專利名稱：應(yīng)用核磁共振在井眼中測量流速的方法和裝置及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及地球井眼(wellbore)的錄井(well logging)領(lǐng)域，更具體地說涉及應(yīng)用核磁共振技術(shù)在地球地層中測量流速及應(yīng)用所測量的流速確定各種其它的重要錄井參數(shù)的方法。
背景技術(shù)：
錄井提供了可以用于確定給定的井眼的地層的“質(zhì)量”的各種參數(shù)。這些參數(shù)包括如下這些系數(shù)地層壓力、電阻率、空隙度、被束縛的流體體積和液體滲透性。用于評價(jià)給定的地層的質(zhì)量的這些參數(shù)例如可以提供在該地層中存在的碳?xì)浠衔锪?，以及從地層中抽取這些碳?xì)浠衔锏碾y度的指標(biāo)。因此液體滲透性-碳?xì)浠衔飶牡貙拥目字辛鬟^的能力-是確定特定的井位具有商業(yè)可行性的重要因素。
有多種公知的技術(shù)用于確定液體滲透性以及其它的錄井參數(shù)。例如，大家知道如何從核磁共振(NMR)測量中導(dǎo)出滲透性。一般地通過使在地層中的原子核的磁矩繞軸進(jìn)動來實(shí)現(xiàn)NMR測量。通過給地層施加較強(qiáng)的極化的靜態(tài)磁場(B0)可以建立原子核進(jìn)動所圍繞的軸，比如通過應(yīng)用永磁體(即極化)。這種磁場使質(zhì)子自旋在平行于所施加磁場的方向上排列(這個(gè)步驟有時(shí)稱為縱向磁化，它使原子核被“極化”了)。如下文更完整地描述，極化并不立即產(chǎn)生，而是根據(jù)時(shí)間常數(shù)T1產(chǎn)生，并且可能需要長達(dá)幾秒鐘的時(shí)間才產(chǎn)生(甚至高達(dá)8秒或更長)。在足夠的時(shí)間后，建立了平行于B0的熱平衡極化。
接著，產(chǎn)生了一系列的射頻(RF)脈沖以便施加共振磁場B1。第一RF脈沖(稱為90°脈沖)必須足夠強(qiáng)以將磁化從B0基本旋轉(zhuǎn)到橫平面(即，橫向磁化)。旋轉(zhuǎn)角度如下α＝B1γtp(1)并且通過本領(lǐng)域人員公知的方法將該角度調(diào)整到90°(tp是脈沖長度，γ是磁旋比—一種原子核常數(shù))。施加附加的RF脈沖(在α＝180°時(shí)稱為180°脈沖)以產(chǎn)生自旋回波串。通常根據(jù)脈沖序列比如誤差校正CPMG(Carr Purcell Meiboom Gill)NMR脈沖序列施加附加的RF脈沖以有利于快速且精確的數(shù)據(jù)采集。選擇RF脈沖的頻率以激勵在所研究的試樣的特定的區(qū)域中的特定原子核自旋。在這個(gè)區(qū)域的中心將RF脈沖的旋轉(zhuǎn)角度調(diào)整到90°和180°。
兩個(gè)時(shí)間常數(shù)與縱向和橫向磁化的弛豫過程相關(guān)。這些時(shí)間常數(shù)的特征在于在施加每個(gè)90°脈沖之后返回到磁化強(qiáng)度分量的熱平衡速率。自旋點(diǎn)陣弛豫時(shí)間(T1)是返回到它的熱平衡的縱向磁化分量的時(shí)間常數(shù)(在施加靜態(tài)磁場之后)。自旋-自旋弛豫時(shí)間(T2)是返回到它的熱平衡值(為0)的橫向磁化的時(shí)間常數(shù)。一般地，應(yīng)用脈沖序列(如上文所描述的CMPG脈沖序列)測量T2的分布。此外，B0通常是不均勻的并且橫向磁化隨著更短的時(shí)間常數(shù)T2*衰減，這里1T2*=1T2+1T′---(2)]]>在不存在運(yùn)動和擴(kuò)散的情況下，隨著特征時(shí)間T’的衰減僅僅是由B0的不均勻性引起的。在這種情況下，它是完全可逆的并且在連續(xù)的回波中可恢復(fù)。連續(xù)回波的幅值隨著T2衰減。一旦得到T2分布，就可以確定其它的地層特征比如滲透性。
如果回波衰減比預(yù)定的更快，例如，如果測量探頭在測量的過程中產(chǎn)生了運(yùn)動，則應(yīng)用T2分布可能會產(chǎn)生問題。在這些情況下，所得的數(shù)據(jù)的質(zhì)量可能降低。因此，例如，由于較快的錄井速度引起的測量設(shè)備的位移、崎嶇不平的井眼狀況或在邊錄井邊鉆井(LWD)的過程中鉆柱的振動可能阻礙獲得精確的測量結(jié)果。
此外，公知的是，T2分布并不總是精確代表孔尺寸。例如，G.R.Coates等人(“A New Characterization of Bulk-Volume IrreducibleUsing Magnetic Resonance”，SPWLA第38屆年度錄井研討會，1997年6月15-18日)描述了通過將每個(gè)弛豫時(shí)間與毛細(xì)束縛水的比分?jǐn)?shù)相關(guān)來測量束縛流體體積。這種方法假設(shè)每個(gè)孔尺寸具有固有的不可壓縮的含水飽和度(即，與孔的尺寸無關(guān)，某些水總是束縛在孔中)。此外，在水濕巖石中的碳?xì)浠衔锏拇嬖诟淖兞嗽赥2分布和孔尺寸之間的相關(guān)性。
地層的液體滲透性是油氣層的最重要的特征之一并且也是最難獲得的定量測量值之一。通常從NMR實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的T2分布中導(dǎo)出滲透性，該T2分布代表孔尺寸分布。最后，滲透性與T2數(shù)據(jù)相關(guān)。這種確定滲透性的方法具有幾個(gè)缺陷，因此有時(shí)不適用。
通常應(yīng)用誤差校正CPMG脈沖序列測量T2分布。為了提供有意義的結(jié)果，所記錄的脈沖串的長度必須至少為T2max。在這個(gè)時(shí)間周期中以及在在先的預(yù)極化過程中，這種測量對測量設(shè)備的位移敏感。此外，在某些情況下，T2分布并不代表孔尺寸分布，例如在水濕巖石中的碳?xì)浠衔锔淖兞嗽赥2分布和孔尺寸分布之間的相關(guān)性。最后，應(yīng)用基于所測量的最大數(shù)據(jù)組的幾個(gè)現(xiàn)象公式實(shí)現(xiàn)在孔尺寸分布和地層的滲透性之間的相關(guān)性，顯示了相對較弱的相關(guān)性。在碳酸鹽中，因?yàn)榈貙拥膹?fù)雜的孔形狀使得這些公式不成立。
測量滲透性的更直接的方法是應(yīng)用封隔器(packer)或探測工具測量所感應(yīng)的流率。這種測量仍然要求包括油層和工具的幾何結(jié)構(gòu)、泥餅和侵入帶的地層特性曲線的大量的模擬實(shí)驗(yàn)。然而，如果可以獲得流速則可以極大地減少進(jìn)行模擬所需的努力。比較有利的是獲得流速以便用于確定進(jìn)行模擬所需的各種參數(shù)，因此可以減少進(jìn)行模擬所需的變量的數(shù)量。
至少為了上述的原因，本發(fā)明的一個(gè)目的是應(yīng)用NMR技術(shù)提供一種確定流速的裝置和方法。
本發(fā)明的進(jìn)一步目的是利用流速的NMR測量提供一種確定滲透性的方法。
