專利名稱：：地質(zhì)結(jié)構(gòu)的石油物理特性的核磁共振測定法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及用于獲取地質(zhì)結(jié)構(gòu)定量和定性測量的系統(tǒng)。具體地說，本發(fā)明提供一種高效而且是有效地利用由核磁共振(NMR)技術(shù)獲取測定地質(zhì)結(jié)構(gòu)的石油物理特性信息的方法。確定地層是否將產(chǎn)生可變數(shù)量碳?xì)浠衔镄畔⒌年P(guān)鍵石油物理特性是地層的含水飽和度SW。SW被定義為充有地層水的地層孔隙容積的百分率，并且與其它重要參數(shù)，如總?cè)莘e水(BVW)、總?cè)莘e碳?xì)浠衔?BVH)及地層孔隙率(PHI)有如下關(guān)系BVW＝PHI×SW；BVW＝PHI×(1-SW)。顯然，如果地層的孔隙容積被完全充以水，也即，若SW＝100％，則這樣的地層從找油的目的看是沒有意義的。另一方面，若地層可能的含水飽和度為最小值，則將顯示全是碳?xì)浠衔锒鴽]有水。地層的最小可能含水飽和度被稱為束縛水飽和度SWIRR。束縛水飽和度SWIRR與地層的平均粒度有關(guān)。譬如頁巖和粘土，它們的板狀結(jié)構(gòu)和小粒度相比于同體積的沙粒有很大的表面面積。這樣的效果是使大量的水束縛到它們的結(jié)構(gòu)中。此外，由于它們的粒度細(xì)以及把水保持在應(yīng)有位置的能力強，以致頁巖的透水性實際為零而且孔隙率高。所以頁巖降低了保持可提取的(游離)液體的地層的孔隙率，同時，增加了被束縛于巖層的水量。利用上面的關(guān)系，束縛水飽和度SWIRR使人們能像下面這樣計算地層所束縛的水，被稱為地層的總?cè)莘e束縛水(BVI)，即單位體積地層束縛地層水的百分比，BVI＝PHI×SWIRR。如上面所討論的含水飽和度的關(guān)鍵性是，由此提出很多用來對給定的地層確定它的值的方法。要得到SW值的標(biāo)準(zhǔn)方法是利用阿爾奇(Archie)地層因數(shù)法。地層因數(shù)F被定義為F＝RO/RW＝CW/CO，其中RO是儲集巖被完全由電阻率為RW的含水電解質(zhì)飽和時的電阻率，CO和CW是相應(yīng)的電導(dǎo)率。另外，給出了孔隙率(PHI)的含義，它是一個由孔隙和空隙所充滿的取樣總體積的組成部分；電阻率RI，即以電阻率為RO的電解質(zhì)部分浸透至飽和度SW的儲集巖電阻，采用常規(guī)測井技術(shù)，阿爾奇(Archie)地層因數(shù)分析給出以下有關(guān)孔隙率(PHI)與地層因數(shù)(F)，以及電阻率與飽和度的經(jīng)驗關(guān)系，即F=aPHIm]]>(1)Swn=FRwRt]]>實際上，“a”(地層因數(shù)系數(shù))、“m”(粘結(jié)指數(shù))和“n”(飽和指數(shù))的值是隨地層類型及碳?xì)浠衔锏男再|(zhì)變化的。但在大多數(shù)情況下，對于某一大范圍各處，分析將使用同樣的關(guān)系，所述范圍包括多種巖性、孔隙類型和粒度。在這樣的情況下，常常難于選擇正確的“a”、“m”和“n”值。由于這些參數(shù)被用于使孔隙率與地層因數(shù)有關(guān)，還有電阻率與飽和度相聯(lián)系，所以這種正確值的選擇是非常重要的。為減少上述關(guān)系的復(fù)雜性，已經(jīng)注意到，如果“a”是常數(shù)，則它應(yīng)等于1，因為在孔隙率為100％的情況下，F(xiàn)應(yīng)為1。于是，地層因數(shù)F與孔隙率間的關(guān)系簡化為F=1PHIm]]>另外，如果孔隙率PHI和飽和度SW不作為獨立變量對待，可進(jìn)一步簡化關(guān)系式(1)。當(dāng)假設(shè)孔隙率和飽和度單獨被用于進(jìn)行地質(zhì)結(jié)構(gòu)的實驗室研究時，通稱測井分析，對于解釋實際的電阻率測井來說，這種模式的復(fù)雜性不是必需的?？紤]到上面這些，已經(jīng)提出排除孔隙率和飽和度作為獨立變量，而只用總體積水項(孔隙率與飽和度之積)來建立所含液體的電導(dǎo)率與所測量的地層電導(dǎo)率之間的關(guān)系。這種方法具有附帶的好處，即避開了單獨估算指數(shù)“m”和“n”數(shù)值的需要。在G.R.Coates和J.L.Dumanoir的題為“一種改進(jìn)導(dǎo)出測井透水性的新方法”(SPWLA，測井論文集第14年度P.1，1973)文章中，找到一個既能適用于飽和指數(shù)“n”，又能適合于粘結(jié)指數(shù)“m”的通用值“w”。所提出的用所述單一指數(shù)使BVW，即PHI×SW與電阻率相關(guān)的表示式是(PHI×SW)W＝RW/Rt其中w是用于使BVW與RW/Rt相聯(lián)系的單一指數(shù)；PHI是巖石的總孔隙率；RW是地層水的電阻率；Rt是巖石的純電阻率。所提出的單一指數(shù)表示式直至最近才被廣泛用于測井生產(chǎn)。因為為了測試W的近似值，測井分析只能假設(shè)巖石是全充水的。換句話說，該單一指數(shù)表示式只能通過假設(shè)PHI×SW＝PHI而對W求解。孔隙率項可由常規(guī)測井儀器被確定。由假設(shè)充水情況所得的結(jié)果只在水區(qū)有效，而在所關(guān)心的碳?xì)浠衔飬^(qū)造成w的估計過高。常常需要對充有碳?xì)浠衔锏那闆r，即對PHI×SW＝BVI情況求解w，以便能得到對所關(guān)心的碳?xì)浠衔飬^(qū)有效的w結(jié)果。在利用表示式(1)得出所需參數(shù)的準(zhǔn)確值時的附帶困難起因于這樣的事實，即電阻率的測量要受到地層中存在粘土礦物的影響。為了補償這些能明顯降低測量精度的影響，必須得到地層粘土礦物含量的估計值。利用主觀的、多次復(fù)雜的和不精確的粘土指示劑法，以傳統(tǒng)方式得出這樣的估計值。隨著NMR測井的出現(xiàn)，已經(jīng)出現(xiàn)多種新的確定w以及多孔介質(zhì)的其它液體流動特性的選擇方案。在A.Timur的題為“孔隙率、活動液體及砂巖滲透性的脈沖核磁共振研究”一文(《石油工藝雜志》1996年6月P.775)中，以經(jīng)驗方式表示，NMR方法給出一種孔隙率、活動液體及巖層滲透性的快速無損測定法。公知的是，當(dāng)使磁矩組合，如氫核的磁矩組合暴露于靜態(tài)磁場時，它們有沿著磁場方向取向的趨勢，由此產(chǎn)生體磁化強度。這種體磁化強度相對于靜態(tài)磁場的條件而建立平衡的速率是由被稱作自旋點陣弛豫時間的參數(shù)T1表征的。已知確定T1值的機(jī)理與分子動態(tài)特性有關(guān)。液體中的分子動態(tài)特性是分子大小及分子間相互作用的函數(shù)。所以，水以及不同種類的石油有不同的T1值。在非均質(zhì)介質(zhì)，如其孔內(nèi)包含液體的多孔固體中，靠近固體表面的分子的動態(tài)特性也是顯著與液體基本部分的動態(tài)特性不同的。因此，可以理解，所述參數(shù)T1提供很好的有關(guān)測井參數(shù)的有價值的重要信息。