ЯДЕРНО-МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНЫЙ ИНСТРУМЕНТ С ВНЕШНИМИ МАГНИТАМИ Российский патент 2015 года по МПК G01V3/32 

Перекрестная ссылка на родственные заявки

По данной заявке испрашивается приоритет следующих предварительных заявок на патенты США: № 61/415407 под названием “Nuclear magnetic resonance tool with external magnets”, поданной 19 ноября 2010 года; № 61/418172 под названием “Nuclear magnetic resonance tool with movable magnets”, поданной 29 ноября 2010 года; и № 61/488265 под названием “Nuclear magnetic resonance tool with external magnets”, поданной 20 мая 2011 года, содержимое которых полностью включено в данную заявку посредством ссылки.

Заявление относительно финансируемого из федерального бюджета исследования или разработки не применимо к данному случаю.

Область техники, к которой относится изобретение

В целом изобретение относится к области ядерно-магнитно-резонансных инструментов. Более конкретно, изобретение относится к ядерно-магнитно-резонансным инструментам для осуществления каротажа во время бурения, имеющим магниты, находящиеся снаружи утяжеленной бурильной трубы, и магнитно-проницаемые элементы для регулирования градиента магнитного поля.

Уровень техники

Ядерный магнитный резонанс (ЯМР) можно использовать для определения различных характеристик подземных пластов и/или проб. В скважине каротажные ЯМР-инструменты можно использовать для получения этих характеристик, которые затем можно использовать, например, для облегчения определения наличия, отсутствия и/или местоположения углеводородов в данном пласте или пробе.

Обычный ЯМР-каротаж, хорошо известный в данной области техники, включает в себя развертывание в скважине ЯМР-инструмента, в котором используются магнитные поля для генерации и обнаружения различных радиочастотных сигналов от ядер в пласте или пробе. Некоторые примеры ЯМР-методик описаны в патенте США № 6232778, переуступленном Schlumberger Technology Corp., содержимое которого полностью включено в данный документ посредством ссылки.

В общем случае ЯМР-измерения выполняют, вызывая прецессию магнитных моментов ядер в пласте вокруг оси. Ось, вокруг которой ядра совершают прецессию, можно устанавливать путем приложения сильного, поляризующего статического магнитного поля В₀ к пласту, например путем использования постоянных магнитов.

В обычных ЯМР-инструментах для осуществления каротажа во время бурения (КВБ) эти постоянные магниты обычно размещены в утяжеленной бурильной трубе, которая создает защитный корпус для магнитов и других компонентов ЯМР-инструмента. Такая защита может быть целесообразной для снижения риска повреждения в результате бурения с учетом ударов и износа. Такие обычные инструменты могут включать в себя помещение магнитов в кожух, чтобы создать каркас для прикрепления магнитов. Этот каркас может уменьшать объем используемого магнитного материала. Это является критичным для ЯМР, поскольку отношение сигнала к шуму (ОСШ) изменяется как функция напряженности магнитного поля и градиента магнитного поля. Другие недостатки, такие как затрудненный доступ к магнитам и другим компонентам ЯМР-инструмента, также присущи обычным системам каротажа во время бурения, магнитные узлы ЯМР которых размещены в утяжеленной бурильной трубе.

В соответствии с этим имеется необходимость в способах и системах для получения измерений ЯМР, в которых исключены один или более недостатков, которые присущи обычным способам.

Раскрытие изобретения

В соответствии с одним объектом изобретения предложено ядерно-магнитно-резонансное устройство. Устройство может включать в себя утяжеленную бурильную трубу, первый магнит, встроенный в утяжеленную бурильную трубу, второй магнит, отстоящий в осевом направлении от первого магнита, и антенну, расположенную между первым магнитом и вторым магнитом.

В соответствии с другим объектом изобретения предложено ядерно-магнитно-резонансное устройство. Устройство может включать в себя утяжеленную бурильную трубу, имеющую выемку, втулку, выполненную с возможностью скольжения по выемке, первый магнит, расположенный на втулке, второй магнит, расположенный на втулке, и антенну, расположенную между первым магнитом и вторым магнитом.

