地球物理学进展  2014, Vol. 29 Issue (1): 248-254   PDF    
引用本文
余峰, 宋公仆, 李仙枝, 张向林. EMRT测井质量控制及应用分析[J]. 地球物理学进展, 2014, 29(1): 248-254, doi: 10.6038/pg20140135  
YU Feng, SONG Gong-pu, LI Xian-zhi, ZHAGN Xiang-lin. Quality control and application analysis of EMRT logging. Progress in Geophysics, 2014, 29(1): 248-254, doi: 10.6038/pg20140135   
EMRT测井质量控制及应用分析
余峰, 宋公仆, 李仙枝, 张向林     
中海油服油技研究院, 三河 065201
收稿日期: 2013-9-21 修回日期: 2013-11-11 .
基金项目：国家重大专项-二维核磁成像测井技术与装备（2011ZX05020-005）项目资助.
作者简介：余峰，男，1964年生，湖北，硕士，高级工程师，油技总经理兼院长，主要从事测井管理.（E-mail：yufeng@cosl.com.cn）
通讯作者：张向林，男，1969年生，博士，高级工程师，主要从事测井仪器研发及测井方法研究.（E-mail：zxl-1111@163.com）
摘要：EMRT是由中海油田服务股份有限公司研制的一种核磁共振成像测井仪， 目前已在渤海、南海、山西、伊拉克和印尼等油田推广使用.核磁共振测井过程的质量控制是准确获取测井资料的重要前提， 为整个作业过程核心工作之一.核磁共振测井探测深度较浅， 资料采集质量受多方面因素如井眼形状、泥浆侵入以及岩性等的影响， 因此测井过程要实时监测质量控制参数的变化， 还要结合常规测井资料综合分析， 以确保资料采集的准确性.本文根据核磁共振质量控制的一般原则， 重点探讨EMRT核磁共振测井仪的质量控制影响因素， 阐明质量控制参数的含义及控制范围， 提出核磁测井参数设计的一般要求， 并结合测井实例分析质量控制的应用.
关键词： 核磁共振测井     质量控制     测井参数     T2谱    
Quality control and application analysis of EMRT logging
YU Feng, SONG Gong-pu, LI Xian-zhi, ZHAGN Xiang-lin     
Well Technology Research Institute of China Oilfield Services Limited, Sanhe 065201, China
Abstract: The Nuclear Magnetic Resonance(NMR) technique has been widely applied to petroleum well logging and rock core analysis.It is very complicated to acquires well-logging data. ELIS Magnet Resonance Tool(EMRT)is developed by COSL. It has been applied in many oilfields such as Bohai Sea, South China Sea, Shanxi,Iraq and Indonesia. Parameters obtained from EMRT logging technology can be used to evaluate the total porosity, effective porosity, clay-bound water, capillary-bound water, permeability, pore-size distribution, movable fluid, mobile water saturation and bound water saturation of the reservoir. The quality control in magnetic resonance logging is essential to acquire raw data accurately, which makes it one of the core jobs in entire logging process. Quality control in well logging by EMRT involves many aspects such as pre-logging design, instrument calibration and verification, raw data inspection and data processing, environment correction. Because of investigation depth of NMR log is shallower, The data quality is influenced by borehole shape,mud invasion and lithology. Therefore, in order to ensure the accuracy of logging data, the changes of quality control parameters should be paid more attention in time while logging and conventional logging data also should be analyzed. Based on the general principle of quality control, this article analyzed the main factors of NMR logging quality control, described the way to implement it and proposed the requirements of logging parameters. Moreover, the NMR logging quality control was analyzed combine with a logging example.
Key words: magnetic resonance logging     quality control     logging parameter     T2 spectrum    

0 引 言

核磁共振测井通过研究地层流体中氢核在外加磁场里的特性，描述储层的岩石和孔隙流体的物理属性，是一种新型测井技术(Coates et al.,1999).由于核磁共振测井技术可以直接测量岩石孔隙中的流体信号，且不受地层岩石骨架的影响，在复杂油气藏勘探开发中具有显著应用效果(宋公仆和张向林，2013；张向林等，2006；谭茂金和赵文杰，2006；赵文杰和原宏壮，2000)，已经在国内外油田得到较广泛的应用.

核磁共振测井发展至今，以国际三大测井公司(斯伦贝谢、哈里伯顿和阿特拉斯)为主分别研制开发了具有自己特色的核磁共振成像测井仪器.EMRT(Elis Magnet Resonance Tool)为中海油田服务股份有限公司(China Oilfield Services Limited, COSL)自主研发的国内首支现场成功应用的核磁共振测井仪器.EMRT是一种偏心测量核磁共振测井仪，它的理论基础和测量原理与其他型号核磁共振测井仪基本一致.它可挂接于中海油服的ELIS测井地面系统上(并可以通过便携系统，挂接其他测井地面系统上)，主要由探头、电路和储能三个短节构成，并配有泥浆排除器与偏心器，以保证其作业质量其结构如图 1所示.目前，EMRT已在渤海、南海、山西、伊拉克和印尼等油田多次作业成功，目前，正在大范围推广应用.图 1为EMRT结构图.

