EA006178B1 - Способ и устройство для изображения подземного потока в пласте - Google Patents

Abstract

Данное изобретение относится к способу и устройству для измерения свойства, относящегося к потоку флюида в земном пласте, в частности для измерения проницаемости пласта и других характеристик флюида. Данное изобретение предлагает способ определения проницаемости содержащего углеводороды земного пласта, при этом способ содержит стадии расположения инструмента в выбранном положении в скважине, проходящей через земной пласт; вызывания потока флюида внутри земного пласта к указанному инструменту; создания по меньшей мере двух магнитно-резонансных изображений указанного флюида во время протекания флюида внутри земного пласта к указанному инструменту, при этом указанные по меньшей мере два изображения создают в различные периоды времени; определения смещения указанного флюида внутри земного пласта между указанными различными периодами времени с использованием по меньшей мере двух магнитно-резонансных изображений; и определения проницаемости земного пласта непосредственно из смещения указанного флюида.

Description

Данное изобретение относится к устройству и способам для определения характеристик земных пластов, окружающих скважину, и, в частности, к устройству и способу для ядерного магнитнорезонансного сбора данных о скважине, дополнительно обеспечивающего получение магнитнорезонансного изображения пластов, окружающих скважину, и определения других характеристик пласта, таких как пористость и проницаемость, а также характеристик флюидов в пласте.

Уровень техники

Главной целью оценки содержащих углеводороды земных пластов является точное определение объемов нефти и воды в пористом пространстве осадочных скальных пород. Использовались измерения, выполняемые с помощью сигналов от инструментов каротажа, для получения оценок этих объемов. Наиболее достоверным измерением продуктивности объемов флюидов является действительная добыча флюидов из пласта; например, с использованием исследования пласта опробователем пласта, спускаемым на бурильных трубах, или посредством использования устройства каротажа, которое выделяет флюиды из пластов.

Однако перед принятием вышеуказанных мер желательно определять природу земного пласта и выполнять оценку общего объема флюидов, присутствующих в пласте, а также возможность их добычи. Петрофизические параметры геологического пласта, которые обычно используются для того, чтобы определить, можно ли добыть из пласта рентабельное количество углеводородов, включают пористость пласта, насыщение углеводородами, объем пласта и его проницаемость. Пористость пласта является отношением объема пор к единице объема пласта; она представляет долю полного объема образца, которая занята порами или пустотами. Насыщенность пласта является долей объема его пор, занимаемых флюидом, представляющим интерес к общему объему пор пласта. Таким образом, насыщенность водой является долей объема пор, которые содержат воду к полному объему пор пласта. Насыщенность водой пласта может изменяться от 100% до небольшой величины, которая выражает относительный объем, который не может быть вытеснен нефтью и которая называется остаточной насыщенностью пласта водой. Для практических целей принимается, что насыщенность пласта нефтью или углеводородами равна единице минус водонасыщенность. Очевидно, что если объем пор пласта полностью заполнен водой, то из такого пласта нельзя добывать газ или нефть и он не представляет интереса. И наоборот, если пласт имеет нулевую остаточную водонасыщенность, то из него можно добывать все углеводороды без воды. Наконец, проницаемость пласта является мерой легкости, с которой флюиды могут протекать через пласт, т.е. мерой его продуктивности.

Традиционные способы определения этих параметров называются из-за использования проводной линии технологиями проводного каротажа или каротажа во время бурения (Ь^Э), которые обычно включают измерения удельного сопротивления, гамма-излучений и плотности нейтронов, что широко известно как «тройная комбинация». В случае измерения с использованием проводной линии, инструмент обычно опускают ниже зоны, представляющей интерес, на бронированном многожильном кабеле и перемещают вверх по скважине с одновременным выполнением измерений. В случае каротажа во время бурения, измерения выполняют во время осуществления бурения, при этом инструменты устанавливают в специальные втулки в буровой колонне. Каждый из этих способов имеет свои преимущества. Способ с использованием проводной линии способен, в целом, обеспечивать более точное измерение, а также данные в более реальном времени. Способ каротажа во время бурения, хотя и является более чувствительным к окружающим условиям, таким как положение инструмента внутри скважины, обеспечивает измерения в относительно новой скважине, обычно перед любым проникновением компонентов буровых растворов в пласт. Тройные комбинированные измерения подвержены воздействию различных условий в скважине. Инструменты для измерения удельного сопротивления реагируют на проводящие флюиды, включая подвижную воду, связанную глиной воду, связанную капиллярами воду и остаточную воду. Хотя было разработано несколько моделей для оценки водонасыщенности пласта, распознавание продуктивных зон внутри земного пласта является сложным, поскольку не существует контраста по проводимости между связанной капиллярами водой и подвижной водой. Кроме того, на измерение удельного сопротивления влияют шероховатость стенок скважины и глинистая корка на стенках скважины. Аналогичным образом, способы, используемые для определения пористости, не отличаются детальностью, поскольку измерения плотности нейтронов реагируют на все компоненты внутри пласта, но при этом являются более чувствительными к материнской породе пласта, а не содержащимся в ней флюидам. Даже после перекрестной коррекции диаграмм, шероховатость стенок скважины, глиняная корка, литология и другие окружающие условия могут отрицательно влиять на это измерение.

Ядерно-магнитный резонансный (ΝΜΚ.) метод каротажа является относительно молодым коммерческим способом, разработанным для определения указанных выше параметров пласта, а также других представляющих интерес параметров, для геологического пласта, и явно имеет потенциальные возможности для того, чтобы стать предпочтительным способом измерения для получения характеристик флюидов пласта. Это является следствием того, по меньшей мере, частично, что в отличие от радиоактивного каротажа пористости с использованием источников радиоактивных изотопов, ядерно-магнитный каротаж безопасен для окружающей среды и менее подвержен влиянию изменений литологии материн- 1 006178 ских пород, чем большинство других инструментов каротажа. Способ ядерно-магнитного каротажа основан на понимании того, что когда совокупность магнитных моментов, каждый из которых имеет определенный угловой момент, подвергается воздействию статического магнитного поля, то они имеют тенденцию к выравниванию под определенным углом к направлению магнитного поля и выполняют прецессию с частотой Лармора вокруг направления магнитного поля. Скорость, с которой устанавливается равновесие после создания статического магнитного поля, характеризуется параметром Т_ь известным как время релаксации спин-кристаллической решетки. Другим параметром, относящимся к ядерномагнитному резонансу и часто используемым, является постоянная Т₂ времени релаксации спин-спин (известное также как время поперечной релаксации), которая является выражением релаксации, обусловленной динамическими неоднородностями на шкале молекулярной длины. Другим параметром измерения, используемым в ядерно-магнитном каротаже скважины, является коэффициент Ό самодиффузии флюидов пласта. Обычно самодиффузия относится к хаотичному движению атомов в газообразном или жидком состоянии, обусловленному их тепловой энергией. Поскольку молекулярное распространение молекул флюидов в порах зависит от геометрии пор, то параметр Ό диффузии является многообещающим в качестве отдельного индикатора проницаемости. Диффузия заставляет атомы перемещаться из первоначальных положений в новые положения. В однородном магнитном поле диффузия не оказывает влияния на скорость затухания эхо-сигнала ядерно-магнитного резонанса. Однако в градиентном магнитном поле атомы, которые диффундируют, требуют других сдвигов по фазе по сравнению с атомами, которые не перемещаются, и тем самым диффузия способствует более высокой скорости релаксации.

Последние достижения в области конструкции инструмента для ядерно-магнитного каротажа и интерпретации результатов позволяют пользователям получать подробную информацию, относящуюся к характеристикам пористости пласта, характеристикам флюидов и оценкам проницаемости. В частности, инструмент МК1Ь®, изготавливаемый и используемый подразделением обслуживания ΝυΜΆΒ фирмы НаШЬийоп Еиегду 8егу1се5, и инструмент СМИ™, изготавливаемый и используемый фирмой 8сЫитЬегдег Оййе1й 8егу1се§, представляют значительное улучшение в области ядерно-магнитного каротажа и способны оба выполнять измерения пористости, проницаемости и характеристик флюидов. В обоих инструментах используются постоянные магниты для обеспечения статического магнитного поля В₀ и радиочастотных импульсов для создания полей В, в качестве части эксперимента Карра, Пурселя, Мейбума и Гилля (СРМО). Используя информацию эхо-сигнала Т, и/или Т₂, можно определять несколько свойств пласта. Насыщенность флюидом (пористость) обычно определяют с помощью интенсивности сигнала. Для определения типа флюида используются Т_ь Т₂ и/или измерения диффузии, и оно обычно основывается на вязкости измеряемого флюида. Показатель общего объема (ВУ1) и показатель свободных флюидов (ΕΕΙ) измеряются на основе Т₂ и эмпирически выведенных формул. Измерение проницаемости пласта также основывается на измерениях Т, и/или Т₂ и одной из нескольких эмпирически выведенных моделей.

Относительно проницаемости используются несколько моделей для оценки проницаемости пласта. Первый способ основан на параметрах Т, и/или Т₂ пористости и оценивается различными обслуживающими нефтяные поля фирмами и нефтеразведочными компаниями в соответствии с приведенными ниже уравнениями 1-3 к~ф⁴Т?(1) к=Сф⁴Т2Мь²(2) к~ф²Т?(3) где к является проницаемостью, ф - пористостью,

С - эмпирически выведенной константой и

Т_2МЪ - логарифмическим средним распределения Т₂.

В еще одной модели проницаемость пласта оценивается на основе информации о связанной воде (часто называемой моделью Коатса) в соответствии с приведенной ниже формулой 4 к~[ф/С)²(ЕЕ1/ВУ1)]² (4) где ΕΕΙ является показателем свободных флюидов, который определяют посредством разбиения общего измеренного ответа ядерно-магнитного резонанса относительно Т_{2си£о££}, которое является величиной Т₂, которая эмпирически соотносится с капиллярными свойствами смачивающего флюида для специальной литологии пласта. Оценку пористости ниже Т_{2си£о££} обычно называют пористостью связанного флюида или остаточным общим объемом (ВУ1). Хотя оценки Т_{2си£о££} выполнялись для различных типов минералов, единственным точным средством определения Т_{2си£о££} является выполнение измерений ядерномагнитного резонанса на пробе керна.

Другая модель оценки проницаемости пласта основывается на ограниченной диффузии и размере пор пласта в соответствии с приведенным ниже уравнением 5 к~ф³/[(1-ф)²г(8/У)²] (5) где 8/У является отношением поверхности пор к объему и τ - извилистостью скальных пород.

- 2 006178

Каждая из указанных выше моделей имеет недостатки при их применении. Например, уравнение 4 (модель Коатса) может не действовать, если в пробе присутствует газ или если оценка Т_2си1о££ содержит непренебрежимую ошибку.

Модель Кармана-Козени, представленная уравнением 5, была выведена для искусственной литологии (стеклянных шариков) и еще не была проверена для широкого спектра литологии месторождений.

Использовались другие технологии для оценки проницаемости пласта. Первичным среди них является использование инструментов для тестирования пласта с целью определения проницаемости пласта. Инструмент для тестирования пласта обычно опускают в скважину и приводят в контакт со стенкой пласта. Зонд вводится за глинистую корку для обеспечения контакта с самим пластом. Затем из пласта извлекают флюид с использованием предварительно заряженного поршня или насосных средств. Этот период погружения обеспечивает вход флюида в инструмент, в котором он может быть направлен в камеры или в конечном итоге может быть выпущен обратно в скважину. После погружения измеряется давление пласта (и обычно температура) после его восстановления обратно до естественного давления пласта. Имеется несколько моделей для оценки проницаемости на основе полученных с помощью инструмента данных о давлении и температуре пласта. Эти модели могут включать слоистую или сферическую конструкцию модели. Использование устройств для тестирования пласта с целью определения проницаемости хорошо известно, и в патентах США №№ 6047239, 5247830 и 4745802 раскрыты примеры выполнения инструментов для тестирования пласта. Как указывалось выше, эти технологии оценки тестирования пласта предполагают использование частных моделей, которые в свою очередь предполагают природу самого пласта. Пласт может иметь тонкие слои вблизи точки тестирования или может иметь крупную, сплошную литологию. Понятно, что модели, выполненные для использования в сплошной литологии, не дадут точного результата в пласте с тонкими слоями, которые имеют каждый разные характеристики пористости и проницаемости.

Инструменты для тестирования пласта обычно не способны измерять анизотропную проницаемость, т.е. вертикальную и горизонтальную проницаемость. Другим недостатком использования инструментов для тестирования пласта является то, что движение инструмента каротажа необходимо останавливать для обеспечения вхождения инструмента для тестирования пласта в контакт с пластом, выполнения погружения и восстановления давления. Для выполнения погружения и восстановления давления может требоваться от нескольких минут до часов. Следует также отметить, что перед операциями каротажа с использованием проводной линии, бурильную колонну необходимо спускать или удалять из скважины для обеспечения каротажа. Это приводит к дополнительным затратам, превышающим затраты на каротаж. Указанные выше инструменты тройного комбинированного каротажа и ядерно-магнитного каротажа используются в операциях непрерывного каротажа, т.е. измерения выполняют по мере продвижения инструмента вверх или вниз по скважине со скоростью, превышающей 3 фута в минуту (0,9 м/мин). В действительности, скорости современного каротажа скважины обычно превышают 30 футов в минуту (9 м/мин). Таким образом, хотя инструменты для тестирования пласта обеспечивают некоторую информацию о проницаемости, они являются дорогими в использовании по сравнению с инструментами ядерно-магнитного каротажа. В то же время инструменты ядерно-магнитного каротажа исходят из определенных предположений относительно проницаемости, которые могут быть неточными в свете действительных условий пласта.

В последнее время предпринимались некоторые попытки комбинирования технологий ядерномагнитного резонанса с инструментами для тестирования пласта. Фирмы НаШЬийои, БсЫитЬсгдсг и Вакег А11а§ ввели технологии, в которых выполняется идентификация флюида на основе флюида, извлеченного из пласта во время одного из тестирований пласта. Примеры этих типов технологии раскрыты в патентах США №№ 6111408 и 6111409. В любом случае эксперимент ядерно-магнитного резонанса выполняется на флюиде, который больше не находится внутри пласта. В результате, он может претерпевать изменения фазы.

Другие способы характеристики пласта включают использование инструментов для получения изображения. Эти инструменты пытаются создать изображение стенки скважины, окружающей инструмент. Имеется ряд различных технологий, которые используются в данной области. Первичными среди них являются способы использования акустической или ультразвуковой информации и микрорезистивности. В инструментах для получения акустического изображения скважины обычно используют ультразвуковой преобразователь для излучения высокочастотной ультразвуковой энергии, которая отражается обратно от скважины. Отраженный сигнал принимается трансивером и обрабатывается для создания изображения. В технологии микрорезистивности размещают небольшие электроды на стороне стенки скважины и в пласт пропускают ток. На основе полученной информации об удельном сопротивлении можно создавать изображение стенки скважины. Обе эти технологии имеют свои недостатки, состоящие в том, что обе требуют большого количества времени для удерживания инструментов стационарно в скважине с целью выполнения измерений. В случае электрической технологии электроды должны быть в контакте со стенкой скважины. Кроме того, обычно используемые бурильные растворы на основе нефти оказывают отрицательное влияние на использование способа микрорезистивности. Понятно, что обе эти техно- 3 006178 логии значительно увеличивают время, необходимое для операций каротажа. Кроме того, они обеспечивают лишь часть информации, которая необходима для характеристики месторождения.

Кроме того, в настоящее время существует постоянная потребность в точном определении проницаемости пласта, при этом проницаемость пласта можно выводить различными путями. В одном способе используется инструмент для тестирования пласта, в котором небольшая часть стенки скважины изолируется от скважины. Создается канал для флюида между пластом и инструментом, и в течение некоторого периода времени флюид втягивается в инструмент. Записывают давление, температуру и объем флюида и эмпирически выводят проницаемость с использованием различных моделей. Проницаемость можно также эмпирически выводить с использованием инструментов ядерно-магнитного резонанса на основе объема флюида и различных моделей.

Таким образом, имеется потребность в средстве для непосредственного определения проницаемости пласта, а также создания изображения пласта, где выполняется измерение. Кроме того, имеется потребность в средстве для определения анизотропной проницаемости, когда вертикальная проницаемость (к,,) отличается от горизонтальной проницаемости (к_н).

