Предлагается использование данных оценки реверберации, создаваемой последовательностями импульсов с коротким временем восстановления (импульсами КПМГ или измененными импульсами КПМГ), для ослабления влияния реверберации в последовательностях обычных или измененных импульсов КПМГ. При помощи предлагаемого способа эффективно устраняется реверберация, которая меняется за период времени, охватываемый парой обычных последовательностей с чередованием пар. За счет частотного возмущения может быть устранена реверберация, вызываемая возбуждающим импульсом и рефокусирующим импульсом.

 

(57) Реферат / Формула:
использование данных оценки реверберации, создаваемой последовательностями импульсов с коротким временем восстановления (импульсами КПМГ или измененными импульсами КПМГ), для ослабления влияния реверберации в последовательностях обычных или измененных импульсов КПМГ. При помощи предлагаемого способа эффективно устраняется реверберация, которая меняется за период времени, охватываемый парой обычных последовательностей с чередованием пар. За счет частотного возмущения может быть устранена реверберация, вызываемая возбуждающим импульсом и рефокусирующим импульсом.

 

---

93223
15 Заявка № 200601883
Заявитель Бейкер Хьюз Инкорпорейтед, US
ПРИМЕНЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЙ, ОСУЩЕСТВЛЕННЫХ В ОДНОМ ПАКЕТЕ ЭХО-20 СИГНАЛОВ, ДЛЯ КОРРЕКЦИИ РЕВЕРБЕРАЦИИ ВО ВТОРОМ ПАКЕТЕ БЕЗ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В НЕМ ПАРЫ С ЧЕРЕДОВАНИЕМ ФАЗ
Предпосылки создания изобретения
Область техники, к которой относится изобретение 25 Изобретение относится к области ядерно-магнитной разведки в стволе
нефтяной скважины. В частности, в изобретении предложен способ коррекции влияния реверберации, характерной для исследования скважин при помощи последовательности магнитных импульсов.
Описание известного уровня техники 30 Для определения наличия и оценки количества углеводородов (нефти и
газа) в толщах горных пород применяются разнообразные методы. Они служат для определения характеристик пласта, среди прочих включающих удельное сопротивление, пористость и проницаемость толщи горных пород, окружающих
- 2 -
ствол скважины, пробуренной с целью добычи углеводородов. Как правило, для скважинного каротажа используют приборы, рассчитанные на получение необходимой информации. Значительную часть каротажа осуществляют после того, как пробурен ствол скважины. С недавних пор скважинный каротаж 5 осуществляют в процессе бурения, что называют скважинными измерениями в процессе бурения или каротажем в процессе бурения.
Один из недавно появившихся методов предусматривает использование приборов ядерно-магнитного каротажа (ЯМК) и методов определения, среди прочего, пористости, насыщенности углеводородами и проницаемости толщ
10 горных пород. Приборы ЯМК (приборы ЯМР) используют для возбуждения центров кристаллизации жидкостей в толще пород, окружающих ствол скважины, в результате чего могут быть измерены некоторые параметры пород, такие как концентрация спинов, время продольной релаксации (в целом известное из техники как Tj) и время поперечной релаксации (в целом известное
15 как Тг). По результатам таких измерений определяют пористость, проницаемость и насыщенность углеводородами, получая ценную информацию о структуре толщи пород и количестве извлекаемых углеводородов.
Приборы ЯМК генерируют однородное или почти однородное статическое магнитное поле в представляющей интерес области, окружающей ствол
20 скважины. В основе ЯМК лежит тот факт, что центры кристаллизации множества элементов имеют угловой момент (спин) и магнитный момент. Центры кристаллизации имеют характеристическую ларморову частоту резонанса, связанную с амплитудой магнитного поля в месте их нахождения. Со временем происходит упорядочение ядерных спинов вдоль приложенного извне
25 магнитного поля. Данное состояние равновесия может быть нарушено импульсом колебательного магнитного поля, которое отклоняет спины с резонансной частотой в полосе частот колебательного магнитного поля от направления статического магнитного поля. Угол в, на который отклонены спины, находящиеся в точном резонансе, задан следующим уравнением:
30 в = ^(". (1)
в котором у означает гиромагнитное отношение, Bj означает напряженность действующего поля, а означает длительность высокочастотного импульса.
- 3 -
После отклонения спины прецессируют вокруг статического поля на определенной частоте, известной как ларморова частота а> о, заданная следующим уравнением:
со = уВ0 (2)
5 в котором Во означает интенсивность статического поля. При этом спины
возвращаются к направлению состояния равновесия (т.е. совмещенному с направлением статического поля) в течение времени экспоненциального спада, известного как время спин-решеточной релаксации или время продольной релаксации Г/. Применительно к центрам кристаллизации водорода у/2л = 4258
10 Гц/Гс, то есть статическое поле, равное 235 Г'с, создает частоту прецессии 1
МГц. Т] флюида в порах целиком зависит от молекулярной среды и, как правило, составляет в породах от 10 до 1000 миллисекунд.
Как правило, что измерить в толще горных пород явления, связанные с ядерно-магнитным резонансом (ЯМР), в течение некоторого времени
15 дожидаются, пока статическое магнитное поле не поляризует центры
кристаллизации в толще пород преимущественно в направлении статического магнитного поля. Амплитуду и длительность первого из высокочастотных импульсов, проходящих через антенну, выбирают таким образом, чтобы направление ядерной намагниченности отклонилось на 90° от предшествующего
20 направления. Данный импульс известен из техники, в том числе, как импульс А, 90-градусный импульс и возбуждающий импульс. По истечении выбранного периода времени через антенну пропускают последовательные высокочастотные импульсы, амплитуду и длительной каждого из которых выбирают таким образом, что оси ядерных спинов отклонились примерно на 180° от их
25 непосредственно предшествующих направлений и "перефазировались" или переориентировались относительно друг друга. Данные импульсы, перефазирующие импульсы, известны из техники, в том числе, как импульсы В, 180-градусные импульсы и рефокусирующие импульсы. Индуцированные сигналы, известные как "спиновое эхо", обычно измеряют на протяжении
30 временного интервала между каждым из последовательных "180-градусных" высокочастотных импульсов. Последовательность измерений спинового эха в целом известна как "цикл". Амплитуда спиновых эхо-сигналов и скорость, с
- 4 -
которой меняется амплитуда спинового эха на протяжении цикла измерений, связаны с представляющими интерес свойствами толщ горных пород, такими как парциальный объем порового пространства (пористость), и свойствами флюидов, присутствующими в пористых пространствах. Частота высокочастотного 5 магнитного поля, необходимая для переориентации ядерной намагниченности, которая представляет собой частоту спиновых эхо-сигналов, связана с амплитудой статического магнитного поля и коэффициентом, известным как гиромагнитное отношение у, являющееся индивидуальным для каждого изотопа. Для оценки параметров толщи горных пород обычно выбирают амплитуду
10 статического магнитного поля и частоту высокочастотного магнитного поля, чтобы возбудить явления ЯМР в центрах кристаллизации водорода, хотя для оценки параметров толщ горных пород методом ЯМР могут использоваться другие центры кристаллизации.
В результате возбуждения антенны высокочастотными импульсами
15 большой мощности в присутствии сильного статического магнитного поля происходит механическое возбуждение антенны. Механическое возбуждение антенны приводит к возбуждению сигнала в антенне, называемого "реверберацией" ("ringing"). Реверберация не связана с явлениями ЯМР, и часто имеет весьма большую амплитуду. Амплитуда реверберации часто достигает
20 максимума после воздействия каждого высокочастотного импульса, причем ее величина такова, что затрудняет измерение амплитуды сигналов, индуцированных ЯМР. Ослабление влияния реверберации на измерение ЯМР играет важную роль, в том числе, при каротаже скважин, поскольку на основании амплитуд спиновых эхо-сигналов, следующих непосредственно за
25 высокочастотными импульсами, получают важную информацию о свойствах пластов.
Устройства, ослабляющие влияние реверберации за счет параметров прибора, известны, например, из публикации патентной заявки GB 2310724А (заявитель - Taicher) и публикации патентной заявки US 20030038631 (заявитель 30 - Kruspe). Способы устранения влияния акустической реверберации
применительно к методике ядерного квадрупольного резонанса описаны в патенте US 5365171, выданном на имя Beuss.