图 1 EMRT结构图 Fig. 1 Structure figure of EMRT

核磁共振测井资料的获取是一个比较复杂的系统工程，合格资料的取得更是需要许多环节的紧密配合(秦欣等，2004；马永亮等，2003).核磁共振测井质量控制通过对仪器测井前、作业中及后处理时各质量控制参数的观测和监控，判断仪器工作状态和运行性能，确保测井原始资料的可靠性.因此核磁共振测井过程的质量控制，是测井解释工作的基础，也是现场作业的核心(卢文东等，2005；何雨丹等,2005；刘新茹等，2009；王友善等，2006).本文基于核磁共振测井原理与仪器自身特点，探讨核磁共振测井仪进行原始数据质量控制的方法、原理，提出测井作业各阶段关键质量控制参数，并结合EMRT在伊拉克米桑油田A井的应用实例，详细阐述与分析了质量控制对核磁共振测井的重要意义.

1 EMRT核磁共振测井质量控制

为确保核磁共振测井原始资料的质量，及时判断仪器的工作状态，需监控测井各阶段中关键质量参数(赵文胜，2008)，根据其是否在容限范围内，评估测井数据的可靠性.各质控参数的物理意义与容限范围如表 1所示.

表 1 质量控制参数 Table 1 Quality control parameters of EMRT
1.1 CHI

测量回波曲线与其拟合值之间存在一定得偏差，如图 2所示.CHI指测井原始数据回波串与指数拟合衰减曲线之间的标准偏差.是测井期间记录的重要测井质量指标之一，计算公式为

式中: xi—实际回波信号幅度，x —拟合回波信号，N—回波个数.

图 2 测量回波曲线与其拟合值 Fig. 2 Measuring echo data and fitting

CHI值反映测得回波曲线的曲线质量(一般作业过程中小于3).在泥浆电阻率很低的时候(接近0.02 Ω极限时)，有可能会造成探头负载过重、振铃变大和信噪比降低，此时CHI值可能会大于3，可以通过增加回波平均次数来降低噪声，使其回到3以内.在井眼垮塌或泥岩段CHI值偏大也是正常的，如果CHI值发生突变，即使小于3，也可能是环境出现变化引起，需要进行具体分析.

1.2 增益(Gain)与Q值

增益指在正常工作过程中，核磁仪器系统信号电压的相对变化(肖立志等，2003； Goelman and Prammer， 1995； Dunn and LaTorraca，1999；Volokitin et al.，2001；Prammer，2001；Akkurt and Cherry，2001；Kleinberg，2001).它包括RF天线增益(Q)及测量电路增益，由于电子线路增益十分稳定，在测量过程中测量电路增益基本不变化，所以增益的变化主要取决于天线的负载(Dunn et al.，2002).在核磁共振测井过程中，首先通过仪器给出一个参考信号通过辅助线圈(B1线圈)送入RF天线，然后RF天线接收到参考信号幅度与B1线圈的信号幅度比值，即增益.不同频率下增益不同，不同的环境，应选择相应的增益.

Q值是一品质因素，它是反映天线负载工作效率.该值的突然变化表明地层的突然变化或仪器可能出现故障.对于EMRT，通常Q≥20，Q<15时，说明负载过重，建议不适合测井；16≤Q≤23时，必须降低测速，并且监控CHI值，保证其应小于3.在较低泥浆电阻率环境下测试后需要做相关矿化度校正处理.

1.3 FxNOISE

FxNOISE是对仪器各个不同工作频率下的噪声值的度量.受井眼环境与仪器自身的影响，回波信号中总存在一定量的噪声.为了提高信噪比，EMRT仪器采用移动平均的方法，即把相邻的回波串累加起来，加以平均.叠加数目越多，信噪比改善幅度越大.另一方面，增加移动平均次数，会降低测井的纵向分辨率.一般要求FxNOISE <150 mV.

1.4 B Ratio

B Ratio主要度量了仪器发射电路能量补给性能，是最后一个180度脉冲能量与第一个180度脉冲能量的比值，即

B1是射频线圈CPMG脉冲的幅度，射频线圈产生的射频场和磁体的静磁场垂直相交可引起质子的扳转和重聚(卢文东等，2007；郝锦绮等，1999；袁祖贵等，2003).作为每个脉冲序列的一部分，B1的大小由测试线圈测量.B1的值应接近常量，但会随井眼和地层电导率发生变化.在井眼垮塌处和地层电阻率较低处B1将会减小.B Ratio一般要求大于0.95，如果低于0.90说明负载过重，导致最后一个180度脉冲发射能量不能及时补给，发射电压幅值低，无法准确激发地层回波，影响测井数据质量.

1.5 振铃RING

RING参数主要度量了在CPMG脉冲发射期间仪器振铃效应的大小，回波间隔受RING的影响，短TE比长TE受振铃影响要大.其指示的数值应始终处于允许的范围内，一般要求RING<50.

