Ядерно-магнитно-резонансный зонд бокового обзора для геофизических исследований в нефтяных скважинах
Изобретение относится к области измерений в стволах скважин на основе ядерного магнитного резонанса для определения магнитных характеристик пластов. Технический результат: повышение эффективности. Сущность: скважинный прибор содержит систему постоянных магнитов, имеющую направление намагничивания, ориентированное в направлении боковой стороны скважинного прибора, и дипольную высокочастотную антенну, смещенную в направлении передней стороны скважинного прибора. Система магнитов создает зону исследования, смещенную в направлении, ортогональном к статическому полю. Придание статическому полю заданной формы осуществляется с помощью системы магнитов, содержащей множество магнитов, имеющих параллельное намагничивание, или с помощью одного магнита определенной формы. Антенная конструкция содержит сердечник с зазором, изготовленный из неферритового мягкого материала. Возможно наличие экрана для ослабления сигналов ЯМР от флюидов, содержащихся в стволе скважины. 4 с. и 32 з.п. ф-лы, 7 ил.
Область техники
Настоящее изобретение относится к устройству и способу для выполнения измерений на основе ядерного магнитного резонанса (ЯМР) в стволах скважин и способам определения магнитных характеристик пластов, через которые проходит ствол скважины. В частности, изобретение относится к ядерно-магнитно-резонансному скважинному прибору бокового обзора, который ослабляет сигналы ЯМР из ствола скважины и одновременно обеспечивает большую зону исследования внутри пласта.
Предшествующий уровень техники
Для определения наличия и оценки количеств углеводородов (нефти и газа) в пластах Земли используется множество различных способов. Эти способы предназначены для определения параметров пластов, включая пористость, содержание текучих сред и проницаемость пласта породы, окружающего ствол скважины, пробуренный для извлечения углеводородов. Как правило, скважинные приборы, предназначенные для получения требуемой информации, используются для выполнения геофизических исследований в стволе скважины. Большая часть геофизических исследований выполняется после бурения стволов скважин. Недавно геофизические исследования в стволах скважин стали выполнять в процессе бурения стволов, и такие исследования называют измерением в процессе бурения (MWD - measurement-while-drilling) или каротажем в процессе бурения (LWD - logging-while-drilling). Измерения также выполняли во время подъема буровой колонны из ствола скважины, это называется измерением в процессе подъема буровой колонны из скважины (MWT - measurement-while-tripping).
Один из способов, разрабатываемых в последнее время, предусматривает использование ядерно-магнитно-резонансных скважинных приборов для проведения геофизических исследований в скважинах и способов определения пористости, нефтегазонасыщенности и проницаемости пластов породы. Ядерно-магнитно-резонансные скважинные приборы для выполнения геофизических исследований в скважинах используются для возбуждения ядер флюидов в геологических пластах вблизи ствола скважины, так что могут быть определены некоторые параметры, такие как спиновая плотность, период Т1 продольной релаксации и период Т2 поперечной релаксации геологических пластов. Исходя из данных, полученных в результате измерений, определяют пористость, проницаемость и нефтегазонасыщенность, что обеспечивает получение ценной информации о составе геологических пластов и количестве углеводородов, которые могут быть извлечены.
Ядерно-магнитно-резонансный скважинный прибор формирует статическое магнитное поле с напряженностью В0 вблизи ствола скважины и колеблющееся поле с напряженностью В1 в направлении, перпендикулярном В0. Это колеблющееся поле обычно создается в виде импульсов короткой продолжительности. Назначение поля с напряженностью В0 состоит в поляризации магнитных моментов ядер параллельно напряженности статического поля, а назначение поля с напряженностью В1 состоит в обеспечении поворота магнитных моментов на угол 
, определяемый длительностью tp и амплитудой В1 колебательного импульса. Для геофизических исследований в скважинах на основе ЯМР наиболее широко используемой последовательностью является последовательность Carr-Purcell-Meiboom-Gill (CPMG), которая может быть выражена как
TW-90-(t-180-t-echo) n, (1)
где TW представляет собой время выдержки, 90 - импульс поворота на 90 градусов, 180 - импульс перефокусировки на 180 градусов.
После поворота на 90° магнитный момент прецессирует вокруг вектора напряженности статического поля с определенной частотой, известной как частота 
0 ларморовской прецессии (гиромагнитная частота), определяемая выражением 0=
В0, где В0 - напряженность статического магнитного поля и - гиромагнитное отношение. В то же время магнитные моменты возвращаются к направлению равновесия, то есть выравниваются относительно вектора напряженности статического поля в соответствии с временем затухания, известным как "время спин-решеточной релаксации" или Т1. Неоднородности поля с напряженностью В 0 приводят к сдвигу магнитных моментов по фазе, и для устранения этого в последовательность включен импульс перефокусировки на 180°, предназначенный для перефокусировки магнитных моментов. Это создает последовательность из n эхо-сигналов. Последовательности эхо-сигналов затем обрабатывают для получения информации о периодах релаксации.
