專利名稱：核磁共振測井中用于儲層流體特征描述的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一般來說，本公開涉及井下核磁共振(NMR)的裝置、數(shù)據(jù)處理和解釋方法，用于評價區(qū)域的特征，尤其是用于檢測和量化地下區(qū)域中的含氣地層。

背景技術(shù)：
NMR測井技術(shù)用于調(diào)查可能含水、油和/或氣藏的地下區(qū)域?；瘜W元素的原子核具有特征角動量(自旋)和磁矩，通過檢測和分析原子核對所施加磁場的反應(yīng)，可以導出特定原子核的若干特征。存在外部施加的靜磁場(B0)時，原子核自旋被磁化并使自身平行于B0場排列。通過對磁化的原子核施加特定頻率的射頻(RF)脈沖串，產(chǎn)生的脈沖RF磁場(B1)使所述自旋偏離B0場方向傾斜或翻轉(zhuǎn)。如果RF頻率(ω)基本匹配NMR的條件(ω＝γB0)，其中γ是旋磁比，那么第一脈沖(本文稱為A脈沖)再定磁化方位以開始進動，隨后的脈沖(本文稱為B脈沖)產(chǎn)生自旋回聲信號。典型情況下，稱為CPMG(Carr-Purcell-Meiboom-Gill)序列的RF脈沖序列用于測井。
在A脈沖結(jié)束時，所述自旋朝向與B0場垂直并以拉莫爾頻率(ω＝γB0)圍繞B0場方向進動，橫向磁化以橫向視張弛時間常數(shù)(T2)相位后移，該常數(shù)也稱為自旋-自旋間張弛時間。自旋的重復(fù)傾斜和張弛。
若干現(xiàn)有方法使用雙等待時間測井記錄和氣和其他層內(nèi)流體之間的T1襯度進行氣檢測和氣飽和度評價。一種這樣的方法依據(jù)的假設(shè)是，水信號在短等待時間和長等待時間TW都被完全極化，但是氣信號僅僅被部分極化。所以兩者之間的差異僅僅來自氣的貢獻。不過，如果在NMR檢測的敏感區(qū)中共存著三種態(tài)相，尤其是在地層中存在緩慢張弛的水信號和輕油或油基泥漿濾出液時，檢測可能是困難的或有限的。為了進行T1估計而采集和處理多等待時間數(shù)據(jù)的其他方法采用了使用回聲求和方式改進質(zhì)量的測井數(shù)據(jù)，在部分極化的信號全都是氣時更有用。不過，對于用OBM(油基泥漿)鉆的井，由于OBMF(油基泥漿濾出液)后來入侵到敏感區(qū)中，或者對于包含大孔隙水或輕油的地層，使用這種技術(shù)辨別氣，信號的可信度降低了。因此，為了使用現(xiàn)有技術(shù)，需要熟練的人工解釋。所以在本技術(shù)領(lǐng)域需要克服這些缺點的穩(wěn)健的NMR檢測分析方法。


發(fā)明內(nèi)容
實施例包括的方法用于獲得與核磁共振(NMR)測井工具的鄰近區(qū)域有關(guān)的所關(guān)注的參數(shù)，所述NMR測井工具能夠產(chǎn)生用于進行地下測井的磁場B和磁場梯度G以及脈沖序列，所述區(qū)域的原子核經(jīng)受脈沖化NMR技術(shù)后，產(chǎn)生NMR數(shù)據(jù)，所述區(qū)域的原子核的特征是具有縱向張弛時間T1分布和橫向視張弛時間T2app分布。響應(yīng)所述NMR數(shù)據(jù)，定義了R分布為R＝T1/T2app，根據(jù)二維反演模型，T2app和R分布連同所述NMR數(shù)據(jù)以分開的面元進行處理，提供了R對T2app的信號強度圖，它表示與所述區(qū)域有關(guān)的所關(guān)注參數(shù)。響應(yīng)所述圖上某高強度信號在T2app值等于或大于第一T2app閾值且等于或小于第二T2app閾值的第一范圍內(nèi)，并且在R值等于或大于所定義的R閾值的第一范圍內(nèi)，識別所述區(qū)域內(nèi)存在輕烴。
本發(fā)明的另一個實施例包括用于檢測和量化地下區(qū)域中的輕烴的方法，所述區(qū)域鄰近能夠產(chǎn)生適于進行地下測井的磁場和場梯度G以及脈沖序列的核磁共振(NMR)測井工具，所述區(qū)域的原子核經(jīng)受脈沖化NMR技術(shù)后，產(chǎn)生NMR數(shù)據(jù)，所述區(qū)域的原子核的特征是具有縱向張弛時間T1分布和橫向視張弛時間T2app分布。從所述區(qū)域采集NMR數(shù)據(jù)，并且響應(yīng)所述采集的NMR數(shù)據(jù)，定義了R分布為R＝T1/T2app，根據(jù)二維反演模型，T2app和R分布連同所述NMR回聲數(shù)據(jù)以分開的面元進行處理，提供了作為所述區(qū)域中原子核的特征的R對T2app的信號強度圖。響應(yīng)所述圖上某高強度信號的位置，識別所述區(qū)域中的含氣區(qū)。輕烴信號在所述圖上由高強度信號出現(xiàn)在R值的第一范圍和T2app值的第一范圍中表示，而液相信號在所述圖上由高強度信號出現(xiàn)在R值的第二范圍和T2app值的第二范圍中表示。
