随钻磁共振测井中的测量问题研究
核磁共振在石油测井中的应用
本文从 核磁 共振的原理着手， 研 究核磁共振 在石油测井中的应 用。 【 关键 词 ｌ 核磁共振 ； 石油测井； 技术 ； 应用
我 国的地势 和地形 结构复 杂多样 的特点， 增加了石油钻 井的难 度。
保证 石油测 井的 质量就 必须采 用先 进的科 学技 术 。 核 磁共振 的技 术为
稠度 和毛管压力 曲线等信 息。
一
６ 、 核磁 共振 检测孔 隙度 大幅度 的偏离实 际的孔 隙度， 可能 原因在 于地 质的泥 质成 分过 多。 但 这些情 况， 在 实际的运用过 程中可以得 到有 核 磁共 振是 原子核 在外 磁场 的作用 下发 生分 裂 ， 然后通 过共 振 吸 效的避 免， 从而 保证核 磁共振检测 孔隙度的准确性 。 （ 四） 石油 测井渗 透率 收一定频 率辐 射 的物理 过程 。 原子核不 同， 自旋的情 况不 同。 在原子核 自旋 的过程 中会在 磁场的周 围受到 力矩 的作用， 并进行有规 律的运 动。 大 多数 的石油都 处在 地表 层以 下， 而 我 国由于 地表 结构 的复 杂 多 样性 ， 在对石 油测 井的过 程 中要重视 其 渗透率 的 问题 。 核 磁共 振 的技 但是 当磁力改变时， 会产生 磁共振 。
核磁共振在石油测井中பைடு நூலகம்应用
安轶文 大庆钻探工程公司测井公司四分公司 黑 龙江 大庆 １ ６ ３ ４ １ ２
【 摘要ｌ 石油是我国重要 的工业 能源， 影响着我 国工业的发展 。 由于
石油大量 分布在地下层，因此石 油的开采要采用测井技 术。我 国核磁 共振 应用在 石油测井已有十多年的历史， 对石油测井的发展做 出了 较 大的贡献 。
，
核 磁共 振 概 述
浅谈核磁共振技术在测井中的应用及故障处理
浅谈核磁共振技术在测井中的应用及故障处理作为目前世界上最先进的石油测井技术之一-核磁共振测井技术，其测井信号来自地层孔隙流体，包含十分丰富的地层信息，可用于定量确定自由流体、束缚水、渗透率以及孔径分布等重要参数。
在勘探阶段，核磁共振测井能为流体性质、储层性质以及可采储量等地层评价问题的解决提供有效信息；在开发阶段，能为油层剩余油、采收率以及增产措施效果等问题的评价和分析提供定量数据。
在复杂岩性特殊岩性储层、低孔低渗储层、低电阻率低饱和度储层、以及石油天然气和稠油等储层都具有明显的应用效果。
标签：核磁共振技术；测井；故障；应用核磁共振测井仪EMRT仪器主要测量地层孔隙流体中氢核响应。
仪器用静磁場和脉冲射频磁场（RF）来进行井下自旋回波核磁响应的测量。
测量的重要信息均包括在回波串中。
回波串的初始幅度和地层中的流体信息有关，反映的是地层孔隙度。
回波幅度的衰减率反映孔径尺寸的信息和流体中流体类型。
1 核磁共振测井技术的地质应用核磁共振测井方法可直接测量地层孔隙中可动流体的信息，可定量确定自由流体、束缚水、渗透率及孔径分布，其孔隙测量不受岩石骨架矿物成分的影响，在复杂岩性、特殊岩性储层、低孔低渗储层、低电阻率、低饱和度储层、以及天然气和稠油等储层具有明显的应用效果。
2 核磁共振仪器应用特点与常规测井的区别2.1 核磁共振仪器应用特点根据核磁的测井数据，能够计算出地质的相关参数：总空隙度，有效空隙度，粘土束缚水体积，毛管束缚水体积，可动水体积，烃（油气）体积，残余烃含量，渗透率，原油粘度，含烃类型。
2.2 与常规测井的应用特点根据常规的测井数据，只能够判断储层物性，确定产量，判定纯油气产层，估算地质储量，可采储量及油气采收率。
2.3 两者的区别区别于常规仪器计算的渗透率，从另外一个角度提供了储层渗透率信息，能够结合中子密度或者电阻率测井，运用标准谱、拼接谱、差谱、移谱等方法，进行储层流体类型分析，并且为测压取样仪作业点的选取提供指导。
随钻电磁波电阻率测井曲线分离关系研究_岳喜洲
PETＲOLEUM TUBULAＲGOODS ＆INSTＲUMENTS第一作者简介：岳喜洲，男，1983年生，工程师，2009年毕业于中国石油大学（华东），现在中海油田服务股份有限公司，从事随钻电磁波仪器的研发工作。
E-mail ：yuexzh@cosl．com．cn ·仪器设备与应用·随钻电磁波电阻率测井曲线分离关系研究岳喜洲，马明学，李国玉（中海油田服务股份有限公司北京101149）摘要：随钻电磁波电阻率测井仪器受围岩、相对介电常数、泥浆侵入、电阻率各向异性等不同因素影响时，多条电阻率测量曲线之间会呈现复杂的分离关系。
文章采取数值计算的方法，模拟各种环境因素对随钻电阻率曲线分离关系的影响。
研究表明，围岩影响使目的层电阻率曲线值降低，对幅度比电阻率的影响大于相位差电阻率；介电参数的影响使幅度比电阻率大于相位差电阻率；低阻泥浆侵入的影响使长源距测量值大于短源距测量值；在电阻率各向异性地层中，随着相对倾角的增大，相位差电阻率大于幅度衰减电阻率。