對于T1參數(shù)的測量來說，存在許多干擾磁矩組合，如氫核的磁矩組合平衡的方法。這些方法中的每一種提供測量一定體積(稱為“靈敏體積”)內(nèi)巖層的T1的裝置，所述體積主要由圍繞著所述磁結(jié)構(gòu)的磁場形狀確定。測量的信噪比受到靈敏體積與所述體積內(nèi)磁場均一度(最大通量密度減去最小通量密度)之比的限制，并隨這個比率正比地增大。在任何給定的NMR儀器結(jié)構(gòu)中，所述設(shè)備將只響應(yīng)屬于靈敏體積內(nèi)的核。在本發(fā)明的以及這里描述的現(xiàn)有技術(shù)的儀器中，所述靈敏體積的范圍由發(fā)射天線和接收天線的輻射方向圖以及磁場的詳細(xì)結(jié)構(gòu)與接收器的通頻帶寬的配合確定。一個給定的核在受到激發(fā)時將要響應(yīng)或?qū)⒁l(fā)射的輻射頻率與它所在磁場的通量密度成正比。比例常數(shù)與核素有關(guān)。對于氫核而言，此常數(shù)為42.5759MHz/Tesla.如果NMR接收器的通頻帶從1.30MHz延伸到1.31MHz，該儀器將在通量密度為30.5mT至30.8mT之間的磁場范圍對氫核靈敏，同時提供的天線輻射方向圖，使得能從這些位置接收足夠的信號。如果需要研究位于特殊區(qū)域內(nèi)的核，必須將磁場結(jié)構(gòu)、天線輻射方向圖以及接收器通頻帶全都調(diào)節(jié)成對這個區(qū)域，而且只對這個區(qū)域靈敏。由于最終信號的信噪比正比于(連同另外的常數(shù)一起)接收器通頻帶寬的平方根，所以，重要的在于使所需靈敏體積內(nèi)磁場的變化最??；這個變化越小(磁場均一度越好)，意味著信噪比越好。由于信噪比還隨頻率的增大而增大，所以，所述體積內(nèi)均勻的磁場強度也是非常重要的。是否將這個均勻的強度規(guī)定為中間值、平均值或這個靈敏體積所擁有的值范圍內(nèi)的某些其它值則是不重要的，因為只有在信噪比是值得注意的情況下才有較大的差別。被稱為“施呂姆貝格(Schlumberger)核磁共振測井儀器”的舉例中說明了一種測量巖層的T1的方法。這種儀器由R.C.Herrick、S.H.Couturie和D.L.Best在“一種改進(jìn)的核磁測井系統(tǒng)及其對地層評價的應(yīng)用”(刊出在54thAnnualFallTechniclConference&amp;ExhibitionoftheSocietyofPetroleumEngineersofAIME，heldinLasVegas，Nev.，Sept.23-26，1979的SPE8361)中有所描述，并且還由R.J.S.Brown等人在名為“利用核磁弛豫速率的確定探查地球的地層及流體物質(zhì)”的美國專利US3,213,357中有所描述。施呂姆貝格核磁共振測井儀器利用比較強的DC極化場圍繞巖層，為的是使質(zhì)子的自旋近似垂直于地磁場排列，以此測量在地磁場中質(zhì)子核磁矩的自由旋進(jìn)。為了充分的極化(近似2秒)，所述極化場必須加給一個大約5倍于T1(自旋點陣弛豫時間)的時間。極化結(jié)束時，該場快速改變方向。由于質(zhì)子自旋不能跟上這種突然的變化，它們?nèi)员３峙懦纱怪庇诘卮艌霾⒃凇袄l率”下相對于所在地的地磁場繞該場旋進(jìn)(根據(jù)位置，大約從1300至2600Hz)。所述自旋旋進(jìn)在拾波線圈中感應(yīng)出一個正弦信號，其幅值正比于地層中存在的質(zhì)子密度。由于在整個靈敏體積內(nèi)局域磁場的不均勻性，信號隨對照于T2(橫弛豫時間)的時間衰減。多種改進(jìn)的NMR測井儀器和使用這些儀器的方法廣泛地記述于美國專利US4,710,713、4,717,876、4,717,877、4,717,878；5,212,447和5,280,243，所有這些都為本發(fā)明的受讓人所擁有。下面更為詳細(xì)描述的本發(fā)明方法采用上面所引用的各專利描述的儀器和方法，以得到以前得不到的有關(guān)地質(zhì)結(jié)構(gòu)組分的數(shù)據(jù)。來自上述儀器的測量結(jié)果被用于與新的和現(xiàn)存的理論發(fā)展結(jié)合在一起，得到增強的、與地質(zhì)結(jié)構(gòu)的石油物理特性有關(guān)的信息。詳細(xì)地說，利用標(biāo)準(zhǔn)的和NMR測量結(jié)果的新說明得到包括其粘土礦物內(nèi)容的地層特性，然后這些內(nèi)容就可被用來確定關(guān)鍵的石油物理特性，如含水飽和度。本發(fā)明的方法提供一種改進(jìn)的系統(tǒng)，利用NMR方法得到有關(guān)地質(zhì)結(jié)構(gòu)的信息。在本發(fā)明的系統(tǒng)中，一種NMR測井儀器被用于把磁極化場給予部分地質(zhì)層。然后可檢測來自所述地層中受激核的核磁共振信號，以得到計算許多重要的、包括地層的孔隙率、粘土礦物內(nèi)容及總?cè)莘e束縛水的石油物理參數(shù)的數(shù)據(jù)。本發(fā)明的系統(tǒng)和方法提供直接測定束縛水(BVI)容積的可能性，這種測量結(jié)果被用于改善由含水飽和度引出的測井曲線的可靠性，尤其是在巖性復(fù)雜的情況下。另外，與其它孔隙率測量相比，磁共振測井(MRL)孔隙率響應(yīng)的實測值比起普通測井?dāng)?shù)據(jù)一般所能達(dá)到的，提供一種更為直接的確定粘土礦物結(jié)合水含量的方法。具體地說，由于NMR儀器發(fā)現(xiàn)不了短于1.5ms的弛豫時間，而這是有粘土礦物結(jié)合水和其它具有短弛豫特性多孔系統(tǒng)的征兆，按照本發(fā)明，在大約2ms脈沖速率條件下運行的MRL測量孔隙率，在排除粘土孔隙率影響的同時，這種孔隙率可被用為地層有效孔隙容積的估計量。于是，有效孔隙率(PHIEF)與總孔隙率(PHIT)及粘土結(jié)合水孔隙率(PHICL)有如下關(guān)系PHIMRL＝PHIEF＝PHIT-PHICL，其中PHIMRL是MRL測得的孔隙率。按照本發(fā)明的優(yōu)選實施例，在MRL孔隙率測量結(jié)果與由常規(guī)來源所得到的總孔隙率的估計量結(jié)合的情況下，這個關(guān)系式提供直接確定粘土礦物結(jié)合水組成部分(SWb)的可能性，這一特性反過來使得用戶能對電阻率測井的測量結(jié)果進(jìn)行修正，從而得到精確的含水飽和度估計量。在另一則實施例中，孔隙率和一定容積的束縛水還被用于確定另外的地層石油物理特性。特別是利用表示式(PHI×SW)W＝RW/Rt計算總?cè)莘e水，w的第一表觀值是假設(shè)為充水地層(PHI×SW＝PHI)，而w的第二表觀值是假設(shè)為充油的地層(PHI×SW＝BVI)。由一種使參數(shù)w與w的兩個表觀值相聯(lián)系的新模型引出另外的地層石油物理參數(shù)，如地層的束縛水含水飽和度分布圖。