井筒中构造特性的方位角NMR成像制造技术

利用置于钻孔中的核磁共振（ＮＭＲ）工具确定土地构造的某个区域的感兴趣参数的方法，该方法包含：　　　　（ａ）在包括所述感兴趣区域的区域中形成静磁场；　　　　（ｂ）发射一射频（ＲＦ）脉冲序列用以在所述区域中形成ＲＦ磁场，所述ＲＦ磁场在所述区域中具有空间变化的强度和与所述静磁场的方向基本正交的方向，所述ＲＦ脉冲的子集进一步具有与Ｂｅｓｓｅｌ函数的各零点相关的脉冲长度；　　　　（ｃ）接收具有由所述ＲＦ磁场形成的振幅的ＮＭＲ信号；以及　　　　（ｄ）利用所述振幅确定所述感兴趣参数。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术处于核磁共振测试设备领域。特定地，本专利技术为用于在钻井时对构造特性的方位角成像进行NMR测试的设备。
技术介绍
已经有很多种技术与钻井配合来确定井筒周围土地构造中是否存在碳氢化合物(石油和天然气)并估计其数量。这些方法都设计成确定构造参数(在这一申请中称为“感兴趣参数”)，其中包括岩石构造的孔隙度、液体含量和渗透性。通常，设计用于提供所需信息的工具用来对井筒做记录。很多记录都是在井筒钻出之后完成的。移开钻井设备以对井筒进行记录增加了时间和金钱成本。最近，已经可以在钻井的同时对井筒进行记录，称作钻孔同时测量(“MWD”)或钻孔同时记录(“LWD”)。还可以在将钻绳从井筒中解扣时进行测量。这称作解扣同时测量(“MWT”)。最近发展的一项技术包括利用核磁共振(NMR)记录工具和方法来确定其中岩石构造的孔隙度、碳氢化合物饱和度和渗透性。NMR记录工具用来激发井筒附近地质构造中的液体的原子核，从而可估算地址构造的某些参数，例如自旋密度、纵向驰豫时间(技术中通常称作“T1”)和横向驰豫时间(通常称作“T2”)。从这样的测量中可以确定孔隙度、渗透性和碳氢化合物饱和度，这些参数提供了关于地址构造的构成和可开采碳氢化合物的总量的有用信息。NMR井记录仪器通常包括用以在土地构造中引入静磁场的永磁铁和靠近磁铁的传输天线，天线的形状使得天线中的射频功率(“RF”)脉冲在土地构造中引入RF磁场。RF磁场通常与静磁场正交。在RF脉冲之后，氢或其它原子核的原子核自旋轴关于静磁场的进动旋转在接收天线中引入电压。进动旋转发生在静磁场强度与RF磁场频率相当的激发区域中。可以设计RF脉冲序列来操纵原子核磁化，从而可获得构造的NMR特性的不同方面。对于NMR井记录，最常用的序列是CPMG序列，包含一个激发脉冲和许多重聚焦脉冲。对于这些NMR方法来说感兴趣的区域通常完全处于岩石构造内部。然而，由静磁场的强度和RF磁场的频率所确定的敏感区却可以处于钻孔中，从而产生了错误信号。由于钻孔的不同几何尺寸，设计了不同的NMR记录方法。对于探测装置位于中心的小的轴对称钻孔来说，有可能获得来自岩石构造内的轴对称区域的信息。NMR记录中一个感兴趣的问题是获得关于环绕钻孔的土地构造的方位角信息。授予Sezginer等人的U.S.Patent 5,977,768提出使用分段天线来获得这样的信息。静磁场由一对相对的平行于工具纵轴磁化的磁铁来产生。检查区域为环绕钻孔的环形地带。通过使用分段天线，每个天线主要接收来自一个象限的信号。授予Poitzsch等人的U.S.Patent 6,255,817提出一种用于分析来自Sezginer装置的数据的方法。授予Ganesan等人的U.S.Patent 6,326.784公开了一种布置，其中使用梯度线圈来抑制检查区域的某些部分的自旋回声信号。正如本领域技术人员所知的，由相对磁铁结构确定的环形区域通常小于横向双极磁铁布置所确定的区域。这一特征限制了获得信号的区域进而降低了信号水平。随着工具使用横向双极磁铁结构产生了一个显然无关的问题。一个例子就存在于“侧视”NMR工具中，这种工具对工具的一侧上的NMR激发敏感，而对另一侧上的NMR激发更不敏感。工具的更敏感一侧通常压在钻孔邻近构造的侧墙上，从而给出NMR工具的RF场发生组件与NMR研究的构造区之间的最小间隔。