RU2367982C1 - Method of logging with application of nuclear-magnetic resonance and device for its realisation - Google Patents
Method of logging with application of nuclear-magnetic resonance and device for its realisation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2367982C1 RU2367982C1 RU2008131376/28A RU2008131376A RU2367982C1 RU 2367982 C1 RU2367982 C1 RU 2367982C1 RU 2008131376/28 A RU2008131376/28 A RU 2008131376/28A RU 2008131376 A RU2008131376 A RU 2008131376A RU 2367982 C1 RU2367982 C1 RU 2367982C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- magnet
- radio frequency
- field
- coil
- turns
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к геофизическим методам исследования скважин, в частности к ядерно-магнитному каротажу прижимными приборами, применяемыми для исследования нефтяных и газовых скважин.The invention relates to geophysical methods for researching wells, in particular to nuclear magnetic logging with clamping tools used to study oil and gas wells.
Известен способ ядерно-магнитного каротажа, описанный в патенте США №4710713, МПК G01V 3/18, включающий генерирование дипольного статического магнитного поля вблизи скважины в области, подлежащей анализу, с помощью непроводящего магнита с длинной продольной осью и направлением намагничивания, проходящим в основном перпендикулярно вышеупомянутой оси, генерирование дипольного радиочастотного поля для возбуждения ядер атомов анализируемого материала в вышеупомянутой области с помощью катушки, навитой таким образом, что витки катушки лежат в плоскостях, параллельных вышеупомянутому направлению намагничивания и вышеупомянутой продольной оси, и прием сигналов ядерно-магнитного резонанса от возбуждаемых ядер для получения информации о свойствах анализируемого материала.A known method of nuclear magnetic logging is described in US patent No. 4710713, IPC
Недостатком данного способа является то, что если скважина заполнена проводящим буровым раствором с удельным сопротивлением менее 0,05 Ом·м, в радиочастотной катушке возникают большие потери, вызванные электромагнитными потерями радиочастотного поля в проводящем буровом растворе скважины. При больших проводимостях раствора в приборах резко уменьшается отношение сигнал-шум, и данные становятся недостоверными. Вторым недостатком является то, что для исследования скважин различных диаметров необходимо иметь несколько типоразмеров центрируемых зондов. Один зонд для скважин диаметром от 160 мм до 215 мм и другой зонд для скважин диаметром от 215 мм до 290 мм.The disadvantage of this method is that if the well is filled with a conductive drilling fluid with a resistivity of less than 0.05 Ohm · m, large losses occur in the radio frequency coil caused by electromagnetic losses of the radio frequency field in the conductive drilling fluid of the well. With large conductivities of the solution in the devices, the signal-to-noise ratio sharply decreases, and the data becomes unreliable. The second disadvantage is that for the study of wells of various diameters, it is necessary to have several sizes of centered probes. One probe for wells with diameters from 160 mm to 215 mm and another probe for wells with diameters from 215 mm to 290 mm.
Известен способ ядерно-магнитного каротажа, описанный в патенте Российской Федерации №2181901, МПК G01V 3/32, включающий генерирование дипольного статического магнитного поля вблизи скважины в области, подлежащей анализу, с помощью магнита из проводящего редкоземельного материала. Для исключения электромагнитных потерь в проводящем магните дополнительно генерируют дипольное поле, компенсирующее радиочастотное поле в области магнита.A known method of nuclear magnetic logging described in the patent of the Russian Federation No. 2181901, IPC G01V 3/32, including generating a dipole static magnetic field near the well in the region to be analyzed using a magnet from a conductive rare-earth material. To exclude electromagnetic losses in the conductive magnet, a dipole field is additionally generated that compensates for the radio frequency field in the magnet region.
Данный способ исключает электромагнитные потери в области магнита и частично уменьшает потери радиочастотного поля в области скважины, однако, так же, как и в предыдущем случае, требуется несколько типоразмеров центрируемых зондов для работы в скважинах различного размера.This method eliminates electromagnetic losses in the magnet region and partially reduces the radio frequency field losses in the well region, however, just as in the previous case, several standard sizes of centered probes are required for operation in wells of various sizes.
Известен способ ядерно-магнитного каротажа с помощью прижимного зонда малого диаметра, описанный в патенте США №5055787, МПК G01R 33/38. Зонд работает в скважинах любого размера от 160 мм до 290 мм. При этом способе с помощью двух или трех магнитов генерируют статическое фокусированное однородное магнитное поле в области, находящейся на некотором расстоянии от стенки скважины, напротив магнитов. В направлении вдоль намагниченности магнитов генерируют радиочастотное поле с помощью фокусированной направленной антенны (радиочастотной катушки), заполненной ферритом, поле которой направлено в области исследования горных пород, в основном, перпендикулярно статическому магнитному полю. И принимают сигнал ядерно-магнитного резонанса из ограниченной угловой 100° области исследования, расположенной вдоль направления намагниченности магнитов на некотором расстоянии от стенки зонда.A known method of nuclear magnetic logging using a clamping probe of small diameter, described in US patent No. 5055787, IPC G01R 33/38. The probe works in wells of any size from 160 mm to 290 mm. In this method, using a two or three magnets, a static focused uniform magnetic field is generated in a region located at a certain distance from the borehole wall, opposite the magnets. In the direction along the magnetization of the magnets, a radio frequency field is generated using a focused directional antenna (radio frequency coil) filled with ferrite, the field of which is directed to the rock study region, mainly perpendicular to the static magnetic field. And they receive a nuclear magnetic resonance signal from a limited angular 100 ° region of study located along the direction of magnetization of the magnets at some distance from the probe wall.
Недостатком этого способа является малая глубинность области исследования, которая находится на расстоянии порядка 4 см от стенки зонда. В скважинах, имеющих каверны, область исследования попадает в буровой раствор, что приводит к появлению ложных результатов. Вторым недостатком является малый градиент статического магнитного поля в области исследования, что не позволяет проводить дополнительные исследования свойств флюидов методом усиленной диффузии, с целью определения остаточной нефтенасыщенности пластов.The disadvantage of this method is the small depth of the study area, which is located at a distance of about 4 cm from the probe wall. In wells with caverns, the study area enters the drilling fluid, which leads to the appearance of false results. The second disadvantage is the small gradient of the static magnetic field in the study area, which does not allow additional studies of fluid properties by enhanced diffusion in order to determine the residual oil saturation of the reservoirs.
Развитием данного способа явился патент США №6489763, МПК G01R 33/44, в котором, сохраняя фокусировано направленную антенну, представляющую собой радиочастотную катушку и область исследования в секторе 100°, генерируют дипольное градиентное статическое магнитное поле с помощью четырех магнитов с направлением намагниченности по закону 2φ.The development of this method was US patent No. 6489763, IPC
При таком подходе недостатки, присущие предыдущему способу, а именно малая глубинность исследования и малый градиент поля в области исследования, устраняются. Однако резко усложняется технология изготовления зонда, так как необходимо изготовить четыре магнита различной формы с различным направлением намагниченности.With this approach, the disadvantages inherent in the previous method, namely the small depth of the study and the small field gradient in the study area, are eliminated. However, the manufacturing technology of the probe is sharply complicated, since it is necessary to manufacture four magnets of various shapes with different directions of magnetization.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ ядерно-магнитного каротажа прижимным зондом, описанный в патенте Российской Федерации №2242772, МПК G01V 3/32, полученном по заявке США, по которой в США получен патент №6348792, МПК G01V 3/00.Closest to the claimed technical solution is the method of nuclear magnetic logging with a pressure probe described in the patent of the Russian Federation No. 2242772, IPC
Это способ включает генерирование в основном плоскопараллельного дипольного статического поля вблизи скважины с помощью одного или нескольких удлиненных магнитов, выполненных из проводящего редкоземельного материала, с направлением намагничивания, проходящим перпендикулярно продольной оси магнита. Генерирование дипольного радиочастотного поля с помощью радиочастотной катушки, витки которой лежат в плоскостях, параллельных плоскости намагниченности магнита, но сдвинуты от оси магнита по направлению, перпендикулярному вышеупомянутой оси и направлению намагниченности магнита. При этом радиочастотное поле направлено в области исследования горных пород, прилегающей к радиочастотной катушке, в основном перпендикулярно статическому магнитному полю. И прием сигналов ядерно-магнитного резонанса.This method involves generating a substantially plane-parallel dipole static field near the well using one or more elongated magnets made of conductive rare-earth material, with a magnetization direction extending perpendicular to the longitudinal axis of the magnet. Generation of a radio frequency dipole field using a radio frequency coil, the turns of which lie in planes parallel to the magnetization plane of the magnet, but are shifted from the axis of the magnet in a direction perpendicular to the aforementioned axis and the direction of magnetization of the magnet. In this case, the radio-frequency field is directed in the field of rock studies adjacent to the radio-frequency coil, mainly perpendicular to the static magnetic field. And receiving signals of nuclear magnetic resonance.
