用于计算自旋-自旋弛豫时间分布的设备和方法技术

本发明专利技术涉及用于计算自旋－自旋驰豫时间分布的一种方法。所说自旋回波幅值利用一个时间窗口上的接收器电压的硬件积分获得。利用一个线性算子将一个驰豫时间分布与自旋回波相映射，产生所说线性算子的单值分解（ＳＶＤ），确定所说ＳＶＤ的矢量，和利用所说矢量压缩所说自旋回波数据。为了消除遥测瓶颈，在井下计算所说Ｔ２型谱，并传输到地面。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本申请是1998年3月3日提交的美国专利申请No.09/033965的部分继续申请。一般来说，本专利技术涉及用于测量被一个井孔贯穿的地层构造的核磁共振特性的一种设备和方法，更具体地说，本专利技术涉及用于计算自旋-自旋驰豫时间分布的设备和方法。人们已经清楚地认识到，具有非零核自旋磁矩的地层构造中的原子粒子，例如质子，具有与施加在该构造上的静磁场沿同向排列的趋势。这种磁场可以自然产生，例如地磁场BE。用于施加垂直于BE的第二磁场的RF脉冲在横向平面(垂直于BE)中产生一个磁化分量，该分量以被称为拉莫尔频率ωL的特征谐振频率围绕BE矢量进动，所说拉莫尔频率的高低取决于静磁场的强度和粒子的旋磁比。围绕例如0.5高斯的磁场BE进动的氢原子核(质子)的特征频率大约为2k赫兹。如果使许多氢原子核同相地进动，这些质子的组合磁场能够产生在接收器线圈中产生可检测到的振荡电压，形成本领域技术人员称之为自由感应衰减或自旋回波的状态。存在于岩石孔隙中的水和碳氢化合物的氢原子核产生与由其它固体物质产生的信号不同的核磁共振(NMR)信号。授予Taicher等人的美国专利US-4717878和授予Kleinberg等人的美国专利US-5055787都记载了NMR测井设备，这些设备应用永磁体使氢原子核极化和产生静磁场B0，应用RF天线激励和探测核磁共振信号以确定一种构造的孔隙率、自由流体比率、和渗透性。原子核以时间常数TI与所施加的磁场B0同向排列。在经过一段时间的极化之后，通过施加垂直于所说静磁场B0的一个RF场B1，可以改变核磁化方向与所施加磁场方向之间的夹角，所说静磁场的拉莫尔频率fL＝γB0/2π，其中γ为质子的旋磁比，B0表示静磁场强度。在RF脉冲结束之后，质子在垂直于B0的平面内进动。一个再聚焦RF脉冲序列产生一个自旋回波序列，这些自旋回波在天线中产生可以检测到的NMR信号。授予Melvin Miller的美国专利US-5280243记载了用于在钻探过程中进行构造评估的一种核磁共振测井仪。这种测井仪包括由设置在沿钻轴外侧纵向延伸的环形凹槽中的一个永磁体和设置在钻轴外侧一个非导磁性套管上的一个天线构成的一个探测器部分。静磁场量值梯度沿径向方向。天线产生基本同时垂直于测井仪纵轴和静磁场方向的RF磁场。在专利‘243所述装置中，磁体的轴向尺寸与其直径相比必须较长，以使所产生的磁场的特性近似于一个2维偶极子。授予Taicher等人的美国专利US-5757186记载了一种即钻即测型测井仪，这种测井仪包括用于对地层构造进行核磁共振测量的一个检测装置。所说NMR检测装置安装在形成于钻轴外表面的一个环形凹槽中。在一个实施例中，在凹槽中插入一个磁力线封闭罩，在磁力线封闭罩的外径向表面上设置有一个磁体。该磁体是由多个径向段构成的，这些磁体段是从测井仪的纵轴径向向外磁化的。磁力线封闭罩用于使磁场具有适合的取向。在专利‘243和‘186中公开的测井仪存在同样的问题两者都需要使用非导电磁体，并将磁体设置在钻轴外侧。在专利‘243的测井仪中，钻轴的外表面必须包含一个凹进区域以容纳非导电磁体。在专利‘186的测井仪中，钻轴的外表面必须包含一个凹进区域以容纳磁力线封闭罩、非导电磁体、和天线。因为钻轴的强度是其半径的函数，为仅仅容纳磁体或磁力线封闭罩和天线而减小钻轴外径会导致钻轴具有不可接受的薄弱部分，这一部分在钻探过程中可能发生弯曲或折断。授予Kleinberg等人的美国专利US-5557201记载了用于在钻探过程中进行构造评估的一种脉冲核磁测井仪。这种测井仪包括一个钻头、一根钻杆柱、和安装在由非磁性合金制成的钻轴内的一个脉冲核磁共振装置。这种测井仪包括形成在钻杆柱和脉冲NMR装置内部的一条通道，钻探泥浆穿过该通道泵入井孔中。所说脉冲NMR装置包括两个管形磁体，它们按照相同磁极彼此面对的方式安装，并且围绕着所说通道，在钻杆柱外表面上位于两个磁体之间安装有一个天线线圈。这种测井仪用于使被本领域技术人员称之为鞍点的测量区域内的原子核发生共振。授予Sezginer等人的美国专利US-5705927也记载了用于在钻探过程中进行构造评估的一种脉冲核磁测井仪。这种测井仪包括设置在测井仪内部或外部的调整磁体，该磁体通过增大井孔中静磁场的强度抑制井孔流体的磁共振信号，从而使井孔中的拉莫尔频率大于由设置在测井仪凹进部分中的一个RF天线所产生的振荡场的频率。这个调整磁体还减小了探测区域中静磁场的梯度。借助于本专利技术用于计算自旋-自旋驰豫时间分布的一种设备和方法可以克服现有技术的上述缺点。在井孔所贯穿的构造中施加一个基本轴对称的静磁场。在所说构造中还施加一个振荡磁场。探测所说构造的核磁共振信号并传输到位于井孔中的信号处理器中。所说信号处理器根据所探测的信号计算自旋-自旋驰豫时间分布。可以将所说自旋-自旋驰豫时间传输到所说井孔表面(上孔)。所说多个信号的幅值为信号加噪声幅值，Aj，它可以用下述关系式表征Xji=exp(-jΔtT2i)(1-exp(-twcT2i))]]>其中ηj为测量值Aj中的噪声，ai为在T2，j时刻所取的T2分布幅值， 表示矩阵X的矩阵元，其中tw为等待时间，c为一个常数(T1/T2的比值)，Δt为回波间隔，而j＝1，2，…N，其中N为在一个脉冲序列中收集的回波数量。用矩阵符号表示，该方程变为 因为噪声η是未知的，所以通过求解函数 的最小值可以近似求得 。可以在该函数中加入一调整项， ，并使用一种适合的迭代求最小值算法求出函数 的最小值。从以下对于附图的说明可以清楚地了解本专利技术的优点。应当理解，这些附图仅仅用于说明，而不是用于限定本专利技术。在附图中附图说明图1表示一种即钻即测型设备；图2表示所说低梯度探测器；图2a-2d表示对应于四个低梯度磁体配置的等高线 图3a-3d表示对应于四个低梯度磁体配置的梯度|B0|的等高线；图4表示所说高梯度探测器；图4a表示对应于高梯度磁体配置的等高线 图4b表示对应于高梯度磁体配置的梯度|B0|的等高线；图5表示简单数据采集模式；图6表示交叉存取数据采集模式；图7表示脉冲串数据采集模式；和图8为表示脉冲程序装置的方框示意图。参见图1，图中表示了一种核磁共振(NMR)即钻即测型测井仪10。所说测井仪10包括一个钻头12、钻杆柱14、多个RF天线36、38，和至少一个梯度线圈56。所说测井仪10还包括封装在钻轴22内的电路20。所说电路20包括天线36、38的RF谐振电路、一个微处理器、一个数字信号处理器、和一条低压总线。所说测井仪10还包括多个管形磁体30、32、和34，它们都沿平行于测井仪10纵轴的方向极化，但是彼此相对，即以相同的磁极彼此面对。磁体30、32和34可以由导电材料或是非导电材料制成。磁体30、32、和34以及天线36、38的配置形成至少两个具有基本轴对称的静磁场和RF磁场的NMR探测区域60、62。用于在所说构造中钻井的装置24包括钻头12和钻轴22。所说钻轴22可以包括用于在钻井过程中使测井仪在井孔内的径向运动稳定的一个稳定装置(未示出)，但是，所说稳定装置并不是必需的；所以，测井仪10可以在稳定运动或不稳定运动状态下工作。泥浆流动套管28构成了用于运载钻探流体通过钻杆柱本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于测井的一种方法，该方法包括以下步骤： ａ）在被井孔贯穿的构造中产生基本轴对称的静磁场； ｂ）在所说构造中产生一个振荡磁场； ｃ）探测从所说构造中产生的核磁共振信号； ｄ）在所说井孔中设置一个信号处理器；和 ｅ）利用所说处理器，根据所探测的信号计算自旋－自旋驰豫时间分布。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：ME波伊茨施，RA德沃拉克，R海德勒，B卢翁，
申请(专利权)人：施卢默格控股有限公司，
类型：发明
国别省市：VG[英属维尔京群岛]