採用擴散和弛豫測井測量技術評估地巖的核磁共振系統和方法

2023-06-09 08:02:36

專利名稱：採用擴散和弛豫測井測量技術評估地巖的核磁共振系統和方法
技術領域：
本發明涉及利用核磁共振技術(NMR)進行地質結構的定量和定性測量的系統。更具體地說，本發明涉及一種有效的核磁共振測井系統和方法，其根據不同流體在地質結構中的弛豫和擴散特性獲得與地質結構相關的信息。
發明
背景技術：
通常用於判斷一種地質巖層是否能夠產生持續不斷的碳水化合物的地質巖層巖石物理學參數包括巖層孔隙率φ、流體飽和度S、巖層體積及其滲透率K。巖層孔隙率是每單位體積巖層中的孔隙體積；它是樣品總體積中孔隙或空隙所佔的份額。巖層的飽和度S為在其孔隙體積中所檢測流體所佔的份額。因此，水飽和度Sw就是孔隙體積中含水部分的份額。巖層的水飽和度可以在從100％到一個很小的值之間變化，它不能被石油所替代並被稱之為殘餘水飽和度Swirr。實際上，可以假定巖層中石油或油氣的飽和度So等於So＝1-Sw。顯然，如果巖層中的孔隙空間中完全由水充滿，即如果Sw＝1，則這樣的巖層對於石油勘測來說是沒有價值的。另一方面，如果巖層的水飽和度為Swirr，則該巖層所生成的都是油氣，而沒有水。巖層的滲透率K是對流體流過巖層的容易程度，即其生產率的一種度量。
核磁共振測井方法是以往開發出的用於確定這些以及其它有意義的地質巖層參數的最重要的方法中的一種。核磁共振測井方法基於對下述現象的測量，物質的磁矩，諸如氫原子核的磁矩，在靜磁場的作用下，會趨向於沿該磁場方向排列，從而導致整體磁化。當施加靜磁場時這種整體磁化過程中建立平衡的速率由被稱為自旋-晶格弛豫時間參數T1表徵。另一個相關的並且經常使用的核磁共振測井參數就是所謂的自旋-自旋弛豫時間常數T2(也稱為橫向弛豫時間)，這個參數與由於在測井儀的探測空間內局部磁場的不均勻性造成的弛豫有關。
在核磁共振測井技術中使用的另一個測量參數是巖層擴散率D。一般來說，擴散指的是處於氣體或者液體狀態的原子由於其熱能作用而發生的運動。擴散率參數D與巖層的孔隙大小相關，並且非常有希望作為另一個滲透率指示參數。在均勻的磁場中，擴散對於所測量的核磁共振回波的延遲率的影響很小。但是，在梯度磁場中，擴散使得原子從它們的原始位置向新的位置移動，這種移動也使得這些原子與沒有發生移動的原子相比產生不同的相位偏移，因而會使弛豫率加快。所以，在梯度磁場中擴散率能夠提供一些獨立信息的測井參數，該參數與所勘測的地質巖層、其中的流體的性質、及其相互作用相關的獨立信息的測井參數。
現在已經發現根據所檢測的樣品的分子動力學特性確定T1、T2和D的機理。在通常存在於巖層的大孔隙中的大體積液體中，分子動力學特性是分子大小和分子內部相互作用的函數，這對於各種流體來說是不同的。因此，水和不同類型的石油分別具有不同的T1、T2和D值。另一方面，在不均勻介質，例如在其孔隙中含有液體的多孔固體中的分子動力學特性明顯不同於大量液體中的分子動力學特性，它通常與液體與固體介質孔隙之間的相互作用相關。因此，可以理解為對於測量參數T1、T2和D的正確判讀能夠提供有關於所包含流體的類型、巖層結構和其它有意義的測井參數的有價值信息。
現有技術參考文獻表明在滯後時間回波中測量到的視在弛豫率反映了與孔隙生成，通常稱之為自由流體空間，的最大可能性相關的孔隙和流體特性。這些參考文獻一般討論完全水飽和的或者利用空氣替代法去飽和的巖石樣品中的自旋晶格弛豫T1。但是，由於測井數據判讀很複雜，所以這些文獻很少討論在檢測樣品的孔隙空間中包含不同比例的石油的這種更為實際的情況。
實際上，可以相信在較低強度磁場作用下得到的T1和T2基本提供相同的巖石物理學信息。例如，可參見Kleinberg等人撰寫的Nuclear MagneticResonance of RocksTl vs T2，SPE 26470一文(發表於68th Annual TechnicalConference and Exhibition，Society of PetroleumEngineers，Houston，TX，1993)。但是，在一個測井環境中，測量橫向弛豫時間T2常常是可取的，因為這個參數更為有效。判讀脈衝核磁共振測井數據的標準方法是以弛豫時間T2與巖石孔隙大小(體積與表面比)之間的關係為基礎，後者對於水飽和巖石(Sw＝1)是已知的。然而，當應用於部分石油飽和巖石時，標準測井判讀方法對於滲透率和其它與孔隙大小有關的信息會給出錯誤的結果。這是由於石油的弛豫時間特性主要是由石油的粘滯度和其它分子特性所決定的，而且，至少在水溼巖中，對於孔隙一表面弛豫效應是相對不敏感的。所以很顯然僅僅使用T2參數是不足以完全表徵和解釋在所勘測的地質巖層中不同流體的作用的。僅僅考慮含有流體粘滯度信息的擴散率也同樣不能解決在複雜的地質巖層中不同流體的作用問題。
總之，儘管目前有許多核磁共振測量參數具有與地質巖層和巖層中流體成分有關的信息，但是到目前為止，尚沒有提出一種相應的核磁共振測井方法使其能夠通過考慮各種流體的作用精確地判讀這些測量參數的意義。這種缺陷會導致對於測井數據的不精確或錯誤判讀，而這又會造成石油勘測代價昂貴的失誤。所以，需要有一種核磁共振系統和方法，它能夠通過結合不同的測井結果考慮各種流體的作用對地質巖層提供一致而精確的評估結論。
發明概要所以，本發明的目的是提供一種系統和方法，用於對利用梯度核磁共振測井儀得到的關於孔隙流體擴散的井孔核磁共振測量數據進行判讀。
本發明的另一個目的是提供同時確定孔隙大小和井孔附近水飽和度的一種核磁共振系統和方法。
本發明的再一個目的是提供一種核磁共振系統和方法，它可以根據一組預先確定的參數和核磁共振測井數據來評估一種地質巖層中油氣粘滯度。
本發明的又一個目的是確定用於求得固有滲透率的經過校正的油氣T2參數。
根據本發明的一個實施例，這些發明目的以及其它發明目的是利用對使用採用梯度磁場的核磁共振測井儀所作的有關孔隙流體擴散率D和T2參數的核磁共振測量數據進行判讀的一種新穎系統和方法來實現的。本發明的這種系統和方法基於水溼巖中水-油混合物的擴散和弛豫的一個簡單模型。根據這個模型，結合使用T2和D測量數據將孔隙大小對於核磁共振測井測量的影響與石油的粘滯度和飽和度的影響區分開來。通過將對應於特定的石油粘滯度和一組測井儀參數的T2和D模型化，可以僅僅利用梯度核磁共振測井數據而得到孔隙大小和井孔附近流體飽和度估計值。