Недостатком данного способа является то, что область исследования, в которой предлагается принимать сигнал ядерно-магнитного резонанса, достаточно велика от 90° до 135° (скорее 135°) и может зайти в область скважины. Это приводит к тому, что величина сигнала от бурового раствора в скважине будет более 1% от 100% общей пористости в области исследования.The disadvantage of this method is that the study area, in which it is proposed to receive a nuclear magnetic resonance signal, is sufficiently large from 90 ° to 135 ° (rather 135 °) and can go into the borehole region. This leads to the fact that the magnitude of the signal from the drilling fluid in the well will be more than 1% of 100% of the total porosity in the study area.
Вторым недостатком являются повышенные потери в радиочастотной катушке, возникающие вследствие вихревых токов, протекающих в проводящем магните и проводящем буровом растворе, которым заполнена скважина.The second disadvantage is the increased losses in the RF coil that occur due to eddy currents flowing in the conductive magnet and the conductive drilling fluid with which the well is filled.
Задачей, на решение которой направлен заявляемый способ, является компенсация радиочастотного магнитного поля в проводящем магните и буровом растворе скважины с целью уменьшения электромагнитных потерь как в магните, так и в скважине, и как следствие в радиочастотной катушке, а так же уменьшение сигнала ядерной индукции, получаемого от бурового раствора в скважине.The task to which the claimed method is directed is to compensate for the radio frequency magnetic field in the conductive magnet and the drilling fluid of the well in order to reduce electromagnetic losses both in the magnet and in the well, and as a result in the radio frequency coil, as well as to reduce the nuclear induction signal, obtained from the drilling fluid in the well.
При использовании предлагаемого способа достигается технический результат, заключающийся в уменьшении сигнала ядерно-магнитного резонанса от бурового раствора, что приводит к повышению точности определения фильтрационно-емкостных свойств породы в области исследования, уменьшении электромагнитных потерь в проводящем магните зонда и проводящем буровом растворе скважины, что приводит к уменьшению энергетических потерь в системе, повышению добротности приемно-передающей катушки зонда. Кроме этого устраняются магнитострикционные помехи, которые появляются при воздействии радиочастотного поля непосредственно на магнит зонда. В конечном результате повышается отношение сигнал/шум при приеме сигнала ядерной индукции.When using the proposed method, a technical result is achieved, consisting in decreasing the nuclear magnetic resonance signal from the drilling fluid, which leads to an increase in the accuracy of determining the reservoir properties of the rock in the study area, reducing electromagnetic losses in the conductive magnet of the probe and the conductive drilling fluid of the well, which leads to reduce energy losses in the system, increase the quality factor of the transmitter transmitter-receiver coil. In addition, magnetostrictive interference that occurs when a radio frequency field directly affects the probe magnet is eliminated. The end result is an increase in the signal-to-noise ratio when receiving a nuclear induction signal.
Известно устройство для каротажа с использованием ядерно-магнитного резонанса, описанное в патенте Российской Федерации №2181901, МПК G01V 3/32. Устройство состоит из длинного магнита, выполненного в виде параллелепипеда и намагниченного перпендикулярно его длинной оси и широкой стороне. Магнит вставлен в цилиндрический каркас, на который намотана обмотка радиочастотной катушки. Обмотка находится в симметричных секторах по 120°, расположенных напротив широкой стороны магнита. Витки радиочастотной катушки лежат в плоскостях, параллельных узкой стороне магнита. На магнит намотана или компенсирующая катушка, витки которой параллельны виткам радиочастотной катушки и включены встречно основной радиочастотной катушке, или короткозамкнутый виток (экран) из высокопроводящего материала.A device for logging using nuclear magnetic resonance, described in the patent of the Russian Federation No. 2181901, IPC G01V 3/32. The device consists of a long magnet made in the form of a parallelepiped and magnetized perpendicular to its long axis and wide side. The magnet is inserted into a cylindrical frame, on which the winding of the radio frequency coil is wound. The winding is located in 120 ° symmetrical sectors opposite the wide side of the magnet. The turns of the radio frequency coil lie in planes parallel to the narrow side of the magnet. A compensation coil is wound around the magnet, the turns of which are parallel to the turns of the radio frequency coil and are turned on against the main radio frequency coil, or a short-circuited turn (screen) of highly conductive material.
Недостатком этого устройства является то, что требуется несколько типоразмеров центрируемых зондов для работы в скважинах различного размера.The disadvantage of this device is that it requires several sizes of centered probes to work in wells of various sizes.
Наиболее близким к предлагаемому в изобретении устройству является устройство, описанное в патенте Российской Федерации №2242772, МПК G01V 3/32. Устройство состоит из основного магнита, выполненного из проводящего материала и предназначенного для формирования дипольного статического магнитного поля, антенны, предназначенной для создания ортогонального, по отношению к статическому полю, дипольного высокочастотного магнитного поля для возбуждения ядер и приема сигналов от возбужденных ядер. Причем антенна смещена в поперечном направлении от основного магнита в сторону исследуемого материала. Устройство содержит вспомогательный магнит, имеющий намагничивание, параллельное с основным магнитом. Вспомогательный магнит удален как от основного магнита, так и от антенны. Дополнительно антенна содержит магнитный сердечник с зазором, выполненный из специального неферритового порошкообразного магнитомягкого материала. Устройство содержит экран для защиты от высоких частот, расположенный со стороны устройства, противоположной стороне исследуемого материала.Closest to the proposed invention, the device is the device described in the patent of the Russian Federation No. 2242772, IPC
Недостатком данного устройства является то, что область исследования, в которой предлагается принимать сигнал ядерно-магнитного резонанса, достаточно велика от 90° до 135° (скорее 135°) и может зайти в область скважины. Это приводит к тому, что величина сигнала от бурового раствора в скважине будет более 1% от 100% общей пористости в области исследования.The disadvantage of this device is that the study area, in which it is proposed to receive a nuclear magnetic resonance signal, is sufficiently large from 90 ° to 135 ° (rather 135 °) and can go into the well area. This leads to the fact that the magnitude of the signal from the drilling fluid in the well will be more than 1% of 100% of the total porosity in the study area.
Вторым недостатком являются повышенные потери в радиочастотной катушке, возникающие вследствие вихревых токов, протекающих в проводящем магните и проводящем буровом растворе, которым заполнена скважина.The second disadvantage is the increased losses in the RF coil that occur due to eddy currents flowing in the conductive magnet and the conductive drilling fluid with which the well is filled.
