專利名稱：使用梯度線圈進(jìn)行的具有角向分辨率的核磁共振測(cè)井的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及測(cè)井領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及用于在鉆井過(guò)程中(使用MWD或LWD裝置)或者在鉆井之后(使用鋼絲繩起下工具)確定并孔周圍地層構(gòu)造的核磁共振測(cè)井特性的一種方法和裝置，所說(shuō)測(cè)井特性為相對(duì)于井孔的角位置的函數(shù)。
鉆孔核磁共振測(cè)量能夠提供有關(guān)油層的不同類型的信息。第一，測(cè)量結(jié)果可以指示出地層構(gòu)造中的流體含量。第二，測(cè)量結(jié)果給出有關(guān)流體是否限制在地巖層中和可自由開采的詳細(xì)信息。最后，可以使用測(cè)量結(jié)果識(shí)別流體類型，水、氣或油。
獲得核磁共振測(cè)量結(jié)果的一種方法是利用一個(gè)局部產(chǎn)生的靜磁場(chǎng)B0，該磁場(chǎng)可以用一個(gè)或多個(gè)永磁體或電磁體產(chǎn)生，和一個(gè)振蕩磁場(chǎng)B1，該磁場(chǎng)可以用一個(gè)或多個(gè)RF天線產(chǎn)生，以激勵(lì)和檢測(cè)核磁共振特性，從而確定一種構(gòu)造的孔隙率、自由流體比、和滲透性。參見授予Taicher等人的美國(guó)專利US-4717878和授予Kleinberg等人的美國(guó)專利US-5055787。核自旋與具有時(shí)間常數(shù)T1的施加磁場(chǎng)B0方向在一條直線上，并產(chǎn)生一個(gè)凈核磁化效應(yīng)。通過(guò)施加與靜磁場(chǎng)B0垂直的一個(gè)RF場(chǎng)B1可以改變核磁化與施加磁場(chǎng)之間的角度。該RF磁場(chǎng)的頻率等于由公式ω＝γB0給出的拉莫爾頻率，其中γ為旋磁比。在施加一個(gè)RF脈沖之后，磁化強(qiáng)度開始圍繞B0進(jìn)動(dòng)，并在天線中產(chǎn)生一個(gè)可檢測(cè)的信號(hào)。
獲得核磁共振測(cè)量結(jié)果的另一種方法是利用一個(gè)局部產(chǎn)生的靜磁場(chǎng)B0，該磁場(chǎng)可以用一個(gè)或多個(gè)永磁體或電磁體產(chǎn)生，和一個(gè)方位定向的振蕩磁場(chǎng)B1，該磁場(chǎng)可以用一個(gè)或多個(gè)天線段產(chǎn)生，所說(shuō)天線段發(fā)射和/或從測(cè)井裝置周圍的不同部分中接收信號(hào)。參見轉(zhuǎn)讓給Schlumberger Technology Corporation公司的美國(guó)專利申請(qǐng)Nos.08/880343和09/094201(律師案卷號(hào)Nos.24784和24784-CIP)。使用旋轉(zhuǎn)方位角天線難以獲得典型的長(zhǎng)回波序列(～600個(gè)自旋回波)。由于天線只能沿測(cè)量方向保持定位很短的時(shí)間，所以由于測(cè)量工具旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的信號(hào)衰減要比僅僅由于構(gòu)造特性引起的衰減迅速。
授予Kleinberg等人的美國(guó)專利US-5796252中公開了一種核磁共振測(cè)井裝置，該裝置包括多個(gè)永磁體、一個(gè)RF天線、和用于產(chǎn)生磁場(chǎng)梯度的一個(gè)線圈。在‘252專利中記載的技術(shù)采用脈沖磁場(chǎng)梯度獲得與構(gòu)造流體的擴(kuò)散特性有關(guān)的信息。如果在構(gòu)造中存在內(nèi)部梯度，則施加一個(gè)脈沖序列以減少或基本消除構(gòu)造構(gòu)造內(nèi)部梯度的影響?！?52專利沒(méi)有教導(dǎo)使用線圈獲得方位角核磁共振測(cè)量結(jié)果的方法。
授予Zvi Paltiei的美國(guó)專利US-5212447記載了包括多個(gè)永磁體和一個(gè)RF天線的一種核磁共振裝置。‘447專利需要使用一個(gè)磁場(chǎng)梯度線圈確定擴(kuò)散系數(shù)，即一種物質(zhì)的分子在大量的同一種物質(zhì)中自由移動(dòng)的速率。該‘447專利使用擴(kuò)散系數(shù)確定下列巖石物理參數(shù)中的至少一種水/碳?xì)浠衔镨b別度、水和碳?xì)浠衔镲柡投取B透率、空隙大小和空隙大小分布、油粘滯度、由于構(gòu)造彎曲造成的電阻的平均增加的量度、和構(gòu)造的q-空間圖象。該‘447專利沒(méi)有教導(dǎo)使用線圈獲得方位角核磁共振測(cè)量結(jié)果。
本發(fā)明的基本目的是獲得方位角核磁共振測(cè)量結(jié)果。這種測(cè)量結(jié)果可以用于確定構(gòu)造特征，例如孔隙率、約束流體體積、T2、T1、和滲透率。能夠測(cè)量這些特征的方位角變化有助于解釋異種構(gòu)造和根據(jù)地質(zhì)狀況在偏斜和水平的鉆孔中實(shí)現(xiàn)操縱控制。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提高使用至少一個(gè)梯度線圈的測(cè)量工具的垂直分辨率。
本發(fā)明用于以核磁共振測(cè)井技術(shù)確定作為相對(duì)于鉆孔角位置函數(shù)的鉆孔周圍地層構(gòu)造特性的裝置和方法克服了現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺點(diǎn)。本發(fā)明還實(shí)現(xiàn)方位角磁共振成象。設(shè)置在鉆孔中在地層構(gòu)造中來(lái)回移動(dòng)的一種鋼絲繩牽引或即鉆即測(cè)裝置通過(guò)從勘測(cè)區(qū)域獲得核磁共振測(cè)量結(jié)果確定構(gòu)造特征。該裝置包括用于產(chǎn)生一個(gè)靜磁場(chǎng)B0的一個(gè)裝置。一個(gè)RF天線在與形成所說(shuō)靜磁場(chǎng)相同的區(qū)域產(chǎn)生一個(gè)振蕩磁場(chǎng)B1以獲得核磁共振測(cè)量結(jié)果。該裝置包括至少一個(gè)梯度線圈。由所說(shuō)梯度線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)基本平行于所說(shuō)靜磁場(chǎng)B0。
當(dāng)在梯度線圈中施加一個(gè)電流脈沖時(shí)，在勘測(cè)區(qū)域某一部分中的自旋將產(chǎn)生完全或不完全的移相。梯度線圈的幾何結(jié)構(gòu)決定了自旋是否經(jīng)歷徑向、角向或軸向移相。為了產(chǎn)生完全移相，梯度場(chǎng)通過(guò)改變磁場(chǎng)空間強(qiáng)度使得在某一部分的凈磁化強(qiáng)度為零來(lái)改變?cè)诳睖y(cè)區(qū)域該部分中的自旋相位。為了產(chǎn)生不完全移相，梯度場(chǎng)改變?cè)诳睖y(cè)區(qū)域某一部分中的自旋相位使得在該部分中的凈磁化強(qiáng)度不為零，并且具有與在勘測(cè)區(qū)域的其余部分中的凈磁化不同的相位。