- 5 -
Из уровня техники известно несколько способов устранения эффектов реверберации. Согласно одной из разновидностей таких способов создают разность фаз между сигналом реверберации и сигналом, индуцированным ЯМР, и суммируют или "накапливают" результаты множества серий измерений, чтобы 5 уменьшить на выходе амплитуду сигнала реверберации. Один из
распространенных измерительных циклов, который используют при оценке параметров толщ горных пород, известен как метод "пар с чередованием фаз" (ПЧФ). Циклы ПЧФ включают описанный выше измерительный цикл с использованием 90-градусного высокочастотного импульса, за которым следуют
10 последовательные 180-градусные импульсы. По истечении выбранного времени ожидания осуществляют еще один цикл таких измерений, но при измененной на противоположную поляризации 90-градусных импульсов. За счет накапливания результатов двух измерительных циклов в основном устраняют сигнал реверберации. Подобный способ описан, например, в патенте US 5596274,
15 выданном на имя Sezginer, и патенте US 5023 551, выданном на имя Kleinberg и
В традиционных методиках ПЧФ сначала осуществляют регистрацию в момент времени t, причем полученный результат m(t) содержит как данные e(t) полезного эхо-сигнала, так и данные r(t) искажающего сигнала реверберации, в 20 результате чего получают:
После регистрации, как правило, необходимо выждать некоторое время для восстановления измеряемого материала, что приводит к длительному периоду повторения tri. Регистрацию повторяют, используя на этот раз идентичные 25 параметры за исключением того, что фаза возбуждающего импульса сдвинута на 180°. Это влияет на эхо-сигнал, знак которого меняется, но не затрагивает реверберацию, которая в основном создается рефокусирующими импульсами. Таким образом:
др.
m(t) = e(t) + r(t).
(4)
m(t+tri) = -e(t+tri) + r(t+tri).
(5)
Методика ПЧФ заключается в вычитании результатов двух измерений, т.е.
PAPS
- 6
rt+trA_mit)-(tm)(t+tri)
^ej^+ejt + tr,) | r{t)-r{t + trt)
2 2 (6)
Если реверберация является постоянной или меняется достаточно медленно, в результате ПЧФ получают среднее значение двух эхо-сигналов, почти не содержащее или не содержащее сигнал реверберации. Как правило, 5 материал, являющийся источником реверберации, находится внутри прибора (датчика или электронного оборудования), и предполагается, что реверберация медленно меняется с течением времени. Вместе с тем, при некоторых обстоятельствах, например, при наличии металлической пыли в скважине, реверберационный материал может находиться вне прибора. Такой посторонний
10 реверберационный материал обычно перемещается относительно прибора и, следовательно, изменяет реверберацию на протяжении временного интервала между двумя последовательностями импульсов. Период времени между первым и вторым циклами ПЧФ должен быть достаточным для того, чтобы перед вторым циклом произошла соответствующая спин-решеточная релаксация. Кроме того,
15 вследствие увеличения периода времени на протяжении каждого цикла ПЧФ исследуются различные материалы, поскольку измерительное устройство перемещается по стволу скважины. Таким образом, время ожидания tr\ ограничивает эффективность измерений. Другой недостаток цикла ПЧФ заключается в том, что он исключает реверберацию, вызванную лишь
20 воздействием импульсов В, и не ослабляет реверберацию, вызванную импульсом А.
Из уровня техники известен ряд других способов, ослабляющих влияние реверберации. В патенте US 6498484, выданном на имя Sunu др., описан способ, в котором используют две последовательности импульсов Карра-Парселла-
25 Мельбума-Гилла (КПМГ) при переменном магнитном поле. Во второй
последовательности импульсов в амплитуду статического поля вносят поправку на амплитуду и временной интервал, выбранную таким образом, чтобы вызвать 180-градусный фазовый сдвиг у спиновых эхо-сигналов. Базовый линейный шум и реверберация преимущественно устраняются при вычитании первого и второго
30 сигналов. Как указано в патенте US 6121774, выданном на имя Sun и др., на
- 7 -
протяжении первого интервала времени цикла одноимпульсной последовательности на объем толщи горных пород воздействуют первым множеством колебательных импульсов. Измеренный затем сигнал включает реверберационную составляющую и множество спиновых эхо. На протяжении 5 второго интервала времени цикла одноимпульсной последовательности на объем толщи горных пород воздействуют вторым множеством колебательных импульсов и измеряют сигналы, генерированные в толще горных пород. Измеренные сигналы включают реверберационную составляющую и преимущественно не включают спиновое эхо, Чтобы исключить спиновое эхо и
10 индуцированные эхо-сигналы на протяжении второго интервала времени
многократно применяют импульс малой длительности с последующей временной задержкой, чтобы подавить индуцированные эхо-сигналы и спиновое эхо. Сигналы, измеренные на протяжении первого интервала времени, корректируют, чтобы исключить реверберационную составляющую.
15 В патенте US 6377042, выданном на имя Menger и др., описан способ
получения данных ЯМР с повышенной разрешающей способностью путем объединения во временном интервале различных пакетов эхо-импульсных сигналов в общий пакет эхо-сигналов. Входные пакеты эхо-сигналов могут регистрироваться с использованием различных интервалов между эхо-
20 сигналами, продолжительности ожидания и параметров отношения сигнал-шум (помехи), которые оптимизируют применительно как к быстрым, так и медленным участкам спектра Тг. Объединенные пакеты эхо-сигналов одномоментно преобразуют в полные спектры Тг, причем объединенный пакет эхо-сигналов обычно содержит информацию как об относительно быстрых, так и
25 относительно медленных сигналах ЯМР.
Согласно патенту US 6541969, выданному на имя Sigal и др., для оценки реверберационной составляющей сигнала сочетают две или более зарегистрированные последовательности таким образом, чтобы оценить реверберационную составляющую сигнала. В качестве альтернативы, оценку
30 реверберационной составляющей сигнала осуществляют путем
непосредственного измерения с использованием последовательности импульсов ЯМР, которая в конкретном случае реализации представляет собой стандартную последовательность импульсов КПМГ без головного 90-градусного импульса.
- 8 -
Такая последовательность обычно содержит сигналы реверберации, но в ней отсутствуют затухающие сигналы. Для устранения расчетной реверберационной составляющей из зарегистрированных последовательностей используют различные способы обработки сигналов или статистические методы. 5 В патенте US 6570381, выданном на имя Speier и др., описано применение
ряда циклов последовательностей измерительных импульсов, которыми воздействуют на толщу горных пород, окружающих ствол скважины. Каждая последовательность импульсов включает высокочастотный возбуждающий импульс, наложенный на несколько высокочастотных рефокусирующих
10 импульсов. Осуществляют прием спиновых эхо, содержащих паразитные
сигналы реверберации, генерированные возбуждающими и рефокусирующими импульсами. Например, путем манипуляции поляризацией возбуждающих и рефокусирующих импульсов можно преимущественно устранить паразитную реверберацию, генерированную возбуждающими и рефокусирующими
15 импульсами. Осуществляют сочетание спиновых эхо-сигналов соответствующих спиновых эхо каждого цикла и преимущественно устраняют паразитную реверберацию, генерированную возбуждающими и рефокусирующими импульсами последовательностей импульсов. В патенте US 6518757, выданном на имя Speier и др., описано вращение ядерных спинов в последовательности
20 импульсов. Чтобы генерировать множество эхо, по истечении определенного периода времени после прекращения возбуждающего импульса используют последовательность рефокусирующих импул ьсов. Фаза рефокусирующих импульсов изменена, в результате чего пары эхо в пакете эхо-сигналов имеют противоположные фазы реверберации. Чтобы устранить реверберацию в пакете
25 эхо-сигналов, суммируют эхо из пакета эхо-сигналов, имеющие
противоположные фазы реверберации. Затем пакет эхо-сигналов может быть подвергнут анализу с точки зрения амплитуды и/или характеристик затухания.
В патенте US 6466013, выданном на имя Hawk.es и др., описан способ максимизации сигнала и минимизации потребления высокочастотной мощности.