本發(fā)明的進(jìn)一步目的是應(yīng)用流速的NMR測量提供一種確定鉆井對地層的損壞程度、地層壓力、泥漿滲濾速率和在取樣的過程中在侵入帶中的變化。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的原理通過提供利用核磁共振(NMR)技術(shù)確定流速和基于該流速的測量值提供其它的井眼參數(shù)的測量值的方法和裝置來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的和其它的目的。優(yōu)選的實(shí)施例包括不需知道T2或壓力分布就確定流速的方法和裝置。應(yīng)用NMR技術(shù)進(jìn)行流速的測量，在這種NMR技術(shù)中根據(jù)所需的徑向或垂直的靈敏度改變共振區(qū)的形狀。在一種要求已知T2的實(shí)施例中測量回波幅值的衰減。如果徑向和垂直靈敏度都希望，則在單個(gè)的井眼工具中可以提供多個(gè)NMR設(shè)備，其中每個(gè)NMR設(shè)備被設(shè)計(jì)成測量特定的方位。
在本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例中，應(yīng)用頻移的NMR測定而不是信號衰減來確定流速。這些技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)也在于不需要參考測量，因?yàn)闆]有應(yīng)用信號衰減的檢測。通過分析回波形狀而不是回波幅值或通過標(biāo)準(zhǔn)的NMR一維頻率選擇或二維方法可以實(shí)現(xiàn)這些。在進(jìn)一步的其它的優(yōu)選實(shí)施例中，使用編碼脈沖替代常規(guī)的90°脈沖，以絕熱脈沖替代常規(guī)的180°脈沖。如果B0梯度較小則這些技術(shù)比較有利，例如，在B0鞍點(diǎn)的情況下，因?yàn)閮H要求一種均勻的磁場B1而不要求B0梯度。
本發(fā)明應(yīng)用NMR技術(shù)獲得流速的方法和裝置也應(yīng)用于在井眼鉆探的運(yùn)行過程中確定各種井眼參數(shù)。例如，通過使流體在地層內(nèi)流動比如使流體從地層流進(jìn)NMR工具或流進(jìn)井眼，結(jié)合差壓測量可以使用流速的NMR測定來提供滲透性的直接的小規(guī)模測量，因?yàn)镹MR數(shù)據(jù)提供流速的非常局部的測量。可替換的是，本發(fā)明的NMR技術(shù)可以用于獲得鉆井對地層損壞的評估。
此外，本發(fā)明的NMR技術(shù)可以用于通過在井眼中建立條件(例如通過應(yīng)用封隔器模塊)以在泥餅上不存在井眼流體滲漏并同時(shí)測量在泥餅和地層之間的界面上的壓力來測定地層壓力。應(yīng)用本發(fā)明的NMR技術(shù)可以測定的另一重要的參數(shù)是泥漿滲漏速率(有時(shí)稱為侵入)。這種參數(shù)尤其重要，因?yàn)樗峁┝怂褂玫哪酀{體系的質(zhì)量的直接測量并且可以提供潛在的問題的預(yù)先指示。此外，本發(fā)明的NMR技術(shù)可以用于監(jiān)測在取樣操作的過程中侵入帶的變化。在這種情況下，一般來說，重要的是監(jiān)測在實(shí)施取樣的地方可能引起地層的堵塞的細(xì)微泥漿顆粒(或“微粒”)的遷移。此外，雖然在此描述了各種操作參數(shù)的測定，但是在本領(lǐng)域的人員應(yīng)該理解的是應(yīng)用本發(fā)明的NMR技術(shù)可以獲得各種其它參數(shù)。


附圖1所示為根據(jù)本發(fā)明的原理用于測量流速的NMR錄井裝置的一種實(shí)施例的示意圖；附圖2a所示為根據(jù)本發(fā)明的原理代表可以結(jié)合附圖1的NMR錄井裝置使用的一個(gè)NMR工具部件的一種實(shí)施例的平面示意圖；附圖2b所示為根據(jù)本發(fā)明的原理代表可以結(jié)合附圖1的NMR錄井裝置使用的一個(gè)NMR工具部件的一種實(shí)施例的截面示意圖；附圖3a所示為根據(jù)本發(fā)明的原理代表可以結(jié)合附圖1的NMR錄井裝置使用的一個(gè)NMR工具部件的另一種實(shí)施例的平面示意圖；
附圖3b所示為根據(jù)本發(fā)明的原理代表可以結(jié)合附圖1的NMR錄井裝置使用的一個(gè)NMR工具部件的另一種實(shí)施例的截面示意圖；附圖4所示為根據(jù)本發(fā)明的原理代表可以結(jié)合附圖2和附圖3的NMR錄井裝置使用的一個(gè)壓力測量工具部件的一種實(shí)施例的側(cè)面示意圖；附圖5所示為根據(jù)本發(fā)明的原理NMR錄井裝置的另一實(shí)施例的示意圖；附圖6a-e所示為根據(jù)本發(fā)明對于給定的回波所采集的交換分布和頻移的影響的示意實(shí)例；附圖7所示為說明根據(jù)本發(fā)明的原理確定流速的步驟的流程圖；以及附圖8所示為說明根據(jù)本發(fā)明使用絕熱脈沖回波的脈沖序列。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的方法和裝置應(yīng)用幾種技術(shù)來從NMR測量中確定關(guān)于給定地層的各種定性參數(shù)。最初的技術(shù)提供了測定地層壓力和/或泥漿滲漏速率的地層流體速度(即流速)的測量值。為實(shí)現(xiàn)這些技術(shù)，NMR工具必須包括能夠在地層中產(chǎn)生流動(一個(gè)工具部件)并在用于測量所產(chǎn)生的流動的地層中產(chǎn)生NMR殼層(第二工具部件)的能力。在通過局部壓力梯度的測量(例如，將第三工具部件加入到鉆柱中)來實(shí)施在此所描述的基本技術(shù)時(shí)，本發(fā)明的技術(shù)還可以提供滲透性和/或表層損壞(即在井眼和原始地層之間的區(qū)域)的測定。
在此結(jié)合流速的測定描述在井眼中使流體流動的各種方法。例如，在鉆井的過程中，通過外部設(shè)備比如鉆井用泵可以改變在井眼中的流體的壓力。可替換的是，可以使用工具比如在附圖1中所示并在下文將要描述的工具將流體泵送到封隔器間隔中或從其中汲出流體(在這種情況下不進(jìn)行鉆井)。在再一種使流體流動的方法是通過使用位于墊塊上的通道，如在附圖3a和3b所示并且在下文中描述，在這種情況下流體可再次泵送入工具中或從其中送出。
已有確定流速的不同的公知方法。例如，NMR技術(shù)可以利用交換梯度(switched gradient)來對流動和擴(kuò)散進(jìn)行編碼。然而，在某些情況下產(chǎn)生交換梯度可能比較困難(如果不是不可能的話)，并且在存在較大的靜態(tài)梯度下，它們可以被忽略。可以產(chǎn)生本發(fā)明的回波測量值以使它們僅取決于靜態(tài)梯度B0或B1磁場而不取決于交換梯度，因此，它可以工作于“里面?zhèn)鞯酵饷妗盢MR情況，在這種情況下在磁體結(jié)構(gòu)的外面進(jìn)行測量。