不同的影响因素会导致电阻率曲线出现不同的分离次序，根据曲线分离规律，可定性分析仪器测量时受到的具体影响因素，对仪器环境校正和随钻地层评价有指导意义。
关键词：随钻电阻率测井；围岩；相对介电常数；泥浆侵入；各向异性中图法分类号：P631．8+1文献标识码：A 文章编号：2096－0077（2016）02－0053－04Study on Ｒelationships of the Separated Curves inＲesistivity Logging While DrillingYUE Xizhou ，MA Mingxue ，LI Guoyu（China Oilfield Service Co．Ltd．Beijing 101149，China ）Abstract ：The curves of resistivity logging while drilling （LWD ）present complex separation relationship when the tool is affected by environ-mental factors such as surrounding rock resistivity ，dielectric constant ，mud invasion ，resistivity anisotropy etc．This paper uses the numeri-cal simulation to investigate the influence of environmental factors on the curves separation relationship．The result shows the effect of shoul-der bed leads to the target resistivity measurement values lower ，phase difference resistivity is impacted greater than attenuation resistivity ；and the effect of the dielectric constant makes measurement result of attenuation resistivity higher than that of phase difference resistivity ；Meanwhile ，mud invasion also affects the measurement making the long spacing values higher than the short spacing values ；in addition ，with the relative dip increasing in the resistivity anisotropic formation ，phase difference values will increase which is higher than amplitude attenuation values．In conclusion ，these factors lead to the separation phenomenon of curves ，the rank of which is based on the factors．U-sing the separation regularities ，which is presented in this paper ，the specific factors affecting the measurement can be qualitatively ana-lyzed ，as has instructive significance to the measurement environmental correction and LWD formation evaluation．Key words ：resistivity logging while drilling ，shoulder bed ，dielectric constant ，mud invasion ，anisotropy0引言随钻电磁波电阻率测井仪在随钻地层评价和钻井地质导向方面已获得广泛应用。
随钻核磁共振测井仪运动检测电路模块研制
随钻核磁共振测井仪运动检测电路模块研制在随钻测井作业中,随钻核磁测井仪(LWD-NMR)钻井时对井下储层流体实时测量。
在钻进的过程中,由于钻头与岩石发生摩擦,测井仪处在一个复杂多变的运动中,导致测井质量不理想,而提高测井准确性和钻井效率的重要途径是获取仪器横向振动位移数据。
因此,在随钻测井中,通过安装在钻头部位的二轴加速度传感器获取钻井仪器的振动加速度信号。
理论上,对加速度信号两次积分即可获得测井仪的位移信号。
但由于实际所获取的加速度信号中含有直流偏置和随机噪声,如果直接对加速度信号两次积分获取位移,则会产生相当大的趋势项和随机噪声项,趋势项可以通过多项式拟合或者频域积分去除,而随机噪声项去除难度较大。
为此,本文在综合分析随钻运动机理和随机噪声项产生的原因的基础上,探讨了新的方法,主要内容如下:(1)分析了测井仪器所面临的难题,简要剖析了随钻钻具的受力情况,并解析了其4种运动形态;然后依据核磁共振测井原理,验证了钻头的横向振动对测井回波信号质量影响最大。
最后论述了2轴加速度传感器和磁力计共同检测钻头横向振动的方法,同时根据检测结果获得位移的算法。
(2)参与研制运动测量电路系统,由调理模块、电源模块、ADC采集模块及FPGA与DSP构成,针对以往信号采样分辨率低、转换速率低等缺点,对信号调理采集电路进行了改进,并绘制了运动测量电路的原理图和pcb,且经过振动试验测试,运动测量电路采集的加速度功率谱,其误差在百分之五以内,满足检测加速度的要求。
(3)采用卡尔曼滤波算法对加速度信号进行处理,首先在Matlab中实现Kalman滤波算法并确定Kalman系数,然后采用FPGA实现此算法,并使用FPGA辅助工具DSP Builder搭建Kalman滤波模型,依次经过Simulink模型、Modelsim 功能仿真等,并对两者的去噪效果做对比,其误差分析指标表明FPGA实现的Kalman滤波效果几乎达到了Matlab程序实现的效果。
随钻测量技术的研究与认识
随着钻井技术的不断发展，定向井工艺技术的出现推动了随钻测量技术的不断发展。
从上世纪50年代，随钻测量技术就已经开始使用，到上世纪70年代无线随钻测量技术研发并现场试验成功，引起了人们的关注，使其迅速发展。
伴随着水平井施工任务的不断增加，高难度井的数量也在不断增加，随钻测量技术也突破一个又一个难题发展到现在的随钻测井技术和旋转导向技术。
一、随钻测量技术的分类随钻测量技术就是指在钻进过程中通过井下测量仪器测量所需的井眼轨迹数据，然后利用各种不同的方式将数据传输至地面，地面系统接收后进行解码得到井下所测数据。
目前，随钻测量技术根据其功能可以分为随钻测井技术（LWD）、随钻测量技术（MWD）等，其中随钻测量技术主要是测量轨迹控制所需要的参数，如井斜角、方位角、工具面角等；而随钻测井技术除要提供上述参数外，还要测量所钻地层的地质参数，如自然伽马、电阻率、中子密度等。
随钻测量技术根据其采用的数据传输方式不同，可以分为有线随钻测量技术、无线随钻测量技术和其他方式。
有线随钻测量技术具有传输速率高，测量项目齐全等优势，但是其施工不方便，需要停止钻井作业才能施工，因此会耽误较多时间。
无线随钻测量技术又可以根据其传输介质分为泥浆脉冲方式、电磁波方式、声波方式；其中泥浆脉冲方式技术最为成熟，使用受限较小，所以其应用最为广泛，但是它受到泥浆性能的影响严重，比如在泡沫欠平衡钻井中就无法使用；电磁波传输方式不受钻井液性能的影响，所以适合于欠平衡钻井，但是它的传输深度受到地层电阻率的限制，所以其应用范围并不广泛，只能在某些区块应用较多；声波传输方式目前还处于研发阶段，最近也有报道该方式现场试验成功的案例，但是还没有形成商业规模；其他的无线随钻测量技术主要是指智能钻杆，其传输速率快，同时不受泥浆性能的限制，但是其生产成本高，现在只处于试验阶段，距离规模化商业应用还有一段时间。
二、随钻测量技术的研究现状近年来，国内外石油企业和高校对在不断的研发更加先进高效的随钻测量仪器，所以随钻测量技术也在不断的快速发展。
随钻测量技术的研究与认识
随钻测量技术的研究与认识摘要随钻测量技术的发展，是综合了石油钻井行业的多学科，甚至包含测井、录井、地震和地质等多种学科知识的现代化前沿技术。
在实施钻井的同时，可以对井下情况进行及时测量，并根据采集的信息对钻井作业给出综合分析与研究，从而简化钻井作业程序，节省钻井时间，提高钻井作业精度，降低钻井作业成本，使钻井的取向更加正确，特别是在复杂的水平井钻井中，发挥最大的技术优势。
关键词随钻；测量；技术；钻井；分析1 随钻测量技术的发展早在上个世纪30年代，世界上一些钻井技术发达国家就已经提出随钻测量的想法，但由于传输技术的相对滞后，在后续的几十年内，随钻测量技术发展相对滞后。
在上个世纪50年代后期，正脉冲泥浆传输系统的研制成功并得到应用，直到上个世纪70年代，随钻技术由于人们的再认识才得到了充分关注和发展。
上个世纪80年代末，水平井钻井等一批先进的钻井技术和工艺得到跨越式发展，使随钻测量技术得到兴起。
我国从上世纪90年代开始，水平井技术不断成熟与发展，也推动了随钻测量技术的迅速发展。
2 随钻测量技术的分类随钻测量技术就是在钻井过程中利用相应的传感器及时探测钻井过程中所发现的信息，并实时传到地面反馈的有关一系列技术。
