專利名稱：天然氣儲(chǔ)層的核磁共振測井的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用來估算地層烴類含量的地層核磁共振測井。
在烴類儲(chǔ)層的開采中，應(yīng)用適宜的測井曲線圖以確定可回收的烴類的量。已經(jīng)開發(fā)了用于儲(chǔ)層性質(zhì)，如孔隙度以及孔隙空間的水和烴飽和度的測量的測井儀器如密度、中子、以及電阻率測井。這些儀器被廣泛應(yīng)用于石油工業(yè)。然而，為使用這些儀器精確確定孔隙度，必須知道巖石的巖性。很多其他的巖石與流體特性，例如含鹽度、膠結(jié)指數(shù)、飽和度指數(shù)，以及泥質(zhì)含量，必須從象電阻率測井記錄這樣的原始資料得知以確定烴飽和度。另外，還沒有用于在一個(gè)連續(xù)測井，即不對流體取樣，中估算孔隙的大小或滲透性的方法。
核磁共振(NMR)測井儀器能確定一個(gè)儲(chǔ)層內(nèi)孔隙容積中的液體量，而應(yīng)用這些儀器的方法在例如美國專利第5,309,098號、第5,291,137號、第5,280,243號、第5,212,447號、第4,717,878號、第4,717,877號、第4,717,876號以及第4,710,713號中有描述。特別是美國專利第5,291,137號公開了一種Carr-Purcell-Meiboom-gill(CPMG)脈沖序列和回聲響應(yīng)以及一種方法用于獲得自由流體孔隙度、總核磁共振孔隙度、受約束的流體孔隙度、自旋-自旋或橫馳豫時(shí)間(T2)(它與砂巖內(nèi)孔的大小的分布有關(guān))，以及連續(xù)滲透性測井記錄。 CPMG脈沖序列間的恢復(fù)時(shí)間一般在0.5～1.5秒之間。由于在典型儲(chǔ)層條件下甲烷的自旋晶格或縱馳豫時(shí)間T1大于三秒，所以在這一方法中測得的總核磁共振孔隙度不會(huì)包括被烴氣占據(jù)的體積。最近，介紹了一種新的測井儀器，MRIL(賓西法尼亞州MALVERN的IM NUMAR公司)，用于按巖性學(xué)的獨(dú)立方式確定充液孔隙度，即儀器響應(yīng)不需要對確定孔隙度進(jìn)行巖性學(xué)的修正。MRIL應(yīng)用孔隙空間內(nèi)的流動(dòng)質(zhì)子的脈沖核磁共振。然而，根據(jù)這種儀器的制造者，這種儀器不能測量孔隙空間的烴氣的含量。
不能探測氣體已成為一個(gè)主要的缺點(diǎn)，因?yàn)樵谠S多儲(chǔ)層中主要的或者是唯一的烴類就是天然氣。這些儲(chǔ)層中的孔隙流體僅僅包括鹽水和天然氣。不能測量氣體意味著核磁共振測井儀器不會(huì)測量充氣孔隙度并且為測量孔隙度必須依靠與其它測井儀器的比較，如密度及中子測井。
因此本發(fā)明的一個(gè)目的就是提供一種方法應(yīng)用核磁共振(NMR)來確定地層內(nèi)烴類的含量，其中除了孔隙壓力和溫度之外的地層特性均不必知道。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種不受地層粘土含量影響的確定烴類含量的方法。本發(fā)明的進(jìn)一步的目的是提供這樣一種方法，其中這一方法不易由于核磁共振測井記錄中的噪聲而出錯(cuò)。
這些以及其它目的是通過利用核磁共振測井儀器來估算一種或多種烴類相占據(jù)的地層孔隙容積的方法實(shí)現(xiàn)的，該方法包括這些步驟獲得地層的第一個(gè)脈沖核磁共振測井記錄，第一個(gè)核磁共振測井記錄利用的脈沖序列包括一個(gè)初始的90°射頻脈沖，接著是在初始90°脈沖之后的一個(gè)時(shí)間周期tcp1時(shí)開始的一系列180°射頻脈沖，并且該180°脈沖系列包含各自間隔了時(shí)間2tcp1的射頻脈沖，其中時(shí)間tcp1是這樣一個(gè)時(shí)間，它導(dǎo)致被測的一種或多種烴類相的橫弛豫時(shí)間是在利用核磁共振測井儀器能檢測出的被測橫弛豫時(shí)間范圍內(nèi