專利名稱：帶有可編程序的脈沖序列發(fā)生器的井下核磁共振測井儀的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種包括一個可編程的脈沖序列發(fā)生器的井下測井儀。
背景技術：
核磁共振(NMR)測量方法一般用來研究樣品的性質。例如，可使用NMR用繩索起下之鉆具或隨鉆井下測井儀(LWD)來測量地下地層的性質。按照這種方法，典型的井下NMR測井儀，例如，可以通過確定存在于地層構造流體中的總的氫含量來提供某一特定地層的與巖性無關的孔隙率的測量結果。同樣重要的是，NMR測井儀還可以提供表明流體的動力學性質和環(huán)境的測量結果，因為這些因素可能與那些重要的巖石物理參數(shù)有關。例如，NMR的測量結果可提供用來導出地層構造滲透率和該地層構造的孔隙空間中所含的流體的粘滯性的信息。要用其它那些傳統(tǒng)的測井裝置來導出這種信息可能是困難的或者是不可能的。這樣，與那些其它類型的井下測井儀相比，能夠完成這些測量的NMR測井儀的能力就使得它特別吸引人。
典型的NMR測井儀包括一個用來極化地層構造中的氫核(質子)的磁體和一個發(fā)射器線圈或天線，其接收來自該測井儀的脈沖發(fā)生器的射頻(RF)脈沖，并且響應該脈沖，向地層構造發(fā)射RF脈沖。接收器天線可以測量極化了的氫對所發(fā)射的脈沖的響應(用稱之為“自旋回波信號”的所接收到的RF信號來表示)。通常該發(fā)射器和接收器天線組合成一個單一的發(fā)射器/接收器天線。
有發(fā)明的NMR測井儀所采用的NMR技術，通常使用一種包括延遲一個極化時間以及隨后使用采集序列脈沖的這兩個基本步驟的程序的某些變型。在極化時間(或叫作“等待時間”)期間，地層構造中的質子按照由一個(NMR測井儀的)永磁體建立的靜磁場(叫作B0)方向極化。
一個NMR脈沖序列的例子是圖1中所示的CPMG(Carr-Purcell-Meiboom-Gill)序列15。通過施加該序列15，可以得到自旋馳豫時間(例如，時間T2)的分布，并且該分布可以用來確定和以圖形方式描繪出某一地層構造的特性。使用GPMG序列15來測量該T2時間的方法包括下述步驟。在第一步中，該NMR測井儀以合適的時間間隔產(chǎn)生一個脈沖RF場(稱之為B1場)從而施加一個90°激勵脈沖14a以使得初始時沿該B0磁場排列的氫核自旋發(fā)生轉動。盡管沒有詳細說明，每個脈沖實際上是一個RF載波信號的包絡面或者脈沖群。當這些自旋繞B1場向遠離B0磁場的方向旋轉時，這些自旋立即開始繞B0磁場進動。在脈沖14a結束時，這些自旋轉動90°進入與該B0磁場垂直的平面。這些自旋在該平面內(nèi)繼續(xù)旋進，開始時是同步的，隨后逐漸地失去同步性。
對于步驟二，以激勵脈沖14a之后的一個固定時刻TCP，該NMR測井儀產(chǎn)生一個(比激勵脈沖14a)更長持續(xù)時間的B1場，以施加一個NMR再聚焦脈沖14b，從而使自旋進動180°角，同時載波相位相移±90°。該NMR脈沖14b使得這些自旋再恢復同步，并且產(chǎn)生一個伴生的自旋回波信號16(見圖2)，它的峰值在2TCP，比翻轉脈沖14a落后90°。步驟二可以在間隔2TCP中重復“k”次(其中“k”是回波的個數(shù)并且作為舉例，可以假定為從幾直到幾千中的任何一個值)。對于步驟三，完成自旋回波序列后，需要一個等待的期間(通常稱之為等待時間)，從而在開始接下來的用來采集另一組自旋回波信號的CPMG序列15之前使得這些自旋恢復到沿B0磁場的平衡。利用每組自旋回波信號16的振幅衰減可以導出時間T2的分布。
盡管希望改變測量序列的特征來盡可能地完善對某一特定地層構造的測量，但是，傳統(tǒng)的NMR測井儀是專門設計用來執(zhí)行某一個預定的NMR測量序列的。這樣，對于改變序列，傳統(tǒng)的測井儀只能提供有限的靈活性，因為這些可能已經(jīng)編程在測井儀中的參數(shù)能夠影響序列的總時間不允許改變序列的特定部分的靈活性。例如，傳統(tǒng)的NMR測井儀可以用上面所述的翻轉脈沖14a與第一個再聚焦脈沖14b之間的時間TCP編程。然而，該值也設定了連續(xù)的再聚焦脈沖14b之間的時間(2TCP)。這樣，盡管除了2TCP之外再聚焦脈沖14b之間的其它時間可以更適合于更完善地控制測井儀，但該測井儀不具有改變這一時間的靈活性。
因而，還需要解決上面所述的一個或多個問題的處理方法。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一個方面中，一個NMR測量裝置包括至少一個天線和一個脈沖序列發(fā)生器。該脈沖序列發(fā)生器與所說的至少一個天線耦合并且用來接收表明NMR測量序列的狀態(tài)的狀態(tài)標碼。該脈沖序列發(fā)生器采用所說的天線在井下某一地層構造中根據(jù)所說的狀態(tài)標碼執(zhí)行NMR測量序列。


通過以下的說明書、附圖和權利要求，本發(fā)明的其它方面以及本發(fā)明的優(yōu)點會變得更加清楚。
圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術的一個NMR測量序列的示意圖。
圖2是響應圖1所示的NMR測量序列產(chǎn)生的自旋回波信號的示意圖。
圖3是采用根據(jù)本發(fā)明的一個實施例構成的一個可編程NMR測井儀系統(tǒng)的結構示意圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的NMR測量序列的典型部分的示意圖。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的NMR測量序列的狀態(tài)的狀態(tài)示意圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的狀態(tài)標碼的示意圖。
圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的可以用來編程圖3中的測井儀的圖解式用戶界面的示意圖。
圖8是向根據(jù)本發(fā)明的實施例的NMR測井儀傳輸之前的狀態(tài)標碼包的示意圖。
圖8A是圖6中的狀態(tài)標碼包的示意圖。
圖9是根據(jù)本發(fā)明的實施例的測井儀的電路系統(tǒng)的結構示意圖。
圖10是根據(jù)本發(fā)明的實施例的圖9中的測井儀的一個脈沖序列發(fā)生器的結構示意圖。
圖11是根據(jù)本發(fā)明的實施例的圖10中的脈沖序列發(fā)生器的存儲器中的數(shù)據(jù)排布的示意圖。
圖11A是用于移動循環(huán)的未折迭的狀態(tài)標碼的示意圖。
圖12是說明射頻(RF)信號的衰減的波形圖，該衰減可以用來自動調頻根據(jù)本發(fā)明的實施例的脈沖序列發(fā)生器的天線的共振頻率。
圖13是圖12中的信號的頻譜分布。
圖14是根據(jù)本發(fā)明的實施例的測井儀的一個傳感器的結構示意圖。
圖15是根據(jù)本發(fā)明的實施例的圖14所示的傳感器的部分結構的示意圖。
圖16是根據(jù)本發(fā)明的實施例的圖14所示的傳感器的俯視圖。
圖17是根據(jù)本發(fā)明的實施例的該傳感器的鐵磁材料的磁導率的標繪圖。
圖18是說明發(fā)射脈沖的頻率與靜磁場之間相對于研究深度的關系的標繪圖。
具體實施例方式
參照圖3，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的NMR測量系統(tǒng)48包括一個核磁共振(NMR)隨繩索起降的測井儀50，其可以用一個具有寬范圍的NMR測量序列編程。具體地，用該測井儀50來接收測井序列數(shù)據(jù)52，數(shù)據(jù)52定義一個由該測井儀50執(zhí)行的特定的NMR測量序列。該數(shù)據(jù)52又包括一些狀態(tài)標碼，每一個表明在該序列的一個伴生的時間塊、或時間間隔期間該NMR測量序列的狀態(tài)。因而，由于這種設置，如后面所描述的，該測井儀50能根據(jù)該狀態(tài)標碼產(chǎn)生所說的NMR測量序列。在一些實施例中，如后面所描述的，該狀態(tài)標碼能夠由(例如，位于井口地面的)計算機60產(chǎn)生，該計算機60通過電纜109向該測井儀50傳遞所得到的數(shù)據(jù)52。該計算機60也可以通過該電纜109接收來自測井儀50的磁共振(MR)數(shù)據(jù)55。除了上面所述的電纜技術外該數(shù)據(jù)52可以通過其它技術輸入給該測井儀50(例如，在該測井儀50放入井下之前通過串引鏈接輸入)。
每個狀態(tài)標碼伴生著該NMR測量序列的一個特定的時間間隔，并且表明在該時間間隔內(nèi)控制該測井儀50的各種信號的邏輯電平。作為幾個例子，例如，一個特定的狀態(tài)標碼可以表明一個數(shù)字信號的狀態(tài)，該信號確定所發(fā)射的射頻(RF)脈沖的載波信號的頻率，以及同一個狀態(tài)標碼可以表明另一個數(shù)字信號的狀態(tài)，這另一個信號表明該載波信號的相位。對于另一個例子，如后面所描述的，一個特定的狀態(tài)標碼可以表明電壓的邏輯電平，用這些電壓操作該測井儀50的開關從而產(chǎn)生所說的NMR測量序列。在一些實施例中，每個狀態(tài)標碼也可以表明該伴生的時間間隔的持續(xù)時間。
該測井儀50可以存儲用于若干NMR測量的狀態(tài)標碼。在這種情況下，可以在該測井儀50放入井下之前選取所采用的這些序列。進而，由于該測井儀50能夠存儲用于多個NMR測量序列的狀態(tài)標碼，該測井儀50可以使用不同的序列下井。例如，將在下面做進一步描述的，為實現(xiàn)確立不同的共振殼層406(如圖16所示)的目的，該測井儀50可以采用具有不同RF頻率的序列來研究該地層構造的不同區(qū)域。
該測井儀50包括與該測井儀50的NMR傳感器57電耦合的電路系統(tǒng)53。如以下所述，該電路系統(tǒng)53接收來自電纜109的數(shù)據(jù)52并且與傳感器57交相感應來執(zhí)行所給出的NMR測量序列，以及(通過電纜109)向計算機60傳遞該MR數(shù)據(jù)55。
參照圖4，作為一個例子，一個NMR測量序列的典型部分70可以跨越由連續(xù)的時間間隔t0、t1、t2、t3、t4和t5形成的一個期間。這些時間間隔中的每一個依次地伴生著一個狀態(tài)標碼。例如，在t1間隔期間，該相應的狀態(tài)標碼可以表明信號的邏輯狀態(tài)，以實施一個RF脈沖72的發(fā)射(例如，一個翻轉脈沖或一個再聚焦的脈沖)。進而，在時間間隔t0中，與時間間隔t0伴生的該狀態(tài)標碼能表明確定RF脈沖72的RF載波信號的相位和頻率的信號狀態(tài)。作為另一個例子，在時間間隔t1中，與時間間隔t1伴生的該狀態(tài)標碼能表明一個開關信號狀態(tài)，其使得在發(fā)射該RF脈沖72期間縮短對測井儀50的RF接收器的輸入。
類似地，其它狀態(tài)標碼可以表明相應的信號狀態(tài)，使得在圖4所示的該NMR測量序列的典型部分70持續(xù)期間內(nèi)產(chǎn)生其它RF脈沖(例如RF脈沖74和76)。作為另一個例子，對于RF脈沖72是一個再聚焦的脈沖的情況下，與時間間隔t2伴生的該狀態(tài)標碼可以表明一個信號狀態(tài)，它使得在時間間隔t2的持續(xù)期間內(nèi)當接收到一個自旋回波信號時該(用來發(fā)射RF脈沖72的)發(fā)射天線與(該測井儀50的)接收器電路系統(tǒng)隔離。如上面所說的，除了表明信號狀態(tài)外，在一些實施例中，每個狀態(tài)標碼表明它自身的持續(xù)時間。因而，例如，與時間間隔t2伴生的該狀態(tài)標碼確定了該時間間隔t2的持續(xù)時間。
參照圖5，從而，每個狀態(tài)標碼伴生有一個該NMR測量序列的通常狀態(tài)(在以后的描述中用“STATE”代表)。例如，在發(fā)射一個再聚焦脈沖的期間出現(xiàn)一個STATE并且在接下來的時間間隔中當接收到一個自旋回波信號時出現(xiàn)另一個STATE。在這種情況下，參照說明該NMR測量序列的一個典型狀態(tài)的狀態(tài)圖5，在NMR測量序列的STATE1中，該伴生的狀態(tài)標碼使得電路系統(tǒng)53中的各個信號在STATE1期間發(fā)生作用/不發(fā)生作用，從而控制該測井儀50的輸出和可能確定在即將來臨的該NMR測量序列的STATE中采用的參數(shù)(例如載波相位和頻率)。與STATE1伴生的時間間隔過去之后，該NMR測量序列進入到STATE2，由另一個狀態(tài)標碼描述的一個STATE。在這種情況下，與STATE2伴生的該狀態(tài)標碼使得電路系統(tǒng)53中的各種信號發(fā)生作用/不發(fā)生作用。