1.6 Phi-A与Phi-B

Phi-A是90°扳倒角，Phi-B是180°扳倒角.当Phi-A小于45°或Phi-B小于90°时，说明当前工作环境下探头负载过重，引起扳倒角严重损耗，应该立即下电，否则容易引起探头过热损坏.

2 EMRT质量控制应用与分析

EMRT自2011年进入正式推广应用以来，已成功进行了多口井的核磁共振测井作业.A井为伊拉克米桑油田的一口探井，以下以该井为例深入分析EMRT质量控制在测井作业中的应用.图 3为EMRT核磁共振测井仪在该油田测井时的现场图片.

图 3 EMRT在伊拉克米桑油田作业图 Fig. 3 The picture of EMRT logging in IRAQ
2.1 井况分析

伊拉克米桑油田的目的层为碳酸盐岩地层，岩性复杂，涵盖有砂泥岩、灰岩、白云岩等岩性，具有孔洞、裂缝等多种储集空间.本次作业井眼大小为8.25 in，井段为2950~3220 m.根据该地区的地层特征与刻度效果，确定测井频率，选择振铃相对较小、噪声较小、频偏小的频段作业；根据地层情况分析确定该地层的T2截止值为100 ms，泥质束缚水截止值4 ms(肖亮等，2008).

2.2 测前扫频

为确定井眼中仪器工作频率、Q值与各频带的噪声性能，在正式作业之前，将仪器放入井眼，做扫频测试，结果如图 4所示.各频段噪声FxNOISE值在33~42 mV之间，远小于门限值150 mV；天线Q值24~29之间(中Q)，井况电阻率环境较好，不会对核磁仪器造成负载过大的损坏.

图 4 测前扫频结果 Fig. 4 The results of before sweep
2.3 作业中的质量控制

作业中对所有质量控制参数，都做了实时监控，如表 2所示.CHI值在3以内，无频繁突变；振铃约为4；B_Ratio在0.95以上；各频率噪声值在150 mV以内；DCHV值稳定在590~600 V；各回波组噪声没有异常变化；相位值稳定无突变；PhiA、PhiB参数也正常；电路各部分电压监控值稳定；仪器工作正常.

表 2 质量控制参数实时监控值 Table 2 The value of quality controling parameter in logging

图 5为EMRT在该井作业的质量控制参数及解释成果图.本段2965~2990 m为典型油层.从左至右，第1道到第10道的物理量分别为：GR、井径和孔径分布；CHI值；标准回波；标准T2谱；移谱；差谱；孔隙度分布；渗透率.从解释成果看，T2谱分布主要表现为双峰形态，谱峰在400 ms左右，分布范围呈高幅度、长弛豫特征，可动孔隙较发育，有比较丰富的差谱信号.在移谱图中T2谱明显前移.标准T2谱弛豫特征以可动流体为主，毛管束缚流体和泥质束缚水较弱.综合常规资料该井段为典型的油层.通过与井壁取芯、测压取样资料对比，解释结果符合地质特征.

图 5 A井的核磁质量控制参数与解释成果 Fig. 5 The result chart of EMRT interpretation in A well

图 6、图 7中常规测井成果图从左至右，第一道到第七道的物理量分别为：GR、井径和自然电位；三电阻率；三孔隙度；渗透率；孔隙度和含水饱和度；岩性剖面；解释结论.EMRT测井图从左至右，第一道到到第八道的物理量分别为：GR和孔径分布；深度；标准T2谱；移谱1；移谱2；差谱；孔隙度；渗透率.在此次测井作业中，有两处井段的属性核磁共振测井数据被重新认定.3020-3025这个层段原被常规测井(中子、密度、声波、电阻率)显示为干层，如图 6(a)所示.但从图 6(b)中的核磁标准T2谱、移谱、差谱、以及有效孔隙度来看，这个层还是有一些潜力的，虽不是大的油段，至少应该是差油层.后来通过该处井壁取芯验证，显示棕色斑迹，面积35%，荧光占比80%，确认了该处确实有油.同样，图 7中所示的3128-3137段原来被认定为水层，但经EMRT核磁共振测井资料显示，该层有油存在，至少是油水同层.经井壁取芯分析显示棕色斑迹，面积10%，荧光占比80%，确认该处确实有油.

图 6 伊拉克米桑油田3020-3025井段解释成果 (a)常规测井； (b)EMRT测井. Fig. 6 The result chart of EMRT interpretation (a)Conventional well-logging in part 10 of A well； (b) EMRT logging in part 10 of A well.

图 7 伊拉克米桑油田3128-3137井段解释成果 (a)常规测井； (b)EMRT测井. Fig. 7 The chart of EMRT interpretation (a)Conventional well-logging in part 24 of A well； (b) EMRT logging in part 24 of A well.
3 结 论

本文阐述了EMRT核磁共振测井过程质量控制参数的含义、数值范围以及地质应用，质量控制参数是核磁仪器工作正常与否的指标.作为中国自主研发、具有独立知识产权的核磁共振测井仪EMRT，在保证质量控制指标的前提下，为地下储层和流体评价提供了丰富、直观的信息，并探测到常规测井方法未能分辨的油层，有力支持了复杂油气勘探开发工作.

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