本發(fā)明的進一步實施例包括用于檢測和量化地下區(qū)域中的輕烴的核磁共振(NMR)測井裝置。所述裝置包括能夠向地下區(qū)域施加靜磁場梯度的場梯度發(fā)生器、能夠向所述區(qū)域施加磁脈沖序列的信號發(fā)生器、能夠響應(yīng)所述磁場梯度和所述磁脈沖從所述區(qū)域中的原子核接收信息的信號接收器、配置為處理所述收到信息的處理電路以及可由所述處理電路讀取、存儲著為了實踐本發(fā)明的方法實施例而由所述處理電路執(zhí)行的指令的存儲介質(zhì)。在某實施例中，接收與所述區(qū)域有關(guān)的NMR數(shù)據(jù)，并且響應(yīng)所述收到的NMR數(shù)據(jù)，定義了R分布為R＝T1/T2app，根據(jù)二維反演模型，T2app和R分布連同所述NMR數(shù)據(jù)以分開的面元進行處理，提供了作為所述區(qū)域中原子核的特征的R對T2app的信號強度圖。響應(yīng)所述圖上某高強度信號在T2app值等于或大于第一T2app閾值且等于或小于第二T2app閾值的第一范圍內(nèi)，并且在R值等于或大于所定義的R閾值的第一范圍內(nèi)，表示所述區(qū)域內(nèi)存在含氣區(qū)。響應(yīng)對于T2app的任何值所述圖上高強度信號具有的R值等于或者大于但基本接近1，表示所述區(qū)域內(nèi)存在液相物質(zhì)。



參考附圖，在附圖中相同的附圖標記相同 圖1描繪了實踐本發(fā)明實施例的示范測井裝置； 圖2和圖3描繪的圖形表達展示了根據(jù)本發(fā)明實施例的密度函數(shù)f(T2app，T1)與g(T2app，R)之間的關(guān)系； 圖4A和圖4B描繪了根據(jù)本發(fā)明實施例的信號強度函數(shù)g(T2app，R)的示范解； 圖5描繪了含氣區(qū)測井T1和T2app對比的可能觀測結(jié)果的圖形表達，其中含氣信號的存在需要這兩種測井的對比； 圖6描繪了根據(jù)本發(fā)明實施例的對二維信號強度圖像圖g(T2app，R)應(yīng)用的截止閾值Rc的圖形表達； 圖7描繪了根據(jù)本發(fā)明實施例的重建一維T1和T2app分布的圖形表達； 圖8描繪了根據(jù)本發(fā)明實施例的方法流程圖； 圖9描繪了根據(jù)本發(fā)明實施例的類似于圖4A和圖4B的測井曲線2D NMR圖像。

具體實施例方式 本發(fā)明的實施例提供了核磁共振(NMR)測井方法和裝置，用于對地下區(qū)域施加磁場脈沖序列，以便對該區(qū)域進行磁激發(fā)，方式為使數(shù)據(jù)處理方法能夠從NMR測井數(shù)據(jù)識別和量化輕烴。二維反演方法用于從使用多等待時間(TW)采集的NMR測井數(shù)據(jù)獲得T1/T2app對T2app比值的圖像，它由信號強度圖表示。不過，本文公開的實施例不限于使用多等待時間。對于檢測和量化輕烴比如氣和反凝析物，本技術(shù)尤為有用和穩(wěn)健。在另一個實施例中，它也能夠用于檢測碳酸鹽地層中是否存在大空洞。
本發(fā)明的實施例在散射反差大因而T1/T2app反差也大的情況下尤為有用。因此本發(fā)明的實施例可用于從液體，比如油和水中辨別氣。在示范實施例中，不是采用分別反演一維T1和T2張弛時間，或者聯(lián)合反演二維T1和T2張弛時間，而是將認識到T1/T2app對T2app的直接反演提供了顯著的優(yōu)點。
第一，氣與液體之間的高T1/T2app反差提供了T1/T2app對T2app圖像(圖)上的突出特征。第二，通過選擇頻率(及由此的磁場梯度)和/或回聲間時間(TE)，氣的T2app被限制到狹窄的范圍，例如從大約40毫秒(msec)到大約150msec。因此，T1/T2app對T2app圖像上的氣信號位置總是被精細地限定，顯著地簡化了數(shù)據(jù)解釋。第三，若干物理約束比如T1/T2app可以更容易地應(yīng)用，以便降低某些噪聲造成的不確定性。不僅如此，往往難以根據(jù)預(yù)定的時間(即面元)從T1和T2構(gòu)建T1/T2app比值，因為反演假象和噪聲效應(yīng)使得逐面元計算近乎不可能。因此，面元至面元的比值最多僅僅對氣井可行，其中氣信號的有效量是明顯的。有利的是，即使在氣飽和度相對較低時，本文公開的技術(shù)也可行。此外，即使在回聲數(shù)據(jù)的噪聲相對較大(例如在鹽飽和泥漿的井中)時，采用本文公開的反演處理方法的示范實施例也效果良好。本發(fā)明進一步的實施例使T1譜能夠從恢復(fù)的T1/T2app和對應(yīng)的T2app譜重建。
后文將采用以下術(shù)語 D流體的擴散率。
G磁場梯度。一般來說，G是NMR工具的場梯度。對于典型的測井工具，比如Baker Hughes公司出品的MREXSM工具，G是依賴頻率的。不過，依賴頻率的G不是必需。在某實施例中，NMR測井工具具有的磁場梯度G大約20或30高斯/厘米。
T1縱向張弛時間。
T2橫向視張弛時間。
T2app視T2，其中1/T2，app＝1/T2，int+1/T2，diff。
T2bulk體積T2，以體積狀態(tài)測量的T2張弛時間。對于不潤濕的流體，1/T2bulk≈1/T2，int。
T2diff由于梯度場擴散造成的附加T2衰減，其中1/T2diff＝(γ·G·TE)2D/12。
T2int固有T2，1/T2，int＝1/T2bulk+1/T2surf。
T2surf表面T2，T2張弛時間的表面貢獻。
TE回聲間時間，兩個相鄰回聲之間的時間。在某實施例中，NMR測井工具具有的回聲時間間隔大約1毫秒。
TW等待時間，先前數(shù)據(jù)采集事件中采集的最后數(shù)據(jù)與具有相同頻率的當前數(shù)據(jù)采集事件的第一激發(fā)脈沖之間的時間。
γ旋磁比。