Недостатком является наличие магнитострикционных эффектов, возникающих в проводящем магните при протекании по нему высокочастотных вихревых токов.The disadvantage is the presence of magnetostrictive effects that occur in a conductive magnet when high-frequency eddy currents flow through it.
Конструкция зонда сложна и требует подстройки вспомогательного магнита и зазоров между основным магнитом и антенной, в зависимости от параметров основного магнита.The design of the probe is complex and requires adjustment of the auxiliary magnet and the gaps between the main magnet and the antenna, depending on the parameters of the main magnet.
Проводимость редкоземельного материала магнита, выполненного из SmCo, выступающего в виде электромагнитного экрана, велика. Поэтому требуются большие энергетические затраты со стороны радиочастотной катушки для установления общего энергетического баланса в системе и компенсации поля за магнитом. Это обстоятельство приводит к тому, что для улучшения характеристик радиочастотной катушки, которая выступает как в роли передающей катушки, так и в роли приемной катушки предложено применение сердечника из специального магнитомягкого неферритового материала, что положительно сказывается на параметрах радиочастотной катушки, с позиций приема сигнала ядерно-магнитного резонанса. Однако применение сердечника из магнитомягкого материала, приводит к шунтированию стационарного магнитного поля. Поэтому введен дополнительный магнит с направлением намагниченности, параллельной основному магниту, который должен скомпенсировать потерю статического поля в области исследования. Кроме того, радиочастотное поле в области магнита вызывает магнитострикционный эффект в магните, что приводит к дополнительным помехам в радиочастотной катушке при приеме сигналов ядерно-магнитного резонанса. Для уменьшения этого эффекта зазоры между вспомогательным магнитом, основным магнитом и антенной регулируют. Способ регулировки в патенте не оговаривается. Поэтому устройство достаточно сложно и нетехнологично.The conductivity of the rare earth magnet material made of SmCo, acting as an electromagnetic shield, is high. Therefore, large energy costs are required from the side of the RF coil to establish the overall energy balance in the system and compensate the field behind the magnet. This circumstance leads to the fact that in order to improve the characteristics of the radio frequency coil, which acts both as a transmitting coil and as a receiving coil, it is proposed to use a core made of special magnetically soft non-ferrite material, which positively affects the parameters of the radio frequency coil, from the standpoint of receiving a nuclear signal magnetic resonance. However, the use of a core made of soft magnetic material leads to the shunting of a stationary magnetic field. Therefore, an additional magnet was introduced with a direction of magnetization parallel to the main magnet, which should compensate for the loss of the static field in the study area. In addition, the radio frequency field in the magnet region causes a magnetostrictive effect in the magnet, which leads to additional interference in the radio frequency coil when receiving signals of nuclear magnetic resonance. To reduce this effect, the gaps between the auxiliary magnet, the main magnet and the antenna are adjusted. The method of adjustment in the patent is not specified. Therefore, the device is quite complicated and low-tech.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое устройство, является компенсация радиочастотного магнитного поля в проводящем магните и буровом растворе скважины с целью уменьшения электромагнитных потерь как в магните, так и в скважине, и как следствие в радиочастотной катушке, а так же уменьшение сигнала ядерной индукции от бурового раствора в скважине.The problem to which the claimed device is directed is to compensate for the radio frequency magnetic field in the conductive magnet and the drilling fluid of the well in order to reduce electromagnetic losses both in the magnet and in the well, and as a consequence in the radio frequency coil, as well as to reduce the nuclear induction signal from drilling mud in the well.
При использовании предлагаемого устройства достигается технический результат, заключающийся в уменьшении сигнала ядерно-магнитного резонанса от бурового раствора, что приводит к повышению точности определения фильтрационно-емкостных свойств породы в области исследования, уменьшении электромагнитных потерь в проводящем магните зонда и проводящем буровом растворе скважины, что приводит к уменьшению энергетических потерь в системе, повышению добротности приемно-передающей катушки зонда. Кроме этого устраняются магнитострикционные помехи, которые появляются при воздействии радиочастотного поля непосредственно на магнит зонда. В конечном результате повышается отношение сигнал/шум при приеме сигнала ядерной индукции.When using the proposed device, a technical result is achieved, consisting in reducing the nuclear magnetic resonance signal from the drilling fluid, which leads to an increase in the accuracy of determining the reservoir properties of the rock in the study area, reducing electromagnetic losses in the conductive magnet of the probe and the conductive drilling fluid of the well, which leads to to reduce energy losses in the system, increase the quality factor of the transmitter transmitter-receiver coil. In addition, magnetostrictive interference that occurs when a radio frequency field directly affects the probe magnet is eliminated. The end result is an increase in the signal-to-noise ratio when receiving a nuclear induction signal.
Поставленная задача в способе каротажа решается таким образом: вблизи скважины генерируют в основном плоскопараллельное дипольное статическое поле с помощью, по крайней мере, одного удлиненного магнита, выполненного из проводящего редкоземельного материала, с направлением намагничивания, проходящим перпендикулярно продольной оси магнита, и генерируют плоскопараллельное дипольное радиочастотное поле с помощью радиочастотной катушки, витки которой лежат в плоскостях, параллельных плоскости намагниченности магнита, но сдвинуты от оси магнита по направлению, перпендикулярному вышеупомянутой оси и направлению намагниченности магнита. Статическое поле определяет прилегающую к радиочастотной катушке дугообразную область исследования вблизи скважины, где значение напряженности статического поля и частота радиочастотного поля удовлетворяют условиям возникновения ядерно-магнитного резонанса, при этом компонента радиочастотного поля ортогональна к статическому полю и является в основном однородной, с помощью импульсов радиочастотного поля возбуждают ядра водорода и принимают сигналы ядерно-магнитного резонанса в основном от дугообразной области исследования.The task in the logging method is solved in this way: a plane-parallel dipole static field is generated mainly near the well with at least one elongated magnet made of a conductive rare-earth material, with a magnetization direction perpendicular to the longitudinal axis of the magnet, and a plane-parallel radio-frequency dipole is generated field using a radio frequency coil, the turns of which lie in planes parallel to the magnetization plane of the magnet, but shifted from and a magnet in a direction perpendicular to the aforementioned axis and a direction of magnetization of the magnet. The static field determines the arcuate region of investigation adjacent to the radio frequency coil near the well, where the value of the static field strength and the frequency of the radio frequency field satisfy the conditions for the occurrence of nuclear magnetic resonance, while the component of the radio frequency field is orthogonal to the static field and is mostly uniform, using pulses of the radio frequency field excite hydrogen nuclei and receive signals of nuclear magnetic resonance mainly from the arcuate region of study.
Кроме того, с помощью короткозамкнутых витков из высокопроводящего материала дополнительно генерируют одно или несколько квадрупольных радиочастотных полей, которые в дугообразной области исследования складываются с дипольным полем радиочастотной катушки, а в области, противоположной дугообразной области исследования, в том числе в области магнита и в области, находящейся за магнитом, компенсируют дипольное радиочастотное поле.In addition, using short-circuited turns of highly conductive material, one or more quadrupole radio-frequency fields are additionally generated, which in the arc-shaped region of investigation are added to the dipole field of the radio-frequency coil, and in the region opposite to the arc-shaped region of investigation, including in the magnet region and in the region located behind the magnet, compensate for the dipole radio frequency field.
При этом формирование до 99% сигнала ядерно-магнитного резонанса осуществляют в дугообразной зоне исследования в секторе с углом раствора от 65° до 90°, регулируемого путем изменения угла раствора короткозамкнутых витков.In this case, the formation of up to 99% of the nuclear magnetic resonance signal is carried out in an arcuate research zone in a sector with a solution angle from 65 ° to 90 °, controlled by changing the solution angle of the short-circuited turns.