Раскрытие изобретения

Данное изобретение направлено на создание средства для измерения характеристик пласта, включая определение пористости, проницаемости пласта, характеристик пласта и получение изображения стенки скважины. Оно относится, в частности, к способу и устройству для измерения свойства, относящегося к потоку флюида в земном пласте, в частности, для непосредственного измерения проницаемости пласта. Данное изобретение предлагает способ определения проницаемости содержащего углеводороды земного пласта, при этом способ содержит стадии (a) размещения инструмента в выбранном месте в скважине, пронизывающей земной пласт;

(b) перераспределения потока флюида внутри земного пласта к указанному инструменту;

(c) создания по меньшей мере двух магнитно-резонансных изображений указанного флюида во время протекания внутри земного пласта к указанному инструменту, при этом указанные по меньшей мере два изображения создаются в разные периоды времени;

(б) определения смещения указанного потока внутри земного пласта между указанными разными периодами времени с использованием по меньшей мере двух магнитно-резонансных изображений и (е) определения проницаемости земного пласта непосредственно из смещения указанного флюида.

Согласно одному варианту выполнения в данном изобретении используют один или более небольших датчиков магнитно-резонансного изображения в соединении с инструментом для тестирования пласта, при этом датчики находятся в стенке скважины или вблизи нее во время процедур тестирования пласта. Таким образом, данное изобретение обеспечивает определение типа флюида внутри пласта при его протекании в направлении зонда с инструментом для тестирования пласта. Это позволяет определять действительную скорость потока реликтовых флюидов внутри пласта на основе смещения атомов водорода внутри пласта. Таким образом, дополнительной целью данного изобретения является обеспечение более точного определения проницаемости, включая анизотропную проницаемость, измеряемую внутри пласта.

Согласно данному изобретению дополнительно создано устройство для использования внутри скважины внутри земного пласта для изображения потока флюида внутри земного пласта, содержащее (a) средство для перераспределения потока флюида внутри земного пласта к устройству;

(b) по меньшей мере один постоянный магнит для создания статического магнитного поля в удаленной зоне в земном пласте, при этом указанный магнит имеет продольную ось и вектор намагниченности;

(c) первую электромагнитную катушку для создания изменяемого магнитного поля в указанной удаленной зоне, при этом указанная катушка имеет вектор намагниченности, параллельный вектору намагниченности указанного постоянного магнита;

(б) вторую электромагнитную катушку для создания изменяемого магнитного поля в указанной удаленной зоне, при этом указанная катушка имеет вектор намагниченности, по существу перпендикулярный вектору намагниченности указанного постоянного магнита;

(е) третью электромагнитную катушку для создания изменяемого магнитного поля в указанной удаленной зоне, при этом указанная катушка имеет вектор намагниченности, лежащий в плоскости, ортогональной указанной продольной оси постоянного магнита, и перпендикулярный вектору намагниченности указанного постоянного магнита;

(ί) радиочастотное передающее устройство для избирательной передачи радиочастотного магнитного поля в указанную удаленную зону, за счет чего возбуждаются ядра в указанной удаленной зоне; и (д) приемник для приема сигналов ядерно-магнитного резонанса от указанных возбужденных ядер с обеспечением, тем самым, информации, относящейся к характеристикам и свойствам пласта, из которой можно выводить петрофизическое свойство указанного пласта и изображение потока флюида внутри указанного пласта.

Устройство согласно данному изобретению способно также создавать трехмерное изображение скважины. В отличие от технологий, согласно уровню техники, в которых используют эксперименты

- 4 006178

СРМО со свободным затуханием индукции (РГО) и/или технологии определения насыщенности, данное изобретение способно использовать градиент импульсного поля (РРО) последовательности импульсов для измерения информации эхо-сигнала отдельной точки для вывода спиновой плотности для огромного числа элементов трехмерного изображения или положений сканирования на стенке скважины и в пласте. Элемент трехмерного изображения («Уохе1») является широко используемым термином для обозначения элемента объемного изображения, который используется в качестве наименьшей части трехмерного пространства или изображения. Эта информация о спиновой плотности используется для создания изображения пласта на глубинах, превышающих глубину вблизи поверхности. В одном варианте выполнения, в устройстве согласно данному изобретению используются последовательности постоянных магнитов и электромагнитов для создания статического магнитного поля и импульсного магнитного поля для выполнения эксперимента РРО. Осуществляется независимое программируемое управление электромагнитами и его можно использовать для управления магнитным полем при каждом из положений элементов трехмерного изображения. Это управление можно использовать для создания трехмерной решетки элементов трехмерного изображения, за счет чего создается трехмерное изображение пласта, окружающего стенку скважины.

В другом альтернативном варианте выполнения, данное изобретение можно использовать в соединении с инструментом для тестирования пласта с целью создания изображения потока пласта, протекающего в инструмент для тестирования, для определения характеристик флюида, включая самодиффузию.

В еще одном альтернативном варианте выполнения, данное изобретение обеспечивает использование существующих структур и конструкций инструмента ядерно-магнитного резонанса, модифицированных для включения электромагнитных катушек в дополнение к постоянным магнитам. В этом варианте выполнения, данное изобретение можно использовать с отдельным инструментом для тестирования пласта, или же может выполняться отдельно с выводом проницаемости из известных моделей. Добавление электромагнитных катушек позволяет выполнять эксперимент РРО для целей получения изображения, а также любые эксперименты СРМО для определения других характеристик пласта, таких как пористость, проницаемость (с использованием существующих моделей), и определения типа флюида.

В еще одном альтернативном варианте выполнения, данное изобретение обеспечивает создание централизованного устройства ядерно-магнитного резонанса, включающего как постоянные магниты, так и электромагниты для создания азимутального изображения стенки скважины. В этом частном варианте выполнения, инструмент не измеряет поток пласта, и можно использовать известные технологии для оценки проницаемости на основе данных ядерно-магнитного резонанса. В то же время, вариант выполнения включает комбинирование постоянных магнитов и независимо управляемых электромагнитов для создания элементов трехмерного изображения в заданном объеме и выполнение необходимых экспериментов для создания трехмерного изображения скважины. Также как указанный выше вариант выполнения, данный вариант выполнения способен использовать существующие технологии СРМО для определения пористости, проницаемости и характеристик флюида.

Таким образом, данное изобретение обеспечивает пользователю возможность точного определения параметров пласта, а также получать трехмерное изображение пласта за стенкой скважины. Эту информацию изображения можно использовать в соединении с другой информацией каротажа для обеспечения пользователю информации, необходимой для принятия решений относительно бурения и добычи из скважин.

Краткое описание чертежей

Для лучшего понимания данного изобретения ниже приводится подробное описание предпочтительного варианта выполнения со ссылками на чертежи, на которых изображено фиг. 1 - система каротажа;

фиг. 2 - инструмент для тестирования пласта, развернутый в стволе скважины;

фиг. ЗА и 3В - инструмент для тестирования пласта, использующий спектроскопические датчики ядерно-магнитного резонанса;

фиг. 4А и 4В - варианты выполнения спектроскопической конфигурации магнитов и антенн ядерномагнитного резонанса, согласно данному изобретению;

фиг. 5 - известное устройство ядерно-магнитного резонанса, модифицированное для обеспечения функций данного изобретения;

фиг. 6 - другое известное устройство ядерно-магнитного резонанса, модифицированное для обеспечения функций данного изобретения;

фиг. 7 - блок-схема системы управления ядерно-магнитного резонанса согласно изобретению;

фиг. 8 - опорный вращающийся кадр, используемый в технологиях ядерно-магнитного резонанса/магнитно-резонансного изображения;

фиг. 9А -диаграмма импульсной последовательности восстановления проекции и сигнала;

фиг. 9В -диаграмма импульсной последовательности восстановления проекции и сигнала, при этом используется радиочастотный щие-импульс;

- 5 006178 фиг. 10А -диаграмма импульсной последовательности получения изображения с помощью двумерного преобразования Фурье и сигнала;

фиг. 10В - способ, используемый для дискретизации пространства к-представления при использовании последовательности преобразования Фурье;

фиг. 11Α-11Ό - реакция спиновых пакетов на присутствие магнитного поля ВО и магнитных полей градиентов кодирования фазы и частоты/считывания;

фиг. 12 - диаграмма последовательности, используемой в соединении с технологиями получения многосрезного изображения;

фиг. 13 - диаграмма последовательности получения многочастотного, многосрезного изображения; фиг. 14 - диаграмма для базовой последовательности спинового эхо-сигнала;

фиг. 15 -диаграмма последовательности для обратного восстановления;

фиг. 16 - диаграмма для последовательности градиентов восстановленного изображения;

фиг. 17А-17В - диаграммы последовательностей и изображение многочастотной, многослойной, многосрезной, ангиографической технологии получения изображения и способ выбора срезов;

фиг. 18 - диаграмма одночастотной ангиографической последовательности;

фиг. 19 - диаграмма ангиографической последовательности с кодированием фазы;

фиг. 20 - последовательность импульсов РС8Е. которую можно использовать для обнаружения потоков флюида;

фиг. 21 - изменение функций условной вероятности Р8 для поведения частиц в ответ на броуновское движение и поток;

фиг. 22 - последовательность ΕΑ8Τ 88Р, которую можно использовать для получения изображения;

фиг. 23А и 23В - две разные последовательности 8РКПЕ, которые можно использовать для получения изображения;

фиг. 24А и 24В - последовательности «тринадцатого интервала», которые можно использовать для подавления информации градиента фона;

фиг. 25А и 25В - последовательности с использованием градиентов биполярного импульсного поля для кодирования и получения информации, относящейся к экспериментам ΡΟΧ8Υ и УЕХ8У, для определения смещения, скорости и ускорения флюида; и фиг. 26 - пример последовательности тринадцатого интервала с использованием градиентов биполярного импульсного поля.

Осуществление изобретения

Данное изобретение предназначено для использования в качестве устройства для получения изображения ядерно-магнитного резонанса внутри буровой скважины. Использование данного изобретения внутри буровой скважины направлено на получение определенных характеристик пласта, включая пористость, проницаемость, характеристики флюида, скорость потока и трехмерного изображения представляющего интерес пласта. На фиг. 1 показана в целом система каротажа скважины. Показана буровая скважина 10, проходящая через земной пласт 12, пробуренная с использованием известных способов. Скважинный каротажный инструмент 14 опущен в буровую скважину и подвешен к бронированному кабелю 16 с множеством проводников. Инструмент 14 содержит датчики, необходимые для выполнения измерения (измерений), схемы преобразования энергии, процессоры для управления инструментом и телеметрические схемы для передачи информации по кабелю 16. Кабель 16 опускается по шкиву 18, который в свою очередь опирается на вышку 20. Кабель 16 разматывается с лебедки 22, которой управляет оператор, находящийся внутри автомобиля или волокуши для каротажа скважины (не изображены). Кабель 16 содержит проводники, которые обеспечивают подачу питания, сигналов управления в инструмент 14 и передачу от него информации. Таким образом, проводники соединены с системой 24 управления, которая обычно содержит процессор для программирования и управления работой инструмента, а также для приема и интерпретации данных. Данные от инструмента, а также созданные данные интерпретаций можно хранить в устройстве 26 записи/воспроизведения, которое может быть дисковой, ленточной или другой системой массового хранения данных, расположенной на площадке каротажа. Кроме того, информация может отображаться визуально на мониторе, катодно-лучевой трубке, таблицах регистрации или других средствах визуального отображения (не изображены). Дополнительно к этому или в качестве альтернативного решения, информацию можно передавать по спутниковым каналам связи или по наземным линиям (не изображены) в удаленное место для дополнительной интерпретации персоналом, имеющим специальную подготовку по обработке информации каротажа и характеристикам пласта, включая программное обеспечение для интерпретации и программное обеспечение для визуализации. Инструмент 14 показан как единственный инструмент, опускаемый на проводной линии. Следует отметить, что на практике можно опускать несколько инструментов на проводной линии для одного прохода. Количество инструментов, которые могут быть включены в один проход, ограничивается рядом факторов, включая совместимость, потребление энергии и телеметрические требования.

На фиг. 2 инструмент 14 показан в виде модульного инструмента для тестирования пласта. Как указывалось выше, инструмент 14 опускается на бронированном кабеле 16 в представляющую интерес зону.

В случае инструмента для тестирования пласта, инструмент 14 является неподвижным при выполнении

- 6 006178 измерений. Скважина 10 обычно заполнена буровым раствором или другой взвешенной жидкостью, используемой для управления давлением в скважине. Буровой раствор также уплотняет и поддерживает скважину посредством формирования глинистой корки 28 на стенке скважины. Глинистая корка 28 также уменьшает вхождение флюидов пласта в скважину 10. Показанный на фиг. 2 инструмент 14 для тестирования пласта содержит несколько модулей 30, 32, 34А и 34В. Последние разработки в области конструкции устройств для тестирования пласта привели к созданию модульных устройств для тестирования пласта, которые позволяют пользователю выполнять инструмент 14 для специальных применений. Он может включать одну или более секций 30 управления и питания, модуль для нескольких камер 32 для проб, и, как показано на фиг. 2, два модуля 34А и 34В для проб. Инструменты этого типа включают инструменты для тестирования пласта ΜΌΤ фирмы БсЫишЬегдег, КЭТ фирмы НаШЬийоп и КС1 фирмы Вакег А11а§. Обычно инструмент 14 смещен от центра скважины посредством удлинения рычагов эксцентриситета 46, который приводит прокладку 44 в контакт со стенкой скважины напротив устройства для тестирования пласта. Рычаги эксцентриситета 46 обычно приводятся в действие с помощью гидравлики.

После смещения инструмента от центра скважины 10, выдвигается устройство для отбора проб. Устройство обычно состоит из гидравлически приводимых в действие выдвигаемых рычагов 36, которые толкают обычно эластомерную изолирующую подкладку 38 в контакт с глинистой коркой 28. Зонд или патрубок 40 установлен в центре прокладки, и он удлиняется после прохождения подкладки 38 в контакт с глинистой коркой 28 для расположения патрубка 40 вблизи пласта 12. Подкладка 38 используется для изоляции зонда 40 от жидкостей скважины, которые могут отрицательно влиять на считываемое давление и/или характеристики флюида. Разработаны различные технологии для изоляции патрубка 40 от жидкостей скважины и любого притока бурового раствора из глинистой корки 28. Патрубок 40 соединен с возможностью прохождения флюида с трубой 42 транспортировки, которая в свою очередь предварительно соединена с поршнем или насосом (не изображены) и/или с камерами для проб флюида, расположенными в модуле 32. Датчики температуры и давления расположены в модулях 34 для проб.

Дополнительные датчики для характеристик флюида, например, блоки спектроскопии с использованием ядерно-магнитного резонанса, акустические датчики или оптические датчики могут быть расположены в любом из модулей. Модуль 34В удерживает патрубок 40, изоляционную подкладку 38 и прокладку 44 эксцентриситета в отведенном положении для обеспечения перемещения вверх или вниз по скважине 10. Инструмент 14 обычно опускают на желаемую глубину тестирования при удерживании механизма отбора проб в модуле 34В. Затем систему из прокладки 44 эксцентриситета и изоляционной подкладки 38 приводят в действие для перемещения инструмента 14 в положение у стенки скважины 10. Затем приводят в действие патрубок 40 для выдвижения в направлении пласта 12 и выполняют программу тестирования. Понятно, что программа тестирования изменяется в зависимости от параметров, подлежащих измерению, природы пласта 12 и количества проб (если они отбираются). Затем устройство для отбора проб выключают и возвращают прокладку 44 эксцентриситета и изоляционную подкладку 38 в положение, показанное в модуле 34В. Затем инструмент 14 можно перемещать на другую глубину для дополнительного тестирования или возвращать на поверхность.

Проницаемость можно выводить из полученного устройством для тестирования пласта давления и температуры в соответствии с несколькими хорошо известными моделями. В одной модели используется сферическая модель потока для приближения потока флюида из пласта в патрубок 40. Этот способ описан в патенте США № 5703286. Другие модели исходят из того, что поток флюида в патрубок 40 имеет вид, в целом, ламинарного потока. Эта технология описана в патенте США № 4427944. Для определения проницаемости имеются другие способы, направленные на специальные применения, например, измерения плотной (очень низкой) пористости, многофазные технологии и т.д. Эти технологии можно применять дополнительно к способу и устройству, подробное описание которых приводится ниже.

Варианты выполнения структуры для реализации способа согласно данному изобретению

На фиг. 3А и 3В показан вариант выполнения данного изобретения, в котором используются датчики изображения 50 с помощью ядерно-магнитного резонанса (подробное описание которых будет приведено ниже) в соединении с инструментом для тестирования пласта. На фиг. 3А показаны два датчика изображения 50 с помощью ядерно-магнитного резонанса, расположенные внутри изоляционной подкладки 38. При продвижении изоляционной подкладки 38 в направлении пласта 12, датчики также располагаются вблизи пласта 12. Как будет показано ниже, датчик ядерно-магнитного резонанса 50 согласно данному варианту выполнения предназначен для работы в непосредственной близости к стенке скважины 10. На фиг. 3В датчики ядерно-магнитного резонанса 50 установлены на смежно-изоляционной подкладке 38, а не внутри самой подкладки 38.

Встроенный датчик ядерно-магнитного резонанса 50, используемый в соединении с устройством для тестирования пласта, как показано на фиг. 3А и 3В, не представляет все устройство для получения изображения с помощью ядерно-магнитного резонанса. Показанный датчик ядерно-магнитного 50 резонанса ограничивается постоянным магнитом, электромагнитом и радиочастотной приемо-передающей антенной. Электроника и секция питания, необходимые для работы инструмента согласно данному изобретению находятся в корпусе инструмента 14 и внутри наземной системы 24. Вариант выполнения дат- 7 006178 чика ядерно-магнитного резонанса, способного выполнять эксперименты известного ядерно-магнитного резонанса, ядерно-магнитного резонанса с градиентом импульсного поля (РЕС) и получения магнитнорезонансного изображения, показан на фиг. 4А, на которой датчик 50 ядерно-магнитного резонанса показан на виде сверху. Датчик заключен в защитную оболочку 52, выполненную с возможностью защиты антенны и структуры магнитов датчика от окружающих условий, включая жидкости, давление и удары. Два постоянных магнита 54а и 54Ь, расположены в датчике 50, при этом оси магнитов 54а и 54Ь (между полюсами каждого соответствующего магнита) находятся в одной плоскости. Магниты 54а и 54Ь ориентированы так, что северный полюс магнита 54а расположен смежно с южным полюсом магнита 54Ь. Постоянные магниты 54а и 54Ь используются для образования поля В₀ для выполнения эксперимента ядерно-магнитного резонанса согласно данному изобретению. Каждый из постоянных магнитов 54а и 54Ь имеет катушку 56а и 56Ь, намотанную вокруг магнита. Катушка 56а имеет вводы 58а и 60а для обеспечения питания катушки с целью создания электромагнита (электромагнитной катушки) при подаче питания. Аналогичным образом, катушка 56а имеет вводы 58Ь и 60Ь для обеспечения питания катушки с целью создания электромагнита. Электромагнитные катушки 56а и 56Ь можно возбуждать независимо друг от друга, и они используются в одном варианте выполнения данного изобретения для обеспечения градиента С₈ (выбора среза) магнитного поля. Между магнитами 54а и 54Ь расположена радиочастотная катушка 62, имеющая выводы 64а и 64Ь. Радиочастотная катушка 62 выполнена так, что ее магнитное поле ориентировано ортогонально к направлению эффективного магнитного поля, создаваемого постоянными магнитами 54а и 54Ь и катушками 56а и 56Ь. Две электромагнитные катушки 66а и 66Ь, имеющие выводы 68а, 69а (не изображен) и 68Ь, 69Ь (не изображен), соответственно, расположены между магнитами 54а и 54Ь. Катушки 66а и 66Ь могут состоять из нескольких витков или же могут состоять из одного электромагнитного витка, при этом катушки расположены в плоскости, которая параллельна осям магнитов 54а и 54Ь и по существу ортогонально к плоскости катушек радиочастотной антенны 62. Электромагнитные катушки 66а и 66Ь можно возбуждать независимо друг от друга, и они используются для обеспечения градиента С_Ф (кодирования фазы) магнитного поля. Их можно также использовать для обеспечения частотного кодирования по глубине с помощью инвариантного во времени градиента. На фиг. 4А показана еще одна электромагнитная катушка 70, имеющая выводы 72а и 74а. Не показана соответствующая катушка 70Ь, имеющая выводы 72Ь и 74Ь, которая расположена между магнитами 54а и 54Ь, которая расположена аналогичным образом. Катушки 70а и 70Ь можно возбуждать независимо друг от друга, и они используются в данном варианте выполнения для обеспечения градиента С_г (кодирования по частоте) магнитного поля. Электромагнитные катушки 56а и 56Ь показаны намотанными вокруг магнитов 54а и 54Ь. Понятно, что катушки 56а и 56Ь вместо этого могут быть намотаны на ферритовые сердечники, расположенные параллельно магнитам 54а и 54Ь для обеспечения градиента Од магнитного поля. Структура из магнитов и антенны, показанная на фиг. 4А, способна выполнять известные эксперименты СРМС для определения различных характеристик пласта, включая пористость, проницаемость и тип флюида.

Альтернативный вариант выполнения датчика ядерно-магнитного резонанса 50 показан на фиг. 4В. Датчик состоит из немагнитного корпуса 150, имеющего ось 151.

Вокруг корпуса по периметру расположены стержневые магниты 150, имеющие общую ориентацию полярности, при этом оси стержневых магнитов 152 проходят параллельно оси 151 корпуса 150. Стержневые магниты создают статическое магнитное поле В₀. В корпус 152 встроены четыре электромагнита 154а, 154Ь, 154с и 1546, и их можно возбуждать, как будет описано ниже применительно к фиг. 7. Эти магниты обеспечивают ортогональную составляющую градиента поля. Электромагнитная катушка 156 намотана вокруг корпуса 150 и при возбуждении создает магнитный вектор, по существу перпендикулярный оси корпуса 150 и стержневых магнитов 152. Вторая электромагнитная катушка 158 намотана вокруг корпуса 150 и при возбуждении создает магнитный вектор, который ортогонален вектору В0 и магнитному вектору, создаваемому катушкой 156. Наконец, радиочастотная катушка 160 установлена на торце корпуса для обеспечения поля В₁. Таким образом, стержневые магниты 152 создают статическое поле В₀, электромагниты 154а-б. 156 и 158 можно использовать для создания выбранного градиентного поля, и катушку 160 можно использовать для радиочастотных импульсов с целью выполнения действий ядерно-магнитного резонанса и получения магнитно-резонансного изображения. В то время как на фиг. 4А и 4В показаны концентрично намотанные катушки или отдельные магниты, на фиг. 5 показана модификация известного устройства ядерно-магнитного резонанса для обеспечения функций, согласно данному изобретению, в частности, возможности получения изображения. Каротаж с помощью ядерномагнитного резонанса, который можно модифицировать в соответствии с данным изобретением, описан в патенте США № 5796252 и является вариантом инструмента СМИ фирмы 8с1итЬегдег. Хотя раскрытое в нем устройство способно выполнять эксперименты как РЕС, так и СРМС, оно неспособно адресовать отдельные элементы трехмерного изображения с помощью импульсного магнитного поля с целью получения изображения. На фиг. 5 показан разрез инструмента СМИ, модифицированного для выполнения различных экспериментов СРМС, известных из уровня техники для каротажа нефтяных месторождений, а также экспериментов РЕС с получением изображения согласно данному изобретению.

- 8 006178

На фиг. 5 показан в целом инструмент 200 СМК для обеспечения функций данного изобретения. Инструмент 200 содержит корпус 202 инструмента, имеющий расположенные в нем магниты 204 и 206. На фиг. 5 магниты 204 и 206 показаны в виде стержневых магнитов. В действительности они являются пластинчатыми магнитами, имеющими продольную ось, при этом один полюс магнита расположен на одной кромке плиты, а противоположный полюс магнита - на противоположной кромке плиты. Направления намагничивания обоих магнитов 204 и 206 перпендикулярны осям магнитов. Корпус 202 инструмента дополнительно содержит полость 218, в которой расположена радиочастотная антенна 220, имеющая полукруглое поперечное сечение. Электромагнитная катушка 210 расположена на торце 208 корпуса 202 инструмента. Электромагнитную катушку 210 возбуждают для обеспечения градиента Од магнитного поля согласно данному изобретению. Вариант выполнения дополнительно содержит электромагнитные катушки 214а и 214Ь, каждую из которых можно возбуждать независимо друг от друга, для обеспечения градиента Оф магнитного поля согласно данному изобретению. Намотки электромагнитных катушек 214а и 214Ь лежат в плоскости, которая по существу параллельна направлению намагничивания магнитов 204 и 206. Наконец, две независимо возбуждаемые электромагнитные катушки 216а и 216Ь (не изображена) расположены в плоскости, которая ортогональна продольньм осям магнитов 204 и 206 и по существу параллельна направлению намагничивания магнитов 204 и 206. Понятно, что электромагнитная катушка 216Ь расположена под стержневыми магнитами 204 и 206. Электромагнитные катушки 216а и 216Ь возбуждают для обеспечения градиента С_г магнитного поля, используемого в данном изобретении, как будет описано ниже. Вариант выполнения согласно фиг. 5, хотя он показан в контексте самоустанавливающегося с эксцентриситетом зонда, можно комбинировать с инструментом для тестирования пласта, как показано на фиг. ЗА и 3В, или же можно использовать самостоятельно. При использовании в качестве самостоятельного инструмента он позволяет выводить проницаемость пласта с использованием указанных выше моделей. Кроме того, его можно использовать в соединении с инструментом для тестирования пласта для обеспечения дополнительной информации.

На фиг. 6 показан другой вариант выполнения, в котором существующее устройство ядерномагнитного резонанса модифицировано для выполнения запланированных экспериментов СРМО, а также для получения магнитно-резонансного изображения РРО согласно данному изобретению. В патенте США № 4710713 (фиг. 1 и 2) описана структура магнитов и антенн, которая используется в инструменте ΝυΜΑΚ МК1Ь фирмы НаШЬийои. В отличие от инструмента СМК, который располагается с эксцентриситетом вблизи стенки скважины во время работы, инструмент МК1Ь имеет центральную конструкцию. Таким образом, структура из магнитов и радиочастотных антенн не располагается у стенки скважины. Понятно, что хотя возможны улучшения конструкции антенны и магнитов, она остается базовой структурой. Вариант выполнения инструмента МК1Ь с добавлением электромагнитов к системе возбуждения поля В₀ раскрыт в патенте США № 4717877, также выданному отделению NυΜΑК фирмы НаШЬийои. Модификация структуры магнитов и антенн, согласно патенту США № 4717877, показана на фиг. 6. На фиг. 6 показан в скошенной проекции модифицированный инструмент 250 МК1Ь согласно данному изобретению. Постоянный магнит 252 имеет направление намагничивания, которое, по существу, перпендикулярно продольной оси 253 магнита 252. Постоянный магнит 252 используется для создания поля В₀. Вариант выполнения дополнительно содержит электромагнитные катушки 254а и 254Ь, которые можно возбуждать независимо для создания магнитного поля О₈. Как показано на фиг. 6, электромагнитные катушки 254а и 254Ь намотаны вокруг магнита 252, так что катушки лежат в плоскости, по существу ортогональной направлению намагниченности магнита 252. Структура дополнительно содержит радиочастотные антенны 256а и 256Ь (не изображены), расположенные вдоль стороны магнита 252 и используемые для излучения радиочастотного импульса для создания поля Βι инструмента МК1Ь. Дополнительные катушки 258а и 258Ь расположены, в целом, выше и ниже магнита 252 соответственно и их можно возбуждать независимо друг от друга. При возбуждении, электромагнитные катушки 258а и 258Ь используются для обеспечения градиента Оф магнитного поля, используемого в данном изобретении. Наконец, электромагнитные катушки 260а и 260Ь (не изображены) расположены над постоянным магнитом 252 аналогично радиочастотным антеннам 256а и 256Ь. Электромагнитные катушки 260а и 260Ь можно независимо возбуждать, и при возбуждении они обеспечивают градиент Ог магнитного поля согласно данному изобретению. Следует дополнительно отметить, что последняя первичная версия МК1Ь этого инструмента способна выполнять эксперименты многочастотного ядерно-магнитного резонанса (см., например, патенты США №№ 5936405 и 6111408). Используя несколько частот, можно исследовать несколько точно заданных объемов на разных радиальных расстояниях с использованием одного поля В₀. В соответствии с этим, понятно, что аналогичным образом можно распространять объемы изображения далее в пласт.

Как показано на фиг. 6, устройство магнитно-резонансного изображения, согласно данному изобретению, способно обеспечивать изображение пласта за стенкой скважины лишь в специальном объеме, где результирующие поля В₀, Β₁, О₃, Оф и О_г достаточно сильны для обеспечения изображения. Оно не обеспечивает изображение пласта с разрешением по азимуту. Данное изобретение должно дополнительно обеспечивать изображения пласта с разрешением по азимуту. Одно средство обеспечения изображе- 9 006178 ния с разрешением по азимуту аналогично технологии, используемой в получении изображения с помощью микрорезистивности, с использованием таких инструментов как РК1™ фирмы 8сЫишЬегдег, ΕΜΙ™ фирмы НаШЬшТои и 8ТЛК™ фирмы Вакег А11а§. Обычно наклономер, снабженный несколькими рычагами, хорошо известный из уровня техники, включает несколько кнопок микрорезистивности или электродов на каждой прокладке наклономера для обеспечения выведенного изображения стенки скважины. Наклономер обеспечивает информацию, касающуюся относительного положения рычагов, положения инструмента внутри скважины и наклона или падения пласта. Таким образом, из информации об удельном сопротивлении создается изображение стенки скважины. В варианте выполнения данного изобретения для получения изображения с разрешением по азимуту, датчики ядерно-магнитного резонанса показанного на фиг. 4 типа, могут быть установлены на прокладках рычагов наклономера для обеспечения известной информации о характеристиках пласта с помощью ядерно-магнитного резонанса, а также информации изображения, которую можно разрешать с получением изображения пласта с разрешением по азимуту за стенкой скважины.

Другим средством обеспечения изображения с разрешением по азимуту может быть вращение структуры, показанной на фиг. 6. Это можно осуществить в условиях применения проводной линии за счет обеспечения вращающейся головки инструмента, так чтобы структура из магнитов и антенн могла свободно вращаться относительно электроники инструмента и датчика проводной линии инструмента. Для такой системы дополнительно необходим блок ориентации для корреляции данных изображения ядерно-магнитного резонанса с данными об азимуте и положении инструмента. Можно использовать известные технологии, такие как использование трехосных акселерометров, гироскопов, магнитометров и другого определяющего направление оборудования для корреляции данных изображения с положением инструмента в скважине, включая азимут (торец) инструмента. Другим альтернативным средством обеспечения изображения ядерно-магнитного резонанса с разрешением по азимуту может быть установка структуры согласно фиг. 6 в качестве части переходника колонны каротажа Ь^О. Структуру можно располагать там, где желательна информация каротажа, и вращать бурильную колонну для обеспечения разрешения по азимуту. Хотя бурильная колонна подвергается крутильному смещению по своей длине, блок навигации, обычно используемый в устройстве БЛУО. включает магнитометры, акселерометры и другие известные датчики для обеспечения положения торца инструмента. За счет установки положения торца инструмента и положения инструмента ядерно-магнитного резонанса относительно торца инструмента, можно устанавливать азимут во время каротажа для получения изображений ядерно-магнитного резонанса с разрешением по азимуту. Хотя каротаж с использованием ядерно-магнитного резонанса обычно является непрерывной операцией, использование инструментов для обеспечения информации магнитно-резонансного изображения требует остановки движения инструмента на время, необходимое для формирования изображения. Как будет описано ниже, можно получать изображение тем быстрее, чем меньше времени требуется для операций каротажа.

На фиг. 7 показана блок-схема системы устройства для выполнения данного изобретения, состоящая из секции управления 80, секции питания 100 и датчика магнитно-резонансного изображения 50. Понятно, что секция управления 80 и секция питания 100 могут быть расположены на поверхности или в случае секции питания 100 - внутри самого инструмента 14. Части системы могут быть расположены на поверхности, при этом используется телеметрическая система (не изображена) для передачи сигналов управления и данных между элементами, расположенными в скважине 10, включенная в инструмент 14 и систему управления 24. Секция управления содержит процессор 82, который используется для общей обработки сигналов, управления инструментом и радиочастотного и электромагнитного управления. Пользователь может программировать процессор 82 для задания специальных различных последовательностей импульсов. Процессор 82 соединен с устройством программирования радиочастотных импульсов 84 для создания последовательности радиочастотных импульсов, используемых в эксперименте получения магнитно-резонансного изображения. Сигнал устройства 84 программирования радиочастотных импульсов также подается в радиочастотный источник 86, выходной сигнал которого подается в радиочастотное задающее устройство 88, устройство фазового сдвига 92 и обратно в устройство программирования радиочастотных импульсов 84 для проверки. Задающее радиочастотное устройство 88, которое вместе с входным сигналом из радиочастотного источника 86 используется для создания сигнала, который подается в источник радиочастотной энергии 102 внутри секции питания системы 100. Радиочастотный сигнал подается в согласовательный приемопередающий контур 104. Затем сигнал подается в радиочастотную антенну 60 внутри датчика магнитно-резонансного изображения 50.

Процессор 82 используется также для обеспечения информации программирования для электромагнитной системы. Процессор 82 соединен с возможностью передачи сигналов с устройством программирования импульсов 90 посредством электромагнитных катушек. Выходной сигнал для электромагнитных катушек подается в источник энергии 108 для электромагнитных катушек внутри секции питания 100. Выходной сигнал из источника энергии для электромагнитных катушек затем подается в электромагнитные катушки внутри датчика магнитно-резонансного изображения 50. Понятно, что энергия, подаваемая в электромагнитные катушки, применима для любого из описанных выше вариантов выполнения.

- 10 006178

В соответствии с запрограммированной последовательностью импульсов, приемопередающий согласовательный контур 104 переходит в режим приема и соединяется с возможностью передачи сигналов с радиочастотной антенной 60. Радиочастотная антенна 60 принимает спиновое(ые) эхо, получаемое в результате эксперимента ядерно-магнитного резонанса, и принимает спиновое эхо в виде аналогового сигнала, который передается через приемопередающий согласовательный контур 104 в предварительный усилитель приемника 106 внутри секции питания 100. Затем сигнал спинового эхо направляется в приемник 94 вместе с информацией опорной фазы, поставляемой устройством 92 сдвига фазы, затем приемник 94 направляет сигнал в аналого-цифровой преобразователь 96, который преобразует сигнал и подает его в процессор 82 для дальнейшей интерпретации.

Технологии получения изображения

Как указывалось выше, использование технологий магнитно-резонансного изображения в каротаже буровой скважины хорошо известно для специалистов в данной области техники. Постоянно разрабатываются новые технологии и устройства в области каротажа месторождений с использованием проводных линий и ядерно-магнитного резонанса Ь^Э. За небольшим исключением, например, согласно патентам США №№ 4717877 и 5796252, все инструменты используют некоторые варианты выполнения экспериментов СРМС. В указанных выше патентах '877 и '252 используется градиент импульсного поля в соединении с экспериментом СРМС. Но даже так эксперименты РЕС/СРМС, описанные в них, не способны обеспечивать получения магнитно-резонансного изображения. Имеется несколько разных технологий, которые можно использовать для получения изображения пласта, окружающего скважину, многие из которых обязаны своим происхождением области медицинского магнитно-резонансного изображения. В последующем описании характеристики спина атомов водорода описываются в терминах репера в системе координат с осями X, Υ и Ζ, показанного на фиг. 8. В действительности опорный кадр вращается вокруг оси Ζ с частотой Лармора для изучаемого атома, в данном случае, водорода. Вращающийся опорный кадр в поперечной плоскости обозначается как X' и Υ', который снова вращается с частотой Лармора. Ядра, имеющие спин более быстрый, чем частота Лармора, кажутся опережающими процесс вращения опорного кадра, в то время как ядра, имеющие более медленный спин, кажутся отстающими от вращения опорного кадра. Эта разница в скоростях спинов приводит к дефазированию вращающегося ядра.

1. Принципы изображения.

а. Технологии ЕГО и обратной проекции.

Основные принципы эксперимента ядерно-магнитного резонанса содержатся в уравнении резонанса, в котором резонансная частота спина пропорциональна магнитному полю В0 ν = γΒ0 (6) где γ является гиромагнитным отношением для ядер, подлежащих изучению. В области магнитнорезонансного изображения используется дополнительное линейное магнитное градиентное поле меньше В0, которое вызывает модификацию ларморовой частоты в виде функции комбинированного магнитного поля в изучаемой точке ν(τ) = γΒ()+γ&Γ (7) где С является градиентом магнитного поля В₀ и г является вектором координат частного спина ядра относительно изоцентра поля В₀. Поэтому, если к исследуемому объему прилагают поле с линейным градиентом, то на каждую зону будет воздействовать различное магнитное поле. Амплитуда сигнала пропорциональна числу спинов в плоскости, перпендикулярной приложенному градиенту. Толщина этой плоскости зависит от интенсивности градиента поля и длительности радиочастотных импульсов. Распознавание положений можно обеспечить с помощью частотного кодирования или фазового кодирования. Основной способ частотного кодирования показан на фиг. 28а. В этом случае после создания поля В₀ создают поле Β! (ТХ), затем получают эхо-сигнал Хана. Поле с градиентом С-,· воздействует время 1₁, после чего следует воздействие поля с градиентом С_Х с временем 1₂ = и₂А1₂. При частотном кодировании изменяют п₂ и получают результирующий сигнал

8(П2) = ехр(-[1/Т2 + ίγ(Β0 + С_х х)]п2А12)(8) где п2 является числом точек данных в направлении х. Пространственное разрешение технологии частотного кодирования ограничено выражениями ^СхАх| > 2/Т2 = АШ1/2 и(9А)

1/Δχ = Τ₂γΟ_χ/2 = γ^/Δω_1/2(9Β)

Технология, используемая для выполнения фазового кодирования, показана на фиг. 28Ь. При этом амплитуду поля С, варьируют в пространстве к-представления. Результирующий сигнал можно представить в виде

8(П1) = ехр(-[1/Т2 + ίγ(Β0 + п^С_у у)]р)(10) где щ является числом точек данных в направлении у. В этом примере пространственное разрешение увеличивается при использовании фазового кодирования с П1_>МАХ |γ п_1>Мах ΔСуΔуΐ₁| < 2π и(11А)

1^у = п₁,мах γСуΐ1/2π(11В)

- 11 006178

Вариации локального магнитного поля, вызываемые импульсом градиента поля с интенсивностью О и длительностью ΐ, добавляют дополнительную фазу φ к прецессии магнитного момента в положении г φ = уЮ-г (12)

Последовательность импульсов для получения магнитно-резонансного изображения обычно базируется на получении спиновых эхо. Спиновые эхо возникают, когда дефазирование вращательных магнитных моментов компенсируется за счет использования рефокусирования радиочастотных импульсов. Последовательности импульсов спиновых эхо изображения содержат по меньшей мере два идентичных импульса градиента магнитного поля, один из которых действует до рефокусирования радиочастотного импульса, а другой - после рефокусирования. Понятно, что эти импульсы градиента поля можно реализовать с использованием постоянного градиента поля и рефокусирования радиочастотного импульса. В этом случае длительность первого импульса градиента поля задается временем от начала последовательности импульсов до начала радиочастотного импульса, а длительность второго импульса градиента поля равна времени от конца рефокусирования радиочастотного импульса до пикового значения эхо-сигнала.

Если магнитные моменты не изменяют своего положения г в течение времени между двумя импульсами градиента поля, то второй импульс градиента поля точно компенсирует дополнительную фазу, которая была добавлена к прецессирующим спинам первым импульсом градиента поля. Однако, если магнитные моменты распространились на определенное расстояние Δγ в течение этого интервала времени, то каждый прецессирующий спин получит разницу фазы Δφ после второго импульса градиента поля

Δφ (13)

Измеряемая интенсивность полученного спинового эхо-сигнала является суперпозицией проекций магнитных моментов на ось х' (вещественная составляющая сигнала) и ось у' (мнимая составляющая сигнала) вращающегося опорного кадра. Когда градиент магнитного поля имеет составляющие во всех трех пространственных измерениях, то небольшой элементарный объем ТУ пробы идентифицируется посредством общей резонансной частотой. Если предположить, что этот элемент объема расположен в положении г и что локальная плотность спинов в положении г равна р(г), то в этом элементе объема имеется р(г)ТУ спинов.

Интенсивность спиновых эхо-сигналов определяется тремя факторами.

1. Вероятностью нахождения магнитного момента в положении г, когда воздействует первый импульс градиента поля.

2. Условной вероятностью того, что магнитный момент, расположенный в положении г, распространился на расстояние Δγ в течение интервала времени ΐ' между началами первого и второго импульсов градиента поля ₽(γ|Δγ, ΐ').

3. Фазовым сдвигом Δφ, который претерпевает каждый прецессирующий спин за счет своего движения вдоль направления градиента магнитного поля.

Поскольку вероятность нахождения магнитного момента в положении г задана локальной спиновой плотностью р(г), то можно вычислить интенсивность спинового эхо-сигнала

Факторы 1 и 2 можно объединять в так называемую функцию самокорреляции Ρ(Δτ,ί’):

Используя уравнение 15, можно выразить амплитуду сигнала ядерно-магнитного резонанса

Произведение (2π)^-1γθΐ является множителем волнового вектора к (2π)^-1γθΐ и служит нормировочным множителем в двойственном пространстве. Это определяет пространственное разрешение эксперимента РЕО ядерно-магнитного резонанса. Концепция обобщенного вектора рассеяния позволяет применять формализм, выведенный из экспериментов по рассеянию для ядерно-магнитного резонанса. Используя к-представление, формулу можно записать в виде

8(к,1’) = ( Р(г|АгД’)ехр(2гакАг)дДг (17)

Согласно формуле 17 интенсивность спинового эхо-сигнала можно изменять посредством изменения времени (ΐ') или вектора рассеяния (к) в эксперименте РЕО ядерно-магнитного резонанса. Спиновую плотность можно вычислить из измеренной интенсивности спинового эхо, если время между импульсами градиента поля (время диффузии) является достаточно длительным для перемещения всех спинов в их равновесные положения. В этом случае вероятность того, что частица переместилась из положения г₁ в положение г₂, равна вероятности нахождения частицы в г₂, что в свою очередь равно спиновой плотности р(г₂) в положении г₂. Используя уравнение 17, при Δγ = г₂ - г₁ получают

8(к,1_.) = Πδ(η)δ(ηΚ\ρ(2πίΐ4(ι®-ιΟ)Φ|Φ₂ = ^δ(^₁)е\ρ(-2π^к^₁)ά^₁ .ίδ(Γ₂^\ρ(2πΐ^₂) Тг₂ (18)

Интеграл

8(к,1._;) = ,[δ(Γ^\ρ(2πΐ^)άΓ (19)

- 12 006178 записан в форме преобразования Фурье спиновой плотности, что означает, что в случае длительных временных интервалов диффузии, наблюдаемый сигнал ядерно-магнитного резонанса равен

8(к,П) = 1(к)1*(к) = |1(к)|² (20) где 1(к) представляет преобразование Фурье, а 1*(к) является сопряженным комплексным преобразованием Фурье спиновой плотности р(г).

В двумерном контексте обычно используют две разные технологии получения изображения, а именно, получение изображения с помощью преобразования Фурье (ΕΙ) и получение изображения с помощью восстановления проекций (РВ), иногда называемую получением изображения посредством обратной проекции или техникой обратного радоновского преобразования. В технологии РВ объект, подлежащий изучению, сначала подвергают воздействию магнитного поля. Одномерный градиент поля прикладывают под различными углами и для каждого угла градиента записывают спектр ядерно-магнитного резонанса.

Первый спектр записывают с градиентом под углом ноль градусов к оси +Υ. Второй спектр записывают с градиентом под углом один градус к оси +Υ. Процесс повторяют для 360° между 0 и 359°. Записанные данные можно преобразовывать в изображение с помощью двумерного преобразования Фурье в цилиндрических координатах. После подавления интенсивности фона можно видеть изображение. См. 8.В. Эеапк, 8. Вобепск «Преобразование радона и некоторые его применения», \УПсу. Нью-Йорк, 1983.

В обычной последовательности ЕГО изображения с углом 90° можно применять технологию РВ с использованием последовательности импульсов, показанной на фиг. 9А. Изменения угла φ градиента осуществляют путем применения линейной комбинации двух градиентов. В данном случае применяют градиенты Υ и X в следующих пропорциях для обеспечения необходимого градиента С_г магнитного поля.

С_у — Сг 8ш φ Сх Сг Сок φ

Для того чтобы технология РВ была правильной технологией получения изображения, необходимо выбирать тонкие срезы. Это осуществляется с помощью градиента С/ - одномерного, линейного градиента магнитного поля, прикладываемого ортогонально к составляющим х и у поля В0 во время того же периода времени, что и радиочастотный импульс. Радиочастотный импульс в 90°, прикладываемый в соединении с градиентом С/ магнитного поля, поворачивает спины, расположенные в срезе или в плоскости объекта. Это можно осуществлять с помощью комбинации из «жестких» и «мягких» радиочастотных импульсов. «Мягкий» синусный импульс в 90° содержит небольшую полосу частот вокруг желаемой центральной частоты. Спектральный состав прямоугольного (кс.|иаге) импульса в 90° («жесткого» импульса) предпочтительно имеет форму аподизированного кШс-импульса, при этом амплитуда кФсфункции является максимальной на частоте радиочастотного импульса. Эта частота поворачивается на 90°, в то время как другие большие и меньшие частоты поворачиваются на меньший угол. Приложение «жесткого» радиочастотного импульса в 90° к градиенту магнитного поля в направлении х, поворачивает широкий спектр спинов в плоскости, перпендикулярной оси х, на 90°. В противоположность этому, «мягкий» радиочастотный импульс служит в качестве избирательно считывающего срезы градиента, поскольку лишь спины, прецессирующие с ларморовой частотой вблизи центральной частоты кФсимпульса, поворачивают магнитные моменты. Градиент кодирования частоты на фиг. 9В состоит в этом примере из градиентов С_х и С-,·. Свободные затухания индукции (ЕГО) подвергаются преобразованию Фурье для получения спектра частотной области, которую затем подвергают обратной проекции для создания изображения. Подробное описание двумерной технологии РВ приведено у Р. СаИадйап «Принципы микроскопии с помощью ядерно-магнитного резонанса», ОхГогб Ргекк (1991), стр. 124-128.

В то время как в приведенном выше примере используются градиенты С_х и С, для частотного кодирования и С_г для кодирования среза, градиенты кодирования среза, фазы и частоты можно выбирать, как указано в следующей таблице на основе специфичной последовательности, используемой в последовательности ядерно-магнитного резонанса/магнитно-резонансного изображения.

Плоскость среза	Среза Од
X Υ	θζ
X Ζ	Ογ
Υ Ζ	6χ

Градиент
Фаза Оф	Частота Ог
Ох или Ογ	Ογ или Οχ
Οχ или Οζ	Οζ ИЛИ Οχ
Ογ ИЛИ Οζ	Οζ ИЛИ Ογ

Таблица 1 дирования фазы, то С_у используется для кодирования частоты.

Эти технологии можно использовать, когда датчик вращается для изменения угла градиента с целью обеспечения использования технологии обратной проекции в скважине.

Ь. Способы получения изображения с помощью преобразования Фурье.

В качестве примера, если выбрана плоскость ΧΥ среза, то С₈ равно С_г, а если С_х выбрано для ко- 13 006178

Можно также использовать технологии получения изображения с помощью преобразования Фурье (ΕΙ) для получения изображения двумерного пространства. При дискретизации свободного затухания индукции в присутствии градиента, получают точки сигналов вдоль одной линии в пространстве кпредставления, которая проходит в направлении этого градиента. В технологии ΕΙ это обычно относится к оси х. Применение градиента Сф фазы предполагает модуляцию фазы сигнала в зависимости от положения элемента объема по оси у. Исходя из приведенного выше уравнения 15, сигнал можно выразить в виде а/2 φ <зо

8(к_х,к_у) = ί 1р(х,у,г)ехр{12л(к_хх4-к_уу)}<1х(1у]£1г (21)

-4/2-со-оо где а является толщиной среза. Поскольку внешний интеграл лишь представляет усреднение спиновой плотности по срезу, то им можно пренебречь и записать сигнал в виде

ОС- оО

8(к_х,к_у)= Пр(х,у,г)ехр{12п(к_хх+к_уу)}бхс1у (22) и тогда в результате обратного преобразования Фурье получают « » р(х,у) = 1/(кл)² ] ί 8(к_л,к_у)ехр{12л(к_хх+к_уу)}бк_хбк_у (23)

-хи?

Двумерную спиновую плотность определяют посредством дискретизации пространства кпредставления вдоль оси х с фиксированным градиентом С/ считывания для последовательно увеличивающихся значений к_у. Пример двумерной последовательности импульсов ΕΙ и сигнал показаны на фиг. 10А вместе с последовательностью получения данных для этой схемы. На фиг. 10А прикладывают избирательный радиочастотный ыйс-импульс среза вместе с избирательным градиентом С₂ среза. Затем прикладывают импульс у со сдвигом на фазы 180° для рефазирования спинов, а затем прикладывают снова градиент выбора среза. Затем прикладывают фазовый градиент С_у с равномерным шагом от его минимального до максимального значения. Затем включают градиент считывания (иногда называемый С_г или С) и записывают сигнал в виде свободного затухания индукции (ЕГО). Последовательность импульсов обычно повторяют от 128 до 256 раз для сбора всех данных, необходимых для создания изображения. Результатом является составление карты пикселей в пространстве к_х и к_у (первый квадрант). Применение отрицательного градиента среза вместе с изменением градиента фазы обеспечивает составление изображения второго квадранта пространства к-представления. Поскольку градиент кодирования фазы также применяется с отрицательным значением, то можно получить изображение третьего квадранта. Наконец, при применении отрицательного градиента считывания и отрицательного градиента кодирования фазы, можно получить изображение четвертого квадранта (см. фиг. 10В). Когда амплитуда является отрицательной координатой у, то можно составлять карту третьего квадранта.

Используемые в настоящее время в области медицины технологии получения изображения используют трехмерные технологии и прикладные программы преобразования Фурье для создания трехмерных изображений объектов. См., например, 1. Ногпак, «Основы магнитно-резонансного изображения», \у\у\г.с15.гйсйи/1иЬоок5/тп. В этих технологиях обычно используют еще один тип градиента магнитного поля, градиент С кодирования частоты, часто называемый градиентом считывания, для обеспечения дополнительной информации. Он используется для придания специфичного угла вектору поперечной намагниченности. Конечное направление поперечной намагниченности зависит от начального положения вектора поперечной намагниченности и применяемых затем градиентов. На фиг. 11А-Э показано воздействие приложения градиентов кодирования фазы и кодирования частоты на спин. Последующее описание упрощено для игнорирования воздействий диффузии и неравномерностей поля В₀ и градиентов Сф и С.

При рассмотрении с оси ζ вниз на плоскость х-у выбраны девять разных спиновых пакетов (8у), где 1=1, 2, 3 и _)=1, 2, 3, для специального среза (после приложения градиента С₃ выбора среза и радиочастотного импульса выбора среза), и они подвергаются воздействию поля В₀ равномерной намагниченности (см. фиг. 11А). Поскольку все спиновые пакеты имеют одинаковый характеристический сдвиг, то в идеальном случае они все прецессируют с одинаковой ларморовой частотой относительно друг друга и опорного пакета. Если градиент магнитного поля (градиент Сф фазы) приложен вдоль оси X, то девять спиновых пакетов прецессируют с тремя разными скоростями в зависимости от приложенного градиента Сф, поскольку здесь имеются три разных ларморовых частоты, как указано выше в уравнении 8 (см. фиг. 11В). Скорости прецессии на фиг. 11В показаны длиной вращающейся стрелки. Таким образом, спиновые пакеты 8у имеют общую скорость прецессии, также как 8_2| и 8₃,,. При продолжении приложения градиента С_ф, девять спиновых пакетов продолжают прецессию с тремя разными ларморовыми частотами. Когда заканчивается воздействие градиента Сф (фиг. 11С), то наружное магнитное поле В0 является по существу однородным. Пакеты прецессируют с одинаковой ларморовой частотой, но имеют три разных

- 14 006178 фазовых угла φ по сравнению с опорным фазовым вектором внутри своего собственного опорного кадра (см. фиг. 11С). На фиг. 11Ό градиент О_£ кодирования частоты приложен вдоль оси у. В этом случае девять спиновых пакетов прецессируют с тремя разными ларморовыми частотами со скоростью прецессии, указанной длиной вращающейся стрелки. Следует отметить, что три спиновых пакета 8ц, на которые воздействует наиболее сильный градиент, прецессируют все с одинаковой скоростью. Спиновые пакеты первоначально стартуют с их соответствующим кодированием фазы относительно опорного спина, однако затем вращаются с частотой, отличной от опорного пакета, на который воздействует лишь поле В₀. Фазовый угол для каждого спинового пакета в ряду 1 продолжает изменяться относительно опорного спина. Каждый спиновой пакет 8_1>2 аналогичным образом стартует из своего исходного кодирования фазы, показанного на фиг. 11В, и затем прецессирует с общей скоростью, соответствующей их ларморовой частоте, которая отличается от частоты в ряду 1. В то же время вектор намагниченности для каждого спинового пакета 8_1>2 остается различным. Наконец, каждый спиновой пакет 8_1>3 стартует со своим исходным кодированием частоты, показанным на фиг. 11, и все спиновые пакеты прецессируют с более высокой скоростью, соответствующей их ларморовой частоте, по сравнению со спиновыми пакетами 8ц и 8_1>2 или опорным спином. Таким образом, девять спиновых пакетов на фиг. 11Ά-Ό имеют каждый однозначно определенный вектор намагниченности и сохраняют этот однозначный вектор, когда выключается поле С_г. и все они прецессируют с одинаковой скоростью в присутствии однородного поля В₀. Способность измерять векторы намагниченности и фазы спина для каждого из девяти спиновых пакетов является существенной для использования технологий получения изображения с помощью преобразования Фурье.

Как показано на фиг. 12, простейшая последовательность трехмерного изображения ΡΙ содержит аподизированный 90 радиочастотный 8ше-импульс в выбранном срезе, импульс магнитного градиента С₃ с выбранным срезом, импульс градиента Оф кодирования фазы, импульс градиента О_£ кодирования фазы и последующий сигнал, при этом последовательности импульсов магнитных градиентов представляют амплитуду импульса градиента и его длительность. После завершения радиочастотного импульса выключается градиент С₃ выбора среза и включается градиент кодирования фазы. После выключения градиента выбора среза включается градиент Оф кодирования фазы. Затем градиент кодирования фазы выключается и включается градиент О_£ кодирования частоты и записывается сигнал. Сигнал имеет форму сигнала со свободным затуханием индукции (ЕГО). Последовательность обычно повторяется несколько раз для сбора данных, необходимых для получения изображения. При каждом повторении последовательности, изменяют величину градиента фазы с равным шагом между его максимальной величиной О₊ф_т и его минимальной величиной О_-ф_т. Затем последовательность можно повторять для нескольких срезов с целью создания трехмерного изображения объекта.

2. Последовательности изображения.

а. Многосрезное изображение.

Базовая последовательность многосрезного изображения показана на фиг. 12. Однако не практично пытаться использовать эту последовательность как в медицинских условиях, так и в условиях скважины, где используется угол переворота в 90°. Причиной тому является время, затрачиваемое для получения необходимой информации для отображения данных. Альтернативный способ заключается в уменьшении угла импульса, например, до 10°, что уменьшает время, необходимое для последовательности. Однако в неоднородном поле ширина спектра изучаемого объекта должна быть меньше ширины спектра импульса, в противном случае нельзя наблюдать свободное затухание индукции. При предположении, что всю основанную на свободном затухании индукции последовательность, показанную на фиг. 12, можно повторять каждую 1 секунду и что прикладываются 256 различных величин градиента фазы, необходимо более 4 мин для получения данных для единственной небольшой зоны обзора изображения, при этом зона обзора (РОУ) определяется в соответствии со следующим соотношением

РОУ = £₃/γθ£ (24) где £₃ является скоростью дискретизации, а О_£ - градиентом частоты. Использование меньшего угла импульса значительно уменьшает время получения сигнала между сканированиями. Другая технология, которую можно использовать, состоит в уменьшении объема зоны обзора, которая исследуется. Любое получение изображения с использованием этой технологии будет непрактичным при постоянной скорости инструмента каротажа. Технологию многосрезного изображения можно улучшить за счет использования радиочастотных импульсов, имеющих различные частоты (или центральные частоты в случае найквистовских импульсов) (см. фиг. 13). Таким образом, если соответствующие градиенты полей и радиочастотные импульсы не накладываются друг на друга, то время, необходимое для получения данных изображения, можно существенно сократить по сравнению со временем, необходимым для показанной на фиг. 12 последовательности. Для выполнения многосрезного изображения можно использовать коммерческие инструменты ядерно-магнитного резонанса, имеющие способность работать на нескольких частотах, такие как МК1Б-РК.1МЕ. Время, необходимое для этой технологии, может не создавать проблем при использовании в соединении с устройством для тестирования пласта, имеющего длинную программу тестирования (и колонна инструмента находится уже в неподвижном положении).

- 15 006178

b. Последовательность спинового эхо-сигнала.

Одной из наиболее часто используемых последовательностей импульсов магнитно-резонансного изображения является последовательность для отраженного спинового сигнала. Базовый импульс спинового эхо-сигнала требует применения радиочастотного 90° импульса после поляризации пробы. 90° импульс переворачивает ядро в поперечную плоскость (х - у). После завершения радиочастотного импульса ядро начинает дефазирование, и обнаруживают сигнал свободного затухания индукции. При ΐ = τ прикладывают радиочастотный 180° импульс, который переворачивает спин ядра на 180°, например, вокруг оси X и частично восстанавливает фазу ядра и создает спиновое эхо. Последовательность импульсов и результирующие сигналы показаны на фиг. 14. Последовательность начинается импульсом в 90° и одновременным приложением градиента 6₃ выбора среза. Градиент кодирования фазы прилагают между 90 и 180° импульсами. Так же как в технологии многосрезного изображения, изменяют градиент кодирования фазы с множеством шагов между С_ф|т и С_-ф_т. С целью минимизации ТЕ (времени эхосигнала) градиент кодирования частоты также прикладывают между 90 и 180° импульсами. Этот градиент действует в том же направлении, что и градиент кодирования частоты, и дефазирует спины, так что они восстанавливают фазу по центру эхо-сигнала. Градиент выбора среза прикладывают в соединении с выбором 180° импульса. После 180° импульса прикладывают градиент частоты во время записи эхосигнала. Весь процесс повторяют каждые ТК (время повтора) секунд, пока не будут записаны все шаги кодирования фазы. Время, необходимое для выполнения 256 изменений величины импульса градиента фазы, снова имеет тенденцию к недопустимо длительному времени, при этом ТК ~ Т1.

c. Получение изображения с помощью инверсного восстановления.

Для обеспечения информации изображения можно использовать также последовательность инверсного восстановления, использующую спиновой эхо-сигнал для обнаружения намагниченности. В этой технологии радиочастотные сигналы являются сигналами в 180° - 90° - 180°. В последовательности используется 90° сигнал свободного затухания индукции, за исключением того, что 90° сигнал свободного затухания индукции заменен на часть последовательности спинового эха. Последовательность показана на фиг. 15. 180° импульс с выбранным срезом прикладывают в соединении с градиентом выбора среза. 180° действие импульса заключается в обеспечении максимального срыва из положения равновесия, созданного с помощью В₀. При приложении в соединении с градиентом выбора среза он действует для подавления не желательных спинов. После времени Т1 (время инверсии) прикладывают, например, импульсную последовательность эхо-сигнала, показанную на фиг. 13. Поле градиента кодирования фазы снова изменяют с одинаковым шагом между С._фт и С_-ф,_т с присвоением каждой последовательности различной величины. В этом случае градиент кодирования фазы не прикладывают после первого 180° импульса, поскольку спины еще не расположились в поперечной плоскости. Градиент кодирования частоты прикладывают после второго 180° импульса во время получения сигнала. Сигнал свободного затухания индукции, следующий за 90° импульсом, игнорируется. Градиент дефазирования прикладывают между 90 и 180° импульсами для обеспечения их рефазирования по центру эхо-сигнала. Весь процесс повторяют каждые ТК секунд с различной величиной градиента кодирования фазы. Это снова процесс, требующий много времени для прохождения каждого шага величины градиента кодирования фазы.

б. Получение изображения с помощью повторно вызываемого градиентом эхо-сигнала.

Еще одной технологией, которую можно применять для получения магнитно-резонансного изображения, является технология восстановления градиента эхо-сигнала. Эта технология направлена на одну проблему, связанную с указанными выше технологиями, а именно на тот факт, что необходимо намагничивание для восстановления равновесного положения по оси ζ. Если время Т₁ является значительным, то это удлиняет и без того занимающий много времени процесс получения изображения. Если намагниченность поворачивается в направлении поперечной плоскости на угол Θ меньше 90°, то она восстанавливает равновесное состояние, однако за счет потери силы сигнала. Понятно, что потеря силы сигнала пропорциональна κίηΘ. Эту потерю силы сигнала можно компенсировать посредством усреднения нескольких сигналов для одной и той же зоны и получения среднего значения для компенсации потери силы сигнала.

Последовательность импульсов, используемая при получении изображения посредством повторного вызывания градиентом эхо-сигнала, показана на фиг. 16. Радиочастотный импульс прикладывают для создания движения из равновесия градиента в направлении поперечной плоскости намагниченности порядка 10-90°, вместе с импульсом градиента С_ф выбранным срезом. После окончания импульса с градиентом с выбранным срезом прикладывают градиент кодирования фазы, при этом его снова изменяют с одинаковым шагом в пределах от 6₊ф_т до 6_-ф_т с различной величиной для каждой последовательности. Одновременно с приложением градиента кодирования фазы прикладывают градиент частоты. Сначала градиент частоты прикладывают с отрицательным значением. Затем включают градиент частоты с положительным значением и начинают получать сигнал. Целью первоначального приложения отрицательной величины градиента является дефазирование спинов, при этом положительный импульс рефазирует их для создания максимальной амплитуды сигнала в центре периода получения. Время ТЕ эхо-сигнала определяется в данном случае как время между началом радиочастотного импульса и достижением макси

- 16 006178 мальной амплитуды сигнала, при этом последовательность повторяют каждые ТК секунд. Поскольку последовательность не полностью ориентирует спины в поперечной плоскости, то время, необходимое для восстановления спинов и достижения равновесия В0 после последовательности, сильно сокращается. Таким образом, можно сильно сократить время ТК.

Как было показано выше, можно использовать различные технологии в спускаемом в скважину устройстве, способном выполнять эксперименты РЕС, указанные выше. Эти технологии можно использовать для создания трехмерных изображений пласта вблизи скважины. Кроме того, указанные выше структуры способны выполнять известные эксперименты каротажа на основе ядерно-магнитного резонанса/СРМС дополнительно к раскрытым технологиям магнитно-резонансного изображения. Таким образом, указанные выше структуры способны определять петрофизические свойства пласта, а также создавать изображения пласта.

3. Получение изображения потока.

Еще одним применением технологий РЕС получения изображения внутри данного изобретения является способность получать изображения потока реликтовых флюидов внутри пласта. Для получения изображения потока необходимо вызвать поток внутри пласта и это можно осуществлять с помощью инструмента для тестирования пласта, опробователя, спускаемого на бурильных трубах, или другого устройства для создания потока внутри пласта. Способность создавать изображение этого потока обеспечивает намного более точную оценку внутрипластовой проницаемости, которая не зависит от частной модели потока (ламинарной, сферической).

Как указывалось выше, одной из возможностей использования данного изобретения является использование в соединении с инструментом для тестирования пласта. Поток вызывается устройством для тестирования пласта, а датчики магнитно-резонансного изображения используются для определения характеристик флюида и получения изображения самого флюида при его протекании через пласт. Создание изображения потока, называемое также ангиографией, первоначально использовалось в области медицины для получения изображения крови при ее протекании через артерии и вены пациента. Понятно, что ту же технологию можно использовать для получения изображения флюидов, протекающих из пласта в инструмент для тестирования пласта. Имеется несколько технологий ангиографии, которые применяются в области медицины, описание каждой из которых приводится ниже.

а. Ангиография на основе времени пролета.

Ангиография на основе времени пролета (ТОЕ) называется также «маркировкой спинов» и является наиболее общей формой ангиографии, используемой в области медицины. Имеется несколько технологий для выполнения ангиографии на основе времени пролета. В одной технологии используют последовательность спинового эхо-сигнала, где прикладывают 90° импульс с выбранным срезом, после которого следует 180° импульс с выбранным срезом, имеющий другую частоту. В результате получают два разных среза. Как показано на фиг. 17 А, возбуждение различных последовательностей импульсов происходит вдоль общей линии времени с движением флюида через пласт. Как показано на фиг. 17А, прикладывают радиочастотный 90° импульс с выбранным срезом и градиент С₃ с выбранным срезом. Градиент С_Ф кодирования фазы и градиент С_£ частоты (или считывания) прикладывают после радиочастотного импульса в 90° и градиента С₃ выбора среза. Градиент выбора среза и импульс возбуждают спины внутри целевого среза 600 внутри пути потока 604 на линии А времени. При протекании возбужденного спинового пакета вдоль пути потока 604 прикладывают градиенты фазы и частоты. Когда прикладывают радиочастотный 180° импульс, то он воздействует на пакет 602, который не был подвергнут воздействию первоначальных градиентов и радиочастотного 90° импульса. Хотя может быть обнаружен сигнал свободного затухания индукции, эхо-сигнал не обнаруживают. Для преодоления этого частота радиочастотного 90° импульса отличается от частоты радиочастотного 180° импульса. В результате выполняются два выбора различных срезов, при этом срез, выбранный с помощью радиочастотного 180° импульса, следует за срезом, выбранным с помощью радиочастотного 90° импульса, в направлении потока. Как показано на фиг. 17В, прикладывают радиочастотный 90° импульс вместе с градиентом С₃ с выбранным срезом. Спиновой пакет 600 внутри элемента объема, содержащего 90° срез перемещается к поперечной плоскости. За этим следует приложение градиентов кодирования фазы и считывания. Когда прикладывается радиочастотный 180° импульс, то спиновой пакет, который начал дефазировать, находится внутри 180° среза (линия В), при этом спиновой пакет продолжает движение в направлении пакета, и прикладывают градиент С_£ частоты или считывания и обнаруживают эхо-сигнал.

Понятно, что если спиновые пакеты, возбужденные с помощью радиочастотного 90° импульса, не будут подвергнуты воздействию радиочастотного 180° импульса, то эхо-сигнал не будет обнаружен. Аналогичным образом, пока пакет 600, подвергнутый воздействию радиочастотного 180° импульса, перемещается в поперечную плоскость под воздействием радиочастотного 90° импульса, эхо-сигнал не обнаруживается. Кроме того, если нет потока, то спиновые пакеты, возбужденные с помощью радиочастотного 90° импульса, не перемещаются в толщину среза радиочастотного 180° импульса.

Другая технология позволяет использовать единственную частоту и один и тот же выбор среза посредством использования последовательных тестирований выбранного среза в цепочке нескольких им- 17 006178 пульсов с использованием варианта последовательного изображения со стимулированным эхо-сигналом. Как показано на фиг. 18, прикладывают радиочастотный 90° кшс-импульс в соединении с градиентом О₃ выбора среза. Затем следует приложение градиента Оф кодирования фазы вместе с градиентом О_£ частоты/считывания. После приложения градиента считывания прикладывают прямоугольный радиочастотный 90° импульс. Прикладывают последовательность, состоящую из радиочастотного 90° ктс-импульса, прикладываемого в соединении с градиентом О₃ выбора среза, и последующего градиента О_£ считывания, во время которой получают сигнал. За счет повторения конечной последовательности следуют за движением целевого среза в эксперименте с единственным кодированием фазы. Затем повторяют всю последовательность с другим градиентом Оф кодирования фазы. Затем получают зависимость интенсивности сигнала от времени, из которой определяют скорость при заданной маркировке и разделении выбранных срезов. В этом случае разрешение изображения ограничивается толщиной срезов. Способ стимулированного эхо-сигнала дополнительно обеспечивает преимущество, состоящее в том, что можно получать изображение нормальной спиновой плотности за счет использования спинового эхо-сигнала (не изображен), который возникает между вторым радиочастотным пиковым импульсом в 90° и третьим 90° 81пс-импульсом. Специальные технологии синхронизации хорошо известны и представлены в статье К. Мербольта и др. в 1оита1 о£ Мадпейс Кекопапсе, т. 67, стр. 336 (1986). Понятно, что указанные выше технологии ограничены относительно диапазонов скорости. Поскольку типичная толщина среза для этих технологий оказывается порядка 100 мкм (100 μιη) и время наблюдения около 100 мс (100 тс), то наблюдаемые скорости находятся в диапазоне 1 мм/с или выше. Понятно, что скорости потока, наблюдаемые в пласте, могут не попадать в наблюдаемый диапазон скоростей потока.

Технологии с использованием времени пролета можно использовать для измерения скоростей потока при отборе флюида с помощью инструмента для тестирования пласта. Кроме того, можно использовать существующие технологии изображения спинового эхо-сигнала, например, последовательности СРМО с чередующейся фазой, для определения характеристик флюида.

В. Ангиография с кодированием фазы.

Другой технологией, используемой для получения скоростей потока, является известная ангиография с кодированием фазы или фазоконтрастная ангиография. Эти используемые технологии существенно отличаются от описанных выше технологий на основе времени пролета, и используют приложение биполярного градиента О* между выбором среза и последовательностями изображения, и выводят скорость потока из сдвигов фазы поперечной намагниченности. Импульс биполярного градиента является импульсом, в котором включается градиент, имеющий положительную или отрицательную амплитуду, затем включают градиент с противоположной амплитудой в течение того же периода времени. Там, где начальный лепесток является отрицательным, градиент называется отрицательным биполярным градиентом; там, где начальный лепесток положительный, градиент называется положительным биполярным градиентом. Этот биполярный градиент вызывает сдвиг фазы в спиновом пакете, который зависит от чистого смещения спина, который происходит в течение периода времени, представляющего интерес. Биполярный градиент С*(1) можно сделать чувствительным к скорости, ускорению или к более высоким производным смещения. См. П.Р. Моран и др., Тесйпо1оду о£ Мадпейс Кекопапсе, стр. 149 (1984); Д.Г. Нишимура и др., ΙΕΕΕ Тгапкасйопк о£ МеЛса1 1тадшд, М1-5, стр. 140 (1986). Эффективный фазовый сдвиг, претерпеваемый в момент времени ΐ спином I, следующим по пути г₁()') в градиентном поле д(1'). можно выразить в виде

I φ₁(ι) = γίθ(ΐ’)·η(1’)άί’ (25) о

Когда все спины имеют не броуновское движение, например постоянную скорость, то уравнение 25 можно упростить, а именно, при заданной постоянной скорости ν, η(ΐ') можно выразить в виде г,(0) + νΐ'. Аналогичным образом, когда поток имеет постоянное ускорение, то η(ΐ') можно представить в виде г/0) + νΐ' + 1/2 а)'². Результирующиеся фазовые сдвиги влекут за собой последующие более высокие моменты О (ΐ). Нулевой момент должен равняться нулю, если конечный фазовый сдвиг зависит лишь от движения, а не от начального положения спинов. Поэтому за счет особой зависимости от времени О*()), можно сделать спиновой эхо-сигнал чувствительным к скорости или ускорению потока. В большинстве применений к месторождениям нефти, первичный интерес представляет скорость потока, а не ускорение или другие производные более высокого порядка смещения. Однако, информацию об ускорении можно использовать для моделирования переходных характеристик потока пласта, которые затем можно использовать для изучения анизотропной проницаемости пласта. Как показано на фиг. 19, модуляцию градиента можно создать с помощью пары импульсов противоположного знака, или же с помощью пары идентичных импульсов, разделенных импульсом со сдвигом фазы на 180°. Если средняя скорость в течение времени ΐ для спинов в положении г равна ν, то индуцированный фазовый сдвиг для этого положения элемента объемного изображения можно выразить в виде ехр[1р · ν(Γ)|, где р является градиентом φ₁(ΐ) кодирования скорости для не нулевого первого момента.

- 18 006178

Одна последовательность импульсов для изображения потока постоянной скорости показана на фиг. 19. Радиочастотный 90° Цпс-импульс с выбранным срезом прикладывают вместе с градиентом С_Б выбора среза. После этого прикладывают положительный биполярный градиент С_Б вместе с градиентом Оф кодирования фазы. Градиент С_Б выбора среза прикладывают снова с радиочастотным 180° мпсимпульсом с последующим приложением градиента считывания/частоты с отрицательной амплитудой (для дефазирования спинов) и немедленным приложением градиента считывания с положительной амплитудой во время получения сигнала (снова с рефазированием спинов, что обеспечивает максимальную амплитуду в центре периода получения). Затем показанную на фиг. 19 последовательность повторяют, но с отрицательным биполярным импульсом. Когда необработанный сигнал положительной и отрицательной биполярных последовательностей вычитают и сокращают все сигналы стационарных спинов, то остающийся сигнал обуславливается лишь спинами постоянного потока. Другие последовательности импульсов и средства обеспечения сокращения сигналов, обусловленных неподвижными спинами, можно найти у Р. Са11адйап «Принципы микроскопии с помощью ядерно-магнитного резонанса», ОхГогб Рге55 (1991), стр. 429-434. Когда технологию ангиографии применяют к пласту в соединении с устройствами для тестирования пласта, и они вызывают поток, то можно использовать устройства магнитнорезонансного изображения, показанные на фиг. 3 и 4, для точного измерения потока флюидов внутри пласта. Кроме того, те же структуры можно использовать для выполнения обычных экспериментов СРМС с целью определения характеристик пласта и типа флюида. См., например, С.И. Соа1е§ и др. «Принципы и применение каротажа с помощью ядерно-магнитного резонанса», стр. 77-90, НаШЬийоп Епегду Бетсех (1999).

с. Определение скорости и диффузии.

Технологии кодирования фазы, применяемые выше, можно дополнительно обрабатывать для определения не только скорости потока реликтовых флюидов, но также самодиффузии самих флюидов. Это выполняется с использованием комбинирования изображений пространства к- и с.|-представлений. Эта технология комбинирования изображений обычно называют динамической микроскопией. Концепция изображения пространства к-представлений обсуждалась выше применительно к технологии получения изображения с помощью преобразования Фурье и представляет средство для интерпретации принятого сигнала ядерно-магнитного резонанса, где к = (2' ;С,1 (26) где С является составляющей градиента. Для экспериментов с импульсами градиентного поля определенной длительности δ, обратный вектор с.| пространства можно определить аналогичным образом ,

ς = (2π)·'δθί = — ί 0(Γ)1’άΐ’ (27)

Δ ⁰ где С является эффективной интенсивностью импульсного поля, а Δ представляет разницу времени между центрами противофазных импульсов в паре импульсов градиентов.

Последовательность импульсов для динамической микроскопии, показанная на фиг. 20, является примером последовательности отраженных сигналов импульсного градиента или РСБЕ. В этой последовательности радиочастотный 90° 5 тс-импульс прикладывают в совокупности с градиентом импульса с выбранным срезом. Затем прикладывают радиочастотный прямоугольный 90° импульса для рефазирования, а затем снова градиент с выбранным срезом. Затем прикладывают градиент фазы РСБЕ с изменением величины вплоть до некоторого максимального значения д для периода δ. Снова прикладывают рефазирующий прямоугольный импульс в 180° с приложением затем двух последовательностей градиента фазы. Это эффективно устраняет необходимость кодирования скорости и кодирует флуктуирующую составляющую скорости или ускорения. При этом действие последовательностей кодирования фазы заключается в кодировании фазы флуктуирующей составляющей скорости в пространстве с.|представлений с одновременной подготовкой к дискретизации пространства к-представлений. С снова имеет различные величины при приложении с равным шагом вплоть до максимальной величины. Затем прикладывают градиент С-,· кодирования фазы и градиент С_х кодирования частоты для изменяющихся величин, а именно, градиент х для различных положительных величин, градиент х - как для отрицательных, так и положительных величин, и получают сигнал.

Сигнал, полученный из последовательности импульсов изображения РСБЕ, согласно фиг. 20, для единственной пары РГС можно представить в виде

8(к,я) = /р(г)ехр[12лк'г]{РД|г\Д)схр[12гсд(г-Г)]с1г’<1г (28) где Р_Б(г|г'Д) является условной вероятностью того, что спин, имеющий начало во время г, переместится в положение г' во время диффузии между началами действия двух импульсов градиента поля, Δ.

Уравнение 28 можно упростить для экспериментов с градиентами импульсных полей за счет использования функции Е,_Л(с.|,г) затухания эхо-сигнала. Поскольку в этом эксперименте импульсы градиента поля можно выключать, то интенсивность спинового эхо-сигнала можно нормировать с помощью прикладываемых импульсов градиента поля в интенсивность спинового эхо без каких-либо приложен- 19 006178 ных импульсов градиента поля, включаемых во время эксперимента, то Е,_Л(с.|,г) будет иметь значение единицы, в то время как диффузия молекул приводит к уменьшению Е_Л(с.|.г) до величин менее единицы. Эта процедура отсекает все эффекты релаксации, которые в противном случае также способствуют затуханию амплитуды спинового эха.

Функцию затухания эхо-сигнала в зависимости от с.|-мерного пространства и положения г во время Δ можно выразить как

Ед(ч, г) = М(г|г’,Д)ехр[12пч(г> г)]йГ (29) что является д-преобразованием Фурье относительно условной вероятности того, что частица перемещается из положения г в положение г' в течение времени Δ.

За счет подставления уравнения 29 в уравнение 28 можно интенсивность сигнала, измеренную с помощью последовательности РЕС изображения ядерно-магнитного резонанса, записать как

8(к,г) = )р(т) Е,_Л(д,г)ехр||2пкт|йг (30)

Из уравнения 30 следует, что реконструкцию сигнала в к-мерном пространстве можно выразить как р(г) ΕΔ(ς,Γ), что дает взвешенную относительно диффузии спиновую плотность в положении г. дпреобразование Фурье относительно условной вероятности, выраженное уравнением 25, требует наличия бесконечно малого объема йг, который на практике является усреднением нескольких элементов трехмерного изображения. Исходя из этого, можно измерять скорость, ускорение и самодиффузию изучаемых молекул.

На фиг. 21 показана функция Р₈ условной вероятности. Можно получать карту скорости и диффузии для каждого элемента объемного изображения посредством вычисления ширины и сдвига Р₃ в пространстве Ζ. На практике динамические профили получают посредством шагового изменения градиента С РС8Е с шагом и_с до некоторой максимальной величины С_т с последующим выполнением преобразования Фурье в пространстве д-представления для каждого элемента объемного изображения. Как указано в Р. Са11адйап «Принципы микроскопии с помощью ядерно-магнитного резонанса», ОхГогй ИшуегаНу Рте88 (1991), можно вывести, что средняя скорость молекул для элемента объемного изображения равна ν = 2πη_υ1<_ν/ΝγδΔ^_ΙΙ (31) где N является числом точек домена времени, подвергнутых дискретизации. Тогда величину диффузии можно выразить как

О = (ш Ан._Г7((4111(2Ж)-/·δ² С.ЛУ (32) где к_Етам представляет половинную максимальную величину на полной ширине в пространстве смещения в направлении Ζ (см. фиг. 22). Это является лишь одной из технологий, с помощью которой можно определять как скорость потока, так и самодиффузию потока молекул.

й. Спектроскопия со сменой положения (ΤΟΧ8Υ).

Другим средством для определения характеристик потока флюида является использование технологий двумерного преобразования Фурье в спектроскопии с изменением положения (ΤΟΧ8Υ). Эксперимент ΡΟX8Υ показывает, что амплитуда эхо-сигнала является функцией, зависящей от двух различных импульсов градиента поля. Поскольку область градиентов поля соотносится со шкалой длины, то двумерный график дает плотность вероятности того, что частица находится в положении 1 во время 1 и в положении 2 во время 1 + время диффузии. Это позволяет отображать изменение положения частиц внутри времени диффузии. Эксперимент ΡΟX8Υ обеспечивает график корреляции среднего положения относительно смещения за счет использования лишь технологий кодирования фазы.

4. Технологии получения изображения в реальном времени.

Указанные выше технологии получения изображения можно применять там, где устройство магнитно-резонансного изображения является неподвижным (в примере устройства для тестирования пласта или опробователя, опускаемого на бурильных трубах) или движется с относительно небольшой скоростью каротажа. Скорость каротажа в свою очередь ограничена временем восстановления, связанным с указанными выше технологиями. Понятно, что технологии магнитно-резонансного каротажа будут более вероятно иметь коммерческий успех, когда их можно применять соотносительно с технологиями токового каротажа и выполнять, например, со скоростью 30 футов (10 м) в минуту и более. Для обеспечения более короткого времени сканирования магнитно-резонансного изображения (и каротажа), необходимо учитывать факторы, которые ограничивают время сканирования. Спиновые эхо-сигналы по своей природе обычно являются довольно короткими и в сильной степени ограничены величинами времени Т2. В табл. 2 показаны типичные величины времени Τ1 и Т2, встречающиеся в условиях каротажа скважин.

______________________________________ Таблица 2

Флюид	Т| (мс)	Т2 (мс)	Τι/Τ2
Соляной раствор	1-500	1-500	1
Нефть	3000-4000	300 - 1000	1
Газ	4000 - 5000	30-60	0,2-0,4

- 20 006178

Источник: С.К. Соа1е§ и др. «Принципы и применение каротажа с помощью ядерно-магнитного резонанса», стр. 78, НаШЬшТоп Епегду 8егу1се5 (1999).

Необходимое молекулярное пространственное кодирование, требуемое для формирования изображения, обычно нельзя выполнять в указанные выше периоды времени. В соответствии с этим, последовательности повторяют, пока не будет достаточно данных для завершения какого-либо изображения. Естественно, что при повторении последовательностей уменьшается амплитуда сигнала. При этом отношение сигнала к шуму может быть настолько небольшим, что исследуемый пласт иногда необходимо подвергать полному повторному намагничиванию, прежде чем будет получен дополнительный сигнал. Однако повторная намагничиваемость молекул ограничена временем Т1. Понятно, что многие из указанных выше технологий требуют нескольких секунд в каждом положении внутри скважины.

В области медицины разработано несколько технологий получения изображения для обеспечения получения изображения в масштабе времени, близком к реальному. Они представляют обычно комбинирование последовательностей импульсов, способы дискретизации пространства к-представления и способы улучшения отношения сигнала к шуму. Время сканирования объема обычно выражается формулой Время сканирования = ТК х число кодирования фазы х ΝΕΧ (33) где ТК является временем повторения между последовательными радиочастотными импульсами; число кодирований фазы определяет пространственное разрешение, и ΝΕΧ обозначает число усреднений данных, необходимое для формирования изображения, достаточно свободного от шума.

Одним из средств уменьшения ТК является уменьшение поперечного угла Θ от 90° в меньший угол. Эта технология уже была затронута при обсуждении получения изображения с помощью повторного вызова эхо-сигнала градиента. Чем меньше Θ, тем меньше время, требуемое для повторного намагничивания (по существу уменьшения Т₁); однако это приводит также к уменьшению силы сигнала, принимаемого в ответ на радиочастотные импульсы. Понятно, что только уменьшение Θ до менее 5° оказывает отрицательное влияние на величину ΝΕΧ. Такой уменьшенный угол Θ образует основу для технологий РЬЛ8Н.

a. Технологии РЬЛ8Н.

Технологии РЬЛ8Н (быстрый замер под малым углом) были введены в области медицины в качестве средства получения полного сканирования изображения за десятки секунд. В технологиях РЬЛ8Н возбуждение под низким углом используется для развертки всего пространства к-представлений в относительно короткий период времени. При повторном считывании и относительно небольшом отношении ТК/Т1, амплитуду сигнала при свободном затухании индукции можно выразить как

М_у = Μ^08^ηΘδίηΘ (34) где п является числом раз использования радиочастотных импульсов для перемещения спинов на угол Θ. Как указывалось выше, небольшая величина угла Θ отрицательно сказывается на отношении сигнала к шуму. На фиг. 23 показана диаграмма последовательности для технологий РЬЛ§Н, в которых используется градиент «перемотки» фазы в каждом цикле. Радиочастотный импульс прикладывают вместе с градиентом с выбранным срезом, который изменяет знак для рефокусировки спинов. Градиент фазы прикладывают с равным шагом от - 6ψ_Μ до 6ψ_Μ; одновременно включают градиент считывания с отрицательным знаком для обеспечения расположения эхо-сигнала по центру периода считывания, когда градиент считывания становится положительным. Последовательность заканчивается градиентом фазы, «перематывающим» спины за счет изменения от - 6ψ_Μ до 6ψ_Μ. Затем последовательность повторяют η раз. Особая последовательность, показанная на фиг. 22, иногда называемая РЛ8Т 88РР (быстрая свободная прецессия в устойчивом состоянии), состоит в том, что за счет приложения перематывающего градиента сохраняется поперечная когерентность спинов для создания свободной прецессии в устойчивом состоянии.

В результате полную дискретизацию пространства к-представления для изображения РЬЛ8Н можно осуществить в менее чем одну секунду. Имеется несколько различных технологий с малым углом, которые можно использовать для уменьшения времени ТК, необходимого для завершения сканирования. Другие последовательности с малым углом Θ включают СЕ-РЛ8Т, Р18Р, РЛИЕ, ТигЬо РЬЛ§Н, и их можно использовать для уменьшения времени сканирования до менее одной секунды для небольших исследуемых зон. Подробное описание различных технологий с высокими скоростями/малыми углами можно найти в М. СоНеп, «Быстрое получение изображения: технологии и характеристики», Кабю1оду, Ырртсой, Нью-Йорк (1992).

b. Технологии быстрой дискретизации к-мерного пространства.

Для уменьшения времени дискретизации к-мерного пространства можно использовать технологии частичной дискретизации к-мерного пространства. Последовательности магнитно-резонансного изображения измеряют комплексную матрицу 1(к_х,к_¥). В отсутствие шума и других искажений, матрицу изображения в к-мерном пространстве можно выразить следующим образом:

1(кх,к_¥) = 1*(-кх,-к_¥) (35)

В этих условиях необходимо измерить лишь половину матрицы, а другую половину можно вывести. На практике шум, неоднородности поля и эффекты дискретизации вносят изменения фазы в матрицу,

- 21 006178 что приводит к ошибкам дискретизации. Корректировку можно выполнять посредством выборок во вторую половину матрицы и предположения, что изменение фазы является линейным, и применения этого к выводимым данным. Двумя общими технологиями, используемыми для частичной дискретизации пространства к-представления, являются способы получения изображения с помощью частичного отраженного сигнала и с помощью частичного ΝΕΧ. Технологию получения изображения с помощью частичного отраженного сигнала обычно используют совместно с последовательностью дискретизации спинового отраженного сигнала. Технология с использованием частичного отраженного сигнала направлена на сокращением минимального времени Т_Е отраженного сигнала, и ее можно использовать с такими технологиями, как ЕЬА8Н для быстрого сбора данных. За счет заполнения матрицы данных к-мерного пространства столбец за столбцом остальные данные экстраполируют с использованием следующей технологии:

Гкп к|2 кв кн Ί	Гк| 1 к|2 * * Ί
1 к2| к22 к23 к24 1 =	1 к21 к22 * * 1	(36)
1 к31 к32 кзз к34 I	1 к31 к32 * * 1
1_к4| кд2 кдз кд4	Ькц к42 * * 1

где * является вычисленной комплексной сопряженной величиной -к_Л*. Можно использовать также технологии частичного ΝΕΧ или половинного ΝΕΧ для дискретизации пространства к-представления и уменьшения необходимого времени. При просмотре изображения к-пространства матрицу Ι(Κ_Χ,Κ_Υ) можно выразить следующим образом:

Гкп к₁₂ к_|3 к_|41 Гкц к₁₂ к_в к_и1

I к₂1 к₂₂ к₂₃ к₂₄ I ⁼ I к₂1 к₂₂ к₂₃ к₂₄1(37)

I к₃₁ к₃₂ кзз к₃₄ I I * * * * I

[.кп кдг кв и.1 ί* ♦ »»3 где * является вычисленной комплексной сопряженной величиной -к_Л*. Таким образом, в данном примере необходимо действительно выполнять выборку лишь к₁₁ - к₂₄, что требует лишь половину времени.

с. Технологии 8ΡΚΙΤΕ.

Еще одним средством для создания изображений по существу в реальном времени для оценки местоположения флюида является использование технологии 8ΡΚΙΤΕ (получение изображения единственной точки с помощью пилообразного изменения с улучшенным Τι). На фиг. 23 А показана последовательность 8ΡΚΙΤΕ. Технология 8ΡΚΙΤΕ является чисто способом преобразования Фурье кодирования фазы, в котором используют широкополосные радиочастотные импульсы для возбуждения намагниченности и пилообразно изменяющийся градиент в направлении первичного кодирования фазы (в данном случае С_х). Шаг в этом градиенте С_х обычно длится лишь несколько миллисекунд, к-пространство подвергают дискретизации, точка за точкой. Понятно, что указанные выше технологии дискретизации пространства к-представления можно использовать для уменьшения времени дискретизации. На фиг. 23В показана эта модифицированная технология дискретизации к-пространства, в которой выбор среза используется для запирания спина поперечной намагниченности для последующего считывания. Таким образом, лишь половину к-пространства необходимо подвергать дискретизации.

Эти технологии быстрого получения изображения способны поставлять информацию ангиографии в реальном времени, относящуюся к потоку флюида внутри пласта, а также к изображению скважины. Понятно также, что эти технологии можно использовать дополнительно к известным технологиям ядерно-магнитного резонанса внутри буровой скважины.

5. Подавление градиента фона.

Приведенное выше описание измерения положения и самодиффузии относятся к однородным системам, где Τ₁ >> Τ₂. Но это не всегда имеет место в пласте. Однако в неоднородных системах, которые имеют составляющие с разными магнитными характеристиками, распределение зависящих от пространства градиентов фона для разных составляющих может приводить к затуханию эхо-сигнала и введению систематической погрешности в измерение диффузии. А именно, неоднородности фонового поля могут приводить к уменьшению наблюдаемых величин времени Т2 за счет эффектов диффузии параллельного сдвига спинов. В сложных случаях это может приводить к ошибочному моделированию пласта или вообще исключать использование ядерно-магнитного резонанса.

Были предложены несколько последовательностей ΡΕΟ для решения проблемы градиентов фона. А именно, использование чередующихся биполярных импульсов градиента для минимизации эффектов скрещивающего члена (6_а6₀), созданного приложенным градиентом 6_а и градиентом 6₀ фона. Несколько способов подавления градиентов фона описаны в статье К.М. СоНз и др. «Способы стимулирования эхо-сигнала с помощью градиентов импульсного поля для улучшенного измерения диффузии ядерномагнитного резонанса в гетерогенных системах», 1оигиа1 οί Мадпейс Кезопапсе, т. 83, стр. 252-266 (1989). В указанной статье обсуждаются последовательности «девятого», «тринадцатого» и «семнадцатого» интервалов Хана, известная также как последовательность ΡΕΟ Карр Пурселя, с использованием биполяр- 22 006178 ных градиентов. В ней описаны факторы спинового эхо-сигнала в терминах полного эффективного градиента д(():

1а кр = γίθ(ΐ)άί (38)

1с к, = у(О(1)Л (39)

Для минимизации перекрещивающих членов, обусловленных градиентом фона, каждая из последовательностей, приведенных в статье, имеет два решения

Условие I: (к_р - к_г) = 0

Условие II: (к_р + к_г) = 0

На фиг. 24А и 24В показана в качестве примера последовательность тринадцатого интервала. На фиг. 24А показан истинный лабораторный градиент при условии I. Следует отметить, что эффективный градиент остается одинаковым во время подготовительного периода, а также во время периода считывания последовательности. На фиг. 24В представлены прикладываемые полярности системы. Что касается иллюстрации истинного градиента, то эффективный градиент является аналогичным во время фаз подготовки и считывания последовательности. Как указывалось выше (см. уравнения 3-21), амплитуды эхосигнала для различных последовательностей включают каждая скрещивающий член С_аС₀. За счет выбора интервала после различных последовательностей импульсов и выбора длины импульса градиента можно минимизировать влияние скрещивающего члена.

Относительно последовательности тринадцатого интервала амплитуду эхо-сигнала для условия I можно выразить в виде

Можно видеть, что выбор δι = δ₂ эффективно устраняет перекрестный член С_аС₀. Однако последовательность тринадцатого интервала не исключает скрещивающий член

(41)

Однако влияние этого перекрестного члена можно минимизировать за счет выбора длины импульса градиента.

В то время как последовательность импульсов девятого интервала, указанная в статье, аналогичным образом устраняет или минимизирует скрещивающий член, использование последовательности тринадцатого интервала способствует затуханию сигнала, что является важным для измерения небольших коэффициентов диффузии, что наблюдается при измерениях газа при больших величинах времени Т₁, несмотря на относительно небольшие величины времени Т₂ (см. табл. 2). Модификацию последовательности РЕС Карр Пурселя, такую как последовательность тринадцатого интервала, можно использовать не только для подавления градиентов фона, наблюдаемых в скважине, но также для обеспечения дополнительной информации, относящейся к корреляции смещения и изображения. В статье И. Хан и др. «Двумерная корреляция с кодированием РЕС ядерно-магнитного резонанса положения, скорости и ускорения при транспортировке флюида», 1оита1 о£ Мадиейс Векопапсе, т. 146, стр. 169-180 (2000), описаны технологии кодирования дополнительной информации, которую можно использовать для определения положения, скорости и ускорения потока. При получении изображения с помощью кодирования фазы эти технологии можно распространить на зондирование движения в более чем одном направлении. При этом предполагается, что введение пошагово изменяемых биполярных градиентов независимо друг от друга можно использовать для кодирования информации, относящейся к положению и скорости частиц в потоке. Понятно, что возможность отслеживания движения в более чем одном направлении, позволяет определять источник потока флюида. При применении в инструменте для тестирования пласта можно определять характеристики анизотропной проницаемости и направлений потоков.

Эти концепции обычно называют РО8ХУ (спектроскопия изменения положения) и УЕ8ХУ (спектроскопия изменения скорости).

В технологии РО8ХУ кодируют среднее положение на главной диагонали и изменение положения, соответствующее скорости на вторичной диагонали. В одном варианте выполнения технологии, градиенты пошагово изменяют независимо друг от друга и они являются биполярными вдоль вторичной диагонали, так что к! = -к₂, что дает волновой вектор в д-мерном пространстве (см. фиг. 25а). Вдоль главной

- 23 006178 диагонали два импульса градиента являются униполярными, так что к = (к! + к₂)/2 представляет среднее положение между двумя моментами времени ΐ = 0 и ΐ = Δ. Двумерное преобразование Фурье позволяет коррелировать смещение спиновых пакетов со средним положением г параллельно направлению приложенного градиента. Затем это можно использовать для определения средней скорости спинового пакета посредством деления смещения на промежуток времени Δ. В технологии УЕ8ХУ используют в последовательности независимых биполярных импульсов две пары импульсов градиентов, каждый из которых перекрывает одинаковую площадь или интенсивность, при этом к₁ = - к₂ и к₃ = -к₄. При этом указывается, что применение второго множества градиентов импульсов к₃ и к₄ можно использовать для вывода более высоких производных, таких как ускорение потока. Как показано на фиг. 25В, первую противофазную пару импульсов используют для кодирования начальной и конечной скорости, что позволяет получить среднюю скорость вдоль главной диагонали флуктуирующих составляющих скорости или ускорения на вторичной диагонали.

В данном изобретении можно использовать технологии РО8ХУ и УЕ8ХУ, раскрытые в статье Хана, в комбинации с последовательностью тринадцатого интервала. Предлагаемая в качестве примера последовательность этого типа показана на фиг. 26. Последовательность подобна обычной последовательности, показанной на фиг. 25Α, за исключением природы прилагаемых градиентов импульсного поля. Первый градиент импульса, который кодирует к_ь изменяют пошагово в диапазоне от О1 до -О1 в период времени δ,,, в то время как второй градиент импульса, кодирующий к₂, пошагово изменяют в диапазоне от О₂ до -О₂ в период времени δ^ Как указывается в статье Хана, необходимо, чтобы интенсивность прикладываемого градиента обеспечивала к1 = -к2. В соответствии с этим, диапазон для каждого из импульсов не должен быть одинаковым, если интенсивность импульса является равной, но отрицательной. Импульсные градиенты, создающие к₃ и к₄, показаны как имеющие аналогичные магнитуды и длительности. В то время как они показаны в таком виде на фиг. 26, следует отметить, что хотя к₁ = -к₂, к₃ и к₄ не обязательно должны иметь одинаковую интенсивность. Единственным требованием является к₃ = -к₄. Затем строят двумерный график интенсивности принятого сигнала в зависимости от площади градиентных пар к1 и к2 и к3 и к4, что позволяет определять корреляцию спектра смещения, скорости с компенсацией градиентов фона. Аналогичным образом, показанный на фиг. 25В эксперимент УЕХ8У можно распространить на компенсацию градиента фона с целью получения спектра корреляции скорости и ускорения в соответствии с корреляцией средней скорости и расширением диффузии. На фиг. 26 не показан выбор поляризации импульсов градиента. Импульсы можно выбирать так, что к₁ пошагово изменяется за счет изменения градиента от -О1 до О1 (импульс «-»), в то время как к₂ пошагово изменяется за счет изменения градиента от О₂ до -О₂ (импульс «+»). В данном изобретении предусматривается, что можно изменять последовательность, в которой применяются пары градиентов импульсов. Например, последовательность импульсов может быть + - + - или - + + -, или любой последовательностью положительных и отрицательных импульсов, если только импульсы градиента создают пары равной, но отрицательной интенсивности относительно друг друга. В итоге, при комбинировании с приложением независимых биполярных импульсов градиента можно посредством последующего применения корреляции с помощью двумерного преобразования Фурье с центром вокруг радиочастотных импульсов в 180°, для замены первоначальных импульсов градиента в РОХ8У и УЕХ8У, получать спектры перемещения, скорости и ускорения флюида в пласте при его протекании в патрубок устройства для тестирования пласта. В этом случае эксперимент РОХ8У с компенсацией градиента фона является двумерной версией последовательности тринадцатого интервала.

Возможны дополнительные модификации последовательности тринадцатого интервала. Для компенсации дефазирования в квадратных полях, каждый импульс градиента первоначальной последовательности заменяют противофазной парой противофазных импульсов градиента с использованием двух радиочастотных 180° импульсов при этом к₁ = -к₂ = -к₃ = к₄ и к₅ = -к₆ = -к₇ = к₈ (см. фиг. 27). Аналогичным образом показанный на фиг. 25В эксперимент УЕХ8У для корреляции скорости и ускорения можно модифицировать для компенсации линейных, квадратных и других нелинейных профилей поля фона.

Выводы

В данном изобретении раскрыты различные структуры типа радиочастотная антенна - постоянный магнит - электромагнитная катушка, которые можно использовать для выполнения экспериментов с импульсными градиентами поля, включая расположенные с эксцентриситетом (вблизи стенки скважины) структуры и установленные по центру скважины устройства. Данное изобретение раскрывает средство для непосредственного определения проницаемости как функции изображения потока флюида, включая направленный поток для определения анизотропной проницаемости. Дополнительно к этому, данное изобретение раскрывает применение различных технологий магнитно-резонансного изображения, которые можно использовать для получения изображения пласта вокруг скважины для раскрытых структур. Данное изобретение раскрывает средства для создания азимутально чувствительных магнитнорезонансных изображений пласта вокруг скважины. Кроме того, данное изобретение раскрывает средство для вызывания потока из пласта с использованием инструмента для тестирования пласта и отображения характеристик флюида пласта и определения самодиффузии флюида. Эти технологии получения

- 24 006178 магнитно-резонансного изображения можно использовать в соединении с известными технологиями каротажа с использованием ядерно-магнитного резонанса для определения пористости, проницаемости и определения характера флюида внутри пласта.

Данное изобретение дополнительно раскрывает технологии получения магнитно-резонансного изображения, которые можно использовать в соединении с инструментами тестирования, которые вызывают поток из пласта в скважину, что обеспечивает измерение скоростей потоков пласта и более точное определение проницаемости пласта.

Хотя данное изобретение было описано применительно к различным вариантам выполнения, возможны модификации указанных устройств и технологий без отхода от идеи данного изобретения. Следует понимать, что описанные варианты выполнения и технологии имеют лишь иллюстративный характер и не должны ограничивать объем изобретения.

Claims (22)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Устройство получения изображения потока флюида внутри земного пласта (предназначенное для использования внутри скважины), содержащее (a) средства для вызывания потока флюида внутри земного пласта к устройству;

   (b) по меньшей мере один постоянный магнит для создания статического магнитного поля в удаленной зоне в земном пласте, при этом указанный магнит имеет продольную ось и вектор намагниченности;

   (c) первую электромагнитную катушку для создания изменяемого магнитного поля в указанной удаленной зоне, при этом указанная катушка имеет вектор намагниченности, параллельный вектору намагниченности указанного постоянного магнита;

   (б) вторую электромагнитную катушку для создания изменяемого магнитного поля в указанной удаленной зоне, при этом указанная катушка имеет вектор намагниченности, по существу перпендикулярный вектору намагниченности указанного постоянного магнита;

   (е) третью электромагнитную катушку для создания изменяемого магнитного поля в указанной удаленной зоне, при этом указанная катушка имеет вектор намагниченности, лежащий в плоскости, ортогональной указанной продольной оси постоянного магнита, и перпендикулярный вектору намагниченности указанного постоянного магнита;

   (£) радиочастотное передающее устройство для избирательной передачи радиочастотного магнитного поля в указанную удаленную зону для возбуждения им ядер в указанной удаленной зоне и (д) приемник для приема сигналов ядерно-магнитного резонанса от указанных возбужденных ядер с обеспечением тем самым информации, относящейся к характеристикам и свойствам пласта, из которой можно выводить петрофизическое свойство указанного пласта и изображение потока флюида внутри указанного пласта.
2. 2. Устройство по п.1, в котором указанные средства для вызывания потока флюида в земном пласте включают инструмент для тестирования пласта, соединенный с возможностью прохождения флюида с земным пластом, при этом указанный инструмент для тестирования пласта создает отрицательную разницу давления от земного пласта к указанному инструменту для тестирования пласта.
3. 3. Устройство по п.1, в котором указанные средства для вызывания потока флюида в земном пласте включают опробователь, спускаемый на бурильных трубах, соединенный с возможностью прохождения флюида с земным пластом, при этом указанный опробователь, спускаемый на бурильных трубах, создает отрицательную разницу давления от земного пласта к указанному опробователю, спускаемому на бурильных трубах.
4. 4. Способ определения проницаемости содержащего углеводороды земного пласта, при этом способ содержит стадии (a) располагают каротажный инструмент в выбранном положении в скважине, проходящей через земной пласт;

   (b) вызывают перетекание флюида внутри земного пласта к указанному инструменту;

   (c) создают по меньшей мере два магнитно-резонансных изображения указанного флюида при протекании внутри земного пласта к указанному инструменту, при этом указанные по меньшей мере два изображения создаются в различные периоды времени;

   (б) определяют смещение указанного флюида внутри земного пласта между указанными различными периодами времени с использованием по меньшей мере двух магнитно-резонансных изображений и (е) определяют проницаемость земного пласта непосредственно из смещения указанного флюида.
5. 5. Способ определения проницаемости содержащего углеводороды земного пласта по п.4, в котором создают по меньшей мере два магнитно-резонансных изображения с использованием эксперимента ядерно-магнитного резонанса с импульсным градиентом поля.
6. 6. Способ по любому из пп.4 или 5, в котором указанная стадия вызывания потока флюида дополнительно содержит стадии (Ь1) изолируют земной пласт от скважины;

   - 25 006178 (Ь2) создают канал для потока флюида из указанного земного пласта к указанному инструменту и (Ь3) вызывают разницу давления между указанным инструментом и земным пластом.
7. 7. Способ по любому из пп.4-6, в котором стадия создания указанных по меньшей мере двух магнитно-резонансных изображений содержит создание указанных магнитно-резонансных изображений с использованием экспериментов с градиентом импульсного поля для ангиографии на основе времени пролета для создания указанных изображений.
8. 8. Способ по любому из пп.4-7, в котором стадия создания указанных по меньшей мере двух магнитно-резонансных изображений дополнительно содержит стадии (с1) создают статическое магнитное поле в земном пласте для поляризации и фазовых состояний выбранных ядер внутри указанного флюида;

   (с2) прилагают радиочастотный ктс-импульс с фазой, поворачивающейся на 90°, и первое импульсное градиентное магнитное поле к земному пласту, при этом указанный радиочастотный импульс прикладывают перпендикулярно указанному статическому магнитному полю, а указанное первое импульсное градиентное поле в основном выравнивают с указанным статическим магнитным полем;

   (с3) прилагают второе и третье импульсное градиентное магнитное поле к земному пласту после окончания радиочастотного импульса и указанного первого импульсного градиентного магнитного поля, при этом указанные первое, второе и третье импульсные градиентные магнитные поля ортогональны друг другу;

   (с4) прилагают прямоугольный радиочастотный 90° импульс к земному пласту;

   (с5) повторно прилагают третье градиентное импульсное поле к земному пласту вместе со вторым радиочастотным 90° кшс-импульсом;

   (с6) принимают отраженный спин-сигнал, индуцированный указанными ядрами внутри указанного флюида;

   (с7) создают изображение путем обработки указанного сигнала и (с8) повторяют стадии (с5)-(с7) для каждого создаваемого магнитно-резонансного изображения.
9. 9. Способ по любому из пп.4-7, в котором стадия создания указанных по меньшей мере двух магнитно-резонансных изображений содержит использование импульсной градиентной последовательности спиновых эхо-сигналов для создания указанных изображений.
10. 10. Способ по п.9, в котором стадия создания указанных по меньшей мере двух магнитнорезонансных изображений дополнительно содержит стадии (сс1) прилагают статическое магнитное поле к земному пласту для поляризации и синхронизации разовых состояний ядер внутри указанного флюида внутри земного пласта;

    (сс2) прилагают радиочастотный 90° кшс-импульс и выбирают профиль градиента магнитного поля в указанном флюиде;

    (сс3) прилагают прямоугольный радиочастотный 180° импульс и второй профиль градиента магнитного поля в указанном флюиде;

    (сс4) прилагают ступенчатый радиочастотный импульс градиента фазы отраженного спинового сигнала и затем второй прямоугольный радиочастотный 180° импульс к указанному флюиду;

    (сс5) прилагают второй и третий ступенчатый радиочастотный импульс градиента спинового эхосигнала к указанному флюиду;

    (сс6) прилагают ступенчатый импульс градиента магнитного поля кодирования фазы и ступенчатый импульс градиента магнитного поля кодирования частоты к указанному флюиду;

    (сс7) прилагают четвертый ступенчатый импульс градиента фазы спинового отраженного сигнала к указанному флюиду;

    (сс8) прилагают второй ступенчатый кодирующий импульс градиента магнитного поля и ступенчатый кодирующий импульс градиента магнитного поля к указанному флюиду;

    (сс9) получают отраженный спин-сигнал от указанных ядер во время стадии (сс8);

    (сс10) создают изображение из указанного сигнала и (сс11) повторяют стадии (сс1)-(сс10) для каждого из указанных по меньшей мере двух магнитнорезонансных изображений.
11. 11. Способ по любому из пп.4-10, дополнительно содержащий стадию определения анизотропной проницаемости земного пласта.
12. 12. Способ по п.11, в котором стадия определения анизотропной проницаемости земного пласта дополнительно содержит стадию использования модифицированной последовательности градиента импульсного поля Карр Пурселя для создания указанных по меньшей мере двух магнитно-резонансных изображений.
13. 13. Способ по п.12, в котором стадия использования модифицированной последовательности Карра Парселла градиентов импульсного поля Карра Парселла содержит стадии (£1) прилагают статическое магнитное поле к земному пласту для поляризации и синхронизации фаз ядер внутри указанного флюида внутри земного пласта;

    (£2) прилагают первый прямоугольный радиочастотный 90° импульс к указанному флюиду;

    - 26 006178 (£3) прилагают первое импульсное поле с отрицательным ступенчатым градиентом к указанному флюиду;

    (£4) прилагают первый радиочастотный 180° импульс к указанному флюиду;

    (£5) прилагают первое импульсное поле с положительным ступенчатым градиентом к указанному флюиду, при этом указанный градиент равен по интенсивности указанному первому отрицательному ступенчатому градиенту импульсного поля;

    (£6) прилагают второй прямоугольный радиочастотный 90° импульс к указанному флюиду;

    (£7) прилагают третий прямоугольный радиочастотный 90° импульс к указанному флюиду после выбранного периода времени;

    (£8) прилагают второй импульс поля с отрицательным ступенчатым градиентом к указанному флюиду;

    (£9) прилагают второй радиочастотный 180° импульс к указанному флюиду;

    (£10) прилагают второе импульсное поле с положительным ступенчатым градиентом к указанному флюиду, при этом указанный градиент равен по интенсивности указанному второму отрицательному ступенчатому градиенту второго импульсного поля;

    (£11) получают спиновые эхо-сигналы от ядер во время стадий (£8)-(£10);

    (£12) создают изображения посредством указанных сигналов, при этом указанное изображение восстанавливает положение и направление потока указанного флюида; и (£13) повторяют стадии (£2)-(£12) для каждого из по меньшей мере двух магнитно-резонансных изображений.
14. 14. Способ по п.11, в котором стадия создания указанных по меньшей мере двух магнитнорезонансных изображений дополнительно содержит стадию использования модифицированной последовательности Карра Парселла пар градиентов импульсного биполярного поля для создания указанных по меньшей мере двух магнитно-резонансных изображений.
15. 15. Способ по п.14, в котором стадия использования модифицированной последовательности пар градиентов импульсного биполярного поля Карр Пурселя дополнительно содержит стадии (д1) прилагают статическое магнитное поле к земному пласту для поляризации и синхронизации фаз ядер внутри указанного флюида внутри земного пласта;

    (д2) прилагают первый прямоугольный радиочастотный 90° импульс к указанному флюиду;

    (д3) прилагают первое биполярное импульсное поле со ступенчатым градиентом к указанному флюиду, при этом указанный градиент ступенчато изменяют в первом выбранном направлении;

    (д4) прилагают первый радиочастотный 180° импульс к указанному флюиду;

    (д5) прилагают второе биполярное импульсное поле со ступенчатым градиентом к указанному флюиду, при этом указанный градиент равен по интенсивности указанному ступенчатому градиенту первого биполярного импульсного поля и ступенчато изменяется в направлении, противоположном указанному первому выбранному направлению;

    (д6) прилагают второй прямоугольный радиочастотный 90° импульс к указанному флюиду;

    (д7) прилагают третий прямоугольный радиочастотный 90° импульс к указанному флюиду после выбранного периода времени;

    (д8) прилагают третье биполярное импульсное поле со ступенчатым градиентом к указанному флюиду, при этом указанный градиент ступенчато изменяют во втором выбранном направлении;

    (д9) прилагают второй радиочастотный 180° импульс к указанному флюиду;

    (д10) прилагают четвертое биполярное импульсное поле со ступенчатым градиентом к указанному флюиду, при этом указанный градиент равен по интенсивности указанному ступенчатому градиенту третьего биполярного импульсного поля и ступенчато изменяется в направлении, противоположном указанному второму выбранному направлению;

    (д11) получают спиновые отраженные сигналы от ядер во время стадий (д8)-(д10);

    (д12) создают изображения из указанных сигналов, при этом указанное изображение указывает положение и направление потока указанного флюида; и (д13) повторяют стадии (д2)-(д12) для каждого из по меньшей мере двух магнитно-резонансных изображений.
16. 16. Способ по любому из пп.4-15, при этом зависимость от п.5 дополнительно содержит стадии (111) выполняют по меньшей мере один эксперимент ядерно-магнитного резонанса СРМС с земным пластом и указанным флюидом при протекании указанного флюида к указанному инструменту;

    (12) принимают спиновый отраженный сигнал от указанного флюида после указанного по меньшей мере одного эксперимента ядерно-магнитного резонанса СРМС и (13) определяют дополнительно к проницаемости земного пласта по меньшей мере одно другое петрофизическое свойство, относящееся к указанному пласту или указанному флюиду.
17. 17. Способ по п.16, в котором по меньшей мере одно дополнительное петрофизическое свойство включает пористость земного пласта.
18. 18. Способ по п.16, в котором по меньшей мере одно дополнительное петрофизическое свойство включает общий объем свободной и остаточной воды в земном пласте.

    - 27 006178
19. 19. Способ по п.16, в котором по меньшей мере одно дополнительное петрофизическое свойство включает вязкость указанного флюида.
20. 20. Способ по п.16, в котором по меньшей мере одно дополнительное петрофизическое свойство включает типы углеводородов, присутствующих в указанном флюиде.
21. 21. Способ по любому из пп.4-20, в котором по меньшей мере два магнитно-резонансных изображения являются трехмерными изображениями.
22. 22. Способ по любому из пп.4-21, в котором используют устройство по любому из пп.1-3.