30 Период повторения и длительность высокочастотных импульсов
отличаются от обычных импульсов КПМГ. В одном из вариантов осуществления применяют рефокусирующий импульс с углом отклонения спина менее 180°, у которого фаза несущей сдвинута, как правило, на ж/2 радианов относительно
- 9 -
импульса с 90-градусным отклонением. Вследствие этого происходит рефокусирование большего числа центров кристаллизации, первоначально отклоненных на 90°, в результате чего усиливаются эхо, и сокращается потребление мощности у прибора. Для ускорения регистрации и/или получения 5 сигнала, нейтрализующего паразитную реверберацию, в конце пакета эхо-сигналов может использоваться дополнительный импульс принудительного восстановления.
В патенте US 6646438, выданном на имя Kruspe и др., описан способ регистрации спиновых эхо-сигналов методом ЯМР с использованием
10 последовательностей импульсов, имеющих более одного интервала между эхо-сигналами. За счет соответствующего выбора последовательностей переменных поперечных электрических волн может быть достигнута требуемая разрешающая способность для всех ожидаемых составляющих (коротких, средних и длинных) при одновременном сокращении необходимого времени и потребляемой
15 мощности.
В патенте US 6204663, выданном на имя Ргаттег, описан способ подавления магнитоакустических искажений данных ЯМР с использованием цикла последовательности импульсов, в котором между последовательностями импульсов меняется частота измерения. В предпочтительном варианте
20 осуществления частоту изменяют таким образом, чтобы существенно ослабить паразитные сигналы, индуцированные возбуждающим импульсом, за счет сочетания сигналов ЯМР соответствующих эхо, принимаемых на каждой частоте измерения.
Известное из уровня техники применение последовательности ПЧФ 25 относится лишь к ослаблению влияния реверберации, вызванной импульсом В. Желательно создать способ устранения реверберации, как импульса А, так и импульса В в ситуации, когда в процессе каротажа реверберация может быстро меняться. Данная задача решена в настоящем: изобретении. Краткое изложение сущности изобретения 30 В настоящем изобретении предложен способ коррекции влияния
реверберации, вызываемой возбуждающими и рефокусирующими импульсами в процессе регистрации данных методом ЯМР в толще горных пород. В ствол скважины, пробуренной в толще горных пород, доставляют прибор ЯМР,
- 10 -
который используют для подачи в толщу горных пород первой последовательности импульсов с первой длительностью и множества последовательностей дополнительных импульсов с меньшей длительностью, чем первая длительность. На основании спиновых эхо-сигналов, формируемых 5 последовательностью дополнительных импульсов, осуществляют оценку
реверберации. Данную оценку затем используют для коррекции спиновых эхо-сигналов, формируемых первой последовательностью импульсов. Затем скорректированные спиновое эхо-сигналы могут быть обработаны, чтобы определить представляющий интерес параметр толщи горных пород (пласта). В
10 одном из вариантов осуществления изобретения последовательности
дополнительных импульсов включают последовательности импульсов глинисто-связанной воды (ГСВ), длительностью менее 40 мсек. Первая и дополнительные последовательности импульсов могут включать последовательности импульсов КПМГ и измененных (модифицированных) импульсов КПМГ с углом
15 отклонения рефокусирующего импульса менее 180°. Последовательности
дополнительных импульсов могут включать последовательности импульсов, имеющие множество пар последовательностей импульсов в виде пар с чередованием фаз (ПЧФ), причем соответствующие пары последовательностей ПЧФ имеют определенное взаимное соотношение фаз. Это может быть
20 достигнуто путем частотного возмущения. Для оценки и устранения
реверберации, вызванной возбуждающим импульсом или рефокусирующим импульсом, формируют соответствующую сумму векторов сигналов.
В настоящем изобретении также предложено устройство для коррекции влияния реверберации, вызываемой возбуждающими и рефокусирующими
25 импульсами в процессе регистрации данных методом ЯМР в толщах горных пород. В ствол скважины, пробуренной в толще горных пород, доставляют прибор ЯМР с магнитом, которой поляризует ядерные спины в представляющей интерес области. Для подачи в толщу горных пород первой последовательности импульсов с первой длительностью и множества дополнительных
30 последовательностей импульсов с меньшей длительностью, чем первая
длительность, используют антенну прибора ЯМР. Данные оценки реверберации, полученные на основании спиновых эхо-сигналов, формируемых последовательностью дополнительных импульсов, поступают в процессор. Затем
-11 -
процессор использует эти данные для коррекции спиновых эхо-сигналов, формируемых первой последовательностью импульсов. После этого на основании скорректированных спиновых эхо-сигналов процессор может определить представляющий интерес параметр толщи горных пород. В одном из 5 вариантов осуществления изобретения последовательности дополнительных
импульсов включают последовательности импульсов, генерированных глинисто-связанной водой, длительностью менее 40 мсек. Первая и дополнительные последовательности импульсов могут включать последовательности импульсов КПМГ и модифицированных импульсов КПМГ с углом отклонения
10 рефокусирующего импульса менее 180°. Последовательности дополнительных импульсов могут включать последовательности импульсов, имеющие множество пар последовательностей импульсов в виде ПЧФ, причем соответствующие пары последовательностей ПЧФ имеют определенное взаимное соотношение фаз. Это может быть достигнуто путем частотного возмущения. Для оценки и устранения
15 реверберации, вызванной возбуждающим импульсом или рефокусирующим импульсом, формируют соответствующую сумму векторов сигналов. Краткое описание чертежей
Для обеспечения лучшего понимания настоящего изобретения к нему приложены чертежи, на которых показано: 20 на фиг. 1 (уровень техники) - схема прибора ЯМК, находящегося в стволе
скважины,
на фиг. 2 (уровень техники) - пример конфигурации магнитов, антенны и экрана, применимых в настоящем изобретении,
на фиг. 3 (уровень техники) - последовательность ПЧФ, используемая на 25 известном уровне техники,
на фиг. 4 - последовательность импульсов, иллюстрирующая предложенный в настоящем изобретении способ,
на фиг. 5 - блок-схема операций по ослаблению реверберации, вызванной импульсом В, с использованием последовательностей импульсов малой 30 длительности,
на фиг. 6 - блок-схема операций по ослаблению реверберации, вызванной импульсом А с использованием последовательностей импульсов малой длительности,
- 12 -
на фиг. 7 - результаты полевого испытания способа, предложенного в настоящем изобретении, на частоте 620 Кгц и
на фиг. 8 - результаты полевого испытания способа, предложенного в настоящем изобретении, на частоте 497 Кгц. 5 Подробное описание изобретения
На фиг. 1 показан ствол 10 скважины, пробуренной обычным способом в толще горных пород 12, исследуемой на наличие потенциальных углеводородсодержащих пластов (коллекторов). В ствол 10 при помощи кабеля 16 и соответствующего наземного оборудования (схематически отображенного
10 барабаном 18) спущен прибор 14 ЯМК, который перемещают через толщу
горных пород 12, содержащую ряд слоев 12a-12g различного состава, с целью проведения каротажа по одной или нескольким характеристикам породы. Прибор ЯМК может быть снабжен дугообразными пружинами 22, удерживающими его в положении вне центра ствола скважины, причем одна
15 сторона прибора находится вблизи стенки ствола скважины. Постоянные магниты 23 создают статическое магнитное иоле. Сигналы, генерируемые прибором 14 ЯМК, поступают на поверхность по кабелю 16 и далее по другой линии 19 в соответствующее наземное оборудование 20 для обработки, регистрации, отображения и/или передачи в другое место для обработки,
20 регистрации и/или отображения. В качестве альтернативы, процессор может находиться в соответствующем положении (не показанном) в скважине, например, в приборе 14 ЯМК.
На фиг. 2 (уровень техники) схематически проиллюстрирован пример варианта осуществления устройства, применимого в способе, предложенном в
25 настоящем изобретении. Он подробно описан в патенте US 6348792, выданном на имя Beard и др., правопреемником которых является правопреемник настоящего изобретения, и содержание которого в порядке ссылки полностью включено в настоящую заявку. На фиг. 2 показано поперечное сечение прибора, который имеет основной магнит 217, второй магнит 218 и приемо-передающую
30 антенну, включающую провода (проводку) 219 и сердечник 210. Стрелками показано направление поляризации (например, с южного полюса на северный полюс) основного магнита 217 и второго магнита 218. Важной особенностью конструкции, проиллюстрированной на фиг. 2, является то, что поляризация
- 13 -
магнитов, за счет которой создается статическое поле, направлена к боковой части прибора, а не к передней его части (правая сторона фиг. 2).