В патенте США 4350955 описана пара постоянных магнитов, расположенных в осевом направлении внутри ствола скважины так, что их поля противоположны, что приводит к созданию зоны рядом с плоскостью, перпендикулярной к оси, на половине расстояния между источниками, где радиальная составляющая напряженности поля принимает максимальное значение. Вблизи максимального значения поле является однородным в тороидальной зоне, центрированной относительно ствола скважины. В указанной конструкции протяженность зоны исследования в осевом направлении довольно ограничена. В результате устройство может работать только при сравнительно малых скоростях каротажа, в противном случае из-за движения скважинного прибора в процессе выполнения геофизических исследований в скважине модуль вектора напряженности статического поля существенно изменяется в пределах фиксированной зоны пласта, что приводит к потере ядерно-магнитно-резонансных сигналов.
Существуют три подхода, которые могут быть использованы при разработке эксцентрического скважинного прибора для выполнения геофизических исследований в скважинах. Один подход состоит в создании статического поля, определяющего зону исследования, которая в основном находится с одной стороны скважинного прибора. Второй подход состоит в обеспечении наличия антенны высоких частот, которая чувствительна к сигналам, поступающим с одной стороны скважинного прибора. Третий подход состоит в обеспечении наличия как статического поля, так и антенны высоких частот с направленной чувствительностью.
В патенте США 5488342 раскрыто устройство, в котором формирующий магнит расположен рядом с пространством между парой противодействующих магнитов, при этом его магнитная ось проходит поперек оси ствола скважины. В указанной конструкции имеется область однородного статического поля, которая ограничена одной стороной системы магнитов.
В патенте США 5646528 раскрыт другой вариант устройства, в котором экран из электропроводящего материала расположен рядом с комплектом электрических катушек и смещен в поперечном направлении от комплекта электрических катушек. В результате магнитное поле, создаваемое антенной высоких частот, асимметрично смещено от оси первых магнитов. Область однородного статического поля остается зоной, имеющей вид тороида. Устройство может работать эксцентрически внутри большого ствола скважины при ослаблении сигнала из ствола скважины. Указанные устройства имеют недостаток, заключающийся в том, что протяженность зоны исследования в осевом направлении мала, так что эти устройства не могут работать при высоких скоростях выполнения геофизических исследований в скважине.
Известно несколько устройств, которые направлены на решение проблемы ограниченной протяженности в осевом направлении базовой конфигурации постоянных магнитов.
В патенте США 4717877 рассматривается использование удлиненных цилиндрических постоянных магнитов, в которых полюса находятся на противоположных криволинейных сторонах магнита. Статическое поле, создаваемое таким магнитом, подобно полю диполя, центрированного относительно геометрической оси удлиненных магнитов, и создает зону исследования, которая удлинена в направлении, параллельном оси ствола скважины. Высокочастотная катушка в устройстве также представляет собой дипольную антенну с центром, совпадающим с геометрической осью магнита, в результате чего обеспечивается ортогональность статического и магнитного поля на полном азимутальном угле 360° относительно ствола скважины.
В патенте США 6023164 раскрыто устройство, в котором скважинный прибор приводится в действие эксцентрически внутри ствола скважины. В устройстве ядерно-магнитно-резонансный зонд, предназначенный для геофизических исследований в скважине, снабжен гильзой, имеющей полукруглый экран для защиты от высоких частот, закрывающий один из полюсов магнита. Экран не пропускает сигналы с одной стороны зонда. Зонд содержит элементы, которые обеспечивают поджим незакрытой стороны зонда к боковой стенке ствола скважины так, что сигналы с незакрытой стороны зонда подаются главным образом из пласта.
Чтобы добиться наилучшего затухания в поле за зондом при одновременном сохранении чувствительности перед зондом, экран должен быть расположен как можно дальше от передней зоны. Эффективность экрана ограничена диаметром скважинного прибора. При отсутствии экрана скважинные приборы имеют круглую область чувствительности, так что использование любого из указанных двух устройств, расположенных эксцентрически, приведет к большому сигналу от флюида в стволе скважины.
