NO300475B1 - Borehole measurement of NMR properties in rock formations - Google Patents
Borehole measurement of NMR properties in rock formations Download PDFInfo
- Publication number
- NO300475B1 NO300475B1 NO901960A NO901960A NO300475B1 NO 300475 B1 NO300475 B1 NO 300475B1 NO 901960 A NO901960 A NO 901960A NO 901960 A NO901960 A NO 901960A NO 300475 B1 NO300475 B1 NO 300475B1
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- formation
- signals
- borehole
- nmr
- magnetic
- Prior art date
Links
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 title claims description 131
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 title claims description 131
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title claims description 59
- 239000011435 rock Substances 0.000 title claims description 18
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 claims description 121
- 238000005481 NMR spectroscopy Methods 0.000 claims description 74
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 70
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 36
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims description 27
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 20
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 claims description 15
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 11
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 9
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 claims description 9
- 230000010354 integration Effects 0.000 claims description 7
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 claims description 5
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 2
- 238000010791 quenching Methods 0.000 claims 3
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 claims 3
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 claims 1
- 238000000264 spin echo pulse sequence Methods 0.000 claims 1
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 claims 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 29
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 26
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 20
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 20
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 13
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 12
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 9
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 9
- 238000013461 design Methods 0.000 description 8
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 8
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 8
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 7
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 7
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 7
- 230000006870 function Effects 0.000 description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 6
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 5
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 239000003129 oil well Substances 0.000 description 5
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 5
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 4
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 3
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 3
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 3
- 238000011545 laboratory measurement Methods 0.000 description 3
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 3
- 229910000938 samarium–cobalt magnet Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 3
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 2
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 2
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 2
- 239000006249 magnetic particle Substances 0.000 description 2
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 2
- 230000005311 nuclear magnetism Effects 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000009738 saturating Methods 0.000 description 2
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 2
- 229910001369 Brass Inorganic materials 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000015076 Shorea robusta Nutrition 0.000 description 1
- 244000166071 Shorea robusta Species 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 1
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000010951 brass Substances 0.000 description 1
- KPLQYGBQNPPQGA-UHFFFAOYSA-N cobalt samarium Chemical compound [Co].[Sm] KPLQYGBQNPPQGA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 1
- 239000000805 composite resin Substances 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 230000005347 demagnetization Effects 0.000 description 1
- 238000009795 derivation Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002500 effect on skin Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 1
- 238000013467 fragmentation Methods 0.000 description 1
- 238000006062 fragmentation reaction Methods 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 description 1
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 description 1
- 208000014674 injury Diseases 0.000 description 1
- SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N iron(II,III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]O[Fe]=O SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 230000002045 lasting effect Effects 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000008450 motivation Effects 0.000 description 1
- 230000005405 multipole Effects 0.000 description 1
- 239000012811 non-conductive material Substances 0.000 description 1
- 238000001208 nuclear magnetic resonance pulse sequence Methods 0.000 description 1
- 230000005298 paramagnetic effect Effects 0.000 description 1
- 239000002907 paramagnetic material Substances 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 229920003051 synthetic elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000005061 synthetic rubber Substances 0.000 description 1
- 230000008733 trauma Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Description
Foreliggende oppfinnelse vedrører en anordning og fremgangsmåte for kjerne-magnetiske resonans-målinger (NMR) i borehull, og fremgangsmåter for å bestemme magnetiske kjennetegn ved grunnformasjoner som gjennomtrenges av et borehull. The present invention relates to a device and method for nuclear magnetic resonance measurements (NMR) in boreholes, and methods for determining magnetic characteristics of basic formations penetrated by a borehole.
Gjentatte forsøk er foretatt for å benytte prinsippene Repeated attempts have been made to use the principles
med nukleær magnetisk resonans for å logge oljebrønner i flere tiår, med begrenset hell. Det ble innsett at hvilke som helst partikler i en formasjon som har magnetisk spinn, for eksempel atomkjerner, protoner eller elektroner, har tendens til å innrette seg med et magnetfelt som påtrykkes formasjonen. Et slikt magnetfelt kan være generert på naturlig måte, slik tilfellet er med jordens magnetfelt BE som har en intensitet på omkring 50/zT i områder på jorden hvor borehull vanligvis bores. Enhver gitt partikkel i en formasjon blir i tillegg påvirket av lokaliserte magnetfelter i forbindelse med nærliggende magnetiske partikler, andre paramagnetiske materialer og de ionelag som vanligvis befinner seg på poreveggene i visse typer formasjoner, slik som skifere. Disse lokaliserte feltene har en tendens til å være inhomogene, mens jordens magnetfelt er forholdsvis homogent. with nuclear magnetic resonance to log oil wells for decades, with limited success. It was realized that any particles in a formation that have magnetic spin, for example atomic nuclei, protons or electrons, tend to align with a magnetic field applied to the formation. Such a magnetic field can be generated naturally, as is the case with the earth's magnetic field BE, which has an intensity of around 50/zT in areas of the earth where boreholes are usually drilled. Any given particle in a formation is additionally affected by localized magnetic fields in connection with nearby magnetic particles, other paramagnetic materials and the ionic layers that are usually found on the pore walls in certain types of formations, such as shales. These localized fields tend to be inhomogeneous, while the Earth's magnetic field is relatively homogeneous.
Hydrogenkjernene (protonene) til vann og hydrokarboner som opptrer i bergart-porer, frembringer NMR-signaler som er forskjellige fra andre signaler som induseres i andre bergart-bestanddeler. En mengde eller populasjon med slike kjerner som har en netto-magnetisering, har en tendens til å innrette seg med ethvert påført felt slik som BE. The hydrogen nuclei (protons) of water and hydrocarbons occurring in rock pores produce NMR signals that are different from other signals induced in other rock constituents. A mass or population of such nuclei having a net magnetization tends to align with any applied field such as BE.
Når et annet magnetfelt B1som er transversalt til BE, påtrykkes protonene ved hjelp av en loggesonde-elektromagnet, vil protonene innrette seg med vektorsummen av BE og B1etter at en tilstrekkelig polariseringstid tpQlhar gått. Hvis polariseringsfeltet Bxså blir slått av, vil protonene ha tendens til å gjennomgå en presesjon omkring BE-vektoren med en karakteristisk Larmor L-frekvens o>Lsom avhenger av styrken på jordens felt BE og partikkelens gyromagnetiske konstant. Hydrogenkjerner som preseserer omkring et magnetfelt BE på 50/zT, har en karakteristisk frekvens på omkring 2 kHz. Hvis en mengde hydrogenkjerner ble brakt til å presesere i fase, kan de kombinerte magnetfeltene til alle protonene generere en detekterbar oscillerende spenning i en mottakerspole. Siden det magnetiske momentet til hvert proton frembringer felt-inhomogeniteter, har de presesserende protoner tendens til å miste sin fasekoherens over tid, med en karakteristisk tidskonstant kalt den transversale eller spinn-spinn-relaksasjonstid T2. Videre blir felt-inhomogeniteter også frembrakt av andre fysiske fenomener som nevnt ovenfor, slik at den observerte defasende relaksasjonstid T2<*>vanligvis er kortere enn T2. Borehulls-målinger av magnetisk resonans av ovennevnte type er kommersielt tilgjengelig som en del av NML<+->tjenesten til Schlumberger Technology Corporation, Houston, Texas (<+>merke for Schlumberger). Dette apparatet er i stand til å måle den frie induksjons7svekning av hydrogenkjerner i formasjonsfluider og tilveiebringe parametrene Txog T2<*>. Det måler ikke den transversale relaksasjonstid T2. En beskrivelse av de grunnleggende komponenter, virkemåten og tolkningen av det kommersielle loggeutstyret som brukes i NML-tjenesten, er gitt i en artikkel med tittel "An Inproved Nuclear Magnetism Logging System and its Application to Formation Evaluation", av R. C. Herrick, S. H. Couturie og D. L. Best, presentert ved den 54. Annual Fall Technical Conference and Exhibition of the Society of Petroleum Engineers (A.I.M.E., Dallas, Texas) i Las Vegas, Nevada, 23-26. september 1979, idet denne artikkelen herved inntas som referanse. When another magnetic field B1, which is transverse to BE, is applied to the protons by means of a logging probe electromagnet, the protons will align with the vector sum of BE and B1 after a sufficient polarization time tpQlhar has passed. If the polarization field Bx is switched off, the protons will tend to undergo a precession around the BE vector with a characteristic Larmor L frequency o>L which depends on the strength of the earth's field BE and the particle's gyromagnetic constant. Hydrogen nuclei precessing around a magnetic field BE of 50/zT have a characteristic frequency of about 2 kHz. If a multitude of hydrogen nuclei were brought to precess in phase, the combined magnetic fields of all the protons could generate a detectable oscillating voltage in a receiver coil. Since the magnetic moment of each proton produces field inhomogeneities, the precessing protons tend to lose their phase coherence over time, with a characteristic time constant called the transverse or spin-spin relaxation time T2. Furthermore, field inhomogeneities are also produced by other physical phenomena as mentioned above, so that the observed dephasing relaxation time T2<*> is usually shorter than T2. Borehole magnetic resonance measurements of the above type are commercially available as part of the NML<+>service of Schlumberger Technology Corporation, Houston, Texas (<+>mark of Schlumberger). This instrument is capable of measuring the free induction7weakening of hydrogen nuclei in formation fluids and providing the parameters Txog T2<*>. It does not measure the transverse relaxation time T2. A description of the basic components, operation and interpretation of the commercial logging equipment used in the NML service is given in a paper entitled "An Improved Nuclear Magnetism Logging System and its Application to Formation Evaluation", by R. C. Herrick, S. H. Couturie and D. L. Best, presented at the 54th Annual Fall Technical Conference and Exhibition of the Society of Petroleum Engineers (A.I.M.E., Dallas, Texas) in Las Vegas, Nevada, 23-26. September 1979, as this article is hereby incorporated as a reference.
Andre sekvenser av magnetfelter kan påføres en mengde eller populasjon av protoner i en formasjon for å måle dennes kjennetegn. Hvis for eksempel en puls med vekselstrøm med en frekvens f føres gjennom en senderspole, for å frembringe et oscillerende polariseringsfelt B1perpendikulært til et statisk felt B0, vil en mengde med protoner som presesserer ved en Larmor-frekvens som er lik f, ha tendens til å innrette seg ved en vinkel til E±. Ved slutten av pulsen når B±fjernes, vil de innrettede protoner føle en perpendikulær torsjonskraft, og presessere omkring B0-vektoren. Etter en karakteristisk tid kalt den longitudinale eller spinn-gitter-relaksasjonstiden T±, har protonene relaksert til termisk likevekt, hvor en veid andel av protoner er innrettet i retning av B0. Forskjellige andre sekvenser av påførte magnetfelter kan benyttes, som diskutert i T. C. Farrar og E. D. Becker, "Pulse and Fourier Transform Nuclear Magnetic Resonance", Academic Press, N.Y. (1971), Chapter 2, sidene 18-33, som herved inntas som referanse. Other sequences of magnetic fields can be applied to a quantity or population of protons in a formation to measure its characteristics. If, for example, a pulse of alternating current of frequency f is passed through a transmitter coil, to produce an oscillating polarization field B1 perpendicular to a static field B0, a mass of protons precessing at a Larmor frequency equal to f will tend to align at an angle to E±. At the end of the pulse when B± is removed, the aligned protons will feel a perpendicular torsional force, and precess around the B0 vector. After a characteristic time called the longitudinal or spin-lattice relaxation time T±, the protons have relaxed to thermal equilibrium, where a weighted proportion of protons are aligned in the direction of B0. Various other sequences of applied magnetic fields may be used, as discussed in T. C. Farrar and E. D. Becker, "Pulse and Fourier Transform Nuclear Magnetic Resonance", Academic Press, N.Y. (1971), Chapter 2, pages 18-33, which is hereby incorporated by reference.
Selv om målinger av NMR-karakteristikker til bergart-prøver kan foretas nøyaktig i et laboratorium, kan frembringelse av sammenlignbare målinger i et borehull i sterk grad hindres av de ugunstige omgivelser hvor temperaturene kan nå flere hundre grader Celsius, trykket når opp i flere titalls MPa og alt utstyret må pakkes inn i et sylindrisk volum med diameter på bare noen få tommer. Although measurements of NMR characteristics of rock samples can be made accurately in a laboratory, producing comparable measurements in a borehole can be greatly hindered by the unfavorable environment where temperatures can reach several hundreds of degrees Celsius, pressures reach tens of MPa and all the equipment must be packed into a cylindrical volume only a few inches in diameter.
Ett av de første NMR-loggeapparatene er vist i US-patent nr. 3,289,072 gitt 29. november 1986 til N. A. Schuster. En kraftig elektromagnet blir brukt for å utsette en prøve av vann eller olje for et forut bestemt magnetfelt. En radiofrekvens (RF)-spole frembringer et oscillerende andre magnetfelt som forårsaker nukleærmagnetisk resonans av protoner i prøven og resonans for lignende protoner i den tilstøtende formasjon. Schuster foreslo bruken av en flerpolet elektromagnet håndtert i en sidevegg-pute, eller alternativt en større elektromagnet montert inne i logge-sonden, for å frembringe et statisk magnetfelt B0. Schuster har også foreslått andre former for elektromagneter og radiofrekvente deteksjonsspoler, for eksempel i US patent nr. 3 083 335 gitt 26. mars 1963, hvor spolen er anbrakt inne i et gap mellom to motsatte poler av to stavmagneter. Her skjærer de magnetiske feltlinjene til spolen feltlinjene til stavmagnetene perpendikulært, noe som er den optimale vinkel for å indusere nukleær- magnetisk presesjon. One of the first NMR loggers is shown in US Patent No. 3,289,072 issued November 29, 1986 to N. A. Schuster. A powerful electromagnet is used to expose a sample of water or oil to a predetermined magnetic field. A radio frequency (RF) coil produces an oscillating second magnetic field which causes nuclear magnetic resonance of protons in the sample and resonance of similar protons in the adjacent formation. Schuster proposed the use of a multipole electromagnet handled in a sidewall pad, or alternatively a larger electromagnet mounted inside the logging probe, to produce a static magnetic field B0. Schuster has also proposed other forms of electromagnets and radio frequency detection coils, for example in US Patent No. 3,083,335 issued March 26, 1963, where the coil is placed inside a gap between two opposite poles of two bar magnets. Here the magnetic field lines of the coil intersect the field lines of the bar magnets perpendicularly, which is the optimal angle to induce nuclear magnetic precession.
Et nyere US-patent nr. 3 667 035 gitt 30. mai 1972 til C. P. Slichter, viser en lignende konfigurasjon med to koaksialt innrettede stavmagneter og en radiofrekvens-spole anbrakt inne i gapet mellom motsatte poler av magnetene. Uttrykket "stav magnet" er her brukt for å betegne enhver magnet som har bare en nordpol og en sydpol som vender i motsatte retninger og som kan være enten en permanent magnet eller en elektromagnet. Både Slichter-konstruksjonen og Schuster-konstruksjonen benytter elektromagneter som krever uhensiktsmessig store likestrømmer overført til en loggesonde gjennom en elektrisk kabel som kan være tusen meter og lengere. A more recent US Patent No. 3,667,035 issued May 30, 1972 to C. P. Slichter, shows a similar configuration with two coaxially aligned bar magnets and a radio frequency coil placed inside the gap between opposite poles of the magnets. The term "bar magnet" is used here to denote any magnet which has only a north pole and a south pole facing in opposite directions and which can be either a permanent magnet or an electromagnet. Both the Slichter design and the Schuster design use electromagnets that require inappropriately large direct currents transmitted to a logging probe through an electrical cable that can be a thousand meters and longer.
US patent nr. 3 528 000 gitt 8. september 1970 til H. F. Schwede viser en type NMR-loggeapparat på figur 8 og 9, hvor en permanent magnet frembringer et første magnetfelt som er fast med hensyn til intensitet, og en induktiv spole som frembringer et oscillerende magnetfelt hvis frekvens varierer over et valgt område. Siden det første magnetfeltet frembringes av to motsatte magnetpoler (en N og en S) anbrakt side om side, er feltet ikke homogent, og den rommessige gradienten til feltet er klart forskjellig fra 0 ved alle punkter i formasjonen. Siden de første og andre feltene skjærer hverandre ikke i bare formasjonen, men også inne i borehullet, er det klart at protoner som utgjør vann og eller hydrokarboner i borehullsfluidet, bidrar til signaler som detekteres av R-spolen, og må fjernes enten elektronisk eller ved kjemisk behandling av borehullsfluidet, hvis en virkelig formasjonsmåling er ønsket. US Patent No. 3,528,000 issued September 8, 1970 to H.F. Schwede shows a type of NMR logging apparatus in Figures 8 and 9, in which a permanent magnet produces a first magnetic field which is fixed with respect to intensity, and an inductive coil which produces a oscillating magnetic field whose frequency varies over a selected range. Since the first magnetic field is produced by two opposite magnetic poles (one N and one S) placed side by side, the field is not homogeneous, and the spatial gradient of the field is clearly different from 0 at all points in the formation. Since the first and second fields intersect not only in the formation, but also inside the borehole, it is clear that protons constituting water and or hydrocarbons in the borehole fluid contribute to signals detected by the R-coil, and must be removed either electronically or by chemical treatment of the borehole fluid, if a real formation measurement is desired.
Andre NMR-loggeanordninger er blitt foreslått som benytter permanente stavmagneter, innrettet koaksialt i en loggesonde med en deteksjonsspole anbrakt i gapet mellom magnetene, for eksempel som vist i U.S patent nr.3 597 681 gitt 3.august 1971 til W.B. Huckabay. Other NMR logging devices have been proposed that use permanent bar magnets arranged coaxially in a logging probe with a detection coil placed in the gap between the magnets, for example as shown in U.S. Patent No. 3,597,681 issued August 3, 1971 to W.B. Huckabay.
En annen konfigurasjon med permanent magnet er blitt foreslått i U.S patent nr.4 350 955 gitt 21.september 1982 til J.A. Jackson, hvor to permanente stavmagneter er koaksialt innrettet slik at RF-deteksjonsspolen er posisjonert i gapet mellom to like poler av de to magnetene. Jackson's patent viser bruk av lange stavmagneter, plassert ende mot ende, og med like poler vendende mot hverandre for å frembringe et statisk felt. De resulterende magnetfeltene er aksial-symmetriske, og går ut i alle asimut-retninger på samme måte. Dette er en lite effektiv løsning. Likeledes viser GB-patentsøknad, publikasjon nr. 2 141 236, publisert 12.desember 1984, en lignende konfigurasjon av koaksialt innrettede stavmagneter med en deteksjonsspole anbrakt i et gap mellom magnetene. Denne formen frambringer et toroidalt område med et homogent magnetfelt hvor nukleær resonans kan måles. Disse to apparatene kan imidlertid påvirkes ugunstig av signaler fra borehullsfluidet i et stort eller skrånende borehull hvor apparatet vil ha en tendens til å ligge an mot en sidevegg i borehullet. Hvis apparatet er konstruert for å frembringe det toroidale området langt borte fra sondelegemet, blir det frembragte magnetfelt meget svakere, noe som resulterer i et betydelig svakere signal. Denne utformingen krever videre at deteksjonsspolen eller antennen omsluttes av en struktur som ikke blokkerer de oscillerende elektromagnetiske bølger for målesignalet. For eksempel blir vanligvis fiberglass eller et annet ikke-metallisk materiale benyttet; dessverre svekker denne strukturelt svakere kjeden den strukturelle integriteten til apparatet og gjør den betydelig mindre brukbar under barske borehullsforhold. Another permanent magnet configuration has been proposed in U.S. Patent No. 4,350,955 issued September 21, 1982 to J.A. Jackson, where two permanent bar magnets are coaxially aligned so that the RF detection coil is positioned in the gap between two equal poles of the two magnets. Jackson's patent shows the use of long bar magnets, placed end to end, and with like poles facing each other to produce a static field. The resulting magnetic fields are axially symmetrical, and exit in all azimuth directions in the same way. This is an inefficient solution. Likewise, GB Patent Application Publication No. 2,141,236, published 12 December 1984, shows a similar configuration of coaxially aligned bar magnets with a detection coil placed in a gap between the magnets. This shape produces a toroidal area with a homogeneous magnetic field where nuclear resonance can be measured. However, these two devices can be adversely affected by signals from the borehole fluid in a large or sloping borehole where the device will tend to rest against a side wall in the borehole. If the apparatus is designed to produce the toroidal region far away from the probe body, the produced magnetic field becomes much weaker, resulting in a significantly weaker signal. This design further requires that the detection coil or the antenna be enclosed by a structure that does not block the oscillating electromagnetic waves for the measurement signal. For example, fiberglass or another non-metallic material is usually used; unfortunately, this structurally weaker chain weakens the structural integrity of the apparatus and makes it significantly less usable under harsh downhole conditions.