Второй магнит 218 служит для расширения формы кривой статического магнитного поля за счет добавления второго магнитного диполя в 5 непосредственной близости от высокочастотного диполя, образованного проводами 219 и мягко-магнитным сердечником 210. За счет данного расположения центр эффективного статического диполя смещен ближе к высокочастотному диполю, благодаря чему исследуемая область расширяется в азимутальном направлении. Второй магнит 218 также ослабляет параллельное
10 влияние магнитного сердечника 210 с высокой магнитной проницаемостью на основный магнит 217. При отсутствии второго магнита постоянное электрическое поле было бы эффективно замкнуто накоротко сердечником 210. Таким образом, помимо функции формирования статического поля в направлении к передней части прибора (боковой стороны основного магнита),
15 второй магнит также понижает напряжение статического магнитного поля в сердечнике 210. Специалистам в данной области техники известно, что для снижения напряжения и ограничения формы достаточно просто предусмотреть зазор в сердечнике, однако, поскольку необходимо, чтобы на передней части прибора происходило формирование поля, в предпочтительном варианте
20 осуществления изобретения второй магнит как формирует поле, так и понижает напряжение. Если статическое поле в сердечнике 210 близко к нулю, практически устраняется магнитострикционная реверберация, вызываемая сердечником.
Градиент статического поля в исследуемой области является 25 преимущественно равномерным, а напряженность статического поля находится в заданных пределах, обеспечивая преимущественно равномерную ларморову частоту. Специалистам в данной области техники известно, что сочетание функций формирования поля и понижения напряжения может быть достигнуто и при конфигурациях магнита, отличающихся от показанных на фиг. 2. 30 Как показано на фиг. 2, приемо-передающие провода 219 и сердечник 210
могут быть максимально разнесены в направлении боковых сторон прибора. При этом повышается эффективность приемо-передающей антенны за счет увеличения эффективного высокочастотного диполя антенны и расширяется
- 14 -
форма силовых изолиний высокочастотного магнитного поля, в результате чего они в большей степени соответствуют силовым изолиниям статического магнитного поля. Второй магнит может быть выполнен из непроводящего материала, чтобы свести к минимуму вихревые токи, индуцированные 5 высокочастотным магнитным полем, и тем самым повысить эффективность высокочастотной антенны. Сердечник антенны может быть выполнен из порошкового мягко-магнитного материала, отличающегося от феррита, как это указано в патенте US 6452388, выданном на имя Reiderman и др., правопреемником которого является правопреемник настоящего изобретения, и
10 содержание которого в порядке ссылки полностью включено в настоящую заявку. Сердечник антенны отличается высокой магнитной индукцией насыщения и включает достаточно мелкие частицы порошкового материала, проницаемые для высокочастотного магнитного поля.
В настоящем изобретении для регистрации сейсмических данных
15 используют последовательность импульсов большой длительности, за которой следует множество последовательностей импульсов малой длительности. В случае обычной регистрации сейсмических данных методом ПЧФ (фиг. 3) используют две последовательности импульсов КПМГ. Стандартная последовательность импульсов КПМГ включает следующие элементы:
20 W-A -ts -В -(tcp -echo-tCp -B)j (7)
причем W означает продолжительность ожидания до подачи импульса А, в течение которого отдельные спины располагаются в одном направлении вдоль оси Z, образованной статическим магнитным полем, а А означает поданный импульс, отклоняющий вектор магнитного момента ядерных спинов на 90° в
25 плоскости х-у, как правило за счет поворота вокруг оси X. Импульсы В
являются рефокусирующими импульсами, которые поворачивают ядерные спины на 180°, как правило, за счет поворота вокруг оси у. Первый импульс В подают на протяжении времени ts после импульса А, в течение которого происходит дефазирование спинов в плоскости х-у. Нижний индекс j означает
30 коэффициент эхо и последующих рефокусирующих импульсов в
последовательности. Спиновое эхо-сигналы (эхо) обычно возникают в середине импульсов В, и отделены друг от друга временным интервалом tcp. После ожидания в течение периода W в начале любой последовательности поперечная
- 15 -
намагниченность спиновой системы находится преимущественно на нулевом уровне, а положительная продольная намагниченность Mz равна или меньше полной равновесной намагниченности. Скорость, с которой происходит упорядочение ядерных спинов вдоль оси Z локального статического поля на 5 протяжении периода W, зависит от времени Т] спин-решеточной релаксации. За счет корректировки периода W ожидания может быть получена информация относительно Т\, как это, среди прочего, описано в патенте US 5023551, выданном на имя Kleinberg.
Первая последовательность импульсов КПМГ цикла ПЧФ включает 10 обозначенный позицией 311а импульс А, который вращает импульс в плоскости х-у, после чего следует последовательность импульсов В, обозначенных позицией 318а. Эхо-сигналы 320а ориентированы вдоль оси X. Вторая последовательность импульсов КПМГ цикла ПЧФ включает, в частности, обозначенный позицией 31 lb импульс А, фаза которого противоположна фазе 15 импульса 311а вдоль оси X. Обозначенные позицией 318Ь импульсы В подают с такой же фазой, как у импульсов 318а. Поляризация эхо-сигнала 320Ь противоположна поляризации эхо-сигналов 320а. Данную вторую последовательность импульсов КПМГ подают с характеристическим периодом повторения tri после завершения первой последовательности импульсов КПМГ. 20 Как правило, tri> Tj, в результате чего после завершения первой
последовательности импульсов КПМГ ядерные спины могут преимущественно переориентироваться вдоль вектора намагниченности. Как правило, длительность Т\ составляет порядка нескольких секунд, поэтому длительность tr\ по меньшей мере такая же. С учетом длительности tri в локальной среде между 25 циклами ПЧФ могут произойти изменения, влияющие на шум. Не менее важно, что на сигнал также влияет длительность triс учетом перемещения измерительного устройства за данный период времени. В частности, посторонние частицы, являющиеся причиной сигналов с шумами, способны перемещаться на глубину исследования, осуществляемого измерительным 30 прибором. За данный период времени измерительный прибор также может переместиться в иное положение внутри ствола скважины.
-16 -
В тех ситуациях, когда реверберация меняется в масштабе времени, сравнимом с интервалом между двумя половинами цикла регистрации данных методом ПЧФ, реверберацию невозможно устранить этим методом. При регистрации данных с использованием последовательности импульсов, 5 генерированных глинисто-связанной водой (ГСВ), интервалы между циклами ПЧФ очень малы (-40 мсек.). Благодаря этому реверберация может быть легко устранена. Таким образом, регистрация данных с использованием ГСВ облегчает измерение реверберации и коррекцию других импульсов КПМГ, зарегистрированных на той же частоте и с небольшим временным интервалом по
10 сравнению с регистрацией через ГСВ. Результаты данных измерений могут быть использованы, в частности, для улучшения отношения сигнал-шум у длинного пакета эхо-сигналов. В существующих методах с использованием ГСВ для устранения реверберации, вызываемой импульсом А, используют частотное возмущение, чтобы варьировать фазу реверберации. При суммировании данных
15 на различных частотах векторы реверберации в сумме равны нулю. При
использовании данной методики также происходит поворот реверберации, вызываемой импульсом В (примерно на половину импульса А), в результате чего при суммировании данных искажается результат измерения реверберации, вызываемой импульсом В.
20 В настоящем изобретении используется методика фазового сдвига в
зависимости от возмущения частот, что с концептуальной точки зрения аналогично известной из уровня техники методике ПЧФ, поскольку варьируют относительную фазу сигнала, не являющегося полезным сигналом от пласта (не связанному со свойствами толщи породы), и, следовательно, ослабляют
25 реверберацию, вызываемую импульсом А, одновременно улучшая отношение сигнал-шум. Методики частотного возмущения применялись, например, в патенте US 6204663 и патентной заявке US 10/675,187 заявителя Beard, правопреемником которого является правопреемник настоящего изобретения, и содержание которой в порядке ссылки полностью включено в настоящую заявку.