圖1是適于檢測和量化地下區(qū)域中輕烴的核磁共振(NMR)測井裝置100的示范實施例。在示范實施例中，裝置100包括磁場和場梯度發(fā)生器105，比如永久磁鐵，例如，RF信號發(fā)生器110，共振電路和接收器115，處理電路120和存儲介質(zhì)125。在示范應(yīng)用中，測井裝置100通過電纜135、滑輪140、驅(qū)動輪145和地表裝備150懸掛在井孔130中，地表裝備150控制著電纜135的起降動作，如控制線155所示。裝置100可以通過控制臂160壓向井孔130的一側(cè)。場梯度發(fā)生器105能夠向地下區(qū)域施加靜磁場梯度G，通常表示在165。信號發(fā)生器110能夠向區(qū)域165施加磁脈沖序列，信號接收器115能夠從區(qū)域165的原子核接收信息，尤其是核磁共振信息，以響應(yīng)來自場梯度發(fā)生器105的磁場梯度和來自信號發(fā)生器110的磁脈沖。該區(qū)域的原子核經(jīng)受脈沖化NMR技術(shù)后，產(chǎn)生NMR回聲數(shù)據(jù)，特征是具有縱向張弛時間T1分布和橫向視張弛時間T2app分布。在實施例中，來自信號發(fā)生器110的脈沖和在信號接收器115收到的信息由處理電路120控制并處理。由處理電路120可讀取的存儲介質(zhì)125存儲著由處理電路120執(zhí)行以便實行本發(fā)明方法實施例的指令，現(xiàn)在將更詳細地討論這些指令。
以CPMG采集序列觀測的NMR響應(yīng)(M)可以按照T1和T2app表示為 式中二重積分對全部時間T2app和T1進行積分，t表示采集當前回聲的時間，等于相鄰回聲之間的時間(TE)乘以回聲下標(以下討論)。
在(1)式中，全部流體張弛性質(zhì)都嵌入在二維張弛分布函數(shù)f(T2app，T1)中。根據(jù)T1和T2app的定義，有T1≥T2app。在本發(fā)明的示范實施例中，這個約束是以變量R引入的，其中R＝T1/T2app，從而(1)式的響應(yīng)函數(shù)能夠變?yōu)?
式中g(shù)(T2app，R)定義了信號強度函數(shù)，使用以下將更詳細討論的二維數(shù)值反演方法求解。
圖2和圖3描繪了展示密度函數(shù)f(T2app，T1)與g(T2app，R)之間關(guān)系的圖形表達，其中定義了矩形模型域，使得它們包括示范的一流NMR測井工具的測井應(yīng)用中出現(xiàn)的最常見流體性質(zhì)。通過對比以類似底紋模式標注的170、175、180三個等效流體性質(zhì)范圍，可以看出這兩個模型之間的轉(zhuǎn)換。在圖2和圖3描繪的示范實施例中，可以描繪含氣的水潤濕孔隙層，其中水的部分由T1(w)＝30msec、T2diff(w)＝300msec表示，氣的部分由T1(g)＝3000msec、T2diff(g)＝200msec表示。應(yīng)用早先呈現(xiàn)的術(shù)語關(guān)系，水和氣的部分的T2app值可以計算為T2app(w)＝(300×30)/(300+30)＝27.3msec，T2app(g)＝(200×3000)/(200+3000)＝187.5msec。應(yīng)用R＝T1/T2app的定義，得出R(w)＝1.1，R(g)＝16。在圖2和圖3中由水的填充橢圓185和氣的空心橢圓190展示了在T1對T2app圖和R對T2app圖上這些典型流體的位置。可見為了跨越相同的流體范圍，R對T2app表達在y軸維度需要的模型參數(shù)少得多，有效地針對由于典型井下NMR觀測中不同TW值的數(shù)目有限造成的分辨率問題。
(2)式可以表示為數(shù)值形式
式中比值R＝T1/T2app展開為
在(4)式中，變量k定義為k＝T1/T2int，對于測井中所關(guān)注的流體，k近似等于1，從而引起R與區(qū)域165中流體的擴散率D有關(guān)。由于Dgas＞＞max(Doil，Dwater)，對于液相信號R＝T1/T2app接近1，而對于氣相信號卻比1大得多。作為氣液之間這種突出特性的結(jié)果，本發(fā)明的實施例對于識別氣尤為有用。
在(3)式中，“i”下標是指第i個T2app張弛時間，“j”下標是指第j個T1(R×T2app)張弛時間，“k”下標(回聲下標)是指在(t＝k×TE)或(tk)采集的第k個回聲，“l(fā)”下標是指第l個等待時間(TWl)。矩陣mij是指信號強度函數(shù)g(T2app，R)的解圖。
從(3)式可見，本發(fā)明的實施例可以采用多等待時間(TW)數(shù)據(jù)。不過，替代實施例也可以采用單一TW數(shù)據(jù)。
(3)式的求解產(chǎn)生矩陣mij的數(shù)值，涉及的二維(2D)反演處理方法產(chǎn)生T1/T2app對T2app分布的圖225，如圖3、圖4A和圖4B所示。相反，傳統(tǒng)的一維(1D)反演處理方法僅僅計算視T2。如同在1D方法中需要設(shè)置T2inti面元和擴散率Dj面元，本文公開的2D方法的實施例也需要分別預(yù)定T2appi面元和比值(R＝T1/T2app)j面元，由(3)式的下標表示。
通過獨立地對待T1/T2app和T2app參數(shù)，這些未知量變?yōu)橐话銋?shù)(面元)，而不是將它們連接到各個流體類型。因此，在參數(shù)域中而不是在反演階段進行本發(fā)明的流體類型解釋。因而本發(fā)明的實施例不同于基于正演模擬的反演技術(shù)，比如SIMET(多回聲序列的同時反演)。