圖1是一個表示用于得到地質(zhì)結(jié)構(gòu)的核磁共振測量結(jié)果的測井設(shè)備局部框示圖；圖2表示一連串自旋回波弛豫信號的圖線，這些信號作為利用圖1所示核磁共振系統(tǒng)研究的地質(zhì)結(jié)構(gòu)的幅值-時間的函數(shù)；圖3是典型的美國海灣沿岸地區(qū)高孔隙率沙灘地的測井曲線圖，包括w的地層表觀值(曲線3)以及NMR孔隙率和總?cè)莘e束縛水(曲線4)；圖4是圖3地層的ww與RXO/Rt值的比較；圖5是圖3地層的wi與RXO/Rt值的比較；圖6是圖3地層的ww與wi值的比較；圖7是圖3地層的ww與SWIRR(由總?cè)莘e束縛水和孔隙率的NMR測量結(jié)果確定)值的比較；圖8是常規(guī)結(jié)果(曲線4)與本發(fā)明方法在對圖3地層確定總?cè)莘e束縛水時所得結(jié)果(曲線3)的比較；圖9是愛德華碳酸鹽地層的測井曲線圖；圖10是圖9地層的ww與wi值的比較；圖11是圖9地層的ww與RXO/Rt值的比較；圖12是圖9地層的wi與RXO/Rt值的比較；圖13是圖9地層的wi與ww值的比較；圖14是圖9地層的ww與SWIRR(由總?cè)莘e束縛水和孔隙率的NMR測量結(jié)果確定)值的比較；圖15是確定巖心的SWIRR與圖9地層附近的一個井所取巖心取樣的w的比較；圖16是常規(guī)結(jié)果(曲線4)與本發(fā)明方法在對圖9地層確定總?cè)莘e水時所得結(jié)果(曲線3)的比較；圖17是在頁巖型沙地情況下密度-中子MRL孔隙率測量結(jié)果的比較；圖18是多種粘土結(jié)合水指示劑對比的圖示；圖19是本發(fā)明MRL分析法的方框圖；圖20是由CWa所得SWb與本發(fā)明MRL法比較的圖示；圖21表示根據(jù)發(fā)明方法在傅氏(Frio)頁巖型沙地的實例中計算SWb所得的結(jié)果；圖22表示由本發(fā)明方法在墨西哥Eugene島海灣的實例中計算SWb所得的結(jié)果；圖23表示來自德克薩斯海灣沿海地區(qū)含水傅氏(Frio)頁巖型沙地的區(qū)間；圖24A是表示利用密度-中子交會圖孔隙率的RW的Pickett圖線；圖24B是表示利用密度-中子交會圖孔隙率的富粘土頁巖的Pickett圖線；圖24C是表示利用密度孔隙率(砂巖基質(zhì))的富粘土頁巖的Pickett圖線；圖25A是關(guān)于最純凈、最潮濕的沙地的密度-中子圖線；圖25B是著重關(guān)于富粘土頁巖的密度-中子圖線；圖26A是以總孔隙率平衡CCW的密度-中子圖線；圖26B是以總孔隙率定標(biāo)的密度-中子圖線；圖27是采用新的總空隙率的水實例的Pickett圖線。參照圖1，鉆孔10被示于地層12中，地層12具有要用本發(fā)明的方法和設(shè)備測試的結(jié)構(gòu)。所述鉆孔內(nèi)有一測井儀器16，它由繞過上方的滑輪20和22的鋼索18所懸掛，鋼索18的位置由電機(jī)24確定。測井儀器16的上部包括測距電子線路26、γ射線檢測電子線路28和磁共振成象(MRI)電子線路30。MRI傳感器32被懸掛在儀器的底部，用以激勵周圍的地質(zhì)地層。這種激勵場一般為如參考標(biāo)號34所表示的那樣的圓柱形?？杀挥糜谒鰝鞲衅?2的改進(jìn)裝置廣泛地記述于美國專利US4,710,713、4,717,876、4,717,877和4,717,878，借助這些參考文獻(xiàn)，可將所有的目的包含于其中。在均勻的同位素介質(zhì)中，試樣的自旋-回波弛豫的自旋-自旋脈沖-回波測量結(jié)果反映孔隙的表面-體積特性。在測井環(huán)境遇到的各種典型巖石中，這些巖石是多種礦物的復(fù)雜混合物，它們常常包括各種各樣的孔隙尺寸。因此，在這樣的環(huán)境下測得的自旋-回波弛豫是一種復(fù)雜的現(xiàn)象，是就孔隙的表面-體積比率以及表面-液體相互作用方面存在變化的反映。圖2表示一連串自旋回波弛豫信號的圖線，這些信號作為利用圖1所示核磁共振系統(tǒng)研究的地質(zhì)結(jié)構(gòu)的幅值-時間的函數(shù)。這種應(yīng)用中的各脈沖間的時間間隔一般在1.5至3ms之間。標(biāo)記為“A-H”的時間間隔對應(yīng)于各種粒徑的信號間隔，間隔“A”對應(yīng)于顆粒大于500μm的間隔，間隔“H”對應(yīng)于顆粒大于8μm的間隔等。利用每個選通信號時間窗口的回波回歸到時刻0得到表觀的孔隙幅值。這種回歸方法為那些熟悉本領(lǐng)域的人所公知，并在以下的參考文獻(xiàn)中有所描述，即K.Fukunaga，IntroductiontoStatisticalPatternRecognition，AcademicPress，1972；Bhattacharyya&amp;Johnson，StatisticalConceptsandMethods，wiley&amp;Sons，1977；以及Devijver&amp;Kittler，PatternRecognition--AStatisticalApproach，PrenticeHall，1982.作為實際儀器工作的結(jié)果，自旋-回波信息的測量結(jié)果被延遲幾毫秒(對于這里列為參考文獻(xiàn)的上面所參照的專利中描述的儀器而言，一般是＜5ms)。在這段時間間隔(tdel)內(nèi)，沒有地層信息被單值地測量。這段時間間隔tdel包括與一組選擇的孔隙尺寸相關(guān)的表面-體積響應(yīng)曲線，這組響應(yīng)曲線直接與和粘土粒度有關(guān)的孔隙尺寸有聯(lián)系。因此，通過利用參數(shù)tdel適當(dāng)選擇回波信號通過的選通窗口，可以給出自旋-回波測量結(jié)果，這樣就能測量去掉那些相關(guān)的、與所要說明的粒徑有關(guān)的孔隙表面-體積比的總孔隙容積。這段時間間隔tdel內(nèi)漏掉的那些孔隙表面-體積響應(yīng)曲線包括巖石容積的粘土礦物組成部分，于是，給出這種NMR測得的孔隙率與巖石總孔隙率間的直接聯(lián)系。換句話說，在孔隙＞2μm的沒有粘土礦物的環(huán)境中，NMR回波信號外推到時刻0，給出總孔隙率PHIt的測量，但在包含粘土礦物，從而含有粘土孔隙尺寸的頁巖型沙地中，NMR孔隙率測量不考慮無儲油特性微孔隙的影響。正如下面將要詳細(xì)描述的那樣，這種特性使得NMR孔隙率測量特適用于估計油儲容量，以保證生產(chǎn)。上面討論的現(xiàn)有技術(shù)參考文獻(xiàn)(例如，參見A.Timur的文章JournalofPetroleumTechnology)表示可將NMR用于確定被稱為“自由流體指數(shù)”(FFI)的巖石參數(shù)。FFI方法依賴弛豫的使用，這種弛豫存出現(xiàn)在選擇tdel之后的測量時間。這段時間間隔叫作弛豫現(xiàn)象的長分量(一般tdel≥22ms)。被描述為長分量弛豫的孔隙容積與由完整的NMR譜給出的孔隙容積之間的差值提供一種孔隙總?cè)莘e的直接測量，由存在的表面張力及其它毛細(xì)作用力，將這種孔隙總?cè)莘e固定在應(yīng)有的位置。這種參數(shù)，即束縛水總?cè)莘e直接與非粘土粒徑巖石的孔隙表面-體積有關(guān)。