30 Для этого незначительно меняют основную частоту регистрации данных методом ЯМР. При регистрации данным методом ЯМР частоту и фазу эхо-сигнала и частоту и фазу демодуляции в системе обнаружения синхронизируют с основной частотой импульса. Таким образом, при незначительных изменениях
- 17 -
частоты фаза обнаруженного эхо-сигнала не меняется или меняется незначительно. В системах градиентного поля небольшие изменения частоты также приводят к незначительным изменениям амплитуды сигнала. Следовательно, при небольших изменениях частоты, т.е. изменениях, значительно меньших, чем ширина полосы высокочастотной несущей, эхо-сигнал является фактически постоянным. Вместе с тем, частота сигнала, не являющегося полезным сигналом от пласта, не синхронизирована с частотой последовательности импульсов регистрации данных. Таким образом, при варьировании частоты у последовательности импульсов регистрации данных фаза сигнала, не являющегося полезным сигналом от пласта, меняется на поддающуюся измерению величину, заданную следующим уравнением:
дф = 2к ¦ Sf ¦ t
в котором ё(р означает изменение фазы, д/означает изменение частоты, a t означает время, в течение которого образуется разность фаз, т.е. промежуток времени между эффективным центром импульса и эффективным центром окна обнаружения.
При условии постоянной синхронизации амплитуда сигнала не должна существенно зависеть от частоты регистрации данных. За счет незначительного возмущения частоты фаза сигнала, не являющегося полезным сигналом от пласта, меняется, а амплитуда сигнала, не являющегося полезным сигналом от пласта, а также фаза и амплитуда эхо-сигнала остаются постоянными. Это позволяет исключить сигнал, не являющийся полезным сигналом от пласта, путем регистрации данных на двух или более частотах с использованием разноса частот, в результате чего сумма сигналов, не являющихся полезными сигналами от пласта, равна нулю.
Можно доказать, что при равномерном распределении векторов, отображающих фазу сигнала, не являющегося полезным сигналом от пласта, по окружности с единичным радиусом их сумма будет равна нулю. Если nf является числом используемых частот, и частоты разнесены ступенями размером Sf сумма сигналов, не являющихся полезными сигналами от пласта, равна нулю при следующем условии:
(9)
- 18 -
где т означает любое целое число, некратное nf как это описывается Beard.
При помощи общего уравнения (9) можно рассматривать частные случаи. Наиболее простым и часто применяемым на практике случаем является использование двух частот (nf - 2, т = 1, / = ТЕ). При этом требуется наименьшее число регистраций данных. При т = 1 Sf является минимальным, в результате чего создается ситуация, наилучшим образом отвечающая условию незначительных изменений частоты. С учетом того, что примерный интервал ТЕ между импульсом А и первым эхо-сигналом характеризуется как 2т, получаем следующее уравнение:
Sf = -
4т (Ю) Уравнение (10) аналогично уравнению, являющемуся производным методики, описываемой уравнением (1) из патента US 6204663.
Во втором общем случае применяют две частоты, выбирая для т нечетное целое число (nf= 2, т = 2n+l, t = ТЕ = 2т, где п является целым числом). При данной формулировке гарантировано, что т не кратно 2, что влечет необходимое условие аннулирования, описанное выше. В данном втором случае:
Sf =
П 1
п + -
2 2-х
(П)
Уравнение (11) аналогично уравнению, являющемуся производным методики, описываемой уравнением (1А) из патента US 6204663.
В третьем случае, который служит примером настоящего изобретения, используют три или более частот (nf> 2, т = 2, t = ТЕ и ТЕ/2). Исходя из распределения параметров согласно уравнению (9), получаем следующее уравнение:
2 1
nf-Sf = 4- = -
ТЕ ТЕ/2 (12) Как показано в уравнении (12), при т, равном 2 и nf> 2 (необходимое условие, чтобы т не было кратно nf), выполняется условие нулевого значения времени изменения ТЕ и ТЕ/2. Иными словами, частотное возмущение может использоваться для устранения реверберации, вызываемой как импульсом А, так и импульсом В. Использование трех последовательностей импульсов с тремя различными частотами (nf= 3) способствует более быстрому устранению
- 19 -
сигнала, не являющегося полезным сигналом от пласта. Предпочтительный способ, используемый в многочастотном измерительном устройстве, обеспечивает дополнительное сокращение продолжительности работы по сравнению с одночастотным измерительным устройством. Аналогичные условия 5 сокращения достижимы почти при любом значении т, но по соображениям
практичности предпочтительным является т = 2. При всех остальных (больших) значениях т могут потребоваться чрезмерно большие изменения частоты.
В четвертом случае работа может осуществлять с использованием трех или четырех частот при условии, что т = 1 ("/> 2, т = 1, t = ТЕ). При данном 10 условии работы получаем следующее уравнение:
nf.8f = -
ТЕ (13) Работа на трех или более частотах (и/> 2) является предпочтительной, в особенности, при наличии времени для использования более двух возмущающих частот (например, в пакете ГСВ с несколькими последовательностями импульсов 15 КПМГ).
На фиг. 4 показан пример цикла последовательности импульсов согласно настоящему изобретению. Чтобы получить последовательность эхо-сигналов, используют последовательность 400 импульсов с длительным временем восстановления. Настоящее изобретение позволяет измерять сигналы
20 реверберации, вызываемые импульсами А и В, значительно быстрее после
приложения последовательности 400 импульсов КПМГ большой длительности, благодаря чему обеспечивается лучшее уменьшение шума по сравнению с известным уровнем техники. В проиллюстрированном на фиг. 4 варианте осуществления настоящего изобретения за последовательностью 400 импульсов
25 КПМГ большой длительности следуют последовательности импульсов с малым временем восстановления. Каждая из данных последовательностей импульсов с малым временем восстановления включает две или более пар последовательностей, разделенных коротким временем восстановления trs. В ядерно-магнитном скважинном каротаже принято за стандартной
30 последовательностью ЯМР-импульсов большой длительности осуществлять
измерение с малым временем восстановления с использованием двух или более коротких последовательностей импульсов с коротким временем восстановления.
- 20 -
Эти измерения с малым временем восстановления могут использоваться, например, для улучшения отношения сигнал-шум у пакета ранних эхо-сигналов. Как правило, данные многочисленные последовательности включают циклы ПЧФ. Их время повторения trs значительно меньше, чем при стандартных 5 измерениях. Как правило, trs измеряется десятками миллисекунд в отличие от tri, которое составляет секунды. Опыт показывает, что результаты этих измерений не подвержены искажениям даже в случае быстрого изменения реверберации под воздействием посторонних по отношению к лрибору предметов.
Как показано на фиг. 4, за последовательностью 400 импульсов большой
10 длительности следует короткое время задержки dt. По окончании времени
задержки dt подают последовательность 402 импульсов с коротким временем восстановления. Последовательности импульсов с коротким временем восстановления повторяют, используя время восстановления trs между ними, за счет чего trs 15 импульсов может соответствовать полностью восстановленной намагниченности ядерных спинов статического магнитного поля, последовательности импульсов с коротким временем восстановления частично обозначены на фиг. 4 позициями 402, 404, 406 и 408. Как правило, число последовательностей импульсов малой длительности значительно превышает число, показанное на фиг. 2, поэтому она
20 не имеет целью ограничить изобретение. Типичная последовательность импульсов с коротким временем восстановления является источником множества эхо-сигналов. Последовательность 402 импульсов отличается от последовательности 404 импульсов тем, что имеет иное фазовое соотношение импульсов А и В. Как правило, последовательности 402 и 404 образуют цикл
25 ПЧФ. Чтобы отличать импульс 406 от импульса 402 и импульс 408 от импульса может использоваться 404 изменение частоты. На фиг. 4 также показана дополнительная последовательность импульсов 420 с длительным временем восстановления. Последовательность 420 импульсов может представлять собой вариант последовательности 400 импульсов с переменной фазой.
30 Последовательности 400 и 420 импульсов можно рассматривать как обычный цикл ПЧФ. Применение данной особенности изобретения описано далее.
