张嘉伟 赛芳 宋公仆
中海油田服务股份有限公司油技研究院，北京 101149
基金项目：中海油企业发展基金（H04010701W070552）
摘要：核磁共振测井从上世纪90年代开始进入到地质勘探测井应用中，就显现出其特有的优势。核磁共振测井主要测量地层流体中氢原子信息，从而直接反应地层孔隙度、渗透率等关键信息。本文主要介绍核磁共振测井中几种常用的发射序列，通过不同的发射序列分析，从而得出地层中流体的不同响应信息来对地层流体性质进行判断。目前核磁共振测井已经作为地质勘探测井中一种必要的测量手段而得到广泛的应用。
关键词：核磁共振； CPMG序列；CPMG-DE序列；DEFT-CPMG序列
中图分类号：TN912 文献标识码：
1 引言
核磁共振测井主要测量地层流体中的氢原子信息，通过发射特定的核磁共振序列，接收相应的地层共振回波信号，来进行地层流体性质判断。不同的发射时序得到的最终核磁共振响应信号是不同的，通过分析接收到的核磁共振响应信号的衰减速率、衰减曲线幅值从而得到地层孔隙度、渗透率等重要信息，同时也可以进行相关的地层流体分析[1]。
2 核磁共振测井常用序列
2.1 CPMG发射序列
核磁共振测井中最常见的序列是CPMG序列，其发射与接收回波时序如下图1所示。如图1中所示，D0代表地层流体激化时间，首先需要等待足够的激化时间从而保证地层流体中氢原子完全被静磁场所激化饱和，其具体作用是使其探测范围内的流体氢原子中收到静磁场作用而产生的核磁矩能够朝着静磁场方向激化偏转，当D0时间足够长时，发射90度搬转脉冲信号使氢原子核磁矩往变磁场B1方向扳倒90度，当经过D1时间后发射180度脉冲，使回波信号翻转，其后每隔D2时间发射180度脉冲使其在同一平面的两个速度不同的矢量重合产成回波信号，D2时间为2倍D1时间，这种发射序列方式称为CPMG序列[2]。
图 1 CPMG序列发射与接收回波时序
目前核磁共振测井主要采用CPMG序列来进行工作，采集一系列回波信号，并计算回波的幅值与相位，以此来制作相应的指数衰减曲线从而进行T2谱反演标定底层的孔隙度、渗透率、束缚水等信息。
2.2 CPMG-DE发射序列
M. D. Hurlimann和L. Venkataramanan对恒定梯度场中受激回波CPMG序列的原理和和应用方法做了全面而详细的讨论，提出了一种可用于测量扩散系数D谱与横向弛豫时间T2谱的全新序列CPMG-DE序列，如下图2所示：
图2 CPMG-DE序列
通过上图2中所示序列，将前两个180度脉冲回波时间间隔TED改变不同的时间间隔，从而得到不同的扩散衰减现象，后续180度脉冲保持TE时间不变获取具备扩散相应的回波衰减规律。通过对不同TED时间间隔的CPMG-DE序列进行采集获取在不同扩散系数下的回波信号曲线值，从而得到与扩散系数相关的D谱信息，进而完成对T2-D二维核磁共振谱的信息获取[3]。
2.3 变等待时间TW测量T1-T2二维谱测量脉冲序列
当将核磁共振测试中激化时间变为不同的TW时间而采集获取到对应不同激化时间的地层回波后，可以得到地层流体的纵向弛豫时间，该序列如图3所示，其主要原理是利用油气水完全极化所需要时间的差异来区分流体[4]。其测量脉冲序列仍然采用CPMG测量序列，但是等待时间TW是不同的。通过该序列可以得到流体的T1谱与T2谱，从而得出其T1-T2二维核磁共振谱
图3 不同等待时间TW下的T1-T2二维谱脉冲测量序列
根据核磁共振原理，核磁共振回波衰减曲线与激化时间、采集时间、纵向弛豫时间以及横向弛豫时间存在公式（2.1）的关系：
（2.1）
2.4 DEFT-CPMG序列
DEFT-CPMG序列的设计思想是：通过让核自旋在短时间内按照图4所示交替进行横向和纵向弛豫，使得最终的CPMG回波串的初始态达到一个预期的与横向/纵向弛豫时间、
、
相关的值。
图4 DEFT-CPMG序列脉冲时序图
图4所示的每一个重复单元内，对于处于z轴上的核自旋M（热平衡态大小为M0），在x轴上经过
的横向弛豫后幅度变为
。利用90˚脉冲将核自旋重新打回到纵轴上之后，核自旋经过
的纵向弛豫之后，核自旋的大小变为：
（2.2）
经过多个重复单元构成的DEFT序列之后的稳定纵向自旋的大小变为：
（2.3）
通过改变
/
，就得到了多个具有不同T1/T2加权的CPMG序列，可通过反演得到(T1/T2)-T2谱[5]。反演结果可用于润湿项与非润湿项的区分。
3 结束语
核磁共振测井技术推出到现场实际测井应用是在上世纪九十年代开始，经过了二十多年的技术发展，已经逐渐成熟且被现场广泛应用。本文重点针对核磁共振测井中几种常用的发射序列进行简要介绍，通过不同的序列设计获取地层中流体的相关信息。不同的发射序列对应采集到的回波信号信息有很大不同，主要反映在信号指数衰减速率上从而直接反应地层流体相关弛豫信息。相信随着技术的发展，核磁共振技术将会有越来越多的新发射序列应用于实际作业中，更好地反映地质信息。
参考文献
[1] George Coates,肖立志，Manfred Prammer著，孟繁莹译. 核磁共振测井原理与应用 . 北京：石油工业出版社，2007
[2] 邵维志, 庄升, 丁娱娇,一种新型核磁共振测井仪———MREx.石油仪器, 2004
[3] 肖立志. 核磁共振成像测井与岩石核磁共振及其应用[M]. 北京:科学出版社,1998
[4] 肖立志. 核磁成像测井. 测井技术, 1995, 19 ( 4) :284～293
[5] 肖立志. 核磁共振成像测井与岩石核磁共振及其应用. 北京: 科学出版社, 1998
作者简介：张嘉伟（1982—），男，中海油服油技事业部，电子技术高级工程师，主要研究方向：测井仪器研制、核磁共振测井仪研制等方向。