例

7.4.4 气水层资料处理实例

7.4.5 小结

7.5 根据双TE测井确定含烃饱和度

7.5.1 含烃饱和度方程

7.5.2 处理实例

7.5.3 结论

第8章 核磁共振测井资料处理软件系统与应用

8.1 核磁共振测井资料处理系统

8.2 研究区核磁共振测井与选用的处理参数

8.3 低孔低渗储层识别标准与处理结果

8.4 处理结果与岩心分析对比

8.5 结论

第9章 结论与展望

9.1 研究结论

9.2 主要创新点

9.3 进一步工作的方向

致谢

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果