附圖1所示為測量流速的NMR錄井設(shè)備100的示意性實(shí)例。錄井設(shè)備100包括四個(gè)模塊，這四個(gè)模塊包括封隔器102、NMR工具104、封隔器106和NMR工具108。雖然所示的錄井設(shè)備100具有四個(gè)模塊，但是本領(lǐng)域的人員將會理解的是可以使用錄井工具的各種其它組合，包括在此沒有提到的其它的公知的錄井工具。例如，可以使用錄井設(shè)備100而不用NMR工具108，在這種情況下設(shè)備100僅有三個(gè)模塊。
如附圖1所示，錄井設(shè)備100位于先前已經(jīng)在地層112中鉆好的井眼110中。錄井設(shè)備100通過錄井纜線114懸掛在井眼110中。通過鉆桿或盤管在井眼中傳送錄井設(shè)備100也在本發(fā)明的意圖之內(nèi)。如下文更加詳細(xì)地描述，本發(fā)明的原理還可以用于邊錄井邊鉆井(LWD)操作中，在這種情況下錄井設(shè)備100(或可應(yīng)用模塊(例如封隔器))位于在鉆頭(未示)下面的鉆柱(未示)中。在附圖1中還示出了將在下文更加詳細(xì)地解釋的流線116和共振線118和120。
公知的是，在通過脈沖序列激勵的時(shí)刻在所測量的設(shè)備的磁場分布圖中共振的物質(zhì)相對于它的空間位置的凈位移導(dǎo)致降低了所測量的信號幅值A(chǔ)的衰減幅值(DA)。這種位移可以是實(shí)際位移、平移擴(kuò)散或兩者的組合的乘積。常規(guī)的NMR多回波實(shí)驗(yàn)校正到高度的擴(kuò)散，因此由于在檢測時(shí)的擴(kuò)散引起的僅僅間隔總的位移的給定的足夠短的回波比較重要。然而，只要在由流動引起的位移至少與由擴(kuò)散引起的位移可相比則即使在存在擴(kuò)散的情況下仍然可以檢測定向流動。
第I回波的損失可由損失系數(shù)表征λi＝Ai/A0i，這里A0i是在相同的情況下的第I回波的幅值，除了沒有的位移以外。重要的是，損失系數(shù)獨(dú)立于所研究的物質(zhì)的弛豫時(shí)間分布，如果位移是通過具有恒定的標(biāo)量的速度v的均速運(yùn)動引起的，則該損失系數(shù)矢量僅是v的函數(shù)(即，單個(gè)變量)。因此，速度v可以從損失系數(shù)矢量λ^(在此字符“^”表示矢量)中確定。這就要求以不同的速度進(jìn)行幾次測量。假設(shè)所測量的響應(yīng)矢量為Av^＝{A1，……，An}，并且假設(shè)所測量的響應(yīng)如對于v＝0產(chǎn)生響應(yīng)矢量S0^＝{A01，……，A0n}，則通過λ^＝{A1/A01，……，An/A0n}直接給出特征損失系數(shù)矢量。因此，對于具有已知的磁場分布圖和固定脈沖序列的給定測量裝置，可以計(jì)算λ^(v)的查詢表，從該表中可以得出v。
本發(fā)明的方法和裝置根據(jù)產(chǎn)生共振區(qū)的磁場分布圖B0和B1應(yīng)用激勵脈沖，在共振區(qū)中通過脈沖將自旋激勵到特定的形狀。根據(jù)所測量的流體流動的總體方向選擇特定的形狀。例如，如果流動是所需測量的重要分量，則構(gòu)造在流速測量中所使用的NMR工具以確定一薄的且長的圓柱形共振區(qū)。圓柱形共振區(qū)基本不受垂直位移(比如錄井鉆柱114的垂直運(yùn)動)的影響，而同時(shí)對徑向運(yùn)動特別敏感。例如，應(yīng)用類似于在Numar公司的MRLL工具中使用的B0的非對稱梯度設(shè)計(jì)可以產(chǎn)生它。
在另一方面，如果垂直位移是重要的因素，則可以將NMR工具構(gòu)造成提供基本為扁平的環(huán)面形狀(類似于扁平環(huán)形圈餅)的共振區(qū)。扁平的環(huán)面形狀共振區(qū)對垂直位移特別敏感，例如，通過應(yīng)用Jasper-Jackson鞍點(diǎn)設(shè)計(jì)并調(diào)整在鞍點(diǎn)處的拉莫爾頻率之上的工作頻率可以產(chǎn)生這種共振區(qū)(參見US4,350,955)。在徑向和垂直位移都是重要參數(shù)時(shí)，可以使用兩個(gè)NMR工具比如附圖1的工具104和108。在這種情況下，NMR工具104可以被構(gòu)造成形成圓柱形共振區(qū)，而NMR工具108可以被構(gòu)造成形成扁平的環(huán)面共振區(qū)。此外，如果存在梯度B1磁場，則在共振時(shí)也可以利用鞍點(diǎn)形B0。
除了從損失系數(shù)λi中確定流速v之外，也可以通過分析在頻域或時(shí)域中的回波形狀確定流速?；蛘撸梢岳萌缦碌氖聦?shí)來獲取運(yùn)動的特征并進(jìn)一步增強(qiáng)分辨率流動可以使回波的相位在(常規(guī)的NMR“旋轉(zhuǎn)”坐標(biāo)系的)x-y平面中平移。因此僅通過在頻域或時(shí)域中對所記錄的回波相位的定量分析可以唯一地確定校正矢量λ^(v)，而不要求知道T2的分布。在單調(diào)梯度G的情況下，通過對回波形狀的定性分析可以獲得關(guān)于流動方向的信息。
如上文所描述，附圖1所示為包括兩個(gè)NMR工具104和108的NMR錄井設(shè)備100的一種實(shí)施例，NMR工具104和108中的每個(gè)都被構(gòu)造成測量流速的不同的方面。由于NMR工具104被構(gòu)造成測量徑向位移，因此通過共振線118示出了它的共振區(qū)，而共振線120說明了NMR工具108的垂直取向的共振區(qū)(注意流動線116流經(jīng)共振線118和120)。此外，使用封隔器來產(chǎn)生特定的流路。例如，附圖1所示為在井眼110的隔離部分中在封隔器102和106之間的NMR工具104。封隔器102和106分別利用膨脹部件122和124來有效地密封一部分井眼。然后，NMR工具104通過使流體經(jīng)過流體入口通道從井眼流入工具本身來產(chǎn)生流體流動。這在隔離區(qū)域中產(chǎn)生了局部壓力變化，這種壓力變化在地層中產(chǎn)生流體流動(如在附圖1中的流線116所示)。
附圖2a，2b，3a和3b所示為結(jié)合附圖1的NMR工具或其他的NMR工具結(jié)構(gòu)根據(jù)本發(fā)明的原理可以用于測量流速的NMR工具部件的實(shí)施例。附圖2a，2b，3a和3b的NMR工具部件以及在附圖4中所示的NMR工具部件包括在靠在井眼的壁上時(shí)提供壓力測量的能力(與在附圖1中所示的設(shè)備相反，該設(shè)備必須通過封隔器模塊使它遠(yuǎn)離井眼壁)。此外，雖然在附圖1中所示的設(shè)備的磁場為軸向?qū)ΨQ，然而在附圖2a，2b，3a，3b和4中所示的NMR工具部件的磁場不必軸向?qū)ΨQ。
