EMRT核磁共振测井仪在伊拉克Missan油田的应用

2022-11-21王修伟中海油田服务股份有限公司河北三河065201

化工管理 2022年31期

王修伟(中海油田服务股份有限公司，河北三河 065201)

0 引言

核磁共振测井技术作为近年来迅速发展成熟起来的一项高端新技术在油气藏勘探开发中已被广泛采取和应用，核磁共振测井方法可直接测量地层孔隙中可动流体的信息，可定量确定自由流体、束缚水、渗透率及孔径分布，其孔隙测量不受岩石骨架矿物成分的影响，在复杂岩性、特殊岩性储层、低孔低渗储层、低电阻率、低饱和度储层，以及天然气和稠油等储层具有明显的应用效果[1]。

1 EMRT核磁共振测井仪简介

EMRT是COSL自主研发的核磁共振测井仪，它是COSL自主研发的ELIS测井系统下高端测井项目之一。主要测量地层孔隙流体中氢核响应。仪器用静磁场和脉冲射频磁场(RF)来进行井下自旋回波核磁响应的测量。测量的重要信息均包括在回波串中。回波串的初始幅度和地层中的流体信息有关，反映的是地层孔隙度。回波幅度的衰减率反映孔径尺寸的信息和流体中流体类型。本核磁仪器是偏心核磁仪器，采用梯度场、软脉冲回波技术。该仪器由储能短节、电子线路和天线探头三部分组成，仪器通讯采用基于时间驱动的机制，地面利用时深转换程序将时间机制采集的数据转换到深度上。该通讯机制不同于标准EDIB模式，针对核磁共振测井中数据传输量大，井下仪器采集处理和数据传输采用并行机制，互不干扰，采用一个采集命令对应多个送数命令，并采取将大的数据量分包传输的方式以实现测井数据的快速实时传输。

2 EMRT在伊拉克Missan油田的应用

2.1 Missan油田地质情况简介

米桑油田群包括3个油田，分别是Abu Ghirab、Buzurgan和Fauqi油田，区域内包括两套储层，第三系的Asmari白云岩+灰岩+砂岩(发育在Abu Ghirab油田和Fauqi油田)，白垩系Mishrif 灰岩(发育在Buzurgan油田和Fauzq油田)。区域构造特征，区内AG、FQ断裂发育，AG油田构造总体呈北西-南东走向的断背斜带，BU油田构造较为宽缓，工区内没有断裂发育，FQ油田构造形态和AG油田较为相似，整体上呈北西-南东走向的断背斜。该区域内富含结核状石膏的云岩或云岩与硬石膏互层，塑性与脆性岩石交互，裂缝和孔洞发育丰富，井眼垮塌和井壁掉块现象在该油田表现比较严重，给现场测井作业带来了很大的风险和不便。

2.2 测前设计

针对该区块的特殊地质情况，由测井解释人员确定核磁测量模式和参数。针对裸眼测井所获得的井况信息选取合适的偏心器，根据Missan地区的作业经验，在8.25 in (20.96 cm)井眼中只适合使用小号扶正器，即使该地区普遍存在井壁垮塌扩经和井壁掉块现象，但也有很多地方容易出现缩经，在钻井过程中屡次发生卡钻事故，FQ区块最为严重。以前为了获取最佳资料质量采用过大号偏心器和中号偏心器，以及分别和小号偏心器组合的模式，都出现过遇卡严重的现象，仪器出井均出现偏心器拉弯变形严重等事故，后采取小号扶正器，该现象得到有效解决，而且资料质量几乎不受影响。