Поставленная задача в устройстве, предназначенном для осуществления данного способа, решается следующим образом.The problem in the device intended for the implementation of this method is solved as follows.
Устройство содержит длинный симметричный в поперечном сечении магнит, который, с одной стороны, имеет широкую плоскую поверхность, а с другой стороны, вписан в цилиндрическую поверхность. Магнит намагничен перпендикулярно длинной оси и параллельно широкой плоской стороне. Имеется радиочастотная катушка, витки которой лежат внутри указанной цилиндрической поверхности, в плоскостях, параллельных направлению намагниченности магнита и продольной оси, но сдвинуты от оси магнита в направлении, перпендикулярном продольной оси и плоской стороне магнита. Статическое поле магнита определяет прилегающую к радиочастотной катушке дугообразную область исследования вблизи скважины. В дугообразной области исследования значение напряженности статического поля и частота радиочастотного поля удовлетворяют условиям возникновения ядерно-магнитного резонанса, при этом компонента радиочастотного поля перпендикулярна к статическому полю и является в основном однородной.The device contains a long symmetrical cross-sectional magnet, which, on the one hand, has a wide flat surface, and on the other hand, is inscribed in a cylindrical surface. The magnet is magnetized perpendicular to the long axis and parallel to the wide flat side. There is a radio frequency coil, the turns of which lie inside the specified cylindrical surface, in planes parallel to the magnetization direction of the magnet and the longitudinal axis, but are shifted from the magnet axis in the direction perpendicular to the longitudinal axis and the flat side of the magnet. The static field of the magnet determines the arcuate region of study adjacent to the borehole adjacent to the radio frequency coil. In the arcuate region of study, the value of the static field strength and the frequency of the radio frequency field satisfy the conditions for the appearance of nuclear magnetic resonance, while the component of the radio frequency field is perpendicular to the static field and is mostly uniform.
Кроме того, дополнительно введен, по меньшей мере, один короткозамкнутый виток из высокопроводящего материала, плоскость короткозамкнутых витков параллельна плоскостям витков радиочастотной катушки. Первый короткозамкнутый виток размещен на краях широкой плоской стороны магнита, второй и последующие витки расположены симметрично радиочастотной катушке на коаксиальных цилиндрических поверхностях большего радиуса, чем радиус цилиндрической поверхности, в которую вписан магнит и радиочастотная катушка, при этом угол, в котором находятся второй и последующие короткозамкнутые витки, в основном, в 1,5 раза больше угла сектора регулируемой дугообразной области исследования горных пород.In addition, at least one short-circuited coil of highly conductive material is introduced, the plane of the short-circuited turns parallel to the planes of the turns of the radio frequency coil. The first short-circuited coil is placed on the edges of the wide flat side of the magnet, the second and subsequent turns are located symmetrically to the radio-frequency coil on coaxial cylindrical surfaces of a larger radius than the radius of the cylindrical surface into which the magnet and the radio-frequency coil are inscribed, with the angle in which the second and subsequent short-circuited the turns are mainly 1.5 times the angle of the sector of the regulated arcuate region of study of rocks.
Кроме того, радиочастотная катушка представляет собой совокупность плоских витков, распределенных в секторе в основном с углом раствора от 60° до 100°, а центральная часть этого сектора в основном размером от 20° до 50° витками не заполнена.In addition, the radiofrequency coil is a collection of flat turns distributed in a sector mainly with a solution angle of 60 ° to 100 °, and the central part of this sector is mainly not between 20 ° and 50 ° in size.
Новым, по отношению к прототипу, в способе, в котором генерирование, в основном, плоскопараллельного дипольного статического поля вблизи скважины происходит с помощью, по крайней мере, одного удлиненного магнита, выполненного из проводящего редкоземельного материала, с направлением намагничивания, проходящим перпендикулярно продольной оси магнита, а генерирование плоскопараллельного дипольного радиочастотного поля происходит с помощью радиочастотной катушки, витки которой лежат в плоскостях, параллельных плоскости намагниченности магнита, но сдвинуты от оси магнита по направлению, перпендикулярному вышеупомянутой оси и направлению намагниченности магнита, при этом статическое поле определяет прилегающую к радиочастотной катушке дугообразную область исследования вблизи скважины, где значение напряженности статического поля и частота радиочастотного поля удовлетворяют условиям возникновения ядерно-магнитного резонанса, а компонента радиочастотного поля перпендикулярна к статическому полю и является в основном однородной, возбуждение ядер водорода и прием сигналов ядерно-магнитного резонанса в основном от дугообразной области исследования, дополнительно с помощью короткозамкнутых витков из высокопроводящего материала генерируют одно или несколько квадрупольных радиочастотных полей, которые в дугообразной области исследования складываются с дипольным полем радиочастотной катушки, а в области, противоположной дугообразной области исследования, в том числе в области магнита и в области находящейся за магнитом, компенсируют дипольное радиочастотное поле.New in relation to the prototype, in a method in which the generation of a mainly plane-parallel dipole static field near the well is carried out using at least one elongated magnet made of a conductive rare-earth material, with a magnetization direction extending perpendicular to the longitudinal axis of the magnet and the generation of a plane-parallel dipole radio-frequency field occurs using a radio-frequency coil, the turns of which lie in planes parallel to the plane of magnetization of the magnet, but are shifted from the axis of the magnet in the direction perpendicular to the aforementioned axis and the direction of magnetization of the magnet, while the static field determines the arcuate region of study adjacent to the radio frequency coil near the well, where the value of the static field and the frequency of the radio frequency field satisfy the conditions for the occurrence of nuclear magnetic resonance, and the component of the radio frequency field is perpendicular to the static field and is mostly homogeneous, excitation of hydrogen nuclei and reception with of nuclear magnetic resonance signals mainly from the arcuate region of study, additionally using short-circuited turns of highly conductive material to generate one or more quadrupole radio-frequency fields, which are added to the dipole field of the RF coil in the arc-shaped region of study, and in the region opposite the arcuate region of study, in including in the area of the magnet and in the area behind the magnet, compensate the dipole radio frequency field.
При этом формирование до 99% сигнала ядерно-магнитного резонанса осуществляют в дугообразной области исследования в секторе с углом раствора от 65° до 90°, регулируемого путем изменения угла раствора короткозамкнутых витков.In this case, the formation of up to 99% of the nuclear magnetic resonance signal is carried out in an arcuate region of study in a sector with a solution angle from 65 ° to 90 °, which is controlled by changing the angle of the solution of short-circuited turns.