如圖5中所描繪的，該NMR測量序列可以在STATE1和STATE2之間循環(huán)N次。為實現(xiàn)這一點，在一些實施例中，與STATE1伴生的狀態(tài)標碼表明該循環(huán)的開始，并且與STATE2伴生的狀態(tài)標碼表明該循環(huán)的結束。無論是描述STATE1的狀態(tài)標碼還是描述STATE2的狀態(tài)標碼都可以表明該循環(huán)重復的次數(shù)(例如，N)。N次循環(huán)之后，該NMR測量序列進入到STATE3，由另一個狀態(tài)標碼控制的狀態(tài)。如圖5所示，作為另一個例子，也可以創(chuàng)建包括STATE1、STATE2和STATE3的(M次的)其它循環(huán)。
因而，可以采用這些狀態(tài)標碼來控制NMR測量序列的狀態(tài)?？偠灾?，每個狀態(tài)標碼可以表明伴生的部分或全部特性。首先，每個狀態(tài)標碼表明用來確定NMR測量序列的伴生的或未來的狀態(tài)的各種信號的狀態(tài)。該狀態(tài)標碼也可以表明該伴生的NMR測量序列的狀態(tài)的持續(xù)時間。該狀態(tài)標碼還可以表明當前的狀態(tài)經(jīng)過后的下一個NMR測量序列狀態(tài)的參數(shù)(例如，載波頻率或載波相位)?？紤]到循環(huán)，該狀態(tài)標碼可以表明一個循環(huán)的開始或一個循環(huán)的結束，并且該狀態(tài)標碼可以表明一個循環(huán)重復的次數(shù)。
圖6描繪了四個典型的狀態(tài)標碼90，92，94和96，其中每一個伴生著一個NMR測量序列的不同的狀態(tài)(稱之為STATE1，STATE2，STATE3和STATE4但不需要與圖5中所示的狀態(tài)有關)。在這種情況下，(與STATE1伴生的)該狀態(tài)標碼90表明測井儀50的一個或多個信號的輸出狀態(tài)(用“11111110b”表示，其中后綴“b”代表二進制單位)。該狀態(tài)標碼90也表明STATE1的500微秒(μs)的持續(xù)時間，但是不表明任何循環(huán)的開始或結束。因而，在500μs的末端，該NMR測量序列進入STATE2，一個由狀態(tài)標碼92描述的狀態(tài)。該狀態(tài)標碼92表明測井儀50的一個或多個信號的輸出狀態(tài)并且還表明STATE2的200微秒(μs)的持續(xù)時間。該狀態(tài)標碼92進一步表明一個重復三次的循環(huán)的開始(在圖6中用“{”表示)。在200μs的末端，該NMR測量序列進入STATE3，一個伴生有狀態(tài)標碼94的狀態(tài)，并且在STATE3中保持所表明的持續(xù)時間(450μs)。該狀態(tài)標碼94表明以STATE2開始的循環(huán)的結束。因而，450μs的持續(xù)時間之后，該NMR測量序列返回到STATE2來重新開始該循環(huán)。該循環(huán)重復三次以后，該NMR測量序列返回到伴生有狀態(tài)標碼96的STATE4并且在STATE4持續(xù)100μs。盡管在上面的例子中描述了一個循環(huán)，該狀態(tài)標碼可以表明多個循環(huán)，并且該狀態(tài)標碼可以表明嵌套循環(huán)。
參照圖7，在一些實施例中，用計算機60執(zhí)行程序62(如圖3所示)時，使得該計算機60(在計算機60的顯示屏上)形成一個圖解式用戶界面(GUI)97，其允許直觀地創(chuàng)建和編輯該NMR測量序列的狀態(tài)。在這種情況下，該GUI97顯示有多個列(例如，圖7中所示的列1-11)，其中每一個伴生有該NMR測量序列的一個狀態(tài)。如圖7中所描述的，該GUI 97的頂部行是一個標題欄，為便于使用允許給每一列加以標題。在這種情況下，可以通過用鼠標點擊某一特定狀態(tài)的標題和使用計算機的鍵盤改變狀態(tài)的名字來對狀態(tài)加以標題和重新加以標題?？梢砸酝瑯拥姆绞礁淖兓蜉斎胂旅婷枋龅乃@示的信號狀態(tài)和狀態(tài)持續(xù)時間。
標題欄下面的欄顯示每個狀態(tài)的持續(xù)時間，并且顯示狀態(tài)的持續(xù)時間的欄之間的一欄顯示的是嵌入的循環(huán)的代碼。例如，在列1中，符號“8{”表明一個重復八次的外部循環(huán)的開始。作為例子，該外部循環(huán)可以限定八個NMR測量。在列5中，符號“1200{”表明一個重復1200次的內(nèi)部循環(huán)的開始。作為一個例子，該內(nèi)部循環(huán)可以限定再聚焦脈沖和延遲從而允許自旋回波探測，并且位于內(nèi)部循環(huán)的外側的外部循環(huán)的一部分可以定義一個翻轉脈沖。
該GUI 97的其它欄表明該NMR測量序列的每個狀態(tài)的邏輯信號狀態(tài)。例如，一個由“RF”表示的信號，邏輯電平為1時表明一個脈沖的開始，否則邏輯電平為0。作為另外一個例子，一個由“ACQ”表示的信號，邏輯電平為1時表明是一個探測脈沖，否則邏輯電平為0。圖7中所示的其它信號的一部分將在后面與該測井儀50的電路系統(tǒng)53相聯(lián)系說明。
參照圖8，計算機60可以以下面的方式把這些狀態(tài)標碼作為整體來形成數(shù)據(jù)52傳遞給測井儀50。傳遞給測井儀50的第一個數(shù)據(jù)塊包括標題信息，例如正在傳遞的狀態(tài)標碼的數(shù)目。從與相應的狀態(tài)的順序對應的狀態(tài)標碼中形成接下來的數(shù)據(jù)塊。這樣，第二個數(shù)據(jù)塊是對應STATE1的狀態(tài)標碼，第三個數(shù)據(jù)塊是對應STATE2的狀態(tài)標碼，等等。
圖8A顯示的是把圖6中的狀態(tài)標碼90、92、94和96形成一個整體的例子。如圖所示，第一個數(shù)據(jù)塊表明狀態(tài)的個數(shù)是四。接下來的四個塊分別表示狀態(tài)標碼90、92、94、96。如圖所示，狀態(tài)標碼92表明一個循環(huán)的次數(shù)為三，與此同時其它狀態(tài)標碼90、94和96表明循環(huán)的次數(shù)為零。在這種情況下，每根據(jù)狀態(tài)標碼92發(fā)生一次該狀態(tài)，相應的循環(huán)計數(shù)器減1。圖8A中還顯示了表明接下來的狀態(tài)的分流條件(在圖8中稱之為“階躍”)。如果該循環(huán)計數(shù)是零，則控制發(fā)射進入接下來的連續(xù)狀態(tài)。然而，如果該循環(huán)計數(shù)不是零，則該相應的分流條件表明接下來的狀態(tài)。
參照圖9，在一些實施例中，電路系統(tǒng)53與計算機60相連接，以根據(jù)狀態(tài)標碼執(zhí)行一個已給出的NMR測量序列。為了實現(xiàn)這一點，一個井下控制器110與電纜109連接，從而與計算機60相連接，以便接收數(shù)據(jù)52，并且向一個可編程的脈沖序列發(fā)生器111提供所得到的狀態(tài)標碼。該脈沖序列發(fā)生器111依次執(zhí)行狀態(tài)標碼來產(chǎn)生控制該NMR測量序列的信號(在信號線113上)。在該NMR測量序列的過程中，如將在下面進一步說明的，脈沖序列發(fā)生器111執(zhí)行下列功能產(chǎn)生信號，這些信號操作一個功率放大器118來產(chǎn)生RF發(fā)射脈沖，(通過串引的總線121)與一個共振調頻電路112連接來控制一個(用電感表示的)主接收天線132的共振頻率，(通過一個ACQ信號)控制數(shù)字接收器電路系統(tǒng)114的激勵，控制發(fā)射電路系統(tǒng)的激勵以及產(chǎn)生信號來控制電路系統(tǒng)53的各種開關。
除了該脈沖序列發(fā)生器111，電路系統(tǒng)53包括一個頻率合成器116，其與該脈沖序列發(fā)生器111耦合，根據(jù)所執(zhí)行的狀態(tài)標碼為電路系統(tǒng)53產(chǎn)生時鐘信號。例如，頻率合成器116根據(jù)由一個已執(zhí)行的狀態(tài)標碼表明的RF頻率和相位產(chǎn)生時鐘信號。然后脈沖序列發(fā)生器111采用這些時鐘信號中的一個通過與功率放大器118交相感應來產(chǎn)生一個RF發(fā)射脈沖。總線117實現(xiàn)數(shù)字接收器114、井下控制器110和脈沖序列發(fā)生器111之間的連接。
如下面所述，電路系統(tǒng)53與一個NMR傳感器57的多個天線132、134和136耦合。利用主天線132發(fā)射RF脈沖和接收自旋回波信號。在一些實施例中，其它天線134和136用來接收自旋回波信號。天線132、134和136沿著傳感器57的長度分布，可以采用一種設置來使用單一的NMR測量序列獲得具有高分辨能力的T1測量和多個T1測量，將在1999年8月4日遞交的，題為“用于執(zhí)行磁共振測量的方法和裝置”，美國專利申請No.09/368,341中進一步說明這種設置。
一個發(fā)射脈沖(例如，一個再聚焦脈沖或一個翻轉脈沖)的產(chǎn)生可能在下述方式中發(fā)生。首先，脈沖序列發(fā)生器111執(zhí)行一個特定的狀態(tài)標碼，該標碼(通過一個稱之為RF的信號)表明一個將在接下來的NMR測量狀態(tài)中產(chǎn)生的RF脈沖。在這種情況下，在接下來的NMR測量狀態(tài)期間，該脈沖序列發(fā)生器111采用由頻率合成器提供的時鐘信號來在該功率放大器118的輸出端產(chǎn)生一個RF脈沖。在接下來的狀態(tài)中，該脈沖序列發(fā)生器111執(zhí)行接下來的狀態(tài)標碼，該狀態(tài)標碼使得該脈沖序列發(fā)生器111激活合適的開關來使得功率放大器118的輸出端與三個天線之一(天線132、134或者136)耦合并且與余下的兩個天線隔離。作為由一個特定的狀態(tài)標碼控制的信號的幾個例子，該標碼的執(zhí)行也使得該脈沖序列發(fā)生器111作用一個信號來激活開關144，從而使得該接收電路系統(tǒng)的預放大器146的輸入終端短路；不作用使開關142無效的信號使得該預放大器146不與該功率放大器118的輸出終端耦合；并且不作用該ACQ信號使得該數(shù)字接收器114(接收來自預放大器146的輸出信號)不發(fā)生作用。
為接收一個自旋回波信號，合適的狀態(tài)標碼使得該ACQ信號產(chǎn)生作用來激活該數(shù)字接收器114；使得該BS信號不產(chǎn)生作用從而能夠接受來自預放大器146的信號；以及使得合適的開關發(fā)生作用/不發(fā)生作用，從而使主天線132與該預放大器146的輸入終端耦合與此同時余下的天線134和136從電路系統(tǒng)53的剩余部分隔離。
如圖9中所示，開關180、開關168和開關166通過由執(zhí)行狀態(tài)標碼所產(chǎn)生的信號控制，有選擇地分別將天線132、136和134與功率放大器118的輸出終端電耦合。開關182、164和170通過由執(zhí)行狀態(tài)標碼所產(chǎn)生的信號控制，有選擇地分別將天線132、136和134的線圈與大地形成回路。
參照圖10和11，在一些實施例中，該脈沖序列發(fā)生器111包括一個處理器302(例如，一個數(shù)字信號處理器(DSP))，其與該井下控制器110連接來接收狀態(tài)標碼。為實現(xiàn)執(zhí)行狀態(tài)標碼這一目的，該處理器302移動狀態(tài)標碼之間存在的任一循環(huán)、或分支來產(chǎn)生一個用于執(zhí)行的標碼312(參見圖11)的線性管線堆棧309。例如，描述STATE1和STATE2的狀態(tài)標碼可以在STATE1和STATE2之間形成一個重復N次的循環(huán)。為移動這些分支，該處理器302創(chuàng)建一個2N標碼312的堆棧。
每個標碼312包括一個字段314，其表明該NMR測量序列的伴生狀態(tài)的持續(xù)時間的。例如，字段314能表明在該伴生狀態(tài)期間經(jīng)過的時鐘期間的個數(shù)。在一些實施例中，每個時鐘期間基本上設置成等于1除以拉莫爾(Larmor)頻率。每個標碼312也包括一個表明不同信號的狀態(tài)的字段316。例如，字段316的一個特定的位可以表明一個開關信號的邏輯狀態(tài)。然而，字段316中的位組可以選擇性地表明一個數(shù)字信號，例如，一個RF頻率或相位。
作為一個更具體的例子，圖11A表示未折迭的狀態(tài)標碼90、92、94和96(參見圖6)來形成八個標碼372，它可以由處理器302連續(xù)地執(zhí)行。在這種情況下，第一個標碼372直接從標碼90中得出，并且表明一個500μs的持續(xù)時間。接下來的六個標碼372基本上是由標碼94(表明一個450μs的持續(xù)時間)跟隨的標碼92(表明一個200μs的持續(xù)時間)的三個副本。最后，余下的標碼372直接從標碼96(表明一個100μs的持續(xù)時間)中得出。
現(xiàn)在再回到圖10，處理器302以先進先出(FIFO)的方式在一個FIFO存儲器304中存儲未折迭的狀態(tài)標碼。在一些實施例中，該FIFO存儲器304作用一個信號，當該FIFO存儲器304變成半空時來改變處理器302使得該處理器302能夠在該FIFO存儲器304中存儲附加的標碼。該脈沖序列發(fā)生器111的一個輸出鎖存器306接收來自字段316的二進制數(shù)，并且該脈沖序列發(fā)生器111的計數(shù)器308接收來自字段314的二進制數(shù)。在一些實施例中，計數(shù)器308、FIFO存儲器304的輸出以及鎖存器306都由一個時鐘信號(稱之為CLKL)以拉莫爾(Larmor)頻率計時。在一些實施例中，計數(shù)器308是一個衰減計數(shù)器，當它的計數(shù)為零時向處理器302作用信號。根據(jù)該信號，處理器302使得鎖存器306和計數(shù)器308從該FIFO存儲器304中裝入新數(shù)據(jù)。在這種情況下，對于每個狀態(tài)標碼，該輸出鎖存器306提供表明字段316的信號，用于由字段314表明的拉莫爾(Larmor)時鐘信號的數(shù)目。這些信號中的一部分(通過導線305)傳遞給脈沖發(fā)生器300，并且信號的一部分傳遞給控制上面所述的各種電路的導線303。該脈沖發(fā)生器300產(chǎn)生信號來控制功率放大器118。以高于拉莫爾(Larmor)頻率的頻率(通過一個高頻CLKP)對FIFO304的輸入和處理器302計時。該頻率的差值允許處理器302有更多的處理時間來處理這些狀態(tài)標碼，并且從而提高這些狀態(tài)標碼的連續(xù)執(zhí)行。
返回到圖9，電路系統(tǒng)53的其它特性當中，利用共振調頻回路126來調頻主天線132。在這種情況下，回路126包括電容128(通過一系列的耦合開關130)有選擇地與主天線132并聯(lián)耦合。另一個電容160永久地與主天線132并聯(lián)耦合來確定天線132的基礎共振頻率。由于這種設置，井下控制器110可以有選擇地激活開關128來調整主天線132的共振頻率。為實現(xiàn)這一點，在一些實施例中，共振調頻回路126包括一個控制電路120，其與一系列的總線121耦合。在這種情況下，控制電路120用來作為一個總線接口允許通過井下控制器110有選擇地激活開關130。
在一些實施例中，井下控制器110在每個NMR測量序列之后自動地調頻天線132的共振頻率。在這種情況下，在序列的結束端，井下控制器110使得脈沖序列發(fā)生器111產(chǎn)生一個如圖12所示的標準脈沖349。井下控制器110打開開關144(參見圖9)和關閉開關142來研究脈沖349之后穿過天線132的電壓衰減350。該井下控制器110執(zhí)行電壓衰減350的快速傅利葉變換(FFT)來得到一個衰減350的頻譜圖，如圖13所示，是提供天線132的共振頻率352的圖。然后井下控制器110確定得到的共振頻率與拉莫爾(Larmor)頻率之間的差值并且通過激活共振調頻回路126的合適的開關128進行相應的矯正。在這種情況下，在一些實施例中，每個NMR測量序列之后，井下控制器110重復上面所述的校準從而保持將天線132調頻到與拉莫爾(Larmor)頻率接近的頻率。
參見圖3和14，該NMR傳感器57包括一個柱狀永磁體410來獲得一個用來執(zhí)行NMR測量序列的靜磁場B0。磁體410的磁場在橫穿磁體410的直徑方向極化。傳感器57還包括一個鐵氧體材料405(即鐵磁性材料)，其附著于永磁體410上，并且相對于磁體410的縱軸部分與之外切。天線134和136位于接近鐵氧體材料405的對立端，并且由相應的在鐵氧體材料405周圍纏繞的線圈形成使得天線134和136的磁矩與磁體410的縱軸平行。與天線134和136不同，天線132是由一個線圈形成的，該線圈的磁矩與永磁體410的縱軸相切。為實現(xiàn)這一點，如圖15所示，形成天線132的線圈繞鐵氧體材料405的切面401伸展。在這種情況下，鐵氧體材料405可以由疊加的斷面401形成。
鐵氧體材料405既有助于由永磁體410產(chǎn)生的靜磁場，也有助于天線132、134和136的RF信號的產(chǎn)生/接收。在這種情況下，鐵氧體材料405變成沿半徑極化，如圖16所示，從而沿徑向有效地擴展靜磁場。如圖17所示，靜磁場也在飽和狀態(tài)和真空磁導率之間提高了鐵氧體材料的磁導率，從而有助于自旋回波信號的接收和RF脈沖的發(fā)射。