需求可分为随钻测井（LWD）、随钻测量（MWD）、地质导向（GST）等，其中MWD的测量工程参数主要包括井斜、钻井方位方向和工具角度；LWD除提供工程参数外还需要地层参数，并且具有方向性判断的功能。
根据信息传输方式的不同，钻井的配套测量技术包括有线随钻、无线随钻和其他方式。
有线随钻，信息传输率高，且可以给井下传感器供电，但给钻井施工带来不便；无线方式又可分为泥浆脉冲式、电磁波式和声波式，泥浆脉冲式最用，也最成熟，但其受泥浆特性的影响，信息延迟较大，电磁波式传输受钻井液特性的影响小，适用于欠平衡钻井，但其最大传输深度受地层电阻率影响较大，声波传输方式等目前的应用还不能形成规模。
3当前钻井技术中随钻测量技术的研究现状近年来，国内外相关企业在随钻测量技术的研究方面也做了大量的艰苦细致的工作，取得了一定的积极成果，特别是中国石油长城钻探工程有限公司作为国内最大的钻井技术施工企业，在国内外钻井市场中，采用定向探管（井斜、方位、工具面测量仪器）已达到国际先进水平。
核磁共振在石油测井中的应用研究
161 随着我国国民经济增长速度不断增加，与其相关的能源需求量也一直在上升。
石油行业近年来的整体发展形势良好，对石油测井提出的要求越来越高。
石油测井是石油开采中非常重要的一部分，会直接影响到石油开采的质量，所以为保证石油测井项目的有序开展，提高石油开采的质量和效率，可以将核磁共振技术合理应用其中。
核磁共振技术的应用有利于提高测井信息数据的利用率，以更加直观的方式，将测井作业中的实际情况体现出来，为石油测井的效率和质量提升提供技术支持。
1 核磁共振相关理论内容核磁共振是指磁矩不是零的原子核，由于受到外磁场的影响和作用，其自身可以实现自旋能级后，进而引起塞曼分裂。
以此为基础，可以通过共振的方式，将其中某一定频率的射频辐射基本物理过程呈现出来。
核磁共振通常是指其自身由原子核自旋运动之后而引起的现象，对于不同的原子核来说，自旋运动的情况具有非常明显的差异性，尤其是原子核在处于整个自旋运动状态下，自旋量子数超过零的时候，势必会出现NMR 信号。
由于处于磁场的周边范畴，那么磁矩在受到力矩的影响和作用之后，在磁场周边会展开一系列的有规律性运动。
如果磁场的守卫磁力发生变化，那么核磁矩势必会呈现出共振吸收的情况，进而引起磁共振。
为深入了解核磁共振在石油测井中的应用，必须要对核磁共振的相关概念内容进行简单的阐述和分析，这样才能够将该理念合理的应用在实践中，保证石油测井工作的有序开展。
不同的原子周围环境具有非常明显的差异性，所以为满足其自身的自旋需求，体现出一定的差别，原子核在自旋的过程中，会受到外界诸多磁场带来的影响。
同时，围绕磁场的中心逐渐形成的力矩，由于产生出来的运动具有一定的规律性特征，所以外界磁场在受到人为控制影响下，势必会出现一系列的变化，促使原子核以及磁场之间呈现出一定的共振[1]。
结合石油测井现状，核磁共振技术在其中的整体应用相对比较广泛，根据现有理论知识以及相关实践应用，发现理论之间存在的差异性相对比较明显，所以为尽量保证核磁共振在后续使用时的稳定性，必须要从多个角度对其进行分析，深入了解核磁共振技术在石油测井中的一系列应用策略和方法，这样才能够保证核磁共振在石油测井中的应用效率、质量得到有效提升。
随钻测量随钻测井技术现状及研究
随钻测量随钻测井技术现状及研究随钻测量(measure while drilling，MWD)技术可以在钻进的同时监测一系列的工程参数以控制井眼轨迹，提高钻井效率。
随钻测井(logging while drilling，LWD)技术可以不中断钻进监测一系列的地质参数以指导钻井作业，提高油气层的钻遇率[1-5]。
近年来，油气田地层状况越来越复杂，钻探难度越来越大。
在大斜度井、大位移井和水平井的钻进中，MWD/LWD是监控井眼轨迹的一项关键技术[6-8]，是评价油气田地层的重要手段[9]，是唯一可用的测井技术[3]，而常规的电缆测井无法作业[10]。
国外的MWD/LWD技术日趋完善，而国内起步较晚，技术水平相对落后，国际知识产权核心专利较少[9]，与国外的相关技术有一段差距。
本文介绍国内外MWD/LWD相关产品的技术特点和市场应用等情况，分析国内技术落后的原因以及应对措施。
1 国外MWD/LWD技术现状20世纪60年代前，国外MWD的尝试都未能成功。
60年代发明了在钻井液柱中产生压力脉冲的方法来传输测量信息。
1978年Teleco公司开发出第一套商业化的定向MWD系统，1979年Gearhart Owen公司推出NPT定向/自然伽马井下仪器[10]。
80年代初商用的钻井液脉冲传输LWD 才产生，例如：1980年斯伦贝谢推出业内第一支随钻测量工具M1，但仅能提供井斜、方位和工具面的测量，应用比较受限，不能满足复杂地质条件下的钻井需求[11]。
