專利名稱：在鉆井的同時(shí)進(jìn)行測(cè)井的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及利用核磁共振進(jìn)行測(cè)井，特別是在鉆井的同時(shí)，利用核磁共振測(cè)井的裝置和方法。
推論出有關(guān)在地下地質(zhì)構(gòu)造中的石油或其它有機(jī)燃料儲(chǔ)量的信息是多種技術(shù)研究的課題。例如，一種公知的普通現(xiàn)有技術(shù)是采用核磁共振(NMR)測(cè)井導(dǎo)出所述信息。一般的核磁共振(NMR)測(cè)井技術(shù)需要將核磁共振設(shè)備或探測(cè)器放入由傳統(tǒng)鉆井設(shè)備已鉆好的井孔中。探測(cè)器用來(lái)激發(fā)周圍地質(zhì)構(gòu)造材料中的原子核，可以測(cè)得周圍地質(zhì)建造的各種數(shù)據(jù)參數(shù)，如旋轉(zhuǎn)密度，T1和T2松馳度等。根據(jù)那些數(shù)據(jù)可確定關(guān)于構(gòu)造組分有價(jià)值的信息，如可提取的石油量。
現(xiàn)有技術(shù)中NMR測(cè)井裝置和方法在如下的美國(guó)專利中進(jìn)行了描述;即3，508，438(Alger等人的)，3，617，867(Herzog的)，3，667，035(Slichter的)，4，350，955(Jackson的)，4，467，642(Givens的)，4，528，508(Vail的，Ⅲ)，4，560，663(Nicksic等人的)，4，629，986(Clow等人的)，4，710，713(Taicher等人的)，4，714，881(Givens的)，4，717，878(Taicher等人的)和4，933，638(Kenyon等人的)。
上述公開的設(shè)備和技術(shù)一般都完成了其預(yù)期的目的，但其存在著一個(gè)明顯的缺點(diǎn)?，F(xiàn)有技術(shù)設(shè)備中的這個(gè)缺陷是沒有設(shè)計(jì)(和不適合)在鉆孔的同時(shí)進(jìn)行有效的測(cè)井。相反，這樣的設(shè)計(jì)是首先進(jìn)行鉆孔，然后將井下鉆孔設(shè)備移出，再將測(cè)井設(shè)備或探測(cè)器放入鉆孔中，就這樣進(jìn)行測(cè)量。
更為需要的技術(shù)是在實(shí)際鉆井過程中允許測(cè)量所希望的巖石參數(shù)。在鉆孔的同時(shí)，完成對(duì)鉆孔附近地質(zhì)結(jié)構(gòu)參數(shù)的測(cè)量在技術(shù)上可稱為“邊鉆井邊測(cè)量”(縮寫如“MWD”)或“邊測(cè)井邊鉆井”(其縮寫為“LWD”)。至今這樣的工序利用非核磁共振設(shè)備可以完成。例如，梅瑞登CT06450，旁德威道105號(hào)(105 Pondview Drive，Meride'n CT06450)的泰勒可(Teleco)油田儀器股份有限公司出售的一種儀器名為“RGD(電阻率-γ射線定向)MWD儀器”。由泰勒可描述的這種裝置是多傳感器儀器，它將實(shí)時(shí)測(cè)量結(jié)果傳輸給用于檢測(cè)、解碼、顯示和存儲(chǔ)的地面設(shè)備。這種RGD儀器包括三個(gè)安裝在四十英尺鉆鋌中的井下傳感器。由電阻性傳感器和γ射線傳感器形成的組件位于定向傳感器和發(fā)射機(jī)的下面的組件中，并且要盡可能地靠近鉆頭。兩種可選擇的整體組件，即井下數(shù)據(jù)記錄組件，或在鉆井泥漿中傳送編碼的壓力脈沖形式的MWD井上數(shù)據(jù)組件。來(lái)自井下儀器和地面信息(深度、穿透率，起吊載荷和轉(zhuǎn)速)的數(shù)據(jù)由建在地面上數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的艙或非艙進(jìn)行記錄，地面系統(tǒng)提供這些實(shí)時(shí)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)并編檔保存在磁帶、軟磁舯上，或者二者之中。
井下RGD儀器的主要元件包括一發(fā)射機(jī)，發(fā)射機(jī)響應(yīng)傳感器的數(shù)字編碼信號(hào)在鉆井泥漿中產(chǎn)生正泥漿脈沖。泥漿循環(huán)驅(qū)動(dòng)的渦輪機(jī)為井下組件提供動(dòng)力。渦輪機(jī)的流量范圍從250加侖/分鐘至1100加侖/分鐘。所提供的電阻率傳感器是十六英寸間隔短電位測(cè)井電阻率傳感器，其位于發(fā)射機(jī)和定向傳感器下的組件中。由泰勒可提供的天然γ射線傳感器位于兩電阻電極的中間，以使兩個(gè)生產(chǎn)層評(píng)價(jià)傳感器同時(shí)獲得同一深度的數(shù)據(jù)，也避免了存儲(chǔ)兩個(gè)測(cè)量結(jié)果的需要。還提供了一個(gè)儀器定向系統(tǒng)包括一數(shù)字傳感系統(tǒng)，該系統(tǒng)測(cè)量?jī)x器定向信息(如方位角和傾斜角)。
這種井下組件(DHA)在鉆鋌內(nèi)部構(gòu)成。MWD鉆鋌允許鉆井泥漿圍繞各種傳感器流動(dòng)。大多數(shù)傳感器位于鄰近外表面的鉆鋌的內(nèi)壁，并且一般要與鉆鋌互相地電絕緣。
上述儀器由于在鉆進(jìn)的同時(shí)完成測(cè)井從而此繩索測(cè)井技術(shù)優(yōu)異，盡管這樣的儀器受到了某些限制。首先，這種局限性是由于上述儀器試圖重復(fù)繩索測(cè)井儀器，而繩索測(cè)井儀器則在操作時(shí)要求比使用MWD儀器要好得多的周圍環(huán)境下進(jìn)行。這種MWD/LWD儀器需要更復(fù)雜和更耐用的技術(shù)，至使它們變得太昂貴。為了給出適當(dāng)?shù)膸r油物理學(xué)評(píng)價(jià)，至少需要三種型式的測(cè)量結(jié)果或測(cè)井記錄，即中子、深層電阻率和密度。由于缺乏特定的關(guān)鍵數(shù)據(jù)這樣的系統(tǒng)不能夠預(yù)測(cè)存在的石油的數(shù)量，也不能預(yù)測(cè)巖石的采油品質(zhì)。
通過提供直接測(cè)量這關(guān)鍵數(shù)據(jù)，NMR測(cè)井設(shè)備和技術(shù)致力于突破這些局限。當(dāng)與MWD儀器的電阻率、γ射線和取向參數(shù)綜合后，完整的巖油物理學(xué)評(píng)價(jià)是可能做出的。通過將這種NMR設(shè)備的數(shù)值與繩索測(cè)井能提供的微孔結(jié)構(gòu)和流體現(xiàn)狀的信息相比較后更可以清楚地顯示NMR儀器的數(shù)值。由于用NMR能用來(lái)評(píng)價(jià)巖石的孔隙率結(jié)構(gòu)，它不取決于巖石的類型，上述的結(jié)論是可能的。然而，如前所述，現(xiàn)有技術(shù)中的NMR測(cè)井系統(tǒng)不能夠?qū)⑵錅y(cè)量系統(tǒng)用于MWD/LWD技術(shù)中。
本發(fā)明的一個(gè)基本目的在于提供一種能克服現(xiàn)有技術(shù)的那種缺點(diǎn)的采用核磁共振測(cè)井的設(shè)備和方法。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種在鉆井的同時(shí)，采用核磁共振測(cè)井的設(shè)備和方法。
本發(fā)明的又一個(gè)目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單但能有效鉆井的設(shè)備，它在鉆井的同時(shí)采用核磁共振完成測(cè)井。
本發(fā)明還有一個(gè)目的在于提供一種用于測(cè)井的核磁共振設(shè)備，該設(shè)備結(jié)構(gòu)堅(jiān)固并與鉆井組件相連接，以便在鉆井的同時(shí)能完成測(cè)井。
本發(fā)明的這些和其它目的通過所提供的設(shè)備和方法是可以實(shí)現(xiàn)的，從而在鉆孔時(shí)對(duì)該鉆孔進(jìn)行地球物理檢測(cè)。
