技術領域

本發明總體上涉及井筒所穿透的地下地層的核磁共振(“NMR”)測量領域。更具體地，本發明涉及利用井筒配套儀器(wellbore?deployed?instrument)測量NMR自由感應衰減信號的方法和設備，以及所述自由感應衰減信號在測定地層的NMR特性方面的用途。?

背景技術

用于測量地下地層NMR特性的NMR儀(稱作“測井(well?logging)”工具或儀器)沿鉆經該地層的井筒內部移動。本領域中公知的NMR測井裝置包括授予Kleinberg等并轉讓于本發明的受讓人的美國專利No.5,055,787中所述的設備。作為一般性原則，‘787專利中所披露的儀器通過如下進行測量：在儀器一側的相鄰地下地層的區域中感生基本均勻的靜態強磁場B，以測量該地下地層的核磁共振特性。該儀器具有安裝在儀器金屬機身外部的射頻(“RF”)天線，使聚焦的振蕩RF磁場對準所述區域，以使地下地層孔隙內的流體的氫核磁矩傾斜。該天線可在發射RF極化場之后用于接收從目標區域中發出的質子進動信號。通過Q-開關(Q-switch)實現發射和接收操作模式之間天線能量的快速衰減。所披露的儀器提供具有橫向弛豫時間(T2)特性的NMR信號衰減的直接測量，并進一步提供在井筒內進行脈沖測量的快速重復。為了預排列(prealign)比單磁體構造自身可以預排列的數目更多的氫核，還可偏移第一磁體構造安裝額外的磁體陣列，以在測量地層之前對地層進行預極化。?

作為本領域已知的其它NMR測井儀器的實例，‘787專利中所述的儀器利用稱作Carr-Purcell-Meiboom-Gill(“CPMG”)的脈沖序列或CPMG序列的變型測量地下地層的橫向弛豫時間特性。施加RF場沿靜態磁場方向對氫核進行預極化之后，起動CPMG序列，所述RF場具有的頻率基本等于氫核的拉莫爾頻率(Larmor?frequency)，并具有經選擇的幅度和持續時間以使氫核的核磁自旋軸重新取向為橫向垂直于(transverse?to)靜態磁場方向(稱作90度脈沖)。質子關于靜態磁場方向的自旋進動，在RF天線中感生出儀器檢測到的并稱作自由感應衰減(FID)的信號。經過一段時間之后，氫核的核磁自旋變得彼此相位不同，使得所檢測到的RF磁場信號基本衰減到零。經過一段選定的時間間隔之后，施加一系列的“再聚焦”脈沖。該再聚焦脈沖具有經選擇的持續時間和振幅，以使氫核的自旋定相(phasing)反轉，最終使得質子進動相位復原。當質子進動相位復原時，在RF天線中感生RF信號并被檢測。所述信號的產生和檢測稱作“自旋回聲(spin?echo)”檢測。將再聚焦脈沖和RF自旋回聲信號檢測重復選定數目個脈沖。各個連續自旋回聲的振幅比前一個減小。自旋回聲振幅衰減的速度與地下地層中各種流體的橫向弛豫時間(T₂)特性有關。可通過分析連續自旋回聲振幅的多元指數衰減來對地層中的流體進行分析。分析結果為地下地層中各種含氫流體的T₂分布。這種分布可能與地層的巖石物理性質有關。?

如果測量純FID信號，則可將相同的分析應用于所述FID信號。FID信號可與有用的信息相關聯，例如地下地層中流體填充孔隙的體積分數(孔隙率)。盡管上述NMR設備在地層中感生了基本均勻的靜態磁場，但所述靜態磁場仍存在一些不均勻度。這種不均勻度是研究的區域完全在設備外部的“里朝外(inside?out)”型NMR設備例如測井儀器的本質上不可避免的結果。靜態磁場的不均勻度對縮短FID信號衰減時間具有影響，使得其測量變得不可行。此外，難以設計在研究區內磁場不均勻度為幾個ppm以內的磁體，以與測井儀器一同使用。?

感興趣的另一種NMR性質是縱向弛豫時間(T₁)。本領域已知的測量地下地層T₁的方法包括利用連續CPMG序列之間的多個等待時間測定T₁/T₂?比的方法。在授予Freedman等并轉讓于本發明受讓人的美國專利5486742中描述了這種方法。本領域已知的T₁測定方法的共同特征在于利用多脈沖序列，不論序列之間是否具有單等待時間。獲取所述序列的時間長度對測井儀器可在井筒中移動的速度具有實際的限制作用。?

需要能夠利用NMR測井儀器測量FID信號的方法，以及測量地下地層的T₁特性時提高有效測井速度的方法。?

發明內容