一旦確定了R＝T1/T2app和T2app的分布，通過應(yīng)用以下矩陣方程，R和T2app的分布可以用于產(chǎn)生T1分布，其中矩陣參數(shù)以粗體描述， T1＝RT2app (5) 根據(jù)下式使用mij(T2appj)可以從T2appi重建T1分布的功率密度函數(shù)pj 將(3)式變?yōu)榫仃嚪匠逃? d＝A*m (7) 式中 di＝M(t，TW)i＝M(tw(n)，TWn)i (8) 式中di包括從多回聲序列可以采集的全部回聲，即 式中W(l)是第l個回聲序列的長度，w(n)是第n個回聲序列的第w個單元。對于給定的第i個T2app張弛時間，mij解圖的第j個單元變?yōu)? mj＝g(T2app，R)j＝g(T2app，n，Rv)j (10) 式中 式中U(l)是對應(yīng)于第l個R的T2app向量的長度，u(v)是第v個R的第u個T2app值。為了確保(3)式與(7)式之間的一致性，應(yīng)用于(7)式的(3)式的指數(shù)項可以寫為
從以上論述將會認識到(8)式表示所觀測的NMR回聲數(shù)據(jù)Mi，它組成了(7)式的左端，mj表示g(T2app，R)j的未知強度，它在(7)式的右端。所以，為了求解mj，必須將(7)式的兩端乘以(11)式的二維矩陣Aij的逆。它的求解產(chǎn)生對于每個第i個T2app信號強度圖mij的第j個值。
由于NMR測井數(shù)據(jù)中存在噪聲以及矩陣A的病態(tài)性質(zhì)，(7)式的求解可能具有挑戰(zhàn)性。為了有助于適當?shù)厍蠼饩仃噈，根據(jù)下式對反演模型應(yīng)用正則化非負最小平方公式表達，它減小了隨機噪聲效應(yīng)并提供了模型對數(shù)據(jù)的更光滑曲線擬合 對于m≥0 (12) 在(12)式中，符號“‖‖”表示其向量變元的歐幾里德模(即矩陣變元的最大奇異值)。(12)式的第一項‖Am-d‖來自(7)式，表示最小平方部分，通過使模型矩陣m適應(yīng)數(shù)據(jù)矩陣d而使不吻合最小化。(12)式的第二項α‖Wmm‖是正則化項，對通過使模型矩陣m適應(yīng)數(shù)據(jù)矩陣d而達到高于僅僅模型和數(shù)據(jù)的最小值“min”水平的解進行懲罰，從而使解更加穩(wěn)定、光滑。
根據(jù)相對便宜的初步非約束反演的結(jié)果估計正則化參數(shù)α，使得它平衡不吻合(第一)項和穩(wěn)定器(第二)項的貢獻。它在更低成本下產(chǎn)生的α估計結(jié)果類似于眾所周知的L曲線或S曲線方法。矩陣Wm體現(xiàn)了有關(guān)期望解的附加信息，下面將更詳細地討論。正則化和最小平方最小化的方法不限于具體算法，并采用公知的技術(shù)。
為了選擇有用且穩(wěn)定的解，定義了(12)式中的穩(wěn)定器項使得Wm非奇異。在示范實施例中，它或者是單位矩陣，或者是n階導數(shù)算子，迫使解小和/或光滑。不過，在NMR測井應(yīng)用中，往往期望從含噪聲較多的數(shù)據(jù)努力獲得譜分辨率高的解。通過使用聚焦穩(wěn)定器，基本思路如以下介紹，可以實現(xiàn)這樣的明顯特性。典型情況下通過光滑的穩(wěn)定器獲得初始解，再排除非常小的元素ms＜ε·max(m)。然后，以Wm(k，k)＝max(m)/mk運行第二最小化過程。小mk引起第二步驟的穩(wěn)定器中大的權(quán)重，迫使該具體元素更小。重復(fù)此過程，直到?jīng)]有進一步的元素被排除，僅僅保留貢獻顯著的那些元素。在應(yīng)用這個過程時，應(yīng)當注意避免過度聚焦，僅僅保留一個或幾個元素。做到這一點可以通過定義不同的終止準則，或者通過應(yīng)用附加的邊界約束，現(xiàn)在將要介紹。
本文介紹的實施例采用具有T2app作為維度之一的2D反演方法，因為直截了當?shù)仃P(guān)系到標準的1D T2app譜，所以具有超過那些涉及T2int方法的突出優(yōu)點。同樣通過選擇性地控制數(shù)據(jù)采集參數(shù)(比如頻率和TE)，氣的T2app可預(yù)測地控制在通常出現(xiàn)的T2app范圍的中部。在這個T2app范圍內(nèi)水的擴散效應(yīng)通常不大。g(T2app，R)沿著R的求和理論上符合從單一完全極化回聲序列得出的T2app譜。所以，可以構(gòu)建對應(yīng)的2D參數(shù)之和需要與容易獲得的T2app分布相同的約束。換言之，在垂直方向二維強度圖225之和對于T2app軸受到約束，使得它與對應(yīng)的標準一維T2app分布相同。這種約束不僅用作聚焦的反演中有用的邊界約束，而且也使1D和2D反演方法的結(jié)果一致。這種邊界約束方法稱為1D約束。
從2D反演方法實施例得出的示范結(jié)果是一組2D圖像，類似于圖4A和圖4B中描繪的圖像，它可以表示為顏色、灰度、高低密度散點、變化的陰影交線或任何其他可視地規(guī)定的模式。在圖4A和圖4B中描繪的示范實施例中，來自g(T2app，R)的解的信號強度——也稱為解圖225——關(guān)于顏色編碼的圖像強度比例繪制和展示，紅色表示信號強度高，藍色表示信號強度低。注意，圖4A展示了氣信號195，而圖4B展示了油信號200。因為氣的R值既高于油也高于水，所以氣信號在存在時出現(xiàn)在2D圖件中間的頂部(見圖4A)。如果所關(guān)注的區(qū)間僅僅有液信號，亮點(高信號強度)接近2D圖件的底部(見圖4B)。2D圖像上氣信號(沿著T2app軸的)橫向位置取決于氣的性質(zhì)(例如干還是濕)，環(huán)境(例如溫度和壓力)和氣體成分(例如甲烷還是乙烷)，以及實驗條件(例如頻率和TE)。對于以公知的標準PoroPerm+Gas序列采集條件采集的數(shù)據(jù)，氣信號通常顯示在64msec到256msec之間的T2app范圍內(nèi)。水信號的位置取決于孔隙結(jié)構(gòu)，油信號的位置取決于粘度。
除了R圖件，沿著T2app測井記錄還可以繪制重建的T1測井記錄。以下的表1為如何從T1與T2app測井記錄之間的對比識別氣信號提供了指南。
表1 圖5展示了含氣區(qū)在T1與T2app測井記錄對比上的可能觀察結(jié)果，其中氣信號205的存在需要這兩種測井記錄的對比。如同對于圖4A和圖4B，圖5的展示可以表示為顏色、灰度或任何其他可視地規(guī)定的模式。
除了一維T1和T2app測井記錄的定性觀測結(jié)果，在二維表達中和/或在T1和T2app測井記錄中氣液相的清楚分離可以用于定量分析氣液填充的孔隙體積和對應(yīng)的飽和度。
通過對R≥Rc所定義域中的強度進行求和，可以獲得氣的視體積，其中Rc定義為R的截止閾值。定義截止值Rc的準則是使具有的R值等于或大于Rc的高強度信號分類為輕烴信號，而具有的R值小于Rc的高強度信號分類為液相信號。通過對由R等于或大于Rc所定義的圖225域中輕烴信號強度求和，確定區(qū)域165中氣體視體積(VT)。根據(jù)以下公式，通過對氣體視體積(VT)應(yīng)用氫指數(shù)校正(HIg)，獲得實際氣體積，從而定義HI校正的孔隙體積 HIg＝Vg/VT (13) 通過對由R＜Rc所定義的圖225中強度求和，確定區(qū)域165中液體孔隙體積，需要時可以應(yīng)用氫指數(shù)校正。通過對(HI校正的)實際氣孔隙體積和液體孔隙體積求和，獲得區(qū)域165中的總孔隙度。氣飽和度是HI校正后孔隙體積和總孔隙度的函數(shù)，通過采取實際氣體積與總孔隙體積的比值而確定。
圖6展示了對g(T2app，R)的2D信號強度圖像圖225應(yīng)用截止閾值Rc 210。通過考慮井孔溫度、井孔壓力、區(qū)域中氣體成分、采集參數(shù)G和TE以及觀測噪聲，計算參數(shù)域的邊界和Rc值。由采集回聲序列所用的TE和場梯度值G以及溫度和壓力可能影響的流體性質(zhì)，確定T2app界限。例如，MR ExplorerSM(MR ExplorerSM是BakerHughes公司出品的核磁共振裸井有線測井工具)的典型T2app具有的數(shù)據(jù)范圍在0.5與2048msec之間。典型情況下，體積模擬所用的離散化密度選為2的平方根，但是不限于這個數(shù)。
在R上限的計算中，期望限制R方向未知數(shù)的數(shù)目，使得它們不顯著超過不同等待時間(TW)的數(shù)目。不過，期望在R上限顯著超過最高的預(yù)期流體R值，使得氣體信號充分地與流體信號分離。由于T1≥T2app，所以R的最小值總是1。
作為實例，在利用6個不同等待時間(TW)的典型PoroPerm+Gas采集中，期望不同R值的數(shù)目不大于9。使用與T2app相同的面元增量，獲得Rmax的值＝16，它為氣體信號與大多數(shù)液相信號分離留下了足夠的空間。在TE≤0.6msec的情況下，大多數(shù)液相信號具有的R值幾乎總是低于4至6。在實施例中，選定Rc為10，所以具有R值≥10的信號強度表示氣相物質(zhì)，而具有R值＜10的信號強度表示液相物質(zhì)，如圖6所示。
現(xiàn)在參考圖7，通過沿著指向1維圖215、220的箭頭230、235的方向?qū)?維強度圖進行求和，可以從2D強度圖225獲得一維T1和T2app分布215、220。例如，通過關(guān)于T2app軸以垂直方式(箭頭235)對二維強度圖225進行求和，可以確定一維T2app分布220，而通過從T2app軸以對角線方式(箭頭230)向著R軸對二維強度圖225進行求和，可以確定一維T1分布215。在圖7中，由涂黑的橢圓240、245和250描繪高強度信號。一維表達可以用于獲得標準的NMR可傳遞量，比如MCBW(MR泥束縛水)、MBVI(MR總體積殘余)、MBVM(MREX總體積可移動量)、MPHS(MR總孔隙度)、MPHE(MR有效孔隙度)和MPRM(MR滲透率)。同樣，T2app和T1分布可以重建到測井記錄中，以響應(yīng)按照深度在某深度上已經(jīng)確定的分布。
在實施例中，響應(yīng)T2app張弛時間小于大約512msec、T1張弛時間等于或大于大約512msec并且等于或小于大約8192msec的高強度信號，從重建的一維T2app和T1分布可以確定區(qū)域165中含氣區(qū)的存在。
T1過程對張弛非常快的流體成分比如CBW和某些BVI不敏感，因為應(yīng)用的短TW的數(shù)目有限。然而T2app總是產(chǎn)生更準確的CBW和BVI信息。因此，推薦使用基于T2app的而不是基于T1的CBW和BVI。
根據(jù)以上討論，將認識到本發(fā)明的實施例包括NMR測井工具100，能夠產(chǎn)生用于進行地下測井的磁場梯度G、脈沖回聲時間間隔TE和脈沖等待時間TW，并能夠?qū)嵺`圖8的流程圖中描繪的方法300。