В настоящем изобретении также используется другая особенность метода ПЧФ, которая состоит в том, что ПЧФ могут применяться не только для
- 21 -
исключения реверберации, но и для ее измерения. После стандартной
последовательности импульсов в настоящем изобретении предложено
использовать множество п пар циклов ПЧФ с коротким временем
восстановления dt. В качестве иллюстрации настоящего изобретения можно
рассмотреть две серии измерений с коротким временем восстановления, которые
осуществляют после первого стандартного измерения, описанного выше (фиг. 2).
Эти измерения осуществляют на той же используемой частоте f с таким же
интервалом между эхо-сигналами ТЕ, как и измерение с длительным временем
восстановления. Сигналы, измеренные в процессе двух измерений с коротким
временем восстановления, записывают в виде следующего уравнения:
~m(t + dt + 2i *trs) = e(t + dt + 2i *trs)+ r(t + dt + 2i *trs) m(t + dt + (2i +1) * trs) = e(t + dt + (2i +1) * trs )+r(t + dt + (2i +1) * trs )J .=(
(14)
в котором m означает измеренный сигнал, е означает эхо-сигнал, г означает сигнал реверберации, a i означает коэффициент для каждой из п коротких последовательностей. С учетом сравнительно малой длительности trs между каждой половиной ПЧФ прибор перемещается на долю дюйма. В связи с этим, степень изменения условий внешней среды относительно невелика. Следовательно, данные эхо-сигнала могут быть извлечены без искажения. Если вместо вычитания суммировать ПЧФ также с учетом того, что за время trs эхо-сигнал изменится весьма незначительно, можно оценить реверберацию при помощи следующего уравнения:
( /~. пс\ \ [ms(t + dt + 2i*tr)+ms(t + dt + (2i + l)*trs)] re(t + dt + (2i + 0.5) *trs) = -------j+------
[r(t + dt + 2i *trs) + r(t + dt + (2i +1)* trs)]
= r
t + dt + n
v <-J (15)
в котором re означает полученную расчетную реверберацию, а п означает коэффициент последовательности.
Длительность dt+n 2 5 Как правило, также является небольшой по сравнению со скоростью изменения реверберации с течением времени. Это не
- 22 -
всегда может оказаться верным, поскольку данная величина может достигать 1
секунды. Вместе с тем, всегда верно, что dt+n 2 "tr[. Таким образом, данная
оценка реверберации re(t+dt+n 2 ) всегда является лучшей оценочной формулой реверберации в момент времени t, чем реверберации в следующей ПЧФ в момент 5 времени t+trj. Поскольку эта оценка получена на основе множества
последовательностей, уровень шума при оценке реверберации с коротким временем восстановления, как правило, значительно ниже, чем при измерении с длительным временем восстановления. Таким образом, для исключения реверберации из измерения с длительным временем восстановления оценку
10 вычитают, существенно не ухудшая отношение сигнал-шум. Поскольку
реверберация в каждом эхо-сигнале является предположительно одинаковой, можно также усреднить оценку реверберации для всех эхо-сигналов и дополнительно улучшить отношение сигнал-шум.
На фиг. 5 показана последовательность операций определения влияния
15 реверберации, создаваемой импульсами В. С учетом использования методов
возмущения, реверберация, создаваемая импульсами В, как правило, происходит на нескольких фазах вращения. Исключение вращения из реверберации до усреднения позволяет измерять реверберацию, создаваемую импульсами В. На шаге 501 обычным способом измеряют реверберацию для каждой частоты в
20 наборе данных с добавлением псевдослучайного шума и сохраняют результат в виде вектора. На шаге 503 результат каждого измерения реверберации поворачивают на угол, заданный следующим уравнением: в котором Sf означает частоту, на которой должна быть определена 25 реверберация, а ТЕ означает интервал между эхо-сигналами. Вращение может
быть осуществлено путем умножения вектора реверберации на вектор вращения:
где i означает V-1. В Таблице 1 приведен пример (ТЕ = 0,6 ms) влияния частоты на получаемый вектор вращения. На шаге 505 повернутые результаты 30 измерения реверберации усредняют и регистрируют в виде вектора. В качестве альтернативы усреднению, для определения реверберации, вызываемой
- 23 -
импульсами В, вычитают реверберацию из каждого эхо-сигнала в любом импульсе КПМГ на такой же частоте, при таком же ТЕ и на небольшом временном расстоянии (менее 1 с) до применения стандартного сочетания ПЧФ.
Таблица 1
Вектор вращения
Реальный
Воображаемый
-2000
-0,809
-0,588
-1900
-0,905
-0,426
-1800
-0,969
-0,249
-1700
-0,998
-0,063
-1600
-0,992
0,125
-1500
-0,951
0,309
-1400
-0,876
0,482
-1300
-0,771
0,637
-1200
-0,637
0,771
-1100
-0,482
0,876
-1000
-0,309
0,951
-900
-0,125
0,992
-800
0,063
0,998
-700
0,249
0,969
-600
0,426
0,905
-500
0,588
0,809
-400
0,729
0,685
-300
0,844
0,536
-200
0,930
0,368
-100
0,982
0,187
1,000
0,000
100
0,982
-0,187
200
0,930
-0,368
300
0,844
-0,536
400
0,729
-0,685
500
0,588
-0,809
600
0,426
-0,905
700
0,249
-0,969
800
0,063
-0,998
900
-0,125
-0,992
1000
-0,309
-0,951
1100
-0,482
-0,876
-24 -
Вектор вращения
Реальный
Воображаемый
1200
-0,637
-0,771
1300
-0,771
-0,637
1400
-0,876
-0,482
1500
-0,951
-0,309
1600
-0,992
-0,125
1700
-0,998
0,063
1800
-0,969
0,49
1900
-0,905
0,426
2000
-0,809
0,588
На фиг. 6 показана последовательность операций определения реверберации, создаваемой импульсом А, аналогичная проиллюстрированной на фиг. 5. Реверберация, создаваемая импульсом А, развивается в два раза дольше, 5 чем реверберация, создаваемая импульсами В, и сохраняется в данных эхо-сигнала после цикла ПЧФ. Наиболее существенная реверберация, создаваемая импульсом А, связана с первым эхо-сигналом. Путем удвоения угла вращения можно также измерить создаваемую импульсом А реверберацию во втором эхо-сигнале. На шаге 601 получают данные после цикла ПЧФ, но до суммирования 10 возмущающих частот. На шаге 603 первый эхо-сигнал (эхо 1) поворачивают на угол, заданный следующим уравнением:
4> (Sf) = -2n-6f -ТЕ
в котором 8f означает рабочую частоту (частоту, на которой должна быть определена реверберация), а ТЕ означает интервал между эхо-сигналами. Данное 15 вращение, как правило, осуществляют путем умножения реверберации на вектор вращения при помощи следующего уравнения:
rot(5f) = e-i-27t-5f-TE в котором i означает V-1. На шаге 605 повернутые результаты измерения реверберации усредняют и регистрируют в виде вектора. Полученное значение 20 позволяет проверять качество каротажной диаграммы реверберации.
Преимущество обычной методики ПЧФ заключается в том, что обе половины ПЧФ содержат сигнал. Таким образом, процесс не должен отрицательно сказываться на отношении сигнал-шум. Если для устранения
- 25 -
реверберации, в частности, из пакета Т2 эхо-сигналов использовать реверберацию, создаваемую ГСВ, шум, присутствующий в результатах измерений, будет суммирован с шумом пакета эхо-сигналов. Обычно это не является проблемой, поскольку для вычисления реверберации при исследовании 5 ГСВ используют по меньшей мере 32 эхо-сигнала. Таким образом, шум
снижается на коэффициент 5,6 относительно шума отдельных эхо-сигналов и, следовательно, его влияние на отношение сигнал-шум составляет менее 2%. Тем не менее, шум может создавать проблему при измерениях методом суммирования эхо-сигналов. В этом случае эхо-сигналы суммируют, чтобы
10 обеспечить значительное снижение уровня шума, например, на порядок величины 29 для 833 эхо-сигналов. В таком случае результаты измерения реверберации становятся преобладающим источником шума. Даже при наличии 17 ПЧФ в пакете шум в результате измерения реверберации превышает шум при измерениях методом суммирования эхо-сигналов
15 Применение ГСВ для внесения поправки на реверберацию означает, что в
случае приемлемого уровня шума для измерения методом суммирования эхо-сигналов не требуется вертикальное усреднение. Тем самым обеспечивается наилучшее вертикальное разрешение измерения.
