核磁共振技术摘要优秀PPT.ppt
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1、核磁共振技术摘要核磁共振技术摘要核磁共振技术摘要核磁共振技术摘要你现在浏览的是第一页,共80页单自旋核在外磁场中的表现单自旋核在外磁场中的表现*核核磁磁矩矩在在外外磁磁场场(由由永永久久磁磁铁铁产产生生)中中,受受到到力力矩矩的的作作用用,象象倾倾倒倒的的陀陀螺螺绕重力场进动一样,绕外场方向进动。绕重力场进动一样,绕外场方向进动。*对对 氢氢 核核:=4258Hz/Gauss,在在500Gauss的的外外加加磁磁场场中中,共共振振频频率率f=2.13 MHz*不不同同的的核核具具有有不不同同的的值值,在在同同一一磁磁场场中中具具有有不不同同的的进进动动频频率率,因此能够将不同的磁性核区分开因此
2、能够将不同的磁性核区分开Larmor 频率频率 f=BoxzBoy你现在浏览的是第二页,共80页 在外磁场中,整个自在外磁场中,整个自旋系统被磁化,所有旋系统被磁化,所有核磁矩沿静磁场方向核磁矩沿静磁场方向取向,在宏观上将产取向,在宏观上将产生一个磁矩和,称为生一个磁矩和,称为宏观磁化矢量宏观磁化矢量M,方,方向与向与Bo平行。平行。自旋系统在外磁场中的表现:自旋系统在外磁场中的表现:自旋系统在外磁场中的表现:自旋系统在外磁场中的表现:宏观磁化矢量宏观磁化矢量宏观磁化矢量宏观磁化矢量MBoyxzMBo平行平行100006反平行反平行100000你现在浏览的是第三页,共80页没有外磁场时没有外磁
3、场时施加外磁场时施加外磁场时大量核磁矩由无序变有序排列大量核磁矩由无序变有序排列你现在浏览的是第四页,共80页 宏观磁化矢量宏观磁化矢量*宏宏观观磁磁化化矢矢量量M是是测测量量区区域域内内的的磁磁性性氢氢核核磁磁矩矩被被静静磁磁场场Bo磁磁化化所所形形成成的的,其其方方向向与与静静磁磁场场Bo一一致致。M绕绕Bo以以Larmor频率进动。频率进动。*核核磁磁共共振振测测井井的的目目的的是是:用用相相同同频频率率的的射射频频脉脉冲冲场场激激发发它它,使使之之产产生生共共振振信信号号并并用用线线圈圈加加以以接接收收,以获得有关的地层信息。以获得有关的地层信息。你现在浏览的是第五页,共80页NMR弛
4、豫弛豫*B1射射频频脉脉冲冲施施加加前前:自自旋旋系系统统处处于于平平衡衡状状态态,M与与 Bo方向相同;方向相同;*射射频频脉脉冲冲施施加加期期间间:M与与Bo垂垂直直,产产生生磁磁共共振振:核核自自旋旋系系统统吸吸收收外外界界能能量量,由由低低能态跃升至高能态;能态跃升至高能态;*射射频频脉脉冲冲施施加加后后:M朝朝Bo方方向向恢恢复复,核核自自旋旋系系统统由由非非平平衡衡时时的的高高能能态态恢恢复复到到平平衡时的低能态。衡时的低能态。*核核自自旋旋系系统统由由非非平平衡衡时时的的高高能能态态恢恢复复到到平平衡衡态态的的过过程程,称称为为弛弛豫豫。弛弛豫豫的的快快慢慢或或速速率用率用1/T
5、1或或1/T2表示。表示。yxzMBo射频脉冲场射频脉冲场B1频率频率=共振频率共振频率你现在浏览的是第六页,共80页T1和和T2弛豫时间弛豫时间*纵向弛豫:过程中自旋系统内部能纵向弛豫:过程中自旋系统内部能量发生变化,自旋与晶格或环境间量发生变化,自旋与晶格或环境间进行能量交换,把共振时吸收的能进行能量交换,把共振时吸收的能量释放出来,又称自旋量释放出来,又称自旋-晶格弛豫。晶格弛豫。*横向弛豫:过程中自旋系统内部发生横向弛豫:过程中自旋系统内部发生能量偶合,总能量不变,磁化矢量进能量偶合,总能量不变,磁化矢量进动由有规律变为无规律,又称自旋动由有规律变为无规律,又称自旋-自自旋弛豫。旋弛豫
6、。,磁共振弛豫过程:纵向弛豫(磁共振弛豫过程:纵向弛豫(T1)和横向弛豫()和横向弛豫(T2)Mt MtT1弛豫弛豫T2弛豫弛豫你现在浏览的是第七页,共80页T2弛豫时间测量:弛豫时间测量:CPMG脉冲法脉冲法脉冲序列:脉冲序列:(90o)X(180o)Y echo (180o)Y echo 2 2 TE=290O180O180ORF信号信号第一个第一个自旋回波自旋回波第二个第二个自旋回波自旋回波T2衰减衰减T2*衰减衰减TE-回波串时间间隔回波串时间间隔你现在浏览的是第八页,共80页CPMG脉冲序列脉冲序列信号信号第一个第一个自旋回波自旋回波第二个第二个自旋回波自旋回波T2衰减衰减T2*衰减
7、衰减90oRF脉冲脉冲90oRF脉冲脉冲180oRF脉冲脉冲F SFSFSFS产生自旋产生自旋-回波回波你现在浏览的是第九页,共80页NMR测量原理测量原理NS仪器中的永久磁铁极化地层孔隙中的仪器中的永久磁铁极化地层孔隙中的氢核氢核施加施加CPMG脉冲串信号:脉冲串信号:90o脉冲,使脉冲,使磁化矢量反转;磁化矢量反转;180o脉冲,记录恢复脉冲,记录恢复中的自旋中的自旋-回波信号回波信号等待氢核磁化矢量恢复原来的状态等待氢核磁化矢量恢复原来的状态最大信号幅度正比于充满流体的孔隙度大小最大信号幅度正比于充满流体的孔隙度大小信号衰减时间信号衰减时间 孔隙大小,流体特性孔隙大小,流体特性 孔隙结构
8、和流体流动特性孔隙结构和流体流动特性你现在浏览的是第十页,共80页MRIL-C磁共振成像仪结构磁共振成像仪结构频带宽频带宽BO(r)BO(r)BO=169GaussG=17Gauss/cm166地层地层磁铁磁铁天线天线泥浆泥浆井壁井壁敏感区敏感区井筒井筒MRIL探头探头敏感区敏感区柱壳厚柱壳厚1mm,彼此彼此相隔相隔1mm1624你现在浏览的是第十一页,共80页五、测量结果及提供的地质参数五、测量结果及提供的地质参数*1、原始数据、原始数据*2、原始数据的反演、原始数据的反演*3、T2分布的意义分布的意义*4、影响、影响T2的因素的因素-孔隙半径、孔隙半径、流体粘度流体粘度你现在浏览的是第十二
9、页,共80页测井原始数据:自旋测井原始数据:自旋-回波串回波串时间时间,微秒微秒幅幅度度你现在浏览的是第十三页,共80页NMR回波串的反演处理方法回波串的反演处理方法对现场采集的回波串信号采用多指数拟合对现场采集的回波串信号采用多指数拟合:式式中中:Ai是是与与第第i个个T2时时间间相相对对应应的的组组分分信信号号幅幅度度,已已刻刻度度成成孔孔隙隙度度单单位位;T2i的的选选取取可可任任意意,但但一一般般有有规规律律地地选选取取,按按T2i=2i+1的的形形式式取取值值,即即 T2i=4 ms,8 ms,16 ms,32 ms,64 ms,通通过过反反演演,求求出出各各个个Ai的的值值,以以T
10、2i为为横横坐坐标标,以以Ai为为纵纵坐坐标标,将将各各个个T2i下下的的Ai连连成成折折线线,即即得得到到所谓的所谓的T2分布谱。分布谱。你现在浏览的是第十四页,共80页NMR测井提供的地质参数测井提供的地质参数通过对自旋通过对自旋回波串反演,得到下列参数:回波串反演,得到下列参数:*横向弛豫时间横向弛豫时间T2分布分布*地层有效孔隙度地层有效孔隙度*自由流体体积自由流体体积*束缚流体体积束缚流体体积*连续的渗透率剖面连续的渗透率剖面CMR:SDR 模型模型:K=C(CMR)4(T2,MEAN,LOG)2MRIL:Coates 模型模型:K=(MPHI/C)4(MBVM/BVI)2 你现在浏
11、览的是第十五页,共80页典型典型T2分布分布你现在浏览的是第十六页,共80页T2分布的意义分布的意义n一一般般呈呈双双峰峰分分布布,短短T2对对应应的的峰峰是是由由毛毛细细管管微微孔孔隙隙中中的的束束缚缚流流体体(不不可可动动流流体体)形形成成的的,长长T2对对应应的的峰峰是是由由渗渗流流大大孔隙中的自由流体孔隙中的自由流体(可动流体可动流体)形成的。形成的。n区区分分自自由由流流体体和和束束缚缚流流体体的的界界限限称称之之为为T2截截止止值值。砂砂岩岩T2截止值为截止值为33ms,灰岩为,灰岩为92ms。nT2分分布布与与压压汞汞资资料料对对比比,可可得得到到与与之之相相对对应应的的孔孔隙隙
12、大大小小(孔径)分布。(孔径)分布。n当当孔孔隙隙中中只只有有单单相相流流体体存存在在时时,T2分分布布的的形形态态反反映映岩岩石石的的孔孔隙隙大大小小(孔孔径径)分分布布,从从而而能能反反映映储储集集层层的的岩岩石石物理特性。物理特性。n当当孔孔隙隙中中有有多多相相流流体体存存在在时时,T2分分布布的的形形态态不不仅仅反反映映岩岩石石的的孔孔隙隙大大小小(孔孔径径)分分布布,而而且且反反映映流流体体的的类类型型和和特特性性。当当油油、气气、水水的的弛弛豫豫性性质质差差别别较较大大时时,根根据据T2分分布布的的形形态态和和展展布布情况,可定性地识别油、气、水的存在。情况,可定性地识别油、气、水
13、的存在。你现在浏览的是第十七页,共80页岩样饱含水岩样饱含水岩样被离心甩干岩样被离心甩干你现在浏览的是第十八页,共80页岩样饱含水岩样饱含水岩样被离心甩干岩样被离心甩干你现在浏览的是第十九页,共80页岩样饱含水岩样饱含水岩样被离心甩干岩样被离心甩干你现在浏览的是第二十页,共80页岩样饱含水岩样饱含水岩样被离心甩干岩样被离心甩干你现在浏览的是第二十一页,共80页你现在浏览的是第二十二页,共80页你现在浏览的是第二十三页,共80页你现在浏览的是第二十四页,共80页影响影响2的主要因素的主要因素WettabilityPore Size&GeometryPore Mineralogy Pore Flu
14、id Diffusivity MagneticsPore Fluid Viscosity你现在浏览的是第二十五页,共80页三种弛豫机制三种弛豫机制1、岩石颗粒表面弛豫、岩石颗粒表面弛豫*流流体体分分子子在在孔孔隙隙内内不不停停地地运运动动和和扩扩散散,在在每每一一个个测测量量周周期期内内,与与岩岩石石颗颗粒粒表表面面发发生生碰碰撞撞:氢氢核核把把能能力力传传给给颗颗粒粒表表面面,对对T1有有贡贡献献;影影响响散散相相过过程程的的恢恢复复,对对 T2有有贡贡献献。大大多多数数岩岩石石颗颗粒粒表表面面对对T1和和T2具有重要影响。具有重要影响。*孔孔隙隙大大小小(S/V)和和表表面面弛弛豫豫能能力
