电缆核磁共振测探头发展现状分析.doc

电缆核磁共振测井探头发展现状分析-电气论文 电缆核磁共振测井探头发展现状分析 范　伟　宋公仆 （中海油田服务股份有限公司，河北 三河 065200） 【摘　要】本文是关于核磁共振测井探头发展现状问题的综述，侧重于对现有探头结构及参数等方面的具体分析。本文共由四部分组成。首先简单介绍了核磁共振测井发展历史；然后分析了已有核磁共振测井探头的结构和性能指标；随后按技术特征对探头进行了分类汇总；最后得出结论，组合式磁体、阵列式天线，可能成为核磁电缆测井探头的下一个发展方向。本文关于电缆核磁测井探头发展趋势问题的讨论，还远谈不上完整全面。对此问题的深入研究，还应考虑油气勘探市场需求及核磁共振相关的无线电、磁性材料等技术的发展情况。 关键词 核磁；测井；探头；共振区 ※基金项目：国家科技重大专项“三维声波、油基泥浆电成像、二维核磁成像测井技术与装备”（2011ZX05020-005）。 作者简介：范伟，2008年毕业于清华大学核科学与技术专业，硕士，从事核磁共振测井探头相关的研究工作。 ０　引言 核磁共振测井作为油气藏分析的有效技术手段，越来越多地受到国内外学界和工业界的重视。国内已有很多关于核磁测井技术发展趋势的分析[1-2]，但多是关于技术总体或仪器总体的论述，鲜有针对探头的细致分析。探头是核磁共振测井产品的核心部件，用于建立核磁共振环境并接收信号。探头的技术特征很大程度决定了仪器的总体性能。本文结合产品手册、公开专利，对国外几大公司的核磁共振测井产品的探头结构和参数进行了讨论，希望能对该技术的下一步发展有所启示。由于篇幅所限，本文仅讨论电缆核磁，随钻核磁不在本文讨论范围内。 1　核磁共振电缆测井技术发展历史 Chevron公司在1950年代开始利用地磁场建立核磁共振环境，进行井下勘探。1980年代，Schlumberger推出了基于地磁场的核磁勘探装备。但由于地磁场所需功率很大，系统死时间长，无法观测束缚流体信息。随后，Jackson利用永磁体的磁共振模型打破了之前的应用限制，此后的所有产品均基于永磁体的结构。1990年代末，Halliburton公司和Schlumberger公司相继推出了新一代电缆核磁测井仪，前者为MRIL-Prime，把观测频率增加到9个，并设计了预极化磁体；后者为CMR-Plus，也增加了预极化磁体。2002年Baker推出了MREx核磁共振测井仪，声称综合考虑了以往仪器的优缺点。Schlumberger公司于2003年推出MR Scanner，可以方便地进行多参数测量，并且具备高、低两种垂直分辨率。下面针对已有电缆核磁共振测井产品的探头进行分析和讨论。 2　国外探头结构及性能 2.1　Los Alamos原型机 为了克服Chevron公司地磁核磁共振设备死时间长的缺陷。Los Alamos实验室的Jackson开发了第一款使用永磁体的核磁测井仪[3]。在该方案中，静磁场由一对磁极相对，轴向排列的磁体组成（图 1a），可以在切向建立一个环形的匀场区。匀场区的场强由两磁体间距决定，图 1b显示两磁体中心平面处场强的变化规律[4]，匀场区位置处于场强达最大值，随着磁体间距（h/a）增大，匀场区逐渐远移，场强随之减弱。该原型机建立了足够的场强，工作频率约500kHz，可以在实验室环境下观测到理想的核磁共振信号。 该方案没有立即投入实际应用，主要原因是轴向维度限制了共振区域的大小，导致信噪比不够大，不能满足电缆对测速的要求。此外，除了环形匀场区外，在井眼附件也会形成磁共振环境，来自泥浆的信号会使解释工作复杂难解。而且，工作频率会随着井温的升高而发生变化。 2.2　MRIL-Prime MRIL是第一款被商业化的永磁体核磁测井装备，由NUMAR公司在1980年代中期推出。NUMAR公司稍后被Halliburton公司收购。1992年推出的MRIL-B使用单频工作，利用梯度磁场。1994年推出了使用多频工作的MRIL-C。利用梯度磁场测量多个频率增加了数据采集效率，进而增强了采集信息质量。1998年推出的MRIL-Prime有9个探测深度[5]，至今仍是市场上的主流产品之一。 在MRIL-Prime中使用了圆柱形磁体，沿径向极化；线圈沿长度方向绕制，进而获得一个近似圆柱壳的敏感区（图 2）。圆柱形磁体建立的静磁场强度随径向距离增加而减弱，利用磁场梯度实现多频测量不仅可以通过多探测深度的累加提高信号质量，还可以识别泥浆侵入影响。在P型核磁仪器中[6]，磁场梯度约为14-21Gs/cm，敏感区厚度约为1mm。因此，为了获取足够的信号，敏感区域需在纵向延伸以增加样品量。为了获得更高的测速，MRIL-Prime增加了大段预极化磁体。实际测速高达24ft