這里明確地將其內(nèi)容結(jié)合至參考文獻(xiàn)的上述美國系列專利07/701,516(1991年5月16日申請)中，通過比如Coates的自由流體坡莫(perm)模型，孔隙率及總?cè)莘e束縛水的NMR測量結(jié)果也被用于發(fā)現(xiàn)巖石的固有透水性，因為這些被測的參數(shù)(孔隙率及總?cè)莘e束縛水)反映巖石可生產(chǎn)性的本質(zhì)組成部分。本發(fā)明的方法和設(shè)備是以這樣的發(fā)現(xiàn)為基礎(chǔ)的，即孔隙率及總?cè)莘e束縛水的NMR值還可通過下述表示式被用于確定地層的總?cè)莘e水(BVW＝PHI×SW)與電阻率比值RW/Rt之間的弛豫關(guān)系“w”(PHI×SW)W＝RW/Rt(2)其中w是用于使BVW與RW/Rt相聯(lián)系的單一指數(shù)；PHI是巖石的總孔隙率；RW是地層水的電阻率；Rt是巖石的純電阻率。如上面所討論的那樣，由于現(xiàn)有技術(shù)的裝置能測量孔隙率，但不能測量總?cè)莘e束縛水，所以，現(xiàn)有技術(shù)的方法只能通過假設(shè)充水情況(PHI×SW＝PHI)求解一個表觀的w值。這就造成在碳?xì)浠衔飬^(qū)中w的過高估計。有益的是，利用已知的NMR總?cè)莘e束縛水(BVI)，通過假設(shè)充有碳?xì)浠衔锏牡貙?PHI×SW＝BVI)可求解一個第二表觀w值。所以，本發(fā)明對充水地層也對充碳?xì)浠衔锏牡貙犹峁﹚的表觀值。通過下述兩個假設(shè)來求解W的這些表觀值，即第一，地層的這些區(qū)域處于束縛水飽和(SW＝SWIRR，BVW＝BVI，w＝wi)情況，第二，這些區(qū)域是充水的(SW＝1.0，BVW＝PHI，w＝ww)。在這些假設(shè)條件下，對w的表觀值求解表示式(2)，得到兩個表示式wi＝log(RW/Rt)/log(BVI)(3)ww＝log(RW/Rt)/log(PHI)(4)于是，由于用本領(lǐng)域公知的常規(guī)電阻率測井可確定Rt，而且對于給定的地層來說，由上述NMR裝置可確定BVI和PHI，所以一旦已知RW，就可對其兩個端點wi和ww求解w。對于典型的美國海灣沿岸地區(qū)高孔隙率頁巖型沙地來說，已由熟悉本領(lǐng)域的人找到Pickett圖線，用以確定RW。一旦由該Pickett圖線確定RW時，還應(yīng)該就粘土的影響對它修正。粘土修正也為熟悉本領(lǐng)域的人所公知，而且可以通過利用多重粘土指示劑的分選作用，確定相當(dāng)?shù)恼惩两Y(jié)合水組成部分，來完成這種修正。在已確定經(jīng)過粘土修正的RW值的同時，可以通過用NMR測得的值分別代替表示式(3)和(4)中的BVI和PHI，定出w的表觀值。可從圖3中的曲線3觀察關(guān)于上述海灣沿岸地層的ww和wi測井曲線。正如所預(yù)期的那樣，當(dāng)PHI接近BVI時，w的兩個估計值趨于接近相同值。在已確定w表觀值的同時，利用常規(guī)測井曲線判讀裝置，就能確定證實這些值是否對所假設(shè)的條件給出準(zhǔn)確的結(jié)果。這種裝置將幫助確定是否一個特別的勘測區(qū)域很可能是充水的或處于束縛水的情況下。一種實現(xiàn)這個的裝置是靠繪制ww和wi的圖線，每個圖線各自對應(yīng)一個不同的、密切相關(guān)的飽和度，但其中的一個很大程度地不受地層因素，如比值RXO/Rt(其中RXO是潮濕區(qū)的電阻率)的影響。圖4和5分別示出上述美國海灣沿岸地區(qū)高孔隙率頁巖型沙地所得到的這種ww和wi圖線的實例。根據(jù)圖4，熟悉測井曲線的分析員可以分辨出幾種有關(guān)結(jié)構(gòu)的情況，它們包括束縛水情況下的沙地、接近于SW＝1的沙地、頁巖截面、礦物變化，以及反映粘土礦物和碳?xì)浠衔锖坑绊懙内厔荨Ｌ貏e重要的是，含水的沙地中，處于所假設(shè)的條件下或接近該條件的情況，即SW＝1時，WW的值接近1.8。這個值正好與同類巖石的實驗室研究中所?？吹降闹迪鄬?yīng)。于是，隨著我們接近所假設(shè)的PHI×SW＝PHI條件，WW給出W的精確測定。根據(jù)圖5，Wi圖線表示與假設(shè)的改變相關(guān)的數(shù)據(jù)圖線的變化。根據(jù)對同類巖石的實驗室研究中所觀察到的值，現(xiàn)在沙地的碳?xì)浠衔锖扛哂诮o定的值比較多，而非束縛水區(qū)給出的值非常低。于是，隨著我們接近所假設(shè)的PHI×SW＝BVI條件，Wi給出W的精確測定。此外，特別重要的是，從圖4和5看出，W明顯地隨束縛水飽和度變化。如圖5所示，隨著Wi的減小，SW增加。這意味著含水區(qū)和含碳?xì)浠衔飬^(qū)域中采用“m”和“n”常數(shù)值的現(xiàn)有技術(shù)可能產(chǎn)生誤差，因為那會造成在有些地層中過度估計碳?xì)浠衔锏暮?，而在其它地層低估它們。這種趨勢可從圖6的Wi對WW圖線得到進(jìn)一步的研究。研究圖6，熟悉本領(lǐng)域的人可以看出，含水的沙地是一條在值1.8處的豎直走向，而在SWIRR處的沙地趨于右上方并超過該值。從圖7的WW對表觀SWIRR的圖線可確定W隨束縛水飽和度變化的進(jìn)一步證明，其中表觀的SWIRR等于NMR測得的總?cè)莘e束縛水BVI被NMR測得的孔隙率PHI除。圖7使得能夠判斷與SW增加的影響相關(guān)的趨勢以及與增大SWIRR的趨勢。重要的在于，還示出SWIRR和W之間的趨勢，同時提供顯現(xiàn)類似這些的頁巖型沙地地層所用W值的關(guān)系圖線。從圖7描繪的趨勢確定的最佳第一級方程引出下述方程W＝0.4×SWIRR+1.65(5)圖8的曲線2表示關(guān)于上述地層的W(用表示式(4)計算的)、Wi和WW測井曲線。用W計算的最終總?cè)莘e水被示于圖8的曲線3，這里所用的W被限定為大于或等于Wi，并小于或等于WW，因為WW和Wi代表W的端點。正如所能看到的，比較曲線4所描繪的普通“m”和“n”的分析，結(jié)果在有些原有的“表示”中增加了水，而在另一些“表示”中則減少了水。圖8還表示W(wǎng)信息通過將所預(yù)測的W與WW和Wi相比較來預(yù)測SWIRR值的能力。正像所能看到的那樣，當(dāng)WW＞W(wǎng)時，存在碳?xì)浠衔?，而?dāng)W大于Wi時，表示無SWIRR區(qū)。只有當(dāng)W＝Wi時，才會有SWIRR區(qū)域。對于上述地層，圖8的上部沙地的頂部表示的是所測試的成品，并且造成600mcfpd氣體共30日，然后產(chǎn)生大約20BWPD和50BOPD，最后在100BWPD和40BOPD情況下達(dá)到平衡。作為例子，研究比上述頁巖型沙地更為復(fù)雜的碳酸鹽地層，以證實上述結(jié)果。圖9表示有關(guān)這種地層的測井曲線數(shù)據(jù)。所示的區(qū)間是德克薩斯中部的愛德華地層。正如以表觀石灰石孔隙率單位所表示的常規(guī)孔隙率測井曲線(圖9的曲線3)所示的那樣，巖性是復(fù)雜的，并且難于得到正確的“a”，“m”和“n”值。但NMR導(dǎo)出的孔隙率緊密地跟隨巖心導(dǎo)出的孔隙率(圖9的曲線4)，證明了NMR測井確定孔隙率而不影響復(fù)雜巖性的能力。于是，使確定復(fù)雜巖性的孔隙率的問題減至最小，同時脫離有關(guān)孔隙率對地層因數(shù)的爭論點。