[发明专利]使用梯度线圈进行的具有角向分辨率的核磁共振测井

说明书

本发明涉及测井领域，更具体地说，本发明涉及用于在钻井过程中(使用MWD或LWD装置)或者在钻井之后(使用钢丝绳起下工具)确定并孔周围地层构造的核磁共振测井特性的一种方法和装置，所说测井特性为相对于井孔的角位置的函数。

钻孔核磁共振测量能够提供有关油层的不同类型的信息。第一，测量结果可以指示出地层构造中的流体含量。第二，测量结果给出有关流体是否限制在地岩层中和可自由开采的详细信息。最后，可以使用测量结果识别流体类型，水、气或油。

获得核磁共振测量结果的一种方法是利用一个局部产生的静磁场B₀，该磁场可以用一个或多个永磁体或电磁体产生，和一个振荡磁场B₁，该磁场可以用一个或多个RF天线产生，以激励和检测核磁共振特性，从而确定一种构造的孔隙率、自由流体比、和渗透性。参见授予Taicher等人的美国专利US-4717878和授予Kleinberg等人的美国专利US-5055787。核自旋与具有时间常数T1的施加磁场B₀方向在一条直线上，并产生一个净核磁化效应。通过施加与静磁场B₀垂直的一个RF场B₁可以改变核磁化与施加磁场之间的角度。该RF磁场的频率等于由公式ω＝γB₀给出的拉莫尔频率，其中γ为旋磁比。在施加一个RF脉冲之后，磁化强度开始围绕B₀进动，并在天线中产生一个可检测的信号。

获得核磁共振测量结果的另一种方法是利用一个局部产生的静磁场B0，该磁场可以用一个或多个永磁体或电磁体产生，和一个方位定向的振荡磁场B1，该磁场可以用一个或多个天线段产生，所说天线段发射和/或从测井装置周围的不同部分中接收信号。参见转让给Schlumberger Technology Corporation公司的美国专利申请Nos.08/880343和09/094201(律师案卷号Nos.24784和24784-CIP)。使用旋转方位角天线难以获得典型的长回波序列(～600个自旋回波)。由于天线只能沿测量方向保持定位很短的时间，所以由于测量工具旋转产生的信号衰减要比仅仅由于构造特性引起的衰减迅速。

授予Kleinberg等人的美国专利US-5796252中公开了一种核磁共振测井装置，该装置包括多个永磁体、一个RF天线、和用于产生磁场梯度的一个线圈。在‘252专利中记载的技术采用脉冲磁场梯度获得与构造流体的扩散特性有关的信息。如果在构造中存在内部梯度，则施加一个脉冲序列以减少或基本消除构造构造内部梯度的影响。‘252专利没有教导使用线圈获得方位角核磁共振测量结果的方法。

授予Zvi Paltiei的美国专利US-5212447记载了包括多个永磁体和一个RF天线的一种核磁共振装置。‘447专利需要使用一个磁场梯度线圈确定扩散系数，即一种物质的分子在大量的同一种物质中自由移动的速率。该‘447专利使用扩散系数确定下列岩石物理参数中的至少一种：水/碳氢化合物鉴别度、水和碳氢化合物饱和度、渗透率、空隙大小和空隙大小分布、油粘滞度、由于构造弯曲造成的电阻的平均增加的量度、和构造的q-空间图象。该‘447专利没有教导使用线圈获得方位角核磁共振测量结果。

本发明的基本目的是获得方位角核磁共振测量结果。这种测量结果可以用于确定构造特征，例如孔隙率、约束流体体积、T₂、T₁、和渗透率。能够测量这些特征的方位角变化有助于解释异种构造和根据地质状况在偏斜和水平的钻孔中实现操纵控制。

本发明的另一个目的是提高使用至少一个梯度线圈的测量工具的垂直分辨率。

本发明用于以核磁共振测井技术确定作为相对于钻孔角位置函数的钻孔周围地层构造特性的装置和方法克服了现有技术中存在的上述缺点。本发明还实现方位角磁共振成象。设置在钻孔中在地层构造中来回移动的一种钢丝绳牵引或即钻即测装置通过从勘测区域获得核磁共振测量结果确定构造特征。该装置包括用于产生一个静磁场B₀的一个装置。一个RF天线在与形成所说静磁场相同的区域产生一个振荡磁场B₁以获得核磁共振测量结果。该装置包括至少一个梯度线圈。由所说梯度线圈产生的磁场基本平行于所说静磁场B₀。