Другие аспекты и преимущества изобретения станут понятными из последующего описания и прилагаемой формулы изобретения.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 иллюстрирует буровую систему, в которой можно использовать настоящее изобретение, в соответствии с примерным вариантом осуществления;

Фиг. 2 показывает вариант осуществления типа устройства для оценивания пласта во время бурения с использованием ЯМР;

Фиг. 3 - схематическая диаграмма, иллюстрирующая магниты, встроенные в утяжеленную бурильную трубу, в соответствии с примерным вариантом осуществления;

Фиг. 4 - схематическая диаграмма, иллюстрирующая магниты и антенну на втулке, расположенной на утяжеленной бурильной трубе, в соответствии с примерным вариантом осуществления;

Фиг. 4А - схематическая диаграмма, иллюстрирующая магнитный узел из Фиг. 4 с дополнительными магнитными и немагнитными участками в подающей линии, в соответствии с примерным вариантом осуществления;

Фиг. 5 - схематическое представление двух магнитов, воспроизведенных в системе координат, в соответствии с примерным вариантом осуществления;

Фиг. 6 - график, показывающий влияние поперечного сечения магнита (и, следовательно, объема) на напряженность магнитного поля, в соответствии с примерным вариантом осуществления;

Фиг. 7 - график, показывающий профиль поля по радиальному направлению магнитного узла из Фиг. 5, в соответствии с примерным вариантом осуществления;

Фиг. 8 иллюстрирует магнитно-проницаемый элемент, расположенный между двумя магнитами, в соответствии с примерным вариантом осуществления;

Фиг. 9А иллюстрирует магнитно-проницаемый элемент, разделенный на кольца, расположенные между двумя магнитами, в соответствии с примерным вариантом осуществления;

Фиг. 9В - график, показывающий профиль магнитного поля по радиальному направлению магнитного узла из Фиг. 9А, в соответствии с примерным вариантом осуществления;

Фиг. 9С - график, показывающий магнитные изопотенциальные линии магнитного узла из Фиг. 9А, в соответствии с примерным вариантом осуществления;

Фиг. 10 иллюстрирует модельный срез ЯМР на основании магнитного поля, создаваемого таким магнитным узлом, как на Фиг. 9А, в соответствии с примерным вариантом осуществления;

Фиг. 10А - график, показывающий магнитные изопотенциальные линии показанного магнитного узла с проницаемым элементом, в соответствии с примерным вариантом осуществления;

Фиг. 10В - график, показывающий магнитные изопотенциальные линии другого показанного магнитного узла с более коротким проницаемым элементом, чем проницаемый элемент из Фиг. 10А, в соответствии с примерным вариантом осуществления;

Фиг. 10С - график, показывающий профиль магнитного поля магнитного узла, показанного на Фиг. 10А; и

Фиг. 10D - график, показывающий профиль магнитного поля магнитного узла, показанного на Фиг. 10В.

Осуществление изобретения

Изобретение относится к системам и способам, которые позволяют выполнять ЯМР-каротаж во время бурения с использованием магнитов, помещенных снаружи утяжеленной бурильной трубы, и магнитно-проницаемых элементов для регулирования градиента магнитного поля. Далее различные примеры способов и систем будут описаны со ссылкой на Фиг. 1-10, на которых показаны характерные или иллюстративные варианты осуществления изобретения.

На Фиг. 1 показана буровая система, в которой может использоваться настоящее изобретение, согласно примерному варианту осуществления. Место расположения буровой скважины может находиться на суше и в море. В этом примере системы скважина 11 образована в подземных пластах 106 вращательным бурением, способом, который является хорошо известным. Как будет описано ниже, варианты осуществления изобретения можно также использовать при направленном бурении.

Бурильная колонна 12 подвешена в скважине 11 и имеет нижнюю часть 100 бурильной колонны, которая на нижнем конце включает в себя буровое долото 105. Наземная система включает в себя узел 10 платформы и буровой вышки, расположенный поверх скважины 11, при этом узел 10 включает в себя роторный стол 16, ведущую трубу 17, крюк 18 и вертлюг 19. Бурильная колонна 12 вращается роторным столом 16, снабжаемым энергией непоказанным средством, который находится в зацеплении с ведущей трубой 17 на верхнем конце бурильной колонны. Бурильная колонна 12 подвешена на крюке 18, прикрепленном к подвижному блоку (также непоказанному), при помощи ведущей трубы 17 и вертлюга 19, которые позволяют бурильной колонне вращаться относительно крюка. Как хорошо известно, в качестве варианта можно использовать систему верхнего привода.

