用于使用核磁共振来确定含氢样本的性质的设备和方法技术

提供用于利用核磁共振(NMR)脉冲序列来研究样本的NMR方法和设备。在各种实施方案中，所述NMR脉冲序列具有固态部分和谱线窄化部分。在其他实施方案中，所述NMR脉冲序列具有第一谱线窄化部分和第二谱线窄化部分，其中不同部分的序列是不同的。在其他实施方案中，所述NMR脉冲序列具有T

Equipment and methods for determining the properties of hydrogen containing samples using nuclear magnetic resonance

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于使用核磁共振来确定含氢样本的性质的设备和方法相关申请的交叉引用本申请要求2017年8月11日提交并且标题为“APPARATUSANDMETHODSFORDETERMININGPROPERTIESOFHYDROGEN-CONTAININGSAMPLESUSINGNUCLEARMAGNETICRESONANCE”的美国申请第15/675,575号的优先权，所述申请通过引用并入本文中。本申请与2017年8月11日提交并且标题为“APPARATUSANDMETHODSFORDETERMININGPROPERTIESOFLIQUID-BEARINGSOLIDSUSINGNUCLEARMAGNETICRESONANCE”的美国申请第15/675,555号有关，所述申请通过引用并入本文中。
本公开涉及使用核磁共振(NMR)设备和方法来确定物质的特性。更明确地说，本公开涉及用于使用NMR工具来确定诸如页岩等样本的性质的设备和方法，并且尤其可在井下使用，但本公开不限于此。
技术介绍
核磁共振(NMR)技术可以在各种应用中使用。举例来说，在油田服务的领域中，NMR测井工具可以提供关于地层中的流体以及地层的孔隙度的信息。此类信息可以与使用其他技术收集的数据结合以在工程师在忙各种事情时更好地通知他们，所述事情包括例如地层评估、完井工程、地质表征、储层开采等。可以以各种方式将NMR测井工具引入到井筒中。举例来说，NMR测井工具可以包括在井底钻具组合中并且在钻井作业期间进行测量。还可以使用其他技术，诸如电缆技术，将NMR测井工具下放到井筒中。核磁共振(NMR)测井的一般背景陈述于例如美国专利No.5,023,551中。简要地，在常规NMR操作中，核的自旋自身沿着外部施加的静磁场对准。此平衡状态可能会受到振荡磁场的脉冲(例如，射频(RF)脉冲)干扰，这样会使所述自旋远离静场方向偏斜。在偏斜之后，两件事会同时出现。第一，自旋以拉莫尔频率围绕所述静场回旋，所述拉莫尔频率由ω0＝γxB0给出，其中B0是静场的强度，并且γ是回转磁比。第二，自旋根据衰减时间T1而返回到平衡方向，所述衰减时间被称作纵向驰豫时间常数或自旋晶格驰豫时间常数。对于氢核，γ/2π＝4258Hz/高斯，因此，例如，对于为235高斯的静场，回旋频率将是1MHz。分子核的自旋还与第二驰豫时间常数T2相关联，所述第二驰豫时间常数被称作横向驰豫时间常数或自旋-自旋驰豫时间常数。在九十度偏斜脉冲结束时，所有自旋都指向垂直于所述静场的共同方向，并且所述自旋都以拉莫尔频率回旋。净回旋磁化随着时间常数T2衰减，因为单独的自旋以不同的速率旋转并且失去其共同相位。在分子水平下，失相是由自旋的随机运动造成。邻近自旋和附近顺磁中心的磁场呈现为以随机运动随着自旋随机地波动的磁场。在非均匀场中，不同位置处的自旋以不同的速率回旋。因此，除了流体的分子自旋-自旋驰豫之外，所施加的场的空间不均匀性也会导致失相。场中的空间不均匀性可能是归因于岩石颗粒的磁化率的微观不均匀性或归因于磁体的宏观特征。用于在实验室与测井中采集NMR数据的广泛使用的技术使用被称作CPMG(卡尔-珀塞耳-梅布尔-吉尔)序列的RF脉冲序列。如众所周知的，在每个脉冲序列之前的等待时间之后，九十度脉冲致使自旋开始回旋。随后，施加一百八十度脉冲以致使在横向平面中失相的自旋重聚焦。通过重复地使用一百八十度脉冲使自旋重聚焦，一连串的“自旋回波”出现，并且测量并处理所述回波系列。可以使用这种技术可靠地获得横向驰豫时间常数T2或多个T2的分布。在测井中，传统上使用在井筒中位于“井下”(原位)的一组设备来执行CPMG序列。虽然原位执行所述CPMG序列允许相对快速地进行数据收集，但是设备和环境的限制可能会使得难以获得准确的井下数据。举例来说，归因于设备功率的限制、设计约束和井下条件，原位CPMG序列的信噪比(SNR)保持为低的。