На фиг. 4 показан вариант осуществления, в котором для определения
20 реверберации могут использоваться результаты измерений, полученные при помощи коротких последовательностей импульсов. В частности, последовательность 402 генерирует измеряемый сигнал, включающий эхо-сигнал Е плюс сигнал реверберации, вызванной импульсом А, и сигнал реверберации, вызванной импульсом В. Получают общий измеряемый сигнал М\ = Е+А+В.
25 Последовательность 404 генерирует эхо-сигнал и сигнал реверберации,
вызванной импульсом А, противоположный сигналу реверберации, вызванной импульсом В. Таким образом, генерированный последовательностью 404 суммарный сигнал М2 = -Е-А+В. Частота импульсов последовательности 406 отличается от частоты импульсов последовательности 402. Генерированный
30 последовательностью 406 суммарный сигнал М3 = Е-А+В/900, причем импульс В, создающий реверберацию, теперь ориентированный вдоль оси X, имеет фазовый сдвиг на 90°. Последовательность 408 включает импульсы, частота которых отличается от частоты импульсов последовательности 402. Суммарный
- 26 -
измеряемый сигнал, получаемый в результате применения последовательности 408 импульсов М4 = -Е+А+В/90°, причем, как и у сигнала, импульс В, создающий реверберацию, имеет фазовый сдвиг на 90°.
С учетом параметров сигналов, получаемых в результате применения 5 каждой последовательности 402, 404, 406 и 408 импульсов, с целью получения нужного результата каждый импульс может быть использован в любом заданном сочетании. В частности, сочетание М1-М2+М3-М4 дает умноженный на четыре эхо-сигнал (4Е). Данное сочетание исключает реверберацию, создаваемую как импульсом А, так и импульсом В. 10 В качестве альтернативы, можно отметить, что при суммировании Ml и М2
остается лишь реверберация, создаваемая импульсом В. Кроме того, при суммировании МЗ и М4 реверберация, создаваемая импульсом В, имеет фазовый сдвиг на 90°. Вращение МЗ+М4 может эффективно применяться в сочетании с М1+М2.
15 Также можно отметить, что результатом вычитания МЗ из Ml является
2Е+2А, а результатом вычитания М4 и М2 является 2Е-2А. На основании разности данных двух уравнений получают 4А или кратное лишь реверберации, создаваемой импульсом А.
На фиг. 7 и 8 показаны результаты полевого испытания способа,
20 предложенного в настоящем изобретении. Способ был испытан на примере данных, зарегистрированных в одесской испытательной скважине (Одесса, США). Прибор использовали в трех стационарных положениях для вычисления реверберации от ГСВ и пакетом эхо-сигналов с обычным Т2, а также для наблюдения за статистическими результатами измерения реверберации.
25 Испытание проводили на двух частотах. На фиг. 7 показаны результаты,
полученные на первой частоте (f = 620 Кгц с 13 возмущающими частотами). Для оценки реверберации, вызываемой пакетом Тг, использовали 833 эхо-сигналов. Кривая 701 отображает результаты, полученные на канале 1 при использовании (коротких) последовательностей ГСВ, а кривая 702 отображает результаты,
30 полученные на канале 2 при использовании последовательностей ГСВ. Кривая 704 отображает результаты, полученные на канале 1 при использовании (длинных) последовательностей Т2. Кривая 705 отображает результаты, полученные на канале 2 при использовании (длинных) последовательностей Т2.
- 27 -
Даже, несмотря на то, что уровень шума в результате измерения реверберации значительно ниже, чем при обычном отношении сигнал-шум, он достаточно высок по сравнению с результатами измерения методом суммирования эхо-сигналов.
5 На фиг. 8 показаны результаты, полученные на первой частоте (f = 497 Кгц
с 12 возмущающими частотами). Для пакета Тг использовали 50 эхо-сигналов. Кривая 801 отображает результаты, полученные на канале 1 при использовании (коротких) последовательностей ГСВ, а кривая 802 отображает результаты, полученные на канале 2 при использовании последовательностей ГСВ. Кривая
10 804 отображает результаты, полученные на канале 1 при использовании (длинных) последовательностей Т2. Кривая 805 отображает результаты, полученные на канале 2 при использовании (длинных) последовательностей Т2. Уровень шума в результате измерения реверберации ниже, чем при измерении методом суммирования эхо-сигналов
15 После оценки влияния сигналов, не являющихся полезными сигналами от
пласта, таких как реверберация, создаваемая импульсом А и импульсом В, оно может быть устранено. Затем скорректированные сигналы могут быть обработаны известными из уровня техники способами с целью определения представляющих интерес параметров толщи горных пород, таких как
20 распределение Тг, абсолютная пористость, связанный остаточный объем (BVI), ГСВ (CBW), связанный подвижный объем (BVM) и распределение Т\.
Следует отметить, что последовательности импульсов, которые могут использоваться в настоящем изобретении, включают обычные последовательности импульсов КПМГ, а также измененные последовательности
25 импульсов КПМГ с уменьшенным углом рефокусирующего импульса В. Такие измененные последовательности импульсов КПМГ описаны в патенте US 6163153, выданном на имя Reiderman и др., правопреемником которого является правопреемник настоящего изобретения, и содержание которого в порядке ссылки полностью включено в настоящую заявку, и патенте US 6466013.
30 Следует дополнительно отметить, что изобретение описано применительно к каротажному прибору на кабеле. Это не является ограничительным признаком изобретения, и способ также применим в приборе ЯМК, доставляемом в толщу горных пород на бурильных трубах, таких как колонна бурильных труб или
-28 -
гибкие трубы малого диаметра. Способ также применим в приборе ЯМК, доставляемом на скользящей муфте.
Обратившись снова к фиг. 4, отметим, что сочетание последовательностей 400 и 420 образует обычную последовательность ПЧФ с длительным временем 5 восстановления. При помощи последовательностей 400 и 420 можно
осуществить независимую оценку реверберации известными из уровня техники способами. В ситуации, в которой толща горных пород (и характер реверберации) не меняется, данные оценки реверберации на основании пары 400/420 могут превосходить данные оценки реверберации, полученные на
10 основании последовательностей 402, 404, 406...408 с коротким временем
восстановления. Вместе с тем, ситуации, в которой реверберация меняется по мере перемещения каротажного прибора по стволу скважины, последовательности с коротким временем восстановления обеспечивают более высококачественные данные оценки реверберации, меняющейся с течением
15 времени. Следовательно, сравнение данных оценки реверберации на основании последовательности ПЧФ с коротким и длительным временем восстановления служит эффективным показателем изменений в толще горных пород. Следует отметить, что хотя показанные на фиг. 4 последовательности импульсов с коротким временем восстановления имеют длительность меньше длительности
20 последовательности 400 импульсов с длительным временем восстановления, это не должно трактоваться как ограничение способа, предложенного в настоящем изобретении.
Выше были рассмотрены предпочтительные варианты осуществления изобретения, в которые могут быть внесены очевидные для специалистов 25 изменения. Предполагается, что все такие изменения охватываются патентными притязаниями, заявляемыми в прилагаемой формуле изобретения.
- 29 -
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ коррекции сигналов, принимаемых из толщи горных пород при использовании прибора ядерного магнитного резонанса (ЯМР), помещенного в
5 проходящую через толщу пород скважину, в котором
а) осуществляют возбуждение толщи горных пород при помощи первой последовательности импульсов с первым временем восстановления,
б) осуществляют возбуждение толщи горных пород при помощи множества дополнительных последовательностей импульсов со вторым временем
10 восстановления, меньшим, чем первое время восстановления,
в) на основании спиновых эхо-сигналов, получаемых от последовательности дополнительных импульсов, осуществляют оценку сигнала, не являющегося полезным сигналом от пласта, и
г) на основании упомянутой оценки корректируют спиновые эхо-сигналы, 15 получаемые от первой последовательности импульсов.
2. Способ по п. 1, в котором по меньшей мере одна из дополнительных последовательностей импульсов имеет длительность меньше длительности первой последовательности импульсов.
