[发明专利]利用核磁共振确定含液体固体的性质的设备和方法

说明书

提供了核磁共振(NMR)方法和设备，以用于利用具有固态和CPMG脉冲序列部分的NMR脉冲序列来研究样品。可利用固态脉冲序列的各种实施方案，包括二维(重复的)线窄化序列。可通过以下各项来确定所述样品的固体部分的氢含量：通过使用由所述脉冲序列的所述固态序列部分产生的一个或多个回波来建立所述样品的总有机氢含量，并且通过使用CPMG回波串来建立流体有机氢含量，并且通过从另一个减去一个来获得所述样品固体部分的所述氢含量。除此之外或替代地，可通过绘图比较从所述线窄化和CPMG脉冲序列获得的T₂值，以获得有关所述样品的特性的信息。NMR脉冲序列还可包括T₁部分。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年8月11日提交的名称为“APPARATUS AND METHODS FORDETERMINING PROPERTIES OF LIQUID-BEARING SOLIDS USING NUCLEAR MAGNETICRESONANCE”的美国申请序列号15/675,555的优先权，所述申请以引用方式并入本文。

本申请涉及2017年8月11日提交的名称为为“APPARATUS AND METHODS FORDETERMINING PROPERTIES OF HYDROGEN-CONTAINING SAMPLES USING NUCLEAR MAGNETICRESONANCE”的美国申请序列号15/675,575，所述申请以引用方式并入本文。

技术领域

本公开涉及用于确定物质的特性的核磁共振(NMR)设备和方法的使用。更具体地，本公开涉及使用NMR工具确定含液体固体(诸如，页岩)的性质的设备和方法，并且尤其适用于井下，尽管本公开不限于此。

背景技术

核磁共振(NMR)技术可用于多种多样的应用。例如，在油田服务领域，NMR测井工具可提供有关地层中流体以及地层的孔隙率的信息。此类信息可与使用其他技术收集的数据相结合，以便更好地通知从事各种工作的工程师，所述各种工作包括例如地层评估、完井工程、地质特性、储层生产等。

NMR测井工具可通过多种方式引入井筒。例如，NMR测井工具可包括在井底总成中，并且在钻井操作期间进行测量。NMR测井工具也可使用其他技术(诸如，线缆技术)下降到井筒中。

核磁共振(NMR)测井的大体背景在例如美国专利号5,023,551中阐述。简而言之，在常规NMR操作中，核的自旋沿着外加静磁场对齐。振荡磁场的脉冲(例如，射频(RF)脉冲)会干扰这种平衡状态，这使自旋远离静磁场方向倾斜。倾斜后，同时发生两件事情。首先，在拉莫尔(Larmor)频率下围绕静磁场自旋进动，由ω₀＝γx B₀给出，其中B₀是静态场的强度，并且γ是旋磁比率。第二，自旋根据衰减时间T₁返回平衡方向，所述衰减时间T₁称为纵向弛豫时间常数或自旋晶格弛豫时间常数。对于氢核，γ/2π＝4258Hz/Gauss，因此，例如对于235Gauss的静态场，进动的频率将为1MHz。还与分子核的自旋相关联的是称为横向弛豫时间常数或自旋-自旋弛豫时间常数的第二弛豫时间常数T₂。在九十度倾斜脉冲结束时，所有的自旋指向垂直于静态场的共用方向，并且它们都在拉莫尔频率下进动。净进动磁化强度随时间常数T₂衰减，因为各个自旋以不同的速率旋转并失去其共用相位。在分子水平上，相移是由自旋的随机运动引起的。相邻自旋和附近顺磁中心的磁场表现为随机运动中自旋的随机波动磁场。在不均匀场中，自旋在不同的位置处以不同的速率进动。因此，除流体的分子自旋-自旋弛豫之外，施加场的空间不均匀性也引起相移。场中的空间不均匀性可能是由于岩石颗粒的磁化率的微观不均匀性，或者是由于磁体的宏观特征所致。