1996年后，MWD/LWD技术得到了快速的发展。
国际公认的三大油服公司：斯伦贝谢、哈里伯顿、贝克休斯，其MWD/LWD技术实力雄厚，其仪器耐高温耐高压性能好、测量精度高、数据传输速率高，几乎能满足所有油气田的钻采，在全球油气田均有应用。
斯伦贝谢经过长期的技术及经验积累，其技术特点为高、精、尖、专，业内处于绝对的领先地位[12-15]，是全球500强企业。
LWD的技术主要体现在智能性、高效性、安全性[10]。
随钻自然伽马_感应测井仪测量因素分析及应用实例
MWD 测 量 探 管 将 实 时 伽 马 和 电 阻 率 数 据 与 MWD 其它几何测量参数 (井斜 、方位等) 进行统一编 码 ,通过 MWD 随钻测量仪的泥浆脉冲遥测系统传 输到地面 ,交由地面数据处理软件进行处理 ,一方面 得到测量点的井斜 、方位 、工具面等几何参数 ,指导 几何方式钻进 ;另一方面 ,实时伽马和电阻率数据与 井深数据交汇得到地层的实时 (伽马 、电阻率) 曲线 , 指导地质导向钻进 。系统组成结构如图 1 所示[3] 。
摘 要 随钻自然伽马 - 感应测井仪由 MWD、随钻自然伽马仪及随钻感应电阻率仪组成 。文章介绍了随钻自
然伽马仪和目前钻井行业中唯一商业化的随钻感应电阻率测井仪的测量原理及系统组成结构 ,通过该系统的现场 应用实例 ,对影响仪器响应的几种因素进行了分析 。
关 键 词 随钻感应电阻率测井仪 随钻自然伽马仪 电磁感应 趋肤效应校正 轨迹控制 作者介绍 刘庆龙 工程师 ,1969 年生 ,1992 年毕业于石油大学 (华东) 电子技术应用专业 。现在胜利油田钻井工艺
与实际参数出现明显差别的重要原因 ,因此 ,必须对
仪器测量的数据进行反褶积处理和趋肤效应校正 ,
从而得到反映地层特性的真实曲线 。所谓趋肤效应
随钻核磁共振测井仪探测特性研究
随钻核磁共振测井仪探测特性研究李新;肖立志;胡海涛【摘要】NMR logging while drilling (LWD) has the advantage of detecting formation in-situ, and is a big progress in NMR logging. Compared with wireline NMR, NMR LWD is often performed in more hostile environment. In this paper, the magnet structures of typical NMR LWD tools, such as MRIL-WD (Halliburton), proVISION (Schlumberger) and MagTrak (Baker Hughes), were simulated and analyzed. Finite element method was employed to calculate the magnetic field distribution. The results were shown to be in good agreement with the typical tools' nominal features. Based on the results of simulation, we proposed schemes to suppress or eliminate the effects of tool motion during drilling. This work provided insights for NMR LWD tools design,implement and optimization.%随钻核磁共振测井是继电缆核磁共振测井之后的重要进步,具有直接探测原状地层孔隙度、束缚水、渗透率和流体饱和度等特点,受到广泛关注.随钻核磁共振测井需要在更加恶劣的环境下作业,对探头尤其是对磁体有更高的要求.该文研究随钻核磁共振测井的探测特性.基于测量环境和工作方式,分析了随钻核磁共振测井静磁场设计中的特殊问题;利用有限元方法,分别模拟了MRIL-WD(哈里伯顿)、proVISION(斯伦贝谢)和MagTrak(贝克休斯)3种随钻核磁共振测井仪的静磁场分布;根据数值模拟结果,提出可以抑制仪器随钻具运动(轴向转动、纵向钻进和径向振动)对测量的影响的随钻核磁共振测井静磁场方案,为自主随钻核磁共振测井仪器的没计、实现和优化提供了思路和注意事项.【期刊名称】《波谱学杂志》【年(卷),期】2011(028)001【总页数】9页(P84-92)【关键词】随钻核磁共振测井;探测特性;有限元;磁场分布【作者】李新;肖立志;胡海涛【作者单位】油气资源与探测国家重点实验室,中国石油大学(北京),北京102249;油气资源与探测国家重点实验室,中国石油大学(北京),北京102249;油气资源与探测国家重点实验室,中国石油大学(北京),北京102249【正文语种】中文【中图分类】O482.53;P631.83引言核磁共振(NMR)测井是井下测量地层岩石物理参数和流体性质的重要且有效的方法之一. 电缆NMR测井是将传感器放入已经钻好的井眼中，仪器以固定速度提升或下放的同时连续测量井眼周围地层的NMR性质，形成反映沿井眼方向地层性质变化的NMR测井曲线. 随钻NMR测井则是在钻井过程中进行NMR测量，由于测量是在钻井液侵入发生之前进行的，所以能够获得原状地层的信息，在大斜度井和水平井中实时进行地质导向的同时节省时间和成本，引导钻头在产层中钻进，增加井眼与流体的接触面积来大幅度增加产能和采收率. 目前，多种随钻NMR测井仪器已经成功应用于油田服务[1-10]，如： Halliburton公司的MRIL-WD， Schlumberger公司的proVISION和BakerHughes公司的MagTrak.Baker Hughes还与Saudi Aramco联合研制并且成功应用了小井眼随钻核磁共振测井仪器[11, 12].在电缆NMR测井仪器国产化的同时，研制随钻NMR测井仪也刻不容缓. 磁体方案是NMR测井仪发展的标志，本文通过剖析随钻核磁共振测井仪的磁体方案和静磁场分布来研究其探测特性，有助于深入理解这项前沿技术，并为自主仪器的设计、实现和优化提供依据和方法.1 随钻NMR测井仪静磁场设计中的特殊问题NMR测井仪的基本组成为电子线路和探头，探头是NMR测井仪器的核心部件，又包括磁体和天线. 磁体和天线的设计直接决定测量方式、共振区域和信号强度等探测特性. 图1是MRIL-WD、 proVISION和MagTrak三种仪器的探头结构与敏感区的示意图[9,13,14]，图中箭头表示钻井液通道， DOI表示探测深度(Depth Of Investigation). 随钻NMR与电缆NMR测井仪器尽管测量原理相同，但特殊的工作环境对其提出更大挑战，同时提出了设计时必须考虑的一系列特殊问题.图1 随钻NMR测井仪探头结构(从左到右： MRIL-WD、 proVISION和MagTrak)Fig.1 Diagrams of NMR LWD tools (left to right: MRIL-WD, proVISION and MagTrak)(1) 磁体体积更受限随钻NMR测井仪器作为底部钻具组合(BHA)的一部分，挂接在API-17.15 cm无磁钻铤中，磁体中心必须有钻井液循环的通道；仪器骨架为了能够承受钻井过程中强烈的机械运动，也需占用较大空间. 因此，相对于电缆NMR测井而言，随钻NMR测井仪的磁体体积受到更严格限制，需要寻找相应的材料和更合理的设计才能保证静磁场强度.(2) 复杂运动中的测量随钻NMR测井仪在测量中经历钻井过程中的各种机械运动，主要包括(相对于仪器纵轴)：轴向转动、纵向钻进和径向振动. NMR测量需要极化和回波采集时间，成功的测量必须保证在此时间内的信号来自相同的观测区域，必须尽量减小测量过程中仪器运动的影响.(a) 轴向转动钻头转动切割、破碎岩石是最主要的钻井方式. 随钻NMR测井仪在旋转状态下测量，要求共振区域在井周的方位上不能存在盲区，并保证共振区域内的磁化量和磁化方向不随磁体旋转而改变.(b) 纵向钻进较高的测速要求是电缆NMR测井需要解决的重要问题，为此电缆NMR测井仪器几乎都配备较长的磁体进行预极化并加长敏感探测区域. 由于钻进速度(ROP)与测井速度相比很小，随钻NMR测井仪可以设计纵向稍短的敏感区域来提高纵向分辨率，并允许更多测量的数据累加来提高信噪比. 随钻NMR测井较低的测速也为对径向运动不敏感的T1测量创造了条件.(c) 径向振动 NMR测量为具有频率选择性的切片定位观测，若观测区域径向较薄而不采取措施，仪器的径向摆动将对测量造成致命影响. 射频脉冲的带宽ΔfRF和静磁场梯度G决定了共振区域的厚度Δr[15]：Δr=ΔfRF/γG(1)(1)式中：γ为旋磁比.有2种方案增加共振区域厚度： (i)增加射频脉冲带宽； (ii)减小静磁场梯度. (3) 仪器功率的要求 NMR测量的射频脉冲功耗很大，随钻NMR测井仪没有地面的直接电力供应，通常用大容量电池组和涡轮发电机配合供电；频率越高越多、敏感区越远时，射频脉冲和NMR信号受低矿化度地层水和钻井液的衰减越大. 因此，要实现长时间的作业，就要尽量降低功耗，包括： (a)频率不宜过高， (b)减少切片数,(c)探测深度适中.2 随钻NMR测井仪静磁场模拟与探测特性分析图2 MRIL-WD模型纵剖面和磁感应强度分布Fig.2 Static field distribution of MRIL-WD (longitudinal section)静磁场是产生NMR现象的基本条件，有限元方法(FEM)对于求解复杂结构、复杂边界和非线性介质边值问题下的静态磁场分布十分有效. 