使用核磁共振进行的井下流体监测的制作方法
【专利摘要】在说明性实施方案中，一种井下测井工具包括NMR测量系统，所述NMR测量系统具有位于所述井下测井工具的外表面上的表面NMR微线圈。每个表面NMR微线圈具有中心轴线并且围绕所述测井工具的所述外表面分布，其中所述表面NMR微线圈中心轴线垂直于所述测井工具的纵向轴线。所述NMR测量系统可具有与所述钻井液处于流体连通的中心流管线。另外的表面NMR微线圈或流管线微线圈可围绕所述中心流管线周向地设置，并且所述表面NMR微线圈中心轴线和所述流管线NMR微线圈中心轴线分别垂直于和平行于所述中心流管线纵向轴线。所述NMR测量系统可包括与所述井筒环空和/或所述钻杆的流体处于流体连通的旁通流管线。
【专利说明】使用核磁共振进行的井下流体监测
[0001 ] 背景
[0002]相关申请的交叉引用
[0003]本申请要求2013年12月8日提交的美国临时专利申请号61/913，339的权益和优先权，所述申请以全文引用的方式并入本文。
技术领域
[0004]本公开的实施方案总体涉及使用核磁共振进行的井下流体分析。
【背景技术】
[0005]这部分旨在向读者介绍本领域的各个方面，这些方面可能涉及下文所描述和/或要求保护的主题的各个方面。本论述被认为对向读者提供背景信息以促进对本公开各方面的更好理解是有帮助的。因此，应当理解，这些表述将从这一角度阅读，而不是作为现有技术的描述。
[0006]测井工具已长期用于井筒中，例如以便进行地层评估测量来推断钻孔周围地层和地层中流体的性质。常见的测井工具包括电磁工具、核工具、声学工具和核磁共振(NMR)工具，但用于评估地层性质的各种其他类型的工具也是可用的。
[0007]早期的测井工具在钻探井筒之后在测井线缆上下入井筒中。新型的此类线缆工具已经被广泛使用。然而，随着对钻孔过程中信息的需求继续增加，已经开发了随钻测量(MffD)工具或随钻测井(LWD)工具。MWD工具通常提供钻井参数信息，诸如钻压、扭矩、温度、压力、方向和倾度。LWD工具通常提供信息评估测量值，诸如抵抗力、孔隙度、匪R分布等等。MWD和LWD工具常常具有与线缆工具(例如，发射和接收天线、传感器等)共同的特性，但是MffD和LWD工具被设计和构造成能够耐受恶劣的钻探环境并且进行操作。
[0008]用于测井或井下流体特性测定的NMR工具测量地层流体中的核自旋对所施加磁场的响应。井下NMR工具通常包括在期望的测试位置(例如，流体所处的位置)处产生静态磁场的永磁体。所述静态磁场在沿静态场方向对准的流体中产生磁化。所诱发的磁化的量值与静态场的量值成比例。发射器天线产生随时间变化的射频磁场，其具有垂直于静态场方向的分量。当射频等于拉莫尔频率时满足NMR共振条件，所述拉莫尔频率与静态磁场的量值成比例。射频磁场在磁化矢量上产生扭矩，所述扭矩致使所述磁化矢量围绕所施加的射频磁场的轴线旋转，并且所述旋转导致所述磁化矢量显示出垂直于静态磁场方向的分量。这致使磁化矢量以拉莫尔频率围绕静态场旋进。在拉莫尔频率与发射器频率之间产生共振时，磁化被翻转到横向平面(即，与静态磁场矢量垂直的平面)。施加一系列射频脉冲以产生用天线测量的自旋回波。
[0009]自20世纪50年代早期以来，已经使用油性质的NMR测量值来帮助测定储层流体特性。详细了解流体组成对成功管理油田储层是有用的。例如，油的组成在很大程度上决定了储层流体的压力-体积-温度(PVT)性能，并且所述PVT性能可影响储层管理决策。可使用NMR测量值来估算(除其他之外)黏度、Tl驰豫时间、T2驰豫时间、扩散度、分子链长、化学结构、乳状液、蜡膜(waxing)和相变。黏度例如可用作用于推断其他储层性质诸如区室化的“标记(fingerprint)”。“区室化”是指在连续的储层进入隔离区室之后的地质分段。已经被区室化的储层可能需要与连续储层不同的方法来解译和生产。作为另一个实例，在生产期间，可能存在从溶液中析出的“重化合物”(诸如沥青质)或可能引起生产损失的结錯问题。在井下条件下测量流体性质可能是有用的，这是因为许多性质都取决于温度和压力。此外，已发现，当将一些样本从地层提取出来并且传送到地表实验室时，它们可能经历不可逆的变化。
[0010]在一些匪R系统中，可采用具有多个检测器的一个或多个非常小的线圈。匪R检测点中的每一个可具有与其相关联的流体路由器以便引导流体样本。这些线圈可具有在从约100微米到几毫米之间的范围内的直径并且经常被称为“微线圈”。所述微线圈可被布置成适应串流构型或平行流构型，并且可被定位成能够经历不同的静态(BO)磁场强度和/或梯度场强度。可在相对较高频率下操作用于匪R光谱学的微线圈。例如，已经描述了微流体NMR，其中所使用的硬件实现了信噪比(SNR)的增加，并且在60MHz下获得1.3Hz光谱宽度。在此类高频率下操作的线圈可利用调谐电路进行调谐。在较低的频率下，可相应地修改调谐电路。例如，可将固定感应器结合到共振调谐(LC)电路中来减少电容。虽然存在制造用于在静态实验室情境中操作的高场NMR系统的许多微线圈应用，但是用于油场应用(诸如测井、井测试以及钻井和测量)的微线圈的使用在很大程度上还未被探索。
【发明内容】
[0011]本文所公开的某些实施方案的概述在下文进行阐述。应理解，这些方面仅被呈现来向读者提供某些实施方案的简述，并且这些方面并不旨在限制本公开的范围。实际上，本公开可涵盖在这部分中可能未阐述的许多方面。
[0012]在一个说明性实施方案中，一种设备包括具有纵向轴线的井下测井工具。所述井下测井工具包括核磁共振(NMR)测量系统，所述核磁共振(NMR)测量系统具有设置在井下测井工具的外表面上或其附近的一个或多个表面NMR微线圈。
[0013]在另一个说明性实施方案中，一种方法包括提供井下测井工具，所述井下测井工具具有纵向轴线并且包括核磁共振(NMR)测量系统，所述核磁共振(NMR)测量系统具有设置在井下测井工具的外表面上或其附近的一个或多个表面NMR微线圈。所述方法还包括:将井下测井工具设置在其中具有流体的井筒中；获得关于邻近一个或多个表面NMR微线圈的流体的NMR测量值;以及基于所述NMR测量值来推断所述邻近流体的特性。
[0014]应理解，以上呈现的简要概述旨在使读者熟悉本公开的实施方案的特定方面和上下文，而不是限制所要求保护的主题。
[0015]【附图说明】述
[0016]当结合附图来阅读以下详细说明时可更好地理解本公开。应强调的是，根据行业中的标准惯例，各种特征并不一定按比例绘制。事实上，为了论述清楚起见，各种特征结构的尺寸可任意放大或缩小。
[0017]图1是可用于实现一个示例性实施方案的井场系统的图；
[0018]图2是可在井下应用中使用的核磁共振(NMR)测量装置的实例；
[0019]图3是示出根据本公开的各方面的包括匪R微线圈的LWDNMR工具的实施方案的示意图；
[0020]图4是示出根据本公开的各方面的包括匪R微线圈的LWDNMR工具的另一个实施方案的示意图；
[0021]图5是示出根据本公开的各方面的包括NMR微线圈的LWDNMR工具的另一个实施方案的示意图；
[0022]图6是示出根据本公开的各方面的包括NMR微线圈的LWDNMR工具的另一个实施方案的示意图；
[0023]图7是示出根据本公开的各方面的包括NMR微线圈的LWDNMR工具的另一个实施方案的示意图；
[0024]图8是根据本公开的各方面的适于与LWDNMR工具一起使用的磁体构型的示例性实施方案；
[0025]图9是示出根据本公开的各方面的用于使用匪R微线圈获取关于井下流体的井下NMR测量值的一种示例性方法的流程图；
[0026]图10是示出根据本公开的各方面的用于使用NMR微线圈获取关于井下流体的井下NMR测量值的另一种示例性方法的流程图；
[0027]图11是示出根据本公开的各方面的用于使用NMR微线圈获取关于井下流体的井下NMR测量值的另一种示例性方法的流程图；并且
[0028]图12是示出根据本公开的各方面的用于使用NMR微线圈获取关于井下流体的井下NMR测量值的另一种示例性方法的流程图。
【具体实施方式】
[0029]下文将描述本公开的一个或多个具体实施方案。这些实施方案仅仅是本发明所公开技术的实例。另外，为了简要描述这些实施方案，可能不会在说明书中描述实际实现方式的所有特征。应了解，在任何工程或设计项目中开发任何此类实现方式时，均做出与实现方式特定相关的多个决策以便实现开发人员的特定目标，所述特定目标诸如，是否遵守与系统相关以及与业务相关的限制，这些限制可能会因实现方式不同而有所不同。此外，应了解，此类开发努力可能复杂且耗时，但无论如何对受益于本公开的一般技术人员而言，此类开发仍是常规的设计、建造和制造操作。
[0030]在介绍本公开各实施方案的元件时，冠词“一”、“一个”和“所述”旨在表示有一个或多个所述元件。下文论述的实施方案旨在作为本质上是说明性的实例并且不应解释为意味着本文所述的具体实施方案本质上必须是优先的。另外，应理解，对本公开的“一个实施方案”或“一项实施方案”的参考不应解释为排除也涵盖所列举特征的另外实施方案的存在。
[0031]图1表示可采用各种实施方案的井场系统的简化图。图1所描绘的井场系统可部署在陆上或者海上应用中。在这种类型的系统中，通过以本领域技术人员熟知的方式进行旋转钻探来在地下地层中形成钻孔11。一些实施方案还可使用定向钻探。
[0032]钻柱12悬置在钻孔11内并且具有井底组件(BHA)100，所述井底组件(BHA) 100在其下端包括钻头105。表面系统包括定位在钻孔11上方的平台和钻塔组件10，并且所述组件10包括转台16、方钻杆17、吊钩18和旋转接头19。在钻探操作中，钻柱12通过转台16(由未示出的装置供电)进行旋转，所述转台16在钻柱的上端处接合方钻杆17。钻柱12通过方钻杆17和旋转接头19悬置于附接到游动滑车(也未示出)的吊钩18，所述旋转接头19容许钻柱12相对于吊钩18旋转。顶部驱动系统可用于其他实施方案中。