圖10的曲線3表示W(wǎng)i和WW的第一個合格的類比結(jié)果。圖11表示這種區(qū)間的WW對RXO/Rt的圖線。較高的RXO/Rt最大值給出很好的證明，即這種區(qū)間的主要部分有較高的水含量。根據(jù)Wi對RXO/Rt的圖線看相鄰的BVI時，圖12證實了較高的水含量和有碳?xì)浠衔锎嬖诘淖C據(jù)。由圖11和12中的WW和Wi對比表明了這一點。這些結(jié)論還得到了圖13中Wi對WW圖線所能看到的趨勢的支持。圖14表示W(wǎng)W與SWIRR的比較，其中SWIRR由有如上述的NMR孔隙率及總?cè)莘e束縛水的值導(dǎo)出。上面所討論的海灣沿岸地區(qū)頁巖型沙地的實例中所看到的趨勢如實線(等效于表示式(4))所示。正如所能見到的那樣，該實線與證實表示式(4)對這類地層可行的數(shù)據(jù)下界限嚴(yán)密地相符。落在上述這條線上的數(shù)據(jù)意味著在SWIRR或碳?xì)浠衔镉绊懴碌姆莾τ蛶r(頁巖)。表1示出在這種場合下有關(guān)井附近同類巖石的全巖心分析結(jié)果。將常規(guī)a、m和n值轉(zhuǎn)換成W的結(jié)果也被列入表中。表1<tablesid="table1"num="001"><tablewidth="831">深度mnwPHIPERMSAT10380.801.8881.2301.80212.8001.20073.50010382.602.0631.0201.7386.3000.51028.60010383.602.0211.0201.8236.7000.13051.30010451.402.1191.1201.7969.2000.91032.0010452.802.1111.2301.7589.7002.50021.0010453.402.0551.1601.68811.2005.50021.900</table></tables>圖15表示從表1導(dǎo)出的W對巖心的SWIRR圖線。另外圖15還包含實線所表示的有關(guān)頁巖型沙地以及導(dǎo)出圖14(即表示式(4))所示值的測井曲線所看到的趨勢。雖然這組數(shù)據(jù)受到限制，但它的給出相當(dāng)?shù)胤纤吹降内厔?。由表示?4)算出的實際W(以及表觀W)值由圖16的曲線2表示。為確定BVW項，先由表示式(4)計算要用的W，再像上面所討論的那樣限定其大于或等于Wi，以及小于或等于WW。結(jié)果(曲線3)表明，大部分透水性好的截面在非SWIRR狀態(tài)。關(guān)于這種井的生產(chǎn)試驗由最初從來自該區(qū)間所有主要孔隙的低水流產(chǎn)生1.1MMCF的氣體束確定。不過，由這種情況快速轉(zhuǎn)變成非商業(yè)化生產(chǎn)的高水流情況要中止生產(chǎn)不少于60天。利用MRL孔隙率信息正如上面所簡單討論的那樣，與其它孔隙率的測試相比，磁共振測井(MRL)孔隙率響應(yīng)的實測給出一種更為直接的確定粘土礦物地層水含量的方法，而這一般是可由常規(guī)測井?dāng)?shù)據(jù)實際得到的。Coates等人的論文“TheMRILinConoco33-1Aninvestigationofanewmagneticimaginglog，”(DDpaper，32-ndAnnualLoggingSymposiumoftheSocietyofProfessionalWellLogAnalysts，Midland，TX，1991)中的內(nèi)容在此被明確地列為參考文獻(xiàn)，從中看出，MRL所確定的孔隙率與常規(guī)測井曲線判讀中所用的有效孔隙率是同樣的，因為它不考慮尺寸小于大約2μm孔隙的貢獻(xiàn)。原因在于如此小尺寸的孔隙的弛豫時間極快，不能由NMR儀器記錄。因此，可以利用下述關(guān)系式得到MRL孔隙率測量值PHIM作為等于有效孔隙率PHIEFPHIM＝PHIEF＝PHIT-PHICL，(6)其中的PHIT是由其它獨立的方法測得的地層總孔隙率，PHICL是地層的粘土孔隙率。用總孔隙率PHIT除表示式(6)兩邊并重新排列各項，給出有關(guān)游離水飽和度SWf和束縛水飽和度的SWb表示式SWf+SWb＝1。(7)正如本領(lǐng)域所公知的，可由聲波測井、密度測井或中子測井得到總孔隙率PHIT的估計值，同時得以認(rèn)識地層巖性。如果不了解巖性或者存在已知礦物的混合物，則可用兩種或多種孔隙率和對巖性靈敏的測井曲線的組合確定巖性，并給出總孔隙率的準(zhǔn)確值。確認(rèn)可將PHIM孔隙率測量結(jié)果用于接近地層有效孔隙率PHIEF的觀察事實是，在碎屑狀的頁巖型沙地情況下，MRL導(dǎo)出的孔隙率PHIM小于由一種獨立方法測得的總孔隙率PHIT。另一方面，在較為純凈的沙地中，如圖17中5212ft與5221之間的那些沙地(曲線4)中，MRL孔隙率讀數(shù)接近由常規(guī)的密度測井曲線確定的總孔隙率。圖18中的曲線3表示幾種包括γ射線、自生電位的粘土結(jié)合水指示劑與本發(fā)明MRL粘土結(jié)合水指示劑之間的相互關(guān)系。應(yīng)予說明的是，當(dāng)這些指示劑的計算結(jié)果不完全重疊時，MRL指示劑的計算結(jié)果清晰地與其它較常用的指示劑的輸出量相一致。已發(fā)現(xiàn)MRL孔隙率測量結(jié)果與密度(或總)孔隙率測量結(jié)果之間的比較值對特定NMR實驗中所用的內(nèi)回波間隔(TE)靈敏。下表2表明隨這種間隔TE的加大，MRL孔隙率減小。表2孔隙率對回波間隔靈敏度的MRL巖心分析表示<tablesid="table2"num="002"><tablewidth="844">NMR巖心分析孔隙率試樣巖心孔隙率TE＝05msTE＝1msTE＝2msJ7-A15-1814.6914.2113.62J7-B16.3315.6215.5215.20J7-C14.1714.0413.5613.18J7-D16.6415.4315.3615.26J10-123.0421.4919.8217.68J12-149.429.63-8.67J14-114.6714.4614.4613.72</table></tables>*靜態(tài)磁場梯度G＝6.74gauss/cm下進(jìn)行的實驗室NMR測量結(jié)果如表2所示，隨TE間隔增大PHIM測量結(jié)果減小的趨勢表明，NMR測量的回波間隔與孔隙率減小之間存在關(guān)系，這是由于地層中存在特別小尺寸的孔隙。由于小尺寸孔隙與地層的粘土礦物水含量有關(guān)，所以，按照本發(fā)明能夠直接估算粘土的孔隙率。具體地說，在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，設(shè)定TE間隔值等于2ms，發(fā)現(xiàn)這個值對于確定地層的粘土孔隙率PHICL是最佳的。較小的TE值一般會導(dǎo)致不能確定粘土孔隙率，而較大的值趨于消除諸如粉砂類非粘土類型的孔隙率組分。