)；獲得地層的第二個(gè)脈沖核磁共振測井記錄，第二個(gè)核磁共振測井記錄利用的脈沖序列包括一個(gè)初始的90°射頻脈沖，接著是在初始脈沖之后的一個(gè)時(shí)間周期tcp2時(shí)開始的一系列180°射頻脈沖，并且該180°脈沖系列包含各自間隔了時(shí)間2tcp2的射頻脈沖，其中時(shí)間tcp2是這樣一個(gè)時(shí)間，它與tcp1相差足夠的時(shí)間以區(qū)分可歸因于地層內(nèi)的一種或多種烴類相的橫弛豫時(shí)間的合成峰的一個(gè)時(shí)間；以及從第一和第二個(gè)核磁共振測井記錄確定被一種或多種烴類相占據(jù)的地層孔隙容積。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，上述烴類相形成了烴氣，tcp1是導(dǎo)致被測烴氣的橫弛豫時(shí)間在利用核磁共振測井儀器能檢測出的被測橫弛豫時(shí)間范圍內(nèi)的一個(gè)時(shí)間，tcp2是與tcp1相差了足夠的時(shí)間以區(qū)分可歸因于地層內(nèi)的烴氣的橫向弛豫時(shí)間的合成峰的一個(gè)時(shí)間，并且其中被烴氣占據(jù)的孔隙容積由上述測井確定。
最好tcp1是這樣一個(gè)時(shí)間，它小于導(dǎo)致類體的被測橫弛豫時(shí)間大于大約4×10-3s的時(shí)間，而tcp2是這樣一個(gè)時(shí)間，它大于導(dǎo)致烴氣的被測橫弛豫時(shí)間小于大約2×10-3s的時(shí)間。
通過調(diào)整核磁共振脈沖序列(CMPG序列)的回波間時(shí)間(2tcp)，明顯改變烴類的橫弛豫時(shí)間T2，這是由于T2對氣體擴(kuò)散松弛的強(qiáng)烈依靠。液態(tài)水，不論是受約束的還是自由的，受到作為一種松弛方法的擴(kuò)散的影響小得多，并且因此對CPMG序列有核磁共振響應(yīng)，它沒有明顯受改變CPMG脈沖序列的回波間時(shí)間的影響。小于大約2ms的T2不能被目前的商用核磁共振測井儀器檢測出來。因此采用一個(gè)使T2小于2ms的足夠長的回波間時(shí)間的測井不會(huì)顯示出任何歸因于烴氣的峰。因此采用長的回波間時(shí)間的這樣一個(gè)測井的核磁共振檢測出來的孔隙度與采用使T2能夠被檢測出來的足夠短的回波間時(shí)間的另一個(gè)測井的核磁共振檢測出來的孔隙度間的差別會(huì)與充氣孔隙度直接相關(guān)。同樣，可以采用較長的tcp，較長的tcp既導(dǎo)致液態(tài)烴類相和氣態(tài)烴類相都是不能推斷的，從而導(dǎo)致只有充水的孔隙可以檢測到。因此，不論是液態(tài)烴，還是烴類氣體，或是兩者都能通過兩種核磁共振測井之間的差異來被確定，這兩個(gè)核磁共振測井采用不同的tcp來操作。
目前的商用核磁共振測井儀器也有一個(gè)大約為1ms的回波間時(shí)間的下限。采用大約為這一下限的回波間時(shí)間導(dǎo)致大約為40ms(在磁場梯度為17gauss/cm時(shí))的烴氣峰。采用較短的回波間時(shí)間可以進(jìn)一步將氣體峰與歸因于液體的峰分開，而如果一種測井儀器具有這一能力將會(huì)是有益的。本發(fā)明的這一方法可以被用來甚至以大于1ms的回波間時(shí)間確定地層的氣體含量，因?yàn)楸M管烴氣峰可能與受約束的液體產(chǎn)生的峰重疊，兩種測井的峰之間的差別仍會(huì)表示出地層中存在的烴氣的含量。
下文中本發(fā)明將被更詳細(xì)地參照附圖以舉例方式描述，其中

圖1是不同溫度下甲烷的T1作為壓力的函數(shù)的曲線圖。
圖2表示出一種用于測量橫弛豫時(shí)間T2的典型CPMG回波序列(帶有90°脈沖的相變)。
圖3是不同溫度下天然氣的含氫指數(shù)作為壓力的函數(shù)的曲線圖。
圖4是回波間時(shí)間為1.2×10-3秒和4.8×10-3秒的含氣地層的T2衰減曲線。
圖5是從圖4的T2衰減曲線轉(zhuǎn)化得到的T2的頻譜曲線圖。
本發(fā)明的核磁共振測井是由那種通過控制回波間時(shí)間以改變烴氣對脈沖序列的響應(yīng)用于石油工業(yè)的測井改造而來的。利用了一種如在美國專利第5,291,137號中所公開的那樣，帶有90°射頻脈沖的相變的CPMG回波序列，以及如賓西法尼亞州MALVERN的NUMAR公司提供的MRILC這樣的核磁共振測井儀器。這種核磁共振測井儀器最好是利用了磁場梯度的一種儀器。MRIL C儀器的梯度大約為17gauss/cm。這個(gè)梯度可以是脈沖的或是不變的梯度。這種梯度一般由測井儀器內(nèi)部的磁鐵導(dǎo)致，但是可能會(huì)利用內(nèi)部巖石梯度。這種MRIL儀器能夠探測到距鉆井井壁4或5英寸處地層的一部分的特性。因此在本發(fā)明的實(shí)踐中象MRIL C這樣的儀器是優(yōu)選的。這是因?yàn)樵诰嚯x鉆井井壁小于2或3英寸以內(nèi)的巖石可能被鉆井液所污染并且總的來說根本不代表該處的地層。使用MRIL-C儀器可以在同一通路獲得這兩個(gè)測井記錄。MRIL-C儀器有兩個(gè)位置稍微互相分開的不同的環(huán)路(annuli)。這兩個(gè)不同的環(huán)路能被兩個(gè)不同的脈沖序列激發(fā)。
現(xiàn)在參照圖2，一種帶有90°脈沖相變的典型CPMG脈沖序列被表示出來。這一脈沖序列用于測量橫弛豫時(shí)間T2的分布。該序列包括一個(gè)90°射頻脈沖(在Larmor頻率)，在時(shí)間tcp后跟隨一系列等間隔的180°脈沖。這些180°脈沖的間隔為2tcp。例如在MRIL C中這一時(shí)間可以短至1.2ms。在每一個(gè)180°脈沖之間得到一個(gè)自旋回波e。經(jīng)過一段延時(shí)Tw以后，該序列重復(fù)，具有反相的(相對于前面的90°射頻脈沖)90°射頻脈沖。后面的這一系列負(fù)回波，e′，被從前一系列的回波中減去，因此產(chǎn)生了相干信號并且抵銷了儀器的因素。
當(dāng)在孔隙中有多種流體，以及有多種孔隙大小時(shí)，核磁共振信號是時(shí)間的函數(shù)，A(t)，表現(xiàn)為呈指數(shù)衰減的和的形式A(t)=Σi=0nai·e-tT21---(1)]]>其中ai是一個(gè)常數(shù)，T2i是表示弛豫時(shí)間的常數(shù)而n是一個(gè)整數(shù)，其中n個(gè)T2i被以相等的對數(shù)時(shí)間間隔選擇。一般，n為35至50個(gè)時(shí)間間隔，會(huì)導(dǎo)致與回波數(shù)據(jù)可接受的符合。時(shí)域數(shù)據(jù)能用多指數(shù)轉(zhuǎn)換程序轉(zhuǎn)換產(chǎn)生直方圖，或者ai作為T2i的函數(shù)的曲線。例如在美國專利第5,291,137號中討論了這種轉(zhuǎn)換。因此象圖2中顯示的那樣的核磁共振的響應(yīng)的回波序列的多指數(shù)轉(zhuǎn)換能夠表示成弛豫時(shí)間T2的分布。通過使ai適應(yīng)于所給的多組T2i縱坐標(biāo)會(huì)是與關(guān)于每一個(gè)T2i時(shí)間常數(shù)的信號幅度。通過ai對T2的積分，和采用經(jīng)校準(zhǔn)而確定的常數(shù)以及與有效含氫指數(shù)相乘就可以確定核磁共振孔隙容積。
被固體顆粒約束的組分的弛豫時(shí)間一般要明顯短于未被固體顆粒約束的組分。地層表面一般是親水或親油的但不親氣。這樣，對天然氣而言表面松弛的影響是微不足道的。
天然氣主要是由甲烷和輕烷烴組成。一般，占干天然氣的體積75％以上的是甲烷。因此對本發(fā)明的實(shí)踐來說，通過假定一種假想的烴比如一種C1.1H4.2烴組成，就可以足夠準(zhǔn)確地估計(jì)出地層內(nèi)的烴類氣體的特性。