伊拉克Missan油田地区储层岩性以碳酸岩为主，所以MRT Prosity and Permeability 参数设置将毛管束缚流体/可动流体界面(MBVI/MBVM BOUNDARY)中选择用户自定义值，并自定义T2截止值(User Def ined Cutoff)为100 ms。粘土束缚流体截止值(CBW CUTOFF)设置为4 ms(默认3.4 ms)。MRT Processing参数设置窗中，如果现场测井时CHI值较低，信噪比稍差，可将回波平均次数由5 samples改为9 samples。MRT Correction 孔隙度计算补偿校正控制窗中，将Power Corr发射功率校正控制窗设置为NO Corr，将Rec.Gain Corr接收增益校正控制窗设置为DO Corr，将Temp Corr井眼温度校正设置为DO Corr。仪器测井环境为泥浆电阻率＞0.02 Ω·m，如果泥浆电阻率0.02 Ω·m≤Rm≤0.15 Ω·m时候应加上泥浆排除器进行测井，以保证测井的质量，同时防止因负载过重而引起仪器烧毁。当泥浆电阻率较低时(＜0.15 Ω·m)应保证测井速度稳定在0.4～1.3 m/min 之间并增加回波平均次数以保证测井的质量，保证平均回波的CHI＜3。当探头测试中品质因数Q值在满足16≤Q≤23 的低Q环境条件时候，必须降低测速，并且增加平均周期次数以使回波曲线的CHI值≤2.5为原则。最恶劣情况下也应保证最低CHI值≤3。降低测速的大小与增加实际的平均次数的原则是满足仪器最低垂直分辨率为原则。在较低泥浆电阻率环境下测试后的曲线提交解释人员后，解释人员需要做相关矿化度校正处理。

2.3 参数优化组合

EMRT仪器有8种基本工作模式：STWSTE (单频单TW单TE工作模式)，3FMODE(3频孔渗模式)， 6FMODE(6频孔渗模式)，OIL3F(3频油模式)，HOIL6F (6频重油模式)，FASTBOUND(2频快速束缚水模式)，GAS6F1(6频气模式)，GAS6F2(6频气模式2)。也可以采取专家模式，即根据某一口井的具体地质情况来选取某一种测井模式之后，对该模式对应的参数进行修改，由此可以衍生出成百上千种新的测井模式来。

针对伊拉克Missan油田的地质情况，选取OIL3F测井模式。该测井模式为油层评价而提出的一种观测模式，其理论基础是通过不同流体的极化时间和扩散差异，选择不同的回波间隔、等待时间和磁场梯度来识别储层流体性质的一种评价方法。该方法主要适用于评价轻质-中等黏度油层。可以获得储层的各种孔隙度信息、孔隙度分布和渗透率，极化差异可以通过不同等待时间的T2谱获得，扩散差异可以通过变G·TE得到扩散衰减。利用标准T2谱、差谱、移谱进行油气识别。

在确定测量模式之后，要对频率选择进行优化组合。先进行PULS TEST频率检测，并在8组频率中尽量选取居中的频率作为主频。这样可以使仪器尽量工作在额定工作频率范围内。三组频率的选取以不相互相邻为原则，各组频率之间最少间隔一组频率，可以有效避免各组工作频率的重叠，提升资料质量[2]。选取频率时，还应注意以下原则：选取操作频率与扫频非常接近的频率；选取Q值较高的频率；选取Noise噪声较低的频率，在伊拉克Missan油田地区采用OIL3F频油模式测井，典型频率组合为Freq3+ Freq5+ Freq7。

2.4 资料质量控制

EMRT核磁仪器主要有9大质量控制参数，分别如下：

(1) MINIQ描述了仪器在工作状态时，井眼流体和地层施加给仪器的负载量，该值不能为0，该值的突然变化仪器会报错。对于EMRT，通常Q＜15报错，说明负载太重。当探头测试中品质因数Q值在满足16≤Q≤23的低Q环境条件时候，必须降低测速，并且增加平均周期次数以使回波曲线的CHI值≤2.5为原则。最恶劣情况下也应保证最低CHI值≤3。降低测速的大小与增加实际的平均次数的原则是满足仪器最低垂直分辨率为原则[2]。在较低泥浆电阻率环境下测试后的曲线提交解释人员后，解释人员需要做相关矿化度校正处理。探头Q值范围判定：低Q：Q＜23；中Q：23＜Q＜35；高Q：Q＞35 。

