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T1/T2比孔隙 选自2008年第49届美国测井分析家年会论文集 摘要 核磁共振测井数据往往通过一个伴随一系列短脉冲的长CPMG序列获得。这些短脉冲有一个顺序的20ms的等待时间,它们主要用于提高短T2组分的孔隙度精度。然后再使用联合反演的方法以得到准确的核磁共振总孔隙度。这个联合反演的技术还使我们能够优化T1/T2的比值。由于常规CPMG回波序列的等待时间(1-10s)和它的短脉冲回波序列的等待时间差异非常大,并且数值模拟也表明T1/T2的比值强烈的依赖于噪声概况,因此它也可以对核磁共振总孔隙度产生巨大的影响,尤其是对像碳酸盐岩这样的长T2驰豫时间的地层。我们还发现对于那些有大量顺磁杂质的地层,优化T1/T2比的范围应当从常用的1至3提高到1至20。为了进一步研究这个问题,我们使用了T1—T2二维核磁共振技术对岩心进行了核磁共振测量并且发现T1/T2的比值强烈的依赖于T2驰豫时间。我们已经将这个依赖于T1/T2比的功能加入到反演代码当中,并且大大提高了在碳酸盐岩地层和含有大量顺磁杂质地层中确定核磁共振总孔隙度的精度。 引言 核磁共振测井通常用于测量孔隙度、束缚水饱和度、渗透率。核磁共振测井得到的CPMG (Carr and Purcell 1954; Meiboom and Gill 1958)回波序列数据被拉普拉斯变换倒置后,就可以得到岩石物理解释所需要的核磁共振T2分布。T2分布的质量和准确性依赖于两个主要的数据采集参数:回波间隔(TE)和两个相邻CPMG回波序列之间的等待时间(WT)。最低回波间隔主要由所使用的核磁共振测井仪器的频率所决定。所有商用核磁共振测井仪器的最低回波间隔都是0.2ms或者更长。当顺磁杂质存在时,孔隙流体和颗粒表面磁化率的差异将会伴随外部磁场的应用在孔隙空间引发静磁场梯度。这种梯度强度的变化范围取决于顺磁杂质的数量及其分布。随着外部磁场梯度,这种诱发磁场梯度增强扩散从而影响到T2的分布。 极化等待时间的长短受测井速度、磁铁长度和NMR仪器的操作拉莫尔频率值所限制。对于一个典型的测井速度,等待时间也就几秒钟。短的等待时间可能致使T1强烈依赖于极化因素[1-exp(-WT/T1)]。因此,T1分布在获得准确的T2分布和核磁总孔隙度中起很重要的作用。因为测量T1分布是很耗费时间的,所以我们常引入T1/T2比值来将对T1的依赖变换为对T2的依赖。这种T1/T2比可以从核磁共振分析中确定。克莱因伯格等人2MHz的核磁共振光谱仪Enhanced Precision Mode in CMR(Schlumberger) or PRIME of MRIL (Halliburton) with short bursts (Chen et al. 2000)) 。这些短脉冲有20ms的顺序等待时间,他们主要用于提高短T2组分的孔隙度精度。这些数据集通常用一种联合反演方法处理,该方法可以在1到3的范围内优化T1/T2比从而获得一个准确的NMR总孔隙度。这个反演方法可以在大多数纯砂岩地层中获得很好的效果。然而,当粘土的T2组分变的过短而不能被检测到,或者地层中含有大量的顺磁杂质原子,这种做法不能准确的估计孔隙度。此外,对于含有长T2驰豫时间的轻烃液体的碳酸盐岩,这种方法也可能确定出不准确的孔隙度。更确切的说,数值模拟表明,当T2过长时,联合反演T1/T2比强烈的取决于噪音概况。 为了在联合反演中改善T1/T2比的测定,我们进行了NMR岩心测量来显示二维T1-T2分布,以便每个T2分量的T1特性都可以得到明确的界定。我们的目标是确定怎样处理和解释受到强烈的内部场梯度或在例如碳酸盐岩这样有长T2分量存在的影响下获得的NMR测井数据。 T1/T2比对孔隙度的影响 我们进行数值模拟来说明T1/T2比对NMR总孔隙度的影响。合成数据串包含一个主要的CPMG回波序列和一个短的回波脉冲。主要的回波序列有600个回波,每个回波有一个TE=0.2ms的回波间隔和一个WT=3000ms的等待时间。短脉冲有30个回波,每个回波的TE=0.2ms,WT=20ms。原始回波数据是由一个T2分布模型产生的。这个T2分布模型带有一个可以从短驰豫时间变到长驰豫时间的单独的T2值、一个基于上面的固定T1/T2=r=1的采集参数并且可以叠加高斯噪声。该模型的孔隙度假设为100pu。因此第i个回波幅度bi可由以下得出: 然后,我们在联合SVD反演算法的基础上,通过T2反演出原始回波数据。 公式中Kij是反演矩阵,r是考虑到主回波序列和短脉冲的极化因素而用于反演矩阵的T1/T2比。在此研究中用的r= T1/T2是1,3,5或7。图一显示了一个T1/T2比的函数的拟合误差结果,该函数用于带有变化范围从1ms到2000ms的独立T2值的T2分布模型,其中分别
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