下述的本發明的方法除了適用於井孔環境以外，還適合於其它應用，以及除了適用於在井孔中存在的物質以外，還適用於其它物質。該方法的優點在於被檢測的物質可以放置在檢測裝置以外。
附圖簡介通過下文結合附圖所作的詳細描述，可以更加完全地理解和領會本發明，在這些附圖中

圖1為一局部示意、局部方塊圖，它表示用於獲取地質結構的核磁共振測量值的一種測並儀。
圖2為一方塊圖，表示根據本發明的一個實施例用於進行井孔擴散測量的裝置。
圖3為根據本發明的一個具體實施例構成的系統的方塊圖，其中表示了用於控制數據採集、所採集數據的處理和測量結果顯示的各個方塊部分。
圖4表示用於本發明的優選實施例中的MRIL測井儀的勘測特性。
圖5A和圖5B表示根據本發明的一個實施例所施加的RF脈衝和回波以及固定強度磁場梯度。
圖6A和圖6B分別表示根據本發明的另一個實施例所施加的RF脈衝和回波以及磁場梯度序列。
圖7表示相對於大體積流體擴散率D0經過歸一化處理的、作為時間平方根函數的限制擴散係數D，和對該函數的早期近似。
圖8A-圖8C表示隨著自由流體孔隙空間從100％水飽和度變化到殘餘水飽和度T2的分布變化。
圖9表示本發明的水-油混合物模型。根據水溼孔隙表面的假定，假設水在位於球形孔隙中央的油滴周圍形成一層「水套」。
圖10為一方塊圖，表示根據本發明方法的一個優選實施例的一系列處理步驟。
圖11表示根據本發明方法通過改變石油及水混合物的模型參數獲得的一組T2-D/Dow相交曲線。
圖12A-C表示在Sw＝1時測得的累積T2分布；對於兩種不同粘滯度的石油Sw＝Swi。
圖13A、B分別表示根據相對於較輕和較重石油計算出的T2-D/Dow相交曲線對於圖12所示樣品的T2和D測量值。
圖14表示該模型在擴散測井數據分析中的一種可能應用。所示的測井實例為加拿大西部砂石層中的一個淺井。
圖15表示T2和石油粘滯度之間的相互關係，按照本發明方法可以利用這種相互關係根據T2-D測量值估算粘滯度。
優選實施例的詳細描述參照圖1，如圖所示在具有利用本發明方法和裝置進行勘測的結構的巖層12中有一個井孔10。在井孔中有一臺測井儀16，它由繞經滑輪20和22的一根電纜18懸吊著，電纜的位置由一臺電動機24控制。
測井儀16的上部包括遙測電子部分26、伽馬射線檢測電子部分28和磁共振成象(MRI)電子部分30。在測井儀的底部懸吊著一個MRI探頭32以向周圍的地質巖層施加激勵信號。激勵場通常具有圓柱形狀，圖中以參照標號34表示。可以用於探頭32的改進裝置和測量方法記載於以下的美國專利中US-4710713、4717876、4717877、4717878、5212447。5280243、5309098和5412320，上述專利都由本發明的受讓人所擁有。這些專利的內容實際上是結合在本申請中的。
設備現在參見附圖2，該圖以相對典型的方式表示了根據本發明的一個優選實施例用於進行核磁共振井孔擴散係數測量的裝置。該裝置包括一個第一部分106，這一部分需要下降放入井孔107中以檢測井孔附近物質的性質。
第一部分106包括一個磁體或者一組磁體108，其可取的是在勘測空間109內產生基本均勻的靜磁場。該第一部分106還包括一個在勘測空間109中產生RF磁場的RF天線線圈116，該RF磁場基本垂直於靜磁場。
一個或多個磁場梯度線圈110在勘測空間109中產生磁場梯度。可取的是，對於磁場的這一附加作用具有與基本均勻場平行的場方向，並且具有基本均勻的磁場梯度，通過開關流經線圈110的直流電流可以或者不可以施加或關閉該梯度場。構成部分106的磁體108、天線116和梯度線圈110也被稱為探頭。
天線以及發射器/接收器(T/R)匹配電路120通常包括一個諧振電容器、一個T/R轉換開關和至發射器和至接收器的匹配電路，並且與一個RF功率放大器124和一個接收器前置放大器126相連。電源129提供磁場梯度發生線圈110所需的直流電流。所有上述的單元通常都包含在一個貫穿井孔的外殼128中。此外，上述單元的一部分也可以放置在地面上。
方塊130所指示的是測井儀的控制電子部分，其中包括一臺計算機50，其向一個脈衝編程器60提供控制輸出信號，該編程器接收來自變頻RF源36的一個RF輸入信號。脈衝編程器60控制變頻RF源36以及RF激勵器38的工作，該RF激勵器接收來自變頻RF源36的一個輸入信號，並輸出到RF功率放大器124。
RF接收器前置放大器126的輸出傳輸到一個RF接收器40，該接收器接收從一個移相器44輸入的信號。移相器44接收來自變頻RF源36的輸入信號。接收器40經由帶有一個緩存器46的A/D轉換器輸出到計算機50，以提供用於進一步使用和分析的所需測井輸出數據。脈衝編程器146控制梯度線圈電源129，使電流流通或者中斷，從而根據計算機50的指令產生靜磁場或脈衝磁場梯度。上述設置在地面上的儀器中的某些或者全部單元都可以設置在地下。
圖3為根據本發明的一個具體實施例構成的系統的方塊圖，它表示了用於控制數據採集、所採集數據的處理和測量結果的顯示的各個功能塊部分。在圖3中，MRI電子部分30包括一個MRI探頭控制器和脈衝回波檢測電路。從檢測電路輸出的信號由數據處理器52處理以分析樣品的弛豫特性。數據處理器52的輸出提供給參數估值器54。測量周期控制器55向MRI探頭提供適合的控制信號。經過處理的測井數據存儲在數據存儲器56中。數據處理器52與顯示器58相連，該顯示器能夠提供一個或多個測量參數的圖形顯示，可能重疊在數據存儲器56的顯示數據上。實際上圖3中所示本發明系統的各個部分可以用硬體或者軟體實現，或者由兩者的任意結合實現。