Fra US patent nr. 4 714 881 er kjent en NMR-loggesonde hvor magnetfeltet er rettet til en side av sonden. Det benyttes imidlertid en komplisert oppstilling av permanent-magneter for å fin-avstemme formen av magnetfeltlinjene, men det synes åpenbart ut fra det som vises i patentet, at det vil foreligge en betydelig feltgradient i formasjonene. Det går derfor ikke an å skjønne hvordan patentet kan oppnå et relativt homogent felt gjennom noe betydelig volum av formasjonene, og i tillegg fremgår det klart av patentet at de magnetfeltlinjer som kartlegges, strider mot normale natur-lover vedrørende elektromagnetisme. Det er således et spørsmål om anordningen ifølge US 4 714881kan fungere etter hensikten. From US patent no. 4 714 881 an NMR logging probe is known where the magnetic field is directed to one side of the probe. However, a complicated arrangement of permanent magnets is used to fine-tune the shape of the magnetic field lines, but it seems obvious from what is shown in the patent that there will be a significant field gradient in the formations. It is therefore not possible to understand how the patent can achieve a relatively homogeneous field through any significant volume of the formations, and in addition it is clear from the patent that the magnetic field lines that are mapped are contrary to normal natural laws regarding electromagnetism. It is thus a question whether the device according to US 4 714881 can function as intended.
NMR-måling av andre partikler enn hydrogenkjerner som har magnetisk spinn, er også blitt foreslått. U.S patent nr.3 430 260, gitt 15.april 1969 til G.J. Benn med flere, beskriver for eksempel teknikker for måling av magnetisk resonans i karbon- NMR measurement of particles other than hydrogen nuclei that have magnetic spin has also been proposed. U.S. Patent No. 3,430,260, issued April 15, 1969 to G.J. Benn and others, describe, for example, techniques for measuring magnetic resonance in carbon
13 kjerner i grunnformasjoner.13 cores in basic formations.
Andre representative US-patenter som er blitt gitt NMR-loggeapparater og teknikker, omfatter følgende:3,042,855 til R.J.S Brown; 3,508,438 til R.P Alger med flere; 3,483,465 til J.H. Baker Jr.; 3,505,438 til R.P Alger med flere; 3,538,429 til J.H Baker Jr.; 4,035,718 til R.N. Chandler. Other representative US patents that have been granted for NMR logging apparatus and techniques include the following: 3,042,855 to R.J.S Brown; 3,508,438 to R.P Alger and others; 3,483,465 to J.H. Baker Jr.; 3,505,438 to R.P Alger and others; 3,538,429 to J. H Baker Jr.; 4,035,718 to R.N. Chandler.
Hvert av de NMR-loggeapparatene som er blitt foreslått eller konstruert, har hatt praktiske ulemper. Alle av dem har måttet møte de fundamentale vanskeligheter med å foreta denne type ømfintlige målinger under vanskelige betingelser med hensyn til temperatur, trykk og fysisk trauma som er typisk for loggekjøringer i oljebrønner. Siden konsentrasjonen av hydrogenkjerner i borehullet videre er meget høyere enn konsentrasjonen i hvilken som helst bergarts-formasjon, er de uønskede NMR-signalene som oppstår i et borehull, potensielt meget høyere enn eventuelle signaler fra de omgivende formasjoner. For å lette dette vanskelige fenomen, har det vært kjent på området å behandle borehullsfluidet med en "paramagnetisk" bestanddel slik som magnetitt, og å sirkulere det behandlede fluidum gjennom borehullet før en loggekjøring blir foretatt, slik at relaksasjonstiden til hydrogenkjernen i borehullet blir forkortet så meget at dens bidrag til NMR-målingen blir eliminert. Slik forbehandling av borehullsfluidum er kostbar og tidkrevende. Forbehandling kan også innføre det samme kjemikalium via borehullet, inn i til-støtende permeable formasjoner og dermed forvrenge målingene. Each of the NMR loggers that have been proposed or constructed has had practical drawbacks. All of them have had to face the fundamental difficulties of making this type of delicate measurements under difficult conditions with regard to temperature, pressure and physical trauma that is typical of logging runs in oil wells. Furthermore, since the concentration of hydrogen nuclei in the borehole is much higher than the concentration in any rock formation, the unwanted NMR signals arising in a borehole are potentially much higher than any signals from the surrounding formations. To alleviate this difficult phenomenon, it has been known in the art to treat the borehole fluid with a "paramagnetic" component such as magnetite, and to circulate the treated fluid through the borehole before a logging run is made, so that the relaxation time of the hydrogen core in the borehole is shortened so so much so that its contribution to the NMR measurement is eliminated. Such pretreatment of borehole fluid is expensive and time-consuming. Pretreatment can also introduce the same chemical via the borehole into adjacent permeable formations and thus distort the measurements.
Det er også blitt innsett at de NMR-loggeapparater som krever kraftige elektromagneter, har en tendens til å være upålitelige fordi høyeffekt-strømmene som flyter igjennom apparatet, uungåelig har en tendens til å bryte ned forskjellige elektroniske komponenter slik som svitsjer, spesielt under høytemperatur-omgivelsene i borehull. De tidligere apparatene krevde alle at sonden eller sidevegg-legemet ble konstruert av ikke-metallisk materiale slik som fiberglass, syntetisk gummi eller teflon for å muliggjøre deteksjon av AC-signaler. Disse materialene er betydelig svakere enn de metallegeringer som normalt brukes ved konstruksjon av andre typer loggeapparater. Det at det ikke har vært mulig å bruke en sterk metall-hovedstruktur ved konstruksjon av NMR-loggeapparater, har videre bidratt til at de har vært relativt upopulære på området. It has also been realized that the NMR logging devices that require powerful electromagnets tend to be unreliable because the high power currents flowing through the device inevitably tend to break down various electronic components such as switches, especially under high temperature conditions. the environment in boreholes. The earlier devices all required the probe or sidewall body to be constructed of non-metallic material such as fiberglass, synthetic rubber or Teflon to enable detection of AC signals. These materials are considerably weaker than the metal alloys normally used in the construction of other types of logging equipment. The fact that it has not been possible to use a strong metal main structure when constructing NMR logging devices has further contributed to their being relatively unpopular in the field.
Tidligere NMR-loggeapparater krevet typisk omkring 20-30 millisekunder, kalt "dødtid", etter en polariseringsfelt-puls er slått av og før senderspolen er tilstrekkelig dempet til å tillate at målinger tas. Under denne dødtiden blir betydelig informasjon om magnetisk relaksasjon ugjenkallelig tapt, og S/N-forholdet blir betydelig redusert. Earlier NMR loggers typically required about 20-30 milliseconds, called "dead time", after a polarizing field pulse is turned off and before the transmitter coil is sufficiently damped to allow measurements to be taken. During this dead time, significant information about magnetic relaxation is irretrievably lost, and the S/N ratio is significantly reduced.
Det kommersielt tilgjengelige NMR-loggeapparatet kan ikke direkte måle spinn-spinn-relaksasjonstiden T2. I stedet måler det eksisterende konvensjonelle apparat den frie fluidumindeks (FFI) og den observerbare defasende relaksasjonstid T2<*>, også kalt den frie induksjons-svekningstidskonstant. Forskjellige teknikker for loggetolkning kan benyttes for å utlede annen nyttig informasjon, som diskutert i f.eks "Applications of Nuclear Magnetism Logging to Formation Evaluation" av C.H. Neuman og R.J.S. Brown, Journal of Petroleum Technology, (Des.1982), sidene 2853-2860, og i den ovenfor nevnte artikkel av Herrick med flere. The commercially available NMR logger cannot directly measure the spin-spin relaxation time T2. Instead, the existing conventional apparatus measures the free fluid index (FFI) and the observable dephasing relaxation time T2<*>, also called the free induction decay time constant. Various techniques for log interpretation can be used to derive other useful information, as discussed in, for example, "Applications of Nuclear Magnetism Logging to Formation Evaluation" by C.H. Neuman and R.J.S. Brown, Journal of Petroleum Technology, (Dec.1982), pages 2853-2860, and in the above-mentioned article by Herrick and others.
Det grunnleggende formål med å foreta NMR-målinger i borehull, er å oppnå informasjon om formasjonsbestanddeler som omgir borehullet. Slik informasjon vedrører typisk magnetisk relaksasjonstid for hydrogenkjerner i vann og hydrokarboner, men den kan også vedrøre fysiske parametre eller andre partikler i formasjonen. The basic purpose of carrying out NMR measurements in boreholes is to obtain information about formation constituents that surround the borehole. Such information typically relates to the magnetic relaxation time for hydrogen nuclei in water and hydrocarbons, but it can also relate to physical parameters or other particles in the formation.
Det er kjent at etter påføringen og fjerning av et magnetisk polariseringsfelt, kan en mengde hydrogenkjerner eller protoner underkastes relaksasjon i flere modi, som diskutert i de tidligere siterte referanser. Som forklart i Herrick med flere ovenfor, påfører NML-apparatet et sterkt polariserende DC-felt Bp til formasjonen for å innrette protonspinn tilnærmet perpendikulært til jordens magnetfelt BE. Under normalmodus-drift av apparatet blir polari-seringsf eltet påført over en periode på omkring fem ganger Txfor å polarisere formasjonsprotoner til metning. En stor stor polariseringsstrøm (med en effekt i størrelsesorden 1 kilowatt) blir slått av, og etter at spolen er fullstendig dempet, noe som krever omkring 25 millisekunder, blir målekretser koblet til spolen for å detektere signaler indusert i denne av mengden av protoner i formasjonen som nå fritt presesserer omkring jordens magnetfelt BE. Dette signalet for fri induksjons-svekning, kalt FID, har en frekvens som er lik Larmor-frekvensen uL i jordfeltet, som er omkring 2 kHz, som vist på figur 20. Den grunnleggende NMR-målingen er så en indusert spenning i en ledende spole anbrakt i borehullet. Amplituden, frekvensen og fasen av dette spenningssignalet må så korreleres med sekundære parametere som forteller oss noe om de magnetiske karakteristikkene til den målte mengde med protoner, nemlig T2, T2<*.>De sekundære parametere må for å kunne brukes, så forbindes med en tolkningsmetode som tilveiebringer ønsket informasjon, slik som fluidum-porøsitet, viskositet, permeabilitet eller vannandel for den målte formasjon. It is known that after the application and removal of a magnetic polarization field, a quantity of hydrogen nuclei or protons can undergo relaxation in several modes, as discussed in the previously cited references. As explained in Herrick et al. above, the NML apparatus applies a highly polarizing DC field Bp to the formation to align proton spins approximately perpendicular to the Earth's magnetic field BE. During normal mode operation of the apparatus, the polarization field is applied over a period of about five times Tx to polarize formation protons to saturation. A very large polarizing current (with a power of the order of 1 kilowatt) is turned off, and after the coil is completely damped, which requires about 25 milliseconds, measuring circuits are connected to the coil to detect signals induced in it by the amount of protons in the formation which now freely precesses around the earth's magnetic field BE. This free induction attenuation signal, called FID, has a frequency equal to the Larmor frequency uL in the earth's field, which is about 2 kHz, as shown in Figure 20. The basic NMR measurement is then an induced voltage in a conducting coil placed in the borehole. The amplitude, frequency and phase of this voltage signal must then be correlated with secondary parameters that tell us something about the magnetic characteristics of the measured amount of protons, namely T2, T2<*.>The secondary parameters must, in order to be used, then be connected with a interpretation method that provides the desired information, such as fluid porosity, viscosity, permeability or water content for the measured formation.
Det vises til figur 20 hvor det fremgår at det er tidligere kjent å måle svekningsomhyllingen til det frie induksjons-svekningssignalet på 2 kHz, også å ekstrapolere om-hyllingen til den opprinnelige tid T0ved hvilken polariseringspulsen Bp ble slått av. Spenningsamplituden ved T0, gir når den multipliseres med kalibreringskonstanter som avhenger av konstruksjonsparametere for det spesielle apparatet, den frie fluidumsindeks (FFI), også kalt den frie fluidumporøsitet (Of) . FID-svekningskurven er kjent å være tilknyttet den observerbare defasende tidskonstant T2<*.>Reference is made to Figure 20 where it appears that it is previously known to measure the attenuation envelope of the free induction attenuation signal of 2 kHz, also to extrapolate the envelope to the original time T0 at which the polarization pulse Bp was switched off. The stress amplitude at T0, when multiplied by calibration constants which depend on the design parameters of the particular device, gives the free fluid index (FFI), also called the free fluid porosity (Of). The FID attenuation curve is known to be associated with the observable dephasing time constant T2<*.>
NML-apparatet kan også brukes i en "T-L-stas j onær modus" hvor en rekke ikke-mettede polariseringspulser blir tilført formasjonen mens apparatet forblir stasjonært i borehullet ved måledybden. Det vises til figur 21 hvor det frie induksjonssveknings-signal blir målt og en svekningsomhylling estimert, som før, for å ekstrapolere formasjonsmagnetiseringen ved tiden t0da polariseringspulsen ble slått av, og dette blir suksessivt gjort for hver polarisasjonsperiode a, b, c og d. Jo større polariseringsperioden er, jo flere formasjons protoner blir innrettet med polariseringsfeltet Bp og jo høyere blir den resulterende nettomagnetisering. Disse polariseringspulsene bør være ikke-mettende, siden den maksimale magnetisering M (t0) og FID-kurvene som følger metningspulsene vil være identiske og redundante. De ekstrapolerte magnetiseringsverdiene ved øyeblikket etter avslåing av polariseringsfeltet, M (t0), blir så plottet som funksjon av polariseringsperioden for å oppnå en Tx-oppbygningskurve som har en karakteristisk tidskonstant lik den longitudinelle relaksasjonstid 11. Ved tidligere kjente tolkningsmetoder ble T±typisk estimert ved å tilpasse Tx-oppbygningskurven til en eksponensiell svekningsfunksjon ved å benytte kommersielt tilgjengelige "minste kvadraters tilpasning" - datamaskinprogrammer. The NML apparatus can also be used in a "T-L stationary mode" where a series of non-saturated polarization pulses are applied to the formation while the apparatus remains stationary in the borehole at the measuring depth. Reference is made to Figure 21 where the free induction weakening signal is measured and a weakening envelope estimated, as before, to extrapolate the formation magnetization at the time t0 when the polarization pulse was switched off, and this is successively done for each polarization period a, b, c and d. the larger the polarization period, the more formation protons are aligned with the polarization field Bp and the higher the resulting net magnetization. These polarization pulses should be non-saturating, since the maximum magnetization M (t0) and the FID curves following the saturation pulses will be identical and redundant. The extrapolated magnetization values at the moment after turning off the polarization field, M (t0), are then plotted as a function of the polarization period to obtain a Tx build-up curve having a characteristic time constant equal to the longitudinal relaxation time 11. In previously known interpretation methods, T± was typically estimated by to fit the Tx build-up curve to an exponential attenuation function using commercially available "least squares fitting" computer programs.
Selv om bare fire punkter er vist på figur 21, er det kjent på området å lage opptil åtte separate sett med FID-målinger og oppnå tilsvarende verdier for maksimal magnetisering M(t). Motiveringen for å ekstrahere Txer basert på et ønske om å bestemme fluidum-strømmningspermeabiliteten, k, ved å bruke visse kjente korrelasjoner mellom k og Tx, som diskutert i litteraturen, for eksempel A. Timur, "Pulsed Nuclear Magnetic Resonance Studies of Porosity, Movable Fluid and Permeability of Sand Stones", Journal of Petroleum Technology (Juni 1969), sidene 775-786. Although only four points are shown in Figure 21, it is known in the art to make up to eight separate sets of FID measurements and obtain corresponding values for maximum magnetization M(t). The motivation for extracting Txer based on a desire to determine the fluid flow permeability, k, using certain known correlations between k and Tx, as discussed in the literature, for example A. Timur, "Pulsed Nuclear Magnetic Resonance Studies of Porosity, Movable Fluid and Permeability of Sand Stones", Journal of Petroleum Technology (June 1969), pages 775-786.
Fordi S/N-forholdet for hvert målt T2<*->svekningssignal ikke er særlig høyt i forbindelse med problemet med at proton-presesjonen under de første 20-30 millisekunder etter avslåing av polariseringspulsen, ikke kan måles, ses det at betydelige feil kan innføres i den estimerte magnetiseringsverdi ved t0.. Den resulterende T-j^-oppbygningskurve som er tilpasset til dataene, kan lide av store feil, og den ekstraherte parameter T-l har en tendens til å være upålitelig. Because the S/N ratio for each measured T2<*-> attenuation signal is not very high in connection with the problem that the proton precession during the first 20-30 milliseconds after turning off the polarization pulse cannot be measured, it is seen that significant errors can is introduced into the estimated magnetization value at t0.. The resulting T-j^ build-up curve fitted to the data can suffer from large errors, and the extracted parameter T-l tends to be unreliable.
Av mange av de ovennevnte grunner har de tidligere kjente loggeapparater og tolkningsmetoder ikke vært i stand til å bestemme formasjonskarakteristikker med tilstrekkelig nøyaktighet og pålitelighet til at de er blitt fullt ut akseptert på området. For many of the above reasons, the prior art logging apparatus and interpretation methods have not been able to determine formation characteristics with sufficient accuracy and reliability to be fully accepted in the field.
Følgelig er det et formål med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe et forbedret apparat og en fremgangsmåte for å bestemme magnetiske karakteristikker ved grunnformasjoner mer nøyaktig og mer pålitelig. Accordingly, it is an object of the present invention to provide an improved apparatus and method for determining magnetic characteristics of bedrock formations more accurately and more reliably.
Det er et ytterligere formål med oppfinnelsen å tilveiebringe et apparat og en fremgangsmåte for å bestemme den nukleær-magnetiske relaksasjonstid, den frie fluidum-porøsitet, permeabilitet og beslektede porefluidum-karakteristikker ved grunnformasjoner som gjennomtrenges av et borehull. It is a further object of the invention to provide an apparatus and method for determining the nuclear-magnetic relaxation time, the free fluid porosity, permeability and related pore fluid characteristics in bedrock formations penetrated by a borehole.
Det er også et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe et borehullsapparat for måling av magnetisk resonans som kan konstrueres av sterke metalliske materialer, som kan arbeide gjentatte ganger under borehullsbetingelser med stor pålitelighet, og som nøyaktig kan måle formasjonskarakteristikker uten å kreve noen forbehandling av borehullsfluidet med magnetiske substanser. It is also an object of the invention to provide a borehole apparatus for measuring magnetic resonance which can be constructed of strong metallic materials, which can work repeatedly under borehole conditions with high reliability, and which can accurately measure formation characteristics without requiring any pretreatment of the borehole fluid with magnetic substances.
Det er et ytterligere formål med oppfinnelsen å tilveiebringe en magnetkonfigurasjon for NMR-målinger som har en enkel, robust konstruksjon og som er lett og hensiktsmessig å teste, kalibrere og bruke ved logging av et borehull. It is a further object of the invention to provide a magnet configuration for NMR measurements which has a simple, robust construction and which is easy and convenient to test, calibrate and use when logging a borehole.
Det er også et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe et magnetisk resonans-loggeapparat som direkte måler den transversale relaksasjonstid T2for formasjoner som gjennomtrenges av et borehull. It is also an object of the invention to provide a magnetic resonance logging apparatus which directly measures the transverse relaxation time T2 for formations penetrated by a borehole.
Ifølge et annet aspekt ved oppfinnelsen er det et formål å tilveiebringe forbedrede fremgangsmåter for å bestemme According to another aspect of the invention, it is an object to provide improved methods for determining
permeabiliteten og liknende parametere ut fra målte frie induksjonssveknings-signaler fra NMR-loggeapparater. the permeability and similar parameters based on measured free induction weakening signals from NMR logging devices.
Det er også et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe forbedrede fremgangsmåter for å bestemme de magnetiske relak-sasjonstider for en målt mengde eller populasjon av partikler i grunnformasjoner som omgir et borehull. It is also an object of the invention to provide improved methods for determining the magnetic relaxation times for a measured quantity or population of particles in foundation formations surrounding a borehole.
Ifølge oppfinnelsen er det tilveiebrakt et apparat for undersøkelse av en egenskap ved en bergartsformasjon som gjennomtrenges av et borehull, og apparatet defineres nøyaktig i det vedføyde patentkrav 1. Oppfinnelsen omfatter også en fremgangsmåte for bestemmelse av en egenskap ved en bergarts-formasjon som gjennomtrenges av et borehull, og fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen defineres nøyaktig i det vedføyde patentkrav 2. Ytterligere fordelaktige utførelser av fremgangsmåten fremgår av de vedføyde uselvstendige patentkravene 3-15. According to the invention, an apparatus is provided for examining a property of a rock formation that is penetrated by a borehole, and the apparatus is precisely defined in the attached patent claim 1. The invention also includes a method for determining a property of a rock formation that is penetrated by a borehole, and the method according to the invention is precisely defined in the attached patent claim 2. Further advantageous embodiments of the method appear from the attached independent patent claims 3-15.
Ved å rette og konfigurere de kombinerte magnetfelt fra en konfigurasjon av magneter, har søkeren frembrakt et område, fjernt fra magnetkonfigurasjonen, hvor den rommessige feltgradient hovedsakelig er omkring null, for derved å sikre at feltet er meget homogent gjennom vedkommende område. I en foretrukket form er magnetene montert inne i en sleide eller loggepute, det statiske magnetfeltet blir rettet gjennom putens flate inn i en tilstøtende formasjon, og området med hovedsakelig homogent felt er anbrakt i et volum av formasjonen bak slamkake-laget som vanligvis dekker borehullsveggen. Et homogent magnetfelt flere hundre ganger sterkere enn jordens magnetfelt kan således påføres eller "fokuseres" på et volum av formasjonen in situ. By directing and configuring the combined magnetic fields from a configuration of magnets, the applicant has produced an area, distant from the magnet configuration, where the spatial field gradient is mainly around zero, thereby ensuring that the field is very homogeneous throughout the area in question. In a preferred form, the magnets are mounted inside a slide or logging pad, the static magnetic field is directed through the face of the pad into an adjacent formation, and the region of substantially homogeneous field is located in a volume of the formation behind the mud cake layer that usually covers the borehole wall. A homogeneous magnetic field several hundred times stronger than the Earth's magnetic field can thus be applied or "focused" on a volume of the formation in situ.