本發(fā)明用MRL測量的粘土孔隙率PHICL的派生結(jié)果反過來能夠確定粘土礦物結(jié)合水飽和度SWb，它可按標(biāo)準(zhǔn)電阻率模式直接被用來獲得準(zhǔn)確的含水飽和度估計，以及其它所關(guān)心的參數(shù)，如有效總?cè)莘e水和地層透水性為基礎(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)電阻率。具體地說，回到表示式(1)，可將阿爾奇(Archie)地層因數(shù)分析式重新改寫成假定是(PHImSwn)CW’′＝Ct(8)其中C′是與純凈地層對應(yīng)的綜合電導(dǎo)率。對于頁巖地層來說，可將電導(dǎo)率C′’表示成游離水電導(dǎo)率CW、結(jié)合水飽和度SWb以及粘土水電導(dǎo)率參數(shù)CCW的函數(shù)，這里的粘土水電導(dǎo)率參數(shù)CCW可用比如Clavier等人在“Thetheoreticalandexperimentalbasesforthe‘DualWater’modelfortheinterpretationofshalysands”(SPE6859，AnnualTechnicalConferenceandExhibitionoftheSocietyofPetroleumEngineersJournal，Denver，CO，October，1977)中討論的二元水CEC法得到。正如該文所討論的那樣，粘土水電導(dǎo)率CCW是地層溫度Tf的函數(shù)，并由下述表示式給出CCW＝0.000216×(Tf+504.4)×(Tf-16.7)。像上面所討論的那樣，假設(shè)單一指數(shù)W模式，同時采用頁巖地層的水電導(dǎo)率表示式，則可將表示式(8)改寫如下BVWW[CW(1-SWb/SWt)+CCWSWb/SWt]＝CT(9)其中SWt是總含水飽和度。表示式(9)的符號等效于表示式(2)的符號，以致它也能確定表觀的Wi和WW指數(shù)因子的值。不過，表示式(9)中各量均可由MRL測井測量結(jié)果直接確定。特別是，若假設(shè)總含水飽和度SWt＝100％，通過注意BVW＝PHIT及SWt＝1，則可由表示式(9)得到充水WW指數(shù)參數(shù)的值。所有其它的量直接由MRL測量結(jié)果確定，因而可將所述WW參數(shù)計算成WW＝log10{CT/[CW+SWb×(CCW-CW)]}/log10(PHIT)；(10)相反，若假設(shè)總含水飽和度SWt處于束縛水范圍，則如上面所詳細(xì)說明的，BVW＝BVIT?？蓪⒖?cè)莘e束縛水BVIT表示如下BVIT＝PHIT×(Sirrcl+Sirrncl)其中Sirrcl是與粘土礦物有關(guān)的束縛水飽和度組分，而Sirrncl是與非粘土因素有關(guān)的束縛水飽和度組分?？捎蒑RL總?cè)莘e束縛水BVIM的測量結(jié)果直接計算Sirrncl因數(shù)，并且等于Sirrncl＝BVIM/PHIT。代入并化簡所述表示式，給出如下關(guān)于Wi指數(shù)參數(shù)的公式Wi＝log10{CT/[CW+SWbi×(CCW-CW)]}/log10(PHIT)；(11)其中SWbi是束縛水飽和度?，F(xiàn)在可由本發(fā)明的MRL測量結(jié)果直接計算表示式(5)給出的有效指數(shù)參數(shù)W，并由下述表示式給出W＝0.4×BVIM/PHIM+1.65(12)表示式(10)、(11)和(12)的結(jié)論具有超出現(xiàn)有技術(shù)的進(jìn)步性，因為它們使測井曲線分析能避免使用非常通行的主觀近似去確定參數(shù)SWb。附加因數(shù)的修正在本發(fā)明方法對MRL測量結(jié)果的應(yīng)用中，重要的在于判別其它因素可能影響所提出的模式的精度。有兩種情況很容易辨識，即測量孔隙容積時氣體的存在，以及與鐵磁性物質(zhì)或順磁物質(zhì)相關(guān)的微孔隙的存在。例如，已經(jīng)了解，上述測井儀器所用的梯度型磁場中，孔隙率測量對擴(kuò)散系數(shù)D是靈敏的。因此，如果地層的一些孔隙容積是充氣的，則這種儀器將不予記錄。上面所考慮的兩種情況可能造成這樣的情形，即本發(fā)明的MRL儀器不能測定實際地層孔隙率，結(jié)果過高估計粘土結(jié)合水含量。為了修正這種影響，有兩種可能的方法。第一種方法是利用幾種粘土結(jié)合水指示劑，它們對氣體或鐵磁性物質(zhì)的存在不甚靈敏。第二種方法是利用一種迭代方法，對算得的粘土孔隙率參數(shù)值進(jìn)行約束。按照本發(fā)明，當(dāng)采用第二種修正方法時，用來修正的準(zhǔn)則被表示為下述條件BVMT(res)≥BVIT(M)其中BVMT(res)是由電阻率測量確定的總?cè)莘e水，而BVIT(M)是由本MRL儀器測定的總?cè)莘e束縛水。這個條件認(rèn)定地層中存在的總的水容積不可能少于總結(jié)合水容積的事實。如果滿足此條件，則本發(fā)明的方法不再對算得的值作出修正。如果此條件未被滿足，則如上面所詳細(xì)討論的那樣，根據(jù)表觀的水電導(dǎo)率CWA和粘土水電導(dǎo)率CCW的近似值，可考慮三種可能的修正。若CWA＝CCW，則按照本發(fā)明的方法，貼出一個誤差標(biāo)記，指示測井曲線分析人員在阿爾奇(Archie)因數(shù)分析中必須對RW參數(shù)值進(jìn)行單獨的附加修正。若CWA＞CCW，則貼出一個誤差標(biāo)記，指示必須對表觀的水電導(dǎo)率進(jìn)行單獨的修正。最后，若CWA＜CCW，假設(shè)誤差存在于算得的參數(shù)SWb中，在這種情況下則對算得的粘土結(jié)合水容積加入一個迭代修正。圖19表示一個構(gòu)成本發(fā)明MRL分析方法的方框圖，它對應(yīng)于上述第三種修正，并提供補償附加因數(shù)的可能性，這種因數(shù)影響MRL測量的精度。在步驟100中，計算幾個固有參數(shù)并貯存在計算機(jī)的存儲器中。這些固有參數(shù)包括由獨立的測量結(jié)果和MRL測定的游離液體標(biāo)準(zhǔn)值所確定的地層總孔隙率、粘土和游離水的電導(dǎo)率，以及地層的溫度T和電導(dǎo)率Ct。在步驟110中，本算法核對總孔隙率值是否小于MRL測量確定的孔隙率PHIM，如果是這種情況，則在步驟115中確定該總孔隙率等于MRL測得的孔隙率值。在步驟120中計算本發(fā)明限定的結(jié)合水飽和度SWb，表觀總?cè)莘e束縛水和結(jié)合水飽和度。在步驟130和135中，使所算得的結(jié)合水飽和度SWb參數(shù)值與在步驟120中所限定的其極限值進(jìn)行核對，如果算得的值大，則將其設(shè)定成等于SWbLiM。在接下去的步驟140中，由總孔隙率值和結(jié)合水飽和度值計算粘土孔隙率。在步驟150中，按照表示式(10-12)計算幾個輸出參數(shù)值。在步驟160至175中，本方法核對可變的W指數(shù)值是否落在由邊界值Wi和WW所限定的值的范圍內(nèi)，如果落在這個范圍的任一方向的外面，則指定W值等于相應(yīng)的邊界值。在步驟180中，計算表觀的常規(guī)總?cè)莘e水參數(shù)(BVWA)值和總的常規(guī)總?cè)莘e水參數(shù)(BVWT)值。