測井儀的標定可以利用最佳選擇和預先準備的實驗室樣品通過多維逆向分析來完成。這種逆向技術對於本領域技術人員來說是已知的，記載在例如下列文獻中Introduction to Statistical Pattern Recognition(K.Fukunaga，Academic Press，1972)；Statistical Concepts and Methods(Bhattcharyya Johnson，Wiley sons，1977)；Pattern Recognition-AStatistical Approach(Devijver Kittler，Prentice Hall，1982)。在本發明的一個優選實施例中，測井儀是在一個水罐中，即在一個100％孔隙率狀態下進行標定的。樣品是摻有硫酸銅的自來水。所述的摻雜將水的T1弛豫時間從大約3秒縮短到大約200毫秒，而這又減少了每次實驗之間所需的恢復時間，從而減少了標定測井儀所需的總時間。
圖4表示用於本發明的一個優選實施例中的MRIL測井儀的勘測特性。在如圖所示氫的諧振直徑處的靜磁場強度B0和梯度G適合於一個工作在720kHz、25℃的標準6英寸(15.24釐米)直徑的測井儀。實際的參數B0、G和諧振直徑(勘測深度)取決於工作頻率和溫度。如圖4所示，該測井儀在16英寸(40.6釐米)的標稱勘測直徑處產生大約17高斯/釐米的準線性梯度。在測井儀的梯度磁場中的自旋擴散對於更快的弛豫是有作用的，這在回波間隔TE1較長的情況下更加明顯。可取的是，用於擴散測井方法中的一對TE值包括了測井儀的最小TE值(在一個具體實施例中大約為1.2毫秒)和測井儀的一組標準值中的任何一個值(在具體實施例中為2.4、3.6和6毫秒的回波間隔)。如果需要的話也可以採用其它的回波間隔值。
固定梯度的NMR測量根據本發明，可以利用固定梯度或者脈衝梯度擴散測量方法來獲取所測量的參數如T2和D。現在參照圖5A和5B進行介紹，這些附圖分別表示了應用於本發明的一個實施例的RF脈衝和回波以及固定磁場梯度。簡而言之，下面更加詳細描述的這種井下測量技術包括測量Carr-Purcell-Meiboom-Gill(CPMG)自旋迴波，其中有兩個或多個測量參數是變化的。在一個優選實施例中，在連續測量過程中變化的參數為回波間隔TE。
一般來說，為了利用本發明的系統獲得所需測量參數的估計值，或者確定其值的範圍，需要執行以下操作步驟1、施加一個靜磁場對在井孔中給定區域內的物質的核自旋進行極化，從而使勘測區域產生整體磁化。該磁場和所生成的平行磁化方向沿垂直方向。
2、在勘測區域施加一個磁場梯度。這個梯度場可以是也可以不是第一步驟中所施加靜磁場的一部分。
3、以預先選定的頻率、寬度和幅值向勘測區域施加一個RF場使得至少一部分磁化位於相對於所述垂直軸的水平平面內。
4、確定勘測區域中物質的原子或分子可以在一個固定的梯度磁場中擴散的時間間隔t。
5、向勘測區域施加再聚焦RF脈衝。
6、重複步驟4。
7、檢測NMR自旋迴波。
8、根據回波幅值推算出擴散係數D或其上限值，或者自旋迴波延遲T2或其下限值。
9、利用不同的t或磁場梯度強度至少重複一次步驟1到步驟7。
10、根據一部分或者全部實驗的回波幅值推算出D和/或T2。
可以認識到，為了獲得足夠長的回波幅值數據串，可以重複多次步驟4到步驟7，從中可以求得更有意義的橫向弛豫時間。
還可以進一步認識到，如果D或T2是已知的，則不需要步驟9和步驟10。在這種情況下，可以根據一次實驗結果求出未知的T2或D參數。同樣，如果已知D或T2對於回波幅值的延遲起主要作用，則也只需要一次實驗。
重複實驗和將測量讀數積分以得到統計上有效和有意義的結果的優點也是可以認識到的。
還應認識到步驟5可以通過應用兩個或多個脈衝來替代，其結合作用就是在步驟7中產生激勵回波的核自旋的再聚焦，並且允許在這些脈衝之間的多次擴散。
在本發明的優選實施例中，在固定梯度擴散測量中變化的參數為回波間隔TE。首先分別處理在每個TE期間測量的自旋迴波數據以得到一對弛豫時間分布，一個分布對應著一個TE值。然後通過將1)整個分布或2)對應於自由流體空間(FFI)的慢弛豫部分求平均而將每個分布收斂為一個特徵弛豫時間值T2R。然後根據弛豫率差值計算限制擴散係數DT2R-1=T2R-1(TE1)-T2R-1(TEs)----(1)]]>=D12(G)2(TEl2-TEs2)]]>其中TEl和TEs為TE測量對值中的長TE值和短TE值。方程1正是關於在每個TE期間擴散引起的弛豫率T2D-1的兩個Carr-Purcell方程之間的差值，T2D-1=D12(GTE)2----(2)]]>其中γ為旋磁比(對於質子＝2π×4258拉德/秒/高斯)。然後通過將方程2，其中參數D是根據在任一個TE期間的方程1估算出來的，替換成關於整個弛豫率T2R-1的表示式，即T2R-1=T2-1+T2D-1-----(3)]]>而計算出固有T2，其與TE無關。
因此可以利用方程1-3根據從兩個不同的回波間隔的延遲信號估算出的弛豫率T2R-1從而獲得T2和D的估算值。
脈衝磁場梯度NMR擴散測量現在參照附圖6A和6B，其分別表示RF脈衝和回波以及磁場梯度序列，它們均應用於本發明的另一個實施例中。為了利用本發明的系統求得所需測量參數的估算值，或者確定它們各自值的範圍，需要執行以下步驟1、施加一個靜磁場對在井孔中給定區域內的物質的核自旋進行極化，從而使勘測區域產生整體磁化。該磁場和所生成的平行磁化方向沿垂直方向。
2、以預先選定的頻率、寬度和幅值向勘測區域施加一個RF場，以使至少一部分磁化位於相對於垂直軸形成的水平平面中。
3、施加一個隨時間而轉換的磁場梯度脈衝，在其作用下勘測區域中的物質的原子和分子會發生擴散。一般來說脈衝幅值、寬度和頻率為0.1-30高斯/釐米，相對於0.1-10毫秒。
4、向勘測區域施加一個再聚焦RF脈衝。
5、重複步驟3。
6、獲取NMR自旋迴波。
7、根據回波幅值推算出擴散係數D或其上限，或者自旋迴波延遲T2或其下限。
8、利用下列變量中至少一個變量的不同值重複步驟1到步驟6步驟3和5中的磁場梯度強度；步驟3和步驟5中的磁場梯度寬度；步驟3、4、5和7中的時間。
9、根據獲得的NMR數據求出擴散係數和/或T2。
可以認識到，為了獲得足夠長的回波幅值數據串，可以多次重複步驟3到6，由此可以更有意義地求出橫向弛豫時間。