浴室工具的更不敏感一侧朝向钻孔。这一可使用的NMR技术在钻孔直径远大于NMR工具直径时最为有效。通常，侧视NMR工具以特殊关系建立静和RF磁场分布以实现NMR工具某一侧上的最大NMR敏感度。这些传统的侧视NMR技术都是众所周知的，在下列专利中都有提出授予Taicher等人的U.S.Patent 4,717,877、授予Kleinberg等人的的U.S.Patent 5,055,787、授予Hanley等人的的U.S.Patent 5,488,342、授予Hanley的U.S.Patent5,646,528以及授予Prammer等人的U.S.Patent 6,0213,164。Kleinberg’787专利提出一种侧视NMR工具，它产生静磁场，导致只在工具前侧上的敏感区。这一工具前面的敏感区产生梯度基本为零的场，而这一工具后面的区域具有梯度相对较大的场。因此，与工具后面的NMR区域相比，工具前面敏感NMR区域的体积大得多并且对合成的NMR信号起更主要的贡献。然而，’787专利技术只在工具前面的敏感区非常靠近工具的时候才有用。因此这一条件限制了NMR研究的可实现的深度。’787工具设计还需要敏感区中梯度基本为零。然而，在NMR井记录中并不是总能实现这样的零梯度，因为许多相关NMR技术依赖于NMR敏感区内具有有限、已知的梯度。Hanley’342专利提出一种NMR工具技术，它给出局域在工具前面的均匀区域。’342工具设计克服了敏感区要不切实际地靠近NMR工具的不利要求。然而，它也有不足之处，因为敏感区不是沿NMR工具或的纵轴或钻孔轴延伸的，导致了由于运动影响而引起的难以接收的误差。Hanley’528公开了Jackson装置的另一变体，其中将导电材料屏蔽罩邻近电线圈组放置并垂直错开，由此RF天线所产生的磁场不对称地与磁铁的轴错开。与Jackson装置中一样，均匀静场区域保持环形。Hanley’528装置可以在大的钻孔中工作，钻孔信号减弱。两种Hanley装置都有这样的缺点检查区域的轴向延伸很小，从而它们不能在高度记录速度下工作。有几种装置致力于解决永磁铁的基本Jackson结构有限的轴向延伸问题。授予Taicher等人的U.S.Patent 4,717,877提出使用延长的柱状永磁铁，其中磁极位于磁铁相对的曲面上。来自这种磁铁的静场与磁极位于延长磁铁的对称轴中心上的磁场相似，给出平行于钻孔轴衍生的检查区。Taicher装置中的RF线圈也是双极天线，其中心与磁铁对称轴重合，从而在钻孔360°方位角中静和磁场的都互相正交。授予Prammer的U.S.Patent 6,023,164公开了Taicher专利的一个变体，其中工具在钻孔中工作。在Prammer装置中，NMR记录探头带有套管，具有半圆形RF屏蔽罩覆盖磁铁的一个磁极。屏蔽罩阻挡来自探头某一侧的信号。探头带有将探头未被覆盖的一侧压在钻孔侧壁上的元件从而未覆盖侧所接收到的信号主要来自构造。对于Prammer’164和Hanley’528装置来说，为了时探头后面的场最弱而维持探头前面的敏感度，屏蔽罩应当尽可能远离前侧区域。屏蔽罩的有效性受工具直径限制。在没有屏蔽罩存在时，Prammer’164和Hanley’528工具具有环形敏感区，从而以偏心方式使用两种装置中任何一个都会导致大的来自钻孔液体的信号。无源RF屏蔽罩通常尽可能远离前侧区域以便不会破坏所需区域中的NMR工具敏感度，并且还要尽可能靠近后侧区域以获得最大有效性。由此可见无源屏蔽罩的有效性最终受工具直径的限制。如果我们无法用工具内的屏蔽罩实现足够的衰减，那么我们将不得不采用下列不合意方式之一使用大磁铁使背面区域尽可能远；减弱来自前面区域的信号；或在工具外面安置屏蔽罩。从而，没有一种方法给出实际可行的解决方案。授予Beard等人的U.S.Patent 6本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：卡尔·M·艾德瓦尔德斯，
申请(专利权)人：贝克休斯公司，
类型：发明
国别省市：