該設(shè)備包括測(cè)井裝置，該測(cè)井裝置連到用于鉆孔裝置上，其測(cè)井裝置隨鉆進(jìn)裝置穿過鉆孔。測(cè)井裝置包括第一個(gè)裝置，如一個(gè)撓性的管狀永久磁鐵，用來(lái)在鄰近測(cè)井裝置的鉆孔的一部分區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)靜態(tài)磁場(chǎng)，這個(gè)區(qū)域內(nèi)包含待分析的材料;第二個(gè)裝置，如天線和相關(guān)的元件，用來(lái)激發(fā)上述區(qū)域中待分析材料的原子核;以及第三個(gè)裝置，如天線和其它相關(guān)的元件，用來(lái)接收來(lái)自被激發(fā)的原子核磁共振信號(hào)，并提供指示待分析材料特性的輸出信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明設(shè)備的一個(gè)較佳的實(shí)施例，該設(shè)備被安裝在靠近鉆頭的地方，并在鉆頭鉆出鉆孔過程中隨鉆頭旋轉(zhuǎn)和縱向移動(dòng)。該設(shè)備可操作成在那個(gè)時(shí)間產(chǎn)生一個(gè)指示設(shè)備附近待分析材料的特性輸出信號(hào)。
通過下面的詳細(xì)描述并參看附圖，可對(duì)本發(fā)明的其它目的和所屬特性有清楚的認(rèn)識(shí)和更好的理解。


圖1 是本發(fā)明帶有局部剖視的側(cè)視圖，圖中示出了用于在鉆井中邊鉆井邊測(cè)井的核磁共振裝置的下部結(jié)構(gòu);
圖2 是沿圖1中2-2線截取的放大剖視圖;
圖3 是沿圖1中3-3線截取的放大剖視圖;
圖4 是圖1所示裝置局部剖視部分放大的等角圖。
下面參見各附圖，附圖中與圖1中所示裝置20中的元件相同的元件，其參考標(biāo)號(hào)取相同與圖1的標(biāo)號(hào)，該裝置采用核磁共振技術(shù)，在鉆井的同時(shí)可有效地實(shí)現(xiàn)周圍的地層結(jié)構(gòu)的測(cè)井。系統(tǒng)20包括鉆井機(jī)構(gòu)22，NMR(核磁共振)測(cè)井機(jī)構(gòu)24，和位置穩(wěn)定機(jī)構(gòu)26，以上各機(jī)構(gòu)組成一整體密封裝置或組件以便在由普通鉆井設(shè)備(未示出)提供的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)下用來(lái)鉆井或鉆孔。這樣，裝置20在鉆井設(shè)備的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)下圍繞其縱向軸線28旋轉(zhuǎn)，使鉆井機(jī)構(gòu)22鉆進(jìn)待分析的現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)構(gòu)造(材料)處的地層30(圖2和圖3)以形成鉆孔32(圖2和3)。
NMR測(cè)井機(jī)構(gòu)24的細(xì)節(jié)將在后面描述?，F(xiàn)暫將上述的裝置闡述成應(yīng)包括“探測(cè)”部分和“控制”部分就已足夠，探測(cè)部分由永久磁鐵組件和天線組成(二者將在后面描述)，控制部分由相關(guān)的電子/電氣元件組成。探測(cè)器部分設(shè)計(jì)成能在徑向即從裝置的縱向軸線28的中心向外方向上產(chǎn)生梯度靜態(tài)磁場(chǎng)。此外，該靜態(tài)磁場(chǎng)的場(chǎng)方向基本垂直于軸28，在沿相對(duì)那軸線的方位上其振幅大小是均勻的。該磁場(chǎng)產(chǎn)生在鄰近鉆孔32的地層構(gòu)造30處。探測(cè)器的天線在鄰近鉆孔的地層結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生無(wú)線電射頻磁場(chǎng)，用來(lái)激發(fā)待分析材料的原子核。無(wú)線電射頻磁場(chǎng)的方向?qū)嵸|(zhì)上即垂直于裝置的縱向軸線又與靜態(tài)磁場(chǎng)的方向垂直。天線與NMR測(cè)井機(jī)構(gòu)24的電子/電氣元件耦合，以接收待分析材料的核磁共振信號(hào)，然后，由電子/電氣元件產(chǎn)生指示這種材料的特征的輸出信號(hào)。