象甲烷這樣的氣體的縱弛豫時(shí)間T1，僅是溫度與壓力的函數(shù)，而不隨地層的其它性質(zhì)變化。例如，在Physica雜志第5卷第392期(1971)上C.J.Gerritsma等人的《甲烷中的質(zhì)子自旋晶格松弛與自擴(kuò)散-論文2》中討論了甲烷的T1.認(rèn)為T1與密度成正比并且按照下式隨絕對溫度變化1n(T1)=a-b(1T)---(2)]]>其中a和b是常數(shù)而T是絕對溫度。
現(xiàn)在參照圖1，它表示了成分為C1.1H4.2的天然氣的T1在不同的溫度下隨壓力變化的曲線。公式2可以用來將甲烷和烴類氣體成分的T1數(shù)據(jù)外推至其它溫度。曲線a到f分別表示溫度以50°F為間隔從100°F到350°F下的用秒表示的T1。
作為典型的儲(chǔ)層條件的一個(gè)例子，甲烷可能密度大約為0.2g/cc而溫度大約為200°F，導(dǎo)致T1大約為4秒。6秒的延時(shí)一般會(huì)超過T1并且產(chǎn)生在本發(fā)明的實(shí)踐中有用的核磁共振測井。這樣，為了不使來自甲烷的信號完全飽和，CPMG序列中的延時(shí)(Tw)(CPMG序列中的上一個(gè)180°脈沖與下一個(gè)初始的90°脈沖之間的時(shí)間)應(yīng)該大于4秒，并且最好在6-12秒之間，即是氣體的T1的2-3倍。典型的儲(chǔ)層條件下天然氣的T1大約在3-6秒之間。
在圖2中，經(jīng)過一個(gè)延時(shí)Tw后，序列被重復(fù)。如果Tw大于3倍的T1，那么就會(huì)發(fā)生幾乎完全的松弛。如果Tw沒有明顯大于T1，就用一個(gè)修正因子α來表示部分飽和度。這一修正由下式給出α=[1-e-TwT1]---(3)]]>應(yīng)用明顯比T1長的Tw以便不必對部分飽和度作大的修正就可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的兩種測井。最好兩個(gè)測井操作時(shí)的Tw相同但是不必一定相同。使用較長的tcp的測井的Tw可以使用與氣體的T1相比相對短的Tw(即，Tw小于地層條件下烴氣的T1)。除了由變化的tcp產(chǎn)生的對氣體的核磁共振響應(yīng)的抑制之外，短的Tw也抑制了氣體的核磁共振響應(yīng)。
核磁共振測井通常限于測量氫(1H)，因?yàn)樗袕?qiáng)信號和高的旋磁比。因此測井結(jié)果必須在氫的密度上做修正以確定孔隙的容積。含氫指數(shù)，HI，被確定為飽和條件下相對于液態(tài)水的氫原子密度，并且含氫指數(shù)被一般用于將核磁共振孔隙(原始結(jié)果)轉(zhuǎn)換成實(shí)際孔隙容積。例如，從得克薩斯州休斯頓的Schlumberger教育機(jī)構(gòu)得到的《Schlumberger測井分析原理/應(yīng)用》(1987)中提到了烴類氣體的含氫指數(shù)，特別是，第45頁的圖5-17，其中比甲烷稍微重一些的天然氣(C1.1H4.2)的密度和含氫指數(shù)被表示為壓力和溫度的函數(shù)。在典型的儲(chǔ)層條件下，氣體壓力在2,000-10,000psi之間而溫度在大約100°F-大約350°F之間，導(dǎo)致氣體密度在大約0.1-0.3g/cc之間而含氫指數(shù)在大約0.2-大約0.6之間。盡管這一含氫指數(shù)小于1，它仍是足夠大的并且應(yīng)用本發(fā)明的核磁共振脈沖序列使烴類氣體變得可測量。
現(xiàn)在參照圖3，它表示了成分為C1.1H4.2的天然氣的含氫指數(shù)在不同溫度下隨壓力變化的曲線圖。曲線g-l分別表示以50°間隔從100°F到350°F的溫度下的含氫指數(shù)。
“有效含氫指數(shù)”在這里是用α和HI的乘積表示。
影響巖石中的T1和T2的松弛機(jī)制是(1)流體中的分子運(yùn)動(dòng)，(2)在孔隙壁的表面松弛，以及(3)磁場梯度中的分子擴(kuò)散。
第一種機(jī)制，由象分子翻滾這樣的局部運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生，被稱作容積松弛。當(dāng)最主要的松弛機(jī)制是容積松弛時(shí)，縱弛豫時(shí)間和橫弛豫時(shí)間是相等的，即T1B≈T2B。對非浸潤相，容積松弛是主要的松弛機(jī)制，即T1＝T1B。