Новым по отношению к прототипу в предлагаемом устройстве, включающем длинный симметричный в поперечном сечении магнит, который, по крайней мере, с одной стороны имеет широкую плоскую поверхность, а с другой стороны вписан в цилиндрическую поверхность, причем магнит намагничен перпендикулярно длинной оси и параллельно широкой плоской стороне. Устройство содержит радиочастотную катушку, витки которой лежат внутри указанной цилиндрической поверхности, в плоскостях, параллельных направлению намагниченности магнита и продольной оси, и сдвинуты от оси магнита в направлении, перпендикулярном длинной оси и плоской стороне магнита. Статическое поле магнита определяет прилегающую к радиочастотной катушке дугообразную область исследования вблизи скважины, где значение напряженности статического поля и частота радиочастотного поля удовлетворяют условиям возникновения ядерно-магнитного резонанса, а компонента радиочастотного поля перпендикулярна к статическому полю и является в основном однородной, при этом дополнительно введен, по меньшей мере, один короткозамкнутый виток из высокопроводящего материала, причем плоскость короткозамкнутых витков параллельна плоскостям витков радиочастотной катушки. Первый короткозамкнутый виток размещен на краях широкой плоской стороны магнита, второй и последующие витки расположены симметрично радиочастотной катушке на коаксиальных цилиндрических поверхностях большего радиуса, чем радиус цилиндрической поверхности, в которую вписан магнит, при этом угол, в котором находятся второй и последующие короткозамкнутые витки в основном в 1,5 раза больше угла сектора дугообразной области исследования.New in relation to the prototype in the proposed device, comprising a long symmetrical cross-sectional magnet, which at least has a wide flat surface on one side and inscribed on a cylindrical surface on the other hand, the magnet being magnetized perpendicular to the long axis and parallel to the wide flat side. The device contains a radio frequency coil, the turns of which lie inside the specified cylindrical surface, in planes parallel to the magnetization direction of the magnet and the longitudinal axis, and are shifted from the magnet axis in the direction perpendicular to the long axis and the flat side of the magnet. The static field of the magnet determines the arcuate region of study adjacent to the radio frequency coil near the well, where the value of the static field strength and the frequency of the radio frequency field satisfy the conditions for the appearance of nuclear magnetic resonance, and the component of the radio frequency field is perpendicular to the static field and is mostly homogeneous, while additionally introduced at least one short-circuited coil of highly conductive material, the plane of the short-circuited turns parallel to oskostyam turns the radio frequency coil. The first short-circuited coil is located on the edges of the wide flat side of the magnet, the second and subsequent coils are located symmetrically to the radio frequency coil on coaxial cylindrical surfaces of a larger radius than the radius of the cylindrical surface into which the magnet is inscribed, while the angle at which the second and subsequent short-circuited turns are mainly 1.5 times the angle of the sector of the arcuate area of study.
Радиочастотная катушка представляет собой совокупность плоских витков, равномерно распределенных в секторе с углом раствора в основном от 60° до 100°, а центральная часть этого сектора в основном размером от 20° до 50° витками не заполнена.An RF coil is a collection of flat turns evenly distributed in a sector with a solution angle of mainly 60 ° to 100 °, and the central part of this sector is generally not filled with 20 ° to 50 ° in size.
Проведенные исследования известных в науке и технике решений, касающихся способов каротажа с использованием ядерно-магнитного резонанса и устройств для его осуществления, показали, что идентичного решения не существует.Studies of solutions known in science and technology regarding logging methods using nuclear magnetic resonance and devices for its implementation have shown that there is no identical solution.
Техническая сущность изобретения поясняется чертежами, где:The technical essence of the invention is illustrated by drawings, where:
На фиг.1 - поперечное сечение элементов прижимного зонда ядерно-магнитного каротажа (прижимное устройство не показано);Figure 1 is a cross section of the elements of the pressure probe nuclear magnetic logging (clamping device not shown);
На фиг.2 - распределение индуцированных вихревых токов в дополнительных высокопроводящих элементах прижимного зонда;Figure 2 - distribution of induced eddy currents in additional highly conductive elements of the pressure probe;
На фиг.3 - изолинии амплитуды и проекция на плоскость прецессии совокупного радиочастотного поля в зоне возможного возникновения сигнала ядерной индукции;Figure 3 - amplitude isolines and projection onto the plane of precession of the total radio frequency field in the area of the possible occurrence of a nuclear induction signal;
На фиг.4 - направление и амплитуда поля дипольной составляющей радиочастотного поля;Figure 4 - the direction and amplitude of the field of the dipole component of the radio frequency field;
На фиг.5 - направление и амплитуда поля квадрупольной составляющей радиочастотного поля;Figure 5 - the direction and amplitude of the field of the quadrupole component of the radio frequency field;
На фиг.6 - угловая плотность сигнала ядерной индукции в зависимости от угла раствора внешнего короткозамкнутого витка;Figure 6 is the angular density of the nuclear induction signal, depending on the angle of the solution of the external closed loop;
На фиг.7 - отношение сигнал-шум для выходного сигнала катушки прижимного зонда в зависимости от размера сектора, занимаемого радиочастотной катушкой.In Fig.7 - the signal-to-noise ratio for the output signal of the coil of the pressure probe, depending on the size of the sector occupied by the RF coil.
Устройство содержит длинный симметричный в поперечном сечении магнит 1, который, с одной стороны, имеет широкую плоскую поверхность 2, а с другой, вписан в цилиндрическую поверхность 3. Длинная ось магнита ориентирована перпендикулярно плоскости рисунка. Намагниченность 4 магнита направлена перпендикулярно длинной оси и параллельно широкой плоской стороне 2. Устройство содержит радиочастотную катушку 5, витки 6, 7, 8, 9 которой лежат внутри цилиндрической поверхности 3. Плоскости витков 6, 7, 8, 9 параллельны направлению намагниченности 4 магнита 1 и длинной оси и сдвинуты от магнита в направлении, перпендикулярном его оси и плоской стороне 2. Витки 6, 7, 8, 9 занимают сектор с углом раствора (β) 10, лежащий в пределах от 60° до 100°, причем центральная часть этого сектора с углом (γ) 11 размером от 20° до 50° витками не заполнена. Стороной, заполненной витками радиочастотной катушки 5, устройство с помощью не показанного прижимного механизма прижимается к стенке скважины. Магнит 1 создает статическое поле, которое совместно с радиочастотным полем определяет прилегающую к радиочастотной катушке 5 дугообразную область исследования 12. Устройство имеет два короткозамкнутых витка, один из которых образован слоем 13 высокопроводящего материала, охватывающего магнит 1, а второй, изготовленный в виде рамки 14 из высокопроводящего материала, расположен симметрично радиочастотной катушке 5 на цилиндрической поверхности 11, коаксиальной цилиндрической поверхности 3, но большего радиуса. Угол (α) 15, в котором находится второй виток 14, в основном в 1,5 раза больше требуемого угла (θ) 16 раствора сектора дугообразной области исследования 12, в которой формируется до 99% сигнала ядерно-магнитного резонанса.The device comprises a
Для пояснения электромагнитных потерь, возникающих в системе, на выносках представлены изолинии 17, 19 плотности вихревых токов в области 18 и 20 слоя 13 высокопроводящего материала, охватывающего магнит 1, и изолинии 21, 23 плотности вихревых токов в области 22, 24 рамки 14. Приведенные изолинии рассчитаны по методу конечных элементов для слоя 13 и рамки 14, изготовленных из меди, для радиочастотной катушки 5, состоящей из четырех витков 6, 7, 8 и 9, при токе амплитудой 100 А и частотой 700 кГц.To explain the electromagnetic losses that occur in the system, the