將構(gòu)造的橫截面分區(qū)以形成鉆孔周圍的多個(gè)角向距離段、軸向段、或徑向段。此外，描述對(duì)鉆孔的徑向分區(qū)。在勘測(cè)區(qū)域的構(gòu)造中施加一個(gè)脈沖序列。該脈沖序列包括一個(gè)對(duì)稱相位交變脈沖序列，即不使用梯度線圈的測(cè)量，和/或一個(gè)梯度相位交變脈沖序列，即，使用梯度線圈的測(cè)量。梯度線圈使至少在所說(shuō)區(qū)段中的自旋產(chǎn)生移相。在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)從對(duì)稱測(cè)量結(jié)果中減去梯度測(cè)量結(jié)果獲得方位角測(cè)量結(jié)果。在一個(gè)第二實(shí)施例中，通過(guò)將不同的單象限分解測(cè)量結(jié)果結(jié)合獲得方位角測(cè)量結(jié)果。在一個(gè)第三實(shí)施例中，設(shè)置了多個(gè)方位角測(cè)量結(jié)果接收箱，將每次的核磁共振測(cè)量結(jié)果增加到與存放測(cè)量結(jié)果的接收箱相關(guān)的緩存器的內(nèi)容中。
從以下對(duì)于附圖的描述可以清楚地了解本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)當(dāng)理解這些附圖僅僅是用于說(shuō)明的目的，而不是為了限定本發(fā)明。
在附圖中
圖1表示即鉆即測(cè)型井底鉆具組件；圖2表示一種即鉆即測(cè)裝置；圖3表示象限/線圈位置確定程序的流程圖；圖4表示一種核磁共振即鉆即測(cè)工具；圖5示意性表示與本發(fā)明的梯度線圈結(jié)合使用的電子電路；圖6表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中的梯度線圈；圖7a表示用于本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的脈沖序列；圖7b表示使用角向天線獲得的對(duì)于T2頻譜的旋轉(zhuǎn)效應(yīng)的模擬；圖8a-8b表示用于徑向移相的一個(gè)梯度線圈幾何結(jié)構(gòu)和所得的磁場(chǎng)強(qiáng)度；圖9a-9b表示用于角向移相的一個(gè)梯度線圈幾何結(jié)構(gòu)和所得的磁場(chǎng)強(qiáng)度；圖10a-10b表示用于軸向移相的一個(gè)梯度線圈幾何結(jié)構(gòu)和所得的磁場(chǎng)強(qiáng)度；圖11a-11b表示在不完全移相和完全移相情況下核磁共振信號(hào)的角向分布。
參見圖1，該圖表示了一種即鉆即測(cè)裝置10，利用該裝置可以實(shí)<p>(h)Q是具有結(jié)構(gòu)
的酯，其中p是1-100，每個(gè)R3可獨(dú)立地是鏈上有至多100個(gè)原子的烷基或烷氧基鏈，鏈上可以含有芳基取代基，或每個(gè)R3可獨(dú)立地是具有結(jié)構(gòu)-(CR12)e-[SiR42-O]f-SiR42-(CR12)g-的硅氧烷，其中每個(gè)位置的R1取代基獨(dú)立地是H或有1-5個(gè)碳原子的烷基，每個(gè)位置的R4取代基獨(dú)立地是有1-5個(gè)碳原子的烷基或芳基，e和g獨(dú)立地是1-10，f是1-50。
21.一種根據(jù)段落18的可固化粘合劑組合物，還含有一種下述結(jié)構(gòu)的化合物
其中m是0或1，n是1-6；和(a)R1和R2是H或有1-5個(gè)碳原子的烷基，或與形成烯基的碳原子一起形成5-9元環(huán)；(b)B是C、S、N、O、C(O)、C(O)NH或C(O)N(R8)，其中R8是有1-5個(gè)碳原子的烷基；(c)X是芳基，選自具有下述結(jié)構(gòu)的芳基
和
在步驟102，按照象限/線圈位置確定程序100，根據(jù)下列關(guān)系式，確定作為x和y軸以及時(shí)間函數(shù)的向下矢量角度
θ(t)=cos-1[Hx(t)(Hx(t)2+Hy(t)2)].---(1)]]>按照該程序向下矢量的角度確定為
＝θ(t)-φ。
在步驟104，可以在工具周圍利用角度范圍限定四個(gè)象限QBOT(t)＝
-45°至
+45°QLEFT(t)＝
+45°至
+135°QTOP(t)＝
+135°至
+225°QRIGHT(t)＝
+225°至
-45°.術(shù)語(yǔ)“象限”用于說(shuō)明本發(fā)明中在MWD裝置或LWD裝置的360°圓周限定的四個(gè)90°角距離區(qū)段。可以限定其它的角距離區(qū)段，其數(shù)量少于或多于4，并且這些區(qū)段可以是不等分的。
圖4表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例構(gòu)成的一種核磁共振(NMR)即鉆即測(cè)型工具20。所說(shuō)工具20圍繞鉆鋌42的軸40對(duì)稱地旋轉(zhuǎn)，所說(shuō)鉆鋌與井孔軸基本在一條直線上。利用安裝在鉆鋌42內(nèi)部的管狀、軸向極化的永磁體44、46產(chǎn)生一個(gè)靜磁場(chǎng)。測(cè)井工具內(nèi)部的通道48使得鉆井泥漿可以向鉆頭流動(dòng)。在磁體44、46之間的區(qū)域，有一個(gè)凹入?yún)^(qū)50。在所說(shuō)凹入?yún)^(qū)50中設(shè)置有一個(gè)RF天線52?？扇〉氖?，所說(shuō)天線52包括纏繞在凹入?yún)^(qū)周圍的一個(gè)線圈。由這樣一種線圈結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的RF磁場(chǎng)基本上是軸對(duì)稱的。利用所說(shuō)天線52檢測(cè)NMR信號(hào)是在本發(fā)明的構(gòu)思之內(nèi)。但是，可以使用一個(gè)獨(dú)立的天線或接收器檢測(cè)所說(shuō)信號(hào)。在所說(shuō)凹入?yún)^(qū)50中天線52之下填充一種非導(dǎo)電物質(zhì)54?？扇〉氖?，這種物質(zhì)54是一種鐵氧體物質(zhì)以提高天線52的效率?；蛘撸f(shuō)物質(zhì)54可以包括塑料、橡膠、或增強(qiáng)環(huán)氧樹脂合成材料。
仍然參見圖4，為了獲得方位角NMR測(cè)量結(jié)果，在凹入?yún)^(qū)50中設(shè)置至少一個(gè)梯度線圈56。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，三個(gè)梯度線圈56a、56b和56c沿圓周方向設(shè)置在凹入?yún)^(qū)周圍，并且彼此分開120°的角距離區(qū)段。可以使用其它數(shù)量的梯度線圈，即少于或多于3，并且這些線圈可以分隔不等于120°的角距離和/或不均等的角區(qū)段。每個(gè)線圈56a、56b和56c都由與材料54的外表面曲率一致的環(huán)繞導(dǎo)線構(gòu)成。由每個(gè)梯度線圈56a、56b和56c朝向所說(shuō)線圈的構(gòu)造區(qū)域中產(chǎn)生的磁場(chǎng)基本上平行于由永磁體44、46產(chǎn)生的靜磁場(chǎng)。應(yīng)當(dāng)指出，本發(fā)明的方法和梯度線圈還可以與產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)對(duì)稱靜磁場(chǎng)的任何工具結(jié)合使用，例如在授予Taicher等人的美國(guó)專利US-5757186和授予MelvinMiller的專利US-5280243中公開的工具。
