带有可编程序的脉冲序列发生器的井下核磁共振测井仪的制作方法

专利名称：带有可编程序的脉冲序列发生器的井下核磁共振测井仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种包括一个可编程的脉冲序列发生器的井下测井仪。
核磁共振(NMR)测量方法一般用来研究样品的性质。例如，可使用NMR用绳索起下之钻具或随钻井下测井仪(LWD)来测量地下地层的性质。按照这种方法，典型的井下NMR测井仪，例如，可以通过确定存在于地层构造流体中的总的氢含量来提供某一特定地层的与岩性无关的孔隙率的测量结果。同样重要的是，NMR测井仪还可以提供表明流体的动力学性质和环境的测量结果，因为这些因素可能与那些重要的岩石物理参数有关。例如，NMR的测量结果可提供用来导出地层构造渗透率和该地层构造的孔隙空间中所含的流体的粘滞性的信息。要用其它那些传统的测井装置来导出这种信息可能是困难的或者是不可能的。这样，与那些其它类型的井下测井仪相比，能够完成这些测量的NMR测井仪的能力就使得它特别吸引人。
典型的NMR测井仪包括一个用来极化地层构造中的氢核(质子)的磁体和一个发射器线圈或天线，其接收来自该测井仪的脉冲发生器的射频(RF)脉冲，并且响应该脉冲，向地层构造发射RF脉冲。接收器天线可以测量极化了的氢对所发射的脉冲的响应(用称之为“自旋回波信号”的所接收到的RF信号来表示)。通常该发射器和接收器天线组合成一个单一的发射器/接收器天线。
有发明的NMR测井仪所采用的NMR技术，通常使用一种包括延迟一个极化时间以及随后使用采集序列脉冲的这两个基本步骤的程序的某些变型。在极化时间(或叫作“等待时间”)期间，地层构造中的质子按照由一个(NMR测井仪的)永磁体建立的静磁场(叫作B0)方向极化。
一个NMR脉冲序列的例子是

图1中所示的CPMG(Carr-Purcell-Meiboom-Gill)序列15。通过施加该序列15，可以得到自旋驰豫时间(例如，时间T2)的分布，并且该分布可以用来确定和以图形方式描绘出某一地层构造的特性。使用GPMG序列15来测量该T2时间的方法包括下述步骤。在第一步中，该NMR测井仪以合适的时间间隔产生一个脉冲RF场(称之为B1场)从而施加一个90°激励脉冲14a以使得初始时沿该B0磁场排列的氢核自旋发生转动。尽管没有详细说明，每个脉冲实际上是一个RF载波信号的包络面或者脉冲群。当这些自旋绕B1场向远离B0磁场的方向旋转时，这些自旋立即开始绕B0磁场进动。在脉冲14a结束时，这些自旋转动90°进入与该B0磁场垂直的平面。这些自旋在该平面内继续旋进，开始时是同步的，随后逐渐地失去同步性。
对于步骤二，以激励脉冲14a之后的一个固定时刻TCP，该NMR测井仪产生一个(比激励脉冲14a)更长持续时间的B1场，以施加一个NMR再聚焦脉冲14b，从而使自旋进动180°角，同时载波相位相移±90°。该NMR脉冲14b使得这些自旋再恢复同步，并且产生一个伴生的自旋回波信号16(见图2)，它的峰值在2TCP，比翻转脉冲14a落后90°。步骤二可以在间隔2TCP中重复“k”次(其中“k”是回波的个数并且作为举例，可以假定为从几直到几千中的任何一个值)。对于步骤三，完成自旋回波序列后，需要一个等待的期间(通常称之为等待时间)，从而在开始接下来的用来采集另一组自旋回波信号的CPMG序列15之前使得这些自旋恢复到沿B0磁场的平衡。利用每组自旋回波信号16的振幅衰减可以导出时间T2的分布。
尽管希望改变测量序列的特征来尽可能地完善对某一特定地层构造的测量，但是，传统的NMR测井仪是专门设计用来执行某一个预定的NMR测量序列的。这样，对于改变序列，传统的测井仪只能提供有限的灵活性，因为这些可能已经编程在测井仪中的参数能够影响序列的总时间不允许改变序列的特定部分的灵活性。例如，传统的NMR测井仪可以用上面所述的翻转脉冲14a与第一个再聚焦脉冲14b之间的时间TCP编程。然而，该值也设定了连续的再聚焦脉冲14b之间的时间(2TCP)。这样，尽管除了2TCP之外再聚焦脉冲14b之间的其它时间可以更适合于更完善地控制测井仪，但该测井仪不具有改变这一时间的灵活性。
