NL1013482C2 - Apparaat en werkwijze voor het berekenen van een verdeling van spin-spin-relaxatietijden. - Google Patents

Description

Korte aanduiding: Apparaat en werkwijze voor het berekenen van een verdeling van spin-spin-relaxatietijden.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor 5 het doormeten van een boorput, omvattende de stappen van: het opwekken van een in hoofdzaak axiaal symmetrisch statisch magnetisch veld in een formatie doorsneden door een boorput; het opwekken van een wisselend magnetisch veld in de formatie; het detecteren van kernspinresonantiesignalen van de formatie; en het verschaffen van een 10 signaalprocessor in de boorput.

Een dergelijke werkwijze en inrichting zijn bekend uit Europese octrooiaanvrage EP 0.871.045 waarin een werkwijze en inrichting zijn beschreven voor het meten van volledige NMR-porositeit van een aardformatie die doorsneden is door een boorgat, waarbij de werwijze en 15 inrichting gevoelig zijn voor snelle relaxatietijden welke kunnen worden geassocieerd met klei-gebonden water. Hierbij wordt een fase-alternerende sequenti e van osei 11 erende magneti sche pul sen i n de aardformati e gestuurd, welke onder invloed staat van een voortgebracht statisch magnetisch veld. Echosignalen, in reactie op de in de formatie gestuurde pulsen, worden 20 geregistreerd en verwerkt. Voor het verwerken wordt een signaalverwerkingsinrichting gebruikt, welke zowel in het boorgat als aan het aardoppervlak geplaatst kan zijn. Alvorens de signalen te verwerken, worden deze verdeeld in een eerste en tweede groep signalen, waarbij de tweede groep wordt gecomprimeerd met behulp van een venstersomwaarde-25 berekening ("window sum value computation"). Vervolgens worden de data uit beide groepen verwerkt voor het onder andere bepalen van een spin-spin-relaxatieti jdverdeling en een aantal eigenschappen van de aardformatie.

Het nadeel van bovengenoemde werkwijze en inrichting is de hiervoor benodigde datacompressie. De in de beschreven werkwijze 30 en inrichting vereiste datacompressie, met behulp van een een venstersomwaarde-berekening, beperkt namelijk in hoge mate de signaalverwerkingsmogelijkheden in het boorgat.

Het is bekend dat atomaire deeltjes van een grondformatie die een magnetisch kernspinmoment hebben dat ongelijk is 35 aan nul, bijvoorbeeld protonen, de neiging hebben om zich te richten naar een statisch magnetisch veld dat aan de formatie wordt opgelegd. Een 1 n 1 34 ft? < 2 derqelijk magnetisch veld kan een natuurlijke oorsprong hebben zoals het eval is met het magnetisch veld, BE, van de aarde. Een radiofrequente-pu die een tweede magnetisch veld loodrecht op ^ »"lest ve™"“ * “ , nrpcessie uitvoert rond de BE vector mei 5 resonantiefrequentie die bekend staat als de ^ afhangt van de sterkte van het Stat’SCy ^erstofkernen (protonen) nvrnmaanetische verhouding van het deeitj .

die een precessie uitvoeren rond een magnetisch veld biJ^“ 10 0,5 gauss hebben een karakteristieke frequentie van ongeveer k z' Ind de DODulatie waterstof kernen gedwongen zou worden om de precess Uit te voeren kunnen de gecombineerde magnetische velden van de protonen een detecteerbare wisselspanning opwekken in een ontvangerspoe e , k I etaat als vrij 1nductieverval of spin-ecno.

hi i rip vakman bekend staat ais vi j „ waterstofkernen van water en koolwaterstoffen die voorkomen in rotspor en 15 produceren kernspinresonantie (« signalen die verschillen van smalen ^ " Z1" ;rr;ro:t:::;ine:.n,87e verleend aan laicher ,t a, en 5 055.787 verleend aan Kleinberg et al. beschrijven NMR-20 ;I^Ch .e permanente J J Γη radiofrequente-antenne^om kernspi nresonanti e op te wekken en tti dicteren om de poreusheid, vrije vloeistofverhoud,ng ('free fluid Κ μ n fnrmatip te bepalen. De atoomkernen richten zich permeabiliteit van een formatie te oepai een i j ,„i j R met een tijdconstante ·ι· 25 polarisatieperiode^kan de hort tuisen de kernmagnetisatie en het aangelegde

r Vwijtigd door het aanleggen van een radiofrequent ve B

loodrecht op het statische veld B„, met de Larmor ^ 30 "rit: pulsen genereert een opeenvolging van spm-echo's d,e een NMR-signaal in de antenne produceren.

Ameri kaans octrooi nummer 5.280.24.5 ver 35 Hüier beschrijft een kernspinresonantiegereedschap voor het evalueren 101348e" 3 van formaties tijdens het boren. Het gereedschap omvat een probe-deel dat bestaat uit een permanente magneet in een zich in lengterichting uitstrekkende ringvormige uitsparing buiten de boorkraag en een antenne op een niet geleidende magnetische huls buiten de boorkraag. De gradiënt 5 van de waarde van het statische magnetische veld is radiaal gericht. De antenne produceert een radiofrequent magnetisch veld dat hoofdzakelijk loodrecht staat op de lengteas van het gereedschap en op de richting van het statische veld. Met het apparaat beschreven in Amerikaans octrooi nummer 5.280.243 moet de magneet in axiale richting lang zijn vergeleken 10 met zijn diameter opdat de magnetische velden het gewenste 2-D di pool - gedrag benaderen.

Amerikaans octrooi 5.757.186 verleend aan Taicher et al. beschrijft een gereedschap voor het meten tijdens het boren dat een sensorapparaat omvat voor het doen van kernspinresonantiemetingen van de 15 grondformatie. Het NMR-sensorapparaat is gemonteerd in een ringvormige uitsparing gevormd in het buitenoppervlak van de boorkraag. In een uitvoeringsvorm is een fluxsluiting ingebracht in de uitsparing. Een magneet is aangebracht op het buitenste radiale oppervlak van de fluxsluiting. De magneet is samengesteld uit een aantal radiale segmenten 20 die vanaf de lengteas van het gereedschap radiaal naar buiten zijn gemagnetiseerd. De fluxsluiting is vereist om een geschikte gerichte oriëntatie van het magnetisch veld te verschaffen.

De gereedschappen beschreven in de Amerikaanse octrooien 5.280.243 en 5.757.186 lijden aan gemeenschappelijke problemen: beide 25 gereedschappen vereisen het gebruik van een niet-geleidende magneet en het plaatsen van de magneet buiten de boorkraag. Met betrekking tot het gereedschap beschreven in Amerikaans octrooi 5.280.243 dient het buitenste oppervlak van de boorkraag een uitsparing te bevatten om de niet-geleidende magneet op te nemen. Met betrekking tot het gereedschap beschreven in 30 Amerikaans octrooi 5.757.186 dient het buitenoppervlak van de boorkraag een uitsparingsgedeelte te bevatten om de fluxsluiting, de niet-geleidende magneet, en de antenne op te nemen. Omdat de sterkte van de boorkraag een functie is van zijn straal heeft het verminderen van de externe diameter teneinde alleen de magneet of de fluxsluiting, de magneet en de antenne op te nemen een onacceptabel zwak gedeelte van de boorkraag tot gevolg waardoor die kan buigen of breken gedurende een booroperatie.

1013482 4

Amerikaans octrooi nummer 5.557.201 verleend aan

Kleinberg et al. beschrijft een gepulst kernmagnetisme gereedschap voor hit evalueren van formaties tijdens het boren. Het gereedschap omvat een boorkop een boor en een gepulst kernspinresonantie-instrument gevat innen 5 omraag gemaakt van een niet-magnetische legering. Het gereedst p lat ee„ kanaal binnen de boor en het gepulste kern.ptnr.son.nt - instrument waardoorheen boormodder in het boorgat wordt gepompt. Het gepulste kernspinresonantie-instrument omvat twee buisvormige magnete d e met gelijke polen naar elkaar toe gericht en die kanaal omgevend n 10 emonteerd en een antennespoel gemonteerd in een buitenoppervlak va de 10 oir tussen de magneten. OU gereedschap is ontworpen om kernen d mootnphiprl dat voor de vakman bekend staat ais resoneren in een meetgebiea aat vuu.

zadelpunt. Q07 vprleend aan

Amerikaans octrooi nummer 5.705.927 verieeno . , hpochriift ook een gepulst kernmagnetisme gereedschap voor .«««·" >·* -- - >.t.u «·"l·'”" “' de het magnetische resonantiesignaal van de vloeistoffen in het boorgat onderdrukken door het verhogen van de waarde van een statisch magneti:sc 20 vel d i n het boorgat zodat de ^ "d ^tlrd door een

De veldcorrectiemagneten verminderen ook de gra ie maanetische veld in het onderzoeksgebied.

De boven weergegeven nadelen van de stan va 25 techniek worden overwonnen door de uitvinding doordat middels een werkwijze «n hit “le aanhef genoemde type. gekenmerkt door een verdere stap van het met behulp van de signaalprocessor berekenen van een ver e mg v n relaxatietijden uit de direct gedetecteerde signalen.

SP1" Het voordeel hiervan is dat een datacompressiestap met 30 noodzakelijk is. Dataverwerking is daardoor niet alleen sneller, bovendien ie* een dergelijke oplossing - * zzs2:sszzzz~ , 4- honpipn van een kernspinresonantie-eigenschap m 35 Tel van Pgrondformaties rondom een boorgat, omvattende 1013482 5 middelen voor het opwekken van een in hoofdzaak axiaal symmetrisch statisch magnetisch veld in een formatie doorsneden door een boorgat; middelen voor het opwekken van een wisselend magnetisch veld in de formatie; middelen voor het detecteren van kernspinresonantiesignalen van de formatie, en 5 middelen voor het berekenen van een verdeling van spin-spin- relaxatieti jden, welke middelen zijn ingericht om te worden geplaatst in het boorgat, met het kenmerk, dat de middelen voor het berekenen van de verdeling van spin-spin-relaxatietijden zijn ingericht voor het berekenen van een 10 verdeling van spin-spin-relaxatietijden uit de direct gedetecteerde signalen.

De veelheid van signalen die wordt gedetecteerd heeft een signaal-plus-ruisamplitude Aj gekarakteriseerd door de volgende relatie: 1C aj = L xjia,+ ij, 10 /=1 waarin de ruis is in de meting Aj, ai de amplitude van de Tz distributie genomen op T2j, Xji = f JA'Y, f ))

C^>Jl ‘Yrr.jJ

de elementen van matrix X representeert, waarin tH de wachttijd is en c 20 een constante (de Txftz verhouding), At de tijd is tussen de echo's en j=l,2,...N, waarin N het aantal echo's is dat verzameld is in een enkele pulssequentie. In matrixnotatie wordt de vergelijking a = X5 + ïη.

De ruis, η, is onbekend, daarom wordt 5 benaderd door het vinden van een minimum van de functionaal J = jp-Xö||\ Een regularisatieterm 25 kan worden toegevoegd aan de functionaal en de functionaal7Λ(ο) = p-Xö|'+/i||öl|2 geminimaliseerd door gebruikmaking van een geschikt iteratief minimalisatie-algoritme.

De voordelen van de onderhavige uitvinding zullen duidelijk worden uit de volgende beschrijving van de bijgevoegde 30 tekeningen. Vermeld zij dat de tekeningen uitsluitend worden gebruikt ten behoeve van illustratie en niet als een definiëring van de uitvinding.

In de tekeningen toont: fig. 1 een opnemen-tijdens-het-boren-apparaat; fig. 2 de lage gradiëntsonde; 35 fig. 2a-2d de contourlijnen |bo| overeenkomend met vier lage gradiënt magneetopstellingen; 10134821 6 fig. 3a-3d de contourlijnen van de gradiënt |7Bol overeenkomend met vier lage gradiënt magneetopstellingen; fig. 4 de hoge gradiëntsonde; fig. 4a de contourlijnen^ overeenkomend met de hoge 5 qradiënt magneetopstelling, fig. 4b de contourlijnen van de gradient ]VB0| overeenkomend met de hoge gradiënt magneetopstelling; fig. 5 de eenvoudige dataverwervingsmodus; fig. 6 de tussenvoegdataverwervingsmodus; fig. 7 de ineens dataverwervingsmodus; en 10 fig. 8 een blokdiagram van de pulsprogrammeur.

Figuur 1 toont een kernspinresonantie opnemen-ti jdens-het-boren-gereedschap 10. Het gereedschap 10 omvat een boorkop 12, boor 14 een hoeveelheid radiofrequente-antennes 36, 38 en ten mins e 15 qradiëntspoel 56. Het gereedschap 10 omvat verder elektronica 20 gehui 15 bi noemde boorkraag 22. De elektronica 20 omvat radiofrequent.i resonan ,e- . tnnnoc 38 een microprocessor, een digitale r-irmits voor de antennes jo, jö, r .

Signaalprocessor, en een laagspanningsbus. Het gereedschap 10 omvat^verder een hoeveelheid buisvormige magneten 30, 32 en 34 die zijn 9eP 20 in een richting evenwijdig aan de lengteas van het gereedschap 10 ma tegengesteld ten opzichte van elkaar. Dit is met gelijke magnetische polen tegenover elkaar. De magneten 30, 32 en 34 omvatten hetzij een gele, en hetzij een „iet-geleidend materiaal. De opstelling van magneten 30 32 e„ 34 en antennes 36, 38 voorziet in ten minste twee kernspinresonan i 25 onderzoeksgebieden 60, 62 met een hoofdzakelijk axiaal symmetrisch statisch en radiofrequent magnetisch veld.

Een middel om een boorgat 24 in de formatie t omvat boorkop 12 en boorkraag 22. De boorkraag 22 kan stabilisatiemiddelen („iet getoond) omvatten voor het stabiliseren van de radiale beweg’"9 30 het gereedschap 10 in het boorgat tijdens het boren, echter e st - tiemiddelen zijn niet vereist; derhalve kan het ger«.lschF90 seerd of ongestabiliseerd werken. Modderstroombus 28 epaa oor het vervoeren van de boorvloeistof door de boor 14 en aandrijfme- . cmp 26 draait de boorkop 12 en de boor 14 rond. Dit aandrijfmechanisme chani sme 26 draa ολο ndR \/ργ1θθγϊ0 35 is toereikend beschreven in Amerikaans octrooi nummer 4.949.045 1 0 1 34 8 2 " 7 aan Clark et al.. Echter, een onder-in-het-gat moddermotor kan in de boor zijn geplaatst als het aandrijfmechanisme 26.

Het ligt binnen het kader van de huidige uitvinding om N+l magneten te combineren teneinde ten minste N onderzoeksgebieden 5 in de formatie te verkrijgen. De combinaties volgens deze uitvinding omvatten maar zijn niet beperkt tot een lage gradiënt-1 age gradiënt, hoge gradiënt-hoge gradiënt, hoge gradiënt-lage gradiënt, lage gradiënt-hoge gradiënt of een combinatie van hoge gradiënt, lage gradiënt en zadelpuntge-bieden. De combinatie van statisch veldgebieden met hoge en lage gradiënt 10 in de formatie biedt verschillende voordelen. Bijvoorbeeld het hoge gradiëntgebied kan een hogere signaal/ruis-verhouding hebben maar kan leiden aan signaalverlies als het gereedschap 10 een zijdelingse beweging in het boorgat uitvoert. Aan de andere kant heeft het lage gradiëntgebied een lagere gevoeligheid voor signaal verliesproblemen als het gereedschap 15 10 in beweging is. Ook kunnen met een middelmatige beweging van het gereedschap langere echotreinen verkregen worden in het lagere gradiëntgebied dan in het hoge gradiëntgebied waardoor meer informatie wordt verkregen omtrent permeabiliteit, gebonden en vrije vloeistof en koolwaterstoftypen. Bovendien kan de combinatie van gegevens verkregen 20 met beide gradiëntgebieden kwantitatieve informatie verschaffen over de hoeveelheid zijdelingse beweging die het gereedschap 10 ondergaat en kan gebruikt worden om de kernspinresonantiegegevens voor beweging te corrigeren of ten minste kwaliteitscontrole op de gegevens toe te passen. Metingen van instrumenten zoals uitrekkingssensoren, versnel 1ingsmeters 25 of magnetometers of enige combinatie van deze instrumenten kunnen worden geïntegreerd met kernspinresonantie-informatie om de kwaliteit van de gegevens te controleren of correcties toe te passen op de trein van spin-echo’s. Met de combinatie van hoge en lage gradiënt statische magnetische vel den vertoont het hoge gradi ëntgebi ed meer di ffus i e-ef fect en i s daardoor 30 van meer belang voor technieken die koolwaterstof typeren dan het lage gradiëntgebied. Tenslotte heeft het lage gradiëntgebied een statisch magnetisch veld met een lage amplitude en daardoor wordt dit gebied met zijn lage Larmor-frequentie minder beïnvloed door de geleidbaarheid van de formatie en de boorgatvloei stof.

35 In figuur 2 is getoond dat in een sectie van het gereedschap die hierna zal worden aangeduid met de lage gradiëntsonde een 1 01 34821 8 centrale magneet 30 axiaal gescheiden is van een lager geplaatste magneet 9 t wekken een hoofdzakelijk axiaal symmetrisch 32. Deze magneten 30, 32 wekken rt,t „uer een statisch magnetisch veld op met radiale polarisatie “ i4t ^ behoorlijk lang cilindrisch oppervlak een statisch magnetisch veld 5 een behoorlijk constante waarde heeft. Het valt binnen de Ui Vinding - gedachte van de onderhavige uitvinding om een veelheid v.n cündris he spinoppervlakken in de formatie aan te slaan waarbij ieder oppervlak resonant is bij een verschillende RF-frequentie en om ieder oppervl achtereenvolgens met een opeenvolging van radiofrequente pulsen af 10 Vra9e"' Het gebied tussen magneten 30 en 32 is geschikt om elementen te huisvesten zoals elektronische componenten, een radiofrequente antenne en andere dergelijke voorwerpen. Bijvoorbeeld kan een veel he van elektronische holten 70 een integraal deel vormen van 15 Deze holten 70 kunnen de radiofrequente circuits ( ijvoor d lexer en voorversterker) huisvesten, hij voorkeur in de nabijheid v n P * . antpnne In een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding vormen de holten 70 een integraal deel van magnetisch perm abe onderdeel 16. In dat geval wordt over elke holte 70 een hoog magnet, 20 permeabele bedekking geplaatst teneinde de axiale symmetrie van magnetische veld te handhaven. . , oenlaatst

Het magnetisch permeabele onderdeel 16 is geplaatst binnen de boorkraag 22 tussen de magneten 30, 32. Onderdeel 16 kan bestaan uit een enkel deel of een veelheid van secties gecombineerd tussen de Γ \n 32 Onderdeel 16 is gemaakt van een geschikt magnetisch 25 magneten 30, 32 de 19 pemeabel staal of een andere

Dermeabel materiaal zoals . -, ijzernikkellegering, corrosiebestendig permeabel staal of permea dat een structurele rol heeft in het ontwerp van het onderdeel zoa -5 Ph roestvrij staal. Het magnetisch permeabele onderdeel 16 focusseer 30 het magnetische veld en kan ook hetzij boorvloeistof door de boor'^ervoe of structurele ondersteuning aan de boorkraag verschaffen. Verder verbe onderdeel 16 de vorm van het statische riP maaneten 30, 32 en minimaliseert het variaties de magneten , vprHcale en zijdelingse beweging van mannptische veld ten gevolge van verticale J s .

35 het gereedschap gedurende de periode dat het k.r«Sp1nreson,nttes,gn.. wordt verkregen. Het segment van buis 28 tussen magneten 30, 1013482 1 9 magnetisch permeabel onderdeel 16 omvatten. In dat geval zullen de segmenten van buis 28 onder magneten 30, 32 bestaan uit een niet-magnetisch onderdeel. In het andere geval definieert een magnetisch permeabel chassis rond het segment van buis 28 tussen magneten 30, 32 het onderdeel 16. In 5 dit geval kan het segment bestaan uit magnetisch of niet-magnetisch materiaal. Het valt binnen het kader van de uitvinding om het chassis en het segment te integreren om het onderdeel 16 te vormen.

De magneten 30, 32 zijn gepolariseerd in een richting evenwijdig aan de lengteas van het gereedschap 10 met gelijke magnetische 10 polen tegenover elkaar. Voor elke magneet 30, 32 lopen de magnetische inductielijnen naar buiten vanaf een uiteinde van de magneet 30, 32 in de formatie, langs de as van het gereedschap 10, en lopen naar binnen naar het andere uiteinde van de magneet 30, 32. In het gebied tussen centrale magneten 30 en lagere magneet 32 lopen de magnetische inductielijnen vanaf 15 het midden naar buiten in de formatie en wekken een statisch veld op in een richting die hoofdzakelijk loodrecht staat op de as van het gereedschap 10. De magnetische inductielijnen lopen dan symmetrisch naar binnen boven de centrale magneet 30 en onder de lagere magneet 32 en komen binnen buis 28 in de langsrichting samen. Als gevolg van de scheiding is 20 de grootte van het statische magnetische veld in het centrale gebied tussen de centrale magneet 30 en de lagere magneet 32 ruimtelijk homogeen vergeleken met een zadelpuntveld.

De mate van scheiding tussen de magneten 30, 32 is bepaald door verschillende factoren: (1) het kiezen van de vereiste 25 magnetische veldsterkte en de homogeniteitseigenschappen; (2) het opwekken van een veld met kleine radiale variaties in het interessegebied zodat de echo’s ontvangen gedurende een pulsvolgorde (dit is CPMG, CPI of andere volgorden) minder gevoelig zijn voor zijdelings beweging van het gereedschap; (3) de diepte van het onderzoek; en (4) het minimaliseren 30 van interferentie tussen de circuits voor de resonantie en de laagspan-ningstelemetriebus teneinde isolatie van de ontvangstantenne te verbeteren die kernspinresonantiesignalen van de formatie ontvangt. Als de scheiding tussen de magneten 30, 32 afneemt wordt het magnetische veld sterker en minder homogeen. Omgekeerd, als de scheiding tussen de magneten 30, 32 35 toeneemt wordt het magnetische veld zwakker en homogener.

Figuren 2a-2d tonen de contourlijnen van |b0| 1013482 1 10 overeenkomend met vier opstellingen van centrale magneten 30 en lagere magneten 32 die in het laboratorium zijn uitgewerkt. Deze mo e resu werden berekend gebruikmakend van een gereedschap met een vooraf gekozen diameter (een constante diameter werd gebruikt voor het modelleren van 5 alle opstellingen). De configuratie overeenkomend met figuur 2a omvat een ^-magnetisch permeabel onderdeel dat een centrale magneet 30 en e lagere magneet 32 25 inches uit elkaar houdt. De configuratie overeenkomend met figuur 2b omvat een niet-magnetisch permeabel onderdeel dat een centrale magneet 30 en een lagere magneet 32 18 inches uit elkaar houdt.

10 De configuratie overeenkomend met figuur 2c omvat een n,et-magnetss ch permeabel onderdeel dat een centrale magneet 30 en een 1agere magneet 3 8 inches uit elkaar houdt. De lage gradiëntsonde overeenkomend met figuur 2d omvat een magnetisch permeabel onderdeel 16 dat een centrale „a neet 30 en een lagere magneet 32 25 inches uit elkaar houdt. De ,5 bovengenoemde afmetingen werden in het model opgenomen uitsluitend om de volgen van afstand en/of een magnetisch of niet magnetisch per eabel onderdeel op |ê„| te illustreren. De figuren 3a-3d geven de contourlijnen „eer van de gradiënt lVB«l overeenkomend met respectievelijk e configuraties getoond in figuren 2a-2d. ,

In de lage gradiëntsonde drijft het magnetis 20 permeabele onderdeel 16 een belangrijk deel van de magnetische flux in het midden van het gereedschap 10. Ter illustratie, de waarde Va" h' £ veld getoond in figuur 2d op een afstand van ongeveer 7 inches rad van de lengteas van gereedschap 10 is tweemaal zo groot als het B0-veld 25 getoond in figuur 2a dat werd gegenereerd door dezelfde configuratie van magneten gescheiden door een niet-magnetisch permeabel onterf - Bevend produceert de lage gradiëntsonde een langere en meer uniforme omvang het statische magnetische veld in de axiale richting. Het tiesignaal gemeten in deze sectie van het gereedschap is aanzienl ,jk minder 30 gevoelig voor verticale beweging van het gereedschap. Onder verwijzing „aar figuur 3d wordt met de lage gradiëntsonde een betrekkelijk kleine ongeveer 3 Gauss/cm, gradiënt gemeten op een afstand van ongeveer^7 inch radiaal van de lengteas van het gereedschap. Deze lage gradient resulteert in een gemeten kernspinresonantiesignaal dat aanzienlijk minder gevoelig 35 is voor zijdelingse beweging van het gereedschap 10. Als de beweging ma g is kunnen langere echotreinen worden verkregen in dit gebied en daard 1013482 11 meer informatie verschaffen over permeabiliteit, gebonden en vrije vloeistof en koolwaterstoftypen. In het geval van de lage gradiëntsonde zoals met andere gradiëntontwerpen zal het protonrijke boorgatgebied dat het gereedschap 10 omgeeft alleen resoneren op frequenties hoger dan die 5 die worden toegevoerd aan het onderzoeksvolurne, dit is er is geen protonboorgatsignaal. Andere kernspinresonantiegevoelige kernen gevonden in boormodder zoals natrium-23 resoneren bij aanzienlijk hogere statische magnetische veldsterkten dan waterstof als ze met dezelfde radiofrequente frequentie worden aangeslagen. Voor de lage gradiëntsonde worden deze 10 hogere veldsterkten niet geproduceerd in het gebied van het boorgat dat het gereedschap omgeeft of bij de antenne waar zulke ongewenste signalen zouden kunnen worden gedetecteerd.

Zoals getoond in figuur 4 is in een andere sectie van het gereedschap waarnaar hierna verwezen wordt als de hoge gradiëntsonde 15 een centrale magneet 30 in axiale richting gescheiden van een hogere magneet 34. De magneten 30, 34 zijn gepolariseerd in een richting evenwijdig aan de lengteas van het gereedschap 10 waarbij gelijke magnetische polen naar elkaar gericht zijn. Deze magneten 30, 34 genereren een hoofdzakelijk axiaal symmetrisch statisch magnetisch veld dat radiaal 20 is gepolariseerd en het statische magnetische veld heeft over een redelijk lang cilindrisch oppervlak een tamelijk constante waarde. Het valt binnen het kader van de onderhavige uitvinding om een veelheid van spinoppervlak-ken in de formatie aan te slaan waarbij ieder oppervlak resonant is op een verschillende radiofrequente frequentie.

25 Zoals weergegeven in figuur 2c zijn als de scheiding tussen de magneten 30 en 34 ongeveer 8 inches is de contourlijnen van het statische magnetische veld hoofdzakelijk recht en de waarde van |B0| is groter dan de statische magnetische veldsterkte van het lage gradiëntgebied. Echter, de gradiënt j^B0! wordt groter zoals getoond in 30 figuur 3c op een afstand van ongeveer 7 inches radiaal van de lengteas van het gereedschap. De contourlijnen van jVB0| zijn gekromd wijzend op variatie van de gradiënt in de axiale richting.

De hoge gradiëntsonde wordt verbeterd door een magnetisch permeabel onderdeel 16 in te voegen tussen magneten 30, 34. 35 Figuur 4a toont contourlijnen van |Bo[ overeenkomend met de configuratie waarbij magnetisch permeabel onderdeel 16 de hogere magneet 34 en centrale 1013482 12 magneet 30 8 inches uit elkaar houdt. De contourlijnen van figuur 4a tonen een licht sterker veld «ijzend op een betere signaal/ruis-verhouding en minder kromming in de axiale richting dan de contourlijnen van f’Biur 2c^ Ook produceert, zoals getoond in figuur 4b het magnetisch permeabel 5 onderdeel 16 een meer constante gradient^! in de axiale richting dat de interpretatie van de kernspinresonantiemetingen die zijn beïnvloed door diffusie kan vereenvoudigen.

In geval van de hoge gradiëntsonde zoals met andere gradiëntontwerpen zal het protonrijke boorgatgebied dat het gereedschap 10 10 omringt alleen resoneren op frequenties hoger dan die die worden toegepa op het onderzoeksvolume, dat is er is geen protonboorgatsignaal. De hoge g adiëntsonde is gevoelig voor een klein deel van het natrium u,te boorgatvloei stof. Voor een boorgatvl oeistof met een 30% NaCl-concentr tl , mogelijk het slechtste geval, is de fout in de geschatte poreusheid a 15 gevolg van het natriumsignaal ongeveer 0,08 pu. In de lage gradientson e •s het natriumsignaal aanzienlijk kleiner dan in de hoge gradientsond Als gevolg daarvan is het natriumsignaal verwaarloosbaar voor kernspinresonantiesondes.

Onder verwijzing naar figuren 2 en 4 wordt door de 20 antennes 36, 38 die zijn geplaatst in uitsparingen 50, 52 een radiofrequent magnetisch veld gecreëerd in de onderzoeksgebieden. Het radl°fre^" 6 veld kan worden geproduceerd door een of meer radiofrequente antenneseg» -ten die uitzenden en/of ontvangen van verschillende sectoren langs de omtrek van het opneeminstrument. Zie Amerikaanse -trooiaanvragen 25 08/880.343 en 09/094.201 overgedragen aan Schlumberger ec n

Corporation. Bij voorkeur omvat iedere antenne 36, 38 een spoel 18 d gewonden is langs de omtrek rond de uitsparingen 50, 52. Het radiofrequen veld dat door zo’n spoelopstell ing wordt opgewekt is hoofdzakel ,jk axiaal symmetrisch. Het valt binnen het kader van de onderhavige uitvinding om 30 de antennes 36, 38 te gebruiken voor het detecteren van kernspinresonan le-signalen. Echter kan ook een aparte antenne of ontvanger worden gebruikt „m de signalen te detecteren. Een niet-geleidend materiaal 54 aangebracht in de uitsparingen 50, 52 onder de antennes 36, 38 materiaal 54 is bij voorkeur een ferriet om de efficiëntie va" d“" 35 36, 38 te verhogen. Alternatief kan materiaal 54 omvatten kunststof, rubber of een versterkt epoxycomposietmateriaal. De antennes 1013482 i 13 aangestuurd door radiofrequente circuits om een radiofrequent magneetveld in de onderzoeksgebieden op te wekken.

De uitsparing 52 vormt een ondiepe groef in de boorkraag zonder de inwendige diameter van de boorkraag te verminderen hetgeen 5 normaliter wordt gedaan om de sterkte in een gebied van de boorkraag waar de buitendiameter verminderd is om een antenne te plaatsen te verhogen. De uitsparing 50 heeft een grotere diepte dan uitsparing 52. Als gevolg van mechanische beperkingen is het slechts mogel i jk om één diepe uitsparing te hebben waar de binnendiameter van de boorkraag aanzienlijk verkleind 10 is. Het valt binnen het kader van de onderhavige uitvinding dat de uitsparingen 50, 52 hoofdzakelijk dezelfde diepte hebben of dat uitsparing 52 een grotere diepte heeft dan uitsparing 50.

De cilindrische spinoppervlakken in het onderzoeksgebied kunnen axiaal of, bij voorkeur, azimutaal gesegmenteerd zijn door gebruik 15 te maken van ten minste een richting gevoelige gradiëntspoel 56 aangebracht in de uitsparing 50 en/of 52. In een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding worden drie gradiëntspoelen omtreksgewijs rond de uitsparing gepositioneerd en gescheiden door een hoekafstandsegment van 120°. Andere aantallen gradiëntspoelen kunnen worden toegepast hetzij meer of minder 20 in aantal dan drie en zulke spoelen kunnen worden gescheiden door hoekafstanden anders dan 120° en/of ongelijke hoeksegmenten. Elke spoel 56 is samengesteld met draad in kringen die zich aanpassen aan de kromming van het buitenoppervlak van het materiaal 54. Het magnetisch veld geproduceerd door elke gradiëntspoel 56 in een gebied van de formatie 25 tegenover de spoel is hoofdzakelijk evenwijdig aan het statische magnetische veld geproduceerd door de magneten.

Zoals bekend aan de vakman wordt in een basis kernspinresonantiemeting een pulssequentie toegevoerd aan de te onderzoeken formatie. In Amerikaans octrooi nummer 5.596.274 verleend aan Abdurrahman 30 Sezginer en Amerikaans octrooi nummer 5.023.551 verleend aan Kleinberg et al. voert een pulssequentie, zoals de Carr-Purcell-Meiboom-Gill (CPMG) sequentie eerst een excitatiepuls, een 90° puls, aan de formatie toe die de spins tot in het loodrechte vlak roteert. Nadat de spins 90° zijn geroteerd en uit fase beginnen te raken wordt de draaggolf van de 35 herfocusseringspulsen, de 180° pulsen, faseverschoven relatief ten opzichte van de draaggolf van de 90° pulssequentie volgens de volgende relatie: 1 01 3482 * v, 14 waar de uitdrukking tussen haakjes herhaald wordt voor n.l,2,...N, waar N het aantal echo's is dat in een enkele CPMG-sequentie 5 verzameld wordt en de afstand tussen de echo's gelijk is aan , =t 90°,x geeft een radiofrequente puls aan die ervoorzórgt’dat de spins roteren o'ver een hoek van 90” rond de ±x-as zoals gewoonlijk gedefinieerd in het roterend assenstelsel van magnetise e Lonantiemetingen (afwisselende fase). De tijd tussen toevoeren van ,0 90” puls en van de 180“ puls, t„ is minder dan tcp, de helft van tussen de echo's. De CPMG-sequentie stelt in staat tot het verwerven van een symmetrische meting (dit is een meting zonder de gradientspoelen te gebruiken). De exacte tijdparameters t„, t, en t, hangen af van verschillende factoren (bijvoorbeeld de vorm van de toegevoerde pulsen).

In de onderhavige uitvinding genereert een stroompuls toegevoerd aan gradiéntspoel 56 een additioneel magnetisch veld dat hoofdzakelijk evenwijdig is aan het statische magnetische veldf De stroompuls wordt toegevoerd tussen de eerste 90 en de 180 fas omkeerpul s. Di t additionele veld veroorzaakt een addi tionele faseverschui-20 Ving voor de spins. Daar de 180” fase-omkeerpuls niet compenseert voor de additionele faseverschuiving vormen de spins onderworpen aan het additionele veld geen spin-echo. Echter, voor spins die met zijn onderworpen aan het additionele veld doet zich een spin-echo voor o tijdstip 2tc|} met spin-echo's van opvolgend lagere amplituden welke zich 25 voordoen op tijden ttp na iedere fase-omkeerpuls. De pulsseguentie is v, -fo° ~δ~ιο -|v_r' ~ech0“H’ waar 'o de tijd is tussen de 90° puls en de gradiëntpuls met duur <5, i0‘ de tijd is tussen de gradiëntpuls en de 180” 30 omkeerpul s en ,{ -Als gevolg van de opeenvolgende », Ρ οή de inhomogene velden zal de x-component van het kernspinresonantie 9 „aal binnen een paar echo's vervallen. Daarom richten we de aandach slechts op de y-component van het signaal. Derhalve kan het eer te kernspinresonantie-echosignaal, onder verwaarlozing van relaxatie, worden 35 voorgesteld als:

Signal = 3"[ f.,, ( < * ,M> ^ ÏXP(' ’ 1013482 ' 15 waar i de imaginaire complexe eenheid is; y de gyromagnetische verhouding; en respectievelijk de x- en y- componenten zijn van de magnetisatie op de plaats r ten tijde van de eerste echo in afwezigheid van de gradiëntpuls; G(r) de component van het 5 gradiëntveld evenwijdig aan bq op dezelfde plaats; δ de duur van de gradiëntpul s en dc(r) de differentiële gevoeligheid van de kernspinresonan-tiesonde aangeeft.

De gradiëntspoelen 56 bieden een aantal voordelen voor het verkrijgen van azimutale metingen. Ten eerste omdat de axiaal 10 symmetrische antenne de spin-echo’s detecteert kunnen lange echotreinen worden opgenomen terwijl het gereedschap ronddraait in het boorgat. Ten tweede vereenvoudigt de spoel 56 het ontwerp van een NMR-LWD-gereedschap omdat de spoel 56 niet de afstemvereisten heeft van een radiofrequente antenne 36, 38. Ten derde kan dezelfde antenne 36, 38 worden gebruikt voor 15 het doen van symmetrische en axiaal symmetrische metingen. Ten vierde kunnen de spoelen 56 worden gebruikt om kernspinresonantiemetingen te verkrijgen met uitstekende ruimtelijke resolutie, in het bijzonder verticale resolutie.

Binnen het kader van de onderhavige uitvinding vallen 20 verschillende modi voor het verkrijgen van azimutale kernspinresonantiemetingen. Bijvoorbeeld een "simple spoiling" modus gebruikt ten minste één spoel 56 om de spins in een geselecteerd kwadrant te verstoren waar een kwadrant is gedefinieerd als een hoekafstandsegment rond de buitenkant van het gereedschap 10, echter meerdere spoelen 56 kunnen worden gebruikt 25 om een veelheid van kwadranten te verstoren. In beide gevallen worden twee metingen verkregen: een symmetrisch "phase alternated pulse sequence" (PAPS) met een gefixeerde wachttijd gevolgd door een gradiënt PAPS met een variabele wachttijd waarbij het geselecteerde kwadrant verstoord wordt door de spoel 56 in het kwadrant af te vuren. In een voorkeursuitvoerings-30 vorm van de uitvinding wordt de bovengenoemde gradiënt pulssequentie gebruikt. Het aftrekken van de gradiëntmeting van de symmetrische meting creëert de azimutale meting. In deze modus wordt een symmetrische meting verkregen voor iedere twee PAPS en een azimutale scan wordt verkregen voor iedere acht PAPS. De meetruis voor de azimutale meting is hoger dan de 35 ruis in de symmetrische of gradiëntmeting omdat de twee metingen worden samengevoegd.

1013482 ! 16

Het is mogelijk de ruisbijdrage te verminderen door verschillende verstoringsmetingen in een enkel kwadrant te combineren^ Bijvoorbeeld kunnen vier gradient PAPS metingen worden verkregen oor kwadrant te verstoren. De metingen worden gecombineerd om een synthetisch 5 azimutale en symmetrische meting te creëren. Door het combineren van metingen gedaan zonder dat de gradiëntspoelen 56 worden afgevuurd metingen waarbij een of meer van de gradiëntspoelen 56 wordt afgevuur kunnen “beelden" van de formatie worden gegenereerd met oplossing in axia IrLItale richting. De verkregen gegevens, in het bijzon er in de vo 10 van azimutale beelden van poreusheid en gebonden vloeistof z z gewenst voor verbeterde petrofysische interpretatie in i,- hoge afwijkende en horizontale boorputten en voor het nemen van besliss ogen tijdens het boren voor het op geologie gebaseerd plaatsen van boorputt .

Voor een gekozen radiofrequente werkfrequentie is er 15 een optimale duur voor de 90« puls, T!D zowel als voor de 180" pulsen, t,»„ die een gewenste signaal/ruis-verhouding verzekert. De zoektocht naar een optimale pulslengte kan worden uitgevoerd gedurende de hoofdcalibratie van het gereedschap zodat alle pulslengten correct worden geïnitieerd, of als het statische magnetische veld verandert op een onvoorspelbare 20 manier zoals een verandering ten gevolge van de accumulatie van magnetise overblijfselen tijdens het boorproces. Zie Amerikaanse octrooiaanvr g nummer 09/031.926 overgedragen aan Schlumberger Technology Corporation.

D ” techniek kan ook gebruikt worden om de geschikte frequentie te kiez om aan andere criteria te voldoen zoals het constant houden 25 onderzoeksd p De optimaie pulslengte kan worden bepaald door het meten van de kernspinresonantieresponsie van een monster gebruikmakend van ten ste twee verschillende pulsduren en een vooraf bepaal e modus onafhankelijk van de kernspinresonantie-eigenschappen van de orma i.

30 Als alternatief kan de optimale pulslengte worden bepaald door te maken van ten minste twee verschillende pulsduren en het additionele gebruik van een modus die berekend is uit de eigenschappen van de formatie. In het eerste geval verbetert het elkaar heen stapelen van de gegevens de signaal/ruis-verhouding ech 35 kan de stapelingsprocedure een lange tijdsperiode vereisen om de data va. de formatie te verkrijgen. Bij voorkeur worden de gemeten data verzame

1013482 I

17 gedurende een stationaire tijdspanne als het gereedschap 10 niet in gebruik is tijdens een booroperatie, zoals gedurende de tijd dat een nieuwe sectie boor wordt toegevoegd aan de boor. In het tweede geval als de T2 verdeling van de formatie bekend is kan een acquisitiemodus worden geconstrueerd 5 die de grootste signaal-ruis-verhouding geeft per eenheid van acquisitie-tijd en een optimale lineaire combinatie van de verkregen echo’s verschaft. Laboratoriumsimulaties tonen dat optimale timing voor de beste acquisitiemodus wordt verkregen als de duur van de echotrein ongeveer gelijk is aan T2. max» de dominante T2 van de formatie en als de wachttijd, tw, ongeveer 10 gelijk is aan 2,5 x T2 max (aannemend een constante T,/T2-verhouding van 1,5). De beste acquisitiemodus bepaalt tot binnen een paar procent de optimale pulslengte gedurende enkele seconden. Een vergelijkbare techniek kan worden gebruikt om de kernspinresonantiesignalen te optimaliseren met betrekking tot de frequentie (bijvoorbeeld zadelpuntontwerp). De T2-15 verdeling helpt effectief het efficiënt afstemmen van pulslengten voor het gereedschap 10.

Zoals boven beschreven heeft gereedschap 10 een veelheid antennes 36, 38. In een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding zenden de antennes 36 en 38 niet tegelijkertijd uit en verzamelen ze niet 20 tegelijkertijd gegevens. Bij voorkeur nadat antenne 36 gegevens heeft verzameld ondergaat antenne 38 een minimum wachttijd terwijl de voeding van de voedingsspanning weer wordt opgeladen teneinde de volgende pulssequentie uit te zenden. Het valt binnen het kader van de onderhavige uitvinding om gelijktijdig uit te zenden of gegevens te verzamelen. Verder 25 voorziet de uitvinding erin dat gegevensverzameling plaatsvindt zonder een vereiste wachttijd.

Gebaseerd op deze ontwerpvoorkeuren kan een veelheid van gegevensverzamelingsmodi worden gebruikt. Bij wijze van voorbeeld worden hieronder drie representatieve tijdvolgorden voor kernspinresonan-30 tiegegevensverzameling beschreven: een snelle tijdvolgorde geschikt voor waternatte zandsteenzones, een langzame tijdvolgorde geschikt voor carbonaatzones en een zeer langzame tijdvolgorde ontworpen voor koolwaterstof bevattende zones (of invasie van op olie gebaseerde modder). De tijdvolgorden staan genoemd in tabel I.

1 01 34 82 1 18 ["wachttijd (sec)" Tijd tussen echo's Aantal echo's (msec) ____ —:--7\ öl 4oo

Snel ------ ~ Te” 0,5 80°

Langzaam ________— ï Tl M 800

Zeer langzaam ^_|__!____ 5 Een aantal verschillende modi kan worden gebruikt bij iedere tijdvolgorde voor gegevensverzameling inclusief maar niet beperkt ot de volgende: enkel, tussengevoegd en ineens. De eenvoudigste manier om Vinformatie te verkrijgen met het gereedschap 10 is het uitvoeren van 10 CPMG-metingen waarbij beide antennes 36, 38 dezelfde tijdvolgorde gebruiken Figuur 5 toont de enkele dataverzamelmodus die gebruikt met de snel vervallende, de langzaam vervallende en de zeer langzaam vervallende tijdvolgorden uit tabel I. Elke antenne 36, 38 verzame afwisselend een lange pulssequentie die een effectieve poreusheidsmeting 15 van elke antenne 36, 38 verschaft.

Met de tussenvoegmodus meet de hoge gradient antenne tenminste twee cil indrische oppervlakken op twee verschillende frequenties terwijl de lage gradiënt antenne een meting verkrijgt gebruikmakend van een enkele frequentie. Figuur 6 toont een tussenvoegmeting voor snel 20 vervallende monsters, langzaam vervallende componenten en zeer langzaam vervallende componenten gebruikmakend van de tijdvolgorden volgens tabe I.

De ineens-modus verhoogt de signaal/ruis-verhoudmg speciaal voor de snel vervallende componenten. Bovendien verschaft de ineens-modus een bruikbare meting van de gebonden vloeistof 9eta*er^op 25 T Zie internationale octrooiaanvrage WO 98/29639 overgedragen aan Huur Corporation [beschrijft een werkwijze voor het bepalen van long. >‘ e relaxatietijden, T,]. Zie ook Amerikaanse octrooiaanvrage nummer 09 96.320 overgedragen aan Schlumberger Technology Corporation [besch j werkwijze voor het polariseren van de gebonden vloeistof fo™*; ^ 30 Figuur 7 toont ipeens-metingen voor snel vervallende monsters, langz vervallende componenten en zeer langzaam vervallende componente gebruikmakend van enigszins gewijzigde tijden volgens ta e 1 01 3482 19

Behalve de enkele, tussengevoegde en ineens-modi is het met de onderhavige uitvinding mogelijk om formatie-evaluatiemetingen te optimaliseren door het detecteren van omstandigheden onder in de boorput die een pauze veroorzaken tijdens de booroperatie, door het bepalen van 5 de boormodus en door de modus te gebruiken om de dataverwerving te sturen. Standaard draaibooroperaties bevatten vele natuurlijke pauzes waarin het boorgereedschap stationair blijft: bevestigingstijd als een nieuwe sectie boor aan de boor wordt toegevoegd, circulatietijd als modder wordt gecirculeerd en de boor mogelijk gedraaid wordt en wip- of schudtijd 10 terwijl de boor vastgelopen is en vrijgemaakt moet worden voordat het boren kan worden hervat. Deze natuurlijke pauzes die voorkomen zonder de normale booroperaties te onderbreken of opzettelijk geïnitieerde pauzes worden gebruikt om kernspinresonantiemetingen te doen. De boormodi omvatten maar zijn niet beperkt tot boren, "sliding", "dripping", "circulating", 15 "fishing", "a short trip" (op en neer), en boorpijpverbindingen. Het bepalen van de boormodus verhoogt de mogelijkheid om kernspinresonantiemetingen te verkrijgen die veel tijd vereisen of die baat hebben bij een rustige omgeving bijvoorbeeld T,, T2, het afstemmen van antennes en koolwaterstoftypering. Zie Amerikaanse octrooiaanvrage nummer 09/031.926 20 overgedragen aan Schlumberger Technology Corporation. Het is ook mogelijk de verkri jgingsmodi aan te passen gebaseerd op veranderingen in de omgeving (bijvoorbeeld uitwassing, zoutgehalte enz.) en/of veranderingen in de kernspinresonantie-eigenschappen in de formatie (bijvoorbeeld lange T, versus korte T,).

25 De spin-echo-amplituden worden verkregen door hardwarematige integratie van de ontvangervoltages gedurende een zekere tijdspanne. Het gereedschap 10 gebruikt fasegevoelige detectie om de in-fase en kwadratuurcomponenten van het spin-echo/signaal-met-ruisamplituden te meten. De technieken beschreven in Amerikaans octrooi 5.381.092 verleend 30 aan Robert Freedman kunnen worden gebruikt om "window sums" onder in het boorgat te berekenen en de "window sums" naar het oppervlak te versturen voor het bewerken volgens T2 inversie en voor presentatie. Ook kunnen de technieken beschreven in Amerikaans octrooi 5.363.041 verleend aan Abdurrahman Sezginer worden geïmplementeerd om een lineaire operator te 35 gebruiken om een relaxatietijdverdeling op spin-echo’s af te beelden, om een "singular value decomposition" (SVD) van de lineaire operator te 1013482 1 20 produceren, om vectoren van de SVD te bepalen en om de spin-echogegevens te comprimeren onder gebruikmaking van de vectoren. Bij voorkeur wordt het T2-spectrum berekend onder in het boorgat en naar het oppervlak verzonden. Dit heeft als voordeel het elimineren van een flessenhals in 5 de telemetrie veroorzaakt door het verzenden van de gegevens die zijn vereist om het T2-spectrum aan de oppervlakte te berekenen. Een digitale signaalprocessor kan worden gebruikt om de T2-gegevens te inverteren. De amplituden, Ajf van de spin-echo’s worden gekarakteriseerd door de volgende relatie: 10 Aj^Xjfii + nj, < = ! waarin de ruis is in de meting Aj, a1 de amplitude van de T2-verdeling genomen op T21, XJt = e [ _ I, _ εχρί_ -L·-} λ r,, Λ v ctvj) 15 de elementen van matrix X voorstelt, waarin tw de wachttijd is en C een constante (de Wverhouding), At de tijd tussen de echo’s en J=1,2,...N, waar N het aantal echo’s is die verzameld zijn in een enkele pulssequentie. In matrixnotatie wordt de vergelijking Α = χ-α + ή. Daar de ruis, η, onbekend is, kan « benaderd worden door 20 een kleinste kwadratenoplossing, dat is een minimum van de functionaal j in_x5|\ De oplossing van deze vergelijking wordt sterk beïnvloed door ruis die aanwezig is in de gegevens en de oplossing kan negatieve componenten hebben hoewel het T2-spectrum geen negatieve componenten heeft. Om dit probleem te overwinnen wordt een regularisatieterm 4dl 25 toegevoegd aan de functional en de functionaal J&A*-** ^ _ wordt geminimal iseerd gebruikmakend van een geschikt iteratief minimal ise-ringsalgoritme (bijvoorbeeld geconjugeerde gradiënt projectie methode) onder de beperking dat a, * 0 voor Zie Ron S. Dembo en Ulrich

Tulowitzski, On the Minimization of Quadratic Functions Subject to ox 30 Constraints, Yale Department of Computer Science (september 1984) (beschrijft de geconjugeerde gradiënt projectie methode). De tijd nodig voor het uitvoeren van de Trinversie gebruikmaken van een digitale signaalprocessor is heel redelijk. Bijvoorbeeld aannemend 1800 echo's en 30 monsters in het Trdome1n vereist de inversie op een digitale 35 signaalprocessor minder dan 2 seconden.

1013482 ' 21

Voor de basis kernspinresonantiemeting met gereedschap 10 voert een elektronische schakeling een pulssequentie toe aan de te onderzoeken formatie. Gereedschap 10 omvat een pulsprogrammeur 80, die op adaptieve wijze de pulssequenties die aan de formatie worden toegevoerd 5 kiest en bestuurt. De pulsprogrammeur 80 stelt de pulssequentie vast gebruikmakend van informatie gevonden in het metingbesturingsblok 82 (zie figuur 8) en de werkvoorwaarden van het gereedschap 10. Bij voorkeur wordt het metingbesturingsblok 82 opgeslagen in een geheugen onder in een boorgat. De structuur van blok 82 is vastgelegd om pul sprogrammeur 80 10 eenvoudig in staat te stellen onder in het boorgat autonoom de tijdsvolgorde van de pul ssequenties aan te passen en te veranderen. Het is van voordeel om een deel van blok 82 op te delen in een veelheid tabellen 84, 86 en 88. In plaats ervan om alle gereedschapoperaties die afhangen van de pulssequenties te besturen vanuit de pul sprogrammeur 80 worden de 15 tabellen 84, 86, 88 gebruikt om deze operaties te besturen. Dit stelt de pul sprogrammeur 80 in staat om de pulssequenties te variëren zonder dat er tegenspraak ontstaat in de configuratie van het gereedschap. De veelheid van tabellen 84, 86 en 88 kan het volgende omvatten, maar is daartoe niet beperkt: een buffertabel die de opzet van de "stacking buffers" beschrijft, 20 een acquisitietabel die de verkregen signalen geaccumuleerd in buffers definieert, een filtercoëfficiëntentabel die het detectiefi1 ter voorschrijft dat toegepast wordt bij een signaal verwerving, een spindynamica-correctietabel die de spindynamica-correctie aangeeft die voor iedere buffer moet worden gebruikt en een gegevensverwerkingstabel 25 die de kernspinresonantiekarakteristieken aangeeft die berekend worden uit de verkregen buffers.

De pul sprogrammeur 80 omvat een pul ssequentietemplet 94 ten gebruike bij het genereren van pulssequenties die een sequentie van toestanden afhankelijk van herhalings- en tijdsvolgordevariabelen omvat. 30 Deze variabelen worden berekend uit volgordeconfiguratieparameters gebruikmakend van het rekenblok 92. Het rekenblok 92 kan geïmplementeerd zijn als een executabele of interpretatieve structuur. Gebaseerd op de fysieke grootheid die gemeten zal worden, bijvoorbeeld T2 kunnen ti jdvolgorde variabel en worden gedefinieerd zoals de wachttijd, tw, de tijd 35 tussen echo’s, tech0, en het aantal verworven echo’s. De configuratie-parameters omvatten maar zijn niet beperkt tot t90, pulsamplitude en 1013482" 22 pulsvorm. Deze paravers kunnen periodiek worden berekend tijdens cal ibratie van het gereedschap 10 of tijdens werking van het gereedschap daar deze parameters kunnen variëren als de omstandigheden waaronder he gereedschap 10 werkt variëren. Bijvoorbeeld de pulsamplitude en -vorm 5 hangen af van de kwaliteitsfactor van de antenne en daarom van de geleidbaarheid van de formatie die het gereedschap 10 omgeeft.

Normaliter nadat pulsprogrammeur 80 een pulssequentie initieert verloopt de sequentie voorafbepaald totdat hij is afgelopen.

Om bepaalde azimutale meetmodi met gereedschap 10 te implementeren is 10 pulsprogrammeur 80 in staat om de pulssequentie te vaneren gedurende e uitvoering van de sequentie. Programmeur 80 kan de uitvoering van e pulssequentie stoppen en in een HALT-toestand gaan totdat een extern signaal de toestand op tijdstip tc beëindigt of totdat een maximale tiidspanne t , is verlopen. Daar, zoals hiervoor in deze beschrijving 15 'te^nste een van de verschillende modi (tussengevoegd, die gebruikt kan worden bij de tijdsvolgorde van het verzamelen van de gegeve s voorziet in het tussenvoegen van verscheidene metingen, compenseer e programmeur 80 voor de tijd die verlopen is gedurende de HALT-toestan ^ Bij voorkeur wordt compensatie tot stand gebracht door het groeperen 20 HALT-gebeurtenissen. Bijvoorbeeld een groepering kan omvatten een paar HALT-gebeurtenissen waarbij één HALT-gebeurtenis werkt zoals hiervoor beschreven en de andere HALT-gebeurtenis een normale gebeurtenis is met een duur t -tc. Het groeperen van gebeurtenissen stelt de programmeur Γη staat « sequenties te combineren die een variabele en een vooraf 25 beP“,de tijdSV°l9te“kan de volgorde van toestanden zoals gedefinieerd in het pulssequentietemplet 94 verschillende alternatieven omvatten voor delen van de sequentie. In real time wordt een van de alternatieven gekozen (branching) afhankelijk van de externe omstandighe en 30 van het gereedschap (bijvoorbeeld het azimut van het gereedschap).

De voorgaande beschrijving van de voorkeursalternatieve uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding is gegeven met als doel illustratie en beschrijving. Het is niet bedoeld uitputten zijn of de uitvinding te beperken tot de precies beschreven vor . 35 Uiteraard zullen vele modificaties en variaties duidelijk zijn voor de vakman. De „itvoeringsvoorbeelden zijn gekozen en beschreven teneinde de 10134AO ' 23 principes van de uitvinding en de praktische toepassing ervan het beste uit te leggen daarbij andere vaklieden in staat stellend de uitvinding te begrijpen voor verschillende uitvoeringsvormen en met verschillende modificaties zoals ze geschikt zijn voor het beoogde bijzondere doel . Het 5 is bedoeld dat de omvang van de uitvinding gedefinieerd wordt door de bijgevoegde conclusies en hun equivalenten.

1 01 34 82

Claims (19)

1. 3 Werkwijze volgens conclusie 1. gekenmerkt door het zenden van een sequentie van radiofrequente magnetische veldpulsen naar de formatie en het gebruiken van de verdeling van spin-spin-relaxatietijden om een optimale tijdsduur te bepalen dat iedere puls naar de formatie wordt verzonden. .
2. 4. Werkwijze volgens conclusie 1. gekenmerkt door het detecteren van een veelheid van signalen met een signaal-plus-ruisamplitude Aj, met Aj = + waarin η, de ruis in het signaal is, o, de amplitude van de spin-spin-30 relaxatietijden genomen op T2 j, XJf - exp|^-expj^—y-jj elementen van matrix X representeert, waarin t, de wachttijd is en c een constante, At de tijd tussen de echo's en waarin N het aantal echo's is dat verzameld is in een enkele pulssequentie. Werkwijze volgens conclusie 4 waarin de signaal-plus- ruiSamplitude w = H + . gekenmerkt door het benaderen van ° onder 1 01 3482 ' de beperking dató>o is.
3. 6. Werkwijze volgens conclusie 5, gekenmerkt door het bepalen van een minimum van de functionaal Jx = |pi-xö|\
4. 7. Werkwijze volgens conclusie 5, gekenmerkt door het 5 kiezen van regular]satieparameter λ en het bepalen van een minimum van de functionaal fó) = p-+a||ö||2.
5. 8. Werkwijze volgens conclusie 6, gekenmerkt door het minimaliseren van de functionaal onder gebruikmaking van een geconjugeerde gradiënt projectie algoritme.
6. 9. Werkwijze volgens conclusie 7, gekenmerkt door het minimaliseren van de functionaal gebruikmakend van een geconjugeerde gradiënt projectie algoritme.
7. 10. Werkwijze volgens conclusie 1, gekenmerkt door het zenden van een sequentie van radiofrequente magnetische veldpulsen naar 15 de formatie en het gebruikmaken van de verdeling van spin-spin- relaxatietijden bij het kiezen van een optimale werkfrequentie.
8. 11· Werkwijze volgens conclusie 1, gekenmerkt door het zenden van een sequentie van radiofrequente magnetische veldpulsen naar de formatie en het gebruikmaken van de verdeling van spin-spin- 20 relaxatietijden bij het handhaven van een in hoofdzaak constante onderzoeksdiepte in de formatie.
9. 12- Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, waarin de direct gedetecteerde signalen gedetecteerde spin-echo's omvatten.
10. 13. Werkwijze volgens één der conclusies 1, 3, 10 en 11, 25 waarin de stap van het berekenen van een verdeling van spin-spin- relaxatietijden, het berekenen van een singuliere waarde decompositie (singular value decomposition - SVD) voorstelling uit de direct gedetecteerde waarden en het berekenen van een verdeling van spin-spin-relaxatietijden uit de SVD omvat.
11. 14. Apparaat voor het bepalen van een kernspinresonantie- eigenschap in een onderzoeksgebied van grondformaties rondom een boorgat, omvattende: a) middelen voor het opwekken van een in hoofdzaak axiaal symmetrisch statisch magnetisch veld in een formatie doorsneden 35 door een boorgat; b) middelen voor het opwekken van een wisselend 1 01 3482 magnetisch veld in de formatie; c) middelen voor het detecteren van kernspinresonantiesignalen van de formatie; d) middelen voor het berekenen van een verdeling van 5 spin-spin-relaxatietijden, welke middelen zijn ingericht om te worden geplaatst in het boorgat; met het kenmerk, dat de middelen voor het berekenen van de verdeling van spin-spin-relaxatietijden zijn ingericht voor het berekenen van een verdeling van spin-spin-relaxatietijden uit de direct gedetecteerde 10 signalen. 15> Apparaat volgens conclusie 14, gekenmerkt door middelen voor het verzenden van de verdeling van spin-spin-relaxatietijden naar de oppervlakte bij het boorgat.
12. 16 Apparaat volgens conclusie 14, gekenmerkt doormiddelen 15 voor het zenden van een sequentie van magnetische veldpulsen naar de formatie en middelen voor het gebruiken van de verdeling van spin-spin-relaxatietijden voor het bepalen van een optimale tijdsduur dat iedere puls naar de formatie wordt verzonden.
13. 17 Apparaat volgens conclusie 14, gekenmerkt door middelen 20 voor het zenden van een sequentie van magnetische veldpulsen naar de formatie en middelen voor het gebruikmaken van de verdeling van spin-spin- relaxatietijden om een optimale werkfrequentie te kiezen.
14. 18- Apparaat volgens conclusie 17, gekenmerkt door het zenden van een sequentie van magnetische veldpulsen naar de formatie en 25 middelen voor het gebruiken van de verdeling van spin-spin-relaxatietijden om een in hoofdzaak constante diepte van onderzoek in de formatie te handhaven. Apparaat volgens conclusie 14, gekenmerkt doormiddelen voor het detecteren van een veelheid van signalen met een signaal-plus-30 ruisamplitude Aj met A=fxa^n i L-i 'Ij waarin η, de ruis in het signaal is, a ,de «pVI'tude van de spin-spin-relaxatietijden genomen op Tz>i, Xj, - exp^_/_ 1-expj^-^r-J 35 elementen van matrix X weergeeft, waarin t, de wachttijd ^ en cJe" constante, At de tijd tussen de echo's er J-1.2....N. waarin N het aantal 1013482 ' echo's is dat verzameld is in een enkele pulssequentie.
15. 20. Apparaat volgens conclusie 19 waarin de signaal-plus- ruisamplitude Α = Χα + ή , gekenmerkt door middelen voor het benaderen van d onder de beperking dat 5>o.
16. 21. Apparaat volgens conclusie 20, gekenmerkt door middelen voor het bepalen van een minimum van de functionaal Jx = |p-Xö|\
17. 22. Apparaat volgens conclusie 20, gekenmerkt door middelen voor het kiezen van een regularisatieparameter λ en voor het bepalen van een minimum van de functionaal ^(<3) = p-x5|2+/i||ö||j 10 23. Apparaat volgens één der conclusies 21 of 22, gekenmerkt door middelen voor het minimaliseren van de functionaal onder gebruikmaking van een geconjugeerde gradiënt projectie algoritme.
18. 24. Apparaat volgens één der voorgaande conclusies, waarin de direct gedetecteerde signalen spin-echo's omvatten.
19. 25. Apparaat volgens conclusie 14 en 16-18, waarin de middelen voor het berekenen een verdeling van spin-spin-relaxatietijden zijn ingericht voor het berekenen van een singuliere waarde decompositie (singular value decomposition - SVD) voorstelling uit de direct gedetecteerde waarden en het berekenen van een verdeling van spin-spin-20 relaxatietijden uit de SVD. 1013482 1