圖5為與梯度線圈56a、56b和56c結(jié)合使用的驅(qū)動(dòng)電子電路組件24中包含的電路的示意圖。所說(shuō)驅(qū)動(dòng)電子電路組件包括一個(gè)高壓電源60和電容器62。開關(guān)S1、S2、和S3由時(shí)序控制/線圈選擇硬件64控制。所說(shuō)梯度線圈56a、56b和56c通過(guò)所說(shuō)開關(guān)與所說(shuō)時(shí)序控制/線圈選擇硬件64相連。
如圖6所示，所說(shuō)梯度線圈56a、56b和56c分別以與x軸的已知角度α1、α2、和α3取向。因此，每個(gè)梯度線圈的角度，從工具20的x軸測(cè)量，是一個(gè)不變的角度α。所以，計(jì)算機(jī)程序100通過(guò)將一個(gè)線圈與x軸的角度與相對(duì)于x軸限定的一個(gè)象限的角度θ(t)進(jìn)行比較來(lái)確定線圈56a、56b和56c位于哪一個(gè)象限中。向下矢量
和四個(gè)象限QBOT、QRIGHT、QTOP、和QLEFT在空間中固定的，但是定義為隨LWD裝置的x和y軸的旋轉(zhuǎn)時(shí)間的函數(shù)。
如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的，在基本NMR測(cè)量中，向勘測(cè)構(gòu)造中施加一個(gè)脈沖序列。在授予Abdurrahman Sezginer的美國(guó)專利US-5596274和授予Kleinberg等人的美國(guó)專利US-5023551中，向勘測(cè)構(gòu)造施加一個(gè)脈沖序列，例如Carr-Purcell-Meiboom-Gill(CPMG)序列，首先施加一個(gè)激勵(lì)脈沖，即一個(gè)90°脈沖，該脈沖序列使自旋轉(zhuǎn)動(dòng)到橫向平面。在自旋旋轉(zhuǎn)90°和開始移相之后，再聚焦脈沖，即180°脈沖的載波按照下列關(guān)系式相對(duì)于90°脈沖序列的載波發(fā)生相移
其中括號(hào)內(nèi)的表示式對(duì)于n＝1，2，…N重復(fù)，其中N為在一個(gè)CPMG序列中收集的回波數(shù)量，并且回波間隔為
90°±x表示使自旋圍繞±x軸轉(zhuǎn)動(dòng)90°角度的一個(gè)RF脈沖，如通常在磁共振測(cè)量的旋轉(zhuǎn)幀中定義的(相位交變)。在施加90°脈沖與施加180°脈沖之間的時(shí)間t0小于tcp，即回波間隔的一半。CPMG序列使得能夠獲得對(duì)稱測(cè)量結(jié)果(即不使用梯度線圈的測(cè)量結(jié)果)。準(zhǔn)確的時(shí)間參數(shù)t0、t1和t2依賴于各種因素(例如，所施加脈沖的形狀)。
按照本發(fā)明，施加于梯度線圈56a、56b和56c的電流脈沖產(chǎn)生一個(gè)基本平行于所說(shuō)靜磁場(chǎng)的附加磁場(chǎng)。該電流脈沖是在第一個(gè)90°脈沖與180°反相脈沖之間施加的。該附加磁場(chǎng)導(dǎo)致自旋發(fā)生附加的相移。由于所說(shuō)180°反相脈沖不補(bǔ)償附加的相移，所以受到附加磁場(chǎng)作用的自旋不形成自旋回波。但是，對(duì)于沒(méi)有受到附加磁場(chǎng)作用的自旋，在時(shí)間2tcp時(shí)產(chǎn)生一個(gè)自旋回波，同時(shí)在每個(gè)反相脈沖之后在時(shí)間tcp連續(xù)產(chǎn)生較低幅值的自旋回波。該脈沖序列為
其中ta0為90°脈沖與梯度脈沖持續(xù)時(shí)間δ之間的時(shí)間，tb0為梯度脈沖與180°反相脈沖之間的時(shí)間，并且t0a+δ+t0b=t0.]]>此外，如前所述，由于非共振效應(yīng)，不同相的磁化在幾個(gè)回波內(nèi)就消失。由于隨后的180°y脈沖和不均勻磁場(chǎng)的作用，NMR信號(hào)的x分量在幾個(gè)回波內(nèi)衰減。所以，我們只關(guān)注信號(hào)的y分量。于是，如果忽略馳豫，則可以將第一NMR回波信號(hào)表示為Signal=3m[∫r∈R3(Mx0+iMy0)(r)exp(-iγG(r)δ)dc(r)],]]>其中i為復(fù)數(shù)虛部單位；γ為旋磁比；M0x和M0y分別為在沒(méi)有施加梯度脈沖情況下在第一回波時(shí)間在位置r的磁化的x和y分量；G(r)為在同一位置平行于
的梯度磁場(chǎng)的分量；δ為梯度脈沖的持續(xù)時(shí)間；dc(r)表示NMR井下測(cè)量?jī)x的微分靈敏度。圖7b表示使用角向天線對(duì)于T2頻譜的旋轉(zhuǎn)效應(yīng)的模擬。這表明利用旋轉(zhuǎn)角向天線是無(wú)法獲得精確的T2頻譜的。但是，利用本發(fā)明的軸向?qū)ΨQ天線和梯度線圈，可以獲得較好的T2頻譜。
利用在轉(zhuǎn)讓給Schlumberger科技公司的美國(guó)專利申請(qǐng)No.09/102719(Atty.Docket.No.20.2697)中所述的RingKiller脈沖序列可以消除相位交變脈沖序列。利用該脈沖序列，在一個(gè)單脈沖序列的第一時(shí)間周期內(nèi)，NMR測(cè)量結(jié)果包括所需的自旋回波和不需要的影響，即阻尼振蕩、測(cè)量噪聲、和基線漂移。在該單脈沖序列的第二時(shí)間周期內(nèi)，所說(shuō)自旋回波消失，而不是不需要的影響。利用在所說(shuō)第二時(shí)間周期內(nèi)采集的信號(hào)，校正在所說(shuō)第一時(shí)間周期內(nèi)測(cè)得的信號(hào)以消除阻尼振蕩分量、測(cè)量噪聲、和基線漂移。使用任何序列組合方法，包括但不限于在轉(zhuǎn)讓給Numar公司的WO 98/43064中所述的阻尼振蕩抑制方法，消除阻尼振蕩都在本發(fā)明的構(gòu)思范圍內(nèi)。
根據(jù)梯度線圈56a、56b和56c幾何設(shè)計(jì)的不同，施加于線圈56a、56b或56c的電流脈沖的持續(xù)時(shí)間、強(qiáng)度、在感測(cè)區(qū)域(例如一個(gè)象限)中的自旋將按照下列方式之一發(fā)生移相徑向移相、角向移相、軸向移相、或不完全移相。在梯度線圈中激勵(lì)足夠幅度的電流使得受到所說(shuō)線圈的磁場(chǎng)梯度作用的自旋的附加相移分布在從-180°到180°的范圍內(nèi)，并且可能在感測(cè)區(qū)域內(nèi)變化360°的若干倍。對(duì)于徑向、軸向、和角向移相，產(chǎn)生一個(gè)變化的附加相角，從而在感測(cè)區(qū)域(例如一個(gè)象限)內(nèi)的自旋響應(yīng)平均為零。
圖8a表示用于產(chǎn)生徑向相移的一個(gè)梯度線圈的幾何結(jié)構(gòu)。這是通過(guò)利用一個(gè)線圈產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)梯度磁場(chǎng)，從而使由于梯度線圈56a、56b、或56c作用而產(chǎn)生的附加相位在感測(cè)區(qū)域厚度范圍內(nèi)變化至少2π實(shí)現(xiàn)的。圖8b表示在地殼層內(nèi)的磁場(chǎng)強(qiáng)度。在靠近梯度線圈的殼層區(qū)域，自旋旋轉(zhuǎn)速度快于朝向所說(shuō)殼層外部的自旋。