В примере этого варианта осуществления наземная система также включает в себя буровой раствор или промывочную жидкость 26, хранимую в резервуаре 27 на месте расположения скважины. Насос 29 нагнетает буровой раствор 26 внутрь бурильной колонны 12 через отверстие в вертлюге 19, заставляя буровой раствор протекать вниз по бурильной колонне 12, как это показано направленной стрелкой 8. Буровой раствор выходит из бурильной колонны 12 через отверстия в буровом долоте 105, а затем направляется вверх через область кольцевого пространства между наружной стороной бурильной колонны и стенкой скважины 11, как это показано направленной стрелкой 9. В этом хорошо известном способе буровой раствор смазывает буровое долото 105 и переносит обломки выбуренной породы пласта 106 вверх на поверхность для возврата в резервуар 27 для рециркуляции.

В различных вариантах осуществления системы и способы, раскрываемые в этом документе, могут использоваться совместно с любым средством транспортировки, известным специалистам в данной области техники. Например, системы и способы, раскрываемые в этом документе, можно использовать совместно с ЯМР-инструментом, спускаемым на каротажном кабеле, тросовом канате, средстве транспортировки бурильной трубы и/или средстве транспортировки во время бурения. Только для примера на Фиг. 1 показано средство транспортировки во время бурения. Однако системы и способы, раскрываемые в этом документе, равным образом применимы к каротажному кабелю или любому другому подходящему средству транспортировки. Нижняя часть 100 бурильной колонны из показанного варианта осуществления включает в себя модуль 120 каротажа во время бурения (КВБ), модуль 130 измерений во время бурения (ИВБ), поворотную управляемую систему и электродвигатель и буровое долото 105.

Модуль 120 каротажа во время бурения размещен в утяжеленной бурильной трубе особого типа, известной в данной области техники, и может содержать один или множество каротажных инструментов известных типов. Кроме того, должно быть понятно, что можно использовать больше одного модуля каротажа во время бурения и/или измерений во время бурения, например дополнительный модуль, представленный позицией 120А. (Повсюду под модулем при позиции 120 может альтернативно иметься в виду также модуль при позиции 120А.) Модуль каротажа во время бурения обладает потенциальными возможностями измерения, обработки и сохранения информации, а также связи с наземным оборудованием. В данном варианте осуществления модуль каротажа во время бурения включает в себя ядерно-магнитно-резонансное измерительное устройство.

Модуль 130 измерений во время бурения также размещен в утяжеленной бурильной трубе особого типа, известной в данной области техники, и может содержать одно или более устройств измерения характеристик бурильной колонны и бурового долота. Инструмент для измерений в процессе бурения также включает в себя устройство (непоказанное) для выработки электрической энергии для скважинной системы. Обычно она может включать в себя турбинный генератор на буровом растворе, приводимый в движение потоком бурового раствора, при этом понятно, что можно использовать другие энергетические и/или батарейные системы. В данном варианте осуществления модуль измерений в процессе бурения включает в себя одно или более из нижеследующих измерительных устройств: устройство измерения нагрузки на долото, устройство измерения крутящего момента, устройство измерения вибрации, устройство измерения ударного воздействия, устройство измерения прихвата/проскальзывания, устройство измерения направления и устройство измерения наклона.

На Фиг. 2 показан вариант осуществления устройства для оценивания параметров пласта во время бурения с использованием ЯМР, при этом понятно, что ЯМР-инструменты/инструменты для каротажа во время бурения также можно использовать в качестве инструмента 120 для каротажа во время бурения или части комплекса инструментов 120, 120А для каротажа во время бурения. Что касается Фиг. 2, то в примерном варианте осуществления изобретения, в дальнейшем называемом проектом небольшого градиента, магнитная установка содержит верхний магнит 232, отстоящий в осевом направлении от нижнего магнита 234. Область между магнитами 232, 234 пригодна для размещения элементов, таких как электронные компоненты, радиочастотная антенна и другие аналогичные изделия. Оба магнита 232, 234 окружают втулку 228.

Магниты 232, 234 могут быть поляризованы в направлении, параллельном продольной оси инструмента 210, при этом одноименные магнитные полюса обращены друг к другу. Для каждого магнита 232, 234 магнитные линии индукции проходят наружу от конца магнита 232, 234 в пласт для создания статического поля, параллельного оси инструмента 210, и проходят внутрь к другому концу магнита 232, 234. В области между верхним магнитом 232 и нижним магнитом 234 магнитные линии индукции проходят от центра наружу в пласт, создавая статическое поле в направлении, перпендикулярном к оси инструмента 210. Затем магнитные линии индукции проходят внутрь симметрично над верхним магнитом 232 и под нижним магнитом 234 и сходятся в продольном направлении внутри втулки 228.