国内，胡法龙等人[16]，胡海涛等人[17]利用有限元方法求解了电缆NMR测井仪的二维平面静磁场分布，对电缆NMR测井仪的探测特性进行了研究. 下面利用三维有限元计算方法，模拟MRIL-WD、 proVISION和MagTrak三种随钻NMR测井仪的静磁场分布，讨论其探测特性.2.1 MRIL-WD的静磁场分布Halliburton公司2000年完成随钻NMR测井实验仪器EX-MRWD的现场测试[18,19]， 2001年完成商业仪器MRIL-WD[2]的研制. MRIL-WD为具有中心轴的居中测量仪器，敏感探测区为关于中心轴旋转对称的圆柱壳. 磁体结构源自电缆NMR测井仪MRIL，通过优化磁体体积和材料，将磁体放置在钻铤与泥浆通道之间.利用有限元方法得其磁场分布为梯度磁场，在径向上B0随深度的增加而减小，B0的等势线分布为以仪器纵轴为圆心的圆环(图2).MRIL-WD中心横截面上的二维磁感应强度和磁力线分布如图3所示，计算结果显示其磁感应强度关于仪器中心轴旋转对称(图3(a))，但磁力线方向分布(图3(b))不呈旋转对称. 虽然敏感区域中每一点的磁力线方向随仪器旋转不断改变，但满足“磁极化旋转不变[19]”，实际应用中可认为磁化方向一直与B0同向，不因仪器轴向转动而改变.图3 MRIL-WD二维磁感应强度 (a)与磁力线(b)分布Fig.3 Static field distribution of MRIL-WD (cross section)(a) magnetic flux density; (b) magnetic flux density vector2.2 proVISION的静磁场分布Schlumberger公司1997年起开发随钻NMR测井仪NMR-LWD， 2001年推出proVISION实时储层导向服务[14, 20]. proVISION使用管状钐钴磁体，磁体间用高导磁材料调整磁场分布.磁场分布模拟结果表明， proVISION的静磁场分布为低梯度磁场，磁感应强度等势线为以仪器纵轴为圆心的圆环(图4(a))，即关于仪器中轴旋转对称；地层中的磁场方向也关于仪器中轴旋转对称(图4(b)).2.3 MagTrak的静磁场分布Baker Hughes公司MagTrak的磁体结构直接基于“Inside-Out”概念，通过降低磁场梯度来获得最大信噪比并消除径向运动的影响.模型中的管状磁体同轴、同极相对放置. 模拟结果表明，两磁体间的磁感应强度B0关于纵轴旋转对称(图5(a))；磁力线向外发散，空间上呈轴对称分布(图5(b)). 图4 proVISION的磁感应强度(a)和磁力线(b)分布Fig.4 Static field distribution of proVISION (a) magnetic flux density(longitudinal section); (b) magnetic flux lines (oblique view)图5 MagTrak的磁感应强度(a)和磁力线(b)分布Fig.5 Static field distribution of MagTrak (a) magnetic flux density (longitudinal section);(b) axial-symmetric distribution of magnetic flux lines (oblique view)2.4 随钻NMR测井仪探测特性分析在过仪器中点且垂直于纵轴的平面上， 3种随钻NMR测井仪器的静磁场磁感应强度与探测深度间的关系如图6所示(以21.59 cm井眼为例).图6 磁感应强度与探测深度的关系Fig.6 Variations of magnetic flux density as a function of DOIMRIL-WD的探测深度为6.99 cm，此处B0为1.17×10-2T，对应氢核共振频率500.06 kHz，梯度约为1.4×10-3T/cm； proVISION的探测深度为6.99 cm，此处磁感应强度B0为6.01×10-3T，对应氢核共振频率为255.69 kHz，磁场梯度约为3×10-4T/cm； MagTrak的B0随探测深度的增大而先增大后减小，在探测深度5.21 cm处达到最大值1.17×10-2T，对应氢核共振频率为500.19 kHz，磁场梯度小于2×10-4T/cm.通过上述分析可知， MRIL-WD、 proVISION和MagTrak都通过巧妙的居中式磁体设计解决了磁体体积受限和仪器运动的问题. 3种仪器都为单频、居中式测量；探测深度均小于电缆居中型MRIL-Prime的9.53 cm，来满足随钻测量条件下对功耗的要求，同时它们的探测特性具有各自的特点(表1).