附圖2a和2b說明了可以在NMR工具108、NMR工具504(下文描述)或沒有示出的其它的NMR工具結(jié)構(gòu)上使用的NMR工具墊200的一種實(shí)施例。墊200包括襯板202、密封元件204和壓力監(jiān)測探頭206。此外，類似于附圖1的共振線120的共振區(qū)208(但是與共振線120相反的是不軸向?qū)ΨQ)說明了對沿著連接壓力探頭206(附圖2a的)的假想線的運(yùn)動的敏感度。如果與錄井設(shè)備100一起使用，則墊200實(shí)際旋轉(zhuǎn)90°以使共振區(qū)208與共振線120一致。此外，為了利用壓力監(jiān)測探頭206，必須將墊200構(gòu)造成能夠?qū)⑺恐郾诜胖?例如，參見在附圖5中所示的NMR工具結(jié)構(gòu)和下文相應(yīng)的文字描述)并且在探頭206和地層之間形成液壓連通。
附圖3a和3b所示為NMR工具墊300的另一實(shí)施例，該NMR墊300可以用于NMR工具108、NMR工具400和500(在下文中描述)或可將其構(gòu)造成產(chǎn)生兩個(gè)不同的共振區(qū)(即垂直的和水平的)的單個(gè)NMR工具(未示)中。墊300包括襯板302、密封元件304、測量壓力方位梯度316的壓力監(jiān)測探頭306、測量高度梯度322的壓力監(jiān)測探頭312和將流體引入錄井設(shè)備的流體入口通道314。此外，共振區(qū)308說明了對徑向運(yùn)動的敏感性，而共振區(qū)318說明了對垂直運(yùn)動的敏感性。應(yīng)該注意的是，由于壓力傳感器沒有放置在地層中，因此沒有測量壓力降的徑向分量。假設(shè)在水平面上地層是均質(zhì)的，則徑向滲透性分量基本類似于方位分量。因此，通過探頭306獲得方位測量提供了徑向答案。
應(yīng)該注意的是，根據(jù)本發(fā)明的原理，成形的共振區(qū)并不必要僅僅限制到圓柱體和扁平的圓環(huán)，上文所描述的工具僅僅是說明本發(fā)明如何應(yīng)用于這種設(shè)備。例如，附圖2a和3a的墊一般對在圓周方向上的運(yùn)動，即在井孔內(nèi)的鉆柱的旋轉(zhuǎn)，敏感。因此，本發(fā)明可以用于產(chǎn)生在一個(gè)方向上比任何其它方向更小的特定形狀的共振區(qū)，并且更小的方向比較有利，因?yàn)樗峁┝嘶静皇茉谠摲较蛏系倪\(yùn)動影響的測量。例如，垂直的運(yùn)動基本不影響薄的且長的圓柱形區(qū)。
附圖4所示為根據(jù)本發(fā)明的原理可以使用的錄井設(shè)備400的另一實(shí)施例。不使用單個(gè)的墊300來執(zhí)行廣泛的功能(因此增加了制造這種墊的復(fù)雜性和費(fèi)用)，在設(shè)備400例如結(jié)合附圖2a的墊200使用時(shí)提供了一種變型方案。設(shè)備400包括壓力監(jiān)測探頭402，404和406、另一NMR工具(未示)和用于取樣地層流體的流體取樣探頭408，而不包括墊300的流體入口通道314(參見附圖3a)。
設(shè)備400具有多種應(yīng)用。首先，NMR探頭402、404和406可用于獲得在侵入?yún)^(qū)(即受鉆井破壞的地層區(qū))的小規(guī)模滲透性測量(在垂直和水平方向兩個(gè)方向上)。第二，探頭406和408可用于通過在探頭(假設(shè)在探頭406和408之間的間隔足夠大)之間實(shí)施壓力干擾測試來執(zhí)行“更深的”滲透性測量。探頭408可用于通過使流體流入探頭產(chǎn)生壓力脈沖。兩個(gè)不同的滲透性測量的比較(即，小規(guī)模的或侵入?yún)^(qū)的測量以及“更深的”或原生油層)提供了關(guān)于地層不均勻性的信息。此外，如果例如從陣列電阻率測井中可得到損壞區(qū)的范圍，則也可以確定“表層”的值。
本領(lǐng)域的人員可以理解的是雖然已經(jīng)描述了三個(gè)特定的錄井結(jié)構(gòu)，但是還有用于實(shí)施本發(fā)明的原理的多個(gè)其它的組合。例如，在設(shè)備400上可以相對于探頭402設(shè)置第五探頭。在這種結(jié)構(gòu)中，探頭404，406和408可以具有在附圖3a中的類型，而探頭402和第五探頭可以具有在附圖2a中所示的類型。設(shè)備400將也具有使用在此所描述的NMR技術(shù)確定小規(guī)模滲透性的同時(shí)應(yīng)用壓力干擾測試測定滲透性的能力。
附圖5所示為本發(fā)明的另一實(shí)施例的示意圖，在該實(shí)施例中NMR錄井設(shè)備500測量局部壓力梯度以便可以測定參數(shù)比如滲透性和表層損壞。錄井設(shè)備500包括NMR工具504和封隔器506和508。封隔器507和508如上文所描述地運(yùn)行以在地球地層中產(chǎn)生特定的流路。NMR工具504包括壓力傳感器530和NMR工具墊534和536，每個(gè)NMR工具墊可以都類似于在上文中所描述的NMR工具墊。例如，NMR工具墊534可以用于在包圍井眼510中的地層中形成共振區(qū)518。更重要的是，NMR工具504也包括將壓力傳感器530按壓在井眼壁511上以便可以獲得局部壓力梯度測量的可移動彈簧532。
為確定表層損壞，探頭534和536確定小規(guī)模滲透性(即損壞區(qū)的局部滲透性)。然后流體流進(jìn)在封隔器模塊506和508之間的區(qū)域以產(chǎn)生較大的壓力脈沖，這破壞了泥餅密封。使用該壓力脈沖執(zhí)行在封隔器探頭和位于封隔器區(qū)域之外的另一探頭(未示)之間的干擾測試。本領(lǐng)域的普通的人員將會理解到在應(yīng)用設(shè)備500時(shí)在破壞泥餅密封和干擾測試之前必須進(jìn)行小規(guī)模NMR滲透性測量。此外，除了位于在封隔器506和508之間的壓力計(jì)(未示)之外，還可以利用設(shè)備500測定表層和地層壓力。
在測定地層壓力時(shí)，利用封隔器模塊506和508來隔離井眼的一部分。在沒有泥漿濾液侵入地層(滲漏流體速度為零)時(shí)利用NMR504產(chǎn)生用于進(jìn)行感測的共振殼層518。壓力監(jiān)測探頭530感測在井眼的泥餅的其它側(cè)面上的壓力，而同時(shí)位于在封隔器之間的另一壓力傳感器(未示)監(jiān)測在封隔器間隔中的壓力。然后將流體引入或注入直到存在零流體速度狀態(tài)，在這一速度點(diǎn)下在封隔器間隔中的壓力應(yīng)該與地層壓力相同。
在存在均勻的梯度磁場時(shí)簡化定量解析方法，因?yàn)樵诰鶆虻奶荻菺^中在位移矢量r^(t)和共振頻率δω的變化之間的關(guān)系也是一個(gè)參數(shù)的函數(shù)G^·r^＝δω。固此，共振頻率的每次變化對應(yīng)于特定的位移，并且在回波I的時(shí)間I*te時(shí)的δωi能夠與平均速度r/(I*te)相關(guān)。因此從標(biāo)準(zhǔn)NMR交換實(shí)驗(yàn)方面講給定的回波串的每個(gè)回波I代表具有不同的“混合”時(shí)間(I*te)的實(shí)驗(yàn)。然而，通過一起使用所有的回波以抽取速度可以提高信號噪聲比。例如，回波形狀的分析(或回波譜f(ω))僅提供了關(guān)于總的自旋過去運(yùn)動的地方的信息，但快速并且有效，因此需要少數(shù)幾次實(shí)驗(yàn)。如果要求更多的信息，比如確定自旋正在運(yùn)動的地方，則可以執(zhí)行頻率選擇實(shí)驗(yàn)(一維或二維)，但這種實(shí)驗(yàn)需要更多的測量時(shí)間并且要求多次實(shí)驗(yàn)。作為與前面所描述的NMR技術(shù)的變型，本發(fā)明的這種實(shí)施例要求根據(jù)它們的共振頻率通過在施加激勵脈沖之后或之前緊接著施加RF脈沖標(biāo)記自旋。最簡單的標(biāo)記方法是產(chǎn)生與飽和模式相關(guān)的共振頻率的飽和序列。然后通過將在兩個(gè)不同的時(shí)間上的共振頻率相關(guān)可以獲得速度測量。