Статическое поле, создаваемое магнитом 1, имеет в области 28 направления 29. Радиочастотное поле, создаваемое катушкой 5 и короткозамкнутыми витками 13 и 14, характеризуется изолиниями напряженности 25 и 26 и имеет в области 28 формирования сигнала ядерно-магнитного резонанса проекцию 27 вектора напряженности на плоскость прецессии. Длина стрелок, обозначающих проекцию 27, пропорциональна логарифму от амплитуды проекции вектора напряженности на плоскость прецессии. Проекция 27 обладает значительной амплитудой только в области 12, расположенной напротив радиочастотной катушки 5, где и формируется основная часть сигнала ядерной индукции. Радиочастотное поле, создаваемое катушкой 5 и короткозамкнутыми витками 13 и 14, является суперпозицией двух составляющих - дипольной и квадрупольной. Дипольная составляющая имеет изолинии 30 и 31 и направления 32. Квадрупольная составляющая представлена изолиниями 33 и 34 и направлениями 35. На зависимости угловой плотности сигнала по оси абсцисс 36 отложены значения полярного угла в градусах, по оси ординат 37 значения угловой плотности сигнала в относительных единицах. Полярный угол отсчитывается от направления намагниченности 4 постоянного магнита 1. Приведены кривые для четырех вариантов предлагаемого устройства с различными углами (α) 15 раствора короткозамкнутого витка 14. Кривые 38, 39, 40, 41 соответствуют углам раствора 100°, 120°, 140° и 160° соответственно.The static field created by
Изолинии 44 величины отношения сигнал-шум выходного сигнала ядерной индукции представлены в координатах 42, 43 в зависимости от углов (γ) 11 (β) 10, между которыми равномерно распределены витки радиочастотной катушки. При построении изолиний 44 угол (α) 15 раствора короткозамкнутого витка, образуемого рамкой 14, принят равным 120°.The
Способ каротажа и принцип действия устройства с использованием ядерно-магнитного резонанса (ЯМР) состоят в том, что радиочастотным магнитным полем возбуждаются предварительно поляризованные атомные ядра, а затем осуществляется прием от них сигнала ядерной индукции. Атомные ядра поляризуются статическим магнитным полем, которое создается удлиненным магнитом 1, изготовленным из проводящего редкоземельного материала с направлением намагниченности 4, перпендикулярным его оси. Магнит 1 создает плоскопараллельное дипольное поле, значение напряженности которого определяет область формирования ядерно-магнитного резонанса 28, представляющую собой для плоскопараллельного дипольного статического поля кольцевую цилиндрическую зону, соосную с осью магнита 1. Ширина Δr этой кольцевой зоны определяется градиентом статического поля и примерно равна расстоянию, на котором амплитуда статического поля изменяется на 1%. Направления векторов напряженности 29 статического поля в области 28 соответствуют конфигурации поля диполя. Возбуждение радиочастотного магнитного поля и прием сигнала ядерной индукции осуществляются с помощью катушки 5. Для возбуждения сигналов ядерной индукции на катушку 5 подается радиочастотный токовый сигнал в виде определенной последовательности радиоимпульсов, например последовательности Карра-Парселла-Мейбума-Гилла (Carr-Purcell-Meiboom-Gill), (КПМГ). Ток в катушке 5 создает радиочастотное поле, имеющее в области 28 такое распределением амплитуды и ориентации, что оптимальные условия для формирования сигнала ядерно-магнитного резонанса реализуются только в области исследования 12. Так как плоскости витков 6, 7, 8, 9 катушки 5 параллельны направлению 4 намагниченности магнита 1, то направления 32 дипольной составляющей радиочастотного поля в области 28 перпендикулярны к направлениям 29 дипольного статического поля.The method of logging and the principle of operation of the device using nuclear magnetic resonance (NMR) are that pre-polarized atomic nuclei are excited by a radio frequency magnetic field, and then a nuclear induction signal is received from them. Atomic nuclei are polarized by a static magnetic field, which is created by an
Принимаемый катушкой 5 сигнал ядерной индукции S формируется в результате прецессионного синфазного движения магнитных моментов ядер водорода в плоскости (плоскость прецессии), перпендикулярной направлению статического магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом 1. Для плоскопараллельного дипольного статического поля величина сигнала ядерной индукции с точностью до постоянного множителя определяется выражением:The nuclear induction signal S received by
где S - принимаемый катушкой 5 сигнал ядерной индукции,where S is the received by the
t - текущее время,t is the current time,
r, φ - полярный радиус и полярный угол данной точки пространства в цилиндрической системе координат (r, φ, z) с осью z, направленной вдоль оси магнита 1, и полярной осью, направленной вдоль намагниченности 4 магнита 1,r, φ is the polar radius and polar angle of a given point in space in a cylindrical coordinate system (r, φ, z) with the z axis directed along the axis of
f - частота прецессии, равна частоте возбуждающего радиочастотного поля,f is the precession frequency, equal to the frequency of the exciting radio frequency field,
М⊥(r,φ) - проекция вектора ядерной намагниченности в момент окончания радиоимпульса на плоскость прецессии в точке (r, φ),M ⊥ (r, φ) is the projection of the nuclear magnetization vector at the time of the end of the radio pulse on the precession plane at the point (r, φ),
V - область 28 формирования ядерно-магнитного резонанса.V -
При использовании последовательности КПМГ величина М⊥(r,φ) равна:When using the KPMG sequence, the value of M ⊥ (r, φ) is equal to:
где χ - магнитная восприимчивость среды,where χ is the magnetic susceptibility of the medium,
γ - гиромагнитное отношение,γ is the gyromagnetic ratio
r, φ - полярный радиус и полярный угол данной точки пространства в цилиндрической системе координат (r, φ, z) с осью z, направленной вдоль оси магнита 1, и полярной осью, направленной вдоль намагниченности 4 магнита 1,r, φ is the polar radius and polar angle of a given point in space in a cylindrical coordinate system (r, φ, z) with the z axis directed along the axis of
М⊥(r,φ) - проекция вектора ядерной намагниченности в момент окончания радиоимпульса на плоскость прецессии в точке (r, φ),M ⊥ (r, φ) is the projection of the nuclear magnetization vector at the time of the end of the radio pulse on the precession plane at the point (r, φ),
Н(r,φ) - напряженность статического магнитного поля в точке (r, φ),N (r, φ) is the intensity of the static magnetic field at the point (r, φ),
Δt - длительность радиоимпульса,Δt is the duration of the radio pulse,
Подставляя значение для М⊥(r,φ) в формулу (1) и преобразуя в цилиндрической системе координат (r, φ, z) объемный интеграл в кратный, имеем следующее выражение:Substituting the value for M ⊥ (r, φ) into formula (1) and transforming the volume integral into a multiple integral in the cylindrical coordinate system (r, φ, z), we have the following expression:
где S - принимаемый катушкой 5 сигнал ядерной индукции,where S is the received by the
f - частота прецессии,f is the precession frequency,
γ - гиромагнитное отношение,γ is the gyromagnetic ratio
t - текущее время,t is the current time,
r, φ - полярный радиус и полярный угол данной точки пространства в цилиндрической системе координат (r, φ, z) с осью z, направленной вдоль оси магнита 1, и полярной осью, направленной вдоль намагниченности 4 магнита 1,r, φ is the polar radius and polar angle of a given point in space in a cylindrical coordinate system (r, φ, z) with the z axis directed along the axis of
Н(r,φ) - напряженность статического магнитного поля в точке (r, φ),N (r, φ) is the intensity of the static magnetic field at the point (r, φ),
Δt - длительность радиоимпульса,Δt is the duration of the radio pulse,
L - длина системы,L is the length of the system,
Δr - ширина области 28 в направлении φ, определяемая, как указывалось ранее, градиентом статического магнитного поля Н(r, φ).Δr is the width of
Последнее равенство в формуле (3) получено вычислением интеграла по z с учетом независимости подынтегрального выражения от координаты z для рассматриваемой плоскопараллельной задачи.The last equality in formula (3) is obtained by calculating the integral over z taking into account the independence of the integrand from the z coordinate for the plane-parallel problem under consideration.
Часть уравнения (3), заключенная в круглые скобки, с точностью до постоянного множителя равна угловой плотности сигнала ρ(φ), то есть определяет долю сигнала S ядерно-магнитного резонанса, приходящую от участка области 28, расположенного в направлении φ:The part of equation (3), enclosed in parentheses, is accurate to a constant factor equal to the angular density of the signal ρ (φ), that is, it determines the fraction of the signal S of nuclear magnetic resonance coming from a portion of
где γ - гиромагнитное отношение,where γ is the gyromagnetic ratio,
r, φ - полярный радиус и полярный угол данной точки пространства в цилиндрической системе координат (r, φ, z) с осью z, направленной вдоль оси магнита 1, и полярной осью, направленной вдоль намагниченности 4 магнита 1,r, φ is the polar radius and polar angle of a given point in space in a cylindrical coordinate system (r, φ, z) with the z axis directed along the axis of
ρ(φ) - угловая плотность сигнала,ρ (φ) is the angular density of the signal,
H(r, φ) - напряженность статического магнитного поля в точке (r, φ),H (r, φ) is the intensity of the static magnetic field at the point (r, φ),
Δt - длительность радиоимпульса,Δt is the duration of the radio pulse,
Δr - ширина области 28 в направлении φ.Δr is the width of
Таким образом, доля сигнала, получаемая от некоторого сектора области 28, оказывается тем больше, чем больше проекция
напряженности радиочастотного поля на плоскость прецессии в этом секторе. Изменения значения проекции
В устройстве генерация соответствующих квадрупольных полей осуществляется с помощью короткозамкнутых витков, образованных рамкой 14 и слоем 13 проводящего материала, окружающего магнит 1. Посредством электромагнитной индукции в короткозамкнутых витках, образованных рамкой 14 и слоем 13 проводящего материала, окружающего магнит 1, возбуждаются вихревые токи. В рамке 14 вихревой ток оказывается сосредоточенным вблизи кромок 22 и 24, а в слое 13 вблизи края широкой плоской стороны 2 магнита 1 в областях 18 и 20. Изолинии 17, 19, 21 и 23 указывают на то, что вихревой ток распределен в основном в тонком поверхностном слое элементов 13 и 14, формируя два плоских короткозамкнутых витка. Плоскости этих витков параллельны плоскостям витков 6, 7, 8, 9 катушки 5 и смещены от них в перпендикулярном направлении. Направления индуцированных вихревых токов противоположны направлению тока в катушке 5. В результате, совокупность токов, протекающих в радиочастотной катушке 5, в слое 13 и в рамке 14, приобретает квадрупольный момент, который, в свою очередь, приводит к формированию квадрупольного радиочастотного магнитного поля. Для получения достаточно большого квадрупольного момента рамка 14 расположена на цилиндрической поверхности 11, имеющей радиус больший, чем цилиндрическая поверхность 3, внутри которой расположены витки 6, 7, 8, 9 катушки 5. Как указывалось ранее, направления 35 квадрупольного поля совпадают с направлениями 32 дипольного в зоне исследования 12 области 28 и противоположны им с другой стороны области 28. Это приводит к компенсации радиочастотного поля в области, расположенной за магнитом, на стороне, противоположной зоне 12, и соответственно к снижению сигнала ядерной индукции от этой стороны области 28. Уменьшение суммарного радиочастотного поля заметно по изолиниям 25 и 26, которые сравнительно с изолиниями 30, 31 дипольной и 33, 34 квадрупольной составляющих оказываются удалены от устройства со стороны зоны исследования 12 и прижаты к нему с противоположной стороны. В секторах области 28, непосредственно примыкающих к зоне 12, компенсация дипольного поля недостаточна, однако, направления суммарного поля оказываются не перпендикулярными к направлениям 29 статического поля, что также уменьшает проекцию
При большом удельном сопротивлении материала слоя 13 и рамки 14 большая часть энергии, поступающей в радиочастотную катушку 5, уйдет на разогрев этих элементов конструкции, а не на создание возбуждающего магнитного поля. Подобная ситуация реализуется при отсутствии витка из высокопроводящего материала, расположенного по периметру широкой стороны 2 магнита 1. В этом случае индуцированные токи возникают в поверхностном слое проводящего магнита 1, сопротивление которого достаточно велико (порядка 100·10-8 Ом·м). Это приводит к уменьшению КПД системы при возбуждении, а также к резкому увеличению вносимого в радиочастотную катушку 5 сопротивления, что в свою очередь существенно снижает добротность радиочастотной катушки и значительно ухудшает условия приема сигнала ядерной индукции. В настоящем изобретении в места 18, 20, 22 и 24 сосредоточения вихревых токов предлагается поместить специальные дополнительные короткозамкнутые витки, изготовленные из высокопроводящего материала, например из меди. Изготовление одного из короткозамкнутых витков в виде сплошного слоя 13 из высокопроводящего материала, охватывающего весь магнит 1, приводит к дополнительному эффекту, обеспечивающему исключение помех, обусловленных магнитострикционными явлениями. Из-за скин-эффекта радиочастотное магнитное поле проникает в материал слоя 13 на небольшую глубину, составляющую для меди при частоте 1 МГц несколько десятых долей миллиметра. Это приводит к практически полному отсутствию переменного поля внутри области, ограниченной слоем 13, в том числе в материале постоянного магнита 1.With a large resistivity of the material of the
По формуле (4) можно рассчитать азимутальное распределение сигнала ядерной индукции в зоне 28 формирования сигнала ядерно-магнитного резонанса. Соответствующие кривые 38, 39, 40 и 41 получены для частоты возбуждения, равной 700 кГц. Значения материальных величин (остаточная индукция магнитного материала магнита 1, плотность тока в радиочастотной катушке 5, ее сопротивление на рабочей частоте) определялись на основе экспериментальных данных, полученных при измерении реальных магнитов и радиочастотных катушек. По оси абсцисс 36 графиков отложены значения полярного угла φ в градусах, по оси ординат 37 - значения угловой плотности сигнала в относительных единицах. Приведены зависимости для четырех вариантов предлагаемого устройства с различными углами (α) 15 раствора короткозамкнутого витка 14. Кривые 38, 39, 40, 41 соответствуют углам раствора (α) 100°, 120°, 140° и 160° соответственно.By the formula (4), it is possible to calculate the azimuthal distribution of the nuclear induction signal in the
Максимальные значения сигнала наблюдаются для углов φ, лежащих вблизи 90°, что соответствует направлению на зону исследования 12. Минимальные значения соответствуют противоположной стороне устройства. Угол (θ) 16 раствора области исследования 12 определяется диапазоном углов φ, в котором кривые 38, 39, 40 и 41 имеют существенные значения. Этот диапазон, а соответственно и угол (θ) 16 зависят от угла (α) 15 раствора короткозамкнутого витка 14. Таким образом, изменением угла (α) 15 можно регулировать азимутальную ширину области исследования 12, определяемую углом (θ) 16.The maximum signal values are observed for angles φ lying near 90 °, which corresponds to the direction of the
Для угла (α) 15 раствора короткозамкнутого витка 14, большего, чем 160° доля сигнала, полученная от области, расположенной со стороны, противоположной дугообразной зоне исследования 12, составляет более 1%. При работе в скважине с этой стороны устройства будет располагаться буровой раствор. Так как водородосодержание бурового раствора может доходить до 80%, то фон от раствора окажется слишком велик, чтобы зафиксировать пористость порядка 1% в области исследования 12. Поэтому в рассматриваемом изобретении предлагается выполнять рамку 14 с углом (α) 15 раствора, лежащим в пределах от 100° до 140°, что дает вклад в сигнал противоположной стороны не более 1%, при достаточно большом полном сигнале.For the angle (α) 15 of the solution of the closed
Выходной сигнал U катушки 5 определяется принимаемым катушкой 5 сигналом ядерной индукции S и резонансными свойствами катушки 5, характеристикой которых служит ее добротность (Q-фактор). Значение сигнала U равно произведению Q на S. Добротность радиочастотной катушки 5 пропорциональна отношению энергии генерируемого магнитного поля W к суммарной мощности электромагнитных потерь в системе РThe output signal U of the
где f - частота радиочастотного поля,where f is the frequency of the radio frequency field,
W - энергия магнитного поля, создаваемого токами, протекающими в системе,W is the energy of the magnetic field created by the currents flowing in the system,
Р - мощность электромагнитных потерь в измерительной системе.P is the power of electromagnetic losses in the measuring system.