3. Способ по п. 1, в котором второе время восстановления соответствует частичному восстановлению ядерных спинов в толще горных пород.
4. Способ по п. 1, в котором дополнительные последовательности
25 импульсов включают последовательности импульсов глинисто-связанной воды.
5. Способ по п. 1, в котором дополнительные последовательности импульсов имеют длительность менее 40 мсек.
30 6. Способ по п. 1, в котором первая последовательность импульсов и
дополнительные последовательности импульсов включают последовательности Карра-Парселла-Мельбума-Гилла (КПМГ).
- 30 -
7. Способ по п. 1, в котором первая последовательность импульсов и дополнительные последовательности импульсов включают измененную последовательность КПМГ с углом отклонения рефокусирующего импульса менее 180°.
8. Способ по п. 1, в котором дополнительные последовательности импульсов включают последовательности импульсов, имеющие множество пар последовательностей импульсов в виде пар с чередованием фаз (ПЧФ).
10 9. Способ по п. 6, в котором множество пар последовательностей ПЧФ
имеют определенное взаимное соотношение фаз.
10, Способ по п. 8, в котором число nf пар последовательностей ПЧФ и сдвиг частоты Sf между парами последовательностей ПЧФ соотносятся друг с 15 другом согласно следующему уравнению
в котором т означает любое целое число, некратное nf.
11. Способ по п. 8, в котором сигнал, не являющийся полезным сигналом от 20 пласта, включает реверберацию от рефокусирующего импульса.
12. Способ по п. 8, в котором сигнал, не являющийся полезным сигналом от пласта, включает реверберацию от возбуждающего импульса.
25 13. Способ по п. 11, в котором при оценке реверберации от
рефокусирующего импульса, осуществляют отдельную оценку реверберации от каждой из множества пар с чередованием фаз и формируют суммы векторов отдельных оценок.
30 14. Способ по п. 12, в котором при оценке реверберации от возбуждающего
импульса осуществляют отдельную оценку эхо-сигнала от каждой из множества
- 31 -
пар с чередованием фаз и формируют суммы векторов отдельных оценок эхо-сигнала.
15. Способ по п. 1, в котором осуществляют обработку скорректированных 5 спиновых эхо-сигналов с целью определения по меньшей мере одного из
параметров, включающих распределение Тг, абсолютную пористость, связанный остаточный объем, объем глинисто-связанной воды, связанный подвижный объем, распределение Ti и сумму эхо-сигналов.
10 16. Способ по п. 1, в котором прибор ЯМР доставляют в толщу горных
пород при помощи одного из средств, включающих кабель, колонну бурильных труб и скользящую муфту.
17. Способ по п. 1, в котором дополнительно осуществляют возбуждение 15 толщи горных пород при помощи второй последовательности импульсов,
которая имеет время восстановления по существу равное первому времени восстановления и образует с первой последовательностей импульсов пару с чередованием фаз, и на основании спиновых эхо-сигналов, получаемых от первой и второй последовательностей импульсов, осуществляют 20 дополнительную оценку сигнала, не являющегося полезным сигналом от пласта.
18. Способ по п. 17, в котором дополнительно сравнивают оценку и дополнительную оценку сигнала, не являющегося полезным сигналом от пласта, и используют результат сравнения в качестве показателя изменения в толще
25 горных пород между положениями прибора ЯМР в момент возбуждения при помощи первой и второй последовательностей импульсов.
19. Устройство для проведения каротажных операций в проходящей через толщу пород скважине, содержащее
30 а) магнит, размещенный на приборе ЯМР и поляризующий ядерные спины в
представляющей интерес области толщи горных пород,
б) антенну, размещенную на приборе ЯМР и осуществляющую возбуждение толщи горных пород при помощи первой последовательности импульсов с
- 32 -
первым временем восстановления и возбуждение толщи горных пород при помощи дополнительных последовательностей импульсов со временем восстановления, меньшим, чем первое время восстановления,
в) процессор, осуществляющий, на основании спиновых эхо-сигналов от 5 дополнительных последовательностей импульсов, оценку сигнала, не
являющегося полезным сигналом от пласта, и, на основании этой оценки, коррекцию спиновых эхо-сигналов, получаемых от упомянутой первой последовательности импульсов.
10 20. Устройство по п. 19, в котором дополнительные последовательности
импульсов включают последовательности импульсов глинисто-связанной воды.
21. Устройство по п. 19, в котором дополнительные последовательности импульсов имеют длительность менее 40 мсек.
22. Устройство по п. 19, в котором первая последовательность импульсов и дополнительные последовательности импульсов включают последовательности КПМГ.
20 23. Устройство по п. 19, в котором первая последовательность импульсов и
дополнительные последовательности импульсов включают измененную последовательность КПМГ с углом отклонения рефокусирующего импульса менее 180°.
25 24. Устройство по п. 19, в котором дополнительные последовательности
импульсов включают последовательности импульсов, имеющие множество пар последовательностей импульсов в виде пар с чередованием фаз (ПЧФ).
25. Устройство по п. 24, в котором множество пар последовательностей 30 ПЧФ имеют определенное взаимное соотношение фаз.
- 33 -
26. Устройство по п. 24, в котором число nf пар последовательностей ПЧФ и сдвиг частоты Sf между парами последовательностей ПЧФ соотносятся друг с другом согласно следующему уравнению
г о/> ПХ
nf-Sf = -
в котором т означает любое целое число, некратное nf
27. Устройство по п. 24, в котором сигнал, не являющийся полезным сигналом от пласта, включает реверберацию, вызванную рефокусирующим импульсом.
28. Устройство по п. 24, в котором сигнал, не являющийся полезным сигналом от пласта, включает реверберацию, вызванную возбуждающим импульсом.
15 29. Устройство по п. 24, в котором с целью оценки реверберации,
вызываемой рефокусирующим импульсом, процессор осуществляет отдельную оценку реверберации от каждой из множества пар с чередованием фаз и формирование суммы векторов отдельных оценок.
20 30. Устройство по п. 25, в котором с целью оценки реверберации,
вызываемой возбуждающим импульсом, процессор осуществляет отдельную оценку эхо-сигнала от каждой из множества пар с чередованием фаз и формирование суммы векторов отдельных оценок эхо-сигнала.
25 31. Устройство по п. 21, в котором на основании
скорректированных спиновых эхо-сигналов процессор осуществляет определение по меньшей мере одного из параметров, включающих распределение Тг, абсолютную пористость, связанный остаточный объем, объем глинисто-связанной воды, связанный подвижный объем, распределение Т] и
30 сумму эхо-сигналов.
- 34 -
32. Устройство по п. 19, содержащее средство доставки прибора ЯМР в толщу горных пород, выбранное из числа средств, включающих кабель, колонну бурильных труб и скользящую муфту.
33. Устройство по п. 19, в котором передатчик дополнительно осуществляет возбуждение толщи горных пород при помощи второй последовательности импульсов, имеющей время восстановления в основном равное первому времени восстановления и образующей с первой последовательностей импульсов пару с чередованием фаз, причем процессор осуществляет дополнительную оценку сигнала, не являющегося полезным сигналом от пласта, на основании спиновых эхо-сигналов, получаемых от первой и второй последовательностей импульсов.
34. Устройство по п. 33, в котором процессор дополнительно осуществляет сравнение оценки и дополнительной оценки сигнала, не являющегося полезным сигналом от пласта, и определяет показатель изменения в толще горных пород между положениями прибора ЯМР в момент возбуждения при помощи первой и второй последовательностей импульсов.
1/6
ФИГ. 1 (Уровень техники)
ФИГ. 4
4/5
Измерение реверберации для каждой частоты в наборе данных с добавлением псевдослучайного шума
Поворот результата ревербера]
каждого измерения дии на угол •я-Sf-ТЕ
503
Усреднение повернутых результатов измерения реверберации и регистрация (в виде вектора)
ФИГ. 5
Получение данных после цикла ПЧФ, но до суммирования возмущающих частот
Поворот эхо 1 на угол, заданный: Усреднение повернутых результатов измерения реверберации и регистрация (в виде вектора)
ФИГ. 6
5/5
"20-1-1-1-1-1
0 50 100 150 200
ФИГ. 8