附圖6a-6e所示為第I回波的二維交換頻譜的不同的示意性實(shí)例。附圖6a所示為在不存在位移和平移擴(kuò)散的情況下的第I回波的二維分布602。附圖6b所示為表示較強(qiáng)的擴(kuò)散的影響(或飽和位移)的第I回波的二維分布604。附圖6c所示為在具有給定的速度v的較低的磁場中發(fā)生的位移的結(jié)果的二維分布606。附圖6d所示為由具有相同的速度但相反的方向的運(yùn)動(即成為高磁場)產(chǎn)生的類似的二維分布608。最后，附圖6e所示為將在附圖6d中所示的速度加倍的結(jié)果(不管是否加倍速度(v)、“混合”時(shí)間(I*te)或回波數(shù)(2*I))結(jié)果都相同)。附圖6a-6e所示為在本實(shí)施例中僅僅頻移影響了流速的測定(如上文所描述相對于衰減幅值)。本領(lǐng)域的普通的人員將會理解到在附圖6a-6e中所示的數(shù)據(jù)沒有進(jìn)行編碼(即僅僅測量了回波形狀)，以曲線投影的形式而不是頻譜出現(xiàn)，如在附圖6e中的虛曲線612和614所示。如果需要的話對于每個(gè)附圖6a-6d也可以產(chǎn)生類似的投影。
附圖7所示為本發(fā)明用于測定流速的方法的流程圖。在步驟702中，將工具放置在井眼中(主要取決于工具和所需的參數(shù)，步驟702可以作為鉆井操作的一部分或者例如在需要局部梯度壓力測量時(shí)與鉆井操作分開執(zhí)行)。在步驟704中以任何公知的方式感應(yīng)流體以使其流動。例如，應(yīng)用設(shè)備通過從井孔的頂部外部泵送或通過應(yīng)用在錄井工具本身上的泵送通道，如在附圖3a中所示(即流體入口通道314)。
在步驟706中通過例如使用極化地層的一部分(即縱向磁化)的永磁體給地層施加較強(qiáng)的極化的靜態(tài)磁場。然后在步驟708中根據(jù)磁場分布圖B0和B1施加振動磁場以產(chǎn)生具有由所需的運(yùn)動敏感性決定的特定形狀的共振區(qū)。該振動磁場是給形成共振區(qū)的地層施加RF脈沖串的結(jié)果。根據(jù)所需的軸線靈敏度選擇由RF信號的特定序列所確定的共振區(qū)的特定形狀。例如，對于要求受到鉆柱的垂直位移的影響最小的測量，可以產(chǎn)生薄的且長的圓柱形共振區(qū)。
所施加的RF脈沖序列激勵在地層中產(chǎn)生自旋回波串的特定核自旋。在步驟710中測量通過振動磁場所產(chǎn)生的自旋回波。在步驟712中確定衰減系數(shù)(例如，如果沒有運(yùn)動則衰減損失系數(shù)為1)。最后，在步驟714中從衰減損失系數(shù)中導(dǎo)出流速。本領(lǐng)域的普通的人員將會理解到其它的參數(shù)比如滲透性要求的其它的步驟在附圖7中沒有示出(例如，為了確定滲透性，必須增加測量局部壓力梯度的步驟)。
流速的共振頻率變化的測量的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是對于相同的條件共振頻率測量提供比前文所述的衰減幅值實(shí)施例小得多的位移速度檢測。然而，頻率選擇性分析(一維和二維兩種情況)要求一種均勻的梯度磁場，該梯度磁場不要求回波形狀和衰減分析。因此，在存在均勻梯度并且要求很厚的共振區(qū)的情況下，共振頻率測量特別有利。此外，根據(jù)自由流體、束流、速度或具有巖面的流體相互作用可以分析位移擴(kuò)展以提供關(guān)于地層和在其中存在的流體的附加信息。
先前所描述的流速的多個(gè)NMR測量方法依賴于較高的B0的梯度。因此，在需要進(jìn)行鞍點(diǎn)測量的情況下這些測量技術(shù)沒有用。鞍點(diǎn)工具可以用于測量流速，然而，存在脈沖幅值B1梯度。已有多種公知的技術(shù)用于施加磁場梯度以產(chǎn)生受激發(fā)的回波，然而，這些技術(shù)都要求在施加均勻的B1再聚焦脈沖和均勻的B1讀取脈沖之后的不均勻的B1編碼脈沖。將里面?zhèn)鞯酵饷娴腘MR鞍點(diǎn)工具自然地產(chǎn)生所需的較強(qiáng)的不均勻B1磁場(從RF線圈)，并且不能簡單地實(shí)現(xiàn)基本均勻的B1磁場。
根據(jù)本發(fā)明再聚焦/讀脈沖可以通過應(yīng)用在附圖8中所示的絕熱方法以不均勻的B1磁場實(shí)現(xiàn)。例如，在編碼脈沖802(它使在縱向和橫向之間的自旋盤旋)之后，施加絕熱再聚焦脈沖串(AFP)804以產(chǎn)生回波串。然后通過施加負(fù)編碼脈沖806使回波串反繞以使脈沖串解碼。然后，通過正好在施加檢測序列810之前給共振區(qū)施加絕熱快速半通道脈沖(AHP)808可以絕熱地進(jìn)行激勵。
通過如下的方式可以實(shí)現(xiàn)檢測序列810給共振區(qū)中施加絕熱快速半通道脈沖—在共振區(qū)之外以某一頻率開始，改變再聚焦脈沖以使它掃過整個(gè)共振區(qū)，并停在共振頻率上?？商鎿Q的是，B0磁場可以改變而不改變頻率。此外，如果存在擴(kuò)散，則通過施加具有多個(gè)再聚焦脈沖的多回波序列(比如再聚焦脈沖序列804)以在施加偶數(shù)再聚焦脈沖時(shí)產(chǎn)生本身能夠抵消的相位誤差可以抑制它的影響。為檢測序列，可以應(yīng)用單個(gè)的回波或多個(gè)回波串。通過施加絕熱半通道脈沖以將自旋旋轉(zhuǎn)到橫平面通過絕熱脈沖可以提供有效的激勵。
測量流速的能力提供了其它優(yōu)點(diǎn)。例如，NMR裝置可以安裝在鉆柱內(nèi)并在鉆井操作的停頓的過程中操作以提供即時(shí)的反饋。一種可以確定的特別有用的參數(shù)是基于θ如下表示的達(dá)西(Darcy’)公式的滲透性的直接測量v=1μK*grad*p---(3)]]>這里v表示滲漏速度，μ表示流體粘度，K表示滲透性(張量)和p是流體壓力的局部值。在在此所提出的測量規(guī)模下在地球地層中，實(shí)質(zhì)上通過兩個(gè)獨(dú)立的值kh和kv(即分別為水平分量和垂直分量)測定滲透性K。
通過應(yīng)用上述的NMR測量確定局部流體流速，可以直接獲得kh和kv的值(假設(shè)設(shè)置探頭以測量局部壓力梯度，比如在附圖4和5中所示的結(jié)構(gòu))。例如，Kv＝μvz/dp/dz。假設(shè)流體粘度μ已知，通過應(yīng)用壓力監(jiān)測探頭容易獲得dp/dz，因?yàn)榛谏鲜龅腘MR測量值中的一個(gè)測量值確定v2，所以可以確定Kv。如果假設(shè)滲透性在橫平面中是各向同性的，則應(yīng)用壓力監(jiān)測探頭的壓力梯度的方位測量值和流體速度的測量值(如上文所述)提供Kh(基于Kh＝μvθrw/dp/dθ的導(dǎo)數(shù))。一旦確定了Kh和Kv，在這種情況下也就在確定了原地的滲透性K。然而，應(yīng)該指出的是，如上文所述，因?yàn)樵阢@井操作的過程中不能獲得局部壓力梯度測量(因?yàn)閭鞲衅魈筋^必須放置靠著井眼壁)，在鉆井操作的過程也不能獲得滲透性測量值。
應(yīng)用本發(fā)明的流速測量可以確定的另一參數(shù)是鉆井損壞的估計(jì)(即由于鉆井操作引起的到地層中徑向距離rd的滲透性的變化)。在流體流進(jìn)井眼中時(shí)通過測定與地層的改變區(qū)相關(guān)的“表層”S或附加的壓力降可以確定這種估計(jì)(由于這種估計(jì)也依賴于局部壓力梯度的測量值，在鉆井操作的過程中也不能執(zhí)行它)。S的測定至少部分地基于原始地層和損壞地層的滲透性。因此，通過下式計(jì)算表層S
S=(K∞Kd-1)In(rdrw)---(4)]]>這里rw是井眼半徑，K∞和Kd分別是原始地層和損壞區(qū)的滲透性。因此，一旦例如通過陣列電阻率錄井測定了rd，則可以構(gòu)造損壞區(qū)的詳細(xì)的深度分解模型并且可以測定表層的值。
也可以采用地層壓力的測量，然而，在進(jìn)行鉆井時(shí)這種測量(如上文所解釋)也不能使用。通過應(yīng)用如上文所描述的速度測量原理可以測量地層壓力，并且檢測在地層流體處于靜止(即不運(yùn)動)時(shí)的狀態(tài)。通過在監(jiān)測所測量的速度的同時(shí)控制井眼壓力可以實(shí)現(xiàn)這些。在所測量的速度為0時(shí)，在測試深度上的局部壓力必須等于地層的壓力(比如沒有流體從井眼流入地層(即侵入)或從地層流入井眼)。在那種情況下應(yīng)用常規(guī)的工具可以測定的泥漿壓力是地層壓力的精確測量。
應(yīng)該承認(rèn)的是確定零速度狀態(tài)可能很難，因?yàn)樵诘退傧路直媛式档?。在那種情況下，在以離散步幅調(diào)整井眼壓力的同時(shí)可以測量地層速度。可以對作為局部井眼壓力函數(shù)的所測量的速度的曲線進(jìn)行外推以測定在將要產(chǎn)生零速度的情況下的壓力。雖然在壓力速度關(guān)系中可以證明泥餅的導(dǎo)水率的非線性，但是仍然需要這種步驟，在該步驟中禁止將井壓力減小到正好在地層壓力之下。
為了在測量中容易控制、安全或精確的緣故，在希望調(diào)整在整個(gè)井眼的壓力時(shí)，通過應(yīng)用如上文所描述的在附圖5中所示的原理可以確定局部地層壓力。應(yīng)用三個(gè)模塊的錄井設(shè)備可以實(shí)施測量地層壓力的NMR實(shí)驗(yàn)，在這種錄井設(shè)備中徑向敏感NMR工具位于兩個(gè)封隔器模塊之間(如模塊504、506和508所示)。封隔器模塊506和508隔離了井眼510的一部分，并且NMR模塊504可以包括抽空單元，該抽空單元給隔離區(qū)間注入流體和/或從隔離區(qū)間吸收流體以調(diào)整在井眼的隔離部分中的壓力。常規(guī)的壓力探頭503也可以應(yīng)用在直接測量砂層表面的界面(即在泥餅和地層之間的界面)的壓力的封隔器間隔內(nèi)以精確地測量泥餅的導(dǎo)水率。這種技術(shù)不適合于低滲透性地層，在這種低滲透性地層中在用于測試的時(shí)間周期中不可能獲得穩(wěn)定的壓力條件。
泥餅本身的演變是另一重要的參數(shù)，根據(jù)上文所描述的速度的NMR測量可以確定這個(gè)參數(shù)。重要的是要能夠確定泥漿濾液進(jìn)入地層(即侵入)的損失率，它是所使用的泥漿體系的總體質(zhì)量的精確指示。通過在與井眼同心的圓柱形表面上對流體流動測量的積分可以確定泥漿滲漏速率。只要附近存在穩(wěn)態(tài)條件該結(jié)果就是侵入流體的容積通量的直接測量(例如，泥漿濾液侵入地層的速率應(yīng)該基本恒定)。因此，這個(gè)參數(shù)也不能在進(jìn)行鉆井的同時(shí)測定。
權(quán)利要求
1.一種利用至少一個(gè)核磁共振工具確定流體在地球地層中的流速的方法，所述工具放置在地層中的井眼中且產(chǎn)生具有均勻梯度的靜態(tài)磁場以及測量所感應(yīng)的磁信號，所述方法包括感應(yīng)流體以使其流動；把源于所述核磁共振工具的具有均勻梯度的靜態(tài)磁場施加到地層空間中，所述靜態(tài)磁場對受到所述靜態(tài)磁場影響的地層的一個(gè)基本部分進(jìn)行極化；將振動磁場施加到所極化部分的特定部分以感應(yīng)產(chǎn)生可測量的信號，根據(jù)磁場分布B0和B1施加所述振動磁場以在所述地層中形成具有對應(yīng)于所需靈敏度的形狀的共振區(qū)；測量所感應(yīng)的信號的共振頻率；以及在不同時(shí)間將共振頻率的變化與位移相關(guān)以確定流速。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所需靈敏度對應(yīng)于徑向流動，并且形狀是薄且長的圓柱殼形。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所需靈敏度對應(yīng)于垂直流動，并且共振區(qū)是扁平的環(huán)形區(qū)。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，具有形狀的共振區(qū)對圓周運(yùn)動敏感。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，從自旋回波產(chǎn)生所感應(yīng)的信號，并且對共振頻率的變化所進(jìn)行的相關(guān)包括采集給定自旋回波的交換分布；以及估計(jì)交換分布以確定位移是否已經(jīng)發(fā)生了。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，進(jìn)一步包括如果位移已經(jīng)發(fā)生了，則估計(jì)交換分布以確定位移的方向。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，進(jìn)一步包括如果位移已經(jīng)發(fā)生了，則估計(jì)交換分布以確定位移的相對幅值。
