用来产生在共振区具有直线轮廓线的轴对称磁场的核磁共振装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种可产生在共振区具有又长又直的轮廓线的轴对称的磁场的核磁共振装置和方法。采用一个导磁构件来确定由一个永磁体阵列产生的静磁场的形状。导磁构件将在获得核磁共振测量时由装置的垂直运动引起的构造内的静磁场的变化减至最小。另外，导磁构件可将在获得核磁共振测量时由装置的水平运动引起的构造内的静磁场的变化减至最小。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及测量一个钻孔横断面上地球构造(earthformation)的核磁共振特性的装置和方法，并且特别涉及一种可产生在共振区具有又长又直的轮廓线、基本上为轴对称的静磁场的装置和方法。众所周知，一个地球构造的粒子具有非零的核自旋磁矩，例如质子，当在构造上施加一个静磁场时，它们将沿该磁场取向。该磁场可能是自然产生的，例如地磁场BE的情形。当一个射频脉冲在BE的横向加上第二个振荡磁场B1后，质子将以一个特征的共振或拉莫尔频率ωL绕着BE矢量做进动，ωL由静磁场的强度和粒子的旋磁比决定。例如，绕着0.5高斯的磁场进动的氢核(质子)具有约为2kHz的特征频率。如果使一定布居的氢核同相进动，那么质子的总磁场可在接收线圈中产生一个可探测的振荡电压，专业人员知道这就是自由感应衰变或自旋回波。岩石孔中的水或碳氢化合物中的氢核所产生的核磁共振(NMR)信号与从其它固体得到的信号不同。美国专利No.4,717,878，颁发给Taicher等人，和5,055,787，颁发给Kleinberg等人，介绍了一种核磁共振仪器，它采用永磁体使氢核极化并产生一个静磁场取向B0，还采用射频天线来激励并探测核磁共振，以确定一个构造的多孔性，自由流体比和磁导率。原子核以一个时间常数T1沿外加场B0取向。经过一个阶段的极化后，核磁化矢量和外加场之间的角度可以通过沿垂直于静磁场B0施加的射频场B1来改变，其频率为拉莫尔频率fL＝γB0/2π，其中γ是质子的旋磁比，而B0表示静磁场强度。当射频脉冲终止时，质子开始在垂直于B0的平面内进动。一个再聚焦的射频脉冲序列产生一个在天线中形成可探测的NMR信号的自旋回波序列。美国专利No.5,557,201介绍了一种在钻探的同时进行构造鉴定的核磁化工具。该工具包括一个钻头，钻柱杆和一个放置在非磁性合金制成的钻探柱环内的脉冲核磁共振装置。该工具包括一个在钻柱杆和脉冲NMR装置内的通道，通过它可以把钻探泥浆抽到钻孔中。脉冲NMR装置包括两个管状磁体，和一个固定在磁体之间的钻柱杆的外表面上的天线线圈，相同的磁极围绕通道面对面地固定。该工具的设计使得核在一个专业人员称为马鞍点的测量区发生共振。英国专利申请No.2 310 500，1997年8月27日公布，介绍了一种边钻探边测量的工具，它包括一个用来对地球构造进行核磁共振测量的传感装置。NMR传感装置固定在钻探柱环外表面上的环形凹槽内。在一个实施例中，在凹槽内插入了一个磁路闭合装置。在磁路闭合装置的外侧径向表面放置了一个磁体。磁体由许多从工具的纵轴向外沿径向磁化的径向部分构成。要求磁路闭合装置提供合适的磁场方向性取向。现有技术中开发的工具有一些缺点，限制了它们在核磁共振测井应用中的使用。现有技术的工具中磁体的设计不能同时产生一个在所鉴定的构造的共振区内具有又长又直的轮廓线的高度轴对称的静磁场。当一个电缆测井工具垂直运动，以及一个钻探测井工具垂直或水平运动时，这些因素将影响NMR测量。上述现有技术的缺点可以通过本专利技术的可产生在共振区具有又长又直的轮廓线、基本上为轴对称的静磁场的装置和方法来克服。一个放置在横断地球构造的钻孔内的电缆测井或钻探测井装置通过实现核磁共振测量来确定一个构造特征。装置在构造内形成一定的静磁场，B0，在进行核磁共振测量的勘探深度处的径向方向上，由该静磁场产生的轮廓线基本上是直的。为了实现NMR测量，在构造内与静磁场同样的区域产生一个振荡磁场B1。装置包括至少一个导磁构件，用来对静磁场进行聚焦。导磁构件使得在进行核磁共振测量时由装置的垂直运动引起的构造内的静磁场的变化减至最小。而且，导磁构件可以使在进行核磁共振测量时由装置的水平运动引起的构造内的静磁场的变化减至最小。