參考圖8并按照本發(fā)明的實施例，采集(305)NMR回聲數(shù)據(jù)(本文也稱為與測井有關(guān)的NMR測井數(shù)據(jù))，根據(jù)(4)式定義(310)R分布，根據(jù)(3)式和(7)式通過沿著NMR回聲數(shù)據(jù)作為分開的面元處理(315)T2app和R分布，產(chǎn)生(320)信號強度圖225，應(yīng)用來自(11)式的二維矩陣A的逆求解矩陣m。(以圖3、圖6和圖7的展示形式和以圖4A和圖4B的數(shù)值解形式描繪的)最終信號強度圖225通常表示與區(qū)域165有關(guān)的所關(guān)注參數(shù)，在某實施例中特別表示區(qū)域165內(nèi)存在著輕烴，如圖4A所示。根據(jù)本文關(guān)于區(qū)域165中氣相和液相物質(zhì)R對T2app特征所公開的教導，有可能從圖225上高強度信號的位置識別(325)輕烴的存在。在某示范實施例中，參考圖4A，表示區(qū)域165內(nèi)含氣區(qū)的氣體信號出現(xiàn)在圖225上T2app值等于或大于大約16msec而且等于或小于大約256msec的第一范圍以及R值等于或大于大約10的第一范圍之內(nèi)。在另一個示范實施例中，圖225上表示的輕烴信號具有的T2app值等于或大于大約64msec。在進一步的示范實施例中，參考圖4B，表示區(qū)域165內(nèi)液相物質(zhì)的液相信號出現(xiàn)在圖225上對于任何T2app值，R值等于大約1之處。根據(jù)不同的圖特征，含氣區(qū)可以識別為含反凝析物或干氣。
本發(fā)明的示范實施例也包括測井記錄形式的R對T2app的NMR圖像的2D顯示，現(xiàn)在將參考圖9進行討論。在本文中，術(shù)語測井記錄形式是指NMR測井數(shù)據(jù)相對于測井工具深度的幾種顯示的序列，每種顯示稱為一條軌跡。在圖9中展示了NMR測井記錄的軌跡1-6，軌跡1-5顯示了測井業(yè)內(nèi)公知的典型曲線，而軌跡6顯示了根據(jù)本發(fā)明實施例的一系列圖225。注意，R對T2app的各幅圖像(圖)(本文也稱為幀)由白線分開，每幅圖像都表示由兩條白線之間的距離定義的實際深度間隔的中點對應(yīng)的數(shù)據(jù)。不過，本發(fā)明的實施例不限于僅僅顯示中點數(shù)據(jù)，也可以包括對該深度間隔的數(shù)據(jù)進行的其他分析結(jié)果的顯示，比如平均值。通過提供測井記錄形式的R對T2app的2DNMR圖，不難識別區(qū)域165中輕烴信號的存在，如圖9的軌跡6上該系列圖225的幀7中矩形部位255所示。
正如前面的討論，裝置100的實施例可以包括處理電路120和存儲介質(zhì)125，其中存儲介質(zhì)125可由處理電路120讀取并且存儲著由處理電路120執(zhí)行的指令，以便執(zhí)行根據(jù)先前討論的實施例的方法300。不過，人們將認識到由裝置100觀測的數(shù)據(jù)可以在裝置內(nèi)處理，也可以在裝置外處理。例如，本發(fā)明的實施例可以在裝置100包括本地存儲介質(zhì)125，而在地表裝備150處包括遠程處理電路120。本發(fā)明的另一個實施例可以在地表裝備150包括遠程存儲介質(zhì)125和遠程處理電路120，通過例如沿著電纜135延伸的硬連線(未顯示)進行通訊連接，或者通過無線通訊模式。所以，本發(fā)明的實施例不限于所采集數(shù)據(jù)的本地處理。
考慮到以上討論，本發(fā)明的實施例的實施形式可以是實踐這些過程的計算機實施的過程和裝置。本發(fā)明的其他實施例的實施形式可以是計算機程序代碼，包含的指令記錄在有形介質(zhì)中，比如軟盤、CD-ROM、硬盤驅(qū)動器或可以提供計算機程序產(chǎn)品的、計算機可讀的任何其他存儲介質(zhì)，所述計算機程序代碼加載到計算機中并由其執(zhí)行時，所述計算機變?yōu)閷嵺`本發(fā)明的裝置。本發(fā)明進一步的實施例的實施形式可以是例如計算機程序代碼，無論是存儲在存儲介質(zhì)中、加載到計算機中并由其執(zhí)行，還是通過某種傳輸媒介傳送，比如電線或電纜，通過光纖，或者通過電磁輻射，所述計算機程序代碼加載到計算機中并由其執(zhí)行時，所述計算機變?yōu)閷嵺`本發(fā)明的裝置。在通用微處理器上實施時，所述計算機程序代碼的若干片段配置所述微處理器，以創(chuàng)建專用的邏輯電路?？蓤?zhí)行指令的技術(shù)效果是產(chǎn)生g(T2app，R)信號強度圖，具有地下區(qū)域處原子核的特征，以便響應(yīng)圖上高強度信號的位置，識別所述區(qū)域中的含氣區(qū)。
雖然已經(jīng)參考若干示范實施例介紹了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會理解，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下可以作出多種改變，等效要素可以取代原來要素。此外，可以做出許多修改，以適應(yīng)本發(fā)明教導的具體情況或材料而不脫離其實質(zhì)范圍。所以，意圖在于本發(fā)明不限于作為實施本發(fā)明所預(yù)期最佳模式而公開的具體實施例，而是本發(fā)明將包括落入附帶的權(quán)利要求書范圍內(nèi)的全部實施例。另外，術(shù)語第一、第二等的使用并不表示任何次序或重要性，而是術(shù)語第一、第二等用于區(qū)分一個要素與另一個。不僅如此，術(shù)語一個等的使用并不表示數(shù)量限制，而是表示存在所引用物品的至少一個。