В патенте США 5055787 объединены концепция экрана для защиты от высоких частот и формирование статического поля заданной формы и реальное разделение фактического центра дипольной антенны высоких частот и центра системы магнитов. Для создания статического поля используются три магнита с параллельным намагничиванием, при этом центральный магнит имеет противоположную полярность по отношению к магнитам, расположенным с обеих сторон. Устройство имеет зону перед скважинным прибором, в которой градиент является нулевым, при этом зона за скважинным прибором имеет большой градиент. Следовательно, объем зоны чувствительности перед скважинным прибором значительно больше объема зоны чувствительности за скважинным прибором, так что сигналы из ствола скважины в значительной степени ослабляются. Одним недостатком конструкции является то, что зона исследования расположена очень близко к скважинному прибору. Это затрудняет выполнение измерений более глубоко в пласте, что представляет собой серьезный недостаток в случае значительного проникновения флюидов из ствола скважины в пласт. Указанное устройство является устройством, которое известно как скважинный прибор с нулевым градиентом, то есть напряженность статического поля имеет по существу нулевой градиент в зоне исследования. Это представляет собой недостаток при выполнении геофизических исследований в скважине на основе ЯМР, поскольку множество способов интерпретации для получения петрофизической информации о диффузии флюидов в пласте из данных ЯМР зависят от наличия известного и конечного градиента.
Краткое изложение существа изобретения
В основу настоящего изобретения поставлена задача создания ядерно-магнитно-резонансного зонда бокового обзора, предназначенного для применения при выполнении геофизических исследований в скважинах, конструктивное выполнение которого обеспечивает существенное повышение эффективности скважинного прибора.
Согласно изобретению сначала формируется статическое поле, аналогичное полю диполя, и аналогичное полю диполя высокочастотное поле, ортогональное статическому полю, при этом центры эквивалентных статического и высокочастотного диполей смещены в боковом направлении для согласования на стороне, определяемой как передняя сторона скважинного прибора, и рассогласования на задней стороне скважинного прибора. Базисное статическое поле может быть создано основным магнитом. Статическое поле в зоне исследования имеет напряженность поля в заранее заданных пределах и постоянный градиент. Для специалистов в данной области техники очевидно, что в каротажном скважинном приборе с так называемым нулевым градиентом статическое поле в зоне исследования имеет по существу однородную напряженность поля вокруг седловой точки. Второй формирующий магнит используется для формирования статического поля заданной формы, согласующегося с высокочастотным полем на большем азимутальном секторе вокруг скважинного прибора. Высокочастотному полю также придают определенную форму, чтобы увеличить эффективный радиус перед скважинным прибором, что обеспечивает большую глубину проникновения. При этом обеспечивается согласование высокочастотного поля со статическим полем на большем азимутальном секторе.
Дипольная антенна выполнена с как можно большим диполем, в результате чего ее эффективность повышается. Статический экран может быть использован для ослабления высокочастотного поля за скважинным прибором. Статический и высокочастотный диполи повернуты на 90° по сравнению с известными устройствами, при этом статический диполь направлен к боковой стороне скважинного прибора, а высокочастотный диполь - к передней стороне скважинного прибора. В такой конструкции вихревые токи в экране существенно увеличиваются, что обеспечивает повышение его эффективности. Антенна высоких частот имеет сердечник, изготовленный из магнитомягкого материала для повышения ее эффективности. Формирующий магнит также действует как подавляющий магнит, чтобы обеспечить возможность использования материала сердечника, так как при его отсутствии статическое поле было бы укорочено вследствие повернутой ориентации поля. Это приводит к значительному ослаблению поля в сердечнике и, следовательно, к уменьшению переходного процесса в виде магнитострикционных затухающих колебаний. Кроме того, переходный процесс в виде затухающих колебаний в сердечнике ослабляется за счет использования магнитомягкого материала, содержащего частицы порошкообразного материала, достаточно малые и по существу прозрачные для высокочастотного магнитного поля.
Краткое описание чертежей
В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:
фиг.1 изображает эксцентрический ядерно-магнитно-резонансный каротажный скважинный прибор в стволе скважины согласно изобретению;
фиг.2 – диаграммы распределения напряженности поля для эксцентрического каротажного скважинного прибора с разделенными высокочастотным и статическим диполями согласно изобретению;
фиг.2А - заданную конфигурацию для статического и высокочастотного полей для ядерно-магнитно-резонансного зонда бокового обзора согласно изобретению;
фиг.3, 3А и 3В - конфигурации магнитов, антенны и экрана для получения заданной конфигурации поля согласно изобретению;
фиг.4 - изолинии напряженности статического и высокочастотного полей согласно изобретению;
фиг.5 – диаграммы изменения характеристик полей и чувствительности в зависимости от азимутального угла согласно изобретению;
фиг.6 – диаграммы влияния изменения размера второго магнита согласно изобретению;
фиг.7А, 7В и 7С – диаграммы распределения напряженности статического и высокочастотного полей для скважинного прибора на фиг.3 согласно изобретению.
