[发明专利]用于高信噪比NMR测井的方法与装置

说明书

对相关申请的交叉引用

本申请是根据37CFR 1.53(b)作为于2006年7月27日提交的美 国专利申请No.11/494,043的部分连续申请提交的，并且根据35 U.S.C.120要求该申请的优先权，美国专利申请No.11/494,043又要求 于2005年1月18号提交的美国专利申请No.11/037,488的优先权， 美国专利申请No.11/037,488又要求于2004年2月9日提交的美国临 时专利申请No.60/542,932的优先权，这些申请都通过引用而全部包 含于此。

技术领域

本发明涉及利用核磁共振来测量地球地层的属性。具体而言，测 量是在钻孔中执行的。

背景技术

在碳氢化合物的开采中，对地质地层(geologic formation)进行 精确测量是很重要的。地表以下的地质地层可以包含油和气的储藏。 地质地层可以包括地质层(formation layer)和各种结构。在对油和 气的寻找过程中，获知地层层面和各种结构的位置与成分 (composition)是很重要的。特别地，高度精确地获知地质地层是很 重要的，从而不会浪费资源。测量地质地层的属性提供了对油和气的 储藏的定位可能是有用的信息。典型地，油和气是通过在地表下进行 钻孔来获取的。钻孔(borehole)还提供了对地质地层进行测量的通 道。

测井(well logging)是用于从钻孔获取对地质地层的测量结果的 技术。在一种实施方式中，“测井仪器”位于线缆(wireline)的一端 上，降低到钻孔中。测井工具通过该线缆将数据发送到地面以进行记 录。来自测井仪器的输出具有各种形式，并且可以称为“日志”。一 种类型的测量结果涉及使用核磁共振(NMR)来测量地质地层的属性。

新一代的基于利用永磁体的核磁共振(NMR)测井仪器大约在 十年前引入(见例如授予Taicher等的美国专利No.4,717,878、授予 Kleiberg等的No.5,055,787和授予Reiderman等的No.6,452,388)。 该新一代的NMR测井仪器已经证明比之前的NMR技术(例如地球 磁场NMR测井)先进。所提供的优点包括更高的信噪比(SNR)、 获得NMR松弛谱(relaxation spectra)时更高的分辨率、扩散测量 (diffusion measurement)的能力及对所获得NMR数据的钻孔流体 (borehole fluid)中质子没有影响的限定体积的勘测。

该新一代的NMR测井仪器典型地表现出高速率地减小与NMR 传感器有一定距离的永磁体的静态磁场。高速率地减小静态磁场通常 导致相对小的勘测区域。作为勘测区域小的结果，NMR测量的SNR 太低，以至于不能允许具有可接受垂直分辨率的期望测井速度。低 SNR还将NMR测量限制到大约二至四英寸的勘测深度。大约二至四 英寸的勘测深度基本上是被喷射出的钻孔泥浆侵入的区域。通常，喷 射出的钻孔泥浆会干扰获取对地质地层的精确NMR测量结果。

所需要的是SNR比在测井仪器中之前所获得的SNR高的用于执 行NMR测量的装置与方法。优选地，更高的SNR使得能够实现具有 可接受垂直分辨率的期望的测井速度，还使得能够实现超过二至四英 寸深度的勘测区域。

发明内容

现有技术的缺点是通过用于测量地层核磁共振(NMR)属性的 方法克服的，该方法还提供了附加的优点，该方法包括在极化间隔期 间对地层的原子核(nuclei)施加磁场，该磁场具有极化强度；将磁 场改变至一测量强度，在测量间隔期间向地层的原子核施加该测量强 度；在测量间隔期间对地层施加至少一个射频(RF)脉冲序列；以及 测量来自地层的NMR信号。

还公开了用于从钻孔测量地层核磁共振(NMR)属性的仪器， 该仪器包括磁芯；关于该磁芯布置的至少一个切换绕组，其中该绕组 传导电流以便磁化磁芯，并且该绕组还适于在极化磁场和测量磁场之 间切换；以及用于发送射频(RF)脉冲序列和/或接收NMR信号的天 线。