核磁共振测井基础理论汇总.docx

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1、核磁共振的应用核磁共振测井基础理论讲座中国石油勘探开发研究院测井与遥感所核磁共振的应用2007年10月10日•核磁共振（NuclearMagneticResonance—NMR）是一种重要的物理现象。1946年，斯坦福大学的Bloch和哈佛大学的Purcell分别用不同的样品（水和石蜡）、不同的方法（双线圈、感应法和单线圈、吸收法）独立地进行了体样品核磁共振实验，标志着核磁共振正式诞生。随后核磁共振在物理、化学、材料科学、生命科学和医学等领域中得到了广泛应用。核磁共振的应用目前核磁共振测井主要在裸眼井中测量，既可以用于电缆测井，也可以用于随钻测井，能够

2、为地层油气资源评价提供独特的、在许多情况下是不可或缺的重要信息，主要包反：与岩石矿物骨架成分无关的孔隙度；孔径分布（孔隙中只含有单相流体时）；毛管束缚水、泥质束缚水、可动流体；渗透率；可动流体中的油、气含量等。核磁共振的应用这些信息的获取和应用，改善了测井对地层油气评价的准确性、对储量计算的合理性、对产能预测的可靠性、以及对油气田增产措施评价的可能性。核磁共振现象•对于被磁化后的核自旋系统，如果在垂直于静磁场方向再加一个交变电磁场，而且，让其频率与拉莫尔频率，根据量子力学原理，核自旋系统将发生共振吸收现象，即处于低能态的核磁矩将通过吸收交变电磁场提供的

3、能量，跃迁到高能态。这种现象即是所谓的核磁共振。原子核的磁性•核磁共振技术的基础是原子核的磁性及其与外加磁场的相互作用。原子核的磁性起源于原子核的磁矩，而原子核的磁矩又起源宇原子核前自旋角动量。原子核由质子和中子组成，质子带正电，中子不带电，质子与中子统称核子。研究表明，所有含奇数个核子、以及含偶数个核子但原子序数为奇数的原子核，都具有内秉角动量（或叫“自旋”）。这样的核，自身不停地旋转，犹如一个旋转的陀螺。原子核的磁性由于原子核带有电荷，它们的自旋将产生磁场，像一^个磁棒,核磁矩矢量为〃=ZP❸•没有外加磁场时，单个核磁矩随机取向，宏观上不显磁性外加

4、磁场中的自旋拉莫尔方程当核磁矩处于外加静磁场中时，它将受到一个力矩的作用，从而会像倾倒的陀螺绕重力场进动一样，绕外加磁场的方向进动）进动频率由Larmor（拉莫尔）方程确定，即，C1①。”。式中，为外加磁场的磁感应强度。例如，在强度为0.025T的外加磁场中，氢核的拉莫尔进动频率是L065MHz。不同的原子核，由于其值不一样，在相同的外加磁场中，将有不同的进动频率。另一方面，同一种原子核，在不同强度的磁场中，其进动的频率也会不同。•根据量子力学原理，在外加磁场中，核磁矩的空间取高是量子化的。例如，自旋为1/2的氢核，磁矩只有与平行和反平行两种取向。平行

5、于的磁矩处于低能态，与反平行的磁矩则处于高能态。外加磁场使核自旋的能级发生分裂。相邻能级之间的能量差为亚=纥I-Em=施0•式中，h为普朗克常数。宏观磁化矢量在外加磁场中，整个自旋系统被磁化，宏观上产生一个净的磁化矢量和。该宏观磁化量与外加磁场B0平行。M平行磁矩的布局多于反平行磁矩。根据高能级与低能级粒子布居满足波尔兹曼分布。在B0磁场中，宏观磁化强度的大小火Nr2h2I(I+l)B0M=3KT其中，K为玻尔兹曼常数；T为绝对温度；N为单位体积中的核自旋数。低能态90°pulse180°pulse纵向弛豫过程1235纵向弛豫过程按照［1-exp(-t

6、/Tl)］规律恢复横向弛豫过程A01--.....—.....—J11.050100150200Time(ms)横向弛豫过程按照［exp(-t/T2)］规律恢复自由感应衰减信号90°pulse+/也211CPMG(CarrPurcellMeiboomGill)脉冲序列时间（ms）0T2t时间（ms）•反转恢复法P180P90FIDrP180tlP90P180・反转恢复法一M°•饱和恢复法90°x180°x180°x180°xT1>T2TE=2tyO°180°180°180°180°exp(-2nx/T2)4t6tPolarization2fTFrec

7、overyRD核磁共振仪器Halliburton/NumarMRILBMRILCMRILPrimeMRWDSchlumbergerCMR-ACMR-200CMRPlusMRScannerBakerAtlasMRILBMRILCMREx单频双频9个频随钻仪器TE=320rsTE=200pisTE=200pis&预极化磁体天线Frequency1Frequency2,Frequency3^Frequency4Frequency5Frequency6Frequency7Frequency8Frequency9a/uviarMRIL-PrimeToolSpec

8、ificationsMaximumTemperature35077MaximumPressur