8.如權(quán)利要求5所述的方法，進(jìn)一步包括計(jì)算交換分布的每個(gè)頻率分量的弛豫時(shí)間T2；以及對于交換分布中的每個(gè)頻率，建立弛豫時(shí)間T2和流速之間的關(guān)系。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所需靈敏度包括徑向流動和垂直流動，并且施加振動磁場包括通過第一核磁共振工具施加第一振動磁場，根據(jù)特定的磁場分布B0和B1施加所述第一振動磁場以在地層中形成具有薄且長的圓柱殼形的共振區(qū)，以感應(yīng)產(chǎn)生對徑向流動敏感的可測量的信號；以及通過第二核磁共振工具施加第二振動磁場，根據(jù)特定的磁場分布B0和B1施加所述第二振動磁場以在地層中形成具有扁平的環(huán)形的共振區(qū)，以感應(yīng)產(chǎn)生對垂直流動敏感的可測量的信號。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，第一和第二核磁共振工具被包括在鉆井柱內(nèi)，并且在鉆探井眼的同時(shí)進(jìn)行流速的核磁共振測量。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，進(jìn)一步包括進(jìn)行局部壓力梯度測量；從由第一核磁共振工具所感應(yīng)的可測量的信號導(dǎo)出流速的水平分量；從由第二核磁共振工具所感應(yīng)的可測量的信號導(dǎo)出流速的垂直分量；從水平分量、垂直分量和局部壓力梯度測量值導(dǎo)出滲透性的測量。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述核磁共振工具被包括在鉆井柱內(nèi)，并且在鉆探井眼的同時(shí)進(jìn)行流速的核磁共振測量。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括將擴(kuò)散與所感應(yīng)的流體流動區(qū)別開。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，施加振動磁場包括施加一個(gè)再聚焦脈沖序列，該再聚焦脈沖序列感應(yīng)要產(chǎn)生的自旋回波，所述自旋回波對應(yīng)于可測量的信號。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，根據(jù)CPMG脈沖序列施加再聚焦脈沖序列。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，進(jìn)一步包括對所測量的信號執(zhí)行回波形狀分析。
17.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，施加振動磁場包括施加RF脈沖序列以標(biāo)記自旋回波。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中，對共振頻率的變化進(jìn)行相關(guān)包括通過將在不同的時(shí)間上對感應(yīng)的信號的共振頻率進(jìn)行相關(guān)來對所測量的感應(yīng)信號執(zhí)行頻率選擇實(shí)驗(yàn)。
19.一種利用至少一個(gè)核磁共振工具確定流體在地球地層中的流速的方法，所述工具放置在地層中的井眼中，并且產(chǎn)生靜態(tài)磁場并測量所感應(yīng)的磁信號，所述方法包括感應(yīng)流體以使其流動；把源自所述核磁共振工具的靜態(tài)磁場施加到地層空間中，所述靜態(tài)磁場對受到所述靜態(tài)磁場影響的地層的一個(gè)基本部分進(jìn)行極化；通過編碼脈沖給所極化部分的特定區(qū)域施加不均勻的振動磁場以標(biāo)記在特定區(qū)域中的自旋；通過用于在特定區(qū)域中感應(yīng)產(chǎn)生可測量的信號的偶數(shù)個(gè)再聚焦脈沖來給特定區(qū)域重新施加不均勻的振動磁場；測量所感應(yīng)的信號的幅值；以及基于所測量的幅值導(dǎo)出流速。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中，根據(jù)磁場分布圖B0和B1施加不均勻的振動磁場以在地層中產(chǎn)生長的圓柱殼形共振區(qū)，并且流速的測定對徑向流動敏感。
21.如權(quán)利要求19所述的方法，其中，根據(jù)磁場分布圖B0和B1施加不均勻的振動磁場以在地層中產(chǎn)生扁平的環(huán)形共振區(qū)，并且流速的測定對垂直流動敏感。
22.如權(quán)利要求19所述的方法，其中，根據(jù)磁場分布圖B0和B1施加不均勻的振動磁場以在地層中產(chǎn)生具有形狀的共振區(qū)，并且流速的測定對圓周流動敏感。
23.如權(quán)利要求19所述的方法，其中，根據(jù)磁場分布圖B0和B1施加不均勻的振動磁場以在地層中產(chǎn)生鞍點(diǎn)形的共振區(qū)。
24.如權(quán)利要求19所述的方法，其中，施加不均勻的振動磁場包括通過第一核磁共振工具根據(jù)特定的磁場分布圖B0和B1施加第一編碼脈沖以產(chǎn)生具有長的圓柱殼形的共振區(qū)，以在位于特定區(qū)域的第一部分的自旋中建立旋轉(zhuǎn)并感應(yīng)產(chǎn)生對徑向流動敏感的可測量的信號；以及通過第二核磁共振工具根據(jù)特定的磁場分布圖B0和B1施加第二編碼脈沖以產(chǎn)生具有扁平環(huán)形的共振區(qū)，以在位于特定區(qū)域的第二部分的自旋中建立旋轉(zhuǎn)并感應(yīng)產(chǎn)生對垂直流動敏感的可測量的信號。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其中，重新施加不均勻的振動磁場包括通過第一核磁共振工具給特定區(qū)域的第一部分至少重新施加具有與第一絕熱編碼脈沖相同的不均勻振動磁場的第一偶數(shù)再聚焦脈沖；以及通過第二核磁共振工具給特定區(qū)域的第二部分至少重新施加具有與第二絕熱編碼脈沖相同的不均勻振動磁場的第二偶數(shù)再聚焦脈沖。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其中，第一和第二核磁共振工具被包括在鉆柱內(nèi)，并且在鉆探井眼的同時(shí)進(jìn)行流速的核磁共振測量。
27.如權(quán)利要求25所述的方法，進(jìn)一步包括進(jìn)行局部壓力梯度測量；從由第一核磁共振工具所感應(yīng)的可測量的信號導(dǎo)出流速的水平分量；從由第二核磁共振工具所感應(yīng)的可測量的信號導(dǎo)出流速的垂直分量；從水平分量、垂直分量和局部壓力梯度測量值導(dǎo)出滲透性的測量。
28.如權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述核磁共振工具被包括在鉆井柱內(nèi)，并且在鉆探井眼的同時(shí)進(jìn)行流速的核磁共振測量。
29.如權(quán)利要求19所述的方法，其中，所感應(yīng)的信號是回波，并且測量感應(yīng)信號的幅值包括檢測單個(gè)回波。
30.如權(quán)利要求19所述的方法，其中，所感應(yīng)的信號是回波，并且測量感應(yīng)信號的幅值包括檢測多個(gè)回波串。
