EMRT 在碳酸盐岩油藏中的应用*

张向林 宋公仆

（中海油田服务股份有限公司油技研究院）

0 引言

随着勘探开发的不断深人,在碳酸盐岩地层中得到的油气储量和产量总比越来越高。世界级大油田基本是碳酸盐岩油藏，但碳酸盐岩油藏储集层纵、横向变化复杂,测井定量评价面临巨大挑战。随着测井新技术的应用,特别是核磁共振测井仪在碳酸盐油藏勘探中的应用为定量评价碳酸盐岩油藏提供了有效手段[1-3]。

核磁测井以地层中氢核与外加的梯度磁场的相互作用为基础，与岩性无关。通过自旋回波技术外加一个与静磁场垂直的交变电磁场，引起同频率的氢核发生共振，使氢核磁场方向反转90°，通过加一串180°信号可观测到核物质的横向弛豫特征T2（图1a），通过采集到的回波串进行各种校正处理 （图1b），拟合得到横向弛豫时间T2分布（图1c），由于不同的孔隙结构，不同形态的流体，其在T2时间域上的分布位置和幅度是不一样的，因此可根据T2的特性将流体性质识别出来。根据T2谱分布可求出地层总孔隙度、自由流体、束缚水孔隙度［3-4］。

图1 a测量回波串

图1 b测量回波串信号和噪音的分离

图1 c回波串反演的T2谱

目前核磁共振测井仪的测量方式分为两种：①Halliburton公司开发研制的MRIL-C型和MRIL-P型居中测量核磁共振测井仪；②Schlumberger开发研制的CMR系列、Atlas开发研制研发的MREx及COSL开发研制的EMRT贴井壁测量核磁共振测井仪。所有的核磁测井仪采用“在静磁场中的施加Inside-out的方式，并在井筒外建立磁场。在射频磁场中施加CPMG的方式”[2，5]。 EMRT及其解释软件和配套开发的地面控制操作软件（图2）为中海油服自主研发，具有独立知识产权，打破了国际垄断。

EMRT与国外主流核磁的参数对比如表1。

表1 EMRT与同类核磁的对比

图2 核磁共振测井仪（EMRT）基本组成

1 EMRT （Elise magnetic rosonic tool）简介

1.1 工作原理

核磁测井其本质是测量地层孔隙流体中氢核响应，即测量氢核的横向驰豫（T2）过程，首先用静态磁场来极化地层孔隙流体中的氢质子，然后发射射频磁场搬转该质子，即发射一个90°脉冲，再接着发射一个或一串180°脉冲，由此构成一次测量序列，在一个测量序列中，接收自旋回波。回波串的初始幅度反映了地层孔隙度信息；回波串的衰减率反映了孔径尺寸信息和流体类型信息。回波串数据通过数学反演得出T2分布谱图，再由T2分布谱图导出所需的参数，如束缚水及可动流体等孔隙度、渗透率及孔径等信息[2,4,6]。

EMRT仪器耐温耐压（150℃/120 MPa）、采用梯度磁场-脉冲方式测量、贴井壁-自回旋技术、最小回波间隔0.4 ms、探测深度7～15 cm（从井壁开始）、纵向最小分辨率60 cm，8个工作频率，工作范围从500 kHz到1 MHz，频带宽为12～15 kHz并包含9种测量模式。主要由探头、电路、辅助电源、采集控制系统及资料处理软件包组成 （图2），其中探头由永久磁铁、天线、骨架及匹配附件组成；电路主要由电源、主控时序（FPGA）、发射、放大、隔离泻放、模式设计及控制（DSP）、采集、滤波等电路组成；辅助电源由多个电容串、并联组成，给发射天线提供足够的功率；采集控制系统由采集控制、扫频、刻度和采集程序、电源、辅助设施等组成；资料处理软件由数据解编、数据检查、时深转化、T2反演谱、参数计算及解释结论、绘图等功能组成。EMRT核磁测井仪采用偏心测井，极大地提高了核磁测井的径向探测深度，减少了井筒流体和井径变化对核磁共振测井信号的影响。

1.2 仪器测量模式

为了获得地层岩石特性参数，如有效孔隙度、总孔隙度、黏土束缚水、毛管束缚水、可动流体、渗透率及T2谱分布，测井模式设计为9种测量模式，分别 为D_TWTEP_MODE、FBW_MODE、F_PP_MODE、6F_PP_MODE、3F_OIL_MODE 、6F_HOILP_MODE、6F_GAS6_1、6F_GAS6_2及EXPER_MODE模式。

D_TWTEP_MODE用于仪器测试；

FBW_MODE用于快速的测量毛管束缚流体孔隙度和粘土流体孔隙度特性；

3F_PP_MODE、6F_PP_MODE用于地层评价模式，主要测量储层的总孔隙度、有效孔隙度、束缚水孔隙度和粘土孔隙度以及地层渗透率,测量模式等待时间TW主要有两组，一为长等待时间，一为短极化时间，其回波间隔时间都为0.6 ms和0.4 ms，0.4 m为了准确求取粘土束缚水的体积。两种模式测量的速度、分辨率不同；

3F_OIL_MODE适用于粘度小于50 cp的轻质或中等粘度油的油层评价，通过设置不同的回波间隔、等待时间，计算得到地层孔隙度、渗透率参数，利用流体的极化时间和扩散差异，流体T2分布谱特点识别储层的流体性质；