權(quán)利要求
1.一種用于獲得與核磁共振(NMR)工具探查的區(qū)域有關(guān)的所關(guān)注的參數(shù)的方法，所述NMR工具能夠產(chǎn)生用于探查所述區(qū)域的磁場B和脈沖序列，所述核磁共振工具響應(yīng)磁場梯度G，所述區(qū)域的原子核經(jīng)受所述脈沖序列，所述區(qū)域的原子核的特征是具有縱向張弛時間T1分布和橫向視張弛時間T2app分布，所述NMR工具能夠響應(yīng)所述原子核而產(chǎn)生NMR數(shù)據(jù)，所述方法包括
響應(yīng)所述NMR數(shù)據(jù)，定義R分布為T1/T2app的函數(shù)，根據(jù)反演模型，以獨立的面元處理T2app和R分布連同所述NMR數(shù)據(jù)，提供表示所關(guān)注參數(shù)的R對T2app的信號強度圖，以及響應(yīng)所述圖上T2app和R各自分別限制在所定義范圍內(nèi)的所定義強度信號，識別所述區(qū)域內(nèi)的所關(guān)注參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中
所述T2app的范圍包括16毫秒msec的第一T2app閾值和256msec的第二T2app閾值；以及
所述R的范圍包括等于或大于10的數(shù)值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中
所述NMR工具能夠產(chǎn)生大約30高斯/厘米的磁場梯度G以及大約1毫秒的回聲時間間隔TE。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，進一步包括
響應(yīng)所述圖上具有R值等于或者大于但基本接近1的所定義強度信號，識別所述區(qū)域內(nèi)液相物質(zhì)的存在。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，進一步包括
定義截止值Rc，使得具有的R值大于Rc的所定義強度信號分類為輕烴信號，而具有的R值小于Rc的所定義強度信號分類為液相信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，進一步包括
通過對所述圖上由R等于或大于Rc所定義的域中的輕烴信號強度進行求和，確定所述區(qū)域內(nèi)氣體的視體積；以及
通過對所述氣體的視體積應(yīng)用氣體氫指數(shù)校正，確定所述區(qū)域內(nèi)氣體的實際體積，從而定義HI校正的孔隙體積。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，進一步包括
通過對所述圖上由R小于Rc所定義的域中的信號強度進行求和，確定所述區(qū)域內(nèi)液相孔隙體積；
通過對所述HI校正的孔隙體積與所述液體孔隙體積進行求和，確定所述區(qū)域內(nèi)的總孔隙度；以及
確定氣飽和度為所述HI校正的孔隙體積與所述總孔隙度的函數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述圖包括將信號強度表示為T2app和R的函數(shù)的單元，并且進一步包括
通過關(guān)于T2app軸以垂直方式對二維強度圖進行求和，確定一維T2app分布；以及
通過從T2app軸以對角線方式向著R軸對二維強度圖進行求和，確定一維T1分布。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，進一步包括
重建所述一維T2app和T1分布到測井記錄中，以響應(yīng)按照深度在某深度上已經(jīng)確定的分布。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，進一步包括
響應(yīng)T2app張弛時間小于大約512毫秒、T1張弛時間等于或大于大約512毫秒并且等于或小于大約8192毫秒的所定義強度信號，識別所述區(qū)域中含氣區(qū)的存在。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中
所述識別含氣區(qū)的存在包括按不同的圖特征識別反凝析物和干氣。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，進一步包括
為了減小隨機噪聲效應(yīng)并提供模型對數(shù)據(jù)的更光滑曲線擬合，對反演模型應(yīng)用正則化非負最小平方公式表達。
13.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，進一步包括
將關(guān)于T2app軸在垂直方向二維強度圖的和約束為與對應(yīng)的標準一維T2app分布相同。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述二維反演模型根據(jù)以下公式
式中
M表示所述NMR回聲數(shù)據(jù)，
T表示相鄰回聲之間的時間乘以回聲指數(shù)，
TW表示等待時間，
g(T2app，R)表示解圖。