Описание предпочтительного варианта осуществления изобретения
Ствол 10 (фиг.1) скважины пробурен стандартным образом в подповерхностном геологическом пласте 12, подлежащем исследованию для обнаружения потенциальных коллекторов с промышленными запасами углеводородов. Ядерно-магнитно-резонансный каротажный скважинный прибор 14 опущен в ствол 10 с помощью кабеля 16 и соответствующего оборудования, расположенного на поверхности и схематично представленного барабаном 18. Указанный прибор поднимают через пласт 12, содержащий множество слоев 12а-12g различного состава, для геофизического исследования одной или более характеристик пласта. Ядерно-магнитно-резонансный каротажный скважинный прибор оснащен рессорами 22, предназначенными для удерживания его в эксцентрическом положении внутри ствола скважины, при этом одна сторона скважинного прибора находится вблизи стенки ствола скважины. Постоянные магниты 23 используются для создания статического магнитного поля, и конфигурация магнитов представляет собой конфигурацию линейного диполя. Сигналы, генерируемые скважинным прибором 14, подаются к поверхности по кабелю 16 и от кабеля 16 по другой магистрали 19 к соответствующему расположенному на поверхности оборудованию 20 для обработки, регистрации и/или визуального воспроизведения или для передачи в другое место для обработки, регистрации и/или визуального воспроизведения.
На фиг.2 представлены изолинии напряженности высокочастотного и статического полей для устройства, содержащего разделенные высокочастотный и статический двумерный диполи, размещенные внутри ядерно-магнитно-резонансного зонда 14, расположенного эксцентрически внутри ствола 114 скважины. Для упрощения местоположения центров высокочастотного и статического двумерного диполей не показаны. Разная кривизна изолиний напряженности статического 112 и высокочастотного 113 магнитных полей приводит к рассогласованию, которое быстро увеличивается с увеличением расстояния от центральной точки зоны 120 исследования. Зона 120 исследования стягивает только малый угол в центре 122 скважинного прибора 14.
Максимальное пространство, в котором можно обнаружить ядерно-магнитно-резонансный сигнал от пласта в скважинном приборе бокового обзора, доходит до границы ствола 114 скважины. Предпочтительно дуга рабочей зоны 120 проходит таким образом, что конец 120а находится между точками 115а и 116а, а конец 120b находится между точками 115b и 116b. Эта протяженность позволяет учитывать самые большие стволы скважин и даже возможные размывы. В том случае, когда рабочая зона проходит до точек 115а, 115b, и в том случае, когда радиус скважинного прибора равен глубине "проникновения" рабочей зоны в пласт, угол будет составлять 120°. В большинстве случаев угол находится в диапазоне от 90° до 135°.
На фиг.2А показаны заданные конфигурации для статического и высокочастотного полей в ядерно-магнитно-резонансном устройстве бокового обзора. Изолинии показаны в поперечном сечении для статического 161 и высокочастотного 151 полей, соответствующих смещенным диполям. Заданная конфигурация полей имеет удлиненную овальную или грушевидную изолинию 163 для статического поля и изолинию 153 с формой сплющенного овала для высокочастотного поля, при этом изолинии напряженности высокочастотного и статического полей совпадают на дугообразном сегменте 171а-171b. Это определяет зону исследования, которая может быть использована в исследованиях на основе ЯМР.
На фиг.3 представлен предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения, в котором осуществлено формирование статического и высокочастотного полей с заданной формой. На поперечном сечении скважинного прибора показан основной магнит 217, вспомогательный магнит 218 и приемопередающая антенна, содержащая провода 219 и материал 210 сердечника. Стрелки 221 и 223 показывают поляризацию, например, от Южного полюса к Северному полюсу основного магнита 217 и вспомогательного магнита 218 соответственно. Вектор поляризации магнитов, создающих статическое поле, проходит в направлении боковой стороны скважинного прибора, а не в направлении передней стороны скважинного прибора (правой стороны на фиг.3), как в известных устройствах. Важность этой повернутой конфигурации рассмотрена ниже.
Вспомогательный магнит 218 расположен таким образом, чтобы усилить, т.е. получить более четко выраженную форму статического магнитного поля путем добавления второго магнитного диполя в непосредственной близости к высокочастотному диполю, образуемому проводами 219 и магнитомягким сердечником 210. Это приводит к смещению центра эффективного статического диполя ближе к высокочастотному диполю, в результате чего возрастает азимутальная протяженность зоны исследования, что очень желательно. Вспомогательный магнит 218 также обеспечивает уменьшение шунтирующего воздействия сердечника 210 с высокой магнитной проницаемостью на основной магнит 217. При отсутствии вспомогательного магнита постоянное электрическое поле фактически будет замкнуто накоротко сердечником 210. Таким образом, помимо того, что вспомогательный магнит служит в качестве формирующего магнита для формирования статического поля заданной формы с передней стороны скважинного прибора (стороны основного магнита), этот вспомогательный магнит также действует в качестве подавляющего магнита по отношению к статическому полю в сердечнике 210. Для специалистов в данной области очевидно, что функция подавления и формирование поля с определенными границами могут быть реализованы просто путем обеспечения наличия зазора в сердечнике. Однако, поскольку требуется формирование поля с некоторой заданной формой с передней стороны скважинного прибора, в предпочтительном варианте осуществления изобретения вспомогательный магнит служит как для формирования поля заданной формы, так и для подавления статического поля. Если напряженность статического поля в сердечнике 210 близка к нулю, то переходный процесс в виде магнитострикционных затухающих колебаний по существу устраняется.