RF-antennen kan være montert på utsiden av metall-strukturen til apparatet, slik at sondelegemet tjener som naturlig skjerm mot eventuelle signaler som kan genereres ved resonanstUstander bak legemet, spesielt de potensielt sterke resonanssignaler fra borehullsfluidum. I den foretrukne form er antennen utformet for å fokusere sine signaler radielt utover fra puteoverflaten inn i formasjonsvolumet som har det homogene feltet, for derved i tillegg å redusere forvreng-ningen av målte signaler p.g.a borehullseffekter. Som en følge av dette distinkte trekk ved oppfinnelsen kan loggeapparatet konstrueres av sterke metallegeringer i motsetning til tidligere kjente apparater, og foreliggende måleteknikk benytter i virkeligheten skjermingsvirkningen til en metallsonde til sin fordel, for å forsterke S/N-forholdet til NMR-målingen. Siden borehullseffekter blir ekskludert ved hjelp av den dobbeltfokuserte konstruksjonen, er det ikke lenger nødvendig å forbehandle borehullsfluidet med parametriske kjemikalier. The RF antenna can be mounted on the outside of the metal structure of the device, so that the probe body serves as a natural shield against any signals that may be generated by resonant conditions behind the body, especially the potentially strong resonant signals from borehole fluid. In the preferred form, the antenna is designed to focus its signals radially outward from the pad surface into the formation volume which has the homogeneous field, thereby additionally reducing the distortion of measured signals due to borehole effects. As a result of this distinct feature of the invention, the logging apparatus can be constructed of strong metal alloys in contrast to previously known apparatus, and the present measurement technique actually uses the shielding effect of a metal probe to its advantage, to enhance the S/N ratio of the NMR measurement. Since borehole effects are excluded by means of the dual-focus design, it is no longer necessary to pre-treat the borehole fluid with parametric chemicals.
En langstrakt trauantenne kan være anordnet på en pute-overflate parallelt med borehullsaksen og med et langstrakt volum med hovedsakelig homogent statisk magnetfelt i den tilstøtende formasjonen. Ved å overlagre den geometriske form av volumet til det homogene og statiske felt med mønstre til RF-feltet fra antennen, kan det skapes nær optimale resonansbetingelser. Det statiske feltet kan rettes radielt inn i volumet, mens RF-feltet blir omkretsmessig rettet og således perpendikulært til det statiske homogene felt inne i undersøkelsesvolumet. Lengden av trauantennen er fortrinnsvis omkring lik lengden av undersøkeselsvolumet. An elongated trough antenna may be arranged on a pad surface parallel to the borehole axis and with an elongated volume of substantially homogeneous static magnetic field in the adjacent formation. By superimposing the geometric shape of the volume of the homogeneous and static field with patterns to the RF field from the antenna, close to optimal resonance conditions can be created. The static field can be directed radially into the volume, while the RF field is directed circumferentially and thus perpendicular to the static homogeneous field inside the examination volume. The length of the trough antenna is preferably approximately equal to the length of the examination volume.
I følge foreliggende oppfinnelse er det tilveiebrakt fremgangsmåter og apparatur for å foreta hurtige, pulsede målinger av magnetisk resonans i grunnformasjoner som omgir et borehull, spesielt direkte måling av spinn-spinn-relaksajonstid T2, for å bestemme formasjonskarakteristikker. According to the present invention, methods and apparatus are provided for making rapid, pulsed measurements of magnetic resonance in basic formations surrounding a borehole, in particular direct measurement of spin-spin relaxation time T2, to determine formation characteristics.
Senderantennen kan også benyttes til å motta magnetiske resonanssignaler, og spesielle kretser blir brukt for meget hurtig å dempe den ringningsstrømmen som opptrer i antennen etter at effekten slås av. Den spesielle kretsen kalt en Q-svitsj demper den polariserende antennestrøm omkring 1000 ganger hurtigere enn det tidligere apparat og gjør det mulig og sende mange pulser i rekkefølge inn i en formasjon over en kort tidsperiode. The transmitter antenna can also be used to receive magnetic resonance signals, and special circuits are used to very quickly dampen the ringing current that occurs in the antenna after the power is switched off. The special circuit called a Q-switch attenuates the polarizing antenna current about 1000 times faster than the previous device and makes it possible to send many pulses in sequence into a formation over a short period of time.
Ved sterk økning av antall måleperioder er det mulig for loggeapparatet å: (1) øke S/N-forholdet til det totale målte datasett ved å enten tillate en hurtigere loggehastighet eller kontinuerlig logging, og (2) redusere NMR-måletiden under hvilken kjerner kan diffusere inn i bergart-porer, for dermed å redusere de uønskede magnetiske virkninger av slik diffu-sjon. By greatly increasing the number of measurement periods, it is possible for the logger to: (1) increase the S/N ratio of the total measured data set by either allowing a faster logging speed or continuous logging, and (2) reduce the NMR measurement time during which nuclei can diffuse into rock pores, thereby reducing the unwanted magnetic effects of such diffusion.
I tilknytning til oppfinnelsen kan det benyttes ytterligere apparatur for å forpolarisere et formasjons-volum av interesse før den magnetiske hoved-anordningen kommer i nærheten av formasjonen. Forpolariseringsfeltet er fortrinnsvis meget sterkere enn feltet til hovedmagnet-konfigurasjonen, og tjener til å øke mengden av protoner som er innrettet i BQ-vektorretningen, og dermed ytterligere øke nivået til det magnetiske presesjons-signalet. In connection with the invention, additional equipment can be used to pre-polarize a formation volume of interest before the main magnetic device comes close to the formation. The pre-polarization field is preferably much stronger than the field of the main magnet configuration, and serves to increase the amount of protons aligned in the BQ vector direction, thus further increasing the level of the magnetic precession signal.
Små strømmer kan innføres i nærheten av måleapparatet for å endre det statiske feltet under en del av måleperioden for å ødelegge signalene fra disse lokaliserte områder. De små strømmene kan flyte gjennom en tråd som fortrinnsvis har form som en sløyfe som dekker antenne-åpningen og er festet parallelt med apparatets veggkontakt-flate. Denne utformingen tjener til i betydelig grad å redusere eller eliminere eventuelle resonans-signaler som frembringes av borehulls-slam eller slamkake umiddelbart ved siden av antenneoverflaten, og redusere betydelig uønskede signaler. Den rommessige ut-strekning og de magnetiske virkninger av disse felt-inhomo-genitetene kan omhyggelig reguleres ved å velge avstanden mellom tilstøtende sektorer av tråden, strømmen og andre relevante dimensjoner. Tråden eller dens ekvivalent kan brukes til å frembringe magnetfelt-gradienter som strekker seg inn i volumet med målt resonans, noe som muliggjør andre fordelaktige magnetiske målinger. Small currents can be introduced near the measuring apparatus to change the static field during part of the measurement period to destroy the signals from these localized areas. The small currents can flow through a wire which preferably has the shape of a loop that covers the antenna opening and is attached parallel to the wall contact surface of the device. This design serves to significantly reduce or eliminate any resonant signals produced by borehole mud or mud cake immediately adjacent to the antenna surface, and significantly reduce unwanted signals. The spatial extent and magnetic effects of these field inhomogeneities can be carefully controlled by choosing the distance between adjacent sectors of the wire, the current and other relevant dimensions. The wire or its equivalent can be used to produce magnetic field gradients that extend into the volume of measured resonance, enabling other beneficial magnetic measurements.
Oppfinnelsen gir mulighet for tolkning av de målte data, slik som frie induksjonssveknings-signaler, magnetiserings-kurver av pulssekvens-typen og andre magnetiske resonans-målinger, for å bestemme verdiene av karakteristikker ved formasjons-porefluidum, slik som permeabilitet. The invention allows for the interpretation of the measured data, such as free induction weakening signals, magnetization curves of the pulse sequence type and other magnetic resonance measurements, to determine the values of characteristics of formation pore fluid, such as permeability.
På grunn av andre formål og fordeler ved oppfinnelsen og for å tilveiebringe en bedre forståelse av denne, vises det til den følgende beskrivelse i forbindelse med de siterte referanser og de vedføyde tegninger, hvor: Fig. 1 er et sideriss av et NMR-loggeapparat i et borehull for å foreta målinger av omgivende formasjoner, ifølge foreliggende oppfinnelse; Fig. 2 er et skjema som representerer prinsippet ved måle- systemet i apparatet på figur 1; Fig. 3 er et forstørret oppriss i tverrsnitt av en magnet-gruppe som brukes i den foretrukne utførelsesform av foreliggende oppfinnelse, som er vist på figur 1; Fig. 4 er et skjema som viser de magnetiske feltlinjer, representert ved pilhoder, som omgir magnetgruppen på figur 3 når den plasseres inne i et borehull; Fig. 5 er et skjema som i tverrsnitt viser magnetfelt-linjer B0med lik størrelse for magnetgruppen som er vist på figur 3 og 4; Fig. 6 er et skjema som viser magnetfelt-linjer for B0med lik størrelse på 232 gauss, som på figur 3-5, og som også viser undersøkelsesområdet for den foretrukne utførelsesform som er vist på figur 1; Fig. 7 er et skjema i tverrsnitt som viser magnetfelt-linjene for lik størrelse inne i undersøkelses-området som er vist på figur 6; Fig. 8 er et skjema over magnetiske feltlinjer som viser vektor-retningene og størrelsen av B0inne i under-søkelsesområdet på figur 6; Fig. 9 er en perspektivskisse over en antenne ifølge foreliggende oppfinnelse; Fig. 10 er et forstørret sideriss i tverrsnitt av antennen som er vist på figur 9; Fig. 11 er et forstørret oppriss av den veggen som er i kontakt med flaten av loggeapparatet som er vist på figur 1, spesielt skåret vekk for å vise antennen og en meander tråd ifølge oppfinnelsen; Fig. 12 er et blokkskjerna over kretser som fortrinnsvis befinner seg i apparatet på figur 1; Fig. 13 er et diagram over forholdet Bxdividert med kvadratroten av effekten Pxsom mates til en foretrukket utførelsesform av antennen ifølge oppfinnelsen, som på figur1; Fig. 14 er et diagram som viser representative signaler som mates til forsterkeren på figur 9 og figur 12; Fig. 15 er et diagram som viser pulsformen til et eksempel på et oscillerende magnetfelt B-,^som frembringes av antennen på figur 9; Fig. 16 er et kretsskjema over en Q-svitsj i samsvar med foreliggende oppfinnelse; Fig. 17 er et forstørret oppriss i tverrsnitt over en for- polariserende magnet som omfatter tre platemagneter i samsvar med en alternativ utførelsesform av oppfinnelsen; Fig. 18 er et skjema som viser magnetfelt-linjene, representert ved korte piler, inne i et undersøkelsesområde foran forpolariseringsmagneten på figur 17; Fig. 19 er et diagram som viser magnetlinjer av lik størrelse inne i undersøkelsesområdet på figur 17; Fig. 20 er et diagram som viser et forenklet, skjematisk FID-signal og dets sveknings-omhylling, i samsvar med tidligere kjente tolknings-metoder; Fig. 21 er et diagram som viser fire kurver som representerer svekningsomhyllingen til fire sett med FID-signaler (ikke vist), plottet i semilogaritmisk målestokk i samsvar med tidligere kjente tolkningsmetoder; Fig. 22 er et diagram som viser en tredimensjonal representasjon av flere sett med FID-signaler ekstrapolert til sine begynnelses-verdier og konstruksjon av en T1-oppbyggingskurve i M(tpol)-planet i samsvar med tidligere kjente tolknings-metoder ; Fig. 23 er et diagram som viser åtte sett med FID-signaler med positiv topp og deres tilsvarende globale tilpasningskurver i samsvar med en foretrukket tolknings-metode ifølge foreliggende oppfinnelse; Fig. 24A og 24B er diagrammer over en T-,_-oppbygningskurve som på figur 22, men som i tillegg viser integrasjon av kurven i samsvar med en annen foretrukket tolknings- metode ifølge oppfinnelsen; Fig. 25 er et diagram som viser en rekke spinnekko-målinger som kan foretas ved det foretrukne apparat ifølge oppfinnelsen som er vist på figur 1-15, og som videre viser integrasjonen av kurven i samsvar med en annen foretrukket tolkningsmetode ifølge oppfinnelsen; Fig. 26 er et diagram som viser laboratoriemålinger av T1og T2over aktuelle bergart-prøver fra forskjellige formasjoner som gjennomtrenges av for eksempel en oljebrønn, hvor hvert datapunkt også viser en strek som er representativ for relative feil i målingen av T2som skyldes interne magnetiske inhomogeniteter i bergartprøvene; og Fig. 27 er et diagram som viser laboratoriemålinger av T1og T2for aktuelle bergart-prøver fra forskjellige formasjoner som gjennomtrenges av for eksempel en annen oljebrønn, maken til figur 26. Due to other purposes and advantages of the invention and to provide a better understanding thereof, reference is made to the following description in connection with the cited references and the attached drawings, where: Fig. 1 is a side view of an NMR logging apparatus in a borehole to make measurements of surrounding formations, according to present invention; Fig. 2 is a diagram representing the principle of measuring the system in the apparatus of Figure 1; Fig. 3 is an enlarged cross-sectional view of a magnet array used in the preferred embodiment of the present invention shown in Fig. 1; Fig. 4 is a diagram showing the magnetic field lines, represented by arrowheads, surrounding the magnet array of Fig. 3 when placed inside a borehole; Fig. 5 is a diagram showing, in cross-section, magnetic field lines B0 of equal size for the magnet group shown in Figures 3 and 4; Fig. 6 is a diagram showing magnetic field lines for B0 with the same magnitude of 232 gauss, as in Figs. 3-5, and which also shows the survey area for the preferred embodiment shown in Fig. 1; Fig. 7 is a diagram in cross-section showing the magnetic field lines for equal size inside the examination area shown in Fig. 6; Fig. 8 is a diagram of magnetic field lines showing the vector directions and magnitude of B0 within the investigation area of Fig. 6; Fig. 9 is a perspective sketch of an antenna according to present invention; Fig. 10 is an enlarged side view in cross section of the antenna which is shown in Figure 9; Fig. 11 is an enlarged elevation of the wall in contact with the surface of the logging apparatus shown in Fig. 1, particularly cut away to show the antenna and a meander wire according to the invention; Fig. 12 is a block core of circuits which preferably located in the apparatus of Figure 1; Fig. 13 is a diagram of the ratio Bx divided by the square root of the power Px which is fed to a preferred embodiment of the antenna according to the invention, as in figure 1; Fig. 14 is a diagram showing representative signals which fed to the amplifier of Figure 9 and Figure 12; Fig. 15 is a diagram showing the pulse shape of an example of an oscillating magnetic field B-,^ produced by the antenna of Fig. 9; Fig. 16 is a circuit diagram of a Q-switch in accordance with present invention; Fig. 17 is an enlarged cross-sectional view of a pre-polarizing magnet comprising three plate magnets in accordance with an alternative embodiment of the invention; Fig. 18 is a diagram showing the magnetic field lines, represented by short arrows, within a survey area in front of the biasing magnet of Fig. 17; Fig. 19 is a diagram showing magnetic lines of equal size inside the survey area on Figure 17; Fig. 20 is a diagram showing a simplified, schematic FID signal and its attenuation envelope, in accordance with previously known interpretation methods; Fig. 21 is a diagram showing four curves representing the attenuation envelope of four sets of FID signals (not shown), plotted on a semi-logarithmic scale in accordance with prior art interpretation methods; Fig. 22 is a diagram showing a three-dimensional representation of several sets of FID signals extrapolated to their initial values and construction of a T1 build-up curve in the M(tpol) plane in accordance with previously known interpretation methods; Fig. 23 is a diagram showing eight sets of positive peak FID signals and their corresponding global fitting curves in accordance with a preferred interpretation method according to the present invention; Figs. 24A and 24B are diagrams of a T,_ build-up curve which in figure 22, but which additionally shows integration of the curve in accordance with another preferred interpretation method according to the invention; Fig. 25 is a diagram showing a series of spin echo measurements that can be made with the preferred apparatus according to the invention shown in Figures 1-15, and which further shows the integration of the curve in accordance with another preferred interpretation method according to the invention; Fig. 26 is a diagram showing laboratory measurements of T1 and T2 over relevant rock samples from different formations penetrated by, for example, an oil well, where each data point also shows a line that is representative of relative errors in the measurement of T2 due to internal magnetic inhomogeneities in the rock samples ; and Fig. 27 is a diagram showing laboratory measurements of T1 and T2 for relevant rock samples from different formations penetrated by, for example, another oil well, similar to Fig. 26.
Det vises til tegningene og spesielt til figur 1, hvor det er vist et borehull 10 tilstøtende formasjoner 11, 12, hvis karakteristikker skal bestemmes. Inne i borehullet 10 er det vist en loggesonde eller et loggeapparat 13 forbundet via en kabel 8 med overflateutstyr 7. Apparatet 13 har fortrinnsvis en flate 14 formet for intim kontakt med borehulls-veggen, med minimale mellomrom eller avstand. Apparatet 13 har også en tilbaketrekkbar arm 15 som kan aktiveres for å trykke sondelegemet 13 mot borehulls-veggen under en loggekjøring, med flaten 14presset mot boreveggens overflate. Reference is made to the drawings and in particular to Figure 1, where a borehole 10 is shown adjacent formations 11, 12, the characteristics of which are to be determined. Inside the borehole 10 is shown a logging probe or a logging device 13 connected via a cable 8 with surface equipment 7. The device 13 preferably has a surface 14 shaped for intimate contact with the borehole wall, with minimal spaces or distances. The apparatus 13 also has a retractable arm 15 which can be activated to press the probe body 13 against the borehole wall during a logging run, with the surface 14 pressed against the surface of the borehole wall.
Selv om apparatet 13 i den foretrukne utførelsesform på figur 1 er vist som et enkelt legeme, kan apparatet selvsagt omfatte separate komponenter slik som en hylse, sonde eller sleide, og apparatet kan kombineres med andre loggeapparater slik det vil være klart for fagfolk på området. Selv om kabelen 8 i den foretrukne utførelsesform likeledes danner fysisk understøttelse og kommunikasjonsforbindelse for oppfinnelsen, finnes det klare alternativer, og oppfinnelsen kan innbefattes i for eksempel en borestreng under anvendelse av telemetri-former som ikke krever kabel. Although the device 13 in the preferred embodiment in Figure 1 is shown as a single body, the device can of course comprise separate components such as a sleeve, probe or slide, and the device can be combined with other logging devices as will be clear to those skilled in the art. Although the cable 8 in the preferred embodiment also forms a physical support and communication link for the invention, there are clear alternatives, and the invention can be included in, for example, a drill string using forms of telemetry that do not require a cable.
Formasjonene 11, 12 har distinkte karakteristikker slik som formasjonstype, porøsitet, permeabilitet og oljeinnhold, som kan bestemmes fra målinger tatt ved hjelp av apparatet. Avsatt på borehullsveggen til formasjonen 11, 12, er typisk et lag med slamkaker 16 som er avsatt på denne ved naturlig The formations 11, 12 have distinct characteristics such as formation type, porosity, permeability and oil content, which can be determined from measurements taken using the apparatus. Deposited on the borehole wall of the formation 11, 12, is typically a layer of mud cakes 16 deposited on this by natural
infiltrering av borehullsfluidum-filtrat inn i formasjonene.infiltration of borehole fluid filtrate into the formations.
I den foretrukne utførelsesform som er vist på figur 1, omfatter apparatet 13 en magnetgruppe 17 og en antenne 18 anbrakt mellom gruppen 17 og veggkontakt-flaten 14. Magnetgruppen 17 frembringer et statisk magnetfelt B0i alle områder som omgir apparatet 13. Antennen 18 frembringer til valgte tider, et oscillerende magnetfelt B1som fokuseres inn i formasjonen 12, og er overlagret på det statiske felt B0i de deler av formasjonen som ligger overfor flaten 14. Apparatets undersøkelsesvolum som er vist med prikkede linjer på figur 1, er et vertikalt langstrakt område rett foran apparatflaten 14 der magnetfeltet som frembringes av magnetgruppen 17 er hovedsaklig homogent og dets rommessige gradient er tilnærmet lik null. In the preferred embodiment shown in figure 1, the device 13 comprises a magnet group 17 and an antenna 18 placed between the group 17 and the wall contact surface 14. The magnet group 17 produces a static magnetic field B0 in all areas surrounding the device 13. The antenna 18 produces to selected times, an oscillating magnetic field B1 which is focused into the formation 12, and is superimposed on the static field B0 in the parts of the formation which lie opposite the surface 14. The examination volume of the apparatus, which is shown by dotted lines in Figure 1, is a vertically elongated area directly in front of the apparatus surface 14 where the magnetic field produced by the magnet group 17 is essentially homogeneous and its spatial gradient is approximately equal to zero.