對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)應(yīng)當(dāng)懂得如何去追索NMR測(cè)井機(jī)構(gòu)24的探測(cè)器部分的描述，由那樣裝置產(chǎn)生的磁場(chǎng)與已在前述美國(guó)專利№4，710，713(該專利轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的同一受讓人，其公開的部分通過引用而結(jié)合到本發(fā)明中)公開的相同。通過這樣做，裝置20可以檢驗(yàn)鉆孔周圍地質(zhì)構(gòu)造的區(qū)域中材料的性質(zhì)，這一區(qū)域一般是指在鉆孔向周圍延伸的圓柱形狀區(qū)域。這一空間此后將稱為“敏感空間”，在本發(fā)明最佳實(shí)施例中給出在10英寸(254cm)鉆孔直徑下，所形成的環(huán)形圓柱狀敏感空間的范圍為12英寸(30.5cm)至20英寸(50.8cm)，這是從裝置20和鉆孔的縱向軸線中心計(jì)算的。
在討論系統(tǒng)20的結(jié)構(gòu)和操作細(xì)節(jié)之前，應(yīng)該注意的是，為了在鉆孔附近巖石構(gòu)造中進(jìn)行流體(即石油)核磁共振測(cè)量，使用裝置20時(shí)應(yīng)滿足三個(gè)基本條件。第一個(gè)條件是當(dāng)裝置20旋轉(zhuǎn)時(shí)，靜態(tài)和由裝置產(chǎn)生的交變(RF)磁場(chǎng)應(yīng)保持彼此間相互垂直，這樣，如下文將會(huì)看到的那樣，外部靜態(tài)磁場(chǎng)和由NMR測(cè)井機(jī)構(gòu)24產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)在圍繞裝置的縱向軸線上對(duì)稱。有效操作的第二個(gè)條件是鉆進(jìn)部分22的轉(zhuǎn)動(dòng)最好低于拉莫爾頻率，如下文中將要詳述的那樣，在鉆具旋轉(zhuǎn)頻率雖小于10Hz，但拉莫爾頻率將會(huì)在1MHz的范圍內(nèi)。最后一個(gè)條件是，由于鉆鋌都是具有適當(dāng)強(qiáng)度的導(dǎo)電的鋼制成，眾所周知電磁波很難穿透導(dǎo)電體，當(dāng)它們挨得很近時(shí)，這些鋼制品會(huì)影響到電磁波的傳播，所以NMR測(cè)井機(jī)構(gòu)24的探測(cè)部分包括RF天線，它配置在形成探測(cè)器的鋼制套管的外部的非導(dǎo)磁的套筒上。
現(xiàn)在參看圖1，可以看到裝置20取一鋼制外罩的形式，由一系列的縱向配置的部件組成，它們形成和/或包容鉆進(jìn)機(jī)構(gòu)22、NMR測(cè)井機(jī)構(gòu)24和穩(wěn)定機(jī)構(gòu)26。具體地說(shuō)裝置20的自由端為管狀，鋼制套管34，其上裝有鉆頭36。鉆頭36和它的支撐套管34形成此前所述的鉆進(jìn)機(jī)構(gòu)22。鉆頭36可以是適用于鉆油井孔的任何傳統(tǒng)型式的鉆頭。
鉆頭套管34安裝在套管部分38的遠(yuǎn)(末)端。套管部分38也是管狀元件，最好是鋼制的，其外周邊為圓環(huán)狀。一系列翅片件40從套管部分38的外表面徑向向外凸出。每個(gè)翅片件都是一個(gè)細(xì)長(zhǎng)的構(gòu)件，它具有一個(gè)縱向延伸的端部40A、傾斜延伸的中間延伸段40B和另一個(gè)縱向延伸的端部40C。這樣，每一個(gè)翅片件的端部40A和40C，傾斜延伸的中間延伸段，彼此之間在圓周上是相互偏移的。這些翅片件安排形成此前所述的穩(wěn)定機(jī)構(gòu)，并且在這樣做時(shí)，當(dāng)