(2) CHI 是计算的回波衰减曲线和记录的回波幅度之间匹配质量的度量，CHI值一般小于3。其反映当前平均回波拟合后的CHI值，反映测得回波曲线的曲线质量。一般要求＜3 pu。在泥浆电阻率很低的时候接近0.02 Ω·m极限时，有可能会造成探头负载过重振铃变大信噪比降低，此时有可能会高于3，可以通过增加回波平均次数来使其回到3以内。

(3) F1NOISE～F6NOISE，对仪器各个不同工作频率的噪声值度量。一般要求F1NOISE～F6NOISE ＜150 mV。

(4) B Ratio 参数主要度量了仪器发射电路发射电压性能保持的效果，是最后一个180度脉冲能量与第一个180度脉冲能量的比值。一般要求＞0.95。如果低于0.90应该直接下电，说明探头负载过重。

(5) AMPlitude of 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，一般要求RING＜50。

(6) DCHV是井下仪器当前工作状态下直流高压值，应该在600 V±10 V。

(7) TXTEMP是发射模块温度。如果温度显著异常增加说明发射模块可能出现问题。

(8) Phi-A是当前90度脉冲实际扳倒角度。当其度数低于45度时应该立即下电，说明当前工作环境下探头负载过重，引起扳倒角严重损耗，容易引起探头过热损坏。

(9) Phi-B是当前180度脉冲实际扳倒角度。当其度数低于90度时应该立即下电，说明当前工作环境下探头负载过重，引起扳倒角严重损耗，容易引起探头过热损坏。

2.5 重点操作要领

因EMRT 核磁仪器是120度扇区扫描偏心测量仪器，仪器根据不同的井眼尺寸需要并结合该井实际井况适当选择安装合适的泥浆排除器和偏心器弹弓以保证探头良好贴靠井壁以保证测试质量。启动ELIS系统核磁服务表，选择M5通讯通道比M7通讯通道更加稳定。为了确保仪器处于最佳工作状态，每次作业前最好再对下井仪器进行一次通讯训练。

仪器在下发仪器控制命令与参数修改命令、执行TEST、刻度、任何下载表动作或者执行任何操作命令前，应时刻确保系统处于IDLE状态。在仪器通讯状态不太好时，也可将Subset Num窗选择的送数命令选择subset6，并将该窗口时间范围设置为0.8 s，如此可以有效避免时间选择过短引起送数命令下发错误；将回声间隔TE由0.4改为0.6，也可以有效提高仪器工作状态，降低CHI值，提高信噪比。

在对仪器进行刻度时，应按照Frequence Sweep (扫频主频率)→Transmitter Gain(主刻度)→Receive Gain(孔隙度刻度)→TransWave Test(发射脉冲测试)的步骤依次进行。在做测前扫频时切记不可给井下仪器供直流高压电。在做孔隙度刻度时，必须人为手动输入CAL TEMP值，默认为25 ℃，需要根据实际刻度的环境温度进行人工手动输入点回车键。此温度的输入值准确性比较重要，因它直接和后续计算孔隙度PMT的温度补偿校正算法直接相关，温度补偿校正需要用到此温度，因此刻度前需要输入较精确的相应环境温度[3]。

仪器在裸眼段准备测井前，先对仪器下发测井模式命令，之后再给仪器供直流高压电，然后最好再执行一次TEST脉冲测试，从仪器PLUS峰峰值来判断以确保仪器已经供上直流高压电，以此来判断核磁仪器发射是否正常。

给仪器供直流高压电前，一定要确保井下仪器直流高压通道的继电器先处于关闭(OFF)状态，然后再打开(ON)，之后再供直流高压电。为了确认仪器状态，可以使用Tool Status中的HV Status进行确认，确认前，先清空仪器状态(Clear Status)，然后再点击HV Status 按键，确认仪器当前井下继电器的状态。