還可以認識到，如果D和T2都是未知的，並且都不對延遲率起主要作用，則不需要步驟7。如果D或T2是已知的，則不需要步驟8和步驟9。在這種情況下，可以通過一次實驗求得未知的T2或D。同樣，如果已知D或T2對於回波幅值的延遲起主要作用，則也只需要一次實驗。
還可以認識到，除了圖3B所示的方波脈衝以外，其它的磁場梯度的時間相關性也是可以採用的。具體地說，如果脈衝梯度轉換，梯度強度不一定減弱，可以採用正弦波的和其它相關性。
重複實驗和將測量讀數積分以得到統計上有效和有意義的結果的優點也是可以認識到的。
還應認識到步驟4可以通過應用兩個或多個脈衝來替代，其結合作用就是在步驟6中產生激勵回波的核自旋的再聚焦，並且允許在這些脈衝之間的多次擴散。
NMR擴散數據的分析在恆定梯度的情況下，可以利用以下方程計算出擴散係數Dan=Ae-nTE(1/T2+D(TE)2/12)]]>或者在脈衝梯度情況下an=Ae-n(TE/T2+D2(delea-/2))]]>其中A是在te→0或零時的信號幅值。A可以是已知的，也可以是未知的；n為回波數；an為所測得的幅值；TE為實驗者所採用的回波間隔；T2為在勘測原地的物理和化學條件下液體的固有橫向弛豫時間；在測量之前T2可以是已知的，也可以是未知的；D為在勘測原地條件下流體的擴散係數。在測量之前D可以是已知的，也可以是未知的；γ為同位素試驗的旋磁比(對於氫為2π×4.26KHz/高斯)；G為通過實驗設置在勘測區域中施加的磁場梯度的幅值。G是已知的；δ為磁場梯度脈衝的寬度；和delta為在各個回波之前的兩個磁場梯度脈衝之間的時間。
根據所測量的具體參數和可以應用的信息，可以考慮四種不同的情況I.勘測空間中液體的三個參數-A、T2和D中的兩個是已知的。於是可以通過上述方程求得第三個參數。例如，如果已知A和T2，並且測得第一回波幅值al，則對於恆定梯度
D＝[-TE/T2-ln(al/A)]*l2/(γ)2TE3更多的回波，以及更多的重複測量值，可以提高這一結果的統計有效性。
II.幅值A是已知的，T2和D都是未知的，但是只要求獲得D的上限值和/或T2的下限值。通過將TE/T2項用零代替，根據上述方程可以得到D的上限值。通過設定D＝0求得T2的下限值。這種限值在許多情況下，例如在根據D或T2甄別油氣與水，或者區別輕油與重油時可能是非常有用的。
III.A是已知的或未知的，但是沒有影響。記錄若干個回波，並計算視在延遲率。作為一個實例，在恆定梯度的情況下，視在橫向弛豫時間為T2R＝[1/T2+D(γGTE)2/12]-1通過回波幅值an的測量值與其表示式an＝Ae-nc的最佳擬合方法可以求出該弛豫時間，其中C＝TE/T2R，其中T2R為擬合參數。
或者，通過將所有幅值用該回波的幅值，例如al相除，所得的比值可以由下式的右邊表示an/al＝exp[-(nTE-TE)/T2R]提取公因子A，從上述關於T2R、T2和D的方程可以求出D、T2或者它們的限值。再一次，將1/T2設定為零，並求解D可以得到D的上限值，將D設定為零可以得到T2的下限值。
或者，通過重複相同的實驗至少兩次，並改變下列參數TE、G、delta或δ中的一個或多個可以求得T2或D或它們的限值。
IV.如果D和T2都是未知的，並且上述限值的近似程度不夠，則應當在下列參數TE、G、delta或δ中至少一個不同的條件下通過兩次實驗至少計算兩次視在弛豫時間。在諸如本發明的優選實施例的情況下，梯度G也是場強的函數，因而是諧振頻率的函數，諧振頻率不同的兩次或多次實驗就足夠了。
儘管將T2R、T2和D之間的關係利用下列弛豫率參數重複寫出不是必需的，但是很簡潔R2R＝1/T2R和R2 ＝1/T2.該方程對於R2和D是線性的，即，在固定梯度實施例中R2R＝R2+D(γGTE2)/12兩次或多次不同的實驗得到一組具有不同R2R值的關於T2和D的線性方程。除了這組兩個或多個方程，T2和D可以從得到這兩個未知值的兩個線性方程的顯解，或者對於三個或多個不同實驗的最佳擬合(諸如最小二乘法)求出。
應當認識到，可以通過從單一激勵信號獲取所有所需的數據而將上述類型的若干實驗結合在一個實驗中。這可以通過在一個序列中改變上述參數來實現。作為一個示例前幾個回波可以用一個固定的時間間隔隔開，而再幾個回波則用另一個時間間隔隔開，等等。
已知在多孔介質中流體的限制擴散係數D是擴散時間的遞減函數。圖7表示作為時間平方根函數、並且相對於大量流體擴散率D0歸一化的限制擴散係數D。已經證明，在較短擴散時間裡，從脈衝場梯度(PFG)NMR實驗獲得的D值可以由下式給出DDo=4Dot9(AV),]]>其中D0為大量流體的擴散率，以及A/V為孔隙表面/體積比。方程4中的早期近似與作為時間t的函數的D的完全非線性特性之間的關係示意性地表示在圖7中。
將PFG與擴散參數D的固定梯度NMR估算值比較並不複雜。問題是由於在後一種情況下的測量要用到兩次形成時間(即兩個TE)，一個t值不能定義為一個基本測量參數。相反，在PFG NMR檢測中擴散時間是一個顯參數；t只不過是梯度脈衝之間的時間。為了比較兩種測量值，對於固定梯度實驗，只能定義一個有效擴散時間teff。根據對方程3的直接分析，我們求得teff=TEl2-TEs2----(5)]]>應指出，teff是相對於較長TE加權的；例如，對於回波間隔對1.2毫秒、3.6毫秒，teff＝3.4毫秒。
方程5是忽略了由於測量過程中的強梯度和寬帶寬引起的限制擴散和非共振效應的作用所得的近似表示。已經確定這些作用的修正相對較小，因而方程5對於實際的擴散測井數據分析來說是足夠精確的。
NMR弛豫和擴散模型由於有石油作為第二種孔隙流體存在，使得標準NMR判讀方法的應用有些複雜，這種方法(明示或暗示)假定弛豫時間與孔隙大小(體積/表面比)成線性比例關係。根據本發明的一個優選實施例，將擴散與弛豫測量相結合使得可以將孔隙大小對於體弛豫時間特性的作用與變化的石油粘滯度的作用區分開來。更具體地說，這種結合使得能夠利用下文中詳述的一次測量同時估算出井孔流體飽和度和巖層孔隙大小。