6F_HOILP_MODE适用于粘度大于50 cp的稠油地层评价，重质油组分复杂，驰豫时间短，在T2谱分布上常常重叠于束缚水，一般很难区分束缚水和重质油，为了更好地识别重质油，因此设计了此测量模式；

6F_GAS6-1、6F_GAS6-2测量模式主要应用含气储层的流体识别，由于气体的含氢指数一般小于0.4或更小，为了得到较高信噪比，要求不同长等待时间的回波串进行累加。两种模式分别适用于不同的岩性、不同的测量速度；

EXPER_MODE用于特殊地层等要求较高的评价模式。

1.3 EMRT测井数据处理

核磁共振测井观测到的回波串实际上是多种横向弛豫分量共同贡献的结果，为多指数衰减。所测量到的弛豫信号强度为这些弛豫分量的叠加和[2，5，6]：

其中：y（t）为t时刻观测到的回波幅度；T2i为第 i种弛豫分量的横向弛豫时间，一般采用对数布点，T2i数 学 上 由 代 替 T2（i），，其中：T2min、T2max.....为布点的起始点和终点；Xi为第 i种弛豫分量零时刻的信号大小，在数学上由X（i）代替，0

基于Forward、EGPS及CIFLOG测井解释平台开发了适合多平台的EMRT测井数据反演解释软件，如图3所示。

图3 EMRT测井处理平台

2 现场应用

位于两伊边界的伊拉克XX油田XX井，该地区岩性复杂，上层为几千米厚的砂泥岩，下层是千余米厚的以碳酸盐岩为主的地层。碳酸盐岩储层为主力油藏，其岩性复杂，以灰岩、白云岩为主，夹杂砂泥岩，孔隙结构复杂，油水关系模糊。该井钻探目的是为了弄清该油藏孔隙结构，油藏存储状况，并由此评价该区块的勘探前景。为此对该井进行了常规测井、成像测井、测压取样、井壁取心、VSP及EMRT核磁等录井项目。EMRT作业井段为4045～3650 m、2980～3220 m两段，井径为8.25 in，测井模式为3F_OIL_MODE模式。

本次测井质量控制结果如图4所示，仪器工作一切正常，质控参数均在容限范围内，部分测井数据质量监控参数详见表2。

图5为井段3855～3933 m的EMRT解释成果图，该段地层为碳酸盐岩，EMRT解释成果中第3道为T2泥质拼接后的T2谱峰，第4道为T2移谱，第5道为T2谱差谱，第6道为EMRT计算的孔隙度和常规测井曲线计算的孔隙度POR（红色），第8道为密度、中子、声波及PE曲线。 T2谱分布主要表现为油峰状态，T2谱主峰分布均在300～500 ms左右，分布范围为高幅度，长弛豫特征，可动孔隙度较发育，有比较丰富的差谱信号，在移谱图中主油峰T2谱前移较小。电阻率明显比水层低，也就2～10 Ω·m，从T2谱可知该段油藏有12～15 pu，泥质含量极低，岩性较纯，渗透率100 mD左右，渗透性较好，常规孔隙度曲线计算的孔隙度（红色）与核磁T2谱计算的有效孔隙吻合的很好。 图6为井段2904～2916 m的EMRT解释成果图，该段地层为碳酸盐地层，岩性较纯，渗透率高于500 mD，渗透性较好。从T2谱可知该段有15 pu，井段2904～2910.5 m的电阻率较井段2910.5～2916 m的电阻率高几十倍，T2谱特征显示油水层在2910.5 m上下明显分异，2904～2910.5 m油的移谱较2910.5～2916 m水的移谱慢，很清晰地显示出2910.5 m处为油水层分界。

图4 （a） 时间域质量控制曲线

图4 (b) 深度域质量控制曲线

表2 质控参数

图5 EMRT解释成果

图6 EMRT解释成果

3 结论

EMRT核磁共振测井能同时提供孔隙度、渗透率、束缚水饱和度等地层参数，是唯一能直接测量地层自由流体 （可产流体）和束缚流体体积的测井方法，可有效地识别流体性质。

EMRT测井质量符合设计要求，性能指标达到了国外同类仪器水平，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打破了国际公司核磁测井市场的垄断，有力地支持了复杂油气勘探开发工作。

1 张向林,陶果,刘新茹.油气地球物理勘探技术进展[J].地球物理学进展,2006,21(01):143-151.

2 宋公仆,张向林.影响核磁测井质量的因素及校正[J].地球物理学进展,2013,28(04):1996-2001.

3 张向林,刘新茹.裸眼井测井新技术进展[J].岩性油气藏,2008,20(02):91-96

4 何雨丹,毛志强,肖立志,等.核磁共振T2分布评价岩石孔径分布的改进方法[J].地球物理学报,2005,48(2):373-378.

5 Dunn.K-J.,Bergman.D.J.,LaTorraca.G.A.Nuclear Magnetic Resonance Petrophysical and Logging Applications[M].Handbook of Geophysical Exploration,Vol.32,Pergamon,New York(2002).

6 刘新茹,张向林.核磁共振测井仪探头参数设计[J].数据采集与处理,2009,24:266-268.