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什么是钻孔核磁共振技术？

01 钻孔核磁共振的事情原理

核磁共振指的是原子核对磁场的响应
，即若在稳定磁场笔直偏向上加一射频磁场
，当交变磁场的频率与氢核的核磁共振频率相同时
，处于低能位的氢核将吸收能量
，转变为高能态的核
，这一现象叫核磁共振
。当射频脉冲作用停止后
，磁化矢量通过自由进动向B0偏向恢复
，使原子核从高能态的非平衡状态向低能态的平衡状态恢复
，这一历程叫弛豫
。从偏向上来划分可以分为纵向和横向弛豫
。

纵向弛豫T1是指磁化矢量在Z偏向的纵向分量往初始宏观磁化强度M0的数值恢复历程
。它与孔隙的体积、孔隙中介质的性质以及地层的物性等因素有关
。

横向弛豫T2是指磁化矢量在X-Y平面的横向分量往数值为0的初始状态恢复的历程
，它同样与孔隙的体积、孔隙中介质的性质、地层的物性以及收罗各项参数等因素有关
。

简单来讲就是我们使用只影响氢核的射频频率
，通过一个永强磁体和一个庞大的射频发射器和接收器来瞄准、处理和丈量来自原子核的感应射频信号
。即原子核被“引发”
，并丈量其衰变速率
。

水中的氢原子核是自然地随机排列的
。通过施加一段时间的纵向强磁场
，原子核可以纵向排列
。然后
，射频发射器将原子核倾斜90°改为横向
，并以特定的频率振荡它们
，使它们摆动或同相进动
。这种进动爆发一个振荡射频（RF）信号
，当原子核失相时
，该信号衰减
，这个历程可以被接收器检测到
。在实践中
，使用了准确的电磁脉冲序列(CPMG)为90°
，然后是一系列180°脉冲
，以反转和重新排列进动的原子核
，爆发新的峰值或自旋回波
。几个进动衰减历程会影响所爆发的信号
，显著的是地层内的外貌相互作用
，其中信号在较小的孔隙空间中衰减得更快
。

02 数据输出

T1是由永磁体极化后的衰减率导出的纵向弛豫时间
，描述了极化速率
。T2是描述衰减速率的横向弛豫时间
，受孔径巨细的影响
。极化后的RF信号的峰值幅度用于确定总孔隙度
。利用T2衰减信息
，总孔隙度可以进一步分为粘土基组分、毛细孔隙度组分和运动组分
，从而可以更好地预计渗透率
。

式中
，ρ为润湿相和矿物身分
，S为孔隙尺寸
，V为岩石体积
，T为温度
，C为粘度
，η为盘算系数
，D为扩散系数
，G为磁场梯度
，TE为回波间隔
。

钻孔核磁共振技术应用

JavelinJPY238型核磁测井探头示意图

由于JavelinJPY238使用多个频率进行差别深度的视察
，因此消除了冲洗和钻孔滋扰以及射频滋扰的影响
。该系统使用古板的电缆装置进行丈量
，使其成为一种经济高效的要领
，为岩土工程和水文地质视察提供名贵数据
。

VistaClara的高级Javelin系列钻孔NMR测井工具可直接、低本钱、高区分率地丈量水文地质特性
，包括：体积含水量
；空隙漫衍
；结合水孔隙度和自由水孔隙度
；透水性和导水率
。

应用案例

为了维持现有人口的可连续供水和都会未来生长
，扩大都会地下水蓄水层贮存和恢复
，需要更详细地了解含水层水文特性
，包括子流域标准的导水率和有效孔隙度等地下水资源要害信息
。可是
，在某些地区
，用于地下水贮存和开采的含水层其深度可能会抵达数千英尺
，古板的低区分率水文丈量无法抵达或需要投入更多的资金才华进行
。

在亚利桑那州钱德勒的奥罗河谷（顶部）进行了钻孔核磁共振测试井
，该项目是使用Javelin®有缆核磁共振测井仪和4频、3.5英寸直径的核磁共振测井探头在现有PVC套管监测井中获得的
。一口井位于亚利桑那州钱德勒的私人工业地产上
，另一口井位于亚利桑那州奥罗河谷四周的市政生产井场
。每口井的标称直径为10英寸
，并使用同样PVC完井
，筛分生产间隔以及适当的过滤和灌浆间隔
。这使得能够在四个探头敏感弹中的三其中收集有用的数据
，直径从12英寸到15英寸不等
。高区分率核磁共振测井以30m/h的速度获得
。

获得的核磁共振测井结果显示
，河谷这一部分的含水层沉积物具有较高的渐变性、分层性和产出性
。在亚米级笔直标准上
，流动水孔隙度、束缚水孔隙度和水力传导率保存明显的差别
。而在奥罗河谷（底部）四周获得的核磁共振测井结果显示
，总体孔隙度较低
，孔隙巨细和渗透率的变革小
，属于分选较差的岩石
。

这说明
，具有渗透性和多孔性的含水层位于400英尺以上
，被排除在筛选层段之外
。

此案例证明了核磁共振测井在描述和治理重要沙漠都会地区差别沉积矿床地下水资源方面的价值
。研究结果还标明
，从相对低本钱的Javelin有缆核磁共振测井工具中获得的高区分率信息
，可革新和优化井网位置
，这对单井产量有着积极影响
。

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