從原理上說，首先考慮由兩種不同成分，例如石油和水構成的複合流體的弛豫如何受到從充滿水的巖層(Sw＝1)向具有殘餘水(飽和度)的石油巖層轉變的影響。這種轉變表示在圖8A-C中，由圖可見，T2分布隨著自由流體孔隙空間從100％水飽和度(圖8A)變化到殘餘水飽和度(圖8C)而改變。圖8B表示根據大量石油的弛豫特性確定的油類的T2分布。
從圖8A-C所清楚看到的，一種巖層的測量或視在弛豫T2R值唯一地反映出流體成分。當巖石中孔隙是水溼的，並且處於水飽和狀態時，T2R弛豫非常直接地表示了孔隙大小；在同一水溼孔隙中含有石油的情況下，由於T2R也反映了大量石油的弛豫特性，所以測井數據的判讀更加複雜。
根據以下所述的對於同一水溼孔隙中的石油和水混合物的NMR測量的簡單孔隙模型可以對本發明有深刻的理解，這種理解有助於構成新穎的測井判讀儀器。
圖9表示所提出的模型，這是一個含有石油和水的球形孔隙。根據水溼孔隙表面的假設，假定水構成位於孔隙中央的油滴的水套。按照這個模型，改變水飽和度Sw的效果表現為油滴大小的增大或減小。球形孔隙中的水-油混合物具有一般由上述方程3所表示的弛豫率。重要的是，所測量的每種流體i＝W(ater)或O(il)的弛豫率T2Ri-1是固有(與時間無關)弛豫率與擴散引起的(與時間有關)弛豫率之和，即T2Ri-1=T2i-1+T2Di-1----(6)]]>方程6表示水-油混合物因此將具有兩種不同的弛豫率，即具有雙指數延遲特性。如果可以利用方程6獲得石油和水組分的各個弛豫率，則能夠確定混合物特性的模型，如下文詳細描述的。
下面討論方程6的右邊各項，我們首先假設石油的固有弛豫率等於體石油的弛豫率，即T2o-1=T2bulk oil-1----(7)]]>方程7為假設石油與水之間的交叉弛豫作用對於石油弛豫率的影響可忽略不計的情況下的數學表示。另一方面，水的固有弛豫率由下式給出T2w-1=T2bulk water-1+2(AVSw)----(8)]]>其中A和V分別為孔隙表面積和體積，ρ2為表面弛豫率。對於球形孔隙，A/V＝3/R，其中R是孔隙半徑。將方程8中的Sw設定為1，則給出眾所周知的T2與充水孔隙的孔隙大小之間的關係式。在Sw＜1的情況下，是在將快速擴散模型擴展到一部分孔隙體積被石油填充的情形的基礎上使用方程8的。(在快速擴散狀態下，在孔隙表面與大量流體的快速弛豫自旋之間存在藉助於分子擴散進行的快速交換。快速交換使整個孔隙中的磁化均勻，因而導致只能觀察到一種弛豫率。這個弛豫率是大量流體和表面弛豫率的體積加權弛豫率。)根據水溼條件的假設，水-孔隙界面面積不隨Sw變化而變化。所以，方程8表明對於在部分孔隙中水的弛豫，相對的長度標度為u＝Sw(V/A)。
擴散對於所觀察的各種流體的弛豫所產生的作用由Carr-Purcell方程表示T2Di-1=Di3(G)2----(9)]]>其中Di為流體i的有效擴散係數，γ為旋磁比，G為磁場梯度，τ為脈衝回波時間延遲(即CPMG脈衝序列中回波間隔TE的一半)。一般來說，Di＜Doi，即由於受到(固體)多孔介質和部分填充孔隙空間的其它(不相溶的)流體的擴散的限制，限制擴散率小於大量流體的擴散率。
通過對Mitra等人(Mitra，P.P.等人，Diffusion Propagator As A Probe ofThe Structure of Porous Media，Phys.Rev.Lett.，68,3555-3558，1992)介紹的對於限制擴散係數的短程擴散時間近似的簡單擴展，將在石油和水中的限制擴散模型化。在水中，D/Do比由下式給出(DDo)w=1-w(1+So2/3Sw)AV----(10A)]]>其中w=49Dow(2)----(10B)]]>So＝1-Sw為石油飽和度。在Sw＝1的情況下，方程10A收斂到Mitra(1992)的結果。參數βw具有長度單位，表示水分子在回波間隔TE＝2τ期間產生的特性擴散長度。
石油的限制擴散係數由下式給出(DDo)o=1-o(1So1/3)AV----(11A)]]>其中o=49Doo(2)----(11B)]]>石油的D/Do(方程11A)表示與水(方程10A)不同的一種飽和度相關性，因為石油的擴散受到一個「反射」表面(油-水界面)的限制，而水的擴散受到兩個表面，即油-水界面和孔隙壁的限制。
上述方程組提供了在各種流體中T2和D的一種新模型。石油和水都以其各自的T2R弛豫時間產生弛豫，所述弛豫時間以不同的方式依賴於孔隙大小和飽和度。所以，相對於孔隙中混合流體所測得的信號通常表現為雙指數延遲，即echo(t)=Swexp(-tT2RW)+(1-Sw)exp(-tT2RO)----(12)]]>
根據本發明，可以利用方程12及方程6-11A，B模擬水溼孔隙中油-水混合物的作為飽和度、孔隙大小、和石油粘滯度(其控制T2和D)函數、及在任意所需回波間隔對期間的自旋迴波延遲。
具體地說，對於一個選定的水飽和度Sw，可以利用方程6計算出石油和水成分的模擬弛豫率T2Ri-1。通過將從方程10A，B和11A，B得到的有效擴散係數Di值代替方程7、8和9中的值，可以確定這些弛豫率。接著，將計算出的弛豫率T2Ri代入方程12，可以求得模擬NMR延遲信號，這個信號反映了巖層中油和水組分的物理特性和這些組分的比例。
然後，根據本發明，在上述的測量方法之後，將模擬延遲信號進行處理以計算出水-油混合物的視在固有弛豫T2和擴散率D。可以在參數的一定範圍內重複這種計算，可取的是，所述參數的範圍對應於所勘測的地質巖層中流體的實際參數的範圍。處理的結果可以很方便地表示為T2與D的相交曲線，其中常數值表示兩維T2-D空間中的直線。
如方程7-11A，B清楚表示的，為了計算出所需的弛豫率T2Ri，需要代入NMR測井儀的參數，包括磁場梯度G和回波間隔TE。此外，需要測量，或求得流體參數Doi、T2i，bulk和表面張弛率p2的估算值。在一個優選實施例中，為了簡單起見，假設了一個球形孔隙模型，因此只有孔隙的半徑R是一個獨立參數。下面參照附圖10更加充分地介紹NMR測井判讀方法，所述圖10為一方框圖，表示根據本發明的一個優選實施例的處理步驟。