На Фиг. 3 представлена схематическая диаграмма, иллюстрирующая магниты 306А, 306В, встроенные в утяжеленную бурильную трубу (УБТ) 304, согласно примерному варианту осуществления. В некоторых вариантах осуществления магниты 306А, 306В могут быть аналогичны магнитам 232, 234 из Фиг. 2. В некоторых вариантах осуществления магниты 306А, 306В могут быть встроены так, что вся внешняя поверхность магнитов 306А, 306В будет открытой. Как показано на Фиг. 3, два магнита 306А, 306В могут быть встроены в утяжеленную бурильную трубу 304 с разнесением друг от друга в осевом направлении. Кроме того, в осевое пространство между двумя магнитами 306А, 306В может быть помещена радиочастотная антенна 308 для генерирования поля В1, которое необходимо для осуществления ЯМР. В примерных вариантах осуществления утяжеленная бурильная труба может включать в себя выемки для размещения одного или более из магнитов 306А, 306В и антенны 308. Кроме того, электронный блок 302 может быть расположен в утяжеленной бурильной трубе и может соприкасаться с подающей линией 310 (то есть предназначенной для подачи бурового раствора или других жидкостей, протекающих по ней) или с каналом, расположенным в утяжеленной бурильной трубе 304, или может находиться вблизи них.

Кроме того, в подающую линию 310 может быть введен проницаемый элемент 312 и, как правило, он может быть введен в осевом направлении между двумя постоянными магнитами 306А, 306В. Используемый в этом документе термин «проницаемый» обычно имеет отношение к магнитной проницаемости. В примере осуществления, показанном на Фиг. 3, проницаемый элемент 312 введен в подающую линию 310 так, что проницаемый элемент в осевом направлении перекрывается с каждым из постоянных магнитов 306А, 306В и тем самым занимает все осевое пространство между двумя постоянными магнитами 306А, 306В. В некоторых вариантах осуществления проницаемый элемент 312 может продолжаться в осевом направлении от одного постоянного магнита 306А до другого 306В, но без обязательного перекрытия с одним или обоими постоянными магнитами 306А, 306В. В другом варианте осуществления проницаемый элемент 312 может не занимать все осевое пространство между двумя постоянными магнитами 306А, 306В. В различных примерных вариантах осуществления проницаемый элемент 312 может быть выполнен из любого материала, имеющего ненулевую магнитную проницаемость. Например, им может быть сталь 1010 или нержавеющая сталь 15_5. Кроме того, как показано на Фиг. 3, проницаемый элемент 312 также может быть расположен в осевом направлении и/или контактировать с оставшейся частью подающей линии 310, которая может быть выполнена из магнитно-непроницаемого элемента 312.

В примерных вариантах осуществления проницаемый элемент 312 может включать в себя проницаемый стержень, расположенный в подающей линии 310 на внутренней стороне инструмента, который может использоваться для формирования магнитного поля. Этот стержень может быть разделен на многочисленные проницаемые и непроницаемые кольца, которые обеспечивают формирование магнитного поля B₀ и градиента g магнитного поля. Некоторое влияние проницаемых элементов 312 на форму возбуждаемого магнитного поля раскрыто в патенте США № 6400149, содержимое которого полностью включено в этот документ посредством ссылки. Кроме того, ниже будет рассмотрено более подробно влияние проницаемых элементов 312 и разнесения магнитов на магнитное поле и градиент магнитного поля.

На Фиг. 4 представлена схематическая диаграмма, иллюстрирующая магниты 306А, 306В и антенну 308 на втулке 416, расположенной на утяжеленной бурильной трубе 304, согласно примеру осуществления. В примерах осуществлений утяжеленная бурильная труба 304 может быть выполнена из верхней утяжеленной бурильной трубы (УБТ) 404А и нижней утяжеленной бурильной трубы (УБТ) 404В. Между верхней 404А и нижней 404В утяжеленными бурильными трубами может быть выемка 414, по которой может скользить втулка 416 и, по желанию, в которой она может быть зафиксирована. Втулка 416 может включать в себя два постоянных магнита 306А, 306В и антенну 308, каждый из которых может скользить по втулке 416. Кроме того, втулка 416 может включать в себя проницаемый элемент и/или выполняться из проницаемого материала, который может быть аналогичен по составу и функции проницаемому элементу 312, расположенному в подающей линии 310 на Фиг. 3. В некоторых вариантах осуществления проницаемый элемент (непоказанный) может быть включен в подающую линию 310, как на Фиг. 3. При наличии магнитов 306А, 306В и антенны 308, скомпонованных в виде втулки 416, которая касается утяжеленной бурильной трубы 304 при каротаже во время бурения, техническое обслуживание и замену втулки 416 можно выполнять отдельно, а не всей утяжеленной бурильной трубы 304.

На Фиг. 4А представлена схематическая диаграмма, иллюстрирующая магнитный узел из Фиг. 4 с дополнительными магнитными и немагнитными участками в подающей линии 310, согласно примерному варианту осуществления. Как показано на Фиг. 4А, в некоторых вариантах осуществления подающая линия 310 может включать в себя сочетание магнитных 419 и немагнитных 417 участков. В различных вариантах осуществления ряд различных секций подающей линии 310 может включать в себя магнитные участки 419. Использование магнитных участков 419 в подающей линии 310 позволяет формировать статическое магнитное поле. Магнитные 419 и немагнитные 417 участки можно использовать для создания подающей линии 310 в случае вариантов осуществления, подобных варианту осуществления, показанному на Фиг. 3, и подобных варианту осуществления, показанному на Фиг. 4, а также подобных другим вариантам осуществления, согласующимся с настоящим раскрытием. В некоторых вариантах осуществления магнитные 419 и немагнитные 417 участки могут быть соединены сваркой. Другие способы соединения участков 417, 419 могут включать в себя свинчивание участков 417, 419 или другие подходящие способы, которые могут быть известны специалистам в данной области техники, извлекающим выгоду из настоящего раскрытия. Использование магнитных и немагнитных участков для создания подающей линии 310 позволяет дополнительно формировать и/или регулировать магнитное поле.

На Фиг. 5 показано схематическое представление двух магнитов 306А, 306В, воспроизведенных в системе координат, согласно примеру осуществления. Как показано на Фиг. 5, между магнитами 306А, 306В не расположен проницаемый (мягкий) магнитный материал. В показанном варианте осуществления цилиндрами представлены два постоянных магнита 306А, 306В с одноименными магнитными полюсами, обращенными друг к другу.

Независимо от того, расположен ли проницаемый элемент 312 между магнитами 306А, 306В или нет, поле и градиент поля, создаваемые двумя магнитами 306А, 306В, могут изменяться как функция разнесения и объема магнитов, показанных на Фиг. 4-6. В некоторых вариантах осуществления поле может изменяться аналогичным образом в зависимости от объема магнитного материала при фиксированном расстоянии между магнитами 306А, 306В. Магнитный узел такого вида часто используют в ЯМР-инструментах для каротажа во время бурения.

На Фиг. 6 представлен график, показывающий влияние поперечного сечения магнита (и, следовательно, объема) на напряженность магнитного поля, согласно примерному варианту осуществления. На графике напряженность магнитного поля показана на глубине исследования, находящейся вне инструмента (например, на биссекторной плоскости магнитов, расположенной по радиусу на некотором расстоянии от продольной оси магнитного узла). На графике видно заметное улучшение, которое может быть получено на рабочей частоте ЯМР в случае фиксированного разнесения магнитов и фиксированной глубины исследования при увеличении площади поперечного сечения магнитов (и, следовательно, объема).

На Фиг. 7 представлен график, показывающий профиль поля по радиальному направлению магнитного узла из Фиг. 5, согласно примерному варианту осуществления. Иначе говоря, на графике показан профиль B₀ по радиальному направлению от центра стержня. Его можно называть рисунком градиентного поля. Он представляет собой линию от центра пространства между двумя магнитами 306А, 306В, продолжающуюся ортогонально к длинной оси магнитов 306А, 306В. Центр магнитов 306А, 306В в каротажном устройстве находится при x=0 дюймов. Поле возрастает до максимума в точке, расположенной на расстоянии 1 дюйм от центральной линии инструмента, и затем уменьшается как функция расстояния от каротажного устройства.

Имеются многочисленные конфигурации магнитных полей, которые можно создавать. Одним примером является рисунок градиентного поля, пример которого показан на Фиг. 7, при этом рисунок имеет спадающее поле снаружи инструмента. Примером другой конфигурации является поле с седловой точкой. В некоторых вариантах осуществления конфигурация поля с седловой точкой может определяться по наличию максимальной напряженности поля в точке снаружи инструмента, содержащего магниты 306А, 306В, которое затем спадает на больших или небольших расстояниях от центра инструмента. Независимо от конкретной конфигурации скорость спада в каждой точке часто называют градиентом магнитного поля.

Градиент магнитного поля представляет собой концепцию, используемую при нескольких применениях скважинного ЯМР. Например, градиент можно использовать для получения измерений молекулярной диффузии (которые можно использовать, например, для определения типа текучей среды), и он также связан с максимальной толщиной возбуждаемой оболочки и последующими эффектами движения. В частности, при ЯМР во время бурения может быть значительное поперечное перемещение инструмента во время бурения. При этом перемещении принимаемый срез ЯМР (пространственная область, которая вносит вклад в прием сигнала ЯМР) может перемещаться за пределы области возбуждения ЯМР (пространственной области, в которой радиочастотные импульсы возбуждают спиновую динамику при ЯМР и создается сигнал ЯМР). Когда принимаемый и возбуждаемый срезы больше соответствуют друг другу во время возбуждения и приема, в сигнале ЯМР может проявляться спад вследствие такого перемещения. Для конкретной амплитуды перемещения величина соответствующего спада пропорциональна перекрытию принимаемого среза и возбуждаемого среза. Поэтому спад будет небольшим, когда область среза намного больше, чем амплитуда перемещения. Размер принимаемого среза по сравнению с возбуждаемым срезом является существенно важным при рассмотрении перемещения. В соответствии с этим при некоторых использованиях и в некоторых вариантах осуществления может быть желательным наличие больших срезов, возбуждаемого и принимаемого, по сравнению с ожидаемым перемещением инструмента.

При небольшом градиенте может уменьшаться чувствительность к перемещению. Например, если возбуждающее поле 1 Гс используется при данной глубине исследования, и градиент равен 1 Гс/см, то будет возбуждаться оболочка толщиной 1 см. Если градиент равен 10 Гс/см, то будет возбуждаться оболочка толщиной 0,1 см.

Редактирование диффузии представляет собой способ, используемый для различения текучих сред при одинаковых значениях Т2 или Т1. Углеводородные цепи различной длины обычно диффундируют с различными скоростями. Это измерение можно выполнять с использованием градиента магнитного поля для повышения ослабления сигнала вследствие диффузионных эффектов. Путем применения последовательности импульсов Т90-Т180 до последовательности Карра-Парселла-Мейбума-Гилла можно изменять время, которое имеется для диффузии спинов. В дополнение к начальному времени (Te) задержки отраженного сигнала на диффузию может сильно влиять величина градиента. В некоторых вариантах осуществления при большем градиенте обычно сильнее диффузионный эффект. В соответствии с изменением начальных времен кодирования эхо-сигналов можно создавать карту D-T2 или D-T1 (T1 или T2 находят из данных последовательности Карра-Парселла-Мейбума-Гилла после этапа кодирования диффузии, а D представляет собой диффузию). Ослабление сигнала вследствие масштабов диффузии представляют Te³ и G² (где G - градиент). Поэтому, чем больше градиент, тем должно быть меньше время кодирования. Это приводит к более надежному измерению по отношению к эффектам перемещения.

В случае измерения пористости при каротаже во время бурения может быть выгодно иметь небольшой градиент для увеличения области чувствительности. Однако при попытке выполнения измерения для редактирования диффузии более высокий градиент может быть выгодным, поскольку обычно он дает возможность уменьшить время измерения. Поэтому пример системы, в которой градиент можно изменять от низкого до высокого в зависимости от задачи измерения, может быть очень полезным для скважинного каротажного ЯМР-инструмента.

Кроме того, магнитное поле можно формировать путем изменения расстояния между магнитами. При изменении расстояния между магнитами 306А, 306В на глубине исследования (ГИ) будут изменяться магнитное поле и градиенты магнитного поля.

На Фиг. 8 показан магнитно-проницаемый элемент 312, расположенный между двумя магнитами 306А, 306В, согласно примерному варианту осуществления. Вариант осуществления из Фиг. 8 представляет собой один пример способа повышения напряженности магнитного поля на глубине исследования, то есть ввода магнитно-проницаемого элемента 312 с высокой проницаемостью (такой как 50) между двумя постоянными магнитами 306А, 306В. В примерном варианте осуществления проницаемый элемент 312 направляет магнитный поток от магнитов 306А, 306В в часть элемента и затем продвигает магнитное поле по радиусу вокруг центра элемента, тем самым повышая магнитное поле. В то же время магнитно-проницаемый элемент 312 повышает градиент магнитного поля. В примерных вариантах осуществления, таких как на Фиг. 8, проницаемый элемент 312 может быть цельным проницаемым стержнем, расположенным по направлению оси между двумя магнитами 306А, 306В.

На Фиг. 9А показан магнитно-проницаемый элемент 312, разделенный на кольца 912А-С, расположенные между двумя магнитами 306А, 306В, согласно примеру осуществления. Как показано на Фиг. 9А, магнитно-проницаемый элемент 312 разделен на три кольца 912А-С, при этом среднее кольцо 912А длиннее, чем внешние два кольца 912В, 912С одинакового размера. В различных вариантах осуществления возможен ряд других компоновок (например, разделение на любое количество колец 912, колец 912, имеющих разные размеры или одинаковые размеры, и т.д.). Для изменения профиля магнитного поля этот проницаемый элемент также может быть разделен на небольшие кольца 912. Кроме того, эти кольца 912А-С можно перемещать в осевом направлении, и это может дополнительно изменять конфигурацию магнитного поля (например, напряженность магнитного поля и градиенты поля). Путем изменения распределения магнитного материала изменяют магнитное поле и градиент магнитного поля, поскольку магнитное поле и градиент по меньшей мере частично зависят от распределения магнитного материала.

На Фиг. 9В представлен график, показывающий профиль магнитного поля по радиальному направлению магнитного узла из Фиг. 9А, согласно примеру осуществления. На Фиг. 9С представлен график, показывающий магнитные изопотенциальные линии 918 магнитного узла из Фиг. 9А, согласно примерному варианту осуществления.

На Фиг. 10A-D показаны другие примеры влияния изменения размера проницаемого элемента 312 на магнитное поле. На Фиг. 10А представлен график, показывающий магнитные изопотенциальные линии 1118 показанного магнитного узла с проницаемым элементом 312, согласно примеру осуществления. На Фиг. 10В представлен график, показывающий магнитные изопотенциальные линии 1118 другого показанного магнитного узла с более коротким проницаемым элементом 312, чем проницаемый элемент 312 из Фиг. 10А. Фиг. 10А и 10В основаны на расстоянии 40 см между магнитами, при этом Фиг. 10А основана на размере вставки 20 см, а Фиг. 10В основана на размере вставки 10 см. На Фиг. 10С представлен график, показывающий профиль магнитного поля магнитного узла, показанного на Фиг. 10А. На Фиг. 10D представлен график, показывающий профиль магнитного поля магнитного узла, показанного на Фиг. 10В.

При изучении Фиг. 10A-D можно видеть, что если размер проницаемых участков уменьшается при фиксированном расстоянии между магнитами, изменяются профиль и градиент поля. Имеется точка, в которой рисунок изменяется от градиентного инструмента к рисунку с седловой точкой. В примерных вариантах осуществления для изменения проницаемых участков, которые расположены между двумя магнитами 306А, 306В, магнитные и немагнитные участки можно соединять сваркой для создания вставки в подающую линию 310. Эти участки могут быть взаимозаменяемыми с другими подобными участками, которые сконфигурированы для получения заданного магнитного поля и градиента магнитного поля.

Хотя выше были подробно описаны конкретные варианты осуществления изобретения, описание представлено только для иллюстрации. Различные модификации и эквивалентные этапы, соответствующие раскрытым аспектам примерных вариантов осуществления, в дополнение к описанным выше, могут быть сделаны специалистами в данной области техники без отступления от сущности и объема изобретения, определенных в нижеследующей формуле изобретения, объем которой должен соответствовать самой широкой интерпретации для охвата таких модификаций и эквивалентных структур.

Использование: для осуществления каротажа во время бурения с использованием ядерно-магнитно-резонансного инструмента. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют ядерно-магнитно-резонансный каротаж во время бурения с использованием магнитов, помещенных снаружи утяжеленной бурильной трубы, и магнитно-проницаемых элементов для регулирования градиента магнитного поля. Набор магнитов может быть расположен на утяжеленной бурильной трубе и/или встроен в нее, при этом антенна расположена в осевом направлении между ними. В качестве варианта набор магнитов и антенна, размещенная между ними, могут быть расположены на втулке, которая скользит по выемке в утяжеленной бурильной трубе. В дополнение к этому проницаемый элемент может быть расположен в осевом направлении между набором магнитов для изменения глубины исследования. Технический результат: обеспечение возможности использования увеличенного объема магнитного материала, а также обеспечение возможности изменения конфигурации магнитного поля. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 16 ил.

1. Ядерно-магнитно-резонансное устройство, содержащее:
утяжеленную бурильную трубу;
первый магнит, встроенный в утяжеленную бурильную трубу;
второй магнит, встроенный в утяжеленную бурильную трубу и отстоящий в осевом направлении от первого магнита; и
антенну, расположенную между первым магнитом и вторым магнитом;
при этом первый магнит и второй магнит встроены в утяжеленную бурильную трубу таким образом, что внешняя поверхность каждого из первого магнита и второго магнита открыта на внешней поверхности утяжеленной бурильной трубы.

2. Устройство по п. 1, дополнительно содержащее подающую линию, расположенную в утяжеленной бурильной трубе.

3. Устройство по п. 2, дополнительно содержащее проницаемый элемент, расположенный в подающей линии.

4. Устройство по п. 3, в котором по меньшей мере участок проницаемого элемента расположен в осевом направлении между первым магнитом и вторым магнитом.

5. Устройство по п. 2, в котором подающая линия содержит магнитный материал.

6. Устройство по п. 5, в котором подающая линия дополнительно содержит немагнитный материал.

7. Устройство по п. 2, в котором подающая линия содержит магнитный материал для придания формы статическому магнитному полю, генерируемому устройством.

8. Устройство по п. 4, в котором подающая линия содержит магнитный материал для придания формы статическому магнитному полю, генерируемому устройством, и немагнитный материал, и в котором проницаемый элемент содержит множество проницаемых колец.

9. Ядерно-магнитно-резонансное устройство, содержащее: утяжеленную бурильную трубу, имеющую выемку; втулку, выполненную с возможностью скольжения по выемке; первый магнит, расположенный на втулке; второй магнит, расположенный на втулке; и антенну, расположенную между первым магнитом и вторым магнитом.

10. Устройство по п. 9, в котором втулка содержит проницаемый элемент, расположенный между первым магнитом и вторым магнитом.

11. Устройство по п. 9, в котором антенна расположена на проницаемом элементе, расположенном на втулке.

12. Устройство по п. 9, дополнительно содержащее подающую линию, расположенную в утяжеленной бурильной трубе.

13. Устройство по п. 12, дополнительно содержащее проницаемый элемент, расположенный в подающей линии.

14. Устройство по п. 13, в котором по меньшей мере участок проницаемого элемента расположен в осевом направлении между первым магнитом и вторым магнитом.

15. Устройство по п. 14, в котором подающая линия содержит магнитный материал для придания формы статическому магнитному полю, генерируемому устройством.

16. Способ ядерно-магнитно-резонансного каротажа, содержащий этапы, при которых:
развертывают инструмент ядерно-магнитно-резонансного каротажа в скважине вблизи пласта; и
измеряют характеристику ядерного магнитного резонанса пласта,
при этом инструмент ядерно-магнитно-резонансного каротажа содержит утяжеленную бурильную трубу, антенну, первый магнит и второй магнит, отстоящий в осевом направлении от первого магнита, при этом первый магнит и второй магнит расположены на или в утяжеленной бурильной трубе таким образом, что доступ к первому магниту и второму магниту можно осуществлять с внешней поверхности утяжеленной бурильной трубы, и антенна расположена в осевом направлении между первым магнитом и вторым магнитом.

17. Способ по п. 16, в котором первый магнит и второй магнит встраивают в утяжеленную бурильную трубу таким образом, что внешняя поверхность каждого из первого магнита и второго магнита открыта на внешней поверхности утяжеленной бурильной трубы.

18. Способ по п. 16, в котором первый магнит и второй магнит размещают на втулке, выполненной с возможностью скольжения по выемке в утяжеленной бурильной трубе.

19. Способ по п. 16, в котором инструмент ядерно-магнитно-резонансного каротажа дополнительно содержит подающую линию, расположенную в утяжеленной бурильной трубе.

20. Способ по п. 19, в котором инструмент ядерно-магнитно-резонансного каротажа содержит проницаемый элемент, расположенный в подающей линии.