En forpolariserings-magnet 19, som er vist med striplede linjer, kan være anbrakt direkte over gruppen 17 i en modifisert utførelsesform av oppfinnelsen som vil bli diskutert for seg selv. A biasing magnet 19, which is shown in dashed lines, may be placed directly above the array 17 in a modified embodiment of the invention which will be discussed separately.
Apparatet 13 tar en måling ved magnetisk å vippe de nukleæres bind av partikler i formasjonen12 med en puls av det oscillerende felt B-^og så detektere presisjonen av de vippede partikler i det statiske, homogene felt B0innenfor undersøkelsesvolumet over en tidsperiode. Som vist på figur 1 overlapper dette undersøkelsesområdet ikke overflaten til veggkontakt-flaten 14 som i visse tidligere loggeapparater, og overlapper ikke slamkaken 16 på borehullsveggen. The apparatus 13 takes a measurement by magnetically tilting the nuclear bundles of particles in the formation 12 with a pulse of the oscillating field B-^ and then detecting the precision of the tilted particles in the static, homogeneous field B0 within the examination volume over a period of time. As shown in Figure 1, this survey area does not overlap the surface of the wall contact surface 14 as in certain earlier logging devices, and does not overlap the mud cake 16 on the borehole wall.
I en måling av pulsekko-typen som diskutert detaljert i den tidligere siterte bok av Farrar og Becker, blir for eksempel en puls med radiofrekvent strøm (RF) ført gjennom antennen 18 for å generere en puls med RF-felt Bx, hvor RF-frekvensen er valgt for å være i resonans med bare hydrogenkjerner som er utsatt for en statisk feltstyrke lik feltet B0inne i undersøkelsesvolumet. Signalene som induseres i antennen 18 etter RF-pulsen, representerer en måling av nukleær magnetisk presesjon og svekking inne i volumet, og utelukker automatisk uønskede bidrag fra borehullsfluidum, slamkake eller omgivende formasjoner hvor In a pulse echo type measurement as discussed in detail in the previously cited book by Farrar and Becker, for example, a pulse of radio frequency (RF) current is passed through the antenna 18 to generate a pulse of RF field Bx, where the RF frequency is chosen to be in resonance with only hydrogen nuclei subjected to a static field strength equal to the field B0inside the survey volume. The signals induced in the antenna 18 after the RF pulse represent a measurement of nuclear magnetic precession and attenuation within the volume, and automatically exclude unwanted contributions from borehole fluid, mud cake or surrounding formations where
feltstyrken til B0er forskjellig.the field strength of B0 is different.
Ved konstruksjon av den foretrukne utførelsesform av oppfinnelsen har søkerne søkt å optimalisere signal/støy-forholdet (S/N-forholdet) til måleprosessen. Som fagfolk vil forstå hjelper følgende diskusjon til å forklare de hoved-parametrene som betraktes ved frembringelse av den foretrukne utførelsesform av oppfinnelsen. When constructing the preferred embodiment of the invention, the applicants have sought to optimize the signal/noise ratio (S/N ratio) of the measurement process. As those skilled in the art will appreciate, the following discussion helps to explain the main parameters considered in making the preferred embodiment of the invention.
Det vises til figur 2 og 3 hvor det for å betrakte signalstyrken til en nukleær, magnetisk resonansmåling foretatt av apparatet 13 i den tilstøtende formasjonen 12, er nyttig og behandle vekselvirkningen mellom antennen 18 og formasjonens magnetiske moment som deler av en enkelt krets med fire klemmer, som resiprositets-teoremet kan anvendes på. Kretsen 20 som har en inngangsimpedans Z0, omfatter en tapsfri tilpasningskrets 21 og en RF-sonde eller antenne 22 som ganske enkelt er vist som en motstand og en induktans i serie. En oscillerende strøm 1^med frekvens <■> flyter gjennom RF-sonden 22, frembringer et oscillerende magnetfelt Bxi formasjonen, omfattende arealet inne i en testsløyfe 23. Spenningen som induseres i testsløyfen 23 som et resultat av strømmen I-^er gitt ved Reference is made to Figures 2 and 3 where, in order to consider the signal strength of a nuclear magnetic resonance measurement made by the apparatus 13 in the adjacent formation 12, it is useful to treat the interaction between the antenna 18 and the magnetic moment of the formation as parts of a single circuit with four terminals , to which the reciprocity theorem can be applied. The circuit 20 having an input impedance Z0 comprises a lossless matching circuit 21 and an RF probe or antenna 22 which is simply shown as a resistance and an inductance in series. An oscillating current 1^ of frequency <■> flows through the RF probe 22, producing an oscillating magnetic field Bxi the formation, comprising the area inside a test loop 23. The voltage induced in the test loop 23 as a result of the current I-^ is given by
hvor Z21er kryssimpedansen mellom antennestrømmen og spenningen som induseres i testsløyfen 23. Anta nå at en strøm I2blir påtrykket testsløyfen, og induserer en spenning V1ved klemmene på tilpasningskretsen 20, som er hvor Z12er kryssimpedansen mellom testsløyfe-strømmen og spenningen som induseres i antenne 22. Ved å benytte resi-prositetsteoremet, Z12<=Z>21, oppnås Siden sløyfens 23 magnetisk moment er m=I2A, er magnetiseringen dM av et volum dV lik dM=I2AdV. Nettosignalet fra hele formasjonen kan utledes fra ovennevnte og representeres som hvor integralet er tatt over det volum i hvilket resonans-betingelsen B0=&)/y er tilfredsstilt. For å optimalisere den målte signalresponsen til foreliggende NMR-apparat, kan vi anta at volumet av NMR-undersøkelsen har et areal AR og en lengde L, og at integranden er konstant innenfor dette volumet. I praksis har det vist seg at denne antagelsen er en ganske god tilnærmelse. Ved å foreta utskiftningene o> = yBQog M = xB0//i0i ligningen ovenfor, hvor y er det gyromagnetiske forhold,jU0er den magnetiske permeabiliteten for sitt rom og X er den nukleære magnetiske susceptibilitet for protoner i formasjonen, utleder vi Nå ønsker vi å anslå størrelsen av arealet AR for aktuelle magnetiske utformninger slik som den for magnetgruppen 17 som er vist på figur 1. Som diskutert nærmere nedenfor, frembringer magnetgruppen 17 et statisk magnetfelt B0med et sadelpunkt ved midten av et homogent feltområde betegnet som volum 9 på figur 1. Feltstyrken kan tilnærmes ved hjelp av Taylor-rekkeutviklingen where Z21 is the cross-impedance between the antenna current and the voltage induced in the test loop 23. Now suppose that a current I2 is applied to the test loop, and induces a voltage V1 at the terminals of the matching circuit 20, which is where Z12 is the cross-impedance between the test loop current and the voltage induced in the antenna 22. At using the resi-prosity theorem, Z12<=Z>21, is obtained Since the magnetic moment of the loop 23 is m=I2A, the magnetization dM of a volume dV is equal to dM=I2AdV. The net signal from the entire formation can be derived from the above and represented as where the integral is taken over the volume in which the resonance condition B0=&)/y is satisfied. In order to optimize the measured signal response of the present NMR apparatus, we can assume that the volume of the NMR examination has an area AR and a length L, and that the integrand is constant within this volume. In practice, it has been shown that this assumption is a fairly good approximation. By making the substitutions o> = yBQ and M = xB0//i0in the above equation, where y is the gyromagnetic ratio, jU0 is the magnetic permeability of its space and X is the nuclear magnetic susceptibility for protons in the formation, we derive Now we wish to estimate the size of the area AR for relevant magnetic designs such as that of the magnet array 17 shown in Figure 1. As discussed in more detail below, the magnet array 17 produces a static magnetic field B0 with a saddle point at the center of a homogeneous field region denoted as volume 9 in Figure 1. The field strength can be approximated using the Taylor series evolution
Legg merke til at resonans-betingelsen i puls-NMR teknikk oppfylles når det statiske feltets avvik fra senterverdien B0(x,y)-B0(0, 0) ikke er større enn halve størrelsen av RF-feltet B1, slik at arealet av resonansområdet kan utledes til å være tilnærmet Note that the resonance condition in pulse NMR technique is fulfilled when the static field's deviation from the center value B0(x,y)-B0(0, 0) is not greater than half the size of the RF field B1, so that the area of the resonance region can be deduced to be approximate
etter å ha foretatt den forenklede antakelse at arealet har et kvadratisk tverrsnitt. Denne og andre tilnærmelser blir her gjort for på enklere måter å illustrere de prinsipper som ligger til grunn for oppfinnelsen, i det man vil forstå at andre mere nøyaktige utledninger tydeligvis er mulige. Ved å foreta utskiftninger i den ovennevnte ligning (5) for det målte NMR-signal, oppnås Det er klart fra de kvalitative forhold i ligning (8) at det målte NMR-signal kan gjøres bedre eller verre ved å endre de forskjellige gitte parametere. Økningen av signalnivået er imidlertid ikke tilstrekkelig, og det er meget ønskelig å holde det termiske støynivå så lavt som mulig i forhold til signalet Vs. Roten av middelkvadratet av den termiske støyen er hvor Z0er inngangsimpedansen til tilpasningskretsen 20 (nomi-nelt 50 ohm), k er Boltzmans konstant og Af er målebånd-bredden, som er tilpasset båndbredden for populasjon av resonanspartikler i formasjonen,YBi/27r- Det følgende forhold mellom toppsignal og den midlere kvadratroten av støyen blir oppnådd: after making the simplified assumption that the area has a square cross-section. This and other approximations are made here to illustrate in simpler ways the principles underlying the invention, as it will be understood that other more accurate derivations are clearly possible. By making substitutions in the above equation (5) for the measured NMR signal, it is clear from the qualitative conditions in equation (8) that the measured NMR signal can be made better or worse by changing the various given parameters. However, the increase in the signal level is not sufficient, and it is highly desirable to keep the thermal noise level as low as possible in relation to the signal Vs. The root mean square of the thermal noise is where Z0 is the input impedance of the matching circuit 20 (nominally 50 ohms), k is Boltzman's constant and Af is the measurement bandwidth, which is matched to the bandwidth of the population of resonant particles in the formation, YBi/27r- The following ratio of peak signal to the mean square root of the noise is obtained:
I ligning 10 er den effekt som mates til antennen, P-^blitt innsatt istedenfor strømmen ved å bruke forholdet P1=I1<2>Z0/2. Ved videre å bruke den konvensjonelle definisjonen av susceptibilitet etter Curie-loven i MKS-enheter, In equation 10, the power fed to the antenna, P-^ has been substituted for the current by using the ratio P1=I1<2>Z0/2. By further applying the conventional definition of susceptibility according to the Curie law in MKS units,
får vi det endelige utrykk for signal/støy-forholdet I ligning 12 avhenger det første - uttrykket i hakeparentes ovenfor av omgivelsesparametere slik som protonspinn-tetthet N for fluidet, porøsitet ( f> og absolutt temperatur T. Noen av de andre uttrykkene er Plancks konstant (over 2tt) " Ti, og det nukleære spinn I som har en verdi 1/2 for protoner. Det andre uttrykket i hakeparentes inneholder konstruksjonsparametere som optimaliserer apparatytelsen. Det er for eksempel lett å se at et høyt statisk felt B0, som inngår i annen potens, i sterk grad kan forbedre S/N-forholdet. Videre er det vist at uttrykket (B1/P11//2) 2^ 2 som er beslektet med antennens "Q"-verdi, bør gjøres stort. S/N-forholdet kan imidlertid utvilsomt økes ved å øke B1/P11'/2 fordi ligningene (10) og (12) bare holder når båndbredden er begrenset av YB1/2lt, for eksempel når Q<B0/B1. Når derimot Q>B0/B1, er båndbredden Af=yB0/2HQ, og ligning (12) blir we get the final expression for the signal/noise ratio In equation 12, the first - the expression in square brackets above depends on environmental parameters such as proton spin density N for the fluid, porosity ( f> and absolute temperature T. Some of the other expressions are Planck's constant (above 2tt) " Ti, and the nuclear spin I which has a value of 1/2 for protons. The second expression in square brackets contains design parameters that optimize device performance. It is easy to see, for example, that a high static field B0, which is included in second power, can greatly improve the S/N ratio. Furthermore, it is shown that the expression (B1/P11//2) 2^ 2 which is related to the "Q" value of the antenna should be made large. S/N- however, the ratio can undoubtedly be increased by increasing B1/P11'/2 because equations (10) and (12) hold only when the bandwidth is limited by YB1/2lt, for example when Q<B0/B1.However, when Q>B0/B1 , the bandwidth is Af=yB0/2HQ, and equation (12) becomes
For en fastsatt antennegeometri og målepunkt er det kjent at størrelsen E1/ P11/' 2 er direkte proporsjonal med Q<1//2.>Det ses av det ovenstående at ytterligere minskning av antenne-tapene utover det punkt hvor Q>B0/B1ikke vil øke S/N-forholdet. For a fixed antenna geometry and measurement point, it is known that the size E1/ P11/' 2 is directly proportional to Q<1//2.> It can be seen from the above that a further reduction of the antenna losses beyond the point where Q>B0/B1 is not will increase the S/N ratio.
Det vises til figur 1 og 3, hvor den magnetiske sammenstilling 17 består av 3 permanent-magneter 24, 25, 26 av samariumkobolt, som er montert parallelt med hverandre inne i et legeme 27 av en metall-legering. Magnetene 24, 25, 26 er langstrakte i retningen langs borehullet, og måler 12 tommer i den foretrukne utførelsesform. Magnet-polene til magnetene er ikke på de minste flatene av staven eller platen, som vanligvis betraktes som endene av en stavmagnet; i stedet opptrer polene på de to motstående kanter av platemagneten og peker til henholdsvis venstre og høyre, både på figur 1 og 3. Inne i formasjonen 12 forblir således magnetfeltet B0som omgir magnetene, ganske konstant langs borehullsaksens langsgående retning. Reference is made to figures 1 and 3, where the magnetic assembly 17 consists of 3 permanent magnets 24, 25, 26 of samarium cobalt, which are mounted parallel to each other inside a body 27 of a metal alloy. The magnets 24, 25, 26 are elongated in the direction along the borehole, measuring 12 inches in the preferred embodiment. The magnetic poles of the magnets are not on the smallest faces of the rod or plate, which are usually considered the ends of a bar magnet; instead, the poles appear on the two opposite edges of the plate magnet and point to the left and right, respectively, in both figures 1 and 3. Inside the formation 12, the magnetic field B0, which surrounds the magnets, thus remains fairly constant along the longitudinal direction of the borehole axis.
Magnetene 24, 25, 26 bør være så sterke som praktisk mulig, og bør være i stand til å motstå fysiske sjokk uten å gå i stykker. Samariumkobolt-magnetene som er blitt brukt, er f.eks fortrinnsvis innelukket i en robust messinghylse for å forhindre eventuell eksplosiv fragmentering i tilfelle av magnetsprekker eller brudd. Disse magnetene er kommersielt tilgjengelige og har en restinduksjon på typisk 10500 gauss (1,05 T). Det vil være tydelig for fagfolk på området at andre magneter kan benyttes istedenfor samariumkobolt-magnetene som er nevnt her, og platemagnetene kan ha andre dimensjoner enn det som er vist i den foretrukne utførelses-form. The magnets 24, 25, 26 should be as strong as practicable and should be able to withstand physical shocks without breaking. For example, the samarium cobalt magnets that have been used are preferably enclosed in a robust brass sleeve to prevent possible explosive fragmentation in the event of magnet cracking or breakage. These magnets are commercially available and have a residual inductance of typically 10500 gauss (1.05 T). It will be clear to those skilled in the art that other magnets can be used instead of the samarium-cobalt magnets mentioned here, and the plate magnets can have different dimensions than what is shown in the preferred embodiment.
Det blir foretrukket å bruke langstrakte platemagneter til å frembringe et statisk felt i formasjonen 12 som er konstant over en betydelig avstand L langs z-koordinaten parallelt med borehullsaksen. En stor L forbedrer S/Is-forholdet og letter også kontinuerlig logging langs z-koordinaten. Magnetene bør imidlertid ikke være så lange at de gjør apparatet 13 strukturelt uhåndterlig eller forårsaker for stor avstand mellom flaten 14 og borehullsveggen i utvaskede soner. It is preferred to use elongated plate magnets to produce a static field in the formation 12 which is constant over a considerable distance L along the z-coordinate parallel to the borehole axis. A large L improves the S/Is ratio and also facilitates continuous logging along the z coordinate. However, the magnets should not be so long that they make the apparatus 13 structurally unmanageable or cause too great a distance between the surface 14 and the borehole wall in washed out zones.
Magnetene 24, 26 er symmetrisk montert i de to sidene av legemet 27 med nordpolene vendende i samme retning. Magnet 25 er anordnet parallelt med og mellom de andre to magnetene, men med sin nordpol vendende motsatt av magnetene 24, 26. Som vist på figur 3 peker nordpolene til magnetene 24, 26 i retning av flaten 14 på apparatet, mens nordpolen til magnet 25 peker bort fra flaten 14, selv om konfigurasjonen tydeligvis kan The magnets 24, 26 are symmetrically mounted on the two sides of the body 27 with the north poles facing in the same direction. Magnet 25 is arranged parallel to and between the other two magnets, but with its north pole facing opposite to the magnets 24, 26. As shown in figure 3, the north poles of the magnets 24, 26 point in the direction of the surface 14 of the apparatus, while the north pole of magnet 25 points away from the surface 14, although the configuration clearly can
reverseres og likevel frembringe et lignende resultat.be reversed and still produce a similar result.
Det vises så til figurene 4-6 hvor det kan ses at ved å utforme de to N-polene til magnetene 24, 26 til å peke mot flaten 14 og formasjonen 12 som ligger utenfor denne, vil magnetgruppen 17 i stor avstand opptre lik en magnetisk N-pol. Den reverserte polposisjonering av magneten 25 endrer imidlertid i betydelig grad magnetfeltet ved nærliggende og mellomliggende avstander inn i formasjonen 12. Ved mellomliggende avstander frembringer denne foretrukne utførelsesform av magnetgruppen 17 en interessant og viktig felt- uregelmessighet inne i et entydig avgrenset volum direkte foran apparatflaten 14. Som vist i større detaljer på figur 5-7 er der et veldefinert volum hvor magnetfeltet er hovedsakelig kontstant, og hvor den rommessige gradienten av B0hovedsakelig forsvinner. Dette er det primære resonansområdet NMR-målinger og er det undersøkelsesområdet som er vist på figur 1. Reference is then made to figures 4-6, where it can be seen that by designing the two N-poles of the magnets 24, 26 to point towards the surface 14 and the formation 12 which lies outside this, the magnet group 17 at a great distance will act like a magnetic N-pole. However, the reversed pole positioning of the magnet 25 significantly changes the magnetic field at close and intermediate distances into the formation 12. At intermediate distances, this preferred embodiment of the magnet group 17 produces an interesting and important field irregularity within a clearly defined volume directly in front of the device surface 14. As shown in greater detail in figure 5-7, there is a well-defined volume where the magnetic field is mainly constant, and where the spatial gradient of B0 mainly disappears. This is the primary resonance area of NMR measurements and is the area of investigation shown in Figure 1.
Figur 8 viser vekttorpiler som følger feltlinjer inne i tverrsnittsarealet omkring en tomme fra apparat flaten 14, med lengden av hver vektorpil proporsjonal med feltstyrken og retningen av hver pil anordnet i samme retning som feltlinjene. Det kan ses at feltet B0rager radielt inn i formasjonen og at det er ganske uniformt over dette området, og har en hovedsaklig konstant feltstyrke på omkring 232 gauss. Figure 8 shows weighted arrows following field lines within the cross-sectional area about one inch from apparatus face 14, with the length of each vector arrow proportional to the field strength and the direction of each arrow arranged in the same direction as the field lines. It can be seen that the field projects radially into the formation and that it is fairly uniform over this area, and has an essentially constant field strength of around 232 gauss.
Selv om volumet med størst felthomogenitet er sentrert omkring et punkt ca. 4/5 tommer vekk fra veggkontakt-flaten, kan dette volumet med hovedsaklig homogent felt forskyves enten lenger eller kortere inn i formasjonen, avhengig av den relative posisjonering, avstand og feltstyrke av magneten 25 i forhold til magnetene 24, 26. Det er i tillegg mulig ved hjelp av andre utførelsesformer av oppfinnelsen å sørge for forskyvning av magneten 2 5 inne i legemet 2 7 under drift av apparatet, for å tilveiebringe en variabel undersøkelsesdybde, avhengig av omstendighetene. Hvis for eksempel man støter på en formasjon med høy ruet eller ekstremt tykk slamkake kan loggeoperatøren forskyve posisjonen av magneten 2 5 en forutbestemt avstand til høyre, som vist på figur 3, slik at undersøkelsesvolumet 9 blir forskyvet videre inn i formasjonen, for å unngå å tilveiebringe uønskede resonanssignaler fra slamkaken. I den foretrukne utførelses-form som er vist på figurene, er imidlertid magnetene 24, 25, 26 stivt montert i posisjon siden den resulterende posisjonering av volumet 9 allerede unngår enhver betydelig overlapping med det relativt tynne slamkake-laget i typiske borehull. Although the volume with the greatest field homogeneity is centered around a point approx. 4/5 inches away from the wall contact surface, this volume of essentially homogeneous field can be displaced either further or shorter into the formation, depending on the relative positioning, distance and field strength of magnet 25 relative to magnets 24, 26. It is additionally possible by means of other embodiments of the invention to provide for displacement of the magnet 25 inside the body 27 during operation of the apparatus, in order to provide a variable examination depth, depending on the circumstances. If, for example, a formation with high roughness or extremely thick mud cake is encountered, the logging operator can shift the position of the magnet 2 5 a predetermined distance to the right, as shown in figure 3, so that the survey volume 9 is shifted further into the formation, in order to avoid providing unwanted resonance signals from the sludge cake. In the preferred embodiment shown in the figures, however, the magnets 24, 25, 26 are rigidly mounted in position since the resulting positioning of the volume 9 already avoids any significant overlap with the relatively thin mud cake layer in typical boreholes.
Det vises igjen til figur 5, 6 og 7 hvor man kan se at størrelsen på undersøkelsesvolumet 9 kan avhenge av beskaf-fenheten av målingen som blir tatt og styrken av en RF-puls som blir sendt ut ved hjelp av antennen 18, som forklart nedenfor. Reference is again made to figures 5, 6 and 7 where it can be seen that the size of the examination volume 9 may depend on the nature of the measurement being taken and the strength of an RF pulse which is sent out by means of the antenna 18, as explained below .
Metallegemet 27 har på frontflaten 14 en halvsylindrisk utformet kavitet eller sliss 28 som vender mot formasjoner som flaten 14 er i kontakt med. Kaviteten 28 er innrettet for å motta RF-antenne 18, som vil bli videre beskrevet nedenfor. Imidlertid kan man allerede klart se at antennen 18 er anbrakt utenfor metallegemet 27 til apparatet, og er automatisk av-skjermet fra elektromagnetisk kommunikasjon med områder av borehullet som ligger bak legemet 27, eller områder av andre formasjoner i retninger som avskjæres av legemet 27. Antennen 18 reagerer således bare på magnetiske felter som har sin opprinnelse foran veggkontakt- flaten 14, for eksempel felter som har sin opprinnelse i formasjonen 12 eller i slamkaken eller i slammet som er i kontakt med flaten 14 i nærheten av antennen The metal body 27 has on the front surface 14 a semi-cylindrical designed cavity or slot 28 which faces formations with which the surface 14 is in contact. The cavity 28 is arranged to receive the RF antenna 18, which will be further described below. However, one can already clearly see that the antenna 18 is placed outside the metal body 27 of the device, and is automatically shielded from electromagnetic communication with areas of the borehole that lie behind the body 27, or areas of other formations in directions cut off by the body 27. 18 thus only responds to magnetic fields that originate in front of the wall contact surface 14, for example fields that originate in the formation 12 or in the mud cake or in the mud that is in contact with the surface 14 in the vicinity of the antenna
18. Ved å utnytte den relative geometriske posisjonering av antennen og metallegemet 27, er det mulig å minimalisere uønskede signalbidrag som ellers ville være vanskelige å eliminere ved hjelp av andre forholdsregler. I den foretrukne utførelsesform er legemet 27 laget av tynne plater av en metallegering som er stivt festet til en intern 18. By utilizing the relative geometric positioning of the antenna and the metal body 27, it is possible to minimize unwanted signal contributions that would otherwise be difficult to eliminate by means of other precautions. In the preferred embodiment, the body 27 is made of thin plates of a metal alloy rigidly attached to an internal
metallavstivning, som omgir de fleste komponentene i apparatet bortsett fra antennen 18, omfattende kretsen, magnetgruppen 17 og det hydrauliske systemet til armen 15. Det er også mulig å konstruere legemet 27 av andre materialkombinasjoner slik som metal bracing, which surrounds most of the components of the apparatus apart from the antenna 18, including the circuit, the magnet group 17 and the hydraulic system of the arm 15. It is also possible to construct the body 27 from other material combinations such as
kompositt-harpikser, stål o.s.v, så lenge den totale struktur er tilstrekkelig sterk og magnetfeltet til magnetgruppen 17 kan trenge gjennom og inn i den tilstøtende formasjonen 12. composite resins, steel, etc., as long as the overall structure is sufficiently strong and the magnetic field of the magnet group 17 can penetrate and enter the adjacent formation 12.
Antennen 18 blir brukt både som RF-sender for å frembringe et polariserende magnetfelt i formasjonen 12, og som mottakerantenne for å detektere koherente magnetiske signaler som stammer fra presesserende protoner umiddelbart etter at polariseringsfeltet er avsluttet. Antennen 18 bør være konstruert av en eller flere strømførende sløyfer som er meget effektive for generering av magnetfelter i formasjonen. Den er fortrinnsvis laget av en strømsløyfe som frembringer et oscillerende felt B1inne i undersøkelses-volumet, som er perpendikulært til B0. Andre strømsløyfe-orienteringer kan være brukbare i andre utførelsesformer av oppfinnelsen som har et statisk felt B0forskjellig fra det for den foretrukne magnetgruppe 17. The antenna 18 is used both as an RF transmitter to produce a polarizing magnetic field in the formation 12, and as a receiver antenna to detect coherent magnetic signals originating from precessing protons immediately after the polarization field has ended. The antenna 18 should be constructed of one or more current-carrying loops which are very effective for generating magnetic fields in the formation. It is preferably made of a current loop which produces an oscillating field B1 inside the examination volume, which is perpendicular to B0. Other current loop orientations may be usable in other embodiments of the invention that have a static field B0 different from that of the preferred magnet array 17.
Antennen 18 er festet til legemet 27 og innpasset i slissen 28. Dens effektivitet kan ideelt maksimaliseres når strømtettheten inne i slissen 28 gjøres uniform. I praksis er optimal antenne-effektivitet vanskelig å oppnå på grunn av forskjellige elektromagnetiske parasitt-effekter som "skinn-effekten", de gjensidig induktive virkninger mellom distinkte strømsløyfer og elektriske effekter inne i enkelte ledere. Den foretrukne antennen 18 ifølge oppfinnelsen omfatter en enkelt strømsløyfe, i form av et trau eller en sliss, som vist på figur 9. The antenna 18 is attached to the body 27 and fitted into the slot 28. Its efficiency can ideally be maximized when the current density inside the slot 28 is made uniform. In practice, optimal antenna efficiency is difficult to achieve due to various electromagnetic parasitic effects such as the "skin effect", the mutually inductive effects between distinct current loops and electrical effects inside individual conductors. The preferred antenna 18 according to the invention comprises a single current loop, in the form of a trough or a slot, as shown in Figure 9.
Det vises til figur 9 hvor antennen 18 omfatter et godt ledende halvsylindrisk hulrom eller trau 29, endeplater 30, 31 og antenne-element 32 som strekker seg fra en endeplate 30 til den andre endeplate 31, parallelt med og sentrert i det halvsylindriske trau 29. Trauet 29, endeplatene 30, 31 og antenne-elementet 32 er alle fortrinnsvis laget av tykt kopper som har ekstremt lav elektrisk motstand. Antenne-elementet 32 er isolert fra endeplaten 3 0 ved hjelp av en ikke-ledende bøssing 33 og er koplet til en elektrisk montering 34 på den andre siden av endeplaten 30. Antenne-elementet 32 er ved sin andre ende festet til den andre endeplaten 31 slik at strøm passerer fritt mellom trauet 29 og antenne-elementet 32 via endeplaten 31. Den elektriske montering 34 er vist skjematisk på figur 9 som om den er forbundet til kretsen som omfatter en forsterker 35 og en detektor 36. Alle forbindelser i antennen 18 er slagloddet eller sølvloddet for å sikre tilstrekkelig Reference is made to Figure 9 where the antenna 18 comprises a well-conducting semi-cylindrical cavity or trough 29, end plates 30, 31 and antenna element 32 which extends from one end plate 30 to the other end plate 31, parallel to and centered in the semi-cylindrical trough 29. The trough 29, the end plates 30, 31 and the antenna element 32 are all preferably made of thick copper which has extremely low electrical resistance. The antenna element 32 is isolated from the end plate 30 by means of a non-conductive bushing 33 and is connected to an electrical assembly 34 on the other side of the end plate 30. The antenna element 32 is attached at its other end to the other end plate 31 so that current passes freely between the trough 29 and the antenna element 32 via the end plate 31. The electrical assembly 34 is shown schematically in figure 9 as if it is connected to the circuit comprising an amplifier 35 and a detector 36. All connections in the antenna 18 are the solder or the silver solder to ensure sufficient
lave motstandstap.low resistance losses.
RF-antennen kan være drevet av forsterkeren 35 under spesifiserte tidsperioder, under hvilke den tjener som en RF-senderantenne. Til andre spesifiserte tider kan antennen 18 alternativt være elektronisk koplet til detektoren 36, under hvilke tider den tjener som er RF-mottakerantenne. I visse operasjonsmodi kan antennen 18 alternativt benyttes til å funksjonere som sender eller mottaker i meget hurtig rekkefølge. Rommet mellom trauet 29 og antenneelementet 32 er fortrinnsvis fylt med et ikke-ledende materiale 37 som har høy magnetisk permeabilitet. For å øke antennefølsomheten blir det fortrinnsvis benyttet ferritt-materialer. Flere avstemningskondensatorer 3 8 er koplet mellom sokkelen til antenneelementet 32 og trauet 29, idet kapasitansene er valgt for å tilveiebringe en LC-krets, der resonansfrekvensen er Larmor-frekvensen The RF antenna may be powered by the amplifier 35 for specified periods of time, during which it serves as an RF transmitter antenna. At other specified times, the antenna 18 can alternatively be electronically connected to the detector 36, during which times it serves as the RF receiving antenna. In certain operating modes, the antenna 18 can alternatively be used to function as a transmitter or receiver in very rapid succession. The space between the trough 29 and the antenna element 32 is preferably filled with a non-conductive material 37 which has a high magnetic permeability. In order to increase antenna sensitivity, ferrite materials are preferably used. Several tuning capacitors 3 8 are connected between the base of the antenna element 32 and the trough 29, the capacitances being chosen to provide an LC circuit, where the resonant frequency is the Larmor frequency
<=>Y<B>0- <=>Y<B>0-
Det vises til figur 10 hvor de relative dimensjoner av antennen 18 skal velges for å maksimalisere antenne-effektiviteten. Radius R av sliss-elementet bør være så stor som praktisk mulig, og avstanden R-r bør maksimaliseres under den forutsetning at r ikke må være så liten at antennens impedans økes for meget. Det har vist seg at for en tolv tommers (30,5 cm) trauantenne uten ferritt-fylling, frembringer R=0,75tommer (1,9 cm) i r=0,2 tommer (0,5 cm) optimal effektivitet. En ferritt-fylt trauantenne med dimensjoner R=0,75 tommer (1,9 cm) og R=0,3 tommer (0,76 cm) har vist seg å være optimal. Lengden L av antennen kan være den samme som lengden av magnetgruppen 17, som er tolv tommer (30,5 cm) i den foretrukne utførelsesform, men antennen 18 har fortrinnsvis omtrent den samme lengde som det resonansområdet som frembringes av magnetgruppen 17 i formasjonen, som er Reference is made to Figure 10 where the relative dimensions of the antenna 18 are to be selected to maximize the antenna efficiency. The radius R of the slit element should be as large as practically possible, and the distance R-r should be maximized under the condition that r must not be so small that the antenna's impedance is increased too much. It has been found that for a twelve inch (30.5 cm) trough antenna without ferrite fill, R=0.75 inch (1.9 cm) in r=0.2 inch (0.5 cm) produces optimum efficiency. A ferrite-filled trough antenna with dimensions R=0.75 inches (1.9 cm) and R=0.3 inches (0.76 cm) has been found to be optimal. The length L of the antenna may be the same as the length of the magnet array 17, which is twelve inches (30.5 cm) in the preferred embodiment, but preferably the antenna 18 is approximately the same length as the resonant region produced by the magnet array 17 in the formation, which is
omkring 4 til 8 tommer (10,2 til 20,3 cm) langt.about 4 to 8 inches (10.2 to 20.3 cm) long.
Feltet B±som frembringes av antennen 18, er et oscillerende magnetfelt med en frekvens f lik resonansfrekvensen til hydrogenkjerner i det sensitive volum av formasjonen hvor det statiske felt er omkring 232 gauss. Derfor er f = (yB0) / 2ir = 1,0 MHz. Styrken av Bxhar direkte innflytelse på båndbredden av presesserende kjerner som bringes i resonans ved hjelp av B1i samsvar med båndbredde-formelen: The field B± produced by the antenna 18 is an oscillating magnetic field with a frequency f equal to the resonance frequency of hydrogen nuclei in the sensitive volume of the formation where the static field is around 232 gauss. Therefore, f = (yB0) / 2ir = 1.0 MHz. The strength of Bx has a direct influence on the bandwidth of precessing nuclei brought into resonance by means of B1i according to the bandwidth formula:
Siden det statiske feltet B0er omkring 232 gauss i den foretrukne utførelsesform og den antennegenererte feltstyrken Bxved en tomme er 3 gauss, er den resulterende båndbredde av B0inne i det ønskede volum også 3 gauss. Since the static field B0 is about 232 gauss in the preferred embodiment and the antenna generated field strength Bx at one inch is 3 gauss, the resulting bandwidth of B0 inside the desired volume is also 3 gauss.
Styrken av Bx-feltet i det følsomme volum påvirker også S/N-f orholdet (ligning 12) i samsvar med uttrykket B1/P11//2, hvor B-l er perpendikulær til det statiske B0-feltet. Figur 13 viser en kurve over størrelsen av B^P<1/2>foran en 12 tommers trauantenne, hvor Pxer den effekt som tilføres en 50 ohms impedans-tilpasningskrets for antennen 18 og Bxer den sirkulær-polariserte komponent av det utstrålte felt. Man ser at feltstyrken er ganske konstant lik en tomme for en langsgående avstand på omkring 8 tommer. The strength of the Bx field in the sensitive volume also affects the S/N ratio (equation 12) in accordance with the expression B1/P11//2, where B-1 is perpendicular to the static B0 field. Figure 13 shows a plot of the magnitude of B^P<1/2> in front of a 12 inch trough antenna, where Px is the power supplied to a 50 ohm impedance matching circuit for the antenna 18 and Bx is the circularly polarized component of the radiated field. It is seen that the field strength is fairly constant equal to one inch for a longitudinal distance of about 8 inches.
Det vises nå til figur 3, 10 og 11 hvor antennen 18 er innmontert i slissen 28 og dekket med en sliteplate 3 9 laget av ikke-ledende slitasjebestandig matriale for å beskytte ferrittmaterialet 37 samt antenne elementet 32. I tillegg foretrekkes det å anordne enten under eller inne i sliteplaten 39, en tynn ledende tråd 4 0 som hovedsaklig fyller antenneåpningen. Tråden 4 0 er fortrinnsvis anordnet i en sløyfe med en avstand S mellom trådsegmentene på omkring en halv tomme, selv om denne dimensjonen kan endres hvis man ønsker å ødelegge magnetisk resonans i et lokalt område med større eller mindre tykkelse. En liten likestrøm blir ført gjennom tråden 4 0 ved valgte mellomrom under målesyklusen for å generere lokale, inhomogene magnetfelter B2som strekker seg mot formasjonen 12 over en avstand tilnærmet lik avstanden S mellom trådsegmentene. Innenfor dette området med lokal feltinhomogentitet, blir nukleær magnetisk presesjon avbrutt under en del av måleperioden, og eventuelle resonanstilstander som ellers skapes av skjæringen mellom B0og blir endret i vesentlig grad. Tråden 4 0 utgjør en form for en foran-staltning for å skape lokaliserte, inhomogene felter, og andre utførelsesformer er klart mulige. For eksempel kan det benyttes flere tråder, spoler eller ledende gittere. Reference is now made to figures 3, 10 and 11 where the antenna 18 is fitted in the slot 28 and covered with a wear plate 39 made of non-conductive wear-resistant material to protect the ferrite material 37 and the antenna element 32. In addition, it is preferred to arrange either under or inside the wear plate 39, a thin conductive wire 40 which mainly fills the antenna opening. The wire 40 is preferably arranged in a loop with a distance S between the wire segments of about half an inch, although this dimension can be changed if it is desired to destroy magnetic resonance in a local area of greater or lesser thickness. A small direct current is passed through the wire 40 at selected intervals during the measurement cycle to generate local, inhomogeneous magnetic fields B2 which extend towards the formation 12 over a distance approximately equal to the distance S between the wire segments. Within this area of local field inhomogeneity, nuclear magnetic precession is interrupted during part of the measurement period, and any resonance states that are otherwise created by the intersection between B0 and are changed to a significant extent. The wire 40 constitutes one form of an arrangement for creating localized, inhomogeneous fields, and other embodiments are clearly possible. For example, several wires, coils or conductive grids can be used.
Ødeleggelse av resonansfelt-tilstandene i slamkakeområdene er særlig fordelaktig for den foretrukne utførelsesform som er vist på figur 1-8 fordi en typisk slamkake inneholder en høy konsentrasjon av hydorgenkjerner som kan resonnere sterkt med en påtrykt RF-puls fra antennen 18. Slamkaken som ligger ved siden av antennen 18 blir utsatt for et sterkere RF-felt B1enn endog undersøkelsesvolumet 9 i formasjonen 12, og kan derfor bli sterkt polarisert av Bx. Videre finnes det punkter med høy gradient innenfor en halv tomme av flaten 14 hvor B0-feltstyrken er lik Destruction of the resonant field states in the mud cake regions is particularly advantageous for the preferred embodiment shown in Figures 1-8 because a typical mud cake contains a high concentration of hydrogen nuclei which can resonate strongly with an impressed RF pulse from the antenna 18. The mud cake located at the side of the antenna 18 is exposed to a stronger RF field B1 than even the examination volume 9 in the formation 12, and can therefore be strongly polarized by Bx. Furthermore, there are points of high gradient within half an inch of the surface 14 where the B0 field strength is equal
resonansfrekvensen på 232 gauss, som vist på figur 6-7. Ved å påtrykke det inhomogene feltet B2 innenfor slamkakeområdet og ødelegge resonans-betingelsene der, kan eventuelle uønskede NMR-bidrag fra slamkaken elimineres. the resonance frequency of 232 gauss, as shown in figure 6-7. By applying pressure to the inhomogeneous field B2 within the sludge cake area and destroying the resonance conditions there, any unwanted NMR contributions from the sludge cake can be eliminated.
Tråden 4 0 frembringer et magnetfelt B2som har en høy rommessig gradient dB2/dx, og kan alternativt brukes til å frembringe feltgradient-type NMR-målinger inne i formasjonen 12. I dette tilfellet ville det være ønskelig å innrette de relevante dimensjoner av tråden 4 0 slik at området for målt NMR-resonans overlapper med gradientfeltet B2. The wire 40 produces a magnetic field B2 which has a high spatial gradient dB2/dx, and can alternatively be used to produce field gradient-type NMR measurements inside the formation 12. In this case, it would be desirable to align the relevant dimensions of the wire 40 so that the area of measured NMR resonance overlaps with the gradient field B2.
Det sees at apparatet 12 som beskrevet måler i en enkelt retning med fortrinnsvis retting eller "fokusering" både det statiske feltet B0og det oscillerende feltet B±, for å skape det spesielle undersøkelsesvolumet 9. Ved å påføre et ytterligere lokalisert felt B2ved områder mellom volumet 9 og apparat-flaten 14 som ødelegger resonans i dette, ekskluderer målingen effektivt signaler som stammer innenfra slamkakeområdet av borehullet. Siden måleområdet It is seen that the apparatus 12 as described measures in a single direction with preferably straightening or "focusing" both the static field B0 and the oscillating field B±, to create the particular examination volume 9. By applying a further localized field B2 at areas between the volume 9 and the instrument face 14 which destroys resonance therein, the measurement effectively excludes signals originating from within the mud cake region of the borehole. Since the measuring range
(følsomhetsavstanden) til apparatet 13 videre er ganske (sensitivity distance) to the device 13 further is quite
begrenset, er det mulig å inneslutte apparatet innenfor en rimelig dimensjonert kalibrerings-celle under testing eller kalibrering av apparatet for å ekskludere magnetiske effekter fra omgivelsene. Følgelig blir den effektive bruk av apparatet 13 til lukking av oljebrønner lettet. limited, it is possible to enclose the apparatus within a reasonably sized calibration cell during testing or calibrating the apparatus to exclude magnetic effects from the environment. Consequently, the efficient use of the apparatus 13 for closing oil wells is facilitated.
Den nødvendige elektronikk for apparatet 13 kan være montert i legemet 27 eller i en separat modul eller sonde. Den foretrukne kretsen som er vist skjematisk på figur 12, arbeider i tre modi: sending, dempning og mottagning. The necessary electronics for the device 13 can be mounted in the body 27 or in a separate module or probe. The preferred circuit shown schematically in Figure 12 operates in three modes: transmit, attenuate, and receive.
