Phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân là phương pháp xác định đặc tính vỉa chứa độc lập so với phương pháp địa vật lý truyền thống. Phương pháp đo sử dụng một nguồn nam châm phát từ trường vào trong đất đá. Ban đầu các hạt nhân của chất lưu được phân cực trong từ trường của thiết bị đo, với khoảng thời gian chờ WT thì hạt nhân được phân cực là hàm số mũ theo thời gian T1. Khi có xung điện từ tác động làm cho các proton nghiêng đi một góc 900 so với ban đầu và sau đó lệch pha để quai về trạng thái ban đầu (Hình 3.13). Với mỗi xung cộng hưởng được
phát ra thì chất lưu sẽ tạo một xung cộng hưởng phản xạ. Dưới từ trường thì các Proton trong lỗ rỗng sẽ tạo ra tín hiệu có tần số Larmour, càng nhiều lỗ rỗng chứa chất lưu thì biên độ của tín hiệu càng lớn. Độ lớn của xung cộng hưởng phản xạ phân rã theo thời gian sẽ tuân theo quy luật hàm mũ được gọi là quá trình suy giảm T2. Dựa trên phân bố của T2 có sự liên quan đến độ rỗng tổng, độ rỗng hiệu dụng và độ thấm của đất đá, dựa trên đặc tính của chất lưu và sự khuyếch tán sẽ xác định được độ bão hòa hiệu dụng Hình 3.14.
Phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân phù hợp với các đối tượng có đặc điểm phân lớp mỏng và là phương pháp độc lập xác định độ rỗng, hàm lượng nước bao quanh, độ bão hòa nước và nhận biết được các khoảng sản phẩm.
Biên độ Thời gian (ms) Phản hồi Độ rỗng NMR độ rỗ ng Phân rã T2 Biến đổi th iê n Bi ến Thời gian (ms) Đ ộ rỗ ng (Ф ) Phổ T2 T2 tới hạn Thời gian T2 (ms)
Hình 3.13 Mô hình nguyên tắc đo cộng hưởng từ hạt nhân và đá chứa
Nguồn: Baker Hughes
Với biểu đồ phân bố T2 thì hàm lượng nước dư ban đầu (Swir) được xác định một cách độc lập và không phụ thuộc vào thành phần thạch học của đất đá. Hình 3.14 là phân bố bố T2 và logs.
Hình 3.14 Mô hình phân bố T2 và logs
Một trong những ưu điểm của phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân là độ thấm không phụ thuộc vào thành phần thạch học của đất đá hay sét phân tán, với vỉa chứa có độ rỗng tương tự nhau nhưng có sự khác nhau rõ rệt về độ thấm. Hình 3.15 thể hiện đá có độ rỗng bằng nhau nhưng độ thấm thì có sự khác biệt lớn dựa trên tài liệu cộng hưởng từ hạt nhân.
Biên độ
Biên độ
T2 phân rã
Thời gian (ms)
T2 phân rã
Thời gian phục hồi
Độ thấm thấp Ph ân b ố T2 (ms)
Thời gian phục hồi
Độ thấm cao Ph ân b ố T2(ms) Hình 3.15 Độ thấm của đá chứa có cùng độ rỗng
Như vậy cộng hưởng từ hạt nhân dựa trên sự phân bố T2 có mối quan hệ chặt chẽ với áp suất mao dẫn và thành phần của T2 bao gồm. Hình 3.16 quan hệ T2 với kích thước lỗ rỗng và áp suất mao dẫn.
T2quan hệ kích thước lỗ rỗng Quan hệ áp suất mao dẫn và kích thước
kênh dẫn
Hình 3.16 Thành phần của T2
Mô hình của T2 và áp suất mao dẫn Pc diễn đạt đơn giản như hình 3-17 tham khảo từ SPE- 71703.
Trong đó: Sw = a + c (3.15) Pcb