Величина Р включает в себя потери в катушке 5, рамке 14, слое 13, буровом растворе скважины и, вообще говоря, в породе. Энергия поля и мощность потерь зависят как от физических свойств среды, где происходит генерация радиочастотного поля, так и от конфигурации токов - источников поля. Изменяя взаимное расположение проводников можно оптимизировать указанные параметры, в частности величину сигнал-шум, пропорциональную выражениюThe value of P includes losses in the
где SNR - отношение сигнал-шум,where SNR is the signal-to-noise ratio,
U - выходной сигнал катушки 5,U is the output signal of the
S - сигнал ядерной индукции, принимаемый катушкой 5,S is the nuclear induction signal received by the
Q - добротность радиочастотной катушки 5,Q is the quality factor of the
Р - мощность электромагнитных потерь в измерительной системе.P is the power of electromagnetic losses in the measuring system.
В настоящем устройстве это достигается расположением катушки 5 в определенном секторе, задаваемом углами 10 и 11. Внешний угол раствора (β) 10 лежит в пределах от 60° до 100°, а внутренний угол раствора (γ) 11 в пределах от 20° до 50°. Выбор значений углов определяется расположением максимума на зависимости величины In the present device, this is achieved by arranging the
S2Q2/Р, представленной изолиниями 44 в координатах углов (β) 10 и (γ) 11, отложенных по осям 43 и 42 соответственно. Угол 15 раствора короткозамкнутого витка, образуемого рамкой 14, принят равным 120°.S 2 Q 2 / P, represented by
Введение короткозамкнутых витков с током, создающих дополнительные квадрупольные поля, позволяет повысить добротность измерительной системы, уменьшить энергопотребление зонда, избавиться от магнитострикционных помех и оптимизировать параметры зонда с позиции максимального отношения сигнал-шум.The introduction of short-circuited current turns creating additional quadrupole fields makes it possible to increase the quality factor of the measuring system, reduce the energy consumption of the probe, get rid of magnetostrictive noise, and optimize the probe parameters from the position of the maximum signal-to-noise ratio.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008131376/28A RU2367982C1 (en) | 2008-07-31 | 2008-07-31 | Method of logging with application of nuclear-magnetic resonance and device for its realisation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008131376/28A RU2367982C1 (en) | 2008-07-31 | 2008-07-31 | Method of logging with application of nuclear-magnetic resonance and device for its realisation |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2367982C1 true RU2367982C1 (en) | 2009-09-20 |
Family
ID=41168070
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008131376/28A RU2367982C1 (en) | 2008-07-31 | 2008-07-31 | Method of logging with application of nuclear-magnetic resonance and device for its realisation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2367982C1 (en) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2495458C2 (en) * | 2012-01-11 | 2013-10-10 | Общество с Ограниченной Ответственностью "ТНГ-Групп" | Nuclear-magnetic logging device |
| RU2601279C2 (en) * | 2014-03-23 | 2016-10-27 | Эспект Интернешнл (2015) Прайвит Лимитед | Device for multimodal analysis and processing of drilling fluid |
| US10174569B2 (en) | 2013-06-20 | 2019-01-08 | Aspect International (2015) Private Limited | NMR/MRI-based integrated system for analyzing and treating of a drilling mud for drilling mud recycling process and methods thereof |
| US10444170B2 (en) | 2015-07-02 | 2019-10-15 | Aspect Ai Ltd. | System and method for analysis of fluids flowing in a conduit |
| US10598581B2 (en) | 2013-11-06 | 2020-03-24 | Aspect Imaging Ltd. | Inline rheology/viscosity, density, and flow rate measurement |
| US10655996B2 (en) | 2016-04-12 | 2020-05-19 | Aspect Imaging Ltd. | System and method for measuring velocity profiles |
| US10670574B2 (en) | 2015-01-19 | 2020-06-02 | Aspect International (2015) Private Limited | NMR-based systems for crude oil enhancement and methods thereof |
| US10809338B2 (en) | 2015-04-12 | 2020-10-20 | Aspect Ai Ltd. | System and method for NMR imaging of fluids in non-circular cross-sectional conduits |
-
2008
- 2008-07-31 RU RU2008131376/28A patent/RU2367982C1/en active IP Right Revival
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2495458C2 (en) * | 2012-01-11 | 2013-10-10 | Общество с Ограниченной Ответственностью "ТНГ-Групп" | Nuclear-magnetic logging device |
| US10174569B2 (en) | 2013-06-20 | 2019-01-08 | Aspect International (2015) Private Limited | NMR/MRI-based integrated system for analyzing and treating of a drilling mud for drilling mud recycling process and methods thereof |
| US10598581B2 (en) | 2013-11-06 | 2020-03-24 | Aspect Imaging Ltd. | Inline rheology/viscosity, density, and flow rate measurement |
| RU2601279C2 (en) * | 2014-03-23 | 2016-10-27 | Эспект Интернешнл (2015) Прайвит Лимитед | Device for multimodal analysis and processing of drilling fluid |
| US10670574B2 (en) | 2015-01-19 | 2020-06-02 | Aspect International (2015) Private Limited | NMR-based systems for crude oil enhancement and methods thereof |
| US10809338B2 (en) | 2015-04-12 | 2020-10-20 | Aspect Ai Ltd. | System and method for NMR imaging of fluids in non-circular cross-sectional conduits |
| US10444170B2 (en) | 2015-07-02 | 2019-10-15 | Aspect Ai Ltd. | System and method for analysis of fluids flowing in a conduit |
| US10655996B2 (en) | 2016-04-12 | 2020-05-19 | Aspect Imaging Ltd. | System and method for measuring velocity profiles |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Kleinberg et al. | Novel NMR apparatus for investigating an external sample | |
| RU2367982C1 (en) | Method of logging with application of nuclear-magnetic resonance and device for its realisation | |
| CA2416921C (en) | Side-looking nmr probe for oil well logging | |
| EP1642156B1 (en) | Systems and methods for nmr logging | |
| CA2196465C (en) | Nuclear magnetic resonance apparatus and method | |
| US7859260B2 (en) | Nuclear magnetic resonance tool using switchable source of static magnetic field | |
| US6586931B2 (en) | NMR logging in the earth's magnetic field | |
| US6452388B1 (en) | Method and apparatus of using soft non-ferritic magnetic material in a nuclear magnetic resonance probe | |
| US7492151B2 (en) | Magnetic anomaly detector and method using the microwave giant magnetoimpedence effect | |
| US6177794B1 (en) | Use of earth field spin echo NMR to search for liquid minerals | |
| RU2318224C2 (en) | Method for azimuth nuclear-magnetic resonance visualization of rock properties from a well hole | |
| US6518755B2 (en) | Measurement technique and apparatus for high-resolution multi-volume NMR well logging | |
| US6525535B2 (en) | NMR apparatus for oil well logging of large and small diameter wells | |
| RU2181901C1 (en) | Logging method and device using nuclear-magnetic resonance | |
| Liu et al. | A comprehensive study on the weak magnetic sensor character of different geometries for proton precession magnetometer | |
| US10684387B2 (en) | Logging tool having side-looking nuclear magnetic resonance sensor | |
| Goswami et al. | On the design of NMR sensor for well-logging applications | |
| Sezginer et al. | RF sensor of a novel NMR apparatus | |
| Long et al. | Inverse Design of RF Coil for Slim Nuclear Magnetic Resonance Logging Tool | |
| EP1476770A1 (en) | Side-looking nmr probe for oil well logging | |
| CN115045651A (en) | Nuclear magnetic resonance logger antenna and probe for measurement against well wall | |
| Long et al. | Numerical simulation of NMR logging tools antenna | |
| MXPA03006452A (en) | Method for well logging using nuclear magnetic resonance and device for carrying out said method. | |
| Goswami et al. | Analysis and optimization of NMR sensor for oilfield exploration applications | |
| GB2408584A (en) | NMR logging in the earth's magnetic field |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130801 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20140810 |