圖9a表示用于產(chǎn)生角向相移的一種梯度線圈的幾何結(jié)構(gòu)。這是通過(guò)利用兩個(gè)串聯(lián)線圈從而使兩個(gè)線圈中電流沿相反方向流動(dòng)而產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)梯度磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)相反方向的電流在兩個(gè)線圈中流動(dòng)時(shí)，在一個(gè)線圈附近的自旋旋轉(zhuǎn)速度快于平均自旋速度，而在另一個(gè)線圈附近的自旋旋轉(zhuǎn)速度更慢于平均自旋速度，從而所說(shuō)附加相位在所說(shuō)感測(cè)區(qū)域的一部分的方位角上變化。圖9c表示沿方位角的磁場(chǎng)強(qiáng)度。
將方向相移線圈轉(zhuǎn)動(dòng)90°形成用于產(chǎn)生軸向相移的梯度線圈幾何結(jié)構(gòu)(參見圖10a)。相角沿測(cè)井工具的縱軸方向變化。圖10b表示沿測(cè)井工具長(zhǎng)度方向的磁場(chǎng)強(qiáng)度。在所有三種情況下(徑向、角向、和軸向相移)，在感測(cè)區(qū)域上磁化的空間平均值為零，所以對(duì)于測(cè)得的NMR信號(hào)沒(méi)有貢獻(xiàn)。
在不完全相移情況下，流過(guò)梯度線圈56a、56b和56c的電流強(qiáng)度弱于上述三種情況，并且附加相移變化的強(qiáng)度不足以使在感測(cè)區(qū)域上磁化的完全平均值非零。然而，所說(shuō)附加梯度磁場(chǎng)引起感測(cè)區(qū)域中自旋相對(duì)于測(cè)井工具周圍其它區(qū)域中自旋(即沒(méi)有受到附加磁場(chǎng)作用的自旋)相位產(chǎn)生一定相移。在這種情況下，在感測(cè)區(qū)域上磁化的平均值為非零值，并且具有與勘測(cè)區(qū)域的其余部分中的凈磁化不同的相位，而且所說(shuō)自旋仍然發(fā)生相移。由于所檢測(cè)的NMR信號(hào)是對(duì)相位靈敏的(即僅僅測(cè)得某些相位的貢獻(xiàn))，沿梯度線圈56a、56b或56c方向的附加相移足以實(shí)現(xiàn)方位角測(cè)量。利用圖8a、9a和10a所示的任何幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都能夠?qū)崿F(xiàn)不完全的相移。
這些梯度線圈對(duì)于獲得方位角測(cè)量結(jié)果具有許多優(yōu)點(diǎn)。首先，只需在梯度脈沖長(zhǎng)度時(shí)間內(nèi)，而不是在整個(gè)脈沖序列持續(xù)時(shí)間內(nèi)，將一個(gè)線圈適合地設(shè)置在一個(gè)所需象限中。第二，因?yàn)樽孕夭ㄊ抢幂S對(duì)稱天線檢測(cè)的，可以在測(cè)井工具在井孔中旋轉(zhuǎn)的同時(shí)記錄長(zhǎng)回波串。第三，因?yàn)樗f(shuō)線圈不具有RF天線的調(diào)整要求，所以這種線圈簡(jiǎn)化了NMR-LWD工具的設(shè)計(jì)。第四，可以使用同一天線進(jìn)行對(duì)稱和軸對(duì)稱測(cè)量。第五，可以使用所說(shuō)天線獲得具有極好的空間分辨率、特別是垂直分辨率的NMR測(cè)量結(jié)果。
本發(fā)明可以采用獲得方位角NMR測(cè)量的不同模式。按照一種“簡(jiǎn)單分解”模式，使用至少一個(gè)線圈以在一個(gè)選定的象限分解自旋，但是，也可以使用多個(gè)線圈分解多個(gè)象限。在任何一種情況下，獲得兩種測(cè)量結(jié)果一個(gè)對(duì)稱相位交變脈沖序列(PAPS)，具有固定的等待時(shí)間，其后為一個(gè)梯度PAPS，具有可變等待時(shí)間，通過(guò)激勵(lì)所說(shuō)象限中的線圈將所說(shuō)象限分解。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，使用了前述的梯度脈沖序列。通過(guò)將梯度測(cè)量結(jié)果從對(duì)稱測(cè)量結(jié)果中減去生成方位角測(cè)量結(jié)果。按照這種模式，對(duì)于每2個(gè)PAPS獲得一次對(duì)稱測(cè)量結(jié)果，對(duì)于每8個(gè)PAPS獲得一次方位角掃描結(jié)果。因?yàn)榻Y(jié)合了這兩種測(cè)量，所以方位角測(cè)量的測(cè)量噪聲高于在對(duì)稱或梯度測(cè)量中的噪聲。
通過(guò)將不同的單象限分解測(cè)量相結(jié)合可以減少噪聲貢獻(xiàn)。在這種情況下，通過(guò)分解每個(gè)象限獲得4次梯度PAPS測(cè)量結(jié)果。然后，按照下列關(guān)系式將這些測(cè)量結(jié)果結(jié)合以生成合成方位角和對(duì)稱測(cè)量結(jié)果方位角(PAPSQBOT)＝-2/3PAPSQBOT+1/3(PAPSQTOP+PAPSQRIGHT+PAPSQLEFT)和對(duì)稱(PAPS)＝1/3(PAPSQBOT+PAPSQTOP+PAPSQRIGHT+PAPSQLEFT).對(duì)于這種模式，對(duì)稱PAPS和梯度PAPS都具有可變等待時(shí)間。
當(dāng)鉆桿柱不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)(滑動(dòng))可以使用梯度線圈獲得鋼絲繩起下工具和LWD工具的方位角信息。可以采用簡(jiǎn)單分解模式。使用至少一個(gè)線圈分解該線圈面對(duì)的象限中的自旋，但是，如果該工具具有一個(gè)以上的線圈，則可以分解線圈所朝向的每個(gè)象限的自旋。如果所說(shuō)工具對(duì)于每個(gè)象限包含一個(gè)線圈，則可以生成對(duì)稱方位角和對(duì)稱測(cè)量結(jié)果。
圖11a和11b分別表示在不完全相移和完全相移情況下NMR信號(hào)的角向分布。每個(gè)角向分布被稱為一個(gè)“核函數(shù)”(表示為k(θ))。在特定的鉆探深度，利用工具20獲得的方位角測(cè)量函數(shù)S(θ)為所說(shuō)核函數(shù)與實(shí)際的角向NMR信息函數(shù)f()(例如，孔隙率、約束流體體積、T2、或滲透率)根據(jù)下列關(guān)系式的卷積
所以，所說(shuō)構(gòu)造中NMR信息f的重構(gòu)包括解決從所獲得的信息S與核函數(shù)K去卷積的問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題可以在富里葉空間求解為f^=S^K^.]]>方位角函數(shù)f()總是所說(shuō)方位角的周期函數(shù)。所以，它可以擴(kuò)展為一個(gè)富里葉級(jí)數(shù)
其中富里葉系數(shù)a0、a1、b1可以寫為
實(shí)際的測(cè)量并不直接給出函數(shù)f()，而是給出其與角向靈敏度核函數(shù)k()的卷積，所說(shuō)核函數(shù)是由梯度線圈限定的?？梢詫y(cè)得信號(hào)v()寫為
利用
和
可以將測(cè)得信號(hào)v()寫為方程(10)
利用對(duì)核函數(shù)k()的富里葉展開
以及x0=12π∫02πk(x)dx,---(12)]]>x1=1π∫02πk(x)cos(lx)dx,]]>和(13)y1=1π∫02πk(x)sin(lx)dx,---(14)]]>測(cè)量信號(hào)v()可以寫為
這是測(cè)量信號(hào)v()的富里葉展開。由于核函數(shù)k()是對(duì)稱的，所以消去了富里葉系數(shù)y1。方程15變?yōu)?
為了從測(cè)量結(jié)果中重構(gòu)函數(shù)f()，必須確定富里葉系數(shù)a0、a1、和b1?？梢酝ㄟ^(guò)將方程16的線性系統(tǒng)翻轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)確定這些系數(shù)。為了翻轉(zhuǎn)方程16，將富里葉展開限定在預(yù)定階數(shù)。這種限定與使用核函數(shù)在富里葉展開的前幾級(jí)基函數(shù)上的投影的去卷積，即僅僅使用前幾個(gè)富里葉系數(shù)重構(gòu)核函數(shù)，是等價(jià)的。
如果相應(yīng)的核函數(shù)富里葉系數(shù)較小的話，對(duì)于在方程16中所列測(cè)得的NMR數(shù)據(jù)，構(gòu)造函數(shù)f()的高階富里葉系數(shù)對(duì)于測(cè)量結(jié)果的影響并不非常強(qiáng)。所以，從所測(cè)得的數(shù)據(jù)不可能確定這些較高階的系數(shù)，特別是在測(cè)量結(jié)果充滿噪聲時(shí)。另一方面，如果較高階系數(shù)的影響不是可以忽略不計(jì)的話，將方程16限制到太少的系數(shù)可能導(dǎo)致無(wú)法正確地確定較低階的系數(shù)。在這些情況下，f()的較高階富里葉系數(shù)會(huì)影響對(duì)于較低階系數(shù)的估算。方程16可以求解的階數(shù)取決于測(cè)得數(shù)據(jù)的數(shù)量、數(shù)據(jù)的質(zhì)量、和核函數(shù)的富里葉系數(shù)。
將方程16限定在K階，引入2K+1維矢量a→=(a0,a1,b1,...,aK,bK)′,]]>并定義
為沿方向ii＝1，...，N，所取測(cè)量結(jié)果的N維矢量，則可以將矢量
寫為v→=Xa→,---(17)]]>其中矩陣X定義為
方程(17)的最小二乘解為a→=(X′X)-1X′v→.---(19)]]>在方程(19)中可以包含一正則項(xiàng)以減小富里葉系數(shù)估算值的統(tǒng)計(jì)不確定性。富里葉系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差
可以利用每次角向測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)偏差σ計(jì)算出來(lái)(σ→a)i=σ||((X′X)-1X′)i||,---(20)]]>其中((X′X)-1X′)為矩陣(X′X)-1X′的第i行矢量。
定義矢量
則沿任何方向的構(gòu)造函數(shù)f()的重構(gòu)fR()為
依賴于方位角的標(biāo)準(zhǔn)偏差σf()可以寫為
方位角數(shù)據(jù)的獲取依賴于工具轉(zhuǎn)動(dòng)。按照本發(fā)明，獲得井孔完全掃描的角向信息的最有效方式是以測(cè)量結(jié)果在掃描區(qū)域均等分布的方式采樣數(shù)據(jù)。如果以固定的時(shí)間間隔采集數(shù)據(jù)，不能總是保證在一次掃描中覆蓋所有方向(QBOT、QRIGHT、QTOP、和QLEFT)。實(shí)現(xiàn)完全覆蓋的一種方法是根據(jù)已經(jīng)獲得的當(dāng)前掃描數(shù)據(jù)為每次測(cè)量選擇最好的方向。為了具有可以從中選擇的不同方向，LWD工具20裝備有以120°間隔安裝的多個(gè)梯度線圈。在每一次采集數(shù)據(jù)時(shí)，可以根據(jù)已經(jīng)獲取的數(shù)據(jù)選擇對(duì)于實(shí)際掃描最為有利的梯度線圈。由于富里葉系數(shù)是通過(guò)求逆運(yùn)算從已獲得的測(cè)量結(jié)果計(jì)算出來(lái)的，所以選擇新方向的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是使矩陣X的條件數(shù)目最小。另一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是按照使測(cè)量方向在孔徑周圍均等分布的方式選擇新方向。在這種情況下，選擇每一個(gè)新方向以使其至最接近相鄰方向的距離最大(方位角不同)。
獲取方位角數(shù)據(jù)的第二種可能方案是測(cè)量數(shù)據(jù)的裝箱。按照這種獲取方案，定義多個(gè)角向數(shù)據(jù)箱，并將每次NMR測(cè)量結(jié)果添加到與存取測(cè)量結(jié)果的數(shù)據(jù)箱相關(guān)從緩存器的內(nèi)容中。對(duì)于LWD工具20，可取的是設(shè)置7個(gè)數(shù)據(jù)箱。為了對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)箱獲得較好的統(tǒng)計(jì)量和確保在每個(gè)數(shù)據(jù)箱中有足夠的測(cè)量結(jié)果，這種方法要求進(jìn)行多次單獨(dú)的測(cè)量，例如每個(gè)數(shù)據(jù)箱10次測(cè)量或每次掃描70次測(cè)量。
獲取角向數(shù)據(jù)的第三種可能方案是在一次完整掃描中對(duì)每個(gè)象限QBOT、QRIGHT、QTOP、和QLEFT進(jìn)行一次測(cè)量。為了確?？偸窃谒柘笙瞢@得這些測(cè)量結(jié)果，定義多個(gè)可以在其中獲取數(shù)據(jù)的時(shí)間窗口。通過(guò)鉆桿柱旋轉(zhuǎn)控制在每個(gè)窗口中進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的實(shí)際時(shí)間。通過(guò)定向地激勵(lì)梯度線圈獲取數(shù)據(jù)的一種優(yōu)選方法是利用一個(gè)矩形函數(shù)來(lái)逼近所說(shuō)核函數(shù)。在這種情況下，沿特定方向，例如QBOT，所取的測(cè)量結(jié)果a1可以寫為a1＝x2+x3+x4， (24)其中x2、x3、和x4為在其它三個(gè)方向(即，該梯度線圈沒(méi)有指向的方向)測(cè)得的函數(shù)值。將在所有四個(gè)方向的測(cè)量結(jié)果結(jié)合得到以下方程系a-=Mx→,----(25)]]>其中矩陣M=0111101111011110.---(26)]]>方程26的解為x→=M-1a→,]]>其中矩陣M-1=13-21111-21111-21111-2.---(27)]]>以上對(duì)于本發(fā)明優(yōu)選和替換實(shí)施例的描述只是為了說(shuō)明和解釋的目的。而不是窮舉性的或者將本發(fā)明限制為所公開的具體形式。在獲取方位角數(shù)據(jù)的同時(shí)，本發(fā)明可以進(jìn)行例如孔隙率、約束流體體積(BFV)、T2、T1和滲透性測(cè)量。還可以進(jìn)行方位角磁共振成象，這對(duì)于解釋異質(zhì)構(gòu)造和根據(jù)地質(zhì)構(gòu)造在偏斜或水平井孔中進(jìn)行操縱是有用的。顯然，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)可以作出許多改進(jìn)和改變。例如，MWD工具22的功能還可以在LWD工具20中執(zhí)行，或者在MWD22和LWD20工具之間分開。而且，使用鋼絲繩起下工具，可以將梯度線圈安裝在與工具相連的一個(gè)墊板上。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的方法和梯度線圈對(duì)于消除井孔流體的磁共振信號(hào)，獲得具有軸向分辨率的NMR測(cè)量結(jié)果、或者具有改善的垂直分辨率的NMR測(cè)量結(jié)果是有用的。例如，可以將沿井孔縱軸的凹入?yún)^(qū)域50的長(zhǎng)度限定在勘測(cè)區(qū)域的軸向范圍內(nèi)?？梢詫⒁粋€(gè)或多個(gè)梯度線圈設(shè)置在所說(shuō)凹入?yún)^(qū)50中沿井孔縱軸的已知位置上。施加于所說(shuō)梯度線圈的電流脈沖將使自旋沿構(gòu)造的軸向區(qū)段發(fā)生相移。選擇和描述這些實(shí)施例是為了最好地解釋本發(fā)明的原理及其基本應(yīng)用，從而使本領(lǐng)域的其它技術(shù)人員能夠理解本發(fā)明，對(duì)于特定的用途可以采用各種實(shí)施例和作出各種改進(jìn)。因此，本發(fā)明的范圍僅由所附權(quán)利要求及其它們的等價(jià)物限定。
權(quán)利要求
1.用于確定井孔周圍地質(zhì)構(gòu)造勘測(cè)區(qū)域中的核磁共振特性的一種裝置，它包括a)可以在井孔中移動(dòng)的測(cè)井裝置；b)在所說(shuō)測(cè)井裝置中用于在所說(shuō)井孔周圍和勘測(cè)區(qū)域內(nèi)施加一個(gè)靜磁場(chǎng)的裝置；c)在所說(shuō)測(cè)井裝置中用于在所說(shuō)井孔周圍和勘測(cè)區(qū)域內(nèi)施加一個(gè)RF磁場(chǎng)的天線裝置，從而所說(shuō)天線裝置從所說(shuō)構(gòu)造中選定原子核感生出多個(gè)自旋回波信號(hào)；d)在所說(shuō)測(cè)井裝置中用于施加一個(gè)磁場(chǎng)梯度以使所說(shuō)勘測(cè)區(qū)域一部分中的自旋發(fā)生相移的梯度裝置；和e)用于檢測(cè)從所說(shuō)勘測(cè)區(qū)域產(chǎn)生的核磁共振信號(hào)的裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于它還包括用于將所說(shuō)構(gòu)造的橫截面劃分為圍繞所說(shuō)井孔的多個(gè)角距離區(qū)段的裝置，其中所說(shuō)梯度裝置通過(guò)在至少一個(gè)區(qū)段中在空間上改變所說(shuō)靜磁場(chǎng)強(qiáng)度來(lái)改變自旋相位，使得在所說(shuō)區(qū)段上的凈磁化基本為零。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于所說(shuō)自旋相位在所說(shuō)區(qū)段上沿徑向變化。
4.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于所說(shuō)自旋相位在所說(shuō)區(qū)段上沿角向變化。
5.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于所說(shuō)自旋相位在所說(shuō)區(qū)段上沿軸向變化。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于它還包括用于將所說(shuō)構(gòu)造橫截面劃分為圍繞所說(shuō)井孔的多個(gè)角距離區(qū)段的裝置，和用于通過(guò)施加基本平行于所說(shuō)靜磁場(chǎng)的梯度場(chǎng)改變至少一個(gè)區(qū)段中的自旋相位的裝置，使得在所說(shuō)區(qū)段上的凈磁化非零并且具有與所說(shuō)勘測(cè)區(qū)域的其余部分的凈磁化不同的相位。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于所說(shuō)自旋相位在所說(shuō)區(qū)段上沿徑向變化。
8.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于所說(shuō)自旋相位在所說(shuō)區(qū)段上沿角向變化。
9.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于所說(shuō)自旋相位在所說(shuō)區(qū)段上沿軸向變化。
10.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于所說(shuō)梯度裝置包括一個(gè)線圈。
11.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于所說(shuō)梯度裝置包括至少兩個(gè)線圈，所說(shuō)至少兩個(gè)線圈是相互連接的，使得電流沿相反方向流動(dòng)。
12.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于所說(shuō)梯度裝置包括至少兩個(gè)線圈，所說(shuō)至少兩個(gè)線圈是相互連接的，使得電流沿相反方向流動(dòng)。
13.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于所說(shuō)梯度裝置包括一個(gè)線圈。
14.如權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于所說(shuō)線圈具有至少兩個(gè)非同心環(huán)路。
15.如權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于電流在所說(shuō)非同心環(huán)路中沿相反方向流動(dòng)。
16.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于還包括用于將所說(shuō)構(gòu)造橫截面劃分為至少一個(gè)軸向區(qū)段的裝置，其中所說(shuō)梯度裝置通過(guò)在所說(shuō)區(qū)段中在空間上改變所說(shuō)靜磁場(chǎng)強(qiáng)度來(lái)改變自旋相位，使得在所說(shuō)區(qū)段上的凈磁化基本為零。
17.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于還包括用于將所說(shuō)構(gòu)造橫截面劃分為至少一個(gè)軸向區(qū)段的裝置，其中所說(shuō)梯度裝置通過(guò)在所說(shuō)區(qū)段中在空間上改變所說(shuō)靜磁場(chǎng)強(qiáng)度來(lái)改變自旋相位，使得在所說(shuō)區(qū)段上的凈磁化非零并且具有與所說(shuō)勘測(cè)區(qū)域的其余部分的凈磁化不同的相位。
18.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于還包括用于產(chǎn)生一個(gè)脈沖序列和自旋回波的裝置，其提供了具有角向分辨率的核磁共振測(cè)量結(jié)果。
19.如權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于還包括用于產(chǎn)生包括多個(gè)相位交變的RF脈沖和自旋回波的一個(gè)第一脈沖序列的裝置，和用于產(chǎn)生包括多個(gè)相位交變的RF脈沖、至少一個(gè)梯度脈沖和自旋回波的一個(gè)第二脈沖序列的裝置。
20.如權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于還包括用于產(chǎn)生包括多個(gè)相位交變RF脈沖、至少一個(gè)梯度脈沖、和自旋回波的一個(gè)脈沖序列的裝置。
21.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于還包括用于產(chǎn)生一個(gè)脈沖序列和自旋回波的裝置，其提供了具有角向分辨率的核磁共振測(cè)量結(jié)果。
22.如權(quán)利要求21所述的裝置，其特征在于還包括用于產(chǎn)生包括多個(gè)相位交變的RF脈沖和自旋回波的一個(gè)第一脈沖序列的裝置，和用于產(chǎn)生包括多個(gè)相位交變的RF脈沖、至少一個(gè)梯度脈沖、和自旋回波的一個(gè)第二脈沖序列的裝置。
23.如權(quán)利要求21所述的裝置，其特征在于還包括用于產(chǎn)生包括多個(gè)相位交變的RF脈沖、至少一個(gè)梯度脈沖、和自旋回波的一個(gè)脈沖序列的裝置。
24.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所說(shuō)磁場(chǎng)梯度在所說(shuō)勘測(cè)區(qū)域中具有與所說(shuō)靜磁場(chǎng)基本相同的極化取向。
25.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于還包括用于將所說(shuō)構(gòu)造的橫截面劃分為至少一個(gè)徑向區(qū)段的裝置，其中所說(shuō)梯度裝置消除了井孔流體的磁共振信號(hào)。