第二種松弛機(jī)制是在孔隙壁的表面松弛，或者是當(dāng)1H核緊靠駐留在顆粒表面象鐵和錳這樣的順磁離子時(shí)的1H核的松弛。對于流體分子比如浸潤巖石表面的水，這是主要的機(jī)制。然而，由于氣體總是非浸潤的并且從不緊靠巖石表面，這種機(jī)制對氣體來說是微不足道的。這就在本發(fā)明的實(shí)踐中提供了一個(gè)主要的優(yōu)點(diǎn)即對于氣體只測量一個(gè)弛豫時(shí)間，而不是測量隨巖石表面性質(zhì)而變化的弛豫時(shí)間分布。
第三種松弛機(jī)制是磁場梯度中的分子擴(kuò)散。這種松弛機(jī)制只影響T2而不影響T1。因此，當(dāng)擴(kuò)散是最重要的松弛機(jī)制時(shí)，T2會(huì)大體上低于T1。當(dāng)使用象MRIL-C這樣的測井儀器，對于氣體，擴(kuò)散是主要的松弛機(jī)制。
橫弛豫時(shí)間T2，在磁場梯度中按下式是容積松弛、表面松弛和擴(kuò)散的函數(shù)1T2=1T2B+1T2.5+1T2D---(4)]]>利用CPMG序列，由擴(kuò)散而產(chǎn)生的弛豫時(shí)間(T2D)是T2D=3γ2·G2·D·tcp2---(5)]]>其中γ是1H的順磁比(26，741弧度/-s-gauss)，D是擴(kuò)散系數(shù)，G是由核磁共振儀器產(chǎn)生的場梯度，而tcp是回波間時(shí)間的一半。這是氣相的主要的松弛機(jī)制。由公式4和5，也能看出tcp能被提高到使1/T2D成為主導(dǎo)性的，或是控制性的松弛機(jī)制。
地層中氣體的擴(kuò)散系數(shù)被自由擴(kuò)散在上限限制，被受約束的擴(kuò)散在下限限制。
例如，在Gerritsma等人的上文中，以及在AlChE雜志的1970年第16卷第5期中Dawson等人的文章中可以找到超臨界甲烷自由擴(kuò)散系數(shù)D0作為溫度和密度的函數(shù)。在典型儲(chǔ)層條件下，甲烷的密度大約是0.2g/cc，擴(kuò)散系數(shù)大約是水的50倍，或者與水的擴(kuò)散系數(shù)2×10-5cm2/s相比是109×10-5cm2/s。這樣，利用公式(5)，如果發(fā)生了自由容積擴(kuò)散，用MRIL C測井儀器(G＝17gauss/cm，tcp＝0.6ms)，t2D將等于37.1ms。
受約束的擴(kuò)散系數(shù)D，除以不受約束的擴(kuò)散系數(shù)Do，近似于流體擴(kuò)散穿過許多孔隙時(shí)的彎曲的倒數(shù)的極限。彎曲被定義為地層電阻率因子F與地層孔隙度Φ的乘積。地層電阻率因子可以用，例如，感應(yīng)測井來確定，而孔隙度可以由中子測井確定。
在本發(fā)明的實(shí)踐中，沒有必要精確地知道擴(kuò)散系數(shù)D以確定被烴氣所占據(jù)的孔隙容積，因?yàn)樵诒景l(fā)明中烴氣響應(yīng)是通過改變tcp而變換的。被氣體充滿的孔隙容積通過兩個(gè)核磁共振測井記錄之間的差異來標(biāo)識。
在核磁共振測井中預(yù)計(jì)會(huì)在橫弛豫時(shí)間范圍內(nèi)有一個(gè)烴氣峰，因?yàn)闊N氣不是一個(gè)表面浸潤相，因此利用公式4和公式5該范圍被預(yù)期為1T2=1T2B+γ2·G2·tcp2·D3---(7)]]>重新整理公式7并且想到上面的T1＝T1B≈T2B，得到1T2=1T1·[1+g2·G2·tcp2·D·T13]---(8)]]>回波間時(shí)間tcp可以因此被計(jì)算出來，其結(jié)果在這樣一個(gè)范圍內(nèi)，其中烴氣的T2會(huì)在一個(gè)可測的范圍內(nèi)。對一個(gè)MRIL C測井儀器，在典型儲(chǔ)層條件下，大約為0.6ms的tcp會(huì)導(dǎo)致被測的T2為大約40ms。