[0033]钻井液或泥浆26可储存在形成于井场处的凹坑27中。栗29通过旋转接头19中的端口将钻井液26递送到钻柱12的内部，这致使钻井液26如图1中的方向箭头8所指示向下流经钻柱12。钻井液通过钻头105中的端口排出钻柱12，并且随后通过钻柱12的外侧与钻孔壁之间的环空区域向上循环，如方向箭头9所指示。以这种已知的方式，钻井液对钻头105进行润滑，并且在它返回到凹坑27以便再循环时将地层岩肩向上送到表面。
[0034]钻柱12包括BHA 100。在示出的实施方案中，BHA 100被示出为具有一个MWD模块130和多个LWD模块120(其中参考数字120A描绘第二 LWD模块120)。如本文所用，术语“模块”在应用于MWD和LWD装置时应被理解为表示包含在单个模块化装置中的单个工具或一套多个工具。另外，BHA 100包括旋转导向系统(RSS)和马达150以及钻头105。
[0035]LWD模块120可容纳在钻铤中并且可包括一种或多种类型的测井工具。LWD模块120可包括用于测量、处理和存储信息以及用于与表面设备进行通信的能力。举例来说，LWD模块120可包括核磁共振(NMR)测量工具，并且可包括用于测量、处理和存储信息以及用于与表面设备进行通信的能力。
[0036]MWD模块130也容纳在钻铤中，并且可包含用于测量钻柱和钻头的特性的一个或多个装置。在本发明的实施方案中，MffD模块130可包括以下类型的测量装置中的一个或多个:钻压测量装置、扭矩测量装置、振动测量装置、冲击测量装置、粘/滑测量装置、方向测量装置以及倾度测量装置(后两者有时被统称为D&I封装KMWD工具130还包括用于为井下系统产生电力的设备(未示出)。例如，由MffD工具130产生的电力可用来为MWD工具130和LWD工具120供电。在一些实施方案中，这种设备可包括由钻井液26的流动提供动力的泥浆涡轮发电机。然而，应理解，可采用其他电力系统和/或电池系统。
[0037]可使用位于表面处的基于计算机的控制系统152来控制图1的组件10的操作。控制系统152可包括一个或多个基于处理器的计算系统。在本发明的上下文中，处理器可包括微处理器、可编程逻辑装置(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、片上系统处理器(SoC)或能够执行例如存储在有形计算机可读介质(例如，只读存储器、随机存取存储器、硬盘驱动器、光盘、快闪存储器等)上的被编码的指令的任何其他合适的集成电路。此类指令可对应于例如用于执行钻探操作的工作流程等、用于处理在表面处从BHA 100接收的数据的算法和例行程序(作为反演的一部分以便获得一个或多个所需的地层参数)，等等。
[0038]如本领域技术人员将理解的，NMR测井工具通常用来测量地层中核自旋的性质，诸如纵向(或自旋-晶格)弛豫时间(经常被称为Tl )、横向(或自旋-自旋)弛豫时间(经常被称为T2)以及扩散系数(D)。了解这些NMR性质可帮助确定基本的地层性质(诸如渗透率和孔隙度)，以及流体性质(诸如流体类型和黏度)。
[0039]作为背景，匪R测井工具(S卩，图1的LWD工具120)可使用永磁体在地层内产生强的静态极化磁场。水和烃类的氢原子核是带电荷的自旋质子，其类似于微型条形磁体可产生弱磁场。当来自测井工具的强的外部磁场穿过包含流体的地层时，这些自旋质子自身像罗盘针一样沿磁场对齐。在施加外部磁场(通常被称为BO场)时，这个被称为极化的过程随Tl(纵向弛豫时间)成指数地增加。
[0040]图2示出共同转让的美国专利号5，629，623中所述的用于在使用脉冲核磁共振(NMR)进行钻探的同时进行地层评估的一种类型装置的实施方案，所述专利以引用方式并入本文，应理解，其他类型的匪R/LWD工具也可用作LWD工具120或LWD工具套件120A的一部分。如‘623专利中所描述的，所述装置的一种构型的实施方案包括:修改的钻铤，所述修改的钻铤具有用陶瓷绝缘体填充的轴向沟槽或狭槽，并且包含RF天线1126，所述RF天线1126由非磁性罩盖1146保护并且产生和接收脉冲RF电磁能。在示出的实施方案中，RF天线的导体在一端接地到钻铤。在钻铤的另一端处，所述导体通过压力馈送通道1152和1153联接到RF变压器1156。圆柱形磁体1122在地层中产生静态磁场。在其他实施方案中，RF天线1126还可布置成使得钻铤本身产生振荡RF磁场。在示出的实例中，所述振荡RF磁场(其激励地层中物质的原子核)是轴对称的，以便有利于在旋转钻柱期间进行测量。
[0041]—旦获取期望的NMR数据，就可应用各种数学反演过程来产生反映地层或地层流体的各向异性的所测量性质分布。例如，T2分布表示孔径在地层内的分布，并且在T2曲线下的面积表示充满地层流体的孔隙度。孔径分布和对数平均T2的解释可用于计算各种岩石物理参数，诸如渗透率和自由/束缚流体的量。
[0042]实际上，扩散对弛豫分布时间(D-T2)的测量值已经证明是一种用于识别和量化地层中不同流体的有用工具。例如，可使用线缆工具或随钻测量工具获得根据原位地层测量值的D-T2图。这些工具测量地层中的油，但可受岩石可润湿性和磁化率差异的影响。在井下压力和温度下进行非原位NMR测量提供了改进的流体特性测定准确度。
[0043]经常用来确定烃组成的一种类型的分析被称为饱和物-芳烃-树脂-沥青质(SARA)分析。SARA分析通常在实验室环境中执行，但可能花费相当多的时间并且经常是不可准确地重复的。SARA分析的方法在不同的实验室之间发生变化并且关注的问题是流体特性测定和比较结果的准确度。匪R提供了在井下压力和温度下并且以可重复方式提供与SARA分析类似的信息的可能性。可在任何沥青质和/或蜡膜掉落之前获得的数据，所述掉落可能在将样本带到地表时发生。
[0044]NMR可用来测量和表征单相和多相流动。例如，匪R提供用于获得分子组合物的复杂化学结构以及体积弛豫和扩散测量值的方法。匪R本质上是相对不敏感的技术并且成功的实现方式包括仔细考虑测量值的信噪比(SNR)。传统地，通过使用最高可用的磁场和最大可能的样本来增加SNR。然而，利用这种方法的困难包括:(I)在整个样本上产生具有所需均匀性的足够大的磁场；(2)提供用于在整个样本上产生所需激励脉冲的高功率放大器；以及
(3)在许多情况下，获得足够大的样本。如果样本未充满整个样本空间，那么填充因数降低并且测量值的SNR可能变得过低。
[0045]通过在井下测井应用中使用微线圈，可减少井下系统的功率要求。下文进一步详细公开用于使用LWD匪R微线圈监测井下流体的系统和方法的实施方案。可使用这些基于匪R微线圈的技术来获得井下光谱学。应理解，如本文所使用，术语“微线圈”通常涵盖具有从约100微米到几毫米或在一些情况下几厘米范围内的直径的线圈。
[0046]参考图3所示的一个说明性实施方案，NMR微线圈402可安装在钻铤404的外表面上或其附近，以便测量在钻孔的环空(例如，在钻铤402与钻孔壁之间的空间)中向上(沿井孔向上)流动的泥浆(钻井液)的性质。如本文所使用，安装在井下工具(例如，LWD工具的钻铤、线缆工具的探测器套管等)的外表面上或其附近的微线圈可被称为“表面微线圈”、“表面NMR微线圈”、“表面线圈”等。
[0047]图3中描绘的表面NMR微线圈402的阵列可用来测量钻铤404附近区域中的泥浆。表面NMR微线圈402的直径影响其从钻铤404到泥浆柱中的勘测深度。静态磁场可由嵌入在NMR微线圈402下方的钻铤中的磁体(未示出)或由置于钻铤404内侧的磁体(未示出)提供。由于匪R微线圈402的空间维度较小，所以可产生强大的、均匀的静态场以便提供足够的信噪比来计算例如经链长度分布。
[0048]表面NMR微线圈402各自具有中心轴线并且可围绕LWD工具的外表面周向地设置，并且对于任一特定表面NMR微线圈402而言，表面NMR微线圈中心轴线基本上垂直于LWD工具纵向轴线、基本上平行于LWD工具纵向轴线或以基本上垂直于LWD工具纵向轴线与基本上平行于LWD工具纵向轴线之间的某一角度定向。表面NMR微线圈相对于相关通路的这种取向自由应理解为也适用于下文描述的其他实施方案。
[0049]参考图4，示出了包括微线圈的井下NMR测量工具的另一个实施方案并且其包括表面NMR微线圈402和周向地环绕流管线504的流管线NMR微线圈502的组合，所述流管线NMR微线圈502可以是内部LWD NMR系统506的一部分以便对向下(沿井孔向下)行进到钻头(例如，图1的钻头105)的泥浆进行测量。这可与安装在钻铤404表面上或其附近的表面NMR微线圈402结合来使用，所述表面NMR微线圈402可对向上(沿井孔向上)行进到地表的泥浆进行测量。对沿井孔向下和沿井孔向上行进的泥浆进行的测量可提供关于在钻探过程中注入到流体中的烃或其他气体的信息。所述测量可包括基于对各种NMR参数的分析的烃链长度分布，所述各种NMR参数包括但不限于扩散和T2弛豫时间。图4还示出被布置来相对于表面NMR微线圈402产生静态磁场的代表性的磁体构型508。
[0050]图5中示出井下微线圈NMR测量工具的另一个实施方案。在这个实施方案中，可通过从外侧(环空)泥浆柱中取得样本并将其传递到匪R传感器602所处的工具中来测量外侧环空泥浆。例如，将待取样的流体抽吸到流管线604中并使其穿过井下NMR传感器602。匪1?传感器602可以是例如图3或图4所示的实施方案，但并不限于这些。同样，示出了代表性的磁体构型606。匪1?传感器602可以是被设计成在位于LWD工具内的钻铤内占据尽可能小的空间的匪R微线圈。类似于超声换能器，这些小的匪R微线圈装置可嵌入在所述工具内或其外表面上几乎任何位置处。NMR光谱仪小型化方面的最近进展已经显示超紧凑型NMR系统是可实现的。
[0051]再次参考图4，可获得关于钻杆内侧上的“干净”泥浆(例如，从地表沿井孔向下行进的泥浆)做出的NMR测量值并且将其与“受污染”泥浆测量(例如，沿环空向上朝向地表行进的携带钻肩的泥浆)的NMR测量值进行比较。以这种方式，人们可以通过使用NMR流体分型来区分“纯净”泥浆与受储层污染的泥浆。
[0052]在图6所示的另一个实施方案中，可引导来自主工具泥浆流管线504的旁通流管线702通过NMR传感器602。当与图4的实施方案进行比较时，这降低了流速并且允许使用更小的RF线圈，从而可进一步提高测量的信噪比。图7示出使用共用旁通流管线的实施方案。在这个实施方案中，内部旁通流管线702和外部旁通流管线604的单独的入口和出口连接到旁通流管线的共同部分。可包括阀802以便选择性地控制流体流动。例如，如果对纯净泥浆进行测量，那么阀802可容许沿泥浆流管线504向下行进的泥浆进入旁通流管线，同时阻止沿环空向上行进的受污染泥浆这样做。同样，如果将要对受污染泥浆进行测量，那么阀802可容许沿环空向上朝向地表行进的泥浆进入旁通流管线，同时阻止通过泥浆流管线504沿井孔向下行进的纯净泥浆这样做。如可以理解的，阀802可以任何合适的方式进行控制，包括通过一个或多个控制信号(例如，来自控制系统152的信号)电子地控制或液压地控制。
[0053]图8是示例性磁体系统902的示意图，所述磁体系统902可与如以上图3-8所示的NMR微线圈系统结合来使用。在示出的实施方案中，磁体系统902包括磁体904、磁极片906以及磁通量回流部分908。
[0054]如将理解的，在磁场强度和梯度发生变化的情况下可立即使用多个NMR微线圈传感器。这些NMR微线圈传感器可用来例如加快流体识别研究。使用位于经历不同磁场强度的不同位置处(例如，与流动串联或并列)的多个线圈可允许人们在空间上想象流体的“流动”，并且如果流体是多相混合物，允许察看其性质沿流动路径如何改变。不同梯度的使用可能够实现多种扩散测量以便将流体类型分开。就这一点而言，使用NMR微线圈得到的关于油和油/水乳状液的驰豫时间(Tl、T2)和扩散测量值还容许获得多维数据(2D、3D、4D)。
[0055]现在将注意力转向根据一些实施方案的处理过程、方法、技术和工作流程。本文所公开的处理过程、方法、技术和工作流程中的一些操作可进行组合和/或一些操作的顺序可改变。应认识到，可以迭代的方式将地质解释、多组假设和/或领域模型(诸如速度模型)进行细化。这个概念适用于本文所论述的处理过程、方法、技术和工作流程。例如，此类迭代细化可包括使用在算法基础上(诸如计算装置(例如，图1中控制系统152的一部分)处)执行的反馈回路和/或通过由可做出关于给定步骤、动作、模板或模型是否已足以准确地对在考虑中的地下地质构造进行评估的确定的用户手动控制的反馈回路。
[0056]图9示出说明根据本公开的各方面的方法实施方案1000的流程图。方法1000包括提供具有纵向轴线和NMR系统的井下测井工具，所述NMR系统包括设置在所述测井工具的外表面上或其附近的一个或多个NMR微线圈，其中所述一个或多个表面NMR微线圈中的每一个具有中心轴线并且围绕所述测井工具的外表面周向地设置，并且表面NMR微线圈中心轴线基本上垂直于测井工具纵向轴线、基本上平行于测井工具纵向轴线或以基本上垂直于测井工具纵向轴线与基本上平行于测井工具纵向轴线之间的某一角度定向(1002)。方法1000包括将测井工具设置在其中具有流体的井筒中(1004)。获得关于邻近一个或多个表面NMR微线圈的流体的NMR测量值(1006)，并且基于所述NMR测量值来推断所述邻近流体的一个或多个特性(1008)。
[0057]图10是说明根据本公开的各方面的另一个方法实施方案1100的流程图。方法1100包括提供NMR系统，所述NMR系统包括:中心流管线，所述中心流管线具有纵向轴线并且与钻杆内部区域中的钻井液处于流体连通；以及一个或多个另外的表面NMR微线圈，其中所述一个或多个另外的表面NMR微线圈中的每一个具有中心轴线并且围绕中心流管线周向地设置，并且表面NMR微线圈中心轴线基本上垂直于中心流管线纵向轴线(1102)。方法1100包括使用一个或多个另外的表面NMR微线圈获得关于中心流管线内部区域内的流体的NMR测量值(1104)。基于所述NMR测量值来推断钻井液的一个或多个特性(1106)。
[0058]如方法1100所示，代替或除了1102-1106，可执行1108-1102，其中(来自1102的)WR系统可包括具有中心轴线的流管线WR微线圈，其中所述流管线NMR微线圈周向地包封中心流管线并且具有中心轴线，所述中心轴线基本上平行于中心流管线纵向轴线(I 108)。使用流管线NMR微线圈获得关于中心流管线内部区域内的流体的NMR测量值(1110)，并且基于所述NMR测量值来推断钻井液的一个或多个特性(1112)。
[0059]图11示出根据本公开的各方面的又一个方法实施方案1200。根据方法1200，提供了 NMR系统，所述NMR系统包括:旁通流管线，所述旁通流管线具有纵向轴线并且与井筒环空中的流体处于流体连通；以及具有中心轴线的旁通流管线NMR微线圈，其中所述旁通流管线匪R微线圈周向地包封旁通流管线并且所述流管线NMR微线圈的中心轴线基本上平行于旁通流管线纵向轴线(1202)。使用旁通流管线NMR微线圈获得关于旁通流管线内部区域内的流体的NMR测量值(1204)，并且基于所述NMR测量值来推断井筒环空中流体的一个或多个特性(1206)。
[0060]如方法1200所示，代替或除了1202-1206，可执行1208-1212，其中(来自1202的)WR系统可包括一个或多个另外的表面WR微线圈，其中所述一个或多个另外的表面NMR微线圈中的每一个具有中心轴线并且围绕旁通流管线周向地设置，并且表面NMR微线圈中心轴线基本上垂直于旁通流管线纵向轴线(1208)。使用一个或多个另外的匪R微线圈获得关于旁通流管线内部区域内的流体的NMR测量值(1210)，并且基于所述NMR测量值来推断井筒环空中流体的一个或多个特性(1212)。
[0061]图12提供了根据本公开的各方面的又一个方法实施方案1300。根据方法1300，提供了 NMR系统，所述NMR系统包括:具有纵向轴线的旁通流管线，所述旁通流管线与钻杆内部区域中的钻井液处于流体连通；以及具有中心轴线的旁通流管线NMR微线圈，其中所述旁通流管线NMR微线圈周向地包封旁通流管线并且所述旁通流管线匪R微线圈的中心轴线基本上平行于旁通流管线纵向轴线(1302)。使用旁通流管线NMR微线圈获得关于旁通流管线内部区域内的流体的NMR测量值(1304)，并且基于所述NMR测量值来推断钻井液的一个或多个特性(I 306)。
[0062]如图12的方法1300所示，代替或除了 1302-1306，可执行1308-1312，其中匪R系统可包括一个或多个另外的表面NMR微线圈，其中所述一个或多个另外的表面NMR微线圈中的每一个具有中心轴线并且设置成围绕旁通流管线周向地设置，并且表面NMR微线圈中心轴线基本上垂直于旁通流管线纵向轴线、基本上平行于旁通流管线纵向轴线或以基本上垂直于旁通流管线纵向轴线与基本上平行于旁通流管线纵向轴线之间的某一角度定向(1308)。使用一个或多个另外的匪R微线圈获得关于旁通流管线内部区域内的流体的匪R测量值(1310)，并且基于所述NMR测量值来推断钻井液的一个或多个特性(1312)。
[0063]如将理解的，上文所述的并且与在井下NMR测量中使用NMR微线圈相关的各种技术被提供为示例性实施方案。因此，应理解，本公开不应被解释为仅受限于上文提供的实例。此外，应理解，本文所公开的NMR测量技术可以任何合适的方式实现，包括硬件(适当配置的电路)、软件(例如，通过包括存储在一个或多个有形计算机可读介质上的可执行代码的计算机程序)或通过使用硬件元件和软件元件两者的组合。此外，应理解，可通过井下处理器(例如，作为NMR测井工具的一部分的处理器)来对使用本发明描述的技术获取的NMR测量值进行处理，并且通过任何合适的遥测技术将结果发送到地表。另外，在其他实施方案中，可通过遥测技术将NMR测量值传输到井口，并且可在井口的地表计算机(例如，图1中控制系统152的一部分)上执行此类测量值的反演。
[0064]虽然已经通过举例的方式示出上文所述的具体实施方案，但是在得益于前面的叙述和相关附图中给出的教义的情况下，本领域的技术人员将会想到许多修改和其他实施方案。因此，应理解，各种修改和实施方案旨在被包括在随附权利要求书的范围内。
【主权项】
1.一种设备，其包括: 具有纵向轴线的井下测井工具，所述井下测井工具包括匪R测量系统，所述匪R测量系统包括设置在所述井下测井工具的外表面上或其附近的一个或多个表面NMR微线圈。2.如权利要求1所述的设备，其中所述一个或多个表面NMR微线圈各自具有中心轴线并且围绕所述井下测井工具的所述外表面周向地设置，并且对于任一特定表面NMR微线圈而言，所述表面NMR微线圈中心轴线基本上垂直于所述井下测井工具纵向轴线、基本上平行于所述井下测井工具纵向轴线或以基本上垂直于所述井下测井工具纵向轴线与基本上平行于所述井下测井工具纵向轴线之间的某一角度定向。3.如权利要求1所述的设备，其中所述NMR测量系统还包括: 具有纵向轴线的中心流管线，所述中心流管线与钻杆内部区域中的钻井液处于流体连通；以及 一个或多个另外的表面NMR微线圈，其中所述一个或多个另外的表面NMR微线圈中的每一个设置在所述中心流管线的表面附近。4.如权利要求3所述的设备，其中所述一个或多个另外的表面NMR微线圈中的每一个具有中心轴线并且围绕所述中心流管线周向地设置，并且对于任一特定表面NMR微线圈而言，所述表面NMR微线圈中心轴线基本上垂直于所述中心流管线纵向轴线、基本上平行于所述中心流管线纵向轴线或以基本上垂直于所述中心流管线纵向轴线与基本上平行于所述中心流管线纵向轴线之间的某一角度定向。5.如权利要求1所述的设备，其中所述NMR测量系统还包括: 具有纵向轴线的中心流管线，所述中心流管线与钻杆内部区域中的钻井液处于流体连通；以及 具有中心轴线的流管线NMR微线圈，其中所述流管线NMR微线圈周向地包封所述中心流管线并且所述流管线NMR微线圈中心轴线基本上平行于所述中心流管线纵向轴线。6.如权利要求1所述的设备，其中所述NMR测量系统还包括: 具有纵向轴线的旁通流管线，所述旁通流管线与所述井筒环空中的流体处于流体连通；以及 具有中心轴线的旁通流管线WR微线圈，其中所述旁通流管线WR微线圈周向地包封所述旁通流管线并且所述旁通流管线中心轴线基本上平行于所述旁通流管线纵向轴线。7.如权利要求1所述的设备，其中所述NMR测量系统还包括: 具有纵向轴线的旁通流管线，所述旁通流管线与所述井筒环空中的流体处于流体连通；以及 一个或多个另外的表面NMR微线圈，其中所述一个或多个另外的表面NMR微线圈中的每一个具有中心轴线并且围绕所述旁通流管线周向地设置，并且所述表面NMR微线圈中心轴线基本上垂直于所述旁通流管线纵向轴线、基本上平行于所述旁通流管线纵向轴线或以基本上垂直于所述旁通流管线纵向轴线与基本上平行于所述旁通流管线纵向轴线之间的某一角度定向。8.如权利要求1所述的设备，其中所述NMR测量系统还包括: 具有纵向轴线的旁通流管线，所述旁通流管线与钻杆内部区域中的钻井液处于流体连通；以及 具有中心轴线的旁通流管线WR微线圈，其中所述旁通流管线WR微线圈周向地包封所述旁通流管线并且所述旁通流管线中心轴线基本上平行于所述旁通流管线纵向轴线。9.如权利要求1所述的设备，其中所述NMR测量系统还包括: 具有纵向轴线的旁通流管线，所述旁通流管线与钻杆内部区域中的钻井液处于流体连通；以及 一个或多个另外的表面NMR微线圈，其中所述一个或多个另外的表面NMR微线圈中的每一个具有中心轴线并且围绕所述旁通流管线周向地设置，其中所述表面NMR微线圈中心轴线基本上垂直于所述旁通流管线纵向轴线、基本上平行于所述旁通流管线纵向轴线或以基本上垂直于所述旁通流管线纵向轴线与基本上平行于所述旁通流管线纵向轴线之间的某一角度定向。10.如权利要求1所述的设备，其中所述NMR测量系统还包括: 具有纵向轴线的旁通流管线，所述旁通流管线选择性地与所述井筒环空中的流体处于流体连通或选择性地与钻杆内部区域中的钻井液处于流体连通;以及 具有中心轴线的旁通流管线WR微线圈，其中所述旁通流管线WR微线圈周向地包封所述旁通流管线并且所述旁通流管线中心轴线基本上平行于所述旁通流管线纵向轴线。11.如权利要求1所述的设备，其中所述NMR测量系统还包括: 具有纵向轴线的旁通流管线，所述旁通流管线选择性地与所述井筒环空中的流体处于流体连通或选择性地与钻杆内部区域中的钻井液处于流体连通;以及 一个或多个另外的表面NMR微线圈，其中所述一个或多个另外的表面NMR微线圈中的每一个具有中心轴线并且围绕所述旁通流管线周向地设置，其中所述表面NMR微线圈中心轴线基本上垂直于所述旁通流管线纵向轴线、基本上平行于所述旁通流管线纵向轴线或以基本上垂直于所述旁通流管线纵向轴线与基本上平行于所述旁通流管线纵向轴线之间的某一角度定向。12.如权利要求1所述的设备，其中所述井下测井工具包括随钻测井工具。13.一种方法，其包括: 提供具有纵向轴线的井下测井工具，所述井下测井工具包括匪R测量系统，所述匪R测量系统包括设置在所述井下测井工具的外表面上或其附近的一个或多个表面NMR微线圈； 将所述井下测井工具设置在其中具有流体的井筒中； 获得邻近所述一个或多个表面NMR微线圈的流体的NMR测量值；以及 基于所述NMR测量值来推断所述邻近流体的特性。14.如权利要求13所述的方法，其中: 所述一个或多个表面NMR微线圈各自具有中心轴线并且所述井下测井工具的所述外表面周向地设置，其中对于任一特定表面NMR微线圈而言，所述表面NMR微线圈中心轴线基本上垂直于所述LWD工具纵向轴线、基本上平行于所述井下测井工具的所述纵向轴线或以基本上垂直于所述井下测井工具的所述纵向轴线与基本上平行于所述井下测井工具的所述纵向轴线之间的某一角度定向。15.如权利要求13所述的方法，其中所述推断所述邻近流体的特性包括在井下压力和温度下并且以可重复的方式提供与SARA分析类似的信息。16.如权利要求13所述的方法，其中所述NMR测量系统还包括: 具有纵向轴线的中心流管线，所述中心流管线与钻杆内部区域中的钻井液处于流体连通；以及一个或多个另外的表面匪R微线圈，其中所述一个或多个另外的表面匪R微线圈中的每一个具有中心轴线并且围绕所述中心流管线周向地设置，并且所述表面NMR微线圈中心轴线基本上垂直于所述中心流管线纵向轴线、基本上平行于所述中心流管线纵向轴线或以基本上垂直于所述中心流管线纵向轴线与基本上平行于所述中心流管线纵向轴线之间的某一角度定向；所述方法还包括: 使用所述一个或多个另外的表面NMR微线圈获得关于所述中心流管线内部区域内的流体的NMR测量值；以及 基于所述NMR测量值来推断所述钻井液的特性。17.如权利要求13所述的方法，其中所述NMR测量系统还包括: 具有纵向轴线的中心流管线，所述中心流管线与钻杆内部区域中的钻井液处于流体连通；以及具有中心轴线的流管线匪R微线圈，其中所述流管线NMR微线圈周向地包封所述中心流管线并且所述流管线NMR微线圈中心轴线基本上平行于所述中心流管线纵向轴线;所述方法还包括: 使用所述流管线NMR微线圈获得关于所述中心流管线内部区域内的流体的匪R测量值；以及 基于所述NMR测量值来推断所述钻井液的特性。18.如权利要求13所述的方法，其中所述NMR测量系统还包括: 具有纵向轴线的旁通流管线，所述旁通流管线与所述井筒环空中的流体处于流体连通；以及具有中心轴线的旁通流管线匪R微线圈，其中所述旁通流管线WR微线圈周向地包封所述旁通流管线并且所述旁通流管线中心轴线基本上平行于所述旁通流管线纵向轴线；所述方法还包括: 使用所述旁通流管线匪R微线圈获得关于所述旁通流管线内部区域内的流体的匪R测量值；以及 基于所述NMR测量值来推断所述井筒环空中的所述流体的特性。19.如权利要求13所述的方法，其中所述NMR测量系统还包括: 具有纵向轴线的旁通流管线，所述旁通流管线与所述井筒环空中的流体处于流体连通；以及一个或多个另外的表面匪R微线圈，其中所述一个或多个另外的表面匪R微线圈中的每一个具有中心轴线并且围绕所述旁通流管线周向地设置，并且所述表面NMR微线圈中心轴线基本上垂直于所述旁通流管线纵向轴线、基本上平行于所述旁通流管线纵向轴线或以基本上垂直于所述旁通流管线纵向轴线与基本上平行于所述旁通流管线纵向轴线之间的某一角度定向；所述方法还包括: 使用所述一个或多个另外的表面NMR微线圈获得关于所述旁通流管线内部区域内的流体的NMR测量值；以及 基于所述NMR测量值来推断所述井筒环空中的所述流体的特性。20.如权利要求13所述的方法，其中所述NMR测量系统还包括: 具有纵向轴线的旁通流管线，所述旁通流管线与钻杆内部区域中的钻井液处于流体连通；以及具有中心轴线的旁通流管线匪R微线圈，其中所述旁通流管线WR微线圈周向地包封所述旁通流管线并且所述旁通流管线中心轴线基本上平行于所述旁通流管线纵向轴线；所述方法还包括: 使用所述旁通流管线匪R微线圈获得关于所述旁通流管线内部区域内的流体的匪R测量值；以及 基于所述NMR测量值来推断所述钻井液的特性。21.如权利要求13所述的方法，其中所述NMR测量系统还包括: 具有纵向轴线的旁通流管线，所述旁通流管线与钻杆内部区域中的钻井液处于流体连通；以及一个或多个另外的表面匪R微线圈，其中所述一个或多个另外的表面匪R微线圈中的每一个具有中心轴线并且围绕所述旁通流管线周向地设置，并且所述表面NMR微线圈中心轴线基本上垂直于所述旁通流管线纵向轴线、基本上平行于所述旁通流管线纵向轴线或以基本上垂直于所述旁通流管线纵向轴线与基本上平行于所述旁通流管线纵向轴线之间的某一角度定向；所述方法还包括: 使用所述一个或多个另外的表面NMR微线圈获得关于所述旁通流管线内部区域内的流体的NMR测量值；以及 基于所述NMR测量值来推断所述钻井液的特性。22.如权利要求13所述的方法，其中所述NMR测量系统还包括: 具有纵向轴线的旁通流管线，所述旁通流管线选择性地与所述井筒环空中的流体处于流体连通或选择性地与钻杆内部区域中的钻井液处于流体连通；以及具有中心轴线的旁通流管线NMR微线圈，其中所述旁通流管线NMR微线圈周向地包封所述旁通流管线并且所述旁通流管线中心轴线基本上平行于所述旁通流管线纵向轴线;所述方法还包括: 使用所述旁通流管线匪R微线圈获得关于所述旁通流管线内部区域内的流体的匪R测量值；以及 基于所述NMR测量值来推断所述旁通流管线内部区域中的所述流体的特性。23.如权利要求13所述的方法，其中所述NMR测量系统还包括: 具有纵向轴线的旁通流管线，所述旁通流管线选择性地与所述井筒环空中的流体处于流体连通或选择性地与钻杆内部区域中的钻井液处于流体连通；以及一个或多个另外的表面NMR微线圈，其中所述一个或多个另外的表面NMR微线圈中的每一个具有中心轴线并且围绕所述旁通流管线周向地设置，并且所述表面匪R微线圈中心轴线基本上垂直于所述旁通流管线纵向轴线、基本上平行于所述旁通流管线纵向轴线或以基本上垂直于所述旁通流管线纵向轴线与基本上平行于所述旁通流管线纵向轴线之间的某一角度定向；所述方法还包括: 使用所述一个或多个另外的表面NMR微线圈获得关于所述旁通流管线内部区域内的流体的NMR测量值；以及 基于所述NMR测量值来推断所述旁通流管线内部区域中的所述流体的特性。24.如权利要求13所述的方法，其中所述井下测井工具包括随钻测井(LWD)测井工具。25.一种用于基本上如本文所述那样在井下进行NMR测量的设备。
【文档编号】G01R33/44GK105940185SQ201480074161
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2014年12月8日
【发明人】T.A.J.霍珀, Y-Q.宋
【申请人】普拉德研究及开发股份有限公司