31.如權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述特定區(qū)域具有共振區(qū)，并且重新施加不均勻的振動磁場包括通過改變再聚焦脈沖的頻率來施加絕熱快速全通道脈沖通過共振區(qū)，使得所述脈沖在所述區(qū)域的一端之前被施加并通過所述區(qū)域，達(dá)到共振頻率。
32.如權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述特定區(qū)域具有共振區(qū)，并且施加不均勻的振動磁場包括通過改變絕熱脈沖的頻率將絕熱快速半通道脈沖施加到共振區(qū)，使得所述脈沖在所述區(qū)域的一端之前被施加并進(jìn)入到所述區(qū)域中。
33.如權(quán)利要求19所述的方法，其中，偶數(shù)個(gè)再聚焦脈沖包括用于抑制由于平移擴(kuò)散所引起的衰減以使當(dāng)只存在擴(kuò)散時(shí)振幅測量值主要取決于速度。
34.如權(quán)利要求19所述的方法，其中，進(jìn)一步包括將擴(kuò)散與感應(yīng)的流體流動區(qū)別開。
35.一種測量地球地層的滲透性的方法，所述測量利用包括在鉆柱中的多個(gè)核磁共振工具，所述方法包括感應(yīng)流體以使其流動；把源于第一核磁共振工具的第一靜態(tài)磁場施加到所述地層的第一空間，所述第一靜態(tài)磁場對受到所述第一靜態(tài)磁場影響的地層的第一基本部分進(jìn)行極化；給第一極化部分的特定部分施加第一振動磁場以感應(yīng)產(chǎn)生可測量的信號，根據(jù)特定的磁場分布圖B0和B1施加第一振動磁場以在第一空間中產(chǎn)生具有薄且長的圓柱殼形的第一共振區(qū)，第一共振區(qū)對徑向流動敏感；把源自第二核磁共振工具的第二靜態(tài)磁場施加到所述地層的第二空間，所述第二靜態(tài)磁場對受到所述第二靜態(tài)磁場影響的地層的第二基本部分進(jìn)行極化；給第二極化部分的特定部分施加第二振動磁場以感應(yīng)產(chǎn)生可測量的信號，根據(jù)特定的磁場分布圖B0和B1施加第二振動磁場以在第二空間中產(chǎn)生具有扁平環(huán)形的第二共振區(qū)，第二共振區(qū)對垂直流動敏感；測量所感應(yīng)的信號；進(jìn)行局部壓力梯度測量；從由第一核磁共振工具所感應(yīng)的可測量的信號中導(dǎo)出流速的水平分量；從由第二核磁共振工具所感應(yīng)的可測量的信號中導(dǎo)出流速的垂直分量；從水平分量、垂直分量和局部壓力梯度測量值中導(dǎo)出滲透性的測量值。
36.如權(quán)利要求35所述的方法，其中，所述地層包括還沒有受到井眼鉆探的影響的原始區(qū)和已經(jīng)受到了井眼鉆探的影響的損壞區(qū)，所述殼形共振區(qū)和扁平環(huán)形的共振區(qū)都位于距井眼軸線的一個(gè)徑向距離處，所述井眼具有與損壞區(qū)相關(guān)的壓力降相對應(yīng)的表層，所述方法進(jìn)一步包括測量損壞區(qū)的徑向范圍；測量原始區(qū)的滲透性；調(diào)整第一和第二共振區(qū)的徑向距離以提供深度決定的多個(gè)速度測量值；對于速度測量值中的至少某些測量值確定滲透性測量值；從所確定的滲透性測量值中導(dǎo)出損壞區(qū)的滲透性測量值；以及基于損壞區(qū)的徑向范圍、原始區(qū)的滲透性和損壞區(qū)的滲透性確定表層。
37.一種利用至少一個(gè)核磁共振工具測量地球地層的地層壓力的方法，所述工具放置在地層的井眼中，所述井眼受到井眼壓力并在核磁共振工具核地層之間具有在一壓力下的環(huán)形泥餅，所述方法包括測量作為時(shí)間函數(shù)的井眼的壓力；感應(yīng)流體以使其流動；把源自所述核磁共振工具的靜態(tài)磁場施加到地層的空間，所述靜態(tài)磁場對受到所述靜態(tài)磁場影響的地層的基本部分進(jìn)行極化；給所極化部分的特定部分施加振動磁場以感應(yīng)產(chǎn)生可測量的信號，根據(jù)磁場分布圖B0和B1施加所述振動磁場以產(chǎn)生具有薄且長的圓柱殼形的共振區(qū)，所述共振區(qū)對徑向流動敏感；測量所感應(yīng)的信號；從所測量的信號中導(dǎo)出流速的水平分量；在改變井眼壓力的同時(shí)監(jiān)測所導(dǎo)出的流速直到獲得零速度狀態(tài)；以及將在產(chǎn)生零速度時(shí)的井眼壓力提供為地層壓力的測量值。
38.如權(quán)利要求37所述的方法，其中，通過在一對第一和第二封隔器模塊之間的特定區(qū)域中建立特定的流動路徑，來測定地層的特定區(qū)域的地層壓力，所述核磁共振工具位于第一和第二封隔器模塊之間。
39.如權(quán)利要求38所述的方法，進(jìn)一步包括利用在第一和第二封隔器模塊之間的壓力測量探頭來提供在泥餅和地層之間的界面上的壓力測量值；基于壓力測量探頭的測量值、井眼壓力測量值和流速的水平分量確定泥餅的透過系數(shù)。
40.一種利用至少一個(gè)核磁共振工具測量在地球地層中的井眼的泥漿滲漏率的方法，所述井眼具有泥餅區(qū)，所述工具放置在處于基本穩(wěn)態(tài)狀態(tài)的井眼中，所述方法包括以基本恒定的壓力將泥漿引入到井眼中；在基本恒定的壓力的影響下使泥漿通過泥餅區(qū)并擴(kuò)散并進(jìn)入地層中；把源自所述核磁共振工具的靜態(tài)磁場施加到地層的空間，所述靜態(tài)磁場對受到所述靜態(tài)磁場影響的地層的基本部分進(jìn)行極化；給所極化部分的特定部分施加振動磁場以感應(yīng)產(chǎn)生可測量的信號，根據(jù)磁場分布圖B0和B1施加所述振動磁場以產(chǎn)生對徑向流動敏感的具有薄且長的圓柱殼形的共振區(qū)；測量所感應(yīng)的信號；從由所述核磁共振工具所感應(yīng)的可測量的信號導(dǎo)出流速的水平分量；以及在與井眼同心的圓柱形表面上對所導(dǎo)出的流速進(jìn)行積分以提供侵入地層的泥漿滲液的容積通量。
全文摘要
本發(fā)明提供一種利用核磁共振(NMR)技術(shù)確定在地層內(nèi)的流速的方法和裝置，在其中，限制共振區(qū)的形狀以獲得對徑向流動或垂直流動的靈敏度(當(dāng)使用超過一個(gè)以上的NMR工具時(shí)可以獲得這兩種靈敏度)?；诮^熱脈沖的應(yīng)用，應(yīng)用衰減幅值、頻移或受激勵的脈沖測定使用這些NMR工具的流速(這里自旋沿磁場而不沿著橫平面存儲以便利用回波衰減和頻移)?；谒枋龅牧魉俚腘MR測量，可以獲得其它的井眼參數(shù)比如滲透性的直接測量值、鉆井對井眼損壞的估計(jì)、地層壓力、泥漿滲液的侵入速率或在取樣操作的過程中細(xì)微的泥漿顆粒的遷移率。
文檔編號G01R33/44GK1673777SQ20051006721
公開日2005年9月28日 申請日期2002年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月10日
發(fā)明者P·斯佩爾, J·波普, M·E·波伊茨施 申請人:施盧默格海外有限公司