本法的MRL分析由步驟100-180構(gòu)成，其中不進(jìn)行修正。在步驟190中，如果算得的粘土孔隙率PHICL的值小于確定的閾值(本發(fā)明的特定實施例中設(shè)定它等于0.001)，則控制進(jìn)到步驟240，在那里計算有效的BVWEF。在步驟240中，還可以按照下述公式計算地層的透水性PERMPERMM＝100×(PHIT)^2×[(PHIT-BVIT)/BVIT]^2。本法的步驟200像上面討論的那樣加入了修正，核對總?cè)莘e水BVWT是否大于總?cè)莘e束縛水BVIT。如果滿足這種情況，則本法轉(zhuǎn)進(jìn)至步驟240。如果不滿足這種情況，則在步驟210設(shè)定BVWT等于參數(shù)BVIT，并設(shè)定粘土孔隙率PHICL＝BVIT-BVIM。在步驟220和225中，如果在步驟210算得的粘土孔隙率PHICL是負(fù)的，則設(shè)定它的值等于0，并將參數(shù)BVIT設(shè)定等于MRL計算的BVIM值。最后，在步驟230，設(shè)定結(jié)合水飽和度參數(shù)SWb等于修正的粘土孔隙率PHICL被總孔隙率PHIT除，同時本法回到步驟150。繼續(xù)這種重復(fù)，直至步驟210時的條件被滿足。下面給出圖19分析中所用全部參數(shù)的說明，其中有些情況與上面的敘述中用的符號標(biāo)記不同。圖19中所用參數(shù)輸入曲線Phimd-MRL孔隙率(十進(jìn)制)Bvimd-MRL總?cè)莘e束縛水(十進(jìn)制)Phiext-附帶的總孔隙率(十進(jìn)制)T-地層溫度(華氏度)Rt-純地層電阻率(歐姆)輸入?yún)?shù)Ffimd-MRL游離液體指數(shù)Ccw-粘土水電導(dǎo)率Cw-游離水電導(dǎo)率Ct-純地層電導(dǎo)率Swia-表觀束縛水飽和度Tbvia-表觀總?cè)莘e束縛水Swblim-結(jié)合水飽和度極限Swbi-束縛結(jié)合水飽和度Dcww-100％水飽和度情況下二元水-水電導(dǎo)率的組合Dcwi-束縛水飽和情況下二元水-水電導(dǎo)率的組合Cbvwa-常規(guī)表觀總?cè)莘e水結(jié)果曲線Tpor-總孔隙率Swb-結(jié)合水飽和度Clpor-粘土孔隙率Bvit-總?cè)莘e束縛水總數(shù)Ww-可變w-100％水飽和度條件Wi-可變w-束縛水飽和度情況Wq-可變wCbvwt-常規(guī)總?cè)莘e水總數(shù)Cbvwe-常規(guī)總?cè)莘e水效果Pmri-MRIAN透水性圖20表示用常規(guī)電阻率測井法與本發(fā)明MRL方法算得的結(jié)合水飽和度值的比較。圖線清楚地表明兩種情況下算得的參數(shù)的良好符合。圖21和22中的曲線4表明本發(fā)明方法測定粘土存在的電位，以及包含碳?xì)浠衔锖涂商岢鏊挠坞x液體容積。下面的段落給出附加的信息以及本發(fā)明的補充敘述，在澄清發(fā)明思想的某些方面時它們是有用的。雖然圖18的曲線3中顯示的數(shù)據(jù)證明了這種粘土指示劑與常規(guī)指示劑之間的良好對應(yīng)，但它并未表明確定的定量值的聯(lián)系。事實上，這同樣對其它常規(guī)方法的局限性有影響，因為它們要經(jīng)歷對分析的參數(shù)的選擇。研究結(jié)果因此，必須證明表示式(6)的結(jié)果給出粘土結(jié)合水的定量測量。可以通過用常規(guī)的孔隙率和電阻率測井?dāng)?shù)據(jù)，利用CEC模式做到這一點，也就是當(dāng)總水飽和度Swt＝1時，純地層電阻率Ct由下式給出Ct＝(phitm)×[Cwf+Swb×(Ccw-Cwf)](13)其中m是粘結(jié)指數(shù)，Cwf和Ccw分別是游離水電導(dǎo)率和結(jié)合水電導(dǎo)率。粘土結(jié)合水飽和度Swb按照關(guān)系Swb＝αVQQv與每單位孔隙容積(Qv)的CEC有關(guān)，其中V是每單位粘土電荷的粘土結(jié)合水容積，α是與含鹽量有關(guān)的因子。作為說明，正像含水的頁巖型沙地中所見到的那樣，可由表觀水電阻率的變化說明CEC對電阻率測井的影響。這可由表示式(13)的結(jié)果得到證明，同時利用理論的粘土水電導(dǎo)率、游離水電導(dǎo)率，以及Rt測量結(jié)果的表達(dá)式。圖23所示的跨越德克薩斯沿海地區(qū)的傅氏(Frio)沙地三組測井曲線表示一種適用于這一目的的頁巖型沙地。由中子密度交會圖引出的表觀孔隙率常被用為總孔隙率的測量。這常在儲油砂巖中給出較好的結(jié)果，并趨于作為粘土含量的更高孔隙率。當(dāng)努力造成采用任何理論的CEC模式時，這可能造成困境，因為測得的電阻率必須與采用表示式(1)中地層因數(shù)F表示式的地層水電導(dǎo)率無關(guān)地與粘土含量平衡。這些結(jié)果很容易從以下表示用以將電阻率轉(zhuǎn)換成表觀水電阻率的，表示阿爾奇(Archie)關(guān)系的表示式(14)看出，而且在表示式(15)中，表觀結(jié)合水組成部分與視在水電導(dǎo)率及所有粘土結(jié)合水或非粘土水的端點值有關(guān)，即Rwa＝Rt/F；(14)Swb＝(Cwa-Cwf)/(Ccw-Cwf)。(15)如表示式(14)所示，最終的Rwa與孔隙率(Phit)以及指數(shù)m有關(guān)。很多頁巖型沙地的研究已表明，典型的砂巖具有m＝1.8和a＝1。在各種頁巖中，雖然有些實驗室的數(shù)據(jù)暗示m是隨粘土含量而增大的，但這些參數(shù)并非都是公知的。圖24A和24B所示的Pickett圖線(其中按對數(shù)-對數(shù)標(biāo)度標(biāo)繪深處電阻率與中子密度交會圖的孔隙率)分別示出最純凈的沙地和最富粘土的頁巖的孔隙率與電阻率間的關(guān)系。作為參考，所標(biāo)繪的區(qū)間還被標(biāo)記在圖25A和25B上，它們示出密度-中子交會圖。這些Pickett圖線可被用于確定Rw，或給出Rw，在假設(shè)a＝1時用于限定m。對于純凈的沙地，圖24A被用于在采用典型值a＝1時確定Rw＝0.35歐姆。對于由密度-中子頁巖型沙地模式限定的富粘土沙地，圖24B示出為使數(shù)據(jù)族適合于給定的粘土水電導(dǎo)率所需的表觀m斜度。由于在這種深度處的頁巖主要包含粘土結(jié)合水(見上面的CCW表示式)是可能的，所以可以通過所述數(shù)據(jù)族的上緣從CCW(17mho/m)點引出SWT＝1.0線。所述數(shù)據(jù)族中的這種定位理解為游離地層水的電導(dǎo)率大于與粘土相關(guān)的電導(dǎo)率。這種趨勢線的斜度反映阿爾奇(Archie)孔隙率-地層因數(shù)關(guān)系的m指數(shù)，即m＝log(Rw/Rt)/log(phit)(16)所觀察到的斜度2.79大大高于大部分沙地所需要的1.8的值，甚至高于在這些變形中所采用的2.0的值。在可能預(yù)期m＞1.8時，特別是在考慮到孔隙率的誤差是一種極為似是而非的影響這種斜度的原因之后，m也不大可能像是2.79這樣高。