核磁共振测井基础
SN
RF Pulse
90
1 80
1 80
1 80
TE
1 80
Echo Signal
SN
Antenna
Magnet mandrel
Time
TE
Time
CPMG脉 冲序列
如90脉冲之后，再发射一连串180脉冲，在每一个180脉冲后面都可以采集到一个回波信号，从而得到 一个回波串。 180脉冲之间的时间间隔，即TE，是可以设置的，回波之间的间隔与180之间的间隔相等。在回波串的观 测中，重要的参数有两个，即TE和回波个数NE。 观测到的回波串是按指数规律衰减的信号，其衰减的时间常数用T2来表示，叫做横向弛豫时间，它与地层 孔隙度的大小、孔隙直径的大小、孔隙中流体的性质、岩性、以及采集参数（如TE和磁场的梯度）等因素 有关。对于地层岩石来说，回波串的衰减曲线往往需要用多个T2描述。
核磁共振测井基础 自由感应衰减信号FID--free induction decay
z
Bo 900脉冲
M
y x
B1
这一衰减通常是指数型的，FID时间常数T2*是非常短的，只有几十毫秒。FID是由磁场的非均质性引起的。 该非均质性是由磁场梯度和在测量物质中产生的某些分子进动引起的。由于B0磁场的非均质性，不同位置的 质子将以不同的拉莫频率进动，由此产生这一快速的衰减。
M0 Full polarized
Partial polarized
0
Polarization
Acquisition
Porosity
Fully polaound water
Partially polarized
01
10 100
1000
T2Relaxation time (ms)
at this shell
24″
SN
antenna
1 mm
14″~16″
Magnet Mandrel
r Direction of B0(r) Permanent magnetic mandre 14?
Formation
Magnet
Well bore
Sensitive volume
Antenna
Slice thickness
Bandwidth of RF pulse
Mud
B0(r)
Tool
B0(r)
diameter Diameter of investigation
Center frequency
图的上半部分是探头在井眼中以及圆环形切片在地层中的横截面示意图；下半部分表达了切片的实现方式。磁体产 生的磁场沿径向方向减小，形成一个梯度磁场，使得径向不同距离地层中的氢核具有不同的核磁共振频率，而且， 频率与径向距离有一一对应的关系。天线发射的脉冲有一个中心频率和频带，只有核磁共振频率与这一中心频率相 等的地层才被激发，才会产生共振现象，从而才会被观测。而与该频率不相等的地层氢核，则不会被激发，对观测 信号不会产生任何影响。当然，天线发射的脉冲不会是单频率的，而是具有一定的带宽，这种频带将确定共振的地 层区域，从而确定切片的厚度。
厚度则由天线发射电磁波的频率和脉冲的频带所完全
1 mm
确定。
SN
760kHz 580kHz
Well bore
Amplitude of B0(r)
f0(r)
Gradient field B0(r) approximately 175 Gauss
Larmor frequency f0(r) approximately 750 kHz
核磁共振测井基础
A
B
C
D
M0
0
0
2
4
6
8
10
12
14 16 18
Time (s)
核磁共振测井原理的核心之一是对地层施加外加磁场，使氢原子核磁化。氢核是一种磁性核，具有核磁矩。 在没有外加磁场的时候，氢核的磁矩是随机取向的，宏观上没有磁性，如图中的A。当磁体放到井里时，将 在其周围的地层中产生磁场，使氢核的磁矩沿磁场方向取向，这个过程叫磁化、或极化。极化的结果是产生 一个可观测的宏观磁化矢量。极化不是瞬间完成的，而是按照指数规律进行的，如图中的B、C、D所示。极 化的时间常数用T1来表示，称作纵向弛豫时间，它与孔隙度的大小、孔隙直径的大小、孔隙中流体的性质、 以及地层的岩性等因素有关。对于地层岩石来说，极化曲线往往需要用多个T1描述。图3－1的下半部分展示 了宏观磁化矢量M随极化时间增长的曲线，其中M0是完全极化后的磁化强度。可以很容易地证明，使M接近M0 （95％）所需要的极化时间，用TW表示，至少是3 T1，即TW 3 T1。
V
2¡
2¡
brought in
2¡
V*(Ne * Te)
lef t out
MRIL-P型核磁共振技术及应用
仪器设计特点
核磁共振测井仪器的探头包括磁体和天线。磁体被一
wellbore
个玻璃钢外壳所包裹，而天线则被置于玻璃钢外套之
MRIL-P TOOL 中。探头的周围是井眼泥浆，再外面是地层。观测信 号来自于一个形状规则的圆环切片，而圆环的直径和
核磁共振测井基础
Polarization T1 Buildup
T2
Polarization
T2
T2 Decay
M0(1 - e -t / T1)
M0 . e -t/T2
TW TE
Time
一个观测周期包括磁化和回波串采集两个阶段
核磁共振测井基础
Ne * Te
Tw V*Tw
Ne * Te V*(Ne * Te)
核磁共振测井基础
90°
FID 0
180° t
Time( ms) Echo
2t
核磁共振测井原理的核心之二是利用一个天线系统，向地层发射特定能量、特定频率、和特定时间间隔 的电磁波脉冲，产生所谓的自旋回波信号，并接收和采集到这种回波信号，所采用的方法则叫做自旋回 波法。 天线发射的电磁波的频率将决定切片观测的具体位置；电磁波脉冲的能量决定切片内磁化矢量扳倒的程 度，如90或180等；而时间间隔，用TE来表示，则直接影响观测到的回波信号幅度的大小。 图中，A、B、C分别表示自旋回波方法的不同阶段。第1行给出的是磁化矢量的扳倒情况；第2行给出的是 天线发射脉冲、接收回波信号、以及切片的过程；第3行给出的是天线的发射脉冲；第4行给出的则是天 线可能的接收信号，包括90脉冲作用后的自由感应衰减信号（FID）和180脉冲作用后的自旋回波信号 （ECHO）。