P-型核磁测井质量控制质量控制对于获得精确的测井数据和高质量的地层信息是非常重要的P-型核磁测井系统通过一些有效的质量控制指示参数来实时表明仪器的工作状态的好坏,以保证数据采集质量P- 型核磁的质量控制过程包括:主刻度、仪器校验(测前刻度、 测后刻度) 、现场测井、测井记录、测井质量控制参数回放和最终质量检查本文从以下几个方面来分析说明测井质量控制过程:解释和质量控制有关的重要概念和定义;仪器刻度和测量校验;实时测井质量控制;仪器质量指示参数;测后数据质量检查概念和定义Gain and Q levelP-型核磁测井,系统的 Gain 值和 Q 值是两个非常重要的参数Gain 值代表了测井时井眼流体和地层对测井仪器特别是仪器发射电路所形成的负载的大小,通俗地说,Gain 值越高,仪器负载就越小,仪器工作就比较轻松反之,Gain 值越低,仪器负载就越大,仪器工作就比较吃力;在仪器工作过程中,Gain 值是实时测量计算的,Gain 值的大小变化在核磁测井主窗口中实时显示Gain 值的测量是通过安装在核磁探头主磁体上的 B1 测试线圈来实现的首先,在测井软件的控制下,B1 线圈发射一个标准的 RF 发射信号,核磁探头的 RF 天线接收这个信号,送到核磁电子线路进行处理, Gain 值就是 B1 线圈的发射信号幅度和此信号在 RF 天线感生信号幅度的比值。
Gain 值的测量是每一个核磁脉冲串系列的一部分Gain 值取绝于仪器工作的中心频率,所以,在每次工作前都要做扫频以确定Gain 值最大时仪器的中心频率测井时,Gain 值的大小受到所谓的外部环境和内部发射电路自身的影响外部主要受井眼流体的电阻率大小影响,与此相比,地层电阻率影响较小低电阻率泥浆或地层对 RF发射信号衰减较大,仪器负载就大,Gain 值就低反之,Gain 值就高在实际测井时,泥浆电阻率的大小是不会急剧变化的,因此,Gain 值的变化主要受地层电阻率变化和井眼变化的影响Gain 值永远不能为零,CLASS 测井软件在 Gain 值小于 100 时就停止仪器发射,中断测井Gain 值的急剧变化或跳变说明仪器存在故障,需要检查维修Q level 和 Gain 值对应,如表一所示根据 Gain 值 来定义 Q level根据不同的 Q值来设计核磁测井测量观测模式(Activations) Q level 分为:高-Q、中-Q 和 低-Q表一:MRIL Gain 值 和 Q level 表B1 and B1mod核磁测井仪器,工作时有两个磁场即由核磁探头内的永久磁体所产生的磁场,称为B0 磁场;另外一个是由天线发射的大功率的 RF 脉冲所产生的磁场称为 B1 磁场。
B0 磁场-----的作用是在纵向既仪器的轴线方向对地层内的氢原子进行极化,形成纵向磁化矢 M0;B1 磁场将 M0 扳到在横向平面或使进动的质子进行重聚(rephrasing)B1 值代表了 RF 脉冲所形成的 B1 磁场的强度B1 测量也是每一个 CPMG 脉冲测量的一部分B1 的测量是通过安装在仪器主磁体的一个 B1 测量线圈来实现的 B1 值的大小在核磁测井主窗口实时显示和 Gain 值测量所不同的是,只有在天线发射 RF 脉冲时,才能测量到 B1 值,否则,B1 值为零在实际测井过程中,B1 值应相对保持稳定在外部环境稳定,例如,仪器放在刻度箱刻度,或做常温下的 Tank Check 时,B1 值应基本保持不变但在实际测井过程中,因为环境因素的影响,诸如,井眼流体电阻率,地层电阻率,尤其是井眼温度都会影响 B1 值的大小在遇到井眼垮塌或导电性能较高的地层时,B1 值会降低;但 B1 值会随着井眼温度的升高而增大为了保证测井质量,B1 值必须做温度校正经过温度校正的 B1 值称为B1modB1mod 和 B1 之间的关系可以用下式来表示:B1=B1[1+0.0033(T 磁体温度 — T 主刻度温度) 式 1上式中:T 磁体温度 是仪器处于井眼环境时主磁体的温度。