I sendermodusen må kretsen 41 generere en stor effekt på omkring 1 kilowatt ved en frekvens i størrelsesorden 1 MHz over en kort, nøyaktig målt periode, slå av denne strømmen meget hurtig, innenfor omkring 10 mikrosekunder, og så isolere eventuelle signaler eller støy fra effekt-kretsene fra kopling med andre deteksjonskretser inne i apparatet 13. In the transmitter mode, the circuit 41 must generate a large power of about 1 kilowatt at a frequency of the order of 1 MHz over a short, precisely measured period, turn off this current very quickly, within about 10 microseconds, and then isolate any signals or noise from power- the circuits from coupling with other detection circuits inside the device 13.
Det vises til figur 12 hvor senderkretsen omfatter en 2 0 MHz oscillator og en syntetisator 43 som generer et sinusformet signal med frekvens 2 0 MHz pluss f, hvor f er den ønskede arbeidsfrekvensen til apparatet. Begge oscillatorene er forbundet med en klokke 44 og holdes i synkronisering til alle tider. Utgangen fra oscillatoren 42 blir matet til en fasedreier 45 som styres av en tidsgenerator 46. Fasedreieren 45 kan frembringe dreininger på 0, 90, 180 og 270°, som ønsket av operatøren av apparatet, og i samsvar med behovene for forskjellige målemetoder, slik som Meiboom-Gi11-sekvensen. Det fasedreide signalet passerer gjennom en port 47, og blir så kombinert med 20 MHz + f signalet fra syntetisatoren 43 i en blander 48. Det kombinerte signalet blir matet gjennom et lavpassfilter 49 som tillater bare signalet med frekvens f å passere. Selv om blanderen 48 også har andre frekvenskomponenter ved sin utgang, blir disse komponentene med høyere frekvens filtrert ut. Det ønskede arbeidssignalet med frekvens f kan slås på og av til enhver tid ved passende styring av porten 4 7 ved hjelp av tidsgeneratoren 46. Tidsgeneratoren 46 holdes i nøyaktig synkronisering med klokken ved hjelp av en 4 0 MHz syntetisator. Videre kan oscillatorene 42, 43 som har meget høyere frekvenser, være i drift til enhver tid uten risiko for at de vil påvirke deteksjonskretsene som arbeider ved frekvens f på ugunstig måte. Reference is made to Figure 12 where the transmitter circuit comprises a 20 MHz oscillator and a synthesizer 43 which generates a sinusoidal signal with a frequency of 20 MHz plus f, where f is the desired operating frequency of the device. Both oscillators are connected to a clock 44 and kept in synchronization at all times. The output from the oscillator 42 is fed to a phase turner 45 which is controlled by a time generator 46. The phase turner 45 can produce turns of 0, 90, 180 and 270°, as desired by the operator of the apparatus, and in accordance with the needs of different measurement methods, such as The Meiboom-Gi11 sequence. The phase-shifted signal passes through a gate 47, and is then combined with the 20 MHz + f signal from the synthesizer 43 in a mixer 48. The combined signal is fed through a low-pass filter 49 which allows only the signal with frequency f to pass. Although the mixer 48 also has other frequency components at its output, these higher frequency components are filtered out. The desired operating signal of frequency f can be switched on and off at any time by suitable control of gate 47 by means of timing generator 46. Timing generator 46 is kept in precise synchronization with the clock by means of a 40 MHz synthesizer. Furthermore, the oscillators 42, 43, which have much higher frequencies, can be in operation at all times without the risk that they will adversely affect the detection circuits operating at frequency f.
f-signalet som inneholder informasjon om den dreide fasen, blir ført til amplitudemodulatoren 50 som regulerer amplituden for å endre signalet til en ønsket pulsform. Både modulatoren 50 og porten 4 0 samt andre komponenter i kretsen 41, blir styrt ved hjelp av tidsgeneratoren 46 som igjen styres av en datamaskin 52. The f-signal containing information about the rotated phase is fed to the amplitude modulator 50 which regulates the amplitude to change the signal to a desired pulse shape. Both the modulator 50 and the gate 40 as well as other components in the circuit 41 are controlled by means of the time generator 46 which in turn is controlled by a computer 52.
Det vises igjen til figur 14-15 hvor en typisk puls frembrakt av modulatoren 50 og porten 4 0 har et første kort tidsintervall t(l) hvor amplituden er blitt øket ved hjelp av modulatoren 50, og et annet kort tidsintervall t(2) under hvilket amplituden ikke er øket, og et tredje kort tidsintervall t(3) under hvilket amplituden blir øket og fasen til signalet blir reversert. Den tredje perioden med fasereversering er ikke nødvendig når den formede pulsen allerede er tilstrekkelig dempet ved hjelp av Q-svitsjen som beskrives nedenfor. Den økte amplituden under t(l) hjelper til å minske den tid det tar å ringe opp RF-antennen 18, mens det reverserte fasesignalet under t(3) bidrar til å fjerne ringingen i antennen 18 ved slutten av pulsen. Den resulterende pulsen med magnetfeltet Bl som stråles inn i formasjonen 12, ligner derfor mer på en firkantpuls. Reference is again made to figures 14-15 where a typical pulse produced by the modulator 50 and the gate 40 has a first short time interval t(l) where the amplitude has been increased by means of the modulator 50, and a second short time interval t(2) during during which the amplitude is not increased, and a third short time interval t(3) during which the amplitude is increased and the phase of the signal is reversed. The third period of phase reversal is not necessary when the shaped pulse is already sufficiently attenuated by means of the Q switch described below. The increased amplitude during t(l) helps to reduce the time it takes to ring the RF antenna 18, while the reversed phase signal during t(3) helps to remove the ringing in the antenna 18 at the end of the pulse. The resulting pulse with the magnetic field B1 that is radiated into the formation 12 is therefore more like a square pulse.
Pulssignalet fra amplitudemodulatoren 15 blir forsterket ved hjelp av en effektforsterker 35 som er i stand til å mate ut omkring 1,2 kilowatt uten å forvrenge signalformen. Signalet passerer så gjennom en forlengelseskrets 53 som forhindrer lavnivå-støy i størrelsesorden 10 volt eller mindre fra å lekke ut fra forsterkeren 35 når den ikke er aktivert, under mottakningsmodusen. De forsterkede pulsene blir så matet til RF-antennen 18 som utstråler en magnetfelt-puls Bxfor å frembringe nukleære spinn i formasjonen. Mellom senderpulsene mottar RF-antennen 18 oscillerende magnetiske signaler fra kjernespinn-presesjon. The pulse signal from the amplitude modulator 15 is amplified by means of a power amplifier 35 which is able to output about 1.2 kilowatts without distorting the signal shape. The signal then passes through an extension circuit 53 which prevents low level noise on the order of 10 volts or less from leaking out of the amplifier 35 when it is not activated, during the receive mode. The amplified pulses are then fed to the RF antenna 18 which radiates a magnetic field pulse Bx to produce nuclear spins in the formation. Between the transmitter pulses, the RF antenna receives 18 oscillating magnetic signals from nuclear spin precession.
Som tidligere nevnt er mottakersystemet med RF-sonden og tilpasningskretsen konstruert for å ha en høy Q for å maksi malisere S/N-forholdet. I et slikt system med høy Q, har antennen en tendens til å ringe eller svinge i en uønsket lang tid, og forårsaker uønsket magnetisk spinnvipping i formasjonen. Hvis antennen tillates å ringe ukontrollert, kan båndbredden til den utsettende magnetfelt-pulsen reduseres betydelig. For å minimalisere problemer med antenneringingen, er en Q-svitsj 54 koplet til linjen mellom forlengelseskretsen 53 og antennen 18 som en foretrukket anordning for å dempe antenneringing meget hurtig ved slutten av en utsendt puls. Q-svitsjen 54 lukker en krets ved passende tidspunkt, noe som endrer impedansen til RF-sondesystemet (innbefattet RF-antennen 18), slik at systemet blir kritisk dempet og ringingsenergien hurtig spres. As previously mentioned, the receiver system with the RF probe and matching circuit is designed to have a high Q to maximize the S/N ratio. In such a high Q system, the antenna tends to ring or oscillate for an undesirably long time, causing undesired magnetic spin tilting in the formation. If the antenna is allowed to ring uncontrolled, the bandwidth of the delaying magnetic field pulse can be significantly reduced. In order to minimize antenna ringing problems, a Q-switch 54 is connected to the line between the extension circuit 53 and the antenna 18 as a preferred device to suppress antenna ringing very quickly at the end of a transmitted pulse. The Q-switch 54 closes a circuit at the appropriate time, which changes the impedance of the RF probe system (including the RF antenna 18), so that the system is critically attenuated and the ringing energy is rapidly dissipated.
Under mottaknings-modusen blir Q-svitsjen 54 slått av, og signaler fra preseserende kjerner blir mottatt av RF-antennen 18 og ført gjennom en duplekser 55 til en mottakerforsterker 56. Duplekseren 55 beskytter mottakerforsterkeren 56 fra høyeffekt-pulsene som passerer fra forlengelseskretsen 53 til RF-antennen 18 under sending og demping. Under mottakermodusen er duplekseren 55 effektivt bare en 50 ohms kabel som forbinder antennen 18 med mottakerforsterkeren 56. Det detekterte og forsterkede signalet blir så ført til en dobbelfase-følsom detektor 57 som også mottar et referansesignal som styrer følsomhetsfrekvensen til detektoren 57. During the receive mode, the Q-switch 54 is turned off, and signals from precessing cores are received by the RF antenna 18 and passed through a duplexer 55 to a receiver amplifier 56. The duplexer 55 protects the receiver amplifier 56 from the high-power pulses passing from the extension circuit 53 to The RF antenna 18 during transmission and attenuation. During the receiver mode, the duplexer 55 is effectively just a 50 ohm cable connecting the antenna 18 to the receiver amplifier 56. The detected and amplified signal is then fed to a dual-phase sensitive detector 57 which also receives a reference signal which controls the sensitivity frequency of the detector 57.
Referansesignalet som også har frekvens f, genereres ved å kombinere 2 0 MHz og 2 0 MHz + f utgangene fra oscillatoren 42 og syntetisatoren 43 i en annen blander 58, og trekker ut lavfrekvens-komponenten f via et lavpassfilter 59. Utgangen fra lavpassfilter 59 som er en sinusbølge-form med frekvens f, brukes som referansesignal både for detektoren 57 og en pulsgenerator 60. Pulsgeneratoren generer en passende pulsform som en reaksjon på styre-og trigger-signaler fra datamaskinen 52, og utløser tidsgeneratoren 46. The reference signal, which also has frequency f, is generated by combining the 20 MHz and 20 MHz + f outputs from the oscillator 42 and the synthesizer 43 in another mixer 58, and extracts the low-frequency component f via a low-pass filter 59. The output from low-pass filter 59 which is a sine wave form with frequency f, is used as a reference signal both for the detector 57 and a pulse generator 60. The pulse generator generates a suitable pulse form as a reaction to control and trigger signals from the computer 52, and triggers the time generator 46.
Detektoren 57 tilveiebringer som reaksjon på referansesignalet og formasjons-NMR-signalet fra mottagerforsterkeren 56, et målt NMR-resonanssignal med frekvens f fra det ønskede undersøkelses-volumet, og fører det til en digitaliseringskrets 82. Det digitaliserte- signalet blir så ført videre til datamaskinen 52 for behandling og/eller formatering etter operatørens ønske. The detector 57 provides, in response to the reference signal and the formation NMR signal from the receiver amplifier 56, a measured NMR resonance signal with frequency f from the desired examination volume, and leads it to a digitizing circuit 82. The digitized signal is then passed on to the computer 52 for processing and/or formatting according to the operator's wishes.
Det vises til figur 16 hvor Q-svitsjen 54 omfatter to symmetriske kretser 61 og 62, vist henholdsvis ved toppen og bunnen av figuren. Formålet med Q-svitsjen 54 er å innføre et resistivt element i antennekretsen i parallell med kondensatorene 3 8 (se figur 9), for å dempe kretsen kritisk i samsvar med formelle Rc= 1/2 (L/C)1/2. Når for eksempelL=1,1X10"<7>H, C=2,3X10"<7>F og ved en arbeidsfrekvens på 1 MHz, er den nødvendige ytterligere resistans for kritisk å dempe antennen 18, Rc=0,3 6 ohm. Reference is made to Figure 16 where the Q-switch 54 comprises two symmetrical circuits 61 and 62, shown respectively at the top and bottom of the figure. The purpose of the Q-switch 54 is to introduce a resistive element in the antenna circuit in parallel with the capacitors 3 8 (see figure 9), to attenuate the circuit critically in accordance with formal Rc= 1/2 (L/C) 1/2. For example, when L=1.1X10"<7>H, C=2.3X10"<7>F and at an operating frequency of 1 MHz, the additional resistance required to critically attenuate the antenna 18, Rc=0.3 6 ohms .
Q-svitsjen 54 benytter to felteffekt-transistorer (FET) 63, 64 som er koblet rygg mot rygg, for å tilveiebringe tilnærmet motstanden på 0,36 ohm, når de er lukket. To felteffekttransistorer er nødvendig siden hver er effektiv når det gjelder å tilveiebringe en motstand mot en høy spenning av bare en polaritet, noe som skyldes en effektiv intern diode 67, og ringingen til antennen 18 er en bipolar oscillerende spenning. Hvis den resistive verdien som er nødvendig for kritisk å dempe en antenne 18, er større enn resistansen til felteffekttransistorene 63, 64, kan ytterligere resistive elementer innsettes i serie. Q-switch 54 uses two field-effect transistors (FETs) 63, 64 connected back-to-back to provide approximately 0.36 ohm resistance when closed. Two field effect transistors are required since each is effective in providing a resistance to a high voltage of only one polarity, which is due to an effective internal diode 67, and the ringing of the antenna 18 is a bipolar oscillating voltage. If the resistive value required to critically attenuate an antenna 18 is greater than the resistance of the field effect transistors 63, 64, further resistive elements can be inserted in series.
Når felteffekttransistorene 63, 65 er åpne, er kretsen en åpen krets og har ingen virkning på antennekretsen. Således er Q-svitsjen åpen under sendermodusen og under mottakermodusen til kretsen (figur 12), og lukket under dempningsmodusen som er vist på figur14-15 som tidsperioden t (3) . When the field effect transistors 63, 65 are open, the circuit is an open circuit and has no effect on the antenna circuit. Thus, the Q switch is open during the transmitter mode and during the receiver mode of the circuit (Figure 12), and closed during the attenuation mode shown in Figure 14-15 as the time period t (3).
Den gjenværende kretsen på figur16 omfatter anordninger for å portstyre felteffekttransistorene 63, 64 på og av med minimal innføring av støy i antennekretsen. Siden kretsene 61, 62 er hovedsaklig identiske, vil bare en av dem bli beskrevet nedenfor. The remaining circuit in Figure 16 comprises devices for gate-controlling the field-effect transistors 63, 64 on and off with minimal introduction of noise into the antenna circuit. Since the circuits 61, 62 are essentially identical, only one of them will be described below.
I sendermodusen, under RF-pulsen, blir en 20 nF kondensator 65 og kollektoren på en transistor 66 i et mellomliggende trinn ladet gjennom den linjen som omfatter dioder 67, motstand 68 (51 ohm) og dioden 69, hvor dioden 67 er en del av felteffekttransistoren 64 i den nedre symmetriske kretsen 62. Basisen til transistoren 66 er koblet til en optisk kobler 70 som styres av et signal på linje 71 fra tidsgeneratoren 46. Den optiske kobleren 70 blir fortrinnsvis brukt sammen med NMR-loggapparatet fordi den sikrer isolering mellom svitsje-signalene og antennens høyspenning. In the transmit mode, during the RF pulse, a 20 nF capacitor 65 and the collector of a transistor 66 in an intermediate stage are charged through the line comprising diodes 67, resistor 68 (51 ohms) and diode 69, diode 67 being part of the field effect transistor 64 in the lower symmetrical circuit 62. The base of the transistor 66 is connected to an optical coupler 70 which is controlled by a signal on line 71 from the timing generator 46. The optical coupler 70 is preferably used together with the NMR logging apparatus because it ensures isolation between switching - the signals and the antenna's high voltage.
Emitteren til transistoren 66 i det mellomliggende trinnet er koblet via dioden 77 til portelektroden 72 på felteffekttransistoren 63. Portelektroden 72 er også koblet til en 1 k motstand 73 og en 8,2 nF kondensator 74 som igjen er koblet til kildeelektrode-linjen, for å danne et høypassfilter i en RC kombinasjon mellom portelektroden 72 og kildeelektrode-linjen 75. Dette RC-filteret sikrer at spenningen fra kildeelektroden til portelektroden aldri når for store nivåer under utsendelsen av en RF-puls, og tilveiebringer også en tidskonstant for selv-avslåing. En zenerdiode 76 er koblet i parallell med kondensatoren 65 på 20 nF for å forhindre for store spenninger fra å skade den optiske kobleren 70. The emitter of the transistor 66 in the intermediate stage is connected via the diode 77 to the gate electrode 72 of the field effect transistor 63. The gate electrode 72 is also connected to a 1 k resistor 73 and an 8.2 nF capacitor 74 which in turn is connected to the source electrode line, to form a high-pass filter in an RC combination between the gate electrode 72 and the source electrode line 75. This RC filter ensures that the voltage from the source electrode to the gate electrode never reaches excessive levels during the emission of an RF pulse, and also provides a time constant for self-turn-off. A zener diode 76 is connected in parallel with the 20 nF capacitor 65 to prevent excessive voltages from damaging the optical coupler 70.
Under dempningsmodusen blir et signal fra tidsgeneratoren 46 ført via linje 71 for å aktivere den optiske kobleren 70 og lade basiselektroden til den mellomliggende transistoren 66. Transistoren 66 blir slått på, noe som får en spenning til å blir påtrykt portelektroden 72 for å gjøre felteffektransistoren 63 ledende, og tilveiebringe demping av antennekretsen. During the damping mode, a signal from the timing generator 46 is passed via line 71 to activate the optical coupler 70 and charge the base electrode of the intermediate transistor 66. The transistor 66 is turned on, causing a voltage to be applied to the gate electrode 72 to make the field effect transistor 63 conducting, and providing attenuation of the antenna circuit.
Under drift av apparatet 13 innfører operatøren informasjon i datamaskinen 52 vedrørende den type målesekvens som skal utføres. Datamaskinen 52 innstiller så sekvensen av elektroniske trinn som er nødvendig for at utstyret skal realisere målesekvensen. Datamaskinen 52 styrer tidsgeneratoren 46 som igjen sender styresignaler til de forskjellige komponenter i kretsen 41 for å styre polariseringspuls-høyden, lengden, frekvensen, relative faser mellom påfølgende pulser, mottagningmodus-periode og frekvens, During operation of the apparatus 13, the operator enters information into the computer 52 regarding the type of measurement sequence to be performed. The computer 52 then sets the sequence of electronic steps necessary for the equipment to realize the measurement sequence. The computer 52 controls the time generator 46 which in turn sends control signals to the various components in the circuit 41 to control the polarization pulse height, length, frequency, relative phases between successive pulses, reception mode period and frequency,
og tidsstyringen til det hele.and the time management of it all.
Fordi antennen 18 med høy Q hurtig kan dempes etter utsendelse av en en kilowatt RF-puls, er apparatet 13 i stand til å bringe en målformasjon 12 i resonans med mange påfølgende pulser på kort tid. Dødtiden mellom en utsendt puls og begynnelsen av mottagningsmodusen, omkring 25 mikrosekunder, er omkring 1000 ganger kortere enn dødtiden for det tidligere kommersielt tilgjengelige loggeapparatet. Ved å bruke toppeffekt på 10 0 watt, kan pulsen ha en varighet på omkring 4 0 mikrosekunder, og det er mulig å ha så mange som 1000 pulser innenfor en målesyklus som varer i ett sekund. Because the high Q antenna 18 can be quickly attenuated after sending a one kilowatt RF pulse, the apparatus 13 is able to bring a target formation 12 into resonance with many successive pulses in a short time. The dead time between a transmitted pulse and the beginning of the receive mode, about 25 microseconds, is about 1000 times shorter than the dead time of the previously commercially available logger. Using peak power of 100 watts, the pulse can have a duration of about 40 microseconds, and it is possible to have as many as 1000 pulses within a measurement cycle lasting one second.
I tillegg til de NMR-målingene som tidligere er kjent utført ved hjelp av det eksisterende kommersielle loggeapparatet som er diskutert i de tidligere angitte referanser, kan en Carr-Purcell-måling også foretas for å måle den transversale relaksasjonstid T2. Denne sekvensen er også vanlig kjent som en 180° - 90°-sekvens, hvor vinklene refererer til den tippegrad som de presiserende protoner gjennomgår under måleprossesen. Andre målesekvenser som kan foretas med foreliggende apparat, innbefatter Meiboom-Gill-sekvensen, som beskrevet i boken av Ferrar og Becker, eller en 90° - t - 90°-sekvens av den type som er beskrevet i G.G.Mc Donald og J.S. Leigh, Jr, "A New Method for Measuring Longitudinal Relaxation" Journal of Magnetic Resonance, Vol.9, sidene 358-362(1973), som måler den longitudinelle relaksasjonstid Tl. Det er tenkt at ytterligere typer NMR-målinger i borehull kan tilveiebringes i samsvar med oppfinnelsen for med fordel å undersøke de magnetiske egenskapene til grunnformasjoner. In addition to the NMR measurements previously known to be performed using the existing commercial logging apparatus discussed in the previously cited references, a Carr-Purcell measurement can also be performed to measure the transverse relaxation time T2. This sequence is also commonly known as a 180° - 90° sequence, where the angles refer to the degree of tipping that the precise protons undergo during the measurement process. Other measurement sequences that can be made with the present apparatus include the Meiboom-Gill sequence, as described in the book by Ferrar and Becker, or a 90° - t - 90° sequence of the type described in G.G. Mc Donald and J.S. Leigh, Jr, "A New Method for Measuring Longitudinal Relaxation" Journal of Magnetic Resonance, Vol.9, pages 358-362(1973), which measures the longitudinal relaxation time Tl. It is contemplated that additional types of downhole NMR measurements may be provided in accordance with the invention to advantageously investigate the magnetic properties of basic formations.