15.一種包括計算機可讀介質(zhì)的計算機程序產(chǎn)品，所述介質(zhì)中實現(xiàn)了計算機可讀的程序代碼裝置，所述計算機可讀的程序代碼裝置能夠?qū)嵤?quán)利要求14的方法。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，進一步包括
以測井記錄形式顯示一系列R對T2app的2D NMR圖像。
17.一種包括計算機可讀介質(zhì)的計算機程序產(chǎn)品，所述介質(zhì)中實現(xiàn)了計算機可讀的程序代碼裝置，所述計算機可讀的程序代碼裝置能夠?qū)嵤?quán)利要求16的方法。
18.一種用于檢測和量化的核磁共振(NMR)工具探查的區(qū)域內(nèi)的所關(guān)注參數(shù)的方法，所述NMR工具能夠產(chǎn)生用于探查某區(qū)域的磁場和脈沖序列，所述核磁共振工具響應(yīng)場梯度G，所述區(qū)域的原子核經(jīng)受所述脈沖序列，所述區(qū)域的原子核的特征是具有縱向張弛時間T1分布和橫向視張弛時間T2app分布，所述NMR工具能夠響應(yīng)所述原子核而產(chǎn)生NMR數(shù)據(jù)，所述方法包括
采集所述NMR數(shù)據(jù)；
響應(yīng)所述采集的NMR數(shù)據(jù)，定義R分布為T1/T2app的函數(shù)，根據(jù)反演模型，以獨立的面元處理T2app和R分布連同所述NMR數(shù)據(jù)，以及提供作為所述區(qū)域中原子核的特征的R對T2app的信號強度圖；以及
響應(yīng)所述圖上所定義強度信號的位置，識別所述區(qū)域中的含氣區(qū)；
其中，輕烴信號在所述圖上由所定義強度信號出現(xiàn)在R值的第一范圍和T2app值的第一范圍中表示；以及
液相信號在所述圖上由所定義強度信號出現(xiàn)在R值的第二范圍和T2app值的第二范圍中表示。
19.一種核磁共振(NMR)裝置，用于檢測和量化區(qū)域中所關(guān)注的參數(shù)，所述裝置包括
能夠向所述區(qū)域施加磁場梯度的場梯度發(fā)生器；
能夠向所述區(qū)域施加磁脈沖序列的信號發(fā)生器；
能夠響應(yīng)所述磁場梯度和所述磁脈沖從所述區(qū)域中的原子核接收信息的信號接收器；
配置為處理所述收到信息的處理電路；以及
存儲介質(zhì)，可由所述處理電路讀取，存儲著由所述處理電路執(zhí)行的指令，用于
接收與所述區(qū)域有關(guān)的NMR數(shù)據(jù)；
響應(yīng)所述收到的NMR數(shù)據(jù)，定義R分布為T1/T2app的函數(shù)，根據(jù)反演模型，以獨立的面元處理T2app和R分布連同所述NMR數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生作為所述區(qū)域中原子核的特征的R對T2app的信號強度響應(yīng)所述圖上所定義強度信號在T2app值的第一范圍內(nèi)并在R值的第一范圍內(nèi)，表示所述區(qū)域內(nèi)存在含氣區(qū)；以及
響應(yīng)對于T2app的任何值所述圖上所定義強度信號具有的R值等于或者大于但基本接近1，表示所述區(qū)域內(nèi)存在液相物質(zhì)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的裝置，其中，所述存儲介質(zhì)進一步存儲由所述處理電路執(zhí)行的指令，用于
以測井記錄形式顯示一系列R對T2app的2D NMR圖像。
21.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中
所述磁場梯度G是所述NMR工具固有的。
22.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中
所述R范圍包括等于或小于16的R值。
23.根據(jù)權(quán)利要求19的裝置，其中
所述場梯度發(fā)生器能夠施加靜磁場梯度。
24.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中
所述定義強度信號是高強度信號。
全文摘要
公開了一種方法和裝置，用于獲得與用于進行地下測井的核磁共振(NMR)測井工具的鄰近區(qū)域有關(guān)的所關(guān)注的參數(shù)。所述區(qū)域的原子核經(jīng)受脈沖化NMR技術(shù)后，產(chǎn)生NMR測井數(shù)據(jù)，所述區(qū)域的原子核的特征是具有縱向張弛時間T1分布和橫向視張弛時間T2app分布。響應(yīng)所述NMR測井數(shù)據(jù)，定義了R分布為R＝T1/T2app，根據(jù)二維反演模型，T2app和R分布連同所述NMR數(shù)據(jù)以分開的面元進行處理，提供了表示與所述區(qū)域有關(guān)的所關(guān)注參數(shù)的R對T2app的信號強度圖。響應(yīng)所述圖上某高強度信號在T2app值的第一范圍和R值的第一范圍內(nèi)，識別所述區(qū)域內(nèi)存在輕烴。
文檔編號G01R33/20GK101283291SQ200680027167
公開日2008年10月8日 申請日期2006年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月27日
發(fā)明者蓋伯·G.·胡爾森, 陳頌華 申請人:貝克休斯公司