T 主刻度温度 是仪器在做车间主刻度时所记录的主磁体温度两个温度均用摄氏度来表示在测井过程中,为了获得最大幅度的回波脉冲信号,必须有效控制 B1 值的大小操作工程师通过输入不同的 AM 值来有效控制 B1 值的大小主窗口所显示的 B1mod 值应保持在车间主刻度所得到的 B1peak 值 5%变化范围内如果 B1 值超出范围,则会发生如下情况,影响测量数据的精确性相对于横向平面而言,进动的质子所形成的 M0 欠扳到或过扳到会直接影响测量孔隙度的大小仪器信躁比降低,测量孔隙度的精确性降低B1mod 突变或数值跳跃都说明仪器故障,需要检查维修CHI我们知道,对于每一个回波脉冲测量系列,所测量到的回波脉冲幅度都呈指数形式衰减CHI 是测量软件理论计算的指数衰减曲线和实际测量记录的指数衰减曲线拟合程度的好坏CHI 测量指示回波数据和软件计算出的指数衰减曲线的标准偏移量在实际测井过程中,CHI 是测井工程师特别需要注意的质量指示参数通常情况下,在目的层,CHI 值应小于 2,但 CHI 值在 2 和 3 之间也是可以接受的在井眼垮塌或是泥岩段,CHI 值偏大也是正常的回波串受到高频干扰时,CHI 值增大。
如图一所示:图一:回波串受到高频干扰 CHI 值大于 2-----Noise Indicators(噪声参数): OFFSET NOISE RINGING and IENoise每一个 CPMG 测量的噪声都包括以下四种噪声测量:补偿电平(Offset Level),噪声(Noise),振铃噪声(Ringing),和回波内部噪声(IENOISE)如图 2 所示:在每一个 CPMG 脉冲测量之前,OFFSET 和 NOISE 是通过对环境信号的分析得到的OFFSET 是这个信号的平均值,NOISE 是这个信号的标准偏移量应用相位交替对(PAP)技术来决定 RINGING 和 IENoise上述四种噪声的测量用来做质量控制的指示值(Quality Indictors) 它们和回波脉冲一样的方式进行刻度和环境校正,因此,也用孔隙度单位来标定Noise 和 IENoise 都和 Gain 值成反比,并随 B1 值的变化而变化 RINGING 受回波间隔选择的影响,若 TE=1.2ms, RINGING≌40,当 TE=0.6ms 时, RINGING 最大允许值可以达到 60,当大于 89 时,必须终止测量,检修仪器。
必须正确选择仪器的工作频率,使 RINGING 噪声尽量保持在最小状态图 2:单一 CPMG 系列噪声特性(CPMG 脉冲为示意图,没有标定)表二:噪声参数指示值允许范围如表二所示:各种噪声指示值必须保持在允许范围内NOISE 和 IENOISE 都不应该有急剧变化在仪器工作在多频测量模式时,各种噪声指标是对每一个特定频段标定的Low Voltage Sensors(低压电压检测指示值):仪器工作时,MRIL 测量主窗口显示仪器内部低压电压的指示值,以表明仪器是否工作正常如表三所示:每一个电压值均应在表三所示的范围内表三:低压供电电压值范围Hi-Voltage Sensors (高压直流电压值)MRIL 核磁测井仪器串,包括一个电容短接,用来储存仪器发射大功率的 RF 脉冲时所需要的能量其电容值为 3.2MF(下接头 Pin22 Pin34) 在仪器不发射时,电容两端的电压应保持在 600VDC因为每一次发射,所需的电流很大,DCCP 直流电源控制面板试图使此储能电容两端的电压保持在 600VDC,但在通常情况下,因为受测井电缆传输的影响,DCCP面板所提供的电流在一个回波脉冲测量期间,不足以使储能电容完全充电。