用這一測井表示出的核磁共振孔隙度因此會(huì)包括被烴氣充滿的孔隙度。利用帶有與第一種核磁共振測井不同的回波間時(shí)間的CPMG序列的另一種核磁共振測井最好采用會(huì)導(dǎo)致由烴氣引起的T2小于大約2.5ms的tcp。對MRIL C測井儀器，在典型的儲(chǔ)層條件下，大約為2.4ms的tcp足夠產(chǎn)生象MRIL-C這樣的儀器的可測極限之下的T2。由兩個(gè)這樣的測井得到的核磁共振孔隙度之間的差異，除以地層條件下的有效含氫指數(shù)，就是地層烴類氣體含量，因?yàn)榈诙N測并不會(huì)測出烴氣。
為了去掉T2的偏差，應(yīng)該只使用與長的tcp的序列下得到的回波同時(shí)發(fā)生的在短tcp序列下得到的回波的一個(gè)子集。這樣如果tcp2是tcp1的四倍，只用tcp1序列中的四分之一回波。
在本發(fā)明的實(shí)踐中，沒有必要對從核磁共振測井儀器中得到的回波數(shù)據(jù)進(jìn)行多指數(shù)轉(zhuǎn)換。不采用多指數(shù)轉(zhuǎn)換的結(jié)果，而是減去時(shí)域回波響應(yīng)的積分會(huì)得到一個(gè)與充氣孔隙度，Φg，成正比的結(jié)果(當(dāng)采用一個(gè)足夠長的回波間時(shí)間在兩種測井之一中將氣體峰的T2抑制在檢測水平之下，該回波間時(shí)間為2tcp2，當(dāng)相互回波時(shí)間足夠短以導(dǎo)致烴氣峰的T2可測時(shí)，它為2tcp1)。利用時(shí)域回波響應(yīng)的積分間的差異是最好的，因?yàn)樵肼暠桓苯拥叵?。這可以從表示被測衰減曲線隨時(shí)間變化的公式開始看出A1(t)＝S1(t)+N1(t)A2(t)＝S2(t)+N2(t) (9)其中，A1(t)是采用tcp1得到的被測衰減曲線；A2(t)是采用tcp2得到的被測衰減曲線；S1(t)是采用tcp1的測井沒有噪聲的衰減曲線的信號；S2(t)是采用tcp2的測井沒有噪聲的衰減曲線的信號；N1(t)是采用tcp1的被測衰減曲線中的噪聲；而N2(t)是采用tcp2的被測衰減曲線中的噪聲；噪聲被假定是在兩個(gè)通路都有同一期望值的隨機(jī)熱噪聲。因此∫N1(t)dt-∫N2(t)dt=0---(11)]]>將兩條被測衰減曲線A1(t)和A2(t)從時(shí)刻t0到T0積分，t0遠(yuǎn)遠(yuǎn)比采用tcp1的烴類氣體的T2，T2g，要小而比采用tcp2的烴類氣體的T2大，T0在tcp1處遠(yuǎn)比T2g大，根據(jù)下式導(dǎo)致N1(t)和N2(t)的積分的抵消∫t0T0A1(t)dt-∫t0T0A2(t)dt=∫t0T0[S1(t)-S2(t)]dt---(12)]]>由于兩個(gè)測井掃描之間唯一的變化是改變回波間時(shí)間2tcp以在兩個(gè)測井掃描的之一中使烴氣不可測量，兩條被測衰減曲線之間的差異是可以歸因于烴氣衰減的衰減曲線。這條烴類氣體衰減曲線，g(t)，是公式1的求和的衰減曲線中的一條，它可以被表示為g(t)=α·HI·φg·e-1T2g---(13)]]>這個(gè)函數(shù)從t0到T0積分得到∫t0T0[S1(t)-S2(t)]dt=-α·HI·φg·T2g·[1e-T0T2g-1e-t0T2g]---(14)]]>由于t0遠(yuǎn)比T2g小而T0遠(yuǎn)比T2g大1e-T0T2g-1e-t0T2g·α-1---(15)]]>因比，公式14和12可以解出Φgφg=∫t0T0A1(t)dt-∫t0T0A2(t)dtα·HI·T2g-----(16)]]>另一個(gè)可采用的方法是將一條回波衰減曲線外推至?xí)r間(或回波數(shù))等于0。時(shí)間為0時(shí)的信號幅度也與核磁共振孔隙度成正比。這些可采用的方法除去了做多指數(shù)轉(zhuǎn)換的必要。