Når apparatet 13 brukes til å tilveiebringe kontinuerlige logger uten å stoppe apparatet for hver måling, kan en alternativ utførelsesform foretrekkes for ytterligere å forbedre S/N-forholdet utover det som allerede er blitt diskutert. Det vises til figur 1 hvor en forpolariserings-magnet 19 er innmontert i apparatet 13 over posisjonen til hovedmagnet-gruppen 13, for magnetisk og polarisere formasjonen 11 før magnetgruppen 17 har nådd nær nok for måling. Feltet til forpolariseringsmagneten 19 bør være maken til feltet fra magnetgruppen 17 med hensyn til orientering, men er fortrinnsvis meget sterkere for å polarisere en meget større mengde kjerner. Ettersom apparatet blir beveget opp igjennom borehullet, kommer magnetgruppen 17 i nærheten av formasjonen 11, og bestråler den med RF-pulser. På grunn av forpolariseringen er imidlertid et større antall kjerner innrettet med feltet B0til magnetgruppen 17 innenfor volumet med hovedsakelig homogent felt, og et tilsvarende større signal blir frembrakt. When the apparatus 13 is used to provide continuous logs without stopping the apparatus for each measurement, an alternative embodiment may be preferred to further improve the S/N ratio beyond what has already been discussed. Reference is made to figure 1 where a pre-polarization magnet 19 is fitted in the apparatus 13 above the position of the main magnet group 13, to magnetize and polarize the formation 11 before the magnet group 17 has reached close enough for measurement. The field of the pre-polarization magnet 19 should be the same as the field from the magnet group 17 with regard to orientation, but is preferably much stronger in order to polarize a much larger number of cores. As the device is moved up through the borehole, the magnet group 17 comes close to the formation 11, and irradiates it with RF pulses. Due to the pre-polarization, however, a larger number of cores are aligned with the field B0 to the magnetic group 17 within the volume of substantially homogeneous field, and a correspondingly larger signal is produced.
Forpolariseringsmagneten er fortrinnsvis en sammenstilling av magneter i en form slik som vist på figur 17, omfattende magneter 90, 91, 92, innrettet med like poler vendende i samme retning for å maksimalisere feltstyrken som frembringes i formasjonen. Det er klart at andre kombinasjoner av magneter kan frembringe et lignende felt, og en enkelt magnet kan benyttes i steden for en sammenstilling som vist. Det vises til figur 18-19 hvor magnetfeltet Bp til forpolariseringsmagneten 19 kan være betydelig mindre homogent enn feltet til magnetgruppen 17 uten ugunstig å påvirke båndvidden eller S/N-forholdet til NMR-målingen, som bare avhenger av det eksisterende statiske felt B0ved tidspunktet for målingen. The biasing magnet is preferably an assembly of magnets in a form as shown in figure 17, comprising magnets 90, 91, 92, arranged with like poles facing in the same direction to maximize the field strength produced in the formation. It is clear that other combinations of magnets can produce a similar field, and a single magnet can be used instead of an assembly as shown. Reference is made to Figures 18-19 where the magnetic field Bp of the pre-polarization magnet 19 can be significantly less homogeneous than the field of the magnet group 17 without adversely affecting the bandwidth or the S/N ratio of the NMR measurement, which only depends on the existing static field B0 at the time of the measurement.
De foretrukne utførelsesformer kan selvsagt modifiseres på mange måter uten å avvike fra rammen for oppfinnelsen, noe som vil være klart for fagfolk på området. For eksempel behøver forpolariseringsmagneten ikke å være konstruert av den form for magneter som er vist på figur 17, men kan være en enkelt magnet eller et annet arrangement. Platemagneter er blitt brukt fordi den slanke profilen har en tendens til å minimalisere demagnetiseringseffekter, og de er forholdsvis lette å sammenstille. Siden de er store og har meget høy energitetthet, er den lettvinte håndteringen og sammen-stillingen av magnetene viktige betraktninger, og den enkle formen som var diskutert her, har vist seg å være fordelaktig ut fra mange synspunkter. Likevel kan andre magnettyper brukes i samsvar med oppfinnelsen. The preferred embodiments can of course be modified in many ways without deviating from the scope of the invention, which will be clear to those skilled in the art. For example, the pre-polarization magnet need not be constructed of the type of magnets shown in figure 17, but may be a single magnet or another arrangement. Plate magnets have been used because the slim profile tends to minimize demagnetization effects, and they are relatively easy to assemble. Since they are large and have very high energy density, the ease of handling and assembly of the magnets are important considerations, and the simple form discussed here has proven to be advantageous from many points of view. Nevertheless, other magnet types can be used in accordance with the invention.
Hvis stasjonære målinger ønskes, er det mulighet for at differensiell fastkiling og andre dynamiske borehullseffekter kan få apparatet 13 til å kile seg fast. Hvis slike If stationary measurements are desired, there is a possibility that differential wedging and other dynamic borehole effects can cause the apparatus 13 to become wedging. If such
stasjonære målinger således skal utføres, blir det foretrukket å tilveiebringe anordninger for å tvinge apparatflaten 14 bort fra borehullsveggen etter fullføringen av en målesyklus ved en bestemt dybde. For eksempel kan to skyvestempler 93, 94 som stationary measurements are thus to be carried out, it is preferred to provide devices for forcing the apparatus surface 14 away from the borehole wall after the completion of a measurement cycle at a certain depth. For example, two push pistons 93, 94 which
er vist på figur 1 med prikkede linjer, aktiveres hydraulisk for å presse apparatet 13 bort fra borehullsveggen etter at armen 15 er blitt trukket litt tilbake. is shown in Figure 1 with dotted lines, is hydraulically activated to push the device 13 away from the borehole wall after the arm 15 has been pulled back a little.
Det foran beskrevne apparatet kan brukes til å foreta målinger av nukleærmagnetisk resonans i formasjoner som omgir et borehull, til å bestemme formasjonskarakteristikker slik som porøsitet, porestørrelse og fluidumstrømmnings-permeabilitet. Forskjellige fremgangsmåter for tolkning av NMR-loggedata som er tidligere kjent på området, kan benyttes med det beskrevne apparatet. The apparatus described above can be used to make nuclear magnetic resonance measurements in formations surrounding a borehole to determine formation characteristics such as porosity, pore size and fluid flow permeability. Various methods for interpreting NMR log data that are previously known in the field can be used with the described apparatus.
Tidligere kjent tolkning av måte NMR-svekningsdata har først vært rettet mot å utlede en grunnformasjons-karakteristikk slik som Tx, og så forbinde den med andre formasjonskarakteristikker slik som permeabilitet k. Den observerte svekningstids- Previously known interpretation of mode NMR attenuation data has first been aimed at deriving a basic formation characteristic such as Tx, and then relating it to other formation characteristics such as permeability k. The observed attenuation time-
konstanten til det tidligere kjente loggeapparatet, T2<*>, kunne ikke forbindes direkte med k fordi T2<*>var avhengig av forskjellige magnetiske vekselvirkninger mellom omgivelsene, borehullene og apparatet som maskerte den virkelige sveknings-tidskonstanten til hydrogenkjernene i formasjonens porefluider. the constant of the previously known logging apparatus, T2<*>, could not be directly related to k because T2<*> was dependent on various magnetic interactions between the environment, the boreholes, and the apparatus which masked the true decay time constant of the hydrogen nuclei in the formation pore fluids.
Det vises til figur 20 hvor FID-bølgeformsignalet 101 representerer et signal målt med det tidligere kjente apparat i enten kontinuerlig modus eller stasjonær modus, og hvor svekningsomhyllingen 102 er oppnådd fra toppverdiene av FID-signalet. Ingen signaler blir mottatt under "dødtiden" på omkring 20-30 millisekunder etter slutten av hver polariseringspuls ved tiden t0. Fire slike Reference is made to Figure 20 where the FID waveform signal 101 represents a signal measured with the previously known apparatus in either continuous mode or stationary mode, and where the attenuation envelope 102 is obtained from the peak values of the FID signal. No signals are received during the "dead time" of about 20-30 milliseconds after the end of each polarization pulse at time t0. Four such
svekningsomhylninger 102 a,b,c og d er vist på figur 21, hvor FID-signalene 101 er målt etter ikke-mettende attenuation envelopes 102 a,b,c and d are shown in Figure 21, where the FID signals 101 are measured after non-saturating
polariseringspulser med varighet henholdsvis tpol(a) , tpolpolarization pulses with duration tpol(a) , tpol respectively
(b) , ^pol (c) °9 '-pol • Legg merke til at omhylningene 102 på figur 21 viser mange siksak-punkter, noe som indikerer støy i signalet, mens figur 20 viser en FID-omhylling 102 som synes glatt fordi den er en forenklet, skjematisk tegning som ikke viser virkningene av støy. I en tidligere kjent fremgangsmåte for å bestemme den longitudinelle relaksasjonstid T1#blir hver omhylling 102 tilpasset en eksponensiell sveknings-tilpasningskurve 103 (vist på figur 21) av formen (b) , ^pole (c) °9 '-pole • Note that the envelopes 102 in Figure 21 show many zigzag points, indicating noise in the signal, while Figure 20 shows an FID envelope 102 that appears smooth because it is a simplified, schematic drawing that does not show the effects of noise. In a previously known method for determining the longitudinal relaxation time T1#, each envelope 102 is fitted to an exponential attenuation fitting curve 103 (shown in Figure 21) of the form
hvor tdecer svekningstiden, og A0er den maksimale amplituden til det frie induksjons-svekningssignalet ved tiden t0når polariseringspulsen innledningsvis blir slått av, og A(tdec) er den måte amplitude.- Tilpasningsprogrammet trekker ut verdier av A0og T2<*>som oppviser den beste tilpasning, og den resulterende verdi av A0representerer den ekstrapolerte skjæring med ordinat-aksen ved tiden tdec(0) , som er vist på figur 20-21 som punktene FFI. I den tidligere kjente metoden er det nødvendig med et annet trinn hvor de ekstrapolerte verdier så plottes på en kurve over amplituder A(tpol) som funksjonen av polariseringstid tpol, vist på figur 22, som frembringer en T-^oppbygningskurve 104. Til slutt blir denne T-L-oppbygningskurven 104 tilpasset en annen eksponensiell svekningsrepresentasjon som typisk har formen EA0 (l-e~t/"rii) for å ekstrahere verdier for T1. where tdec is the attenuation time, and A0 is the maximum amplitude of the free induction attenuation signal at the time t0 when the polarization pulse is initially turned off, and A(tdec) is the mode amplitude. - The fitting program extracts values of A0 and T2<*> that show the best fitting , and the resulting value of A0 represents the extrapolated intersection with the ordinate axis at time tdec(0) , which is shown in Figures 20-21 as points FFI. In the previously known method, a second step is required where the extrapolated values are then plotted on a curve of amplitudes A(tpol) as a function of polarization time tpol, shown in Figure 22, which produces a T-^build-up curve 104. Finally, this T-L build-up curve 104 is fitted to another exponential attenuation representation typically of the form EA0 (l-e~t/"rii) to extract values for T1.
I motsetning til den tidligere kjente tolkningsteknikk som er beskrevet ovenfor, tilpasser en foretrukket fremgangsmåte i følge foreliggende oppfinnelse samtidig de målte data til en modell som helhetlig beskriver NMR-svekningsoppførselen og endringene til denne oppførselen som et resultat av endringer i graden av opprinnelig før svekkingen. Denne foretrukne fremgangsmåte sørger for samtidig tilpasninger av de målte amplituder A ved å minimalisere en tilpasningsstørrelse av formen hvor representasjonen tillater amplituden AREPRå avhenge av både<t>dec og tpolsamtidig. Det vises til figur 23 hvor en rekke FID-omhyllinger 102a, 102b, 102c, 102d, o.s.v. er vist, hver av hvilke er målt som på de tidligere figurer 20-21, men disse omhyllingene er ikke enkeltvis eller separat tilpasset en matematisk representasjon, og ingen forsøk er gjort på å oppnå en mellomliggende, ekstrapolert verdi av A(t0) for hver omhylling, slik det ble gjort tidligere. Tilpasning blir således utført i et eneste trinn, i motsetning til de to trinnene i den tidligere kjente teknikk. In contrast to the previously known interpretation technique described above, a preferred method according to the present invention simultaneously adapts the measured data to a model that comprehensively describes the NMR attenuation behavior and the changes to this behavior as a result of changes in the degree of initial pre-attenuation. This preferred method provides simultaneous adaptations of the measured amplitudes A by minimizing an adaptation size of the form where the representation allows the amplitude ARE to depend on both <t>dec and tpol simultaneously. Reference is made to Figure 23 where a number of FID enclosures 102a, 102b, 102c, 102d, etc. are shown, each of which is measured as in the previous Figures 20-21, but these envelopes are not individually or separately fitted to a mathematical representation, and no attempt is made to obtain an intermediate, extrapolated value of A(t0) for each sheathing, as was done previously. Adaptation is thus performed in a single step, in contrast to the two steps in the prior art.
De parametere for amplituden og Tl i modellen som gir den beste tilpasning til de målte data, blir trukket ut og brukt direkte for tolkning av dataene. Den beste tilpasning blir fortrinnsvis oppnådd ved hjelp av et datamaskinprogram av typen minste kvadraters tilpasning, som utfører iterativ, nummerisk minimalisering av kvadrat-tilpasningsstørrelsen The parameters for the amplitude and Tl in the model that provide the best fit to the measured data are extracted and used directly for interpretation of the data. The best fit is preferably obtained using a computer program of the least-squares fit type, which performs iterative numerical minimization of the square fit size
(også kjent som tilpasningsfeilen. Et program kalt "ZXSSQ")(also known as the customization bug. A program called "ZXSSQ")
som er velkjent på området og som er kommersielt tilgjengelig fra IMLS Company, Houston, Texas, kan for eksempel brukes. På grunn av at tilpasninger utføres samtidig med hensyn på både NMR-svekningsresponsen og differensialresponsene som skyldes forskjellige start-pollariseringer (tpol) , og i ett eneste trinn (ved en "global" tilnærmingsmåte), er de uttrukne parametere A.j_ og T1±betydelig mer robuste og mindre påvirket av signalstøy. which are well known in the art and are commercially available from IMLS Company, Houston, Texas, may be used, for example. Because fits are performed simultaneously with respect to both the NMR attenuation response and the differential responses due to different initial polarizations (tpol), and in a single step (by a "global" approach), the extracted parameters A.j_ and T1± significantly more robust and less affected by signal noise.
De tre eksemplene på representasjoner er beskrevet nedenfor, noe som illustrerer den foretrukne universelle fremgangsmåten ved oppfinnelsen. En generell form for disse representasjonene som innbefatter amplitude og T1-parametere,er: The three examples of representations are described below, which illustrate the preferred universal method of the invention. A general form of these representations that include amplitude and T1 parameters is:
hvor tpoler den polariseringsperioden av formasjonen som har tendens til å tippe eller vippe magnetspinnene til den målte where tpoles the polarization period of the formation that tends to tip or tilt the magnetic spins of the measured
partikkelpopulasjon, før et svekningssignal måles, Txier den longitudinelle relaksasjonstid for den i. type eller komponent av målte partikler, og T2i<*>er den observerte relaksasjonstid for den i. type eller komponent. particle population, before an attenuation signal is measured, Txier is the longitudinal relaxation time of the ith type or component of measured particles, and T2i<*>is the observed relaxation time of the ith type or component.
Som en første foretrukket representasjon av den universelle løsning i følge oppfinnelsen, er spesielt de målte amplitudene for FID-signalet 101 representert ved en sum av to eksponensielle uttrykk: As a first preferred representation of the universal solution according to the invention, in particular the measured amplitudes for the FID signal 101 are represented by a sum of two exponential expressions:
To-eksponent-representasjonen er basert på den antakelse at formasjonen kan anses å inneholde to typer protoner, idet hver type har en distinkt svekningskomponent med maksimal amplitude A0, longitudinell relaksasjonstid Txog transversell relaksasjonstid T2<*.>Den ytterligere subindeks i=l,2betegner to komponenter, en komponent kjennetegnet ved korte tidkonstanter for T1#T2<*>, og den andre komponenten ved lange tidskonstanter. Denne tilstanden resulterer i at den observerte sveknings-tidskonstanten T2<*>er avhengig av polariseringsperioden tpol. Den globale metoden innser således at T2<*>er en funksjon av tpolog omhyllingene 102a, 102b, 102c, 102d, o.s.v. er ikke parallelle og behøver ikke ha den samme krumning på figur 23. Ved samtidig å tilpasse alle svekningsomhylningene ved å bruke K±og Txi-parametrene uten mellomliggende tilpasningstrinn (som i teknikkens stand), øker videre den foreliggende fremgangsmåte den informasjonsmengden som bidrar til tilpasningen, og tilveiebringer således parametriske verdier som er betydelig mer robuste og mindre påvirket av støy i dataene. The two-exponential representation is based on the assumption that the formation can be considered to contain two types of protons, each type having a distinct attenuation component with maximum amplitude A0, longitudinal relaxation time Txog transverse relaxation time T2<*.>The additional subscript i=l,2 denotes two components, one component characterized by short time constants for T1#T2<*>, and the other component by long time constants. This condition results in the observed attenuation time constant T2<*> being dependent on the polarization period tpol. The global method thus realizes that T2<*> is a function of the topological envelopes 102a, 102b, 102c, 102d, etc. are not parallel and need not have the same curvature in Figure 23. By simultaneously fitting all the attenuation envelopes using the K± and Txi parameters without intermediate fitting steps (as in the prior art), the present method further increases the amount of information that contributes to the fitting , and thus provides parametric values that are significantly more robust and less affected by noise in the data.
I en annen foretrukket representasjon i samsvar med oppfinnelsen, blir de seks parametrene i ligning (D) redusert til fem ved å anta at verdien for hver T2i<*>er relatert til den tilsvarende<T>xi gjennom en felles parameter Tinh, definert ved: In another preferred representation according to the invention, the six parameters in equation (D) are reduced to five by assuming that the value of each T2i<*> is related to the corresponding<T>xi through a common parameter Tinh, defined by :
Parameteren Tinh er en tidskonstant som representerer en ytterligere svekningsmekanisme som er et resultat av magnetiske felt-inhomogeniter som er felles for begge typene i representasjonen. Representasjonen av ligning (D), blir således redusert til : The parameter Tinh is a time constant that represents an additional weakening mechanism resulting from magnetic field inhomogeneities common to both types in the representation. The representation of equation (D) is thus reduced to:
Ved å bruke representasjonen ved fem parametere, er det mulig å oppnå forholdsvis robuste verdier av As, AL og T1S,<T>1L, som så kan tilveiebringe informasjon om permeabiliteten eller en annen ønsket karakteristikk ved den målte formasjonen. I mange tilfeller passer modellen med fem parametere til data like så godt som den første modellen som har seks parametere. By using the five-parameter representation, it is possible to obtain relatively robust values of As, AL and T1S,<T>1L, which can then provide information about the permeability or another desired characteristic of the measured formation. In many cases, the five-parameter model fits the data as well as the first six-parameter model.
Andre representasjoner kan benyttes med den universelle tilpasningsmetoden, noe som ytterligere reduserer antallet parametere og dermed forbedrer påliteligheten til de estimerte resultater ved behandling av data som har et forholdsvis lavt signal/støy-forhold. Spesielt er en tredje representasjon med bare fire tilpasningsparametere, gitt ved Other representations can be used with the universal fitting method, which further reduces the number of parameters and thus improves the reliability of the estimated results when processing data that has a relatively low signal-to-noise ratio. In particular, a third representation with only four fitting parameters is given by
hvor de fire parametrene A, T1#a og Tinh, blir brukt til å oppnå en fullstendig beskrivelse av NMR-svekningen. Denne modellen antar at longitudinell relaksajonsoppførsel er beskrevet ved hjelp av en "strukket eksponensiell" form: where the four parameters A, T1#a and Tinh, are used to achieve a complete description of the NMR attenuation. This model assumes that longitudinal relaxation behavior is described by a "stretched exponential" form:
Denne formen oppstår når nukleær magnetisering er sammensatt av en fordeling av et endelig antall distinkte eksponenter fra like mange distinkte typer magnetiske partikler, hvor den antagelse blir gjort at T2i<*>og T1±er forbundet med hverandre som i den andre modellen. Den strukne eksponensielle"representasjonen" har den fordel at den kan trekke ut relaksasjonstid-parametere med tilsvarende nøyaktighet som de andre modellene i visse tilfeller, med enda større fleksibilitet overfor problemer som oppstår fra lave signal/støy-forhold i dataene. Vi har funnet at den strukne eksponensielle form beskriver laboratorie-målte bergart-data T1litt bedre enn to eksponent-representasjonen til tross for at de har færre parametriske utrykk. This form occurs when nuclear magnetization is composed of a distribution of a finite number of distinct exponents from as many distinct types of magnetic particles, where the assumption is made that T2i<*>and T1± are connected to each other as in the second model. The stretched exponential "representation" has the advantage that it can extract relaxation time parameters with similar accuracy to the other models in certain cases, with even greater flexibility to problems arising from low signal-to-noise ratios in the data. We have found that the stretched exponential form describes laboratory-measured rock data T1 slightly better than the two-exponential representation, despite having fewer parametric expressions.
De tre foretrukne utførelsesformer av den universelle tilpasningsmetoden som er beskrevet ovenfor, er blitt benyttet på data oppnådd fra formasjonsprøver, og resultatene er presentert i tabell 1 i den tilføyde artikkel med tittel "Compact and Consistent Representation of Rock NMR Data for Permeability Estimation," av W.E. Kenyon, P.I. Day, C. Straley and J.F. Willemsen, som ventes å bli presentert ved the 61st Annual Technical Conference and Exhibition of the Society of Petroleum Engineers, 5.-8. oktober 1986 i New Orleans, LA; idet denne artikkelen hermed inntas som referanse i sin helhet. The three preferred embodiments of the universal fit method described above have been applied to data obtained from formation samples, and the results are presented in Table 1 of the accompanying paper entitled "Compact and Consistent Representation of Rock NMR Data for Permeability Estimation," by W. E. Kenyon, P.I. Day, C. Straley and J.F. Willemsen, which is expected to be presented at the 61st Annual Technical Conference and Exhibition of the Society of Petroleum Engineers, 5-8. October 1986 in New Orleans, LA; as this article is hereby incorporated as a reference in its entirety.
Etter å ha trukket ut verdier for relaksasjonstidene T17T2og/eller T2<*>er det vanligvis ønskelig å bruke disse verdiene til å bestemme andre kjennetegn ved den målte informasjon, slik som fluidum-permeabilitet k. Flere fremgangsmåter for å bestemme k er kjent på området, og vil ikke bli diskutert i detalj her siden de er vel dokumenterte i den tekniske litteratur. For eksempel har Seevers foreslått å bruke en estimator for permeabilitet av formen k a ø T<2>, hvor T = (Tb . T1)/(Tb-T1) og Tb er longitudinell relaksasjonstid for fluidene ved fravær av poreoverflate-effekter, Seevers, D.O. "A Nuclear Magnetic Method for Determining the Permeability of Sandstones", Society of Professional Well Log Analysts Transactions (1966), artikkel L, mens Timur har foreslått den alternative estimator k a ø£AiT<2>, Timur, A "Pulsed Nuclear Magnetic Resonance Studies of Porosity, Moveable Fluid and Permeability of Sandstones", Journal of ' Petroleum Technology, 1966, 775-786. After extracting values for the relaxation times T17T2 and/or T2<*>, it is usually desirable to use these values to determine other characteristics of the measured information, such as fluid permeability k. Several methods for determining k are known in the art. , and will not be discussed in detail here since they are well documented in the technical literature. For example, Seevers has proposed using an estimator for permeability of the form k a ø T<2>, where T = (Tb . T1)/(Tb-T1) and Tb is longitudinal relaxation time for the fluids in the absence of pore surface effects, Seevers, DIE. "A Nuclear Magnetic Method for Determining the Permeability of Sandstones", Society of Professional Well Log Analysts Transactions (1966), Article L, while Timur has proposed the alternative estimator k a ø£AiT<2>, Timur, A "Pulsed Nuclear Magnetic Resonance Studies of Porosity, Moveable Fluid and Permeability of Sandstones", Journal of ' Petroleum Technology, 1966, 775-786.
Ifølge fremgangsmåtene i samsvar med foreliggende oppfinnelse blir imidlertid verdiene av longitudinell relaksasjonstid txfortrinnsvis benyttet i en permeabilitets-estimator av formen k a ø<mT>1;L<n,>hvor eksponenten m er tilnærmet 4 og n er tilnærmet 2. Tabell 2 i den vedføyde artikkel av Kenyon m.fl., viser for eksempel at den optimale estimator for de målte prøver av formasjonsbergartene er m = s2= 4,61 og n = s-l = 2,09 brukt i forbindelse med den sprukne eksponensielle representasjon. Tabell 2 viser også at de universelle fremgangsmåter ifølge oppfinnelsen, når de brukes i forbindelse med den foretrukne estimator som er definert her, gir betydelig bedre bestemmelse av permeabiliteten til de målte bergarter sammenlignet med tidligere kjente fremgangsmåter. According to the methods in accordance with the present invention, however, the values of longitudinal relaxation time tx are preferably used in a permeability estimator of the form k a ø<mT>1;L<n,>where the exponent m is approximately 4 and n is approximately 2. Table 2 in the attached article by Kenyon et al., shows for example that the optimal estimator for the measured samples of the formation rocks is m = s2= 4.61 and n = s-l = 2.09 used in connection with the cracked exponential representation. Table 2 also shows that the universal methods according to the invention, when used in conjunction with the preferred estimator defined here, provide significantly better determination of the permeability of the measured rocks compared to previously known methods.
Et annet aspekt ved foreliggende oppfinnelse, heretter kalt "integrasjonsmetoden", er rettet på bestemmelsen av formasjons-karakteristikker i situasjoner hvor det er ønskelig å minimalisere måletiden (for eksempel for å tillate kontinuerlige loggekjøringer). I disse situasjonene blir det foretrukket å minimalisere antallet parametere som skal trekkes ut fra de tilgjengelige data, av grunner som skal forklares nedenfor. I en foretrukket for, under henvisning til figur 24, blir amplitudeverdiene (som representerer magnetisering) integrert med hensyn til tidsaksen tpolfor å oppnå en enkelt integrert størrelse som har samme enhet som 4>T. Another aspect of the present invention, hereinafter called the "integration method", is aimed at the determination of formation characteristics in situations where it is desirable to minimize the measurement time (for example to allow continuous logging runs). In these situations, it is preferred to minimize the number of parameters to be extracted from the available data, for reasons to be explained below. In a preferred embodiment, referring to Figure 24, the amplitude values (representing magnetization) are integrated with respect to the time axis tpol to obtain a single integrated quantity having the same unit as 4>T.
I tilfelle av en T-L-oppbyggingskurve 104 eller en annen sammenlignbar representasjon av NMR-svekningsresponsen, blir kurven 104 integrert for å oppnå arealet over Toppbygg ing s-kurven, som er lik arealet under den tilsvarende svekningskurven. Denne integrerte størrelse som har enheter ekvivalent med 4>T1, blir så brukt i forbindelse med en passende estimator til å oppnå et mål på permeabilitet. Den integrerte størrelse blir fortrinnsvis kvadrert for å tilveiebringe (øT-,^<2>, og så multiplisert med (øt)<m>~<2>, hvor øt In the case of a T-L build-up curve 104 or other comparable representation of the NMR decay response, the curve 104 is integrated to obtain the area above the Top-Build s curve, which is equal to the area under the corresponding decay curve. This integral quantity having units equivalent to 4>T1 is then used in conjunction with an appropriate estimator to obtain a measure of permeability. The integrated quantity is preferably squared to provide (øT-,^<2>, and then multiplied by (øt)<m>~<2>, where øt
>er en porøsitet målt ved å bruke et annet kjent loggeapparat, slik som de som vanligvis er kjent som nøytron-porøsitets-apparater. Andre estimatorer kan likeledes brukes som beskrevet tidligere. Den integrerte størrelse er en mer >is a porosity measured using another known logging apparatus, such as those commonly known as neutron porosity apparatus. Other estimators can also be used as described earlier. The integrated size is one more
robust representasjon av de tilgjengelige lave S/N-data fordi den er mindre avhengig av den nøyaktige form av kurven 104 og derfor mindre avhengig av feil som er innført ved den mate-matiske tilpasning av NMR-data som har betydelige støynivåer. robust representation of the available low S/N data because it is less dependent on the exact shape of the curve 104 and therefore less dependent on errors introduced by the mathematical fitting of NMR data which have significant levels of noise.
Integreringen av kurven 104 kan utføres ved hjelp av forskjellige fremgangsmåter som vil være opplagte for fagfolk på området. Figur 24B viser et eksempel på integrasjon ved en enkel summering av separate produkter av formen £ Ai . Atpol. Likeledes kan de målte NMR-svekningssignaler integreres med hensyn på svekningstid for å oppnå en integrert størrelse som inneholder informasjon som indikerer formasjonskarakteristikker, som er relativt immune for signalstøy eller andre fine trekk ved NMR-svekningen. The integration of the curve 104 can be performed using various methods which will be obvious to those skilled in the art. Figure 24B shows an example of integration by a simple summation of separate products of the form £ Ai . Atpol. Likewise, the measured NMR attenuation signals can be integrated with respect to attenuation time to obtain an integrated quantity that contains information indicating formation characteristics, which are relatively immune to signal noise or other fine features of the NMR attenuation.
Selv om figurene er vist med amplitudeaksen skalert som logaritmen av A, og tidsaksen skalert lineært, er de foreliggende tolknings-metoder ikke ment begrenset til noen spesiell presentasjon av data. I alternative utførelsesformer kan fremgangsmåtene implementeres med endrede skalaer for amplitude og tid. For eksempel kan tidsaksen skaleres som kvadratroten av en annen transformasjon av denne. Although the figures are shown with the amplitude axis scaled as the logarithm of A, and the time axis scaled linearly, the present interpretation methods are not meant to be limited to any particular presentation of data. In alternative embodiments, the methods may be implemented with altered amplitude and time scales. For example, the time axis can be scaled as the square root of another transformation of this.
Den universelle tilpasningsmetoden som er blitt beskrevet under henvisning til FID-signalene som er oppnådd med de tidligere kjente loggeapparatet, kan like godt tilpasses de data som er oppnådd med det pulsede NMR-apparatet ifølge foreliggende oppfinnelse. For eksempel gir en pulset måling av spinnekko-typen, slik som Carr-Percell-sekvensen som er vist på figur 25, en pulsrekke hvis suksessive topper definerer en T2-relaksasjonskurve. Hvis flere slike målesekvenser blir foretatt der hver sekvens begynner med en forskjellig grad av opprinnelig polarisering (tpol) , er det i samsvar med foreliggende oppfinnelse mulig å bestemme den longitudinelle relaksasjonstid Tx. Hvilke som helst av de foretrukne representasjoner av den universelle tilpasningsmetoden kan således også brukes til å trekke ut verdier av amplitude og Tx, og disse uttrukne verdier kan så brukes til å bestemme andre karakteristikker ved den målte formasj on. The universal adaptation method that has been described with reference to the FID signals obtained with the previously known logging apparatus can just as well be adapted to the data obtained with the pulsed NMR apparatus according to the present invention. For example, a pulsed measurement of the spin echo type, such as the Carr-Percell sequence shown in Figure 25, provides a train of pulses whose successive peaks define a T2 relaxation curve. If several such measurement sequences are carried out where each sequence begins with a different degree of initial polarization (tpol), it is possible in accordance with the present invention to determine the longitudinal relaxation time Tx. Any of the preferred representations of the universal fitting method can thus also be used to extract values of amplitude and Tx, and these extracted values can then be used to determine other characteristics of the measured formation.
Likeledes kan integrasjonsmetoden ifølge oppfinnelsen også brukes til bedre å tolke målte data fra det nye apparatet når det er ønskelig å minimalisere måletiden. I disse tilfellene hvor datasettet har forholdsvis lavt S/N-forhold, blir det foretrukket å integrere under ekkosignalene, som vist på figur 25, og å bestemme permeabiliteten som reaksjon på det oppnådde arealet på den måte som allerede er beskrevet ovenfor. Likewise, the integration method according to the invention can also be used to better interpret measured data from the new device when it is desired to minimize the measurement time. In these cases where the data set has a relatively low S/N ratio, it is preferred to integrate under the echo signals, as shown in Figure 25, and to determine the permeability in response to the area obtained in the manner already described above.
NMR-loggeapparatet ifølge foreliggende oppfinnelse frembringer et statisk, homogent magnetfelt innenfor et under-søkelsesvolum som tidligere beskrevet, og overlagrer oscillerende pulser av RF-felter som resonant tipper eller vipper spinnene til protoner i undersøkelsesvolumet. Ved suksessivt.å påføre pulser i samsvar med Carr-Purcell-sekvensen, måler apparatet 13 direkte NMR-svekning som har T2-tidskonstant, og er således i stand til direkte å måle denne formasjonens pore-fluidum-karakteristikk uten den mellomliggende måling av T2<*->svekningssignaler, slik det var nødvendig for det tidligere kjente loggeapparat. The NMR logging apparatus according to the present invention produces a static, homogeneous magnetic field within an examination volume as previously described, and superimposes oscillating pulses of RF fields that resonantly tip or tilt the spins of protons in the examination volume. By successively applying pulses in accordance with the Carr-Purcell sequence, the apparatus 13 directly measures NMR attenuation having a T2 time constant, and is thus able to directly measure the pore-fluid characteristics of this formation without the intermediate measurement of T2 <*->weakening signals, as was necessary for the previously known logging apparatus.
Fordi der finnes fremgangsmåter for bruk av informasjon om T-l til å bestemme andre f ormas jons-karakteristikker, er det en foretrukket fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen å måle NMR-svekningssignaler som har en karakteristisk tidskonstand T2, omdanner slike målinger til hypotetiske verdier av r£1 ved å bruke en transformasjon FT, og så benytte verdiene av Txtil å bestemme permeabiliteten k eller lignende karakteristikker ved den målte formasjon. Søkerne har ved laboratoriemålinger av bergartprøver fra forskjellige brønner funnet at T1=Cx(T2) hvor C er en konstant for hver brønn, som for eksempel vist på figur 26-27. Det foretrekkes således å frembringe en stasjonær måling av både Txog T2ved en forutbestemt dybde i en brønn ved for eksempel å bruke Carr-Purcell-sekvensen, bestemme proporsjonalitets-konstanten C og så kontinuerlig logge resten av borehullet for å oppnå hurtige målinger av T2. Verdiene av T2blir transformert til T1-verdier ved multiplisering med konstanten C. Til slutt blir T-verdiene brukt i forbindelse med en av de foretrukne fremgangsmåter ifølge oppfinnelsen, eller andre sammenlignbare fremgangsmåter, til å bestemme permeabiliteten av formasjoner ved hver av de tilsvarende dybder for T2-målingene. Because methods exist for using information about T-1 to determine other formation characteristics, it is a preferred method according to the invention to measure NMR attenuation signals having a characteristic time constant T2, converting such measurements to hypothetical values of r£1 by to apply a transformation FT, and then use the values of Tx to determine the permeability k or similar characteristics of the measured formation. Through laboratory measurements of rock samples from different wells, the applicants have found that T1=Cx(T2) where C is a constant for each well, as for example shown in figures 26-27. It is thus preferred to produce a stationary measurement of both Txog T2 at a predetermined depth in a well by, for example, using the Carr-Purcell sequence, determining the proportionality constant C and then continuously logging the rest of the borehole to obtain rapid measurements of T2. The values of T2 are transformed into T1 values by multiplying by the constant C. Finally, the T values are used in connection with one of the preferred methods according to the invention, or other comparable methods, to determine the permeability of formations at each of the corresponding depths for The T2 measurements.
Søkerne har funnet at ved lave NMR-frekvenser konvergerer verdiene av T±og T2; det blir således ved tilstrekkelig lave målefrekvenser foretrukket å tilpasse de målte T2-data til et hypotetisk sett med T1-data, og bestemme permeabiliteten ved å påføre de målte T2-data direkte til T^-estimatorer. Videre kan andre T1- og T2-tilknyttede størrelser likeledes transformeres. Under henvisning til figur 25 blir for eksempel det integrerte arealet til Carr-Purcell-sekvensen 105 beregnet og brukt istedenfor det integrerte arealet av T^-oppbyggingskurven til å bestemme permeabilitet, som tidligere beskrevet. The applicants have found that at low NMR frequencies the values of T± and T2 converge; thus, at sufficiently low measurement frequencies, it is preferred to adapt the measured T2 data to a hypothetical set of T1 data, and determine the permeability by applying the measured T2 data directly to T^ estimators. Furthermore, other T1- and T2-related quantities can likewise be transformed. Referring to Figure 25, for example, the integrated area of the Carr-Purcell sequence 105 is calculated and used instead of the integrated area of the T₂ build-up curve to determine permeability, as previously described.
Selv om de foretrukne fremgangsmåter ifølge oppfinnelsen for det meste er blitt beskrevet under spesiell henvisning til bestemmelse av permeabilitet, er det klart at disse fremgangsmåtene likeledes kan brukes til å bestemme andre nyttige karakteristikker ved bergformasjoner som gjennomtrenges av et borehull, slik som fluidum-viskositet, vannmetning og porøsitet. Although the preferred methods of the invention have mostly been described with particular reference to determining permeability, it is clear that these methods can also be used to determine other useful characteristics of rock formations penetrated by a borehole, such as fluid viscosity, water saturation and porosity.
Det er her beskrevet og illustrert ny apparatur og nye fremgangsmåter for måling og tolkning av magnetiske karakteristikker ved formasjoner som gjennomtrenges av et borehull. Fagfolk på området vil innse at mange variasjoner og modifika-sjoner kan foretas uten å avvike fra rammen for foreliggende oppfinnelse. Følgelig skulle det være klart at de utførelses-former av oppfinnelse som er beskrevet ovenfor, bare er eksempler og ikke begrenser rammen for foreliggende oppfinnelse, som definert i de vedføyde krav. New equipment and new methods for measuring and interpreting magnetic characteristics of formations penetrated by a borehole are described and illustrated here. Those skilled in the art will realize that many variations and modifications can be made without departing from the scope of the present invention. Accordingly, it should be clear that the embodiments of the invention described above are only examples and do not limit the scope of the present invention, as defined in the appended claims.
Claims (15)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
NO901960A NO300475B1 (en) | 1990-05-02 | 1990-05-02 | Borehole measurement of NMR properties in rock formations |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
NO901960A NO300475B1 (en) | 1990-05-02 | 1990-05-02 | Borehole measurement of NMR properties in rock formations |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
NO901960D0 NO901960D0 (en) | 1990-05-02 |
NO901960L NO901960L (en) | 1991-11-04 |
NO300475B1 true NO300475B1 (en) | 1997-06-02 |
Family
ID=19893134
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
NO901960A NO300475B1 (en) | 1990-05-02 | 1990-05-02 | Borehole measurement of NMR properties in rock formations |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
NO (1) | NO300475B1 (en) |
-
1990
- 1990-05-02 NO NO901960A patent/NO300475B1/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
NO901960D0 (en) | 1990-05-02 |
NO901960L (en) | 1991-11-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0649035B1 (en) | Borehole measurement of NMR characteristics of earth formations and interpretations thereof | |
US5055788A (en) | Borehole measurement of NMR characteristics of earth formations | |
US4350955A (en) | Magnetic resonance apparatus | |
Grunewald et al. | The effect of pore size and magnetic susceptibility on the surface NMR relaxation parameter | |
Kleinberg et al. | Novel NMR apparatus for investigating an external sample | |
US6344744B2 (en) | Multiple frequency method for nuclear magnetic resonance longitudinal relaxation measurement and pulsing sequence for power use optimization | |
US6459262B1 (en) | Toroidal receiver for NMR MWD | |
Johns et al. | Mobile NMR and MRI: Developments and applications | |
Grunewald et al. | Multiecho scheme advances surface NMR for aquifer characterization | |
US6573715B2 (en) | Porosity and permeability measurement of underground formations containing crude oil, using EPR response data | |
NO315065B1 (en) | Nuclear Borehole Magnetic Resonance Logger and Logging Method to Determine a Volume of Hydrocarbons Independent of Coefficient of Diffusion | |
RU2350985C2 (en) | J-spectroscopy in bore hole | |
EP1344090A1 (en) | Temperature compensated magnetic circuit | |
NO327685B1 (en) | Nuclear magnetic resonance paints in laying using an optimized phase control pulse sequence | |
NO327711B1 (en) | Apparatus and method for calculating a distribution of spin-spin relaxation times | |
US6177794B1 (en) | Use of earth field spin echo NMR to search for liquid minerals | |
Grunewald et al. | Nonexponential decay of the surface-NMR signal and implications for water content estimation | |
NO882570L (en) | NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SENSOR DEVICE. | |
Shi et al. | A proposed NMR solution for multi-phase flow fluid detection | |
de Oliveira-Silva et al. | A benchtop single-sided magnet with NMR well-logging tool specifications–Examples of application | |
Panattoni et al. | Improved description of organic matter in shales by enhanced solid fraction detection with low-field 1H NMR relaxometry | |
JP2545484B2 (en) | Perforation measurement and interpretation of NMR characteristics of formations | |
NO300475B1 (en) | Borehole measurement of NMR properties in rock formations | |
US3213354A (en) | Nuclear precession well logging apparatus | |
Shushakov | Contribution of Electromagnetic Shielding and the Bloch–Siegert Effect to Magnetic-Resonance Sounding |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MK1K | Patent expired |