另外，导磁构件通过使B0场在远未到达实际的勘探区之前就具有相当的幅度来增加显著的预极化，这样允许提高测井速度。静磁场可由轴向，径向或线圈磁体设计来产生。对于轴向设计，静磁场由围绕携带装置的上磁体和围绕携带装置的下磁体产生，二者在轴向分开一定距离，这样由静磁场形成的轮廓线在进行核磁共振测量的勘探深度处的轴向上基本上是直的。沿轴向磁化的磁体在勘探区给出径向极化B0场。在下磁体和上磁体之间放置至少一个导磁构件用来确定静磁场的形状。在进行核磁共振测量的勘探深度处，静磁场可具有低梯度或高梯度，由磁体的间距决定。对于径向设计，静磁场由围绕携带装置的环状圆柱磁体阵列产生。磁体阵列包括许多部分，每个部分沿垂直于装置的纵轴的径向向外的方向磁化。导磁构件包括携带装置的一部分，以及围绕该部分的底盘，或者底盘和携带装置某一部分的组合。对于线圈设计，静磁场由许多围绕携带装置的几何对称和轴对称的磁环产生。这组磁环包括一个上磁环，一组内磁环和一个下磁环。上磁环和下磁环的半径比每个内磁环的半径大。每个磁环都是轴对称极化的，而且每个磁环的极化方向，沿磁环的方向逐渐变化。上磁环的极化方向与下磁环的极化方向径向相反。每个内磁环的极化方向逐渐变化，使得对每个内磁环而言，极化和横向半径矢量之间的角度线性变化。从下面有关附图的介绍中将显而易见本专利技术的优点。需要指出，附图仅用做说明之目的，不能做为本专利技术的限定。在附图中附图说明图1示出了一个核磁共振钻探测井装置；图2给出了低梯度磁体的设计；图2a-2d示出了与四个低梯度磁体结构相应的|B0|轮廓线；图3a-3d示出了与四个低梯度磁体结构相应的梯度|B0|的轮廓线；图4示出了高梯度磁体的设计；图4a示出了与高梯度磁体结构相应的|B0|轮廓线；图4b示出了与高梯度磁体结构相应的梯度|B0|的轮廓线；图5示出了线圈磁体的设计；图5a示出了与带有非导磁构件的线圈磁体结构相应的|B0|轮廓线；图5b示出了与带有导磁构件的线圈磁体结构相应的|B0|轮廓线；图6示出了径向磁体的设计；图6a给出了与带有非导磁构件的径向磁体结构相应的|B0|轮廓线；以及图6b示出了与带有导磁构件的径向磁体结构相应的|B0|轮廓线；图7示出了一种采用三个磁体的组合磁体的结构；图7a示出了与一个组合的低梯度-低梯度磁体结构相应的|B0|轮廓线。参照图1，示出了一种核磁共振(NMR)钻探测井装置10。装置10包括一个钻头12，钻柱杆14，一个磁体阵列16，射频天线18，和安装在钻井柱环22中的电子线路20。在构造中钻一个钻孔24的设备包括钻头12和钻井柱环22。泥浆流套筒28构成了一个通道30，可以穿过钻柱杆14把钻井液带出去。驱动机械26转动钻头12和钻柱杆14。这个驱动机械在颁发给Clark等人的美国专利NO.4,949,045中有充分的介绍，其内容做为参考包括在本叙述中。但是，本专利技术仍然考虑采用置于钻柱杆内的测井泥浆马达做为驱动机械26。磁体阵列16产生的磁场由至少一个放置在钻柱杆内部的导磁构件36聚焦。通过这种结构，构件36可以沿轴向延伸相当的长度而且不需要降低钻柱杆22的机械强度。而且，如果构件36由机械强度较弱的材料构成，那么其下面分立的泥浆流套筒28可起到一定程度的保护作用，避免钻井泥浆的压力，切割和磨损。将构件36放置在钻井柱环22的外面将大大降低装置的机械完整性，因为那种结构要求在钻井柱环的外侧刻一个可放置构件36的凹槽，这样就降低了柱环22的强度，因为钻井柱环在通道本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种产生磁场的装置，包括： ａ）一个机箱； ｂ）一个测量装置，放置在机箱内，用来进行核磁共振测量，该测量装置包括： ｉ）一种产生基本上为轴对称的静磁场的装置，磁场穿过机箱进入构造（ｆｏｒｍａｔｉｏｎ）内，静磁场产生的轮廓线在要获得核磁共振测量的勘探深度处沿轴向基本上是直的； ｉｉ）一种在构造内产生振荡场的装置；以及 ｃ）至少一个导磁构件，用于确定静磁场的形状。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：B鲁翁，K加内桑，ME波伊茨施，
申请(专利权)人：安娜钻机国际有限公司，
类型：发明
国别省市：PA[巴拿马]