另外，虽然CPMG序列可用于测量与储层流体的性质相关的T2分布，但是CPMG序列不是很适合于研究具有强的偶极相互作用的固体样本，因为组成CPMG序列的pi(π)脉冲旋转不会使附近的氢原子之间的共核偶极-偶极相互作用重聚焦。更明确地说，固体是通过归因于分子相互作用(所述分子相互作用在液体中一般会归因于布朗运动而被平均)的存在所致的短的横向相干时间来表征。这些各向异性分子相互作用，诸如偶极-偶极相互作用，会导致NMR谱线(峰值)的变宽或横向驰豫时间的变短。举例来说，相隔开核间距离r的两个核自旋I1与I2之间的磁偶极-偶极相互作用的哈密顿量由下式给出其中μ0是真空磁导率，并且h是普朗克常数。当存在多个氢原子时，总的偶极哈密顿量是所有对的方程式(1)的和。在实验室中，可以通过使用魔角自旋(MAS)技术来部分地克服归因于固体中的偶极耦合所致的谱线变宽。参见例如E.R.Andrew,"MagicAngleSpinning",SolidStateNMRStudiesofBiopolymers,JohnWiley&Sons.pp.83–97(2010)。这种技术涉及通过使样本沿着轴线相对于B0成特定角度(～54°)快速地自旋来平均掉所述相互作用，从而导致谱线宽度的显著减小。在实验室中已广泛地使用MAS来研究油田固体以及粘性流体，诸如干酪根、沥青和重油。然而，这种技术在测井中无法在井下实施。在NMR测井工具中，取决于所述工具，可用的最短回波时间可能是在200μs与1050μs之间。由于含有干酪根的页岩样本的驰豫时间归因于强的偶极相互作用而可能短至100μs，因此无法通过当前的测井工具来准确地测量这样短的驰豫分量。
技术实现思路
提供本概述是为了介绍一些概念，在下文在具体实施方式中进一步描述所述概念。本概述不意欲标明要求保护的标的的关键或必要特征，也不意欲用作限制要求保护的标的的范围的辅助。本公开的说明性实施方案包括使样本经受NMR脉冲序列的方法和设备，所述NMR脉冲序列结合了后面跟有谱线窄化脉冲序列的(第一)固态脉冲序列，所述谱线窄化脉冲序列自身是与所述第一固态脉冲序列不同的(第二)固态脉冲序列的重复序列。所述第一固态脉冲序列产生未受到偶极相互作用影响的回波，并且因此，此第一回波的信号被视为样本的总氢含量的表示。所述谱线窄化序列随后产生一连串脉冲，所述脉冲可以用于找到与所述样本中的流体(液体和气体)更相关的样本的氢含量。在一些实施方案中，使用从处理与所述谱线窄化序列回波有关的信息而获得的样本的流体(氢)含量与从处理所述第一回波信息而获得的样本的总氢含量之间的差值来获得所述样本的固体部分的氢含量的指示。在其他实施方案中，所述NMR脉冲序列结合了包括一连串重复的第一固态脉冲序列的第一谱线窄化脉冲序列，所述第一谱线窄化脉冲序列后面跟着包括一连串第二固态脉冲序列的第二谱线窄化脉冲序列。可以处理由第一谱线窄化脉冲序列产生的回波和由第二谱线窄化脉冲序列产生的回波以获得所述样本中的不同含氢物质的指示。在其他实施方案中，所述NMR脉冲序列结合了后面跟着谱线窄化脉冲序列的T1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种核磁共振(NMR)工具，所述NMR工具包括：/n磁体；/n发射器，所述发射器包括脉冲序列发生器和功率放大器，其中所述脉冲序列发生器产生NMR脉冲序列，所述NMR脉冲序列包括：第一部分，所述第一部分包括第一类型的固态脉冲序列；和谱线窄化脉冲序列部分，所述谱线窄化脉冲序列部分利用与所述第一类型不同的第二类型的重复固态脉冲序列；/n接收器，所述接收器包括至少一个天线，所述至少一个天线被布置成检测由NMR场与样本的相互作用而产生的信号，所述信号包括跟着所述固态脉冲序列部分的至少一个第一回波以及在所述谱线窄化脉冲序列部分的脉冲之间的多个第二回波；以及/n处理器，所述处理器处理所述至少一个第一回波和所述多个第二回波并且确定所述样本的氢含量的指示。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170811 US 15/675,5751.一种核磁共振(NMR)工具，所述NMR工具包括：
磁体；
发射器，所述发射器包括脉冲序列发生器和功率放大器，其中所述脉冲序列发生器产生NMR脉冲序列，所述NMR脉冲序列包括：第一部分，所述第一部分包括第一类型的固态脉冲序列；和谱线窄化脉冲序列部分，所述谱线窄化脉冲序列部分利用与所述第一类型不同的第二类型的重复固态脉冲序列；
接收器，所述接收器包括至少一个天线，所述至少一个天线被布置成检测由NMR场与样本的相互作用而产生的信号，所述信号包括跟着所述固态脉冲序列部分的至少一个第一回波以及在所述谱线窄化脉冲序列部分的脉冲之间的多个第二回波；以及
处理器，所述处理器处理所述至少一个第一回波和所述多个第二回波并且确定所述样本的氢含量的指示。


