Great grandfather basic log analysis Episode 4

Great grandfather basic log analysis Episode 4
The only easy day was yesterday

สวัสดีครับ ได้เวลาอันเหมาะสนในการกลับมาต่อเรื่อง Log analysis หลังจากที่หายไปนานครับ จากที่ค้างใว้ในตอนก่อนเรื่องปัญหาของ Shaly sand ที่ทำให้ log ที่ได้มีค่าเพื้ยนไปทำให้เราต้องมีการ Correction ให้ Sw ที่คำนวณได้นั้นถูกต้อง ทางบริษัท Service จึงได้คิด Tool มาชนิดหนึ่งชื่อว่า Nuclear Magnetic Resonance logging โดนใช้หลักฟิสิกส์ในการวัดค่า T1 และ T2 ครับ

Physics of Nuclear Magnetic Resonance

ในนิวเครียสของทุกอะตอมนั้นจะมีโมเมนแม่เหล็กภายใน (intrinsic magnetic moment) ซึ่งเกิดจากการหมุนตัวของนิวเครียสในอะตอมทำให้เกิดสนามแม่เหล็ก ปกติถ้าไม่มีสนามแม่เหล็กภายนอกมากระทำอะตอมนั้นจะมีการเรียงตัวแบบสุ่ม

sm41

 

เมื่อมีสนามแม่เหล็กภายนอกมากระทำ (B0 เลขศูนย์ครับ) อะตอมจะทำการเรียงตัวและหมุนควงตามแกนสนามแม่เหล็กโดยปรากฎการณ์นี้เรียกว่า Larmor Precession (https://en.wikipedia.org/wiki/Larmor_precession) ซึ่งความเร็วในการควงนั้นจะขึ้นกับสนามแม่เหล็ก (B0) และ Gyromagnetic ratio γ (https://en.wikipedia.org/wiki/Gyromagnetic_ratio)

โดยยิ่งค่า γ เยอะอะตอมธาตุนั้นก็จะควงเข้าแกนสนามแม่เหล็กได้เร็วกว่าธาตุที่มี γ น้อย ธาตุที่มี γ เยอะสุดคือ Hydrogen ซึ่งเหมาะกับการหา Hydrocarbon เพราะมี Hydrogen เป็นส่วนประกอบอยู่มาก ค่าที่สำคัญในที่เอาไปใช้ในการวิเคาระห์คือ Spin-Lattice relaxation (T1) และ Spin-Spin relaxation (T2) (https://en.wikipedia.org/wiki/Spin%E2%80%93lattice_relaxation, https://en.wikipedia.org/wiki/Spin%E2%80%93spin_relaxation)

sm42

 

ค่า T1 นั้นคือค่าขอช่วงเวลาที่อะตอมนั้นใช้ในการเข้าสู่สมดุลของระบบ เปรียบเป็นระบบที่ไม่มีสนามแม่เหล็กกระทำจะมีการะเรียงตัวขออะตอมแบบสุ่ม เมื่อเราใส่สนามแม่เหล็ก B0 เข้าไปอะตอมในระบบก็จะเรียงตัวและควงตาม Lamor precession ถ้าเขียนเป็นกราฟจะได้

sm43

 

เมื่อระบบอะตอมในระบบทำการเรียบตัวได้เกือบสมบูรณ์แล้วเราจะใส่สนามแม่เหล็กในแกนนอนให้กับระบบ B1 (ช่วงเวลานี้ยังมี B0 ทำกับระบบตลอดเวลา โดน B1 นั้นตั้งฉากกับ B0) อะตอมในระบบก็จะถูกสนามแม่เหล็ก  B1 ผลักลงมาแต่เนื่องจากยังมีสนามแม่เหล็ก B0 อยู่ อะตอมก็จะหมุนรอบแกนแต่เนื่องจากอะตอมแต่ละตัวอยู่ในตำแหน่งต่างกันทำให้ความเร็วในการหมุนไม่เท่ากัน (H ในน้ำกับ H ในน้ำมันหมุนต่างกัน)

sm44

 

จากนั้นเมื่อเวลาผ่านไป τ เราจะทำการใส่ B1 อีกครั้งซึ่งจะทำให้อะตอมเปลี่ยนทิศของการหมุนทำให้อะตอมมาซ้อนกันอีกครั้งซึ่งจะเกิด Echo ขึ้น

sm45

sm46

แต่เนื่องจากอะตอมบางตัวไม่สามารถมาซ้อนกันได้พอดีเนื่องจากความเร็วในการหมุนนั้นไม่เท่ากันทำให้ค่าของ Echo (https://en.wikipedia.org/wiki/Spin_echo) ที่ได้นั้นลดลงเรื่อยตามเวลา จากนั้นเราจะใส่ B1 ทุก 2τ เพื่อวัดค่า Echo การที่ใส่ B1 นี้เรียกว่า Carr-Purcell-Meiboom-Gill (CPMG) sequence ระยะเวลาในการที่ Echo ลดลงนั้นคือ T2

sm47

sm48

เมื่อค่า Echo ลดต่ำจนถึงจุดหนึ่งเราก็จะเปลี่ยนให้ระบบเรียงตัวเข้า Lamor precession ใหม่และทำซ้ำเผื่อวัดค่า

NMR Log

ใน NMR Log นั้นเราจะไม่สามารถทำ quick look interpretation ได้เนื่องจากค่า T1 T2 ไม่สามารถตีความอะไรได้เลย

sm49

 

ซึ่งต้องเอาค่า T1 T2 มาผ่านการคำนวณด้วยคอมพิวเตอร์ก่อนถึงจะได้ค่าสุดท้ายที่ต้องการซึ่งใช้เวลานานพอควรแต่ผลลัพธ์ที่ได้ก็คุ้มค่าเพราะเราสามารถหา Sw, Effective porosity, Movable Hydrocarbon, Bound water, Etc

sm410

 

ตอนนี้อาจจะยากซักหน่อยครับเพราะฟิสิกส์ตัวนี้กว่าจะเรียนก็ระดับปริญญาโทกัน เอาเป็นว่าเป็นการย่อให้เห็นภาพคร่าวๆในการสำรวจครับ

โดย … Seamonkey (https://www.facebook.com/LHAcaster/)

Reference

https://www.slb.com/~/media/Files/resources/oilfield_review/ors97/sum97/borehole.pdf

http://petrowiki.org/Nuclear_magnetic_resonance_(NMR)_logging

http://petrowiki.org/PEH%3ANuclear_Magnetic_Resonance_Applications_in_Petrophysics_and_Formation_Evaluation

https://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_magnetic_resonance

https://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_magnetic_resonance_in_porous_media

[widgets_on_pages id=”twitter”]       



Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *