專利名稱：與樣本間有相對移動的核磁共振裝置用的核磁共振脈沖序列的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及對在核磁共振(麗R)區(qū)域附近的自旋的預處理。
背景技術(shù)：
核磁共振(NMR )可以用來測定比如形體組織(為醫(yī)學成像的目的) 或地下地層構(gòu)造(為井下記錄的目的)的樣本的特性。例如，對于地 下地層構(gòu)造，可以應用NMR來測定并繪制地層構(gòu)造的孔隙度、地層構(gòu) 造類型、滲透率和油量-
參考附圖1,作為一個例子，在邊記錄邊鉆井(LWD)操作中應用 NMR來繪制地下地層構(gòu)造10的特性圖。這里，成軸對稱的NMR測井儀 6是鉆桿柱5的一部分，應用該鉆桿柱5在地層10上鉆一井孔3。例 如，測井儀6可以是Sezginer等人在美國專利No. 5， 705， 925 ( 1998 年1月6號授權(quán),題為"Pulsed Nuclera Magnetism Tool For Formation Evalution While Drilling Including a Shortened or Truncated CPMG Sequence")中或Miller在美國專利No. 5， 280， 243 ( 1994年1月18 號授權(quán)，題為"System For Logging a Well During the Drilling Thereof")中所描述的測井4義之一。
同其它大多數(shù)井下地層構(gòu)造測量方法相比，NMR測量方法具有兩 個明顯的特征。首先，來自地層的NMR信號是來自一較小的共振空間， 比如通常為一薄的共振空間20a (參見附圖2)，共振空間20a的徑向 厚度與磁場^ (未示)的大小成比例。例如，取決于不同的共振區(qū)域 的形狀，該空間可以在一個方向小到1毫米(mm)而在另一個方向延 伸長達幾英尺。第二， N匿測量可以不是瞬時的。如下文進一步描述， 結(jié)合這兩點事實使N匿測井儀易于進行移動測量，比如麗R測井儀6 圍繞井孔3的周圍移動。如下文所述，為了進行腿R測量，NMR測井儀6包括建立稱為S。 的靜態(tài)磁場(未示)的永磁體、發(fā)射垂直于磁場S。的時變磁場^的 射頻(RF)線圏或天線和接收來自與醒R測量對應的地層構(gòu)造的自旋 回波的RF線圈或天線。并且這兩個線圏可以結(jié)合在一單個的發(fā)射/接 收天線中。
作為 一個例子，通過發(fā)射NMR檢測序列以使原子核產(chǎn)生自旋回波， 醒R測井儀6測量地層構(gòu)造10的氫原子核的自旋-自旋馳豫時間T2。 依次分析自旋回波得到時間T2的分布，從這一分布中可以得到地層構(gòu) 造的特性。例如，附圖4中所描述的Carr-Purcell-Meiboom-Gill (CPMG)序列15就是這樣的一種醒R檢測序列。應用序列15可以得 到時間T2的分布，并可以應用這一分布來測定并繪制地層構(gòu)造10的 特性。
應用CPMG序列15來測量時間T2的技術(shù)包括下面的步驟。在第 一步中，NMR測井儀6以合適的時間間隔發(fā)射磁場&以應用90°激勵 脈沖14a來使氫原子核的自旋(最初與磁場S。方向一致)旋轉(zhuǎn)90° 。 雖然沒有圖示，實際上每個脈沖都是RF載波信號的包絡線或脈沖串。 在自旋從磁場S。方向旋轉(zhuǎn)90。后，首先自旋立即開始在與磁場S。垂直 的平面中一致地進動，接著逐漸地失去同步。在第二步中，在NMR脈 沖14a隨后的一固定時間T中，麗R測井儀6以脈沖的形式施加磁場^ 并持續(xù)一較長時間段(與NMR脈沖14a比較)，以應用NMR再聚焦脈 沖14b來旋轉(zhuǎn)進動的自旋一個附加角度180° ,同時使其載波相位移動 ±90° 。 NMR脈沖14b使自旋重新同步，并使自旋在180°再聚焦脈沖 14b后發(fā)射一輔助自旋回波(見附圖5),該自旋回波的峰值時間大約 等于T。以間隔te (大致為2 ■ T)重復步驟2 "k"次(這里"k"稱為 回波數(shù)，例如，可以假定是從幾百到多達幾千中的任何一個值)。對 于第三步驟，在完成自旋回波序列后，在聚集另一序列自旋回波的下 一CPMG序列15開始之前要求經(jīng)過一等待周期(通常稱為等待時間)， 以使自旋返回到沿磁場S。的平衡狀態(tài)。觀測每個自旋回波序列的衰減 并用其來導出T2的分布。
時間T2'是在應用90°激勵脈沖14a后使自旋具有不再一致地進 動的特點的時間。這里，在90°激勵脈沖14a結(jié)束時，所有的自旋都 指向與靜態(tài)磁場夂垂直的一個共同的方向，對于完全均勻的磁場自旋以稱為拉莫頻率的共振頻率進動。拉莫頻率可以表述為5。-Y S。，這里 Y為旋磁比， 一個核常數(shù)。然而， 一般地磁場S。并不是均勻的，在激 勵之后，由于靜態(tài)磁場S。的非均勻性使自旋具有在T2'內(nèi)產(chǎn)生的相移。 這種衰減是可逆的，但產(chǎn)生回波的再聚焦脈沖14a可以使這種衰減反 相。此外，還產(chǎn)生不可逆的相移(自旋-自旋馳豫)，并可通過T2時 間常數(shù)來描述這種相移。這就導致依據(jù)T2時間常數(shù)在CPMG序列中的 連續(xù)回波幅值的衰減。 一般地，應用"內(nèi)檢外測型"NMR測量T2》T2' 的自旋。
如上文所述，可以應用T2時間的分布來測定地層構(gòu)造的特性。例 如，參考附圖6，地層可能包括容納有約束流體的小孔和容納有自由的、 可采出的流體的大孔。可以應用分離邊界時間T2 (在附圖6中被稱為 TCUT_。FF)來將T2分布分為兩部分 一部分包括比T,—。FF小的時間(表示 約束流體)和一部分包括比T，-附大的時間(表示自由的、可采出的流 體)。
一般地，通過觀測由特定的CPMG序列15產(chǎn)生的自旋回波16的 衰減來計算時間T2。不幸的是，鉆桿柱5 (參見附圖1)可能要經(jīng)過劇 烈的橫向運動。然而，時間T2大致與另一被稱為自旋-晶格松馳時間 Tl的時間常數(shù)成比例。時間Tl具有使自旋沿磁場S。方向重新返回到 平衡狀態(tài)的特性，由此，考慮兩T1和T2時間，可以認為每個自旋在 Tl恢復過程中以極緊密的螺旋運動形式朝平衡位置運動回來。幸運的 是，時間Tl和T2大致成比例。因此，可以從測量的時間Tl導出時間 T2的分布。事實上，建立約束流體截止點的最初的工作是應用Tl來完 成的。然后根據(jù)T2將這些結(jié)果表述出來并應用在商業(yè)上。參見W. E. Kenyon， J. J. Howard, A.
Sezginer， C. Straley， A. Matteson， K. Horkowtitz， and R. Ehrlich，等 人的 Pore-Size Distribution and 薩R in Microporous Cherty Sandstones,論文LL (在第30屆年度記錄研討會(the 30th Annual Logging Symposium )上提交的論文，SWPLA， 1989年6月11-14日)。 基于極化的觀、J量可以應用反向恢復序列(inversion recovery sequence)或飽和恢復序歹'J (saturation recovery sequence)。 在 飽和恢復序列情況下，例如應用幾個將磁化強度減少為零的90°脈沖 4吏自旋系統(tǒng)飽和。然后在應用監(jiān)測脈沖或脈沖序列(比如CPMG序列)之前使自旋系統(tǒng)恢復達一可變長度的時間。反向恢復技術(shù)要求在原子
核本身的自旋已經(jīng)與靜態(tài)磁場成一線之后應用180°脈沖使自旋反向。 隨著時間的過去，自旋按照Tl朝平衡方向衰減，但由于180°脈沖在 檢測器中并不產(chǎn)生信號，并沒有進行測量。然而，在衰減完成之前， 監(jiān)測脈沖或脈沖序列(比如CPMG序列)中斷了衰減，該監(jiān)測脈沖或脈 沖序列將自旋旋轉(zhuǎn)到測量平面(即，在檢測器中產(chǎn)生信號)。有意義 的信息就是在最初的90。"讀出"脈沖瞬間之后的信號幅值。這種幅 值完全依賴于在初始的180°脈沖和90°脈沖之間的恢復時間。接下 來測定幅值，允許自旋系統(tǒng)完全馳豫到平衡狀態(tài)，然后重復脈沖序列。
作為反向恢復序列在井下應用的例子描述在Kleinberg等人的美 國專利No. 5,023, 551 (題為"Nuclear Magnetic Resonance Pulse Sequences For Use With Borehole Logging Tools" ， 1991年6月 11曰授權(quán))中。然而描述在美國專利，551中的反向恢復序列并不能應 用絕熱脈沖，由此導致僅在一個狹窄的區(qū)域中勘測。此外，在存在移 動和"內(nèi)檢外測"的情況下，使一個區(qū)域飽和比使其完全反相恢復要 容易。因此，比較可取的做法是使區(qū)域飽和。
回過來參考附圖2， 一般地，應用基于極化的測量而不應用上文所 描述的基于衰減的測量來測量時間Tl。在基于極化的測量中，每個基 于極化的測量首先包括應用飽和序列來使在共振區(qū)域(比如，在附圖2 中所描述的圓柱形共振空間20a)中的自旋到達飽和的步驟。接著，經(jīng) 過一極化時間將共振空間20a極化到靜態(tài)磁場S。。隨后，應用檢測序 列(比如CPMG序列)以產(chǎn)生來自地層構(gòu)造10的自旋回波。然后，分 析開始的少數(shù)幾個自旋回波的幅值以確定孔隙度分布O (Tl)的極化 加權(quán)整數(shù)0> ( twait)。因為，只需觀測開始的少數(shù)幾個回波就可以確定 信號的幅值，故可以在比基于衰減測量T2所需的時間更短的持續(xù)時間 內(nèi)測量T1，因而，測量Tl時更不適合于移動NMR測井4義6。以不同的
等待時間連續(xù)地重復(在適當?shù)娘柡托蛄兄?檢測序列幾次以得到 孔隙度分布①(Tl )。
作為一個例子，應用基于極化的測量來測量在位于飽和空間20b 中的共振空間20a(參見附圖2)中的氫原子核的時間Tl。在這里，NMR 測井儀6首先使在飽和空間20b中的自旋飽和。然而，極化時間應該 足夠長以允許NMR測井儀6能夠在井孔內(nèi)作充分的移動。在這種情況下，NMR測井儀6的移動使共振空間20a移動，以使麗R測井儀6接收 來自移動了的共振空間20a'(參見附圖3)中的自旋回波，該共振空間 20a'部分落到最初的飽和空間20b之外。結(jié)果，移動了的共振空間20a' 包括一沒有飽和自旋的區(qū)域(一般稱為"移入新自旋"效應)和一帶 有飽和自旋的最初的飽和空間20b的部分區(qū)域。不幸的是，基于極化 的NMR技術(shù)不允許在極化時間中移入"新自旋"，因為新自旋可能引 入測量誤差。例如，測量可能錯誤地指示在地層構(gòu)造中有比實際出現(xiàn) 的更多的約束流體量。
在申請?zhí)枮镻CT/US97/23975的PCT申請(題為"Method For Formation Evaluation While Dri 11 ing，， ， 1997年12月29日申請) 中描述了一種使更大區(qū)域飽和的一種方法。這一申請指出，在測量開 始時，發(fā)射覆蓋一個相對較大頻率范圍和/或特別寬的帶寬的一個或多 個射頻脈沖或應用具有能夠使NMR測井儀周圍的圓柱形空間飽和的掃 描頻率的一個或多個脈沖。該申請進一步描述了當由于測井儀移動超 出飽和區(qū)域引起測量無效時應用加速度峰值來測量。該申請還進一步 描述在測井儀上裝備支座以阻止測井儀移動超出飽和區(qū)域。
因此，人們一直渴望將在NMR測量裝置和所勘測的樣本之間的相 對移動引起的誤差最小化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開了一種供在裝置和樣本之間有相對移動的醒R測量裝 置使用的方法。裝置、樣本或這兩者都可能移動。在本發(fā)明一個實施 例中，該方法包括發(fā)射笫一RF脈沖序列。第一序列具有包絡線。在發(fā) 射第一序列期間改變包絡線，以便樣本的第一區(qū)域基本飽和。發(fā)射第 二 RF脈沖序列以在第一區(qū)域內(nèi)建立共振區(qū)域，并測量樣本的屬性。
在另一實施例中，供在裝置和樣本之間有相對移動的NMR測量裝 置使用的方法包括應用RF載波信號來發(fā)射第一 RF脈沖序列。該載波 信號具有一相位。在發(fā)射第一序列期間改變包絡線，以便樣本的第一 區(qū)域基本飽和。發(fā)射第二 RF脈沖序列以在第一區(qū)域內(nèi)建立共振區(qū)域， 并測量樣本的屬性。
在另一實施例中，在裝置和樣本之間有相對移動的麗R測量裝置 包括至少一個建立靜態(tài)磁場的磁體、 一第一線圖、 一第二線圈和一脈 沖發(fā)生器。脈沖發(fā)生器與第一線圏和第二線圏連接，并使其適合于應用第一線圈發(fā)射第一RF脈沖序列以產(chǎn)生一時變磁場。第一序列包括至 少一再聚焦脈沖以產(chǎn)生至少一個來自樣本的共振區(qū)域的回波。脈沖發(fā) 生器還適合于在發(fā)射第一序列期間內(nèi)應用笫二線圏來至少短暫地改變 靜態(tài)磁場一次以使一區(qū)域飽和度比共振區(qū)域更大。
在進一步的實施例中， 一種供在裝置和樣本之間有相對移動的NMR 測量裝置使用的方法包括應用反向恢復序列，該反向恢復序列該包括 至少一個或多個絕熱脈沖。
根據(jù)本發(fā)明的一種用于井孔的麗R測量裝置的方法，在該裝置和 地層構(gòu)造的樣本之間有相對移動，該方法包括
a) 產(chǎn)生一個靜態(tài)磁場；
b) 發(fā)射第一RF脈沖序列；
c) 在所說的第一序列的發(fā)射過程中改變一個參數(shù)以使地層構(gòu)造的 樣本的第一區(qū)域基本飽和；和
d) 發(fā)射第二RF脈沖序列，以便在第一區(qū)域內(nèi)建立共振區(qū)域；和
e) 測量樣本的特性。
此外，根據(jù)本發(fā)明的一種用于井孔的麗R測量裝置的方法，在該 裝置和地層構(gòu)造的樣本之間有相對移動，該方法包括
a) 產(chǎn)生一個靜態(tài)磁場；
b) 發(fā)射第一RF脈沖序列，該第一序列包括至少一個再聚焦脈沖， 該脈沖產(chǎn)生來自地層構(gòu)造的樣本的共振區(qū)域的至少一個回波；
c) 在所述序列的發(fā)射期間改變所述靜態(tài)電場至少 一 次，以便使比 共振區(qū)域更大的地層構(gòu)造的區(qū)域飽和；和
d) 測量地層構(gòu)造的樣本的特性。
此外，根據(jù)本發(fā)明的一種用于井孔的NMR測量裝置，在該裝置和 地層構(gòu)造的樣本之間有相對移動，包括
a) 至少一磁體；
b) 至少一線圈；和
c) 與線圈相連的脈沖發(fā)生器，該脈沖發(fā)生器適于
i) 通過所說的線圈發(fā)射第一RF脈沖序列；
ii) 在所說的第 一序列的發(fā)射過程中改變一個參數(shù)以使地層構(gòu) 造的樣本的第一區(qū)域基本飽和，其中所說的參數(shù)是所說的序列的一條 包絡線或RF載波信號的相位；iii) 通過所說的線圈發(fā)射第二 RF脈沖序列，在所說的笫一區(qū)域 內(nèi)建立共振區(qū)域；和
iv) 測量樣本的特性。


通過下面的詳細描述，本發(fā)明的其它實施例將變得更清楚。 附圖1為地下井的示意圖。
附圖2為沿著附圖1中的2-2線的井的橫截面圖。 附圖3為在醒R測井儀移動后的井的另一橫截面圖。 附圖4和5為CPMG脈沖序列的波形。 附圖6為馳豫時間T2的分布示例。
附圖7為依據(jù)本發(fā)明的一個實施例的基于極化測量流程圖。 附圖8、 9和10為依據(jù)本發(fā)明的不同的實施例的NMR測井儀的示 意圖。
附圖11為沿著附圖10中的11-11線的麗R測井儀的橫截面圖。 附圖12為醒R脈沖序列的波形。
附圖13、 16、 18和20所示為共振區(qū)域飽和的等值線圖。
附圖14、 15、 17和19和21所示為從NMR測井儀的周圍的飽和區(qū) 域接收來的對比信號幅值圖。
附圖22和23所示為應用有和沒有交錯自由發(fā)展時間的不同數(shù)目 的脈沖時的共振區(qū)域飽和的等值線。
附圖24和25所示為應用有和沒有交錯自由發(fā)展時間的不同數(shù)目 的脈沖時的共振區(qū)域飽和的等值線。
具體實施例方式
參考附圖7，易于移動的NMR測量裝置(例如NMR測井儀)可以應 用依據(jù)本發(fā)明實現(xiàn)基于極化的Tl測量的方法實例50。因為所測量的樣 本可能會移動，當樣本、測量裝置或兩者都有移動時，可以應用這一 測量方法。方法50包括使樣本中的一個區(qū)域中的自旋飽和的步驟(塊 52),該樣本是將要測量其特性的樣本；接著，經(jīng)過預定的時間間隔 (塊54)，以使至少在該區(qū)域中的自旋發(fā)生部分極化；隨后，方法50 包括應用(塊56)檢測序列的步驟(例如，基于CPMG的序列)以產(chǎn)生 來自樣本的共振區(qū)域的自旋回波。如下文進一步描述，當NMR測量裝 置移動了時，應用一些技術(shù)來使飽和區(qū)域的邊界和飽和密度最大以使共振區(qū)域基本保持在飽和區(qū)域內(nèi)。應用這些的技術(shù)可以減少測量誤差，
并且(例如)如果應用在較小梯度的幾何結(jié)構(gòu)中時，不需要對NMR測 量裝置進行穩(wěn)定的穩(wěn)定裝置。
例如，如下文進一步更詳細地描述，測量方法50可以用于繪制地 下地層構(gòu)造的特性，并且也可以應用到其它的在樣本和NMR測量裝置 之間產(chǎn)生相對移動的應用中(比如，其它的"內(nèi)檢外測型"的NMR應 用)。在一些實施例中，固R測量裝置可能包括電磁場產(chǎn)生元件(比如， 一個線圈、 一個電磁鐵和一個永磁體)以產(chǎn)生至少兩個磁場 一個稱 為S。的磁場(未示)和一與磁場S。基本垂直的稱為^的磁場(未示)。 參考附圖8，例如，在一些實施例中，NMR測量裝置可能是一醒R邊鉆 井邊記錄(LWD)的測井儀60，例如，該測井儀60包括建立磁場S。的 環(huán)行永磁體32和34和建立時變磁場&的線圈39。在一些實施例中， 磁場^可能(當施加脈沖時)具有稱為5。的射頻(RF)載波分量。
磁場^的載波頻率一般以w。表示。發(fā)射磁場^產(chǎn)生一具有一定徑 向厚度的共振區(qū)域，依據(jù)頻率，該徑向厚度是由在激勵區(qū)域中的w。和 c^的梯度決定的，這里^為Y ^在磁場^。上的投影。在一些實施例 中，如下文所述，磁場S。還可能(至少部分地)由梯度線圏40和42 產(chǎn)生，以使磁場S。具有一個隨著低頻變化的分量。麗R測井儀"還可 能包括處理電路，該處理電路包括比如連接到線圏(例如，線圈39、 40和42 )的脈沖發(fā)生器65，并適合于以下文將要描述的方式發(fā)射磁場 5。和/或磁場51。
大體上，每個基于極化的NMR測量都包括三個標準塊52、 54和56 (參見附圖7)，以及可采用一次或多次測量來獲得每個T1值。然而， 可以應用檢測序列(即，塊52)來實現(xiàn)飽和(即，執(zhí)行塊56的功能)， 因此，如果滿足了兩個條件連續(xù)地重復測量(稱為"成堆的(stacked )" 試驗)和信號檢測序列68能夠完全消除為進行下一步測量的磁化，就 可以取消塊52。如果應用這一技術(shù)，則放棄來自第一次測量中的結(jié)果， 因為第一次測量是以一不正確的極化時間來執(zhí)行的。作為一種變型， 僅在應用檢測序列之前，通過在共振區(qū)域中應用絕熱快速變遷 (passage)脈沖來絕熱地進4亍激勵。
三個基本塊52、 54和56還可能有其他變型。作為另外一個例子， 順序塊54——塊56——塊52可以用來執(zhí)行每次測量，這種變型從編程角度來看是較優(yōu)的。當應用第二種變型時，放棄第一次測量。只要實
現(xiàn)了塊52、 54和56的功能方法50的其他變型都屬可能。
不管是通過顯式的飽和序列或還是通過檢測序列進行飽和，飽和 的目的都是通過射頻(RF)發(fā)射使一個較大的區(qū)域或空間飽和。如下 文更詳細的描述和模擬實驗表明，根據(jù)特定的實施例，可以選擇如下 方式實現(xiàn)飽和應用RF脈沖序列(比如CPMG檢測序列)，該序列是 適合于應用NMR測井儀60的移動來達到所需的飽和狀態(tài)；不管NMR測 井儀60有還是沒有移動都緩慢改變序列的時間特性；不管固R測井儀 60有還是沒有移動都隨機地改變序列的特性；或者結(jié)合應用這些技術(shù)。 一種具有恒定參數(shù)的單一CPMG序列在自旋分布區(qū)域中產(chǎn)生強烈的 飽和區(qū)域，該區(qū)域稱為"孔穴"(holes)。由于孔穴都彼此完全分開， 雖然實現(xiàn)了深遠的孔穴加熱，但其僅導致弱的飽和。此外， 一旦破壞 了在孔穴的位置處的磁化，繼續(xù)施加序列不可能進一步增強飽和。如 下文進一步描述，通過對分布在飽和空間中的這些孔穴進行脈沖"掃 描，，移動NMR測井4義60可以增強飽和密度。
可以修改CPMG檢測序列，以將再聚焦脈沖數(shù)量增加到測量最初的 回波串幅值所必須的典型的再聚焦脈沖數(shù)目(例如10)之上。如果在 極化時間內(nèi)的麵R測井儀60的移動總是與在檢測序列過程中的NMR測 井儀60的移動相聯(lián)系，則這種方法效果很好。然而，不幸的是，如果 薩R測井儀6 0在檢測序列過程中是靜止的而在極化時間內(nèi)是運動的， 則產(chǎn)生的飽和不令人滿意。通過模擬(下文討論)表明，如下文進一 步描述，即使在測井儀沒有移動的情況下，也可以通過緩慢改變序列 隨時間的特性以擴展飽和區(qū)域來避免這個問題。在本文中，例如術(shù)語 "序列的特性，， 一般地指序列的包絡線或RF載波頻率的相位。作為改 變包絡線的可能的方法的例子，包絡線可能包括脈沖120(參見附圖 12)，每個脈沖具有一定的持續(xù)時間(稱為tp)，并且脈沖120由稱 為te的時間間隔分隔開(從脈沖的中心到脈沖的中心)。這樣，如下 文進一步描述，可以改變持續(xù)時間tp和/或時間間隔te (作為舉例)以 擴展飽和區(qū)域。
如下文進一步描述，不僅可以緩慢改變檢測序列的特性(即，用 于實現(xiàn)飽和目的的序列)，而且還可以以無關(guān)聯(lián)的或隨機的方式從一 個脈沖到另一個脈沖改變檢測序列的特，性。隨機極限值(實現(xiàn)完全隨機)是發(fā)射不相干噪聲。由于序列的相干的、非隨機特性占主導作用， 特性中的隨機變化與緩慢變化形成對比，在特性的緩慢變化序列中飽 和效果深遠。結(jié)果，緩慢變化特性可能導致由連續(xù)脈沖遞增地加熱極 度失諧孔穴。在很短的時間間隔內(nèi)產(chǎn)生的飽和點彼此完全分離。然而， 隨機變化特性使序列的相鄰脈沖對同一孔穴沒有貢獻，在4艮短的時間 間隔中產(chǎn)生的飽和能夠更均勻地被傳播開。因此，隨機變化的脈沖通 常形成更一致的飽和密度。如下文所述(和通過模擬說明)，可以結(jié) 合使用這兩種技術(shù)以增強序列的性能。如下文進一步描述，如果出現(xiàn) 的移動足夠快，以致使能夠在幾個脈沖周期內(nèi)掃描在將相鄰的孔穴分 開的距離上的孔穴，則序列的相干成分完全被破壞了 ，具有緩慢變化 特性的序列可以與具有隨機變化特性的序列類似地執(zhí)行。
如下文所述，如果結(jié)合其它的變化(例如，載波頻率相位的變化)，
在CPMG序列中的再聚焦脈沖的翻轉(zhuǎn)角度(flip angles)不需要大到 足以產(chǎn)生失諧飽和。因此，通過縮短RF脈沖，可以降低飽和所需的能 量。對于足夠短的脈沖，加熱孔穴的影響可以忽略。由于這種情況， 可以壓縮在脈沖之間的自由發(fā)展時間(free evolution period )，這 樣就可以在短得多的時間內(nèi)實現(xiàn)飽和。在很短的脈沖極限內(nèi)，這種技 術(shù)引起發(fā)射不相干噪聲(可以設(shè)計其結(jié)構(gòu)以符合需要)。實際上，有 限的脈沖上升和下落時間設(shè)定了脈沖持續(xù)時間的下限。如下文所述， 在實現(xiàn)飽和所需的能量和時間和飽和帶寬之間有 一種折衷方案。 應用CPMG序列實現(xiàn)飽和
下面，詳細討論應用有和沒有緩慢移動引起的5 。的改變的CPMG序 列實現(xiàn)飽和的例子。雖然在本說明書中作為例子特別指CPMG序列，但 上文所述的加熱孔穴可以通過各種多相脈沖序列來實現(xiàn)，該多相脈沖 序列具有大量重復脈沖標準塊的特點。
在CPMG序列過程中所重復的相干脈沖激勵所選擇的A 03>>031的
自旋，這里(Oi大致等于共振區(qū)域的徑向厚度，并且A 0)(頻率空間中 的距離)由下式具體定義
△ co = Y 5。-coIf，這里o)rf是用于第一 CPMG序列的磁場S。的RF頻率。
隨著A W增加激勵步幅變得越來越小，但激勵從一個脈沖到一個 脈沖都總和起來，在孔穴中激勵幅值達到極其大的值。因為橫向磁化與T2—致地衰減，所選擇的自旋變得"飽和"。通過序列的周期確定 這些孔穴的間隔(稱為AC0h)。不可忽視的脈沖持續(xù)和失諧效應產(chǎn)生
某些偏差，因此，孔穴的間隔厶on大致由下式描述A^r^，這里
ts是一個再聚焦脈沖的開始到下一個再聚焦脈沖的開始之間的回波間 隔。
結(jié)合馳豫，單一CPMG序列技術(shù)引起以一定的失諧頻率加熱孔穴。 在i^加熱的孔穴之間是不可能測量的，因為測量區(qū)域的寬度A (O延伸 達A ws 2A o),以上，其對于持續(xù)時間為tp的180°再聚焦脈沖變?yōu)椤?(Os 2^ 。因為，te總是比tp大，A(O,厶00h，所以可能有幾個孔穴
被加熱變成共振區(qū)域。為計算信號損失程度，磁場的幾何結(jié)構(gòu)、馳豫 時間和檢測帶寬都必須加以考慮。
為i兌明孔穴的分布，附圖13所示為二維等值線(contour plot)
80 (從模擬實驗中得出的)，它是所計算的孔穴分布的等值線，該孔
穴被加熱成在水平軸線上線性變化w。和在垂直軸線上線性變化tp的
Mz=l的縱向磁化。白色區(qū)域表示完整地保持磁化，而黑色區(qū)域表示對
100%飽和的偏離或反相磁化。在A w-0處應用第一CPMG序列，所示為
在緊接著這種CPMG序列的結(jié)尾處對失諧磁化Mz的影響。CPMG脈沖序
列的參數(shù)為te-500 m s， tpls。=125 ms, k=1000，這里k為再聚焦脈沖數(shù)。
選擇馳豫時間較長，但僅是回波串的持續(xù)時間的一小部分。在這種模
擬實驗中，應用完全矩形脈沖。然而，本發(fā)明的實施例可以應用基本
為矩形的脈沖，并且也可以應用基本是非矩形的脈沖。在附圖13中，
沒有對第一激勵脈沖的效果進行仿真(模擬)。
附圖14表明對于幾個馳豫時間，在移動橫坐標A co的頻率下第二
次測量可以得到模擬合成的對比信號幅值82 (即Mz/M )，并且當平均
△ co=±0. 75co時，在c^ . t,;r的第一次測量(如前文所述)中飽和減
少該幅值。這就意味著在測量之間載波頻率w。已經(jīng)凈皮移動了 △ w。每
個對比信號幅值82對應于不同的時間Tl (例如，等于242)。第二次測量的參數(shù)與笫一次測量的參數(shù)相同，并且選擇脈沖的翻轉(zhuǎn)角度為
180° 。在附圖中(以及在模擬實驗中)，假設(shè)^1=0，即，在共振區(qū)
、
域附近磁場^的變化可以忽略。對于軸對稱的梯度幾何結(jié)構(gòu)，橫坐標 (△ w/a^)與在第一和第二次測量之間的在(共振區(qū)域的)徑向上的 差值成比例。當半徑的差值比半徑小得多時，上述假設(shè)co,為常數(shù)是一 種有效的近似， 一種證明了在圖中選擇的恒定的翻轉(zhuǎn)角度是正確的事 實。
正如從附圖14所看到的，飽和區(qū)域延伸基本不超過2 .紐/ ，即
/欲
兩倍共振區(qū)域的厚度。因此，如果共振區(qū)域的徑向移動小于1 ■ ,
則下一測量步驟只是在完全飽和時開始。附圖15所示的每個對比信號 振幅84都與在第一序列中大量的再聚焦脈相聯(lián)系。我們可以看到，在
較小的A Q5處的大部分飽和都發(fā)生在開始的IO個回波內(nèi)了。在這里以
及在下面的例子中，選擇11=2 . T2-100亳秒(msec)。
在第一CPMG序列期間測井儀移動可能導致在附近共振區(qū)域中增加 損失。例如，附圖16所示為在第一序列過程中測井儀的移動速率為-20 cd/s的失諧磁化Mz產(chǎn)生的等值線86。橫軸表示失諧頻率厶c^與第一 CPMG序列的(脈沖振幅)c^的比率。等值線描述了在第一 CPMG序列 后剩下的相對縱向磁化。假設(shè)脈沖幅值恒定。脈沖參數(shù)和馳豫時間與 上文的相同?？v軸表示有多少個再聚焦脈沖應用到具有載波o^的第一 CPMG序列上，該數(shù)目大致與這種序列的持續(xù)時間成比例。再聚焦脈沖 數(shù)具有從圖頂部的一個再聚焦脈沖(即， 一個塊跨越大約500 ms)到 圖底部的100再聚焦脈沖(即， 一個塊跨越大約50ms)的范圍。在這 個例子中，在50ms內(nèi)，腿R測井儀60移動距離為+lc^ (其大致為半 個外形寬度)。開始時，栽波COkf與△ co-0對應，最后，載波co^與A co=+l . co,對應。如圖所示，隨著回波數(shù)的增加，移動NMR測井儀60 將"掃描"在自旋分布區(qū)域上的孔穴，并由此增加了飽和密度。附圖17所示為當在整個外形(為模擬的目的采用矩形)寬度為 ±0. 75w,上進行平均時所得的對比信號幅值(即，Mz/M )。從頂部到 底部，幅值88代表15:=1，11，21，31，41，51，61，71，81，91的結(jié)果。需注 意的是，如附圖14和17所示，隨著回波數(shù)的增加損失加大，并且對 于超過10個以上的回波，變得比在NMR測井儀60沒有移動時的飽和 效果強烈得多。現(xiàn)在飽和區(qū)域具有超過5 (Oi的寬度。在與自旋的馳 豫時間可比擬的一段時間內(nèi)損失增加，并且這種損失對于小的A (O甚 至能夠引起負信號。精確的分布取決于自旋集合體的馳豫時間和移動。 對于越小的馳豫時間分布變得越窄。
前文假設(shè)在CPMG序列中的脈沖都是完全的矩形脈沖。然而，并不 能達到這種理想的真正的"矩形"脈沖，而是存在有限的上升和下落 時間。這就限制了包含在脈沖中的頻譜寬度。在極度失諧狀態(tài)中，被 加熱孔穴的寬度和加熱它們的速率與在孔穴的位置處的脈沖的頻率分 量的幅值成比例。因此，在一些實施例中，極度失諧加熱孔穴比在上
述模擬中的更不顯著。
對于在本申請中所討論的脈沖，具有較寬的頻率分布比較有利。
因此，在一些實施例中，具有可能的最短上升和衰減時間常數(shù)的矩形 脈沖比較可取。此外，通過變化脈沖包絡線的形狀以適合于脈沖的頻 率內(nèi)容可以將飽和區(qū)域最優(yōu)化。
一般地，在沒有移動時，通過輻射具有變化參數(shù)和帶寬脈沖的重 復多脈沖序列可以產(chǎn)生深度的飽和。如果在應用該序列的同時緩慢改 變脈沖序列參數(shù)，被加熱孔穴的位置可以緩慢移過自旋分布區(qū)域，并 增強飽和。被改變的脈沖序列參數(shù)包括 脈沖間隔t。的變化，
tp的變化，
.比如通過脈沖幅值、磁場方向和栽波頻率WKF對&的改變，
^。的變化，和
脈沖相位的變化。
這些參數(shù)的綜合變化和其它參數(shù)的變化都是可能的?？梢酝ㄟ^使 磁場力。和A的實際變化(比如，變化磁鐵和天線間隔或取向和/或射 頻功率)或樣本和NMR測井儀60之間的相對移動來改變^。和^。在 這種方式中，樣本相對于NMR測井儀60之間的相對移動可以來自于樣本的移動(比如流體流動或擴散)或來自于測井儀的移動。
改變^。的另一個方法是借助于電磁鐵或梯度線圈來改變靜態(tài)磁
場。例如，回過來參考附圖8,在一些實施例中，NMR測井儀60可能 包括永磁體上部永磁體32和下部永磁體34，該永磁體32和34在NMR 測井儀60的套筒28周圍，并產(chǎn)生一徑向、軸向?qū)ΨQ的磁場&。在平 行于NMR測井儀35的縱軸線的方向?qū)⒋朋w32和34極化以使其相互配 合提供一低的梯度磁場S。。例如，磁體32和34的北極可能彼此相對 以提供一磁場S。，該磁場S。的磁力線從NMR測井儀60的縱軸徑向地延 伸出來。在一些實施例中，磁力可穿透的件36圍在套筒28的周圍， 并且位于上部磁體32和下部磁體34之間。這樣排列的結(jié)果是磁力可 穿透件36使磁場S。聚集以使磁場S。的梯度最小，因而，在我們所關(guān)心 的區(qū)域中產(chǎn)生一更均勻的磁場S。。固R測井儀60可能包括或可能不包 括套筒36。在第09， 033， 965號美國專利申請(題為"Nuclear Magnet ic Resonance Apparatus and Method For Generating an Axisymmetric Magnetic Field Having Straight Contour Lines in the Resonance Region" , 1998年3月3日申請)和美國專利US4， 350， 955 (題為 "Magnetic Resonance Apparatus" ， 1982年12月21日授權(quán))中都 可以找到對這些裝置的更詳細的描述，這兩份專利(專利申請)在這 里都以引用的方式結(jié)合在本申請中。
為改變磁場仏，NMR測井儀35包括梯度線圏，比如線圈40和42， 該線圈也圍繞在套筒28的周圍。對線圈40和42施加脈沖形式的DC 電流(通過脈沖發(fā)生器，比如脈沖發(fā)生器65)以在磁場So中產(chǎn)生一附 加磁場分量&。如果在線圈40和42中的電流流動方向相反，則&基 本為徑向?？梢詫⒕€圏40和42設(shè)置在磁體32和34之間以便4吏兩線 圈40和42都給磁場S。提供一正的磁場分量，該磁場分量與在關(guān)注的 區(qū)域中的磁場力。的方向可能基本一致或可能不一致，這取決于不同的 實施例。在一些實施例中，線圈40和42可以由一對單壓或多匣的電 流回路構(gòu)成，該回路中的電流大小相等，循環(huán)方向相反。例如，該線 圈40和42可以由鞍形線圈構(gòu)成。
結(jié)合徑向、軸向?qū)ΨQ的磁場》。的設(shè)計方案應用線圍40和42的其 它實施例都是可能的。例如，參考附圖9,在另一 NMR測井儀61中， 用一環(huán)行永磁體62替換永磁體32和34,該永磁體62圍繞在套筒36的周圍，并且位于線圏40和42之間。磁體62產(chǎn)生磁場&，其磁力線 與測井儀61的軸線平行、軸向地延伸。為使磁場&基本上與磁場S。 平行，在線圈40和42中的電流必須以相同的方向流動。作為一個例 子，磁體62的頂部形成磁體62的北極，磁體62的底部形成磁體62 的南極。
除了如上文所述的徑向、軸向?qū)ΨQ的S。的設(shè)計方案外的其它結(jié)構(gòu) 也是可能的。例如，梯度線圈可以應用具有兩維(2-D)雙極性S。的設(shè) 計方案。2-D雙極性S。的設(shè)計方案的例子在美國專利No.US5， 280，243 (題為 "System For Logging a Well During the Drilling Thereof" 1994年1月18日授予MelvinMiller專利權(quán))中可以找到。按照這種 方式，應用2-D雙極性S。設(shè)計的NMR測井儀68包括一環(huán)行磁鐵72, 該磁鐵建立一如附圖10和11中所示的雙極性模式的磁場S。。與其在 NMR測井儀60和61中的對應的部件不同的是，RF線圈73和74不與 醒R測井儀68的縱軸同軸，而是，排列RF線圈73和74以在磁場A 中產(chǎn)生雙極性模式，這樣就使在共振區(qū)域中磁場^的等值線基本垂直 于磁場S。的等值線。測井儀68包括梯度線團76和77，每個線圏都包 括一個或多個矩形環(huán)以產(chǎn)生梯度磁場，該梯度磁場與在關(guān)注區(qū)域中的 由磁鐵72所建立的磁場S。的方向一致。
這樣，由于前文所描述的結(jié)構(gòu)，自旋以大約^。 + ^。^d^的頻率進 動。如果兩個矢量平行則產(chǎn)生最大的效應。因而，這種技術(shù)的結(jié)果就
是改變了 △ CO而不改變0^f。這對于改變COrf有利，因為具有高的品質(zhì) 因數(shù)的天線的帶寬限制了 Wrf變化的范圍(不需重新調(diào)整天線，這至少 在飽和序列過程中如果應用機械開關(guān)通過轉(zhuǎn)換電容器來調(diào)整是不切實 際的)。在一些實施例中，如果它必須以在整個飽和序列中的不同幅 值來激勵，則這種方法的缺點是需要相對較大的能量來驅(qū)動電磁鐵(與 在成像設(shè)備中的應用相比較)。有以下幾種方式應用梯度線團(或多 個線圏)
在(磁場^的) 一個脈沖周期內(nèi)在梯度線圏中產(chǎn)生基本恒定的 電流以有效地改變這個脈沖的共振區(qū)域的半徑。
-在(磁場^的) 一個脈沖周期內(nèi)改變在梯度線圍中的電流以產(chǎn) 生一 "掃描"(sweep)脈沖而不改變rf脈沖的頻率。依據(jù)實際的參 數(shù)，掃描脈沖可以使特定的區(qū)域反相、激勵特定的區(qū)域或使特定的區(qū)域飽和。可以在反相恢復序列中應用這種技術(shù)(而不是在飽和序列中)
以使麗R測井儀周圍較大的區(qū)域反相恢復。
在(磁場^的)脈沖之間激勵梯度線圈以破壞可能保留的橫向 磁化。如果梯度脈沖持續(xù)時間(稱為t^d)足夠短，那么在整個飽和區(qū) 域上的a-6f^"'t^d的變化可以忽略，這類似于隨機地改變磁場^的 脈沖的相位。
在與施加磁場^的每個脈沖的同時在梯度線圈中施加脈沖形式 的電流。
可以應用梯度線圈來產(chǎn)生如上文所述的隨機或連續(xù)變化。 梯度線圈的其它應用都是可能的。 隨機變化的CPMG序列
CPMG序列的脈沖串的特性也可以隨才;L地改變。例如，可以隨機地 改變RF載波脈沖的相位以隨機地產(chǎn)生比如0° 、 90° 、 180°和270° 脈沖相位(至少在典型的核磁共振(醒R)波譜儀中可以產(chǎn)生這幾種相 位)。參見附圖18(所示為不同的回波數(shù)的對比信號損失的等值線90) 和附圖19 (所示為當在±0.75^的空間厚度上進行平均時不同的回波 數(shù)的對比信號損失的等值線92),在所示的實例中的脈沖是隨機地產(chǎn) 生的，并且測井儀60和35不移動，除了這種時脈沖相位的隨機化外， 所有的自旋和脈沖參數(shù)都與上文所述的實施例相同。
我們可以看到，在自旋分布區(qū)域中飽和加熱出了許多較寬的、完 全分離的條紋區(qū)。被飽和區(qū)域的寬度比由受移動影響的CPMG序列產(chǎn)生 的區(qū)域的寬度小，但飽和分布圖比由CPMG序列產(chǎn)生的分布圖平坦得多。 這表示在共振區(qū)域的范圍(應用相干特性)和可靠量的飽和分布(應 用隨機特性)之間的一種折衷方案。必須注意的是，對于Ti,2 (這里 100ms) (這里50ms)的自旋(這里L是CPMG序列持續(xù)時間)， CPMG序列產(chǎn)生的分布具有更光滑的形狀。在應用隨機相位序列過程中 產(chǎn)生移動能夠稍稍增加其性能，但分布仍然保持光滑。
因為不是每個孔穴都是以相同的"速度"被加熱，所以產(chǎn)生不完 全飽和的條紋區(qū)。如我們所見，取決于不同的位置Aco，甚至某些孔 穴被完全抑制，作為一個例子，在附圖20中每第四個孔穴就看不見。 這些未完全飽和的點的位置取決于再聚焦脈沖的持續(xù)時間失諧，一持續(xù)時間為tp的脈沖使自旋圍繞指向3j"方向的"有效轉(zhuǎn)動軸"轉(zhuǎn) 動a(Ao)="〖+ 0、的角度。在a等于2;r的倍數(shù)的地方出現(xiàn)未飽和點。 因此，通過改變(d tp,可以^使這些點飽和。
在附圖20(所示為對于不同的回波數(shù)的對比信號損失的等值線94 ) 和附圖21 (所示為當在±0. 7501的徑向空間積厚度上進行平均時不同 的回波數(shù)的對比信號損失的等值線96)中圖解了緩慢增加脈沖長度(在 附圖12中以"tp"表示)的實例的這種效果。在這個模擬實驗中，脈 沖長度從在第一次再聚焦脈沖中的125^ (180。脈沖)線性地增加到
在第100次再聚焦脈沖中的250盧(360°脈沖)，而同時the (脈沖
之間的距離，如在附圖12中所描述的)保持不變。所有的其它參數(shù)與 在前面的例子中都相同。所得的飽和分布比沒有改變脈沖長度所得的 分布更光滑并且稍稍寬些。
再次， 一般地，對于特定移動范圍可以通過改變序列的各種參數(shù) 以使脈沖序列的飽和效果最優(yōu)化，比如改變L (L大約與被加熱孔穴 的間隔成反比例)、tp和脈沖相位等，以及在相干特性和隨機特性之 間的折衷方案。
前面的飽和序列的例子應用極度失諧孔穴加熱效應來產(chǎn)生飽和。
如上文所述，持續(xù)時間為tp的脈沖總是使失諧的自旋轉(zhuǎn)動比正常的翻
轉(zhuǎn)角度a (0)大的角度a ( △ co )。因而，對于具有a (0) =180°的
再聚焦脈沖(即，180度脈沖)，對于失諧它總是保持a (Aco) >180
° 。另一方面，如果a (厶00) = (211+1) '180°則發(fā)生最佳的激勵，
并且由此產(chǎn)生最佳激勵失諧。然后，自旋轉(zhuǎn)離縱軸的有效翻轉(zhuǎn)角度為
6 = 6_，此時對于一給定的△ co最大的有效翻轉(zhuǎn)角度為6B =a ( △ w )
2arctan(魚)。因而，應用180。脈沖來產(chǎn)生失諧飽和可能浪費能量。 附圖22和23說明了飽和分布(在整個共振空間厚度上進行平均) 與應用在序列中的再聚焦脈沖的a (0)的關(guān)系。如前文所述隨機地改 變相位。在附圖22中，所示為自由發(fā)展時間tf^(即，在如附圖12 中所示的在再聚焦脈沖之間的時間間隔)被設(shè)定為375^的對比信號損 失圖98，在附圖23中，所示為tr^設(shè)定為0的對比信號損失圖100。在兩附圖22和23中所示都是a co函數(shù)的翻轉(zhuǎn)角度為9。 、 20° 、 30 ° 、 45。 、 90°和180°的脈沖從1到100個的信號損失98和100。 通過改變脈沖持續(xù)時間tp來產(chǎn)生不同的翻轉(zhuǎn)角度。如我們所見，對于 不同的時間t^信號損失分布幾乎相同，因而，在隨機相位變化的情 況下，飽和模式主要由脈沖持續(xù)時間決定，而不是由自由發(fā)展持續(xù)時 間決定。
對于一給定的硬件能夠應用的最小脈沖持續(xù)時間由脈沖的上升時 間常數(shù)(稱為U)決定。如果tp〈3tr，則在其截止之前脈沖沒有達到 最大值co"當tp進一步減小時，它很快變得幾乎無效。對于鉆井記錄 NMR裝置一個較好的估計是tr-5…30戶。
當tp減少時，飽和區(qū)域變得更寬。實際上關(guān)注的區(qū)域主要是符合
<
2tt
(——)-02的區(qū)域，即，在兩個內(nèi)部未飽和點內(nèi)的"(△ wX2;r的
區(qū)域。隨著a (0的增加最大的翻轉(zhuǎn)角度6^減小。因此，飽和區(qū)域越
寬需要在外部區(qū)域產(chǎn)生飽和的脈沖越多。如果飽和的時間常數(shù)為Ts，
則只有T々L的自旋能夠完全飽和。因此，可以實現(xiàn)一種在飽和帶寬和
仍然能夠?qū)崿F(xiàn)飽和的、最低的L之間的折衷方案。這還說明，在某些
實施例中，通過將tf^降低到用可行硬件(這里的硬件問題可能包括相位切換時間、脈沖上升和下落時間以及用較長的連續(xù)的rf脈沖使RF 電路過載)所能夠?qū)崿F(xiàn)的可能的最低值，以保持序列盡可能地短是有 利的。
附圖24和25所示分別為具有(附圖24)和沒有(附圖25) tfr^ 的序列的損失102和104。所示的損失102和104針對不同的馳豫時間。 對于tf^=375^， 100個再聚焦脈沖的序列是40ms長，如果沒有自由 發(fā)展時間，該序列只有2.4ms長。對于標稱的翻轉(zhuǎn)角度a ( 0)-35°時， 兩序列都能夠使自由流體的馳豫時間(Tl〉50ms)的自旋飽和，但沒有 自由發(fā)展時間的序列能夠使具有比L低20倍的自旋飽和，這對于那些 想解決約束流體內(nèi)部的自旋分布問題的人是需要的。在這兩情況中， 產(chǎn)生飽和所需要的能量是單個180°再聚焦脈沖所需要的能量的
100 il《20倍，這對于井下的核磁共振(NMR)波譜儀來說并不存在
180
嚴重問題，這種核磁共振波譜儀通常能夠在U期間從存儲在電容器中 的能量中產(chǎn)生好幾百個180°再聚焦脈沖串。在一些實施例中，由具有包括自由發(fā)展時間的序列加熱的分布比 由連續(xù)輻射的序列加熱的分布要稍微平滑些。這可能源于在自由發(fā)展 時間內(nèi)產(chǎn)生的附加相位差(在第二種情況中沒有)，但這不是決定性 的。此外，如果具軸向幾何對稱磁場的測井儀錯位的距離為^，根據(jù) 每個自旋在其位置的方位角，每個自旋都要在頻率空間中移動不同的 位移A = "0^^ A卩。這就使實際的飽和分布更加顯著地光滑。
在模擬實驗中應用隨機發(fā)生器選擇四個脈沖相位。因此在不同的 模擬實驗中序列性能有稍微的變化。在某些實施例中，可以應用一預 定相位的序列以使飽和性能最優(yōu)。在某些實施例中，最佳參數(shù)的變化
是沒有周期性的。
總之，上面描述了對于在NMR共振區(qū)域的鄰近區(qū)域中的自旋的預 處理的示例性技術(shù)。即使在NMR裝置(比如，NMR測井儀60或35 )相 對樣本之間是移動的，這些技術(shù)都允許基于極化的Tl測量，并且這些 技術(shù)允許至少連同如美國專利申請(申請系列號為NO. 09， 033， 965，如 上所引用)中所描述的具有低的梯度場一起在不穩(wěn)定地進行鉆井的同 時進行基于極化的測量。使測井儀在沒有穩(wěn)定器的情況下能夠運行， 這樣就使其成為更"與鉆機友好"，由此極大地增加邊鉆井邊記錄(LWD ) 測井儀的使用性。
雖然通過有限數(shù)目的實施例描述了本發(fā)明，但對于本領(lǐng)域熟練的 技術(shù)人員來說，在本申請公開的內(nèi)容的幫助下能夠理解并由此作出各 種改進和變型。附加權(quán)利要求所覆蓋的所有的這種改進和變型都將落 入本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于井孔的NMR測量裝置，在該裝置和地層構(gòu)造的樣本之間有相對移動，包括a)至少一磁體；b)至少一線圈；和c)與所述線圈相連的脈沖發(fā)生器，該脈沖發(fā)生器適于i)發(fā)射第一RF脈沖序列，以便產(chǎn)生一個時變磁場，所述第一序列包括至少一個再聚焦脈沖，以便產(chǎn)生來自樣本的一個共振區(qū)域的至少一個回波；ii)建立一個靜態(tài)磁場，以便建立所述共振區(qū)域；以及iii)在所述第一序列的發(fā)射期間瞬間改變所述靜態(tài)電場至少一次，以便使比所述共振區(qū)域更大的區(qū)域飽和。
2. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中改變所述靜態(tài)磁場的步驟進 一步包括發(fā)射至少一個其它脈沖。
3. 如權(quán)利要求2所述的裝置，進一步包括當所述RF脈沖序列未被發(fā)射時同步發(fā)射至少一個其它脈沖。
4. 如權(quán)利要求2所述的裝置，進一步包括當至少一個RF脈沖發(fā)射時同步發(fā)射至少一個其它脈沖。
5. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中飽和步驟包括發(fā)射附加RF 脈沖，以便使比所述共振區(qū)域更大的區(qū)域飽和。
6. 如權(quán)利要求l-5所述的裝置，其中由于NMR裝置的移動產(chǎn)生所述相對移動。
7. 如權(quán)利要求1-5所述的裝置，其中由于樣本的移動產(chǎn)生所 述相對移動。
8. 如權(quán)利要求1 - 5所述的裝置，進一步包括產(chǎn)生軸向?qū)ΨQ的 靜態(tài)磁場的步驟，該軸向?qū)ΨQ的靜態(tài)磁場在共振區(qū)域中具有等值 線，該等值線在與麗R裝置的縱軸基本一致的方向上基本是直線。
9. 如權(quán)利要求1 - 5所述的裝置，進一步包括在地層構(gòu)造中鉆 井孔的同時測量樣本的特性。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種進行核磁共振測量的方法和裝置。在測量過程中NMR測量裝置、所測量的樣本或這兩者都可能移動。依據(jù)包絡線來調(diào)制RF載波信號的包絡線以產(chǎn)生一第一RF脈沖序列。在發(fā)射第一序列期間可以改變包絡線、RF信號的相位和/或靜態(tài)磁場以使樣本的第一區(qū)域基本飽和。發(fā)射一第二RF脈沖序列以在第一區(qū)域內(nèi)建立一共振區(qū)域，并測量樣本的特性。
文檔編號E21B49/00GK101295012SQ20081000584
公開日2008年10月29日 申請日期1999年12月6日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月4日
發(fā)明者K·加尼桑, P·斯佩爾 申請人:施盧默格控股有限公司