2.如权利要求1所述的NMR工具，其中所述处理器使用逆拉普拉斯变换来处理所述第一回波和所述多个第二回波。


3.如权利要求1所述的NMR工具，其中所述NMR工具包括主体和联接到所述主体的电缆，所述磁体、所述发射器和所述接收器位于所述主体中。


4.如权利要求1所述的NMR工具，其中所述NMR脉冲序列的所述第一部分包括利用所述第一类型的重复固态脉冲序列并且产生多个第一回波的另一个谱线窄化脉冲序列部分。


5.如权利要求4所述的NMR工具，其中所述处理器使用逆2D拉普拉斯变换来处理所述第一多个第一回波和所述多个第二回波。


6.一种核磁共振(NMR)工具，所述NMR工具包括：
磁体；
发射器，所述发射器包括脉冲序列发生器和功率放大器，其中所述脉冲序列发生器产生NMR脉冲序列，所述NMR脉冲序列包括T1脉冲序列部分和利用重复固态脉冲序列的谱线窄化脉冲序列部分；
接收器，所述接收器包括至少一个天线，所述至少一个天线被布置成检测由NMR场与样本的相互作用而产生的信号，所述信号包括在所述谱线窄化脉冲序列部分的脉冲之间的多个回波；
处理器，所述处理器处理所述检测到的信号并且确定所述样本的氢含量的指示。


7.如权利要求6所述的NMR工具，其中所述处理器使用2D逆拉普拉斯变换来处理所述信号。


8.如权利要求6所述的NMR工具，其中所述处理器使用逆拉普拉斯变换与傅里叶变换的组合来处理所述信号并且产生T1-化学位移图，所述T1-化学位移图将所述样本的多种物质彼此区分开。


9.如权利要求6所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·K·凯德亚姆·维斯瓦纳坦，YQ·宋，
申请(专利权)人：斯伦贝谢技术有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL