方位角選擇性井下核磁共振(nmr)工具的制作方法
【專利說明】方位角選擇性井下核磁共振(NMR)工具
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求2013年8月30日提交的標題為“Obtaining Nuclear MagneticResonance(NMR)Data from a Subterranean Reg1n.” 的美國臨時專利申請號61/872,362的優先權，所述優先權申請特此以引用的方式并入本申請中。
[0003]發明背景
[0004]本申請涉及方位角選擇性的井下核磁共振(NMR)工具，其例如用于從地下區域獲得NMR數據。
[0005]在測井的領域中(例如，電纜測井、隨鉆測井(LWD)和隨鉆測量(MWD))，核磁共振(NMR)工具已經用來基于與地下物質的磁性相互作用探測地下。一些井下NMR工具包括產生靜磁場的磁體組件和生成射頻(RF)控制信號并檢測地下物質中的磁共振現象的線圈組件。可從所檢測到的現象識別地下物質的性質。
[0006]附圖描述
[0007]圖1A為示例性井系統的圖。
[0008]圖1B為包括電纜測井環境中的NMR工具的示例性井系統的圖。
[0009]圖1C為包括隨鉆測井(LWD)環境中的NMR工具的示例性井系統的圖。
[0010]圖2A為用于從地下區域獲得NMR數據的示例性井下工具的圖。
[0011]圖2B為用于從地下區域獲得NMR數據的另一個示例性井下工具的圖。
[0012]圖3A為示出示例性井下工具的方位角選擇性的座標圖。
[0013]圖3B為用于從地下區域獲得NMR數據的另一個示例性井下工具的圖。
[0014]圖4A為示出用于從地下區域獲得NMR數據的示例性技術的流程圖。
[0015]圖4B為示出用于從地下區域獲得NMR數據的另一種示例性技術的流程圖。
[0016]在各圖中，類似的參考符號指示類似的元件。
【具體實施方式】
[0017]在一些實現方式中，匪R儀器可提供用于從地下獲得NMR數據的實際解決方案。在一些實例中，所述儀器可提供(例如，用于給定的DC功率預算)更高的信噪比(SNR)、動態抗擾性、測量的方位角選擇性或這些或其他優點的組合。在一些情況下，所述儀器可對環境因素具有魯棒性，并為地下分析提供準確或精確的信息。
[0018]用于井下NMR儀器的一些示例性配置包括用于磁體組件和天線組件的基本上二維(2D)的橫向偶極布置。由磁體和天線生成的磁場可具有適合在軸向運動期間使用的軸向均勻性(S卩，沿NMR儀器的長軸的均勻性)。在一些情況下，例如，可使用更寬的頻帶激勵(核磁的飽和)來實現與這類型儀器的軸對稱(圓度)。在一些實現方式中，一種井下NMR工具被配置來生成軸對稱磁場，其中磁體組件生成徑向磁場并且天線組件生成縱向RF磁場(還具有縱向靈敏度方向)。
[0019]在一些實例中，匪R儀器可在所感興趣的體積中產生縱向靜磁場。在一些實例中，所述儀器包括多個橫向偶極天線(例如，兩個相同的橫向偶極天線)，所述橫向偶極天線產生圓偏振激勵并提供正交線圈檢測。例如，多個正交天線的布置可與在所感興趣的體積中生成軸向靜磁場的縱向偶極磁體一起使用。在一些實例中，所述儀器包括利用磁體組件的不同區域來獲取NMR信號的多體積布置。在一些實例中，勘測區具有適合于在裝卸鉆柱(即，在井眼中轉接鉆柱)時測量的形狀。一些示例性實現方式包括橫向偶極天線軸對稱響應和單極天線軸對稱響應的組合，所述組合可在一些實例中實現方位角分辨的單方向NMR測量。
[0020]圖1A為示例性井系統100a的圖。示例性井系統100a包括NMR測井系統108和在地面106下方的地下區域120。井系統可包括在圖1A中未示出的另外的或不同的特征件。例如，井系統100a可包括另外的鉆井系統部件、電纜測井系統部件等。
[0021]地下區域120可包括一個或多個地下地層或區中的全部或部分。在圖1A中示出的示例性地下區域120包括多個地下層122和穿透地下層122的井眼104。地下層122可包括沉積層、巖石層、沙層或這些及其他類型的地下層的組合。地下層中的一個或多個可包含流體，如鹽水、石油、氣體等。雖然在圖1A中示出的示例性井眼104為垂直井眼，但NMR測井系統108可在其他井眼取向上加以實現。例如，NMR測井系統108可適于水平井眼、傾斜井眼、弧形井眼、垂直井眼或這些的組合。
[0022]示例性NMR測井系統108包括測井工具102、地面設備112和計算子系統110。在圖1A中所示的實例中，測井工具102是在設置在井眼104中時進行操作的井下測井工具。在圖1A中所示的示例性地面設備112在地面106處或在地面106上方(例如，靠近井口 105)進行操作，以便控制測井工具102以及可能其他井下設備或井系統100的其他部件。示例性計算子系統110可接收并分析來自測井工具102的測井數據。匪R測井系統可包括另外的或不同的特征件，并且NMR測井系統的特征件可如圖1A所示的或以另一種方式進行布置和操作。
[0023]在一些實例中，計算子系統110的全部或部分可實現為地面設備112、測井工具102或兩者中的一個部件，或者可與地面設備112、測井工具102或兩者的一個或多個部件集成為一體。在一些情況下，計算子系統110可實現為與地面設備112和測井工具102分開的一個或多個計算結構。
[0024]在一些實現方式中，計算子系統110嵌入在測井工具102中，并且計算子系統110和測井工具102可在設置在井眼104中時可同時進行操作。例如，盡管在圖1A中所示的實例中在地面106的上方示出了計算子系統110，但計算子系統110的全部或部分可駐留于地面106的下方，例如，在測井工具102的位置處或靠近測井工具102的位置。
[0025]井系統100a可包括允許在計算子系統110、測井工具102和NMR測井系統108的其他部件之間進行通信的通信或遙測設備。例如，NMR測井系統108的部件可各自包括用于在各種部件之間有線或無線數據通信的一個或多個收發器或類似裝置。例如，匪R測井系統108可包括用于光學遙測、電纜遙測、有線鉆桿遙測、泥漿脈沖遙測、聲學遙測、電測遙測或這些及其他類型遙測的組合的系統和裝置。在一些情況下，測井工具102從計算子系統110或另一種源接收命令、狀態信號或其他類型的信息。在一些情況下，計算子系統110從測井工具102或另一種源接收測井數據、狀態信號或其他類型的信息。
[0026]NMR測井操作可結合各種類型的井下操作在井系統壽命的各階段處執行。地面設備112和測井工具102的結構屬性和部件可適于各種類型的NMR測井操作。例如，可在鉆井操作期間、在電纜測井操作期間或在其他環境中執行NMR測井。這樣，地面設備112和測井工具102可包括鉆井設備、電纜測井設備或用于其他類型的操作的其他設備或可結合鉆井設備、電纜測井設備或用于其他類型的操作的其他設備進行操作。
[0027]在一些實現方式中，測井工具102包括磁體組件，所述磁體組件包括中心磁體和兩個端件磁體。在圖2A、圖2B和圖3B中示出了實例。端件磁體可與中心磁體的軸端隔開。端件磁體連同中心磁體一起可限定四個磁極，所述四個磁極可被布置來增強所感興趣的體積中的靜磁場。在一些情況下，中心磁體限定第一磁場取向，并且端件磁體限定與所述第一磁場取向正交的第二磁場取向。測井工具102還可包括多個正交的橫向偶極天線。所述正交的橫向偶極天線可在地下體積中產生圓偏振激勵并通過正交線圈檢測來從所述體積獲取響應。
[0028]在一些實現方式中，測井工具102包括在地下區域120中的多個不同的子體積中產生磁場的磁體組件。在圖2B中示出實例。第一子體積可以是在縱向方向(平行于井眼軸)上延伸的伸長的圓柱形殼體區域，并且第一子體積中的磁場可沿縱向方向基本均勻地取向。第二子體積和第三子體積可與第一子體積的軸端隔開，并且第二子體積和第三子體積中的靜磁場可具有徑向取向(垂直于縱向方向)。第二子體積和第三子體積可位于距工具管柱的中心與第一體積不同的距離。在一些實例中，第二子體積和第三子體積的位置允許測井工具收集信息以用于泥漿濾液侵入剖析。測井工具102還可包括在沿縱軸的對應位置處的多個天線組件。天線組件中的每一個可檢測來自不同子體積中相應的一個的NMR響應。
[0029]在一些實現方式中，測井工具102包括磁體組件以及橫向偶極和單極天線組件。在圖3B中示出實例。橫向偶極和