表1 随钻NMR测井仪的探测特性对比Table 1 Comparison of NMR LWD tool’s investigation characteristicsMRIL-WDproVISIONMagTrak磁场梯度1.4×10-3T/cm3×10-4T/cm<2×10-4T/cm仪器位置居中居中居中中心共振频率500 kHz255 kHz500 kHz最小回波间隔0.5 ms0.8 ms0.6 ms敏感区直径35.56 cm35.56 cm32.00 cm敏感区高度60.96 cm15.24 cm7.11 cm仪器外径17.15 cm17.15 cm17.15 cm井眼范围21.59～26.99 cm21.27～26.99 cm>21.27 cm MRIL-WD的磁场梯度较高，在钻井过程中径向运动明显时用“饱和恢复脉冲序列”测量T1(Reconnaissance模式)[18]：首先用频带较宽(约100 kHz)的射频脉冲将较厚的地层“饱和”，再用频带较窄(约10 kHz)的“读出”脉冲测量不同等待时间的前几个回波，读出脉冲测量的范围始终处于被“饱和”的区域内，消除了径向振动影响. 因测量T1需要较长时间，数据测量效率较低. MRIL-WD的探测敏感区域很长(与MRIL-Prime相等)，纵向分辨能力相对较低，但测量T2(Evaluation模式)时的测速快. proVISION和MagTrak通过降低静磁场梯度来增大敏感区域的径向厚度使测量对径向振动不敏感，可以在钻井的过程中测量T2，测量效率较高；但低磁场梯度使扩散系数较大的轻烃和天然气在T2谱上的峰值偏移(对比高梯度电缆NMR测井仪)，不能直接沿用电缆NMR测井的某些成熟的处理方法，需要新的解释标准；二者的敏感区域高度小于MRIL-WD，具有相对较高的纵向分辨率.3 结论与建议通过对比随钻NMR测井仪探头结构，分析了随钻NMR测井仪静磁场设计的特殊问题；利用有限元法实现了3种随钻NMR测井仪磁体方案的静磁场分布，研究其探测特性，得到如下结论：(1) 随钻NMR测井不是简单地在钻井过程中进行NMR测量，磁体受限、复杂仪器运动和电力供应是探头设计面临的3大挑战；(2) 对于仪器运动，设计旋转轴对称的静磁场、环状或圆柱壳状共振区域，结合居中型测量方式，能消除轴向转动造成的共振区域变化；为减小仪器径向振动的影响必须通过加宽射频脉冲宽度和降低磁场梯度来增加探测区域径向厚度，仪器径向振动决定了不能进行多频测量；(3) 电力供应方面，随钻NMR测井仪宜采用浅探测深度、单一低频率的切片测量.参考文献:【相关文献】[1] Prammer M G. NMR logging while drilling (1995～2000)[J]. Concepts in Magnetic Resonance. 2001, 13(6): 409-411.[2] Drack E D, Prammer M G, Zannoni S, et al. Advances in LWD nuclear magnetic resonance[C]. SPE, 2001.[3] Horkowitz J, Crary S, Ganesan K, et al. Applications of a new magnetic resonance logging-while-drilling tool in a Gulf of Mexico deepwater development project[C]. 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随钻磁共振测井中的测量问题研究
随钻核磁共振测井（NMR-LWD）克服了线缆测井在一些特殊境况应用限制和钻井泥浆侵入液的影响，能够引导钻头在产层中钻进，增大流体暴露在钻孔中的面积，提高产能和采收率降低钻井成本。
受钻头与地层岩石碰撞的影响，仪器处于随机的运动中，导致CPMG脉冲序列测井质量较差。
掌握仪器的运动特性，能够依据运动情况指导测井，有效地提高测井质量。
本文针对仪器运动问题展开了讨论和分析，首先分析了随钻仪器的受力，阐述了仪器4种运动形式的机理；以核磁测井原理为基础，确立了横向运动为影响核磁测井质量的主要运动形式。
然后提出了一种利用惯性测量传感器实时测量横向运动的方法，解析了轴对称安装的一对双轴加速度计和磁力计测量横向运动的测量原理以及由该运动加速度和角度得到位移的解算算法。
最后依据实时获取的运动特性，提出了从建立低梯度静磁场、依据运动情况实时调整测量脉冲序列、依据测量运动位移补偿回波信号等3个方面改善运动对回波信号的影响。
基于以上的测量原理和方法，设计了一个横向运动检测电路系统，该电路以DSP和FPGA为基本架构，辅以相应的传感器和信号调理电路实现运动数据的采集、处理和传输。
该测量系统实时性高，体积小，耐高温，抗振动特性好，非常适合应用于随钻磁共振测井。