傳統(tǒng)測井儀的RF天線線圈可能外切該永磁體。然而，與傳統(tǒng)的測井儀不同，天線132、134和136在鐵氧體材料405的周圍形成。由于這種設置，在一些實施例中，金屬的柱狀套管410(參見圖16)把永磁體405封閉起來，當線圈外切永磁體405時這種設置是不可能的。套管410保護和提供結構支承防止測井儀50返回到井上時損傷永磁體405。
使用NMR測量研究的地層構造區(qū)域由以下條件決定|ω-γB0|＜B1其中ω是RF脈沖的中心頻率，γ是旋磁比率，對于氫核它是(2π)(4258)弧度/秒/高斯；B0是靜磁場的磁場強度；并且B1是與靜磁場垂直的RF磁場的磁場強度分量。這些磁場的磁場強度隨位置而定。滿足共振條件的區(qū)域呈現(xiàn)一個薄殼形狀。該共振殼的厚度是1mm量級的。從井下測井儀到共振殼的距離由RF脈沖的頻率控制，如在1971年8月3日公開的，題為“核磁測井”的，美國專利No.3,597,681中提到的。圖18顯示靜磁場的磁場強度是一個相對于井下測井儀的距離遞減的函數(shù)。因而，減小該RF脈沖的頻率使得該測井儀能研究地層的更深層。該可編程脈沖序列發(fā)生器111的功能之一是設定頻率合成器116來產(chǎn)生一個對應于預定的地層深度的特定頻率。該脈沖序列發(fā)生器111能快速改變合成器116的頻率，從而改變勘探的深度。
盡管業(yè)已參照有限數(shù)量的實施例公開了本發(fā)明，但是本領域普通技術人員應當理解，在本發(fā)明的教導下可以作出眾多的改進及其變型。希望通過所附的權利要求書來覆蓋所有這些改進和變型，使得這些改進和變型都屬于本發(fā)明的構思和范圍。
權利要求
1.一種方法，包括用一個線圈進行地巖層的NMR測量；在井下測量過程中的兩次測量之間用一射頻脈沖串對該線圈加載脈沖；監(jiān)測由所述射頻脈沖串引起的該線圈的電壓；以及在進行下一次NMR測量前，基于監(jiān)測到的電壓調整所述線圈。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于所述調整所述線圈包括調節(jié)與所述線圈耦合的電容。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于所述監(jiān)測包括確定所監(jiān)測電壓的頻率組成。
4.如權利要求3所述的方法，其特征在于還包括利用所述頻率組成確定所述線圈的諧振頻率和拉莫爾頻率之間的近似頻率差。
5.一種NMR測量裝置，包括一個線圈；以及一個與該線圈耦合的電路，該電路適合用所述線圈進行地巖層的NMR測量；在井下測量過程中的兩次測量之間用一射頻脈沖串對該線圈加載脈沖；監(jiān)測由所述射頻脈沖串引起的該線圈的電壓；以及在下一次NMR測量前，基于監(jiān)測到的電壓調整所述線圈。
6.如權利要求5所述的NMR測量裝置，其特征在于還包括若干與所述線圈連接的開關；以及若干與這些開關連接的電容，其中所述電路還適于有選擇地啟動所述開關以將所述電容連接到所述線圈來調整所述線圈。
7.如權利要求5所述的NMR測量裝置，其特征在于所述線路還適于通過至少確定所述電壓的頻率組成來監(jiān)測所述電壓。
8.如權利要求5所述的NMR測量裝置，其特征在于所述線路還適于用所述頻率組成確定所述線圈的諧振頻率和拉莫爾頻率之間的近似頻率差。
9.如權利要求1所述的方法，其特征在于所述監(jiān)測包括確定所述天線的諧振頻率。
10.如權利要求5所述的NMR測量裝置，其特征在于所述監(jiān)測包括確定所述天線的諧振頻率。
全文摘要
一種NMR井下測井儀包括至少一個天線和一個脈沖序列發(fā)生器。該脈沖序列發(fā)生器與所說的至少一個天線耦合并且用于接收表明一個NMR測量序列的狀態(tài)的狀態(tài)標碼。該脈沖序列發(fā)生器利用所說的天線根據(jù)所說的狀態(tài)標碼在井下的地層構造中執(zhí)行所說NMR測量序列。
文檔編號E21B49/00GK1560654SQ200410054428
公開日2005年1月5日 申請日期1999年11月5日 優(yōu)先權日1998年11月5日
發(fā)明者A·K·托費利, A·塞茲基納, B·喬里安, L·E·德帕維爾, A K 托費利, 德帕維爾, 然, 鋨 申請人:施盧默格海外有限公司