[发明专利]消除核磁共振测量期间的振荡的方法

说明书

一般的说，本发明涉及测量钻孔所穿过的地层的核磁共振特性的方法，更具体地说，涉及消除核磁共振(NMR)测量过程中诸如磁声振荡等振荡的任何方法。

钻孔核磁共振测量提供关于储层的不同类型的信息。首先，这种测量结果提供地层中流体数量的指示。其次，这种测量结果提供关于该流体是被地层岩石包围，还是不被包围，可以自由生产的细节。最后，这种测量结果可以用来识别流体的类型-水、气或油。

获得核磁共振测量的一个途径是采用局部产生的静态磁场B₀，后者可以由一块或多块永久磁铁或电磁铁产生；以及振荡磁场B₁，后者可以由一个或多个射频天线产生，以激励和检测核磁共振，以便测量空隙率，自由流体比率、岩层的渗透率。见颁发给Taicher等人的美国专利No.4,717,878和颁发给Kleinberg等人的美国专利No.5,055,787。就产生核磁矩的时间常数T₁而言，核自旋与所加的磁场B₀对中。可以通过施加与静态磁场B₀垂直的射频磁场B₁来改变核磁化与所加的场之间的角度。射频场的频率等于由ω₀＝γB₀给出的拉莫尔频率，式中γ是旋磁比。施加射频脉冲之后，磁化开始围绕B₀旋进，并产生可在天线上检测的信号。这种由天线检测到的信号包括干扰自旋回波测量的寄生的虚假的振荡。

虚假信号的一种来源是金属中超声驻波的电磁生成。见E.Fukushima和S.B.W.Roeder脉冲核磁共振中的虚假振荡，33 J.Magn.Res.199-203(1979)。正如Fukushima等人文章所解释的，在金属趋肤效应深度内感应的射频电流通过劳伦茨力与静态磁场中的晶格反应，而且相干的超声波进入金属中传播，形成驻波。在有静态磁场存在的情况下，逆机理将声能转化为振荡磁场，后者由天线拾取成为虚假的振荡信号。

不同类型的磁声互作用会在NMR天线上产生寄生信号。天线连线和NMR记录设备的其它金属部件可能受静态磁场和天线所产生的射频场影响。若天线处在磁铁场的最强部分，则当射频脉冲加在天线上时，天线内便产生声波，天线经受进行中的一系列衰减的机械振荡，本专业技术人员称之为磁声振荡。这种振荡会在天线内引起大电压，叠加在由自旋回波感应的电压测量值上。

磁声互作用的另一个来源是磁约束振荡，后者典型地是当在天线内使用非导电性磁性材料，诸如磁性铁氧体时引起的。若这种磁性材料处于射频场的强的部分，则施加射频脉冲就会在磁铁内产生声波。在射频脉冲停止时该磁铁经历一系列衰减的机械振动。磁约束振荡也能在天线内引起大电压，叠加在由自旋回波感应的电压测量值上。

例如，在颁发给Taicher等人的美国专利No.5,712,566中描述了一种减轻磁声互作用的一类良好的NMR记录设备。在‘566专利中公开的设备包括永久磁铁，后者包括做成环柱形的硬质铁氧体磁铁材料，具有与该设备的纵轴平行的圆孔。一个或多个接收线圈布置在该磁铁的外表面上。射频发射线圈位于该磁铁孔内静态磁场为0的地方。发射线圈绕组围绕软质铁氧体棒形成。这样，磁声线圈的振荡由于发射线圈的结构而减小了。由于使用带有铁氧体棒的纵向偶极子天线，射频场强的径向依赖关系相对较小，所以磁铁的磁约束振荡减小了。另外，因为接收线圈基本上消除了接收线圈与磁约束的逆效应造成的寄生磁通的耦合，所以磁约束振荡减小了。

‘566专利中所公开的设备有几个缺点。首先，永久磁铁材料必须是非电导性的，使得用来产生射频磁场的天线可能处于所述孔内。其次，因为把天线置入孔内，所以，天线的效率由于天线离地层的距离而降低。‘566专利描述了一个替代实施例，其中磁铁孔沿着径向移向磁铁的外表面。在‘566专利最佳的和替代的实施例中，把天线放置在磁铁孔内增大了天线到地层中的探查容积的径向距离。在实际钻孔布满皱纹的情况下，探查容积可以位于钻孔本身以内，而不是整个在地层内。