结果在一个回波脉冲测量期间,储能电容的输出到 600VDC 总线的电压降低,小于 600 伏MRIL 测井系统可以补偿直流电流的变化在每一个 CPMG 脉冲测量周期的开始和结束时,测量直流电压的大小,传送到地面系统,在核磁测井主窗口显示在每一次测量开始时的高压值定义为 HVMAX,结束时定义为 HVMIN在 HI-Q 测量环境,回波个数为 50,等待时间 TW≥1500MS 时,屏幕显示的 HVMAX 应该基本和 DCCP 控制面板表头显示的一致对于标准 T2 测量模式,例如双 TW 和双 TE 模式,HVMIN 应保持在 400VDC 以上如果小于 400VDC,则说明测量系统不能补偿高压直流电压的降低B1 值就会降低,导致测量孔隙度偏低这种情况特别是在长 T2 观测模式测井时更为明显总孔隙度测量观测模式,两个观测模式组先后进行测量标准 T2 观测模式测量有效孔隙度;部分极化观测模式测量粘土束缚水在这种情况下,因为测量紧随在标准 T2 测量之后,所以,显示的 HVMIN 不仅是有效孔隙度测量 CPMG 脉冲结束时的高压值,也是部分空隙度粘土束缚水测量 CPMG 脉冲系列的开始值在这种情况下,HVMIN 应始终保持在 450VDC 以上。
Phase Correction(相位校正指示值):PHER, PHNO, and PHCORF 天线接受到的 NMR 回波信号,输入电子线路的一个相敏检波器电路,其输出通道有两个两个输出通道信号的相位移为 90 度每一个输出输出数据为回波时间的函数如三和图四所示:-----图三:单次测量回波信号图三为相敏检波器输出的单次测量的相位移为 90 度的输出信号(分别用红线和绿线表示) 输出数据标定为孔隙度单位,是回波时间的函数回波时间单位为毫秒图三为单次测量结果,看上去噪声干扰较大;图四是两个输出通道的输出信号 8 次测量结果的叠加从图四可以看出,经过 8 次叠加后的结果,信噪比有明显的改善因为测量到的回波信号为钠伏级,幅度非常小回波串的指数衰减曲线有比较大的噪声干扰为了提高信噪比,多次测量的回波信号进行叠加,以消除高频干扰所叠加的回波测量的个数称为测量平均(Running Average).测量叠加 RA 值越大,则回波信号的信噪比越高但增加 RA 会导致测量分辩率降低,测井速度变慢所以,必须根据要求来选择合适的 RA 值如果 RA 选择合适,还是不能去除干扰,则说名仪器有故障,需要检修仪器。
图四:经过 8 次叠加后的回波信号-----可以通过公式 2 和公式 3 来计算经过叠加后的回波串的幅度值式 2上式中:Eamp(i)代表第 I 次回波的计算幅度值 E(i)和 EY(i)分别代表通道 1 和通道 2第 I 次回波的幅度值但这种计算方法和幅度校正有关所有噪声信号的贡献为正信号因此,回波幅度的指数衰减曲线永远不会衰减为零而是停留在一个小幅度值这样就会形成一个长 T2 分量可以通过一个和式 2 不同的近似计算公式来去除由噪声所引起的问题这个近似公式 3 可以产生两个通道的数据:一个通道数据为基本的 NMR 回波信号,此信号做进一步的处理另一个通道是基本的噪声信号,其平均值为零两个输出通道输出数据的相位移用 φ 来表示: 式 3式中:i 代表回波串中的第 i 次回波k 代表用于相位角计算的回波的个数一般情况下,2≤K≤9这种计算方法只有在应用测量平均(Runing Average)后才起作用用公式 3 计算出相位校正角 φ,然后 φ 应用于两个通道数据的相位移校正这种校正方式相当以将通道 1 和通道 2 的信号分别旋转一个角度 φ。
旋转以后,一个通道为基本的 NMR 信号,其信号幅度为回波串的实部;另一个通道为噪声信号,其信号幅度为回波串的虚部如图五和图六所示回波串的实部最终转换成 T2 分布形式。