[发明专利]用电子顺磁共振响应数据测量含原油地下构造的孔隙率与渗透率

说明书

发明的技术领域

本发明涉及探测原油的地下构造，更详细地说，涉及测定这类构造的孔隙率与渗透率参数。

发明背景

原油勘探的技术进步已能从过去认为不可能或无开采价值的地方找到了原油。例如，核磁共振(NMR)技术已经用于测井(well logging)应用，以测量位于钻孔周围的陆地结构内不远处的含氢材料。NMR能同时检测出水中和油中的氢和可能存在于敏感测量区内的其它材料，由此指示这些材料的存在和数量。

有时可以把贡献给总NMR响应信号的水和油成份分析成要确定的每种成份的浓度。在另一些场合中，单用NMR分开测量油和水可能是行不通的。

当地下岩石构造内含有含氢材料时，可以用NMR技术确定岩石的孔隙尺寸分布及孔隙率与渗透率。有了这种信息，就能判断特定的岩石构造是否含有足够数量可获得的流体从而钻探有价值。然而，NMR的孔隙率与渗透率估算一般并不试图区分流体中的油与水的变化的比例的作用。

发明概述

本发明使用磁共振技术，具体地说，使用电子顺磁共振(EPR)(也称为电子自旋共振(ESR))来探寻和测量地下构造中包含的原油和某些其它烃类固体和液体的浓度。这种探测结果可以从地表到地表下面一定深度获得，也可从地表的天然洞壁(如岩洞、敞开的断层、悬崖、落水洞和山坡)或人造陆地穿透(如隧道、井、沟槽或钻孔)附近的地方获得。

应用EPR数据的特别有利之处在于，EPR响应信号仅仅由不成对的电子发出，诸如在高分子量(MW)烃类化合物、顺磁与铁磁材料及少数金属中由断裂键形成的不成对电子。在天然存在的材料中，在许多原油、沥青和煤炭中经常发现断裂键和顺磁离子(但不限于这些材料)。本发明可以探测陆地上或其它地方存在的这些材料。

与诸如核磁共振(NMR)等其他磁共振方法相比较，本发明可作快速探测，对这类电子作极化和测量所需的时间一般为几微秒或更短的量级。

本发明还包括将EPR与NMR结合使用而提供额外的优点，在测井应用中尤其如此。

附图简述

图1示出一种按照本发明的NMR/ESR探测器。

图2A-2K示出图1的天线的各种实施例。

图3A-3G示出图1的磁铁的各种实施例。

图4示出图1的磁铁与天线以及第二天线，从而可用两种不同的天线产生B₁场和探测响应信号。

图5A-5D分别示出从四个不同原油田发出的EPR信号。

发明的详细描述

这里描述的本发明旨在获得和解释地表下面的构造与结构中所含的原油的EPR(电子顺磁共振)数据。正如下面说明的，ESR数据可同NMR(核磁共振)数据一起用来确定孔隙率与渗透率特性。EPR还称为电子自旋顺磁共振(ESR)。

图1示出按照本发明的EPR探测器100，正如下面说明的，这是一个示例性实施例，其多种变型均在本发明范围内。基本情况是，探测器100产生的磁场用来获取EPR响应信号，经对该响应信号接收与分析，确定地下构造的原油含量。

由探测器100所作的EPR分析可以用NMR分析来补充，也用同一个探测器100产生适合于获取、接收与分析NMR响应信号的磁场。下面图1的描述虽然指的是EPR探测，但是探测器100也可应用于NMR探测。正如下面说明的那样，EPR与NMR响应信号的结合使用不仅确定了原油含量，还可确定孔隙尺寸等地下构造的特征。

磁铁101在敏感区中产生磁强为B₀(以高斯为单位)的磁场。正如下面说明的那样，可从敏感区内的材料中探测到EPR信号。

发射机102经双工器103(或环行器或耦合器)向天线104提供频率为f₀的功率，在敏感区内产生强度为B₁(以高斯为单位)的电磁场。对于最大探测灵敏度，B₁场的平面垂直于B₀场的平面。探测器100的灵敏度通常作为sinθ的函数而变化，这里θ是B₁与B₀场矢量之间的夹角。

除了发射电磁场波以外，天线104还接收来自敏感区内材料的EPR响应信号，该输入信号经双工器103与滤波器105提供给射频(RF)放大器/检波器106。