當(dāng)把中子-密度交會圖的36pu的孔隙率同用于這種富粘土的頁巖族的m＝2所需的23pu的孔隙率相比時，這種論點就尤為合理。采用以密度測井為基礎(chǔ)的總孔隙率的同時，采用一種假設(shè)的基質(zhì)密度是另一種方法。在類似于海灣沿岸地區(qū)頁巖型沙地的情況下，石英顆粒的密度2.65g/cc正好用于沙地或頁巖情況，因為粘土礦物顆粒的密度接近2.65，而且頁巖趨近于這兩種礦物的二元組合。這里支持采用密度孔隙率方法，因為它更近于適應(yīng)使孔隙率與CCW相配合的需要。這被示于圖24C中，以采用密度孔隙率的同樣的富粘土頁巖的Pickett圖線代替中子密度的Pickett圖線。表觀m斜度2.0與其它粘結(jié)指數(shù)的研究及它對粘土含量的相關(guān)性一致。在試圖利用二元含水CEC方法提供的理論的粘土電導(dǎo)率參數(shù)CCW的情況下，這種過程需要用可變的指數(shù)，以適應(yīng)沙地(m＝1.8)和粘土(m＝2)，這當(dāng)中，當(dāng)RW小于0.16歐姆時，粘土水的電導(dǎo)率簡單地是地層溫度的函數(shù)，正像在上述CCW參數(shù)的說明中所表示的那樣。1992年由Coates和Howard提出的可變W的方法可用于這個目的，其中的m和飽和度指數(shù)n被一個單獨的指數(shù)所替代。通過把MRL省掉粘土孔隙率的假設(shè)結(jié)合到可變W的方法論中，一個可變的指數(shù)適用于作為純凈基質(zhì)的表觀束縛水飽和度函數(shù)的變化，這種函數(shù)關(guān)系有如上面表示式(12)所示。該表示式中，將最后的W保持在從總結(jié)合水的估計所算得的邊界值Wi與WW之內(nèi)，它們分別表示束縛水飽和的情況和水飽和的情況。進(jìn)一步的考慮在實踐時，重要的是識別其它的因素可能會影響這種方法的應(yīng)用。有兩種具體的情況很容易被認(rèn)識，即測量孔隙容積時的氣體和與鐵磁性物質(zhì)及順磁性物質(zhì)相關(guān)的微孔隙。此二者代表這樣的情況，像上面所確定的那樣，其中MRL可能使孔隙率過低，和導(dǎo)致如上述限定的粘土結(jié)合水的含量過高。因此，如果系統(tǒng)地應(yīng)用這種MRL方法，則需改進(jìn)其過程，以正確地適應(yīng)這些情況。有兩種方法是可能的其一是利用多重粘土結(jié)合水指示劑，另一種是利用一種迭代方法正確地約束所述粘土孔隙率參數(shù)。多重Swb的液體將MRL結(jié)合水飽和度(MSWB)用于校正另外的指示劑，并且通過使用加權(quán)方法，如Hodges-Lehmann方法選擇一種典型的Swb。那種已被合并到在處理圖19中圖解說明的成套設(shè)備的計算機(jī)中的迭代方法假設(shè)MSWB是正確的，并且通過二元水表示式的二次項解計算水的總?cè)莘e?？紤]到所得到的總水容積不應(yīng)小于總結(jié)合水容積(即phicl+MRLBVI)，于是，確定邊界條件為當(dāng)CCW＞CW時，允許粘土束縛水容積逐漸減小，直至兩種水容積平衡。當(dāng)CCW＜CW時，粘土束縛水的減小降低了水容積所確定的電阻率，同時，所述迭代被忽視。在迭代過程中，粘土孔隙率的任何減小都被加到原來的MRL孔隙率上，以便能顯示修正了氣體/微孔隙率的值。圖19的方框圖是適合于使用多重粘土結(jié)合水法的，假設(shè)任何超過MSBW都通過加權(quán)選擇的處理而被減輕。MRIAN方法論的執(zhí)行從以可變W指數(shù)為基礎(chǔ)的表示式(1)和(14)提供一種表觀的電導(dǎo)率。然后由表示式(15)將此用于計算表觀的Swb。這種Swb與原有假設(shè)的Swb比較，如圖20所見到的那樣，其中在含水區(qū)間，兩種Swb的方法趨于一致，提出經(jīng)驗的支持，即在這些頁巖型沙地的情況下，來自一個2ms的TE脈沖-回波測井曲線的MRL孔隙率基本上省掉了粘土孔隙率。來自傅氏(Frio)系列(圖21)以及墨西哥Eugene島海灣地區(qū)(圖22)的實驗整理結(jié)果表示出MRIAN迭代方法論的應(yīng)用。但是，這些表示按照這種實際已經(jīng)在作的超過200的方式所理解的兩種井。一般地說，當(dāng)通過生產(chǎn)和預(yù)測來評價時，m的結(jié)果已經(jīng)是很好的了。然而，存在一些區(qū)域，其中液體的性質(zhì)沖擊這種模式，特別是重油(＜15API)情況下，以及當(dāng)總孔隙率受到巖性變化或沖刷出的鉆孔影響的時候。因此，開始進(jìn)行附加的研究，以便更好地理解這些影響，并在實驗室中研究Qv和MRIL孔隙率之間的外在聯(lián)系。圖26A-B表示密度-中子圖線，分別標(biāo)度有與CCW平衡的總孔隙率和總孔隙率。圖27是利用本發(fā)明方法的新的總孔隙率的水實例的Pickett圖線。雖然已經(jīng)結(jié)合優(yōu)選實施例描述了本發(fā)明，但不要打算限制于這里所設(shè)定的特定形式，而要用以覆蓋這樣的變型、替換和等價物，正如可以適當(dāng)?shù)匕ㄔ谝韵赂鳈?quán)利要求限定的本發(fā)明的主旨和范圍那樣。權(quán)利要求1.一種確定地質(zhì)結(jié)構(gòu)組分的方法，包括以下步驟把一個極化的磁場加給地質(zhì)結(jié)構(gòu)一段預(yù)定的時間；測量核磁共振信號，它們表示所述地質(zhì)結(jié)構(gòu)中顆?？傮w的自旋-回波弛豫；構(gòu)造一連串代表所述顆?？傮w特征的自旋-回波信號；從所述自旋-回波信號串確定所述地質(zhì)結(jié)構(gòu)的磁共振測井(MRL)孔隙率(PHIM)的值；確定總孔隙率(PHIt)的值；從總孔隙率(PHIt)值和MRL孔隙率(PHIM)值引出所述地質(zhì)結(jié)構(gòu)的附加石油物理特性。2.一種如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述地質(zhì)結(jié)構(gòu)的附加石油物理特性是所述地質(zhì)結(jié)構(gòu)的束縛結(jié)合水飽和度Swb、總束縛水液體容積BVIM和總?cè)莘e水(BVW)。3.一種如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，Swb值由以下表示式確定Swb＝(PHIt-PHIM)/PHIt。全文摘要本發(fā)明揭示一種改進(jìn)的系統(tǒng)，利用磁共振技術(shù)以獲得與地質(zhì)結(jié)構(gòu)有關(guān)的信息。本發(fā)明的系統(tǒng)(30和32)利用地層的總孔隙率和經(jīng)MRL脈沖回波技術(shù)得到的孔隙率，引出與下伏的地質(zhì)結(jié)構(gòu)有關(guān)的附加信息，包括電阻率和水飽和度。文檔編號G01R33/44GK1157041SQ95194565公開日1997年8月13日申請日期1995年6月16日優(yōu)先權(quán)日1994年6月17日發(fā)明者G·R·科茨申請人:紐馬公司