下面的表列出了鹽水、油和天然氣的典型的T1、T2、HI，D0和D0T1。T2的值是用于梯度大約為17gauss/cm而tcp為0.6ms的MRIL-C儀器。該表格表示出油和天然氣的T1可能重疊，盡管T2有很大的差別。也可以從表中看出鹽水和油可能有重疊的D0或者T2，但是有明顯分開的T1。由于氣體的D0T1比油大一個(gè)數(shù)量級，比鹽水大兩個(gè)數(shù)量級，可以從公式8看出已經(jīng)很大的氣體的DT1反差，可以通過增加回波間時(shí)間2tcp來提高，以允許在T1上重疊的兩種流體(如油和烴氣)分開。表
從表和公式8，可以看出本發(fā)明可以通過把tcp增大到使烴氣與液態(tài)烴的T2都移動(dòng)的一個(gè)時(shí)間，來確定充滿液態(tài)烴或者烴氣加上液態(tài)烴的孔隙度。鹽水和油的D0T1的明顯差異表明可以確定tcp的一個(gè)范圍，其中，液態(tài)烴的T2峰已經(jīng)明顯轉(zhuǎn)移而鹽水的T2峰與采用不同的tcp的核磁共振測井相比仍相對地未受影響。這樣通過簡單地對采用不同tcp的核磁共振測井的時(shí)域響應(yīng)積分，就可以用本發(fā)明的方法確定充滿氣體、液態(tài)烴，或者氣體加上液態(tài)烴的地層的孔隙度。
與確定地層烴類液體含量的現(xiàn)有技術(shù)方法相比，即，對時(shí)域響應(yīng)進(jìn)行多指數(shù)轉(zhuǎn)換并且根據(jù)T2峰的位置進(jìn)行辨別，本方法更直接地消除了噪聲。此外，由于除去了多指數(shù)轉(zhuǎn)換，所以需要的計(jì)算能力或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)大大減少。
MRIL C儀器的探查深度為16英寸。因此在一個(gè)直徑8英寸的井眼中，地層可以被檢查至井壁內(nèi)4英寸。油基泥漿很少侵入這一深度，因此是用于這一發(fā)明的實(shí)踐的鉆井泥漿。采用低侵入的油基泥漿時(shí)，由MRIL C測井儀器觀察到的氣體飽和度大體上不會(huì)過大。特別是，含80％的ESCAID 110和20％的氯化鈣飽和水的ESCAID 110油基鉆井泥漿在墨西哥灣的沙地中產(chǎn)生了很少的侵入，因此是優(yōu)選的系統(tǒng)。示例對采用MRIL C儀器的地層的兩個(gè)測井進(jìn)行了數(shù)值模擬，Tw為8s，tcp為0.6ms和2.4ms。圖4是兩個(gè)測井的回波對回波幅度曲線圖，曲線“a”表示tcp為0.6ms的測井曲線而曲線“b”表示tcp為2.4ms的測井曲線。該地層是一個(gè)處于殘余條件的儲(chǔ)氣層，毛細(xì)管束縛充水孔隙度為10個(gè)孔隙度單位，而充氣孔隙度為20個(gè)孔隙度單位。氣相的核磁共振性質(zhì)是那些在表中列出的。從采用tcp為0.6ms的測井得到的回波只有四分之一被用來消除T2偏差。而且，放棄了來自最后所得到的CPMG序列的前兩個(gè)回波。
圖5是以百分比表示的由圖4的衰減曲線計(jì)算得到的核磁共振孔隙度對T2的曲線，曲線a和b分別表示采用0.6ms和2.4ms的回波間時(shí)間的被測孔隙度。從圖5可以看出在采用0.6ms的tcp的測井曲線中普遍有一個(gè)中心位于大約40ms處的明顯氣相峰而在采用2.4ms的tcp的測井曲線中沒有這個(gè)峰。從圖5可以看出較長的tcp已經(jīng)將氣體頻譜移到不可推斷的地步，在頻譜中只留下中心位于12ms處的鹽水信號。因此這些曲線下的面積的積分間的差異代表了歸因于烴氣的核磁共振孔隙度。
權(quán)利要求