26.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于還包括與所說(shuō)測(cè)井裝置相連并用于壓抵在所說(shuō)井孔壁上的一個(gè)墊板，所說(shuō)墊板承載至少一個(gè)面對(duì)所說(shuō)井孔壁的梯度裝置。
27.用于測(cè)量井孔周圍地層構(gòu)造的一個(gè)勘測(cè)區(qū)域中的核磁共振特性的一種方法，它包括以下步驟a)在所說(shuō)構(gòu)造中鉆一個(gè)井孔；b)在所說(shuō)勘測(cè)區(qū)域施加一個(gè)靜磁場(chǎng)；c)在所說(shuō)勘測(cè)區(qū)域施加一個(gè)RF磁場(chǎng)；d)從所說(shuō)構(gòu)造的選定原子核感生多個(gè)自旋回波信號(hào)；e)施加磁場(chǎng)梯度以使所說(shuō)勘測(cè)區(qū)域的一部分中的自旋發(fā)生相移；和f)檢測(cè)來(lái)自所說(shuō)勘測(cè)區(qū)域的核磁共振信號(hào)。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于還包括以下步驟將所說(shuō)構(gòu)造的橫截面劃分為圍繞所說(shuō)井孔的多個(gè)角距離區(qū)段，和通過(guò)在空間上改變所說(shuō)靜磁場(chǎng)強(qiáng)度來(lái)改變至少一個(gè)區(qū)段中自旋的相位，使得在所說(shuō)區(qū)段上的凈磁化基本為零。
29.如權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于它還包括徑向改變所說(shuō)區(qū)段內(nèi)的自旋相位的步驟。
30.如權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于它還包括角向改變所說(shuō)區(qū)段內(nèi)的自旋相位的步驟。
31.如權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于它還包括軸向改變所說(shuō)區(qū)段內(nèi)的自旋相位的步驟。
32.如權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于它還包括產(chǎn)生一個(gè)脈沖序列和自旋回波的步驟，其提供了具有角向分辨率的核磁共振測(cè)量結(jié)果。
33.如權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于它還包括產(chǎn)生一個(gè)脈沖序列和自旋回波的步驟，其提供了具有角向分辨率的構(gòu)造圖象。
34.如權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于它還包括產(chǎn)生包括多個(gè)相位交變的RF脈沖和自旋回波的一個(gè)第一脈沖序列，和產(chǎn)生包括多個(gè)相位交變的RF脈沖、至少一個(gè)梯度脈沖、和自旋回波的一個(gè)第二脈沖序列的步驟。
35.如權(quán)利要求34所述的方法，其特征在于所說(shuō)第二脈沖序列為
其中ta0為90°脈沖與持續(xù)時(shí)間為δ的梯度脈沖之間的時(shí)間，tb0為梯度脈沖與180°反相脈沖之間的時(shí)間，并且t0a+δ+t0b=t0.]]>
36.如權(quán)利要求34所述的方法，其特征在于它還包括向至少一個(gè)區(qū)段施加所說(shuō)第二脈沖序列和向其余多個(gè)角距離區(qū)段施加所說(shuō)第一脈沖序列的步驟。
37.如權(quán)利要求26所述的方法，其特征在于所說(shuō)多個(gè)角距離區(qū)段包括至少四個(gè)區(qū)段。
38.如權(quán)利要求34所述的方法，其特征在于所說(shuō)第一脈沖序列施加于至少一個(gè)區(qū)段。
39.如權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于它還包括產(chǎn)生包括多個(gè)相位交變的Rf脈沖、至少一個(gè)梯度脈沖、和自旋回波的一個(gè)脈沖序列的步驟。
40.如權(quán)利要求39所述的方法，其特征在于它還包括向至少一個(gè)區(qū)段施加所說(shuō)脈沖序列的步驟。
41.如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于它還包括在鉆探到所說(shuō)構(gòu)造中的同時(shí)測(cè)量核磁共振特性的步驟。
42.如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于它還包括將磁共振信號(hào)映射到角向或軸向位置以生成所說(shuō)構(gòu)造圖象的步驟。
43.如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于它還包括將所說(shuō)構(gòu)造橫截面劃分為至少一個(gè)軸向區(qū)段和通過(guò)在空間上改變所說(shuō)區(qū)段靜磁場(chǎng)強(qiáng)度來(lái)改變自旋相位使得在所說(shuō)區(qū)段上的凈磁化基本為零的步驟。
44.如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于它還包括將所說(shuō)構(gòu)造橫截面劃分為至少一個(gè)軸向區(qū)段和通過(guò)在空間上改變所說(shuō)區(qū)段靜磁場(chǎng)強(qiáng)度來(lái)改變自旋相位使得在所說(shuō)區(qū)段上的凈磁化非零并且具有與所說(shuō)勘測(cè)區(qū)域其余部分的凈磁化不同的相位。
45.如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于所說(shuō)梯度磁場(chǎng)在所說(shuō)勘測(cè)區(qū)域中具有與所說(shuō)靜磁場(chǎng)基本相同的極化取向。
46.如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于它還包括將所說(shuō)構(gòu)造的橫截面劃分為井孔周圍的多個(gè)角距離區(qū)段，和通過(guò)施加基本平行于所說(shuō)靜磁場(chǎng)的梯度磁場(chǎng)來(lái)改變?cè)谥辽僖粋€(gè)區(qū)段的自旋相位使得在所說(shuō)區(qū)段上的凈磁化非零并且具有與所說(shuō)勘測(cè)區(qū)域其余部分的凈磁化不同的相位的步驟。
47.如權(quán)利要求46所述的方法，其特征在于它還包括徑向改變所說(shuō)區(qū)段上的自旋相位的步驟。
48.如權(quán)利要求46所述的方法，其特征在于它還包括角向改變所說(shuō)區(qū)段上的自旋相位的步驟。
49.如權(quán)利要求46所述的方法，其特征在于它還包括軸向改變所說(shuō)區(qū)段上的自旋相位的步驟。
50.如權(quán)利要求46所述的方法，其特征在于它還包括產(chǎn)生一個(gè)脈沖序列和自旋回波的步驟，其提供了具有角向分辨率的核磁共振測(cè)量結(jié)果。
51.如權(quán)利要求50所述的方法，其特征在于它還包括產(chǎn)生包括多個(gè)相位交變的RF脈沖和自旋回波的一個(gè)第一脈沖序列和產(chǎn)生包括多個(gè)相位交變的RF脈沖、至少一個(gè)梯度脈沖和自旋回波的一個(gè)第二脈沖序列的步驟。
52.如權(quán)利要求51所述的方法，其特征在于所說(shuō)第二脈沖序列為
其中ta0為90°脈沖與持續(xù)時(shí)間δ的梯度脈沖之間的時(shí)間，tb0為梯度脈沖與180°反相脈沖之間的時(shí)間，并且ta0+δ+tb0＝t0。
53.如權(quán)利要求51所述的方法，其特征在于它還包括向至少一個(gè)所說(shuō)區(qū)段施加所說(shuō)第二脈沖序列和向其余多個(gè)角距離區(qū)段施加所說(shuō)第一脈沖序列的步驟。