Как было указано выше, в пределах зоны исследования градиент напряженности статического поля является по существу постоянным, и напряженность статического поля находится в заранее заданных пределах, чтобы получить по существу постоянную частоту ларморовской прецессии. Для специалистов в данной области техники очевидно, что сочетание формирования поля с заданной формой и подавления статического поля может быть реализовано с помощью различных конфигураций магнитов. Например, на фиг.3А показан один магнит 227 и магнитный сердечник 230, который создает по существу такое же статическое поле, как и поле, которое создается с помощью комбинации магнитов 217 и 218 (фиг.3). По существу аналогичная конфигурация поля будет получена с помощью конструкции на фиг.3В с магнитом 237 и сердечником 240. С помощью систем магнитов, представленных на фиг.3, 3А и 3В, достигается асимметрия статического магнитного поля в направлении, ортогональном к направлению намагничивания. В возможном варианте осуществления изобретения (не показан) вспомогательный магнит отсутствует.
Приемопередающие провода 219 (фиг.3) и детали 210 сердечника предпочтительно должны быть удалены как можно дальше к сторонам скважинного прибора. Это взаимное удаление приводит к повышению эффективности приемопередающей антенны за счет увеличения эффективного высокочастотного диполя антенны и к усилению, т.е. получению более четко выраженной формы изолиний напряженности высокочастотного магнитного поля, чтобы они лучше соответствовали изолиниям напряженности статического магнитного поля. Такое взаимное удаление невозможно в известных конструкциях. Вспомогательный магнит предпочтительно изготовлен из непроводящего материала, чтобы минимизировать вихревые токи, индуцированные высокочастотным полем, в результате чего повышается эффективность антенны высоких частот.
Сердечник предпочтительно изготовлен из порошкообразного магнитомягкого материала, отличного от феррита. Он имеет высокую плотность тока насыщения и содержит частицы порошкообразного материала, которые являются достаточно малыми, чтобы обеспечить прозрачность по отношению к высокочастотному магнитному полю. Такой материал раскрыт в заявке №58413268 от 28 июня 2000.
На фиг.4 показаны изолинии напряженности статического и высокочастотного полей для устройства, представленного на фиг.3, по методу конечных элементов. Скважинный прибор 14, имеющий диаметр 5 дюймов, показан внутри ствола 301 скважины диаметром 10 дюймов. Контур 303 обозначает напряженность В 0 статического поля, составляющую от 184 Гаусс до 186 Гаусс. В пределах зоны 305 высокочастотное поле изменяется менее чем на 10%, что является пригодным значением для выполнения измерений градиента ЯМР. Зона исследования, характеризуемая дугой, проходящей от точки 321а до точки 321b, значительно больше, чем в конструкции, показанной на фиг.2.
Эффективная длина дуги представлена на фиг.5. По оси абсцисс отложены значения азимутального угла, измеренные от передней стороны приемника. Для упрощения показана только одна половина азимутального распределения. Линия 423 представляет собой азимутальное распределение принятого сигнала. Эффективная длина 421 дуги представляет собой ширину прямоугольника, имеющего площадь, равную площади фигуры, ограниченной диаграммой изменения принятого сигнала на интервале от 0 до 180°. На фиг.4 также показана фактическая напряженность 422 высокочастотного поля, которая представляет собой произведение модуля вектора напряженности высокочастотного поля и косинуса угла между векторами напряженности высокочастотного поля и статического поля. Градиент 424 напряженности статического магнитного поля является по существу постоянным в зоне исследования.
Выбор размера вспомогательного магнита основан на конечноэлементной модели магнита и конфигурации антенны, а также на вычислениях ЯМР-сигнала и шума. Это проиллюстрировано на диаграмме (фиг.6) отношения сигнал/шум для скважинного прибора 550 и сигнала 551 из ствола скважины как функции нормализованного размера вспомогательного магнита (абсцисса). Размер вспомогательного магнита нормализован по отношению к величине зазора между сегментами 210 сердечника, при этом остаточная плотность магнитного потока принята равной 1 Тесла. Желательно поддерживать сигнал из ствола скважины на уровне ниже порогового значения 1,5%. При этом нормализованный размер вспомогательного магнита составляет около 0,37 (пунктирная линия 555) и отношение сигнал/шум составляет 1,63 (точка 556). Основное влияние на улучшение отношения сигнал/шум оказывает увеличение длины дуги, при этом меньшее влияние оказывает увеличенная напряженность поля, обусловленная большим размером магнита.
На фиг.7А показаны диаграммы распределения статического поля для одной половины конструкции из магнитов (фиг.3). Контуры 601а, 601b обозначают напряженность поля, а стрелка 605 указывает направление статического поля в начале отсчета. Можно видеть, что напряженность статического поля близка к нулю рядом с линией 610 расположения проводов антенны. Это дает положительный эффект, проявляющийся в ослаблении переходного процесса в виде магнитострикционных затухающих колебаний антенны. На фиг.7В представлены изолинии напряженности высокочастотного поля в случае, когда постоянный магнит 617 является непроводящим. Даже при непроводящем постоянном магните напряженность высокочастотного поля в магните является малой, что показано с помощью невысокой плотности изолиний 612а, 612b напряженности поля рядом с постоянным магнитом. На фиг.7С представлены изолинии напряженности высокочастотного поля в случае, когда постоянный магнит является проводящим, как в предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения.
Постоянные магниты согласно изобретению изготовлены из проводящего материала, такого как самарий-кобальт. Поскольку проводящие магниты могут создавать более сильное статическое поле, они также действуют в качестве экрана, поскольку напряженность высокочастотного поля должна дойти до нуля вблизи от них. Периодический процесс в магните в виде затухающих колебаний также является более слабым по сравнению с процессом в магните, изготовленном из непроводящего материала.
Другим преимуществом является то, что высокочастотное поле рядом с экраном перпендикулярно экрану (не показано). Это означает, что вихревые токи, индуцированные в экране 611 высокочастотным полем, будут большими по сравнению с известными устройствами, что усиливает экранирующий эффект по отношению к сигналам из ствола скважины. Как было отмечено выше, экран для защиты от высоких частот является необязательным, поскольку сам магнит обеспечивает существенное экранирование сигналов из ствола скважины.
Формула изобретения
1. Ядерно-магнитно-резонансное (ЯМР) измерительное устройство, содержащее по меньшей мере один основной магнит, предназначенный для формирования статического магнитного поля в объеме, содержащем материалы, поиск которых осуществляется, имеющий продольную ось и намагниченный в направлении намагничивания, перпендикулярном продольной оси, при этом магнитное поле первого магнита представляет собой магнитное поле эквивалентного дипольного магнита, антенну высоких частот, предназначенную для создания высокочастотного магнитного поля в указанном объеме и возбуждения в нем ядер, а также приема сигналов от возбужденных ядер, при этом высокочастотное магнитное поле представляет собой поле высокочастотного диполя, ортогонального к эквивалентному дипольному магниту и смещенного в поперечном направлении от него, вспомогательный магнит, имеющий намагничивание, параллельное намагничиванию по меньшей мере одного основного магнита, при этом вспомогательный магнит удален от по меньшей мере одного основного магнита и антенны высоких частот для придания статическому магнитному полю заданной формы, в результате чего образуется дугообразная зона исследования в указанном объеме, в которой статическое магнитное поле имеет напряженность поля, находящуюся в заранее заданных пределах, а высокочастотное магнитное поле имеет постоянную составляющую напряженности поля, ортогональную к напряженности статического магнитного поля, сформированного с заданной формой.
2. Ядерно-магнитно-резонансное устройство по п.1, отличающееся тем, что направление намагничивания по меньшей мере одного основного магнита определяет первую сторону ядерно-магнитно-резонансного устройства.
3. Ядерно-магнитно-резонансное устройство по п.2, отличающееся тем, что высокочастотный диполь смещен в направлении, ортогональном к указанной первой стороне ядерно-магнитно-резонансного устройства, причем направление смещения определяет переднюю сторону ядерно-магнитно-резонансного устройства.
4. Ядерно-магнитно-резонансное устройство по п.3, отличающееся тем, что дугообразная зона исследования находится перед ядерно-магнитно-резонансным устройством.
5. Ядерно-магнитно-резонансное устройство по п.1, отличающееся тем, что ядерно-магнитно-резонансное устройство размещено в стволе скважины, а дугообразная зона исследования стягивает угол в центре ядерно-магнитно-резонансного устройства, составляющий от 90 до 135°.
6. Ядерно-магнитно-резонансное устройство по п.1, отличающееся тем, что антенна высоких частот дополнительно содержит магнитный сердечник с зазором.
7. Ядерно-магнитно-резонансное устройство по п.6, отличающееся тем, что магнитный сердечник с зазором расположен между вспомогательным магнитом и антенной.
8. Ядерно-магнитно-резонансное устройство по п.6, отличающееся тем, что магнитный сердечник с зазором содержит неферритовый порошкообразный магнитомягкий материал.
9. Ядерно-магнитно-резонансное устройство по п.3, отличающееся тем, что дополнительно содержит экран для защиты от высоких частот, расположенный со стороны устройства, противоположной передней стороне.
10. Ядерно-магнитно-резонансное устройство по п.5, отличающееся тем, что размер вспомогательного магнита задан таким, чтобы увеличить отношение сигнал-шум для эхо-сигналов от возбужденных ядер при поддержании эхо-сигнала от флюида, находящегося внутри ствола скважины, на уровне ниже заранее заданного порогового значения.
11. Ядерно-магнитно-резонансное устройство по п.1, отличающееся тем, что дугообразная зона исследования имеет постоянный градиент напряженности статического поля.
12. Ядерно-магнитно-резонансное устройство по п.1, отличающееся тем, что по меньшей мере один постоянный магнит изготовлен из проводящего материала.
13. Ядерно-магнитно-резонансное (ЯМР) измерительное устройство, содержащее матрицу магнитов, предназначенную для создания статического магнитного поля в объеме, содержащем материалы, поиск которых осуществляется, имеющую некоторую форму и продольную ось и намагниченную в направлении, перпендикулярном продольной оси, при этом направление намагничивания определяет первую сторону устройства, антенну высоких частот, предназначенную для создания высокочастотного магнитного поля в объеме и возбуждения в нем ядер, а также приема сигналов от возбужденных ядер, при этом высокочастотное магнитное поле представляет собой поле высокочастотного диполя, ортогонального к направлению намагничивания системы магнитов, при этом антенна высоких частот смещена относительно системы магнитов вдоль направления, ортогонального к направлению намагничивания, а матрица магнитов выбрана такой, чтобы образовать дугообразную зону исследования в указанном объеме, в которой статическое магнитное поле имеет напряженность поля, находящуюся в заданных пределах, и в которой высокочастотное магнитное поле имеет постоянную составляющую напряженности поля, ортогональную к напряженности статического магнитного поля.
14. Ядерно-магнитно-резонансное устройство по п.13, отличающееся тем, что положение антенны высоких частот относительно системы магнитов определяет переднюю сторону устройства, а дугообразная зона исследования находится в основном перед устройством.
15. Ядерно-магнитно-резонансное устройство по п.14, отличающееся тем, что ядерно-магнитно-резонансное устройство размещено в стволе скважины, а дугообразная зона исследования стягивает угол в центре ядерно-магнитно-резонансного устройства, составляющий от 90 до 135°.
16. Ядерно-магнитно-резонансное устройство по п.13, отличающееся тем, что антенна высоких частот дополнительно содержит магнитный сердечник с зазором, расположенный вблизи антенны.
17. Ядерно-магнитно-резонансное устройство по п.16, отличающееся тем, что магнитный сердечник с зазором содержит неферритовый порошкообразный магнитомягкий материал.
18. Ядерно-магнитно-резонансное устройство по п.14, отличающееся тем, что дополнительно содержит экран для защиты от высоких частот, расположенный со стороны устройства, противоположной передней стороне.
19. Ядерно-магнитно-резонансное устройство по п.13, отличающееся тем, что дугообразная зона исследования дополнительно имеет постоянный градиент напряженности статического поля.
20. Ядерно-магнитно-резонансное устройство по п.13, отличающееся тем, что система магнитов дополнительно содержит постоянный магнит, изготовленный из проводящего материала.
21. Способ измерений на основе ядерно-магнитного резонанса (ЯМР), заключающийся в том, что используют по меньшей мере один основной магнит на ядерно-магнитно-резонансном скважинном приборе для создания статического магнитного поля в объеме, содержащем материалы, поиск которых осуществляется, имеющий продольную ось и намагниченный в направлении намагничивания, перпендикулярном продольной оси, при этом магнитное поле первого магнита представляет собой магнитное поле эквивалентного дипольного магнита, используют антенну высоких частот на ядерно-магнитно-резонансном скважинном приборе для создания высокочастотного магнитного поля в указанном объеме и возбуждения ядер в нем, а также приема сигналов от возбужденных ядер, при этом высокочастотное магнитное поле представляет собой поле высокочастотного диполя, ортогонального к эквивалентному дипольному магниту и смещенного в поперечном направлении от него, устанавливают вспомогательный магнит на ядерно-магнитно-резонансном скважинном приборе в положение, при котором вспомогательный магнит смещен в сторону от по меньшей мере одного основного магнита и в направлении антенны высоких частот для придания статическому магнитному полю заданной формы и формирования дугообразной зоны исследования в указанном объеме, при этом статическое магнитное поле имеет напряженность поля, находящуюся в заданных пределах, а высокочастотное магнитное поле имеет, по существу, постоянную составляющую напряженности поля, ортогональную к напряженности статического магнитного поля, сформированного с заданной формой.
22. Способ по п.21, отличающийся тем, что высокочастотный диполь смещен в направлении, ортогональном к направлению намагничивания, причем направление смещения определяет переднюю сторону ядерно-магнитно-резонансного устройства.
23. Способ по п.21, отличающийся тем, что дополнительно используют сердечник с зазором вместе с антенной для повышения ее эффективности.
24. Способ по п.23, отличающийся тем, что дополнительно используют вспомогательный магнит для ослабления переходного процесса в виде магнитострикционных затухающих колебаний в сердечнике с зазором и антенне.
25. Способ по п.21, отличающийся тем, что дополнительно используют ядерно-магнитно-резонансное устройство в стволе скважины в подземном пласте для определения представляющего интерес параметра пласта.
26. Способ по п.25, отличающийся тем, что дополнительно осуществляют выбор размера вспомогательного магнита, чтобы увеличить отношение сигнал-шум для эхо-сигналов от возбужденных ядер при поддержании эхо-сигнала от флюида, находящегося внутри ствола скважины, на уровне, ниже заранее заданного порогового значения.
27. Способ по п.25, отличающийся тем, что дополнительно устанавливают вспомогательный магнит в определенном положении и выбирают его размер таким образом, чтобы получить величину угла, стягиваемого дугообразной зоной исследования в центре ядерно-магнитно-резонансного скважинного прибора, от 90 до 135°.
28. Способ по п.21, отличающийся тем, что дополнительно используют экран для защиты от высоких частот с задней стороны ядерно-магнитно-резонансного скважинного прибора, противоположной передней стороне скважинного прибора, для ослабления сигналов с указанной задней стороны.
29. Способ измерений на основе ядерно-магнитного резонанса (ЯМР), заключающийся в том, что используют матрицу магнитов на ядерно-магнитно-резонансном скважинном приборе для создания статического магнитного поля в объеме, содержащем материалы, поиск которых осуществляется, причем матрица магнитов имеет продольную ось и намагничена в направлении намагничивания, перпендикулярном продольной оси, устанавливают антенну высоких частот на ядерно-магнитно-резонансном скважинном приборе вдоль направления, ортогонального к направлению намагничивания, тем самым образуя переднюю сторону ядерно-магнитно-резонансного скважинного прибора, используют антенну высоких частот на ядерно-магнитно-резонансном скважинном приборе для создания высокочастотного магнитного поля в объеме и возбуждения ядер в нем, а также приема сигналов от возбужденных ядер, при этом указанное высокочастотное магнитное поле представляет собой поле высокочастотного диполя, ортогонального к направлению намагничивания, выбирают матрицу магнитов и положение антенны высоких частот относительно системы магнитов и образование дугообразной зоны исследования перед скважинным прибором в объеме, в которой статическое магнитное поле имеет напряженность поля, находящуюся в заданных пределах, и в которой высокочастотное магнитное поле имеет постоянную составляющую напряженности поля, ортогональную к напряженности статического магнитного поля.
30. Способ по п.29, отличающийся тем, что для выбора матрицы магнитов дополнительно выбирают основной магнит, имеющий дипольное магнитное поле, и вспомогательный магнит, смещенный в направлении передней стороны скважинного прибора для создания определенного статического поля, выбирают магнит с определенной формой для создания определенного статического поля.
31. Способ по п.29, отличающийся тем, что дополнительно используют экран для защиты от высоких частот с целью ослабления сигналов ЯМР от стороны скважинного прибора, противоположной передней стороне.
32. Способ по п.29, отличающийся тем, что дополнительно перемещают ядерно-магнитно-резонансный скважинный прибор в ствол скважины и устанавливают скважинный прибор в определенном положении эксцентрически в стволе скважины так, чтобы передняя сторона находилась близко к стенке ствола скважины.
33. Способ по п.30, отличающийся тем, что угол, стягиваемый дугообразной зоной в центре ядерно-магнитно-резонансного скважинного прибора, составляет от 90 до 135°.
34. Способ по п.33, отличающийся тем, что ядерно-магнитно-резонансное измерительное устройство перемещают в ствол скважины, содержащий флюид, и дугообразная зона исследования не перекрывается стволом скважины.
35. Способ по п.29, отличающийся тем, что дополнительно используют проводящий материал для по меньшей мере одного из следующих магнитов: по меньшей мере одного основного магнита и вспомогательного магнита.
36. Способ по п.33, отличающийся тем, что дугообразная зона исследования не перекрывается стволом скважины.
РИСУНКИ