因而，还需要解决上面所述的一个或多个问题的处理方法。
在本发明的一个方面中，一个NMR测量装置包括至少一个天线和一个脉冲序列发生器。该脉冲序列发生器与所说的至少一个天线耦合并且用来接收表明NMR测量序列的状态的状态标码。该脉冲序列发生器采用所说的天线在井下某一地层构造中根据所说的状态标码执行NMR测量序列。
通过以下的说明书、附图和权利要求，本发明的其它方面以及本发明的优点会变得更加清楚。
图1是根据现有技术的一个NMR测量序列的示意图。
图2是响应图1所示的NMR测量序列产生的自旋回波信号的示意图。
图3是采用根据本发明的一个实施例构成的一个可编程NMR测井仪系统的结构示意图。
图4是根据本发明的一个实施例的NMR测量序列的典型部分的示意图。
图5是根据本发明的一个实施例的NMR测量序列的状态的状态示意图。
图6是根据本发明的一个实施例的状态标码的示意图。
图7是根据本发明的一个实施例的可以用来编程图3中的测井仪的图解式用户界面的示意图。
图8是向根据本发明的实施例的NMR测井仪传输之前的状态标码包的示意图。
图8A是图6中的状态标码包的示意图。
图9是根据本发明的实施例的测井仪的电路系统的结构示意图。
图10是根据本发明的实施例的图9中的测井仪的一个脉冲序列发生器的结构示意图。
图11是根据本发明的实施例的图10中的脉冲序列发生器的存储器中的数据排布的示意图。
图11A是用于移动循环的未折迭的状态标码的示意图。
图12是说明射频(RF)信号的衰减的波形图，该衰减可以用来自动调频根据本发明的实施例的脉冲序列发生器的天线的共振频率。
图13是图12中的信号的频谱分布。
图14是根据本发明的实施例的测井仪的一个传感器的结构示意图。
图15是根据本发明的实施例的图14所示的传感器的部分结构的示意图。
图16是根据本发明的实施例的图14所示的传感器的俯视图。
图17是根据本发明的实施例的该传感器的铁磁材料的磁导率的标绘图。
图18是说明发射脉冲的频率与静磁场之间相对于研究深度的关系的标绘图。
参照图3，根据本发明的一个实施例的NMR测量系统48包括一个核磁共振(NMR)随绳索起降的测井仪50，其可以用一个具有宽范围的NMR测量序列编程。具体地，用该测井仪50来接收测井序列数据52，数据52定义一个由该测井仪50执行的特定的NMR测量序列。该数据52又包括一些状态标码，每一个表明在该序列的一个伴生的时间块、或时间间隔期间该NMR测量序列的状态。因而，由于这种设置，如后面所描述的，该测井仪50能根据该状态标码产生所说的NMR测量序列。在一些实施例中，如后面所描述的，该状态标码能够由(例如，位于井口地面的)计算机60产生通过电缆109向该测井仪50传递所得到的数据52。该计算机60也可以通过该电缆109接收来自测井仪50的磁共振(MR)数据55。除了上面所述的电缆技术外该数据52可以通过其它技术输入给该测井仪50(例如，在该测井仪50放入井下之前通过串引链接输入)。
每个状态标码伴生着该NMR测量序列的一个特定的时间间隔，并且表明在该时间间隔内控制该测井仪50的各种信号的逻辑电平。作为几个例子，例如，一个特定的状态标码可以表明一个数字信号的状态，该信号确定所发射的射频(RF)脉冲的载波信号的频率，以及同一个状态标码可以表明另一个数字信号的状态，这另一个信号表明该载波信号的相位。对于另一个例子，如后面所描述的，一个特定的状态标码可以表明电压的逻辑电平，用这些电压操作该测井仪50的开关从而产生所说的NMR测量序列。在一些实施例中，每个状态标码也可以表明该伴生的时间间隔的持续时间。
该测井仪50可以存储用于若干NMR测量的状态标码。在这种情况下，可以在该测井仪50放入井下之前选取所采用的这些序列。进而，由于该测井仪50能够存储用于多个NMR测量序列的状态标码，该测井仪50可以使用不同的序列下井。例如，将在下面做进一步描述的，为实现确立不同的共振壳层406(如图16所示)的目的，该测井仪50可以采用具有不同RF频率的序列来研究该地层构造的不同区域。
该测井仪50包括与该测井仪50的NMR传感器57电耦合的电路系统53。如以下所述，该电路系统53接收来自电缆109的数据52并且与传感器57交相感应来执行所给出的NMR测量序列，以及(通过电缆109)向计算机60传递该MR数据55。
参照图4，作为一个例子，一个NMR测量序列的典型部分70可以跨越由连续的时间间隔t0、t1、t2、t3、t4和t5形成的一个期间。这些时间间隔中的每一个依次地伴生着一个状态标码。例如，在t1间隔期间，该相应的状态标码可以表明信号的逻辑状态，以实施一个RF脉冲72的发射(例如，一个翻转脉冲或一个再聚焦的脉冲)。进而，在时间间隔t0中，与时间间隔t0伴生的该状态标码能表明确定RF脉冲72的RF载波信号的相位和频率的信号状态。作为另一个例子，在时间间隔t1中，与时间间隔t1伴生的该状态标码能表明一个开关信号状态，其使得在发射该RF脉冲72期间缩短对测井仪50的RF接收器的输入。
类似地，其它状态标码可以表明相应的信号状态，使得在图4所示的该NMR测量序列的典型部分70持续期间内产生其它RF脉冲(例如RF脉冲74和76)。作为另一个例子，对于RF脉冲72是一个再聚焦的脉冲的情况下，与时间间隔t2伴生的该状态标码可以表明一个信号状态，它使得在时间间隔t2的持续期间内当接收到一个自旋回波信号时该(用来发射RF脉冲72的)发射天线与(该测井仪50的)接收器电路系统隔离。如上面所说的，除了表明信号状态外，在一些实施例中，每个状态标码表明它自身的持续时间。因而，例如，与时间间隔t2伴生的该状态标码确定了该时间间隔t2的持续时间。
参照图5，从而，每个状态标码伴生有一个该NMR测量序列的通常状态(在以后的描述中用“STATE”代表)。例如，在发射一个再聚焦脉冲的期间出现一个STATE并且在接下来的时间间隔中当接收到一个自旋回波信号时出现另一个STATE。在这种情况下，参照说明该NMR测量序列的一个典型状态的状态图5，在NMR测量序列的STATE1中，该伴生的状态标码使得电路系统53中的各个信号在STATE1期间发生作用/不发生作用，从而控制该测井仪50的输出和可能确定在即将来临的该NMR测量序列的STATE中采用的参数(例如载波相位和频率)。与STATE1伴生的时间间隔过去之后，该NMR测量序列进入到STATE2，由另一个状态标码描述的一个STATE。在这种情况下，与STATE2伴生的该状态标码使得电路系统53中的各种信号发生作用/不发生作用。
如图5中所描绘的，该NMR测量序列可以在STATE1和STATE2之间循环N次。为实现这一点，在一些实施例中，与STATE1伴生的状态标码表明该循环的开始，并且与STATE2伴生的状态标码表明该循环的结束。无论是描述STATE1的状态标码还是描述STATE2的状态标码都可以表明该循环重复的次数(例如，N)。N次循环之后，该NMR测量序列进入到STATE3，由另一个状态标码控制的状态。如图5所示，作为另一个例子，也可以创建包括STATE1、STATE2和STATE3的(M次的)其它循环。
因而，可以采用这些状态标码来控制NMR测量序列的状态。总而言之，每个状态标码可以表明伴生的部分或全部特性。首先，每个状态标码表明用来确定NMR测量序列的伴生的或未来的状态的各种信号的状态。该状态标码也可以表明该伴生的NMR测量序列的状态的持续时间。该状态标码还可以表明当前的状态经过后的下一个NMR测量序列状态的参数(例如，载波频率或载波相位)。考虑到循环，该状态标码可以表明一个循环的开始或一个循环的结束，并且该状态标码可以表明一个循环重复的次数。
图6描绘了四个典型的状态标码90，92，94和96，其中每一个伴生着一个NMR测量序列的不同的状态(称之为STATE1，STATE2，STATE3和STATE4但不需要与图5中所示的状态有关)。在这种情况下，(与STATE1伴生的)该状态标码90表明测井仪50的一个或多个信号的输出状态(用“11111110b”表示，其中后缀“b”代表二进制单位)。该状态标码90也表明STATE1的500微秒(μs)的持续时间，但是不表明任何循环的开始或结束。因而，在500μs的末端，该NMR测量序列进入STATE2，一个由状态标码92描述的状态。该状态标码92表明测井仪50的一个或多个信号的输出状态并且还表明STATE2的200微秒(μs)的持续时间。该状态标码92进一步表明一个重复三次的循环的开始(在图6中用“{”表示)。在200μs的末端，该NMR测量序列进入STATE3，一个伴生有状态标码94的状态，并且在STATE3中保持所表明的持续时间(450μs)。该状态标码94表明以STATE2开始的循环的结束。因而，450μs的持续时间之后，该NMR测量序列返回到STATE2来重新开始该循环。该循环重复三次以后，该NMR测量序列返回到伴生有状态标码96的STATE4并且在STATE4持续100□s。尽管在上面的例子中描述了一个循环，该状态标码可以表明多个循环，并且该状态标码可以表明嵌套循环。
参照图7，在一些实施例中，用计算机60执行程序62(如图3所示)时，使得该计算机60(在计算机60的显示屏上)形成一个图解式用户界面(GUI)97，其允许直观地创建和编辑该NMR测量序列的状态。在这种情况下，该GUI97显示有多个列(例如，图7中所示的列1-11)，其中每一个伴生有该NMR测量序列的一个状态。如图7中所描述的，该GUI 97的顶部行是一个标题栏，为便于使用允许给每一列加以标题。在这种情况下，可以通过用鼠标点击某一特定状态的标题和使用计算机的键盘改变状态的名字来对状态加以标题和重新加以标题。可以以同样的方式改变或输入下面描述的所显示的信号状态和状态持续时间。
标题栏下面的栏显示每个状态的持续时间，并且显示状态的持续时间的栏之间的一栏显示的是嵌入的循环的代码。例如，在列1中，符号“8{”表明一个重复八次的外部循环的开始。作为例子，该外部循环可以限定八个NMR测量。在列5中，符号“1200{”表明一个重复1200次的内部循环的开始。作为一个例子，该内部循环可以限定再聚焦脉冲和延迟从而允许自旋回波探测，并且位于内部循环的外侧的外部循环的一部分可以定义一个翻转脉冲。
该GUI 97的其它栏表明该NMR测量序列的每个状态的逻辑信号状态。例如，一个由“RF”表示的信号，逻辑电平为1时表明一个脉冲的开始，否则逻辑电平为0。作为另外一个例子，一个由“ACQ”表示的信号，逻辑电平为1时表明是一个探测脉冲否则逻辑电平为0。图7中所示的其它信号的一部分将在后面与该测井仪50的电路系统53相联系说明。
参照图8，计算机60可以以下面的方式把这些状态标码作为整体来形成数据52传递给测井仪50。传递给测井仪50的第一个数据块包括标题信息，例如正在传递的状态标码的数目。从与相应的状态的顺序对应的状态标码中形成接下来的数据块。这样，第二个数据块是对应STATE 1的状态标码，第三个数据块是对应STATE 2的状态标码，等等。
图8A显示的是把图6中的状态标码90、92、94和96形成一个整体的例子。如图所示，第一个数据块表明状态的个数是四。接下来的四个块分别表示状态标码90、92、94、96。如图所示，状态标码92表明一个循环的次数为三，与此同时其它状态标码90、94和96表明循环的次数为零。在这种情况下，每根据状态标码92发生一次该状态，相应的循环计数器减1。图8A中还显示了表明接下来的状态的分流条件(在图8中称之为“阶跃”)。如果该循环计数是零，则控制发射进入接下来的连续状态。然而，如果该循环计数不是零，则该相应的分流条件表明接下来的状态。
参照图9，在一些实施例中，电路系统53与计算机60相连接，以根据状态标码执行一个已给出的NMR测量序列。为了实现这一点，一个井下控制器110与电缆109连接，从而与计算机60相连接，以便接收数据52，并且向一个可编程的脉冲序列发生器111提供所得到的状态标码。该脉冲序列发生器111依次执行状态标码来产生控制该NMR测量序列的信号(在信号线113上)。在该NMR测量序列的过程中，如将在下面进一步说明的，脉冲序列发生器111执行下列功能产生信号，这些信号操作一个功率放大器118来产生RF发射脉冲，(通过串引的总线121)与一个共振调频电路112连接来控制一个(用电感表示的)主接收天线132的共振频率，(通过一个ACQ信号)控制数字接收器电路系统114的激励，控制发射电路系统的激励以及产生信号来控制电路系统53的各种开关。
除了该脉冲序列发生器111，电路系统53包括一个频率合成器116，其与该脉冲序列发生器111耦合，根据所执行的状态标码为电路系统53产生时钟信号。例如，频率合成器116根据由一个已执行的状态标码表明的RF频率和相位产生时钟信号。然后脉冲序列发生器111采用这些时钟信号中的一个通过与功率放大器118交相感应来产生一个RF发射脉冲。总线117实现数字接收器114、井下控制器110和脉冲序列发生器111之间的连接。
如下面所述，电路系统53与一个NMR传感器57的多个天线132、134和136耦合。利用主天线132发射RF脉冲和接收自旋回波信号。在一些实施例中，其它天线134和136用来接收自旋回波信号。天线132、134和136沿着传感器57的长度分布，可以采用一种设置来使用单一的NMR测量序列获得具有高分辨能力的T1测量和多个T1测量，将在1999年8月4日递交的，题为“用于执行磁共振测量的方法和装置”，美国专利申请No.09/368,341中进一步说明这种设置。
一个发射脉冲(例如，一个再聚焦脉冲或一个翻转脉冲)的产生可能在下述方式中发生。首先，脉冲序列发生器111执行一个特定的状态标码，该标码(通过一个称之为RF的信号)表明一个将在接下来的NMR测量状态中产生的RF脉冲。在这种情况下，在接下来的NMR测量状态期间，该脉冲序列发生器111采用由频率合成器提供的时钟信号来在该功率放大器118的输出端产生一个RF脉冲。在接下来的状态中，该脉冲序列发生器111执行接下来的状态标码，该状态标码使得该脉冲序列发生器111激活合适的开关来使得功率放大器118的输出端与三个天线之一(天线132、134或者136)耦合并且与余下的两个天线隔离。作为由一个特定的状态标码控制的信号的几个例子，该标码的执行也使得该脉冲序列发生器111作用一个信号来激活开关144，从而使得该接收电路系统的预放大器146的输入终端短路；不作用使开关142无效的信号使得该预放大器146不与该功率放大器118的输出终端耦合；并且不作用该ACQ信号使得该数字接收器114(接收来自预放大器146的输出信号)不发生作用。
为接收一个自旋回波信号，合适的状态标码使得该ACQ信号产生作用来激活该数字接收器114；使得该BS信号不产生作用从而能够接受来自预放大器146的信号；以及使得合适的开关发生作用/不发生作用，从而使主天线132与该预放大器146的输入终端耦合与此同时余下的天线134和136从电路系统53的剩余部分隔离。
如图9中所示，开关180、开关168和开关166通过由执行状态标码所产生的信号控制，有选择地分别将天线132、136和134与功率放大器118的输出终端电耦合。开关182、164和170通过由执行状态标码所产生的信号控制，有选择地分别将天线132、136和134的线圈与大地形成回路。
参照图10和11，在一些实施例中，该脉冲序列发生器111包括一个处理器302(例如，一个数字信号处理器(DSP))，其与该井下控制器110连接来接收状态标码。为实现执行状态标码这一目的，该处理器302移动状态标码之间存在的任一循环、或分支来产生一个用于执行的标码312(参见图11)的线性管线堆栈309。例如，描述STATE1和STATE2的状态标码可以在STATE1和STATE2之间形成一个重复N次的循环。为移动这些分支，该处理器302创建一个2N标码312的堆栈。
每个标码312包括一个字段314，其表明该NMR测量序列的伴生状态的持续时间的。例如，字段314能表明在该伴生状态期间经过的时钟期间的个数。在一些实施例中，每个时钟期间基本上设置成等于1除以拉莫尔(Larmor)频率。每个标码312也包括一个表明不同信号的状态的字段316。例如，字段316的一个特定的位可以表明一个开关信号的逻辑状态。然而，字段316中的位组可以选择性地表明一个数字信号，例如，一个RF频率或相位。
作为一个更具体的例子，图11A表示未折迭的状态标码90、92、94和96(参见图6)来形成八个标码372，它可以由处理器302连续地执行。在这种情况下，第一个标码372直接从标码90中得出，并且表明一个500μs的持续时间。接下来的六个标码372基本上是由标码94(表明一个450μs的持续时间)跟随的标码92(表明一个200μs的持续时间)的三个副本。最后，余下的标码372直接从标码96(表明一个100μs的持续时间)中得出。
现在再回到图10，处理器302以先进先出(FIFO)的方式在一个FIFO存储器304中存储未折迭的状态标码。在一些实施例中，该FIFO存储器304作用一个信号，当该FIFO存储器304变成半空时来改变处理器302使得该处理器302能够在该FIFO存储器304中存储附加的标码。该脉冲序列发生器111的一个输出锁存器306接收来自字段316的二进制数，并且该脉冲序列发生器111的计数器308接收来自字段314的二进制数。在一些实施例中，计数器308、FIFO存储器304的输出以及锁存器306都由一个时钟信号(称之为CLKL)以拉莫尔(Iarmor)频率计时。在一些实施例中，计数器308是一个衰减计数器，当它的计数为零时向处理器302作用信号。根据该信号，处理器302使得锁存器306和计数器308从该FIFO存储器304中装入新数据。在这种情况下，对于每个状态标码，该输出锁存器306提供表明字段316的信号，用于由字段314表明的拉莫尔(Larmor)时钟信号的数目。这些信号中的一部分(通过导线305)传递给脉冲发生器300，并且信号的一部分传递给控制上面所述的各种电路的导线303。该脉冲发生器300产生信号来控制功率放大器118。以高于拉莫尔(Larmor)频率的频率(通过一个高频CLKP)对FIFO304的输入和处理器302计时。该频率的差值允许处理器302有更多的处理时间来处理这些状态标码，并且从而提高这些状态标码的连续执行。
返回到图9，电路系统53的其它特性当中，利用共振调频回路126来调频主天线132。在这种情况下，回路126包括电容128(通过一系列的耦合开关130)有选择地与主天线132并联耦合。另一个电容160永久地与主天线132并联耦合来确定天线132的基础共振频率。由于这种设置，井下控制器110可以有选择地激活开关128来调整主天线132的共振频率。为实现这一点，在一些实施例中，共振调频回路126包括一个控制电路120，其与一系列的总线121耦合。在这种情况下，控制电路120用来作为一个总线接口允许通过井下控制器110有选择地激活开关130。
在一些实施例中，井下控制器110在每个NMR测量序列之后自动地调频天线132的共振频率。在这种情况下，在序列的结束端，井下控制器110使得脉冲序列发生器111产生一个如图12所示的标准脉冲349。井下控制器110打开开关144(参见图9)和关闭开关142来研究脉冲349之后穿过天线132的电压衰减350。该井下控制器110执行电压衰减350的快速傅利叶变换(FFT)来得到一个衰减350的频谱图，如图13所示，是提供天线132的共振频率352的图。然后井下控制器110确定得到的共振频率与拉莫尔(Larmor)频率之间的差值并且通过激活共振调频回路126的合适的开关128进行相应的矫正。在这种情况下，在一些实施例中，每个NMR测量序列之后，井下控制器110重复上面所述的校准从而保持将天线132调频到与拉莫尔(Larmor)频率接近的频率。
参见图3和14，该NMR传感器57包括一个柱状永磁体410来获得一个用来执行NMR测量序列的静磁场B0。磁体410的磁场在横穿磁体410的直径方向极化。传感器57还包括一个铁氧体材料405(即铁磁性材料)，其附着于永磁体410上，并且相对于磁体410的纵轴部分与之外切。天线134和136位于接近铁氧体材料405的对立端，并且由相应的在铁氧体材料405周围缠绕的线圈形成使得天线134和136的磁矩与磁体410的纵轴平行。与天线134和136不同，天线132是由一个线圈形成的，该线圈的磁矩与永磁体410的纵轴相切。为实现这一点，如图15所示，形成天线132的线圈绕铁氧体材料405的切面401伸展。在这种情况下，铁氧体材料405可以由叠加的断面401形成。
铁氧体材料405既有助于由永磁体410产生的静磁场，也有助于天线132、134和136的RF信号的产生/接收。在这种情况下，铁氧体材料405变成沿半径极化，如图16所示，从而沿径向有效地扩展静磁场。如图17所示，静磁场也在饱和状态和真空磁导率之间提高了铁氧体材料的磁导率，从而有助于自旋回波信号的接收和RF脉冲的发射。
传统测井仪的RF天线线圈可能外切该永磁体。然而，与传统的测井仪不同，天线132、134和136在铁氧体材料405的周围形成。由于这种设置，在一些实施例中，金属的柱状套管410(参见图16)把永磁体405封闭起来，当线圈外切永磁体405时这种设置是不可能的。套管410保护和提供结构支承防止测井仪50返回到井上时损伤永磁体405。
使用NMR测量研究的地层构造区域由以下条件决定|ω-γB0|＜B1其中ω是RF脉冲的中心频率，γ是旋磁比率，对于氢核它是(2π)(4258)弧度/秒/高斯；B0是静磁场的磁场强度；并且B1是与静磁场垂直的RF磁场的磁场强度分量。这些磁场的磁场强度随位置而定。满足共振条件的区域呈现一个薄壳形状。该共振壳的厚度是1mm量级的。从井下测井仪到共振壳的距离由RF脉冲的频率控制，如在1971年8月3日公开的，题为“核磁测井”的，美国专利No.3,597,681中提到的。图18显示静磁场的磁场强度是一个相对于井下测井仪的距离递减的函数。因而，减小该RF脉冲的频率使得该测井仪能研究地层的更深层。该可编程脉冲序列发生器111的功能之一是设定频率合成器116来产生一个对应于预定的地层深度的特定频率。该脉冲序列发生器111能快速改变合成器116的频率，从而改变勘探的深度。
尽管业已参照有限数量的实施例公开了本发明，但是本领域普通技术人员应当理解，在本发明的教导下可以作出众多的改进及其变型。希望通过所附的权利要求书来覆盖所有这些改进和变型，使得这些改进和变型都属于本发明的构思和范围。
权利要求
1.一种使用NMR测量序列的方法，包括产生状态标码，在不同的伴生时间间隔期间每个状态标码表明NMR测量序列的一个状态；和在NMR井下测井仪中存储所说的状态标码。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所说的存储步骤包括在下井仪放入井下之前存储所说的状态标码。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于进一步包括存储用于附加NMR测量序列的附加状态标码。
4.如权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于进一步包括根据所说的状态标码产生所说的NMR测量序列。
5.如权利要求1到4中任意一项所述的方法，其特征在于进一步包括从井的表面接收所说状态标码的表示信号。
6.如权利要求1到5所述的方法，进一步包括采用线圈来执行附加的NMR测量；在两次测量之间，用RF脉冲串向所说的线圈施加脉冲；在所说的RF脉冲串之后监控所说线圈的电压；和根据所监控到的电压，在执行下一个NMR测量之前调频所说的线圈。
7.如权利要求6所述的方法，其中所说的监控步骤包括确定所说所监控的电压的频率组成。
8.如权利要求6至7所述的方法，进一步包括利用所说的频率组成确定所说线圈的共振频率与拉莫尔(Larmor)频率之间的准确的频率差值。
9.一种NMR井下测井仪，包括至少一个线圈；和一个脉冲序列发生器，与所说的至少一个线圈耦合，并且用来接收表明NMR测量序列的状态的状态标码；和采用所说的至少一个线圈根据所说的状态标码在特定的地下地层中执行该NMR测量序列。
10.如权利要求9所述的测井仪，进一步包括一个控制器，其用来通过与所说测井仪分开的另一个计算机连接来接收所说的状态标码。
11.如权利要求9或10所述的测井仪，其特征在于每一个状态标码伴生有所说NMR测量序列的一个不同的时间间隔。
12.如权利要求9或10所述的测井仪，其特征在于所说状态标码彼此独立地表明不同的状态。
13.如权利要求9或10所述的测井仪，其特征在于进一步包括一个存储器，用来存储所说状态标码；一个锁存器，其与所说的存储器耦合和用来从所说状态标码中接收第一个数据的指示，该锁存器使用第一个数据来产生控制信号来校准所说的NMR测量序列；一个计数器，其与所说的存储器耦合，并且用来从所说状态标码中接收第二个数据的指示，该第二个数据表明一个持续时间，以及根据该第二个数据的指示，确定所说锁存器中余下的第一个数据的持续时间。
14.如权利要求13所述的测井仪，其特征在于所说的计数器在接近拉莫尔(Larmor)频率的频率附近计时，并且所说状态标码的指示以独立于拉莫尔(Larmor)频率的另一个频率存储在所说存储器中。
15.如权利要求9所述的测井仪，其特征在于进一步包括一个永磁体；一个铁磁体材料，附着在所说永磁体上；一个电路，其与所说线圈耦合，并且用来使用所说的至少一个线圈和所说的永磁体来执行NMR测量。
16.如权利要求15所述的测井仪，其特征在于所说永磁体包括一个具有一个纵轴的柱状磁体，并且所说铁磁体材料沿所说柱状磁体的纵轴至少部分外切所说永磁体。
17.如权利要求15或16所述的测井仪，其特征在于所说永磁体显著地影响所说铁氧磁体材料的磁导率。
18.如权利要求15或16所述的测井仪，其特征在于所说永磁体形成一个静磁场并且所说铁磁体材料显著地影响该静磁场。
19.如权利要求15所述的测井仪，其特征在于进一步包括一个金属壳，该金属壳至少部分地封闭该永磁体。
20.如权利要求15至19之一所述的测井仪，其特征在于至少一个线圈外切所说的铁磁体材料。
全文摘要
一种NMR井下测井仪包括至少一个天线和一个脉冲序列发生器。该脉冲序列发生器与所说的至少一个天线耦合并且用于接收表明一个NMR测量序列的状态的状态标码。该脉冲序列发生器利用所说的天线根据所说的状态标码在井下的地层构造中执行所说NMR测量序列。
文档编号G01N24/08GK1260497SQ9912738
公开日2000年7月19日 申请日期1999年11月5日 优先权日1998年11月5日
发明者A·K·托费利, A·塞兹基纳, B·乔里安, L·E·德帕维尔 申请人:施卢默格海外有限公司