给仪器做扫频刻度时，一定要确保扫频完成后，从Freq Sweep Chart中看到的8组频率每组都是左右对称均衡的，如果不是，则可以再从第一步开始多扫描几次，直到仪器找到最佳频率为止。正常测井时，仪器下到测试层后在测试段找一段纯水或垮塌层进行测前扫频刻度，并保存相应文件。如果有几段分隔较远的测试层，可以分别在每段需要的测试层中找一段相对比较好的纯水或者垮塌层进行测前扫频刻度并保存。

2.6 现场注意事项

仪器下井之前以及仪器测试完成后提出井口均需要对探头部位进行清洗，清除MA探头上吸附的铁磁性杂质，避免探头上吸附的金属铁磁性杂质影响仪器的正常工作。当探头部位吸附较多铁磁性杂质时，容易造成仪器频率偏移，从而烧毁仪器。因此，必须在下井之前及测试完成后认真清洗探头表面吸附的铁磁性物质并仔细检查探头皮囊部位，确认是否完好无损。检查探头皮囊所充硅油是否油量充足，如果缺乏应该补油。

仪器探头部分拥有一个非常强的静磁场，任何铁磁性物质都必须远离仪器探头部分，以防因强磁引起的危险。当持导磁物体靠近仪器探头部位时需特别小心，以防吸附住造成危险。仪器摆放或者运输时，如果有两只或以上的MA探头，相互之间应隔一定距离，以防止探头相互间因强磁场而吸附住造成危险。仪器周围禁止摆放会受到强磁影响的其他仪器。

MA探头、EA电路短接和QA电容储能短节在工作时处于600 VDC高压环境下，存在触电危险。其中EA电路短接和QA电容储能短节都含有储能电容部分，当仪器下电后应该等待15 min以上，即使在电源关闭后仍然会贮存部分高压能量，在接触仪器任何带电部位之前必须用仪表检查残余存储高压是否完全泄放掉。

MA探头处于空气中发射时绝对不能供直流高压电，探头激发的射频磁场对人体健康有害。只能在刻度筒或裸眼进行高压发射操作，当探头处于探测井套管中时不能加直流高压电进行发射操作，这样容易导致仪器高压过流损坏。

Pulse模式测试时必须保证仪器探头处于地面空气中、刻度筒中或者裸眼井段中以测试验证仪器发射部分的功能是否正常，在套管井段中禁止进行此模式的检查。另外当探头处于地面空气中检查仪器发射功能时，必须保证探头的天线部位(即探头中部)周围不能有金属物体，否则会造成探头频率偏移而损坏仪器。探头处于地面空气中检查时禁止加直流高压进行Pulse发射脉冲检查。

在仪器执行扫频操作之前，如果对仪器加高压直流电，可能导致由于偏离主频而引起的仪器过流损坏。不要在仪器建立通讯之前加直流电源。当仪器串中没有QA储能电容短接时，不允许加高压直流电。地面直流电源供电时电流千万不要超过电路的保护电流(一般直流电源设置为1.3 A保护电流)。若仪器电流异常，必须先找出原因才能继续给仪器增加直流电压。不允许在未断直流电的情况下先断交流电源。仪器静态工作，直流电压加到610～670 V 之间时，储能短接QA充电稳定后静态直流电流应该保持在0.02～0.04 A之间。

3 EMRT的应用成果

EMRT仪器在伊拉克Missan油田已经陆续完成了多井次的作业任务。下面介绍一下它在Missan油田的两个典型应用。利用标准T2谱分析孔隙结构(以FQCS-28为例)：3 865 m层位录井显示及井壁取心显示好，常规孔隙度较高，达到10%；根据核磁标准T2谱孔隙结构分析，孔隙主要为束缚流体，可动孔隙度低于5.0%，综合解释差油层，如图1所示。