1.一種采用核磁共振測井儀器估算被一種或多種烴類相占據(jù)的地層孔隙容積的方法，該方法包括這些步驟獲得地層的第一個(gè)脈沖核磁共振測井記錄，該第一個(gè)核磁共振測井記錄利用的脈沖序列包括一個(gè)初始的90°射頻脈沖，接著是在初始90°脈沖之后一個(gè)時(shí)間周期tcp1時(shí)開始的一系列180°射頻脈沖，并且這一系列180°脈沖包含了各自間隔了時(shí)間2tcp1的射頻脈沖，其中時(shí)間tcp1是這樣一個(gè)時(shí)間，它導(dǎo)致被測的一種或多種烴類相的橫弛豫時(shí)間處于利用核磁共振測井儀器能檢測出的被測的橫弛豫時(shí)間范圍內(nèi)；獲得地層的第二個(gè)脈沖核磁共振測井記錄，該第二個(gè)核磁共振測井記錄利用的脈沖序列包括一個(gè)初始的90°射頻脈沖，接著是在初始脈沖之后一個(gè)時(shí)間周期tcp2時(shí)開始的一系列180°射頻脈沖，并且這一系列180°脈沖包含了各自間隔了時(shí)間2tcp2的射頻脈沖，其中時(shí)間tcp2是這樣一個(gè)時(shí)間，它與tcp1相差足夠的時(shí)間以區(qū)分歸因于地層內(nèi)的一種或多種烴類相的橫弛豫時(shí)間的合成峰；以及從第一和第二個(gè)核磁共振測井記錄確定被一種或多種烴類相占據(jù)的地層孔隙容積。
2.權(quán)利要求1的方法，其中上述烴類相形成了烴氣，tcp1是這樣一個(gè)時(shí)間，它導(dǎo)致被測烴類氣體的橫向弛豫時(shí)間處于利用核磁共振測井儀器能檢測出的被測橫向弛豫時(shí)間范圍內(nèi)，tcp2是這樣一個(gè)時(shí)間，它與tcp1相差了足夠的時(shí)間以區(qū)分歸因于地層內(nèi)的烴氣的橫弛豫時(shí)間的合成峰，并且其中被烴氣占據(jù)的孔隙容積由上述測井確定。
3.權(quán)利要求2的方法，其中tcp1是這樣一個(gè)時(shí)間，它小于導(dǎo)致烴類氣體的被測橫弛豫時(shí)間的時(shí)間大于大約4×10-3s的時(shí)間，而tcp2是這樣一個(gè)時(shí)間，它大于導(dǎo)致烴類氣體的被測橫弛豫時(shí)間小于大約2×10-3s的時(shí)間。
4.權(quán)利要求1-3的任何一個(gè)的方法，其中被一種或多種烴類相占據(jù)的地層孔隙容積的確定是通過由第一和第二個(gè)核磁共振測井記錄，確定歸因于地層內(nèi)的一種或多種烴類相的橫弛豫時(shí)間的分布；以及由歸因于地層內(nèi)的一種或多種烴類相的橫弛豫時(shí)間的分布，確定地層中被烴氣占據(jù)的地層孔隙容積。
5.權(quán)利要求1-4的任何一個(gè)的方法，其中tcp1小于導(dǎo)致被測烴類氣體的橫弛豫時(shí)間大于大約8×10-3s的一個(gè)時(shí)間。
6.權(quán)利要求1-5的任何一個(gè)的方法，其中tcp2等于或大于大約2.4ms。
7.權(quán)利要求1-6的任何一個(gè)的方法，其中tcp1等于或小于大約0.6ms。
8.權(quán)利要求1-7的任何一個(gè)的方法，其中通過一種在兩個(gè)稍微互相分開的環(huán)路內(nèi)利用不同脈沖序列的儀器，同時(shí)得到兩個(gè)測井記錄。
9.權(quán)利要求1-8的任何一個(gè)的方法，其中獲得第一和第二個(gè)測井曲線都是采用了Tw為大約6s或更長的脈沖序列。
10.權(quán)利要求2-9的任何一個(gè)的方法，其中第二個(gè)測井曲線的tcp2足夠長使得被測的一種或多種烴類相的橫弛豫時(shí)間低于核磁共振測井儀器的可測限度。
11.權(quán)利要求10的方法，其中被一種或多種烴類相占據(jù)的地層孔隙容積被確定為是兩個(gè)核磁共振測井的時(shí)域響應(yīng)積分的差的函數(shù)。
全文摘要
提供了一種方法用來估算被一種或多種烴類相占據(jù)的地層孔隙容積,該方法包括這些步驟:獲得地層的第一個(gè)脈沖核磁共振測井記錄,第一個(gè)核磁共振測井記錄的脈沖序列包括一個(gè)初始的90°射頻脈沖,接著是在初始90°脈沖之后一個(gè)時(shí)間周期t
文檔編號G01V3/18GK1188549SQ96194886
公開日1998年7月22日 申請日期1996年6月20日 優(yōu)先權(quán)日1995年6月21日
發(fā)明者里德萬·阿庫特, 皮埃爾·那扎雷斯·圖頓金, 哈羅德·加·威尼噶 申請人:國際殼牌研究有限公司