54.如權(quán)利要求53所述的方法，其特征在于所說(shuō)多個(gè)角距離區(qū)段包括至少四個(gè)區(qū)段。
55.如權(quán)利要求51所述的方法，其特征在于向至少一個(gè)區(qū)段施加所說(shuō)第一脈沖序列。
56.如權(quán)利要求50所述的方法，其特征在于它還包括產(chǎn)生包括多個(gè)相位交變RF脈沖、至少一個(gè)梯度脈沖、和自旋回波的一個(gè)脈沖序列的步驟。
57.如權(quán)利要求56所述的方法，其特征在于它還包括向至少一個(gè)區(qū)段施加所說(shuō)脈沖序列的步驟。
58.如權(quán)利要求46所述的方法，其特征在于所說(shuō)梯度磁場(chǎng)在所說(shuō)勘測(cè)區(qū)域中具有與所說(shuō)靜磁場(chǎng)基本相同的取向。
59.如權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于在一個(gè)脈沖序列期間，所說(shuō)產(chǎn)生一個(gè)脈沖序列和自旋回波的步驟包括以下步驟i)在一個(gè)第一時(shí)間周期內(nèi)，在所說(shuō)勘測(cè)區(qū)域施加一第一組RF脈沖和至少一個(gè)梯度脈沖，并測(cè)量在所說(shuō)勘測(cè)區(qū)域中產(chǎn)生的信號(hào)，所測(cè)得的信號(hào)包括阻尼振蕩分量和自旋回波；ii)消除所說(shuō)自旋回波；iii)在一個(gè)第二時(shí)間周期內(nèi)，在所說(shuō)勘測(cè)區(qū)域中施加一第二組RF脈沖和至少一個(gè)梯度脈沖，并測(cè)量在所說(shuō)勘測(cè)區(qū)域中產(chǎn)生的信號(hào)，所測(cè)得的信號(hào)包括阻尼振蕩分量，而基本不包含自旋回波；和iv)校正在所說(shuō)第一時(shí)間周期中測(cè)得的信號(hào)以消除所說(shuō)阻尼振蕩分量。
60.如權(quán)利要求50所述的方法，其特征在于在一個(gè)脈沖序列期間，所說(shuō)產(chǎn)生一個(gè)脈沖序列和自旋回波的步驟包括以下步驟i)在一個(gè)第一時(shí)間周期內(nèi)，在所說(shuō)勘測(cè)區(qū)域施加一第一組RF脈沖和至少一個(gè)梯度脈沖，并測(cè)量在所說(shuō)勘測(cè)區(qū)域中產(chǎn)生的信號(hào)，所測(cè)得的信號(hào)包括阻尼振蕩分量和自旋回波；ii)消除所說(shuō)自旋回波；iii)在一個(gè)第二時(shí)間周期內(nèi)，在所說(shuō)勘測(cè)區(qū)域中施加一第二組RF脈沖和至少一個(gè)梯度脈沖，并測(cè)量在所說(shuō)勘測(cè)區(qū)域中產(chǎn)生的信號(hào)，所測(cè)得的信號(hào)包括阻尼振蕩分量，而基本不包含自旋回波；和iv)校正在所說(shuō)第一時(shí)間周期中測(cè)得的信號(hào)以消除所說(shuō)阻尼振蕩分量。
61.如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于它還包括在施加所說(shuō)梯度磁場(chǎng)的同時(shí)將一個(gè)梯度裝置設(shè)置在與至少一個(gè)區(qū)段相對(duì)位置的步驟。
62.如權(quán)利要求34所述的方法，其特征在于所說(shuō)產(chǎn)生一個(gè)第一脈沖序列的步驟還包括施加一固定等待時(shí)間的步驟。
63.如權(quán)利要求34所述的方法，其特征在于所說(shuō)產(chǎn)生一個(gè)第一脈沖序列的步驟還包括施加可變等待時(shí)間的步驟。
64.如權(quán)利要求34所述的方法，其特征在于所說(shuō)產(chǎn)生一個(gè)第二脈沖序列的步驟還包括施加可變等待時(shí)間的步驟。
65.如權(quán)利要求39所述的方法，其特征在于所說(shuō)產(chǎn)生一個(gè)第一脈沖序列的步驟還包括施加固定等待時(shí)間的步驟。
66.如權(quán)利要求61所述的方法，其特征在于它還包括使用流過(guò)所說(shuō)梯度裝置的電流限定一個(gè)角向靈敏度核函數(shù)k()的步驟。
67.如權(quán)利要求61所述的方法，其特征在于它還包括測(cè)量所檢測(cè)核磁共振信號(hào)的步驟，其中所測(cè)得的信號(hào)v()包括一個(gè)角向函數(shù)f()與角向靈敏度核函數(shù)k()的卷積。
68.如權(quán)利要求67所述的方法，其特征在于它還包括根據(jù)所測(cè)得的信號(hào)重構(gòu)所說(shuō)角向函數(shù)f()的步驟。
69.如權(quán)利要求68所述的方法，其特征在于所說(shuō)重構(gòu)步驟還包括以下步驟確定所說(shuō)角向靈敏度核函數(shù)k()的一階富里葉展開；確定所測(cè)得信號(hào)v()的二階富里葉展開；和確定所說(shuō)角向函數(shù)k()的一組富里葉系數(shù)。
70.如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于它還包括以固定時(shí)間間隔測(cè)量所檢測(cè)的核磁共振信號(hào)的步驟。
71.如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于它還包括在對(duì)所說(shuō)井孔的角向掃描的選定位置測(cè)量所檢測(cè)的核磁共振信號(hào)的步驟。
72.如權(quán)利要求46所述的方法，其特征在于它還包括從多個(gè)角距離區(qū)段中的每一個(gè)獲得所檢測(cè)核磁共振信號(hào)的至少一個(gè)測(cè)量結(jié)果的步驟。
73.如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于它還包括定義至少一個(gè)時(shí)間窗口，并且在所說(shuō)時(shí)間窗口中測(cè)量所檢測(cè)核磁共振信號(hào)的步驟。
74.如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于它還包括測(cè)量所檢測(cè)核磁共振信號(hào)和將所測(cè)得的信號(hào)劃分到多個(gè)數(shù)據(jù)箱中的步驟。
75.如權(quán)利要求74所述的方法，其特征在于它還包括將所說(shuō)構(gòu)造的橫截面劃分為多個(gè)角距離區(qū)段的步驟，其中每個(gè)數(shù)據(jù)箱代表從至少一個(gè)所說(shuō)角距離區(qū)段中測(cè)得的信號(hào)。
76.如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于它還包括在所說(shuō)測(cè)井裝置周圍設(shè)置多個(gè)梯度裝置和選擇至少一個(gè)所說(shuō)梯度裝置施加所說(shuō)梯度磁場(chǎng)的步驟。
全文摘要
本發(fā)明一般來(lái)說(shuō)涉及用于獲得被一鉆孔橫貫的地層構(gòu)造的具有角向分辨率的核磁共振測(cè)量結(jié)果的一種裝置和方法。所說(shuō)測(cè)量可以在鉆井過(guò)程中進(jìn)行或者使用一個(gè)鋼絲繩起下測(cè)井工具進(jìn)行。在所說(shuō)工具周圍設(shè)置至少一個(gè)梯度線圈。利用所說(shuō)線圈在所說(shuō)構(gòu)造朝向線圈的區(qū)域中產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)。該磁場(chǎng)基本平行于由構(gòu)成所說(shuō)工具一部分的一對(duì)永磁體產(chǎn)生的靜磁場(chǎng)。該附加磁場(chǎng)引起所說(shuō)區(qū)域中自旋的附加相移,使得受到該附加磁場(chǎng)作用的自旋不形成自旋回波。
文檔編號(hào)G01V3/32GK1249436SQ9911185
公開日2000年4月5日 申請(qǐng)日期1999年7月30日 優(yōu)先權(quán)日1998年7月30日
發(fā)明者K·加內(nèi)桑, S·F·克拉賴, R·黑德勒, B·盧翁, P·斯佩爾 申請(qǐng)人:施盧默格控股有限公司