如圖10所示，在一個優選實施例中，本發明的方法從步驟310開始，求得在蘊藏狀態下的原油的T2和Do參數值。這些值可以利用對石油樣品的實驗室NMR測量得到，或者從所測得的石油粘滯度或石油重量估算出這些參數值。
在步驟320，設定NMR數據採集參數，包括回波間隔對TEl，s、和作為工作頻率f和測量溫度T的函數的磁場梯度G＝f(f，T)值。
在步驟330，利用對巖心樣品的實驗室NMR測量值、來自水帶的NMR測井數據，或者利用本領域所知的用於礦脈巖性學的標準值可以估算出巖石巖層的表面張弛特性。應當指出，在實際的測量中，可以交換步驟310、320和330的順序或將它們結合。
在該方法的步驟340，設定T2-D處理方法，它包括對於每一間隔TE求得整個T2R分布平均值的步驟。該平均值也可以利用部分的、自由流體的T2R分布計算得到；並且根據T2R分布求得T2和D分布。
在步驟350，對於Sw的不同範圍值，計算出油-水混合物的T2和D/Do新模型。可取的是，可以用一個兩維T2-D網格曲線表示這些結果，所述曲線可以顯示在圖3所示的顯示器58上。最後，在步驟360，將從井孔測量所得的實際測量值與T2-D網格曲線中預先計算出的值比較，並用於同步求得測量點的巖層的實際水飽和度的估算值和孔隙半徑R的估算值。如圖10所示，在圖3所示顯示器58上，幾乎可以實時地顯示出中間結果和測量數據。此外，根據本發明的一個優選實施例，使用者可以在計算時將所測量數據與不同的模擬模型比較，這些模型可以相對於期望參數的各個範圍預先確定並在進行NMR測量之前存儲在數據存儲器56中。
下面關於測井判讀的內容和其後的示例更加詳細地介紹了所述的本發明方法的實際應用。
T2-D測井判讀模型關於在單個水溼孔隙中包含的油-水混合物的擴散和弛豫的數學模型以及上面所述的參數測量技術直接導致一種新穎、實用的測井判讀裝置的形成，所述模型就是作為孔隙大小、飽和度、和油粘滯度函數的油-水混合物的T2-D的相交曲線。繪出歸一化擴散係數D/Dow的曲線，其中Dow為水(在某一溫度)的體擴散率，而不是D的曲線，以使數據相對於溫度效應正則化。圖11表示了這樣的一組相交曲線。恆定飽和度和孔隙半徑的等值線構成相交曲線圖上的曲線網格；恆定Sw等值線為較陡的一組曲線。因此，在這樣一個相交曲線圖上定位一個數據點提供了僅僅利用NMR測井數據確定孔隙大小和井孔附近流體飽和度的一種方法。
圖11所示T2與D相交曲線的等值線的位置和形狀依賴於巖石和流體特性以及測量參數TEl、TEs和G。兩個最重要的控制參數為表面張弛率ρ和石油的粘滯度v，該參數又決定了石油的T2和體擴散率Do參數。圖11表示了在等值線圖的標稱範圍內改變這些參數的效應。張弛率決定了Sw＝1線在網格中的位置；較大的ρ值將這條等值線下拉和偏向右側。粘滯度決定了恆定孔徑等值線的垂直位置和間隔。對於輕油到中等比重的石油，T2主要依賴於孔徑，而D主要依賴於Sw。隨著石油粘滯度增加，T2和D都下降，這產生了在低Sw端壓縮網格的效應，進而降低了相交曲線對於孔徑變化的敏感程度。注意，擴散率即使對於重油仍然保持作為一種實際的飽和度指示參數。在下面的示例中更詳細地介紹了本發明的這種方法。
實例1作為上面建立的模型的有效性的指示，利用一種市售的巖心分析儀，在G＝17高斯/釐米和32℃條件下，對三種類型的Benthein砂石芯棒樣品(再飽和孔隙率＝23.0pu，Klinkenberg perm＝2240md)中的油和水進行了NMR測量。測量是以0.5至5毫秒之間的4個回波間隔針對兩種飽和度水平1)Sw＝1和2)Sw＝Swi＝5％(依重量確定的)進行的。兩個殘餘飽和度狀態樣品是這樣製備的，首先將最初為水飽和的芯棒離心分離到150psi空氣-鹽水毛細管壓力，然後用油浸沒。圖12A表示在Sw＝1時測量的累積T2分布；在Sw＝Swi時關於兩種不同粘滯度石油的結果表示在圖12B和圖12C中。這些油的特性表示在下列表中。
32℃時石油特性

表中所列的粘滯度是由供應商(Cannon Instrument.，Inc.StateCollege，PA)提供的，而表中所示T2和D值是通過NMR測量獲得的。
當TE增加時由於擴散引起的向較短T2R弛豫時間的偏移對於水飽和樣品是最明顯的(圖12A)。含有較輕S3型油(圖12B)的殘餘狀態樣品顯現出較小的、但是清晰可見的偏移，特別是在兩個較長的TE值(2和5毫秒)處。相反，含有較重的S20型油(圖12C)的樣品顯現出非常小的偏移。在這些測試中使用的回波間隔的範圍與在井孔測量中使用的回波間隔範圍是可比較的。所以，圖12A-C所示的結果表明，對於粘滯度大於10至20cP的石油，油中發生的擴散非常之慢，以致於無法用測井儀測量到。所以對於在包含這種重油的巖石中的油-水混合物所測得的擴散效應一定是僅僅由於水相中的擴散引起的。
通過將在所有四種回波間隔獲得的測量值結合求得圖12A-C所示三種樣品的固有T2和D值。所用的求解方法與上述方法基本相同，但是有一點不同，就是利用了最小二乘法求解上面確定的關於兩個未知的(T2和D)的四個Carr-Purcell方程(一個方程針對一個TE)構成的方程組。
關於所有三種Benthein樣品的T2和D的結果逐點繪製在圖13A，B圖13A表示含有較輕的S3油的殘餘飽和度狀態樣品，而圖13B表示有關重油的數據；在兩個圖中都表示出了Sw＝1點。所示網格是根據上表中所列的測量所得石油特性計算出的。所用的張弛率值(24微米/秒)是通過使在G＝0，TE＝0.5毫秒時測量的有關水飽和Benthein樣品的T2分布與根據高壓汞噴射獲得的孔隙體積分布曲線匹配而確定的。
圖13A和圖13B所示關於Bentheim砂石巖中油水混合物的數據點與已知的芯棒中飽和度量值是一致的。Sw＝1數據點標出在正確的等值線附近，Swi數據點給出正確的Sw＝5％。實際上Sw＝1點位於相應的等值線的稍微外側處。這可以表明用於計算該網格曲線的張弛率太低。另一種可能性是實驗室數據是正確的，而該模型對於巖石中水的D值估計過低，其中數據是與Dow相等的，即擴散是完全不受限制的。如果給出在這些實驗中所用的較短TE和Bentheim砂石巖的較大孔徑，則對於D(方程4)的早期近似顯然是有效的，因此該模型對D值估計過低的理由是不清楚的。
從含有S3油(圖13A)的殘餘飽和度狀態樣品的T2和D值估算孔徑也是具有物理意義的。在Sw＝1點所得的孔隙半徑大約為50微米，這個值對於Bentheim砂石巖似乎是合理的。汞噴射數據表明在孔隙喉部半徑為18微米處產生一個尖銳的峰值。所以，NMR和汞噴射都指出孔隙主體與喉部半徑之比約為3，這也似乎是合理的。
實例2測井數據示本發明的方法用於分析擴散測井數據。所示實例來自加拿大西部砂石層的一個淺井。這些擴散測井數據是利用一個早期的測井儀獲得的，採用了2，4毫秒TE對，工作在940千赫茲及G＝24高斯/釐米。測井間隔的特徵在於採用了一個長轉換區(915至925米)，將處於殘餘飽和度狀態(910至915米)的薄油層與底層水區(圖14B)分隔開。與利用常規的電纜測井所得數據一致(記錄隨紋1，2，3，圖14B)，從上面的含有水層的純淨的、高滲透率(＞1達西)砂石層向位於油層的疊層/頁巖砂石層方向儲層質量逐漸降低。在這個實例(記錄隨紋4，圖14B)中用於計算T2和D的測井數據推算出的弛豫時間是擬合回波幅值的限制雙指數的緩慢下降分量(T2R)。
利用對來自該儲油層的石油樣品所測量的大量石油的T2和D值計算出相交曲線(圖14A)。這種原油是具有27-29API重量和0.94氫指數(利用NMR確定)的低油氣比石油。在G＝0，TE＝0.5毫秒條件下所作的CPMG測量揭示出較寬的弛豫時間分布，T2R分量從幾個毫秒變化到幾百個毫秒，由此推測反映了構成原油的油氣分子重量的較寬範圍。在這個井中底部溫度為28℃，這個溫度接近實驗室測量溫度(32℃)。所以所測量的石油的T2和D值是直接採用的，即在計算相交曲線(圖14A)之前不對石油特性進行溫度修正。
關於T2和D的結果在圖14A中表示為相交曲線形式，在圖14b中表示為測井曲線(隨紋4，5)。在相交曲線上，利用不同的符號區分水層(+)、過渡層(o)、和油層(*)。這種編碼方式使得這些數據點沿著橫跨網格的一個對角線的循序漸進過程直觀可見。與模型特性一致，隨著深度和Sw下降，數據點向下和向左移動。
圖中還表示出利用在網格曲線(圖14A)上的內插點計算出的飽和度和孔隙半徑(記錄隨紋6，圖14B)。為了使標度一致，圖中所示孔隙半徑的單位為微米/100(即將曲線上的值乘以100得到以微米為單位的孔隙半徑)。與已知的儲油層地質學一致，計算出的孔徑表明在純淨的水砂石層約為30微米的穩定值，而在油層中則逐漸下降到10至15微米範圍。
這個實例還表明只使用T2測量值估算巖層孔徑有可能產生錯誤。例如，僅僅利用過渡區的T2值(T2＝200毫秒)所得的視在孔徑(對於球形孔隙＝3ρ×T2)約為10微米，而實際的孔徑約為30微米。應當指出即使在相對較低的油飽和度情況下也會產生這種誤差。
利用NMR方法獲得的水飽和度(記錄隨紋6中的Sw-T2D，圖14B)基本保持在過渡層和油層飽和度的大約75％，而根據一般孔隙率和深電阻率獲得的Sw穩定地從較高值向接近油層的20％飽和度值下降。因此兩條曲線之間的間隔指示出經過泥漿過濾進入NMR測井儀檢測空間中的石油量。
評論為了更充分地理解本發明的範圍，依次介紹了一些觀測結果。例如，可以認識到氣體的快速擴散性質使得目前難以測量與巖層中氣體存在有關的參數。所以，上述方法主要是針對水-油混合物討論的。但是，可以理解，所建立的模型可以直接擴展到包含與氣體存在有關的分量，這使得能夠利用相同的T2-D方法檢測氣體。
還應當認識到，假定知道三個巖層參數孔徑R、水飽和度Sw和油粘滯度中任何一個，就可以建立一個模型，其中T2-D測量值的結合能夠同時獲得其它兩個參數的估算值。因此，雖然上面的討論集中於R和Sw參數的確定，但是假設知道粘滯度，該方法可以很容易地擴展到其它兩對估算值。
本發明的方法一般針對FFI孔隙空間。所以，與其它基於飽和度估算值的測井數據比較必需考慮到相關的測量容量。例如，在MRIL測量空間中的總含水量為FFI含水量加上總的束縛水量。關於這方面的其它細節可以在本發明的發明人之一提出的專利申請No.08/261542中找到。
本發明的方法還可以擴展到計算流體粘滯度的估計值，這個量值在Darcy流量方程中是一個重要參數。歷史上，僅僅通過對流體樣品的直接測量獲得這個參數。上述的T2-D判讀方法可以用於按照下述程序確定粘滯度。可以首先確定表徵巖層中油類的T2值。然後將所確定的T2值相對於石油樣品的粘滯度進行標定。再將其它的NMR測量參數T2值與經過標定的粘滯度比較，就可以直接給出所測量樣品的粘滯度。更具體地說，如果水飽和度Sw相對較低，可以假設水油混合物的固有T參數近似等於油的T參數。於是可以直接利用T2與油粘滯度之間的相互關係估算出油的粘滯度。在圖15中表示了這種相關性的一個實例。
在本領域中已知實驗室數據顯示出含水樣品中的T2參數與巖層電阻率因數F和巖層固有滲透率之間的比值具有良好的相關性。現有技術的研究通常疏忽於沒有考慮油氣對於T2測量參數的影響。由於弛豫率T2和D/Do比都與孔徑相關，即使在流體混合成分改變時也是如此，對於給定孔徑的各種數據(與巖層滲透率相關)傾向於在根據本發明繪製的T2-D/Dow相交曲線中全部含水(Sw＝1)與殘餘飽和度Swirr點之間形成一條作為兩種流體成分變化比率的函數的線性軌跡。這個特徵在上文中結合T2-D相交曲線中的恆定孔徑線已經給予過討論，並且表示在例如圖13中。所以，可以相信本發明的T2-D相交曲線能夠用於間接地估算出其它巖層參數，包括其滲透率。
上面所討論的本發明系統和方法的優選實施例主要涉及確定所勘測地質巖層的飽和度和孔隙孔徑參數。在本領域眾所周知這些參數可以用於獲得關於巖層的其它信息，諸如其孔隙率、滲透率、生產率及其它。在現有技術中已經有人探討過獲得這類其它信息的方法，這裡不再贅述。但是很顯然，本發明的方法可以直接用於估算這類其它參數。
儘管已經結合優選實施例介紹了本發明，但是其目的並不是將本發明限制於所提出的具體形式，而是應當使本發明覆蓋於在本發明的構思和範圍內能夠合理作出的各種改進、替換以及等價物，正如在所附的權利要求書所述的那樣。
權利要求