15、力(1、2)在在表表面面弛弛豫过程中起重要作用。豫过程中起重要作用。你现在浏览的是第二十六页,共80页岩石颗粒表面弛豫岩石颗粒表面弛豫你现在浏览的是第二十七页,共80页孔径大小与孔径大小与T2弛豫时间关系弛豫时间关系充水的孔隙充水的孔隙小孔径:衰减快小孔径:衰减快大孔径:衰减慢大孔径:衰减慢T T2 2-1-1(S/VS/V)幅幅度度时时 间间你现在浏览的是第二十八页,共80页T2分布形态与分布形态与K的关系的关系你现在浏览的是第二十九页,共80页2、体积流体弛豫、体积流体弛豫*即使不存在于岩石孔隙内,在体积流体即使不存在于岩石孔隙内,在体积流体内也会发生弛豫。内也会发生弛豫。*影响体积弛豫的
16、因素有:流体粘度,温影响体积弛豫的因素有:流体粘度,温度,是否含气。度,是否含气。三种弛豫机制三种弛豫机制你现在浏览的是第三十页,共80页T2与流体粘度的关系与流体粘度的关系粘度(粘度(CP)T2,log(msec)你现在浏览的是第三十一页,共80页*3、梯度场中分子扩散引起的弛豫、梯度场中分子扩散引起的弛豫 *使使CPMG回波间隔最小回波间隔最小,并使磁场梯度较小并使磁场梯度较小,可把扩可把扩散对散对T2的影响减小。的影响减小。三种弛豫机制三种弛豫机制你现在浏览的是第三十二页,共80页总弛豫过程总弛豫过程 对对T2:对对T1:三种弛豫机制三种弛豫机制你现在浏览的是第三十三页,共80页六、测井
17、解释模型六、测井解释模型*1、NMR孔隙度解释模型孔隙度解释模型*2、NMR资料处理方法资料处理方法*3、综合流体评价和饱和度计算模型、综合流体评价和饱和度计算模型你现在浏览的是第三十四页,共80页NMR孔隙度解释模型孔隙度解释模型骨骨 架架干粘土干粘土粘土粘土束缚水束缚水毛管毛管束缚水束缚水自由流体自由流体tMBVIMBVMCMRBVIFFIMPHI你现在浏览的是第三十五页,共80页MRIL测井资料处理方法测井资料处理方法 第一步:第一步:NMR测井分析测井分析 MRILPOST 此此程程序序将将现现场场采采集集的的回回波波串串进进行行反反演演得得到到T2分分布布,然然后后求求出出核核磁磁共
18、共振振孔孔隙隙度度MPHI、束束缚缚流流体体孔孔隙隙度度MBVI、可可动动流流体体孔孔隙隙度度MBVM及及核核磁磁共共振振渗渗透透率率MPERM。第二步:综合流体分析第二步:综合流体分析 MRAX2 该该程程序序是是在在第第一一步步处处理理的的基基础础上上,结结合合常常规规方方法法测测得得的的资资料料(Rt、DEN、CNL等等)做做进进一一步步的的油油水水定定量量分析。分析。你现在浏览的是第三十六页,共80页NMR参数计算参数计算-MRILPOST*孔隙度孔隙度 即现场测量的即现场测量的T2回波衰减信号回波衰减信号t=0时的幅度。时的幅度。*束缚流体孔隙度束缚流体孔隙度*可动流体孔隙度可动流体
19、孔隙度*计算渗透率计算渗透率 C为为岩岩心心刻刻度度系系数数,一一般般采采用用岩岩心心刻刻度度给给出出;在在没没有有岩岩心心的的情情况下,取缺省值况下,取缺省值C=10。你现在浏览的是第三十七页,共80页回波串处理回波串处理你现在浏览的是第三十八页,共80页综合流体分析综合流体分析MRAX2*计算束缚水饱和度计算束缚水饱和度 Swb=(TMRIL)/T*双水模型计算阳离子交换量双水模型计算阳离子交换量Qv Qv=Swb/VQ VQ=0.3(320/(T(ok)+25))=(SAL/40)0.5 *用用WaxmanSmits模型计算模型计算SWT你现在浏览的是第三十九页,共80页七、七、NMR的
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