[发明专利]井下使用的热稳定磁体

说明书

对相关申请的交叉引用

本申请根据37 CFR§1.53(b)和35 U.S.C.§120提交，并要求于2008年8月1日提交的美国临时专利申请No.60/953,242的优先权，该申请的全部内容通过引用特别包含于此。

技术领域

在此公开的发明涉及核磁共振测量。特别地，本发明涉及提供热稳定的磁场。

背景技术

地球物理勘测要求钻孔达到地球内部非常深的地方。这些孔通常称为“钻井”，用来提供测量地质构造的特性的途径。

测井是用于从钻井对地质构造进行测量的技术。在一个实施例中，“测井仪器”在线缆的端部被下放到钻井内。测进仪器通过该线缆将数据发送到地面进行记录。在另一个实施例中，测井仪进行随钻测量，并且不使用线缆。测井仪器的输出可以是多种形式，并且可以被称为“测井记录(log.)”。一种测量涉及使用核磁共振(NMR)来测量地质构造的特性。用于随钻测量(measurement-while-drilling)的NMR测井仪器的实例是德克萨斯州休斯敦的贝克休斯公司(Baker Hughes Incorporated of Houston，Texas)生产的MAGTRAK。

NMR使用磁场来极化原子核以测量原子核的NMR特性。在一个实施例中，通过永磁体来提供该磁场。使用恒定的磁场大小来确保准确的测量结果是有益的。但是，磁场大小可能由于磁体温度的变化而改变。由于钻井深处的温度通常远高于地球表面的温度，所以磁体温度可能发生改变。

标准的永磁体具有负温度系数。负温度系数意味着磁体的磁场大小随着温度的升高而可逆性地减小。有多种途径来对负温度系数进行补偿。

一种方法要求保持磁体温度恒定。一般来说，这种方法要求磁体被加热到比井下预期最高温度更高的温度。使用这种方法有一些缺点。其一是需要额外的设备，如温度控制器。其次是需要为加热提供额外的能量，并且该能量必须分布在磁体周围。另外，磁体的热稳定时间可能会花费几个小时。另一个考虑是，温度稳定需要一定量的隔离材料，对此在井下应用中具有有限的空间。特别是，在执行随钻测量的NMR仪器中空间是有限的。例如在井下NMR应用中，当加热磁体不可行时，可以使用信号补偿。

信号补偿方法要求NMR波谱仪(spectrometer)的参考频率与磁场强度成比例变化。当波谱仪的参考频率与磁场强度成比例时，在地质构造中，NMR共振条件将保持在相同位置。信号补偿方法同样具有一些缺点。一个缺点是要求额外的电子设备，例如可变频率发生器。另一个缺点是，可能需要重新调整NMR传感器的共振器及其他相关的共振器。另外，由于测量条件的变化(例如，改变的谐振脉冲振铃信号或改变的电干扰敏感性)，改变的磁场强度和频率可能会使校准更加困难。

另一试图提供恒定磁场强度的方法要求使用电磁体。该电磁体可以通过绕永磁体缠绕线圈形成。来自线圈的磁场可以补偿变化的永磁体磁场强度。使用电磁体同样有一些缺点。例如，线圈需要额外的电子器件，例如调节线圈电流的控制回路。线圈同样消耗额外的能量和并需要空间，该空间可能无法在井下NMR仪器中获得。

另一种提供温度补偿的技术在美国专利US6,577,125B2中公开，该专利的发明名称为“Temperature Compensated Magnetic Field Apparatus For NMRMeasurements”，于2003年6月10日公布，其后续申请是美国专利US6,803,761B2，该专利的发明名称为“Temperature Compensated Magnetic Circuit”，于2004年10月12日公布。公开了“两个磁体具有带相同符号的不同磁温度系数，并且第一磁体的磁化方向与第二磁体的磁化方向之间的夹角大约为180度。”使用两个相对的磁场的一个缺点是总的磁场大小小于在没有相对磁场情况下可获得的大小。

因此，所需要的是在NMR仪器中提供具有“基本上”恒定的大小的磁场的技术。优选的，该技术不涉及能量消耗或需更具有相对磁场的磁体组件。

发明内容

公开了一种用于估计由钻井穿透的地质构造的特性的测井仪器，所述仪器具有在所述仪器上和/或在所述仪器内设置的磁体，其中所述磁体在该钻井的温度范围上呈现大小“基本上”恒定的磁场。

还公开了一种在钻井内执行核磁共振(NMR)测量的方法，所述方法包括：选择适合在所述钻井内使用的测井仪器，所述仪器包括在所述钻井的温度范围上提供大小“基本上”恒定的磁场的磁体；以及用所述仪器执行所述NMR测量。