1.一種利用梯度核磁共振測井儀確定地質巖層中所含成分的方法，它包括以下步驟向地質巖層中施加一個預定時間長度的極化梯度磁場；利用一個射頻場激勵所述地質巖層中全部粒子的原子核；測量表徵所述地質巖層中全部粒子的自旋-回波弛豫的核磁共振信號；根據所測量的信號確定所述地質巖層的橫向弛豫時間T2值；根據所測量的信號確定所述地質巖層的限制擴散係數D值；和根據所述的T2值和所述的D值推算出所述地質巖層的其它巖石物理學特性，並將所推算出的特性以人類可讀的方式顯示出來。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於所述極化磁場梯度為固定值。
3.如權利要求1所述的方法，其特徵在於所述極化磁場梯度是脈衝形式的。
4.如權利要求1所述的方法，其特徵在於它還包括將所測量的核磁共振信號根據表示式X(t)=Swexp(-tT2RW)+(1-Sw)exp(-tT2RO)]]>模型化的步驟，其中X為所測量核磁共振信號的幅值；Sw為水飽和度；T2RW為所述地質構造中水成分的視在弛豫時間；和T2RO為所述地質構造中油成分的視在弛豫時間。
5.如權利要求4所述的方法，其特徵在於所述地質構造中各種成分的視在弛豫時間由下式給出T2Ri-1=T2i-1+T2Di-1]]>其中i＝w表示水；i＝o表示油；T2i為所述地質構造中相應成分的固有弛豫率；T2Di為所述地質構造中相應成分的擴散引起的弛豫率。
6.如權利要求5所述的方法，其特徵在於所述固有弛豫率可以利用表達式T2o-1=T2bulk oil-1]]>T2w-1=T2bulk water-1+2(AVSw)]]>計算出，其中A和V分別為孔隙表面面積和體積，ρ2為表面張弛率。
7.如權利要求6所述的方法，其特徵在於所述的由擴散引起的弛豫率可以利用表達式T2Di-1=Di3(G)2]]>計算出，其中Di為各種流體的有效擴散係數；γ為旋磁比；G為磁場梯度，τ為脈衝回波時間延遲。
8.如權利要求7所述的方法，其特徵在於所述水成分和油成分的擴散係數由以下表達式給出(DDo)w=1-w(1+So2/3Sw)AV]]>該表達式適用於油，其中So＝1-Sw為油飽和度，以及w=49Dow(2)]]>對於水錶達式為(DDo)o=1-o(1So1/3)AV]]>其中o=49Doo(2).]]>
9.如權利要求4所述的方法，其特徵在於所述的地質構造的其它巖石物理學特性是在將所測量的核磁共振信號模型化步驟中建立的模型的基礎上推算出來的。
10.如權利要求9所述的方法，其特徵在於所述地質構造的一種其它巖石物理學特性為所述地質構造中的水飽和度Sw。
11.如權利要求9所述的方法，其特徵在於所述地質構造的其它巖石物理學特性為所述地質構造中孔隙的視在孔隙半徑R。
12.利用梯度核磁共振測井儀確定一種地質構造所含成分的一種系統，它包括用於向一種地質構造施加一個預定長時間的極化梯度磁場的裝置；用於使用射頻場激勵所述地質構造中全部粒子的原子核的裝置；用於測量表徵所述地質構造中全部粒子的自旋-回波弛豫的核磁共振信號的裝置；用於根據所述測量信號確定所述地質構造的橫向弛豫時間T2值的裝置；用於根據所述測量信號確定所述地質構造的限制擴散係數D值的裝置；和用於根據所述的T2值和所述的D值推算地質構造的其它巖石物理學特性，並將所推算結果以人類可讀方式顯示出來的裝置。
13.如權利要求12所述的系統，它還包括用於根據以下表達式將所測得的核磁共振信號模型化的裝置X(t)=Swexp(-tT2RW)+(1-Sw)exp(-tT2RO)]]>其中X為所測量的核磁共振信號的幅值；Sw為水飽和度；T2RW為所述地質構造中水成分的視在弛豫時間；和T2RO為所述地質構造中油成分的視在弛豫時間。
14.如權利要求13所述的系統，其特徵在於所述用於推算的裝置包括用於根據利用所述將所測量的NMR信號模型化的裝置所得的模型推算地質構造的水飽和度Sw的裝置。
15.如權利要求13所述的系統，其特徵在於所述用於推算的裝置包括用於根據利用所述將所測量的NMR信號模型化的裝置所得的模型推算地質構造中孔隙的視在孔隙半徑R的裝置。
16.用於實施核磁共振測量的裝置，包括用於向位於所述梯度磁場源外部的一種物質的所需位置施加磁場梯度的裝置；用於在施加磁場梯度的狀態下進行至少一次核磁共振測量的裝置，所述測量產生至少一個第一核磁共振回波信號和一個第二核磁共振回波信號；用於根據至少第一和第二核磁共振回波信號的哀減檢測擴散效應的裝置；用於確定擴散係數D的裝置，所述用於確定的裝置接收從所述用於檢測的裝置輸入的信號；用於確定弛豫時間T2的裝置；和用於根據所述的T2值和所述的D值推算出所述物質的其它特性，並且將推算出的特性以人類可讀方式加以顯示的裝置。
17.如權利要求16所述的裝置，它還包括用於根據以下表達式將所測量的核磁共振信號模型化的裝置X(t)=Swexp(-tT2RW)+(1-Sw)exp(-tT2RO)]]>其中X為所測量核磁共振信號的幅值；Sw為水飽和度；T2RW為所述地質構造中水成分的視在弛豫時間；和T2RO為所述地質構造中油成分的視在弛豫時間。
18.如權利要求17所述的裝置，其特徵在於所述用於推算的裝置包括用於根據利用所述將所測量的NMR信號模型化的裝置所得的模型推算該地質構造的水飽和度Sw的裝置。
19.如權利要求17所述的系統，其特徵在於所述用於推算的裝置包括用於根據利用所述將所測量的NMR信號模型化的裝置所得的模型推算該地質構造中孔隙的視在孔隙半徑R的裝置。
全文摘要
在本發明提出了關於水溼孔隙中油水混合物的擴散和核磁共振弛豫特性的簡單的孔隙量級模型。除了使得對孔隙中混合流體的弛豫時間特性產生實際的理解之外,該模型還可以用於構成判讀擴散測井數據的實用工具,即T2與D的相交曲線。將相交曲線上的數據點定位同時獲得井孔附近的水飽和度和巖石孔徑。對於輕油,表明T2主要是孔徑的指示參數,而D主要由S
文檔編號G01V3/18GK1193387SQ96196356
公開日1998年9月16日 申請日期1996年6月20日 優先權日1995年6月26日
發明者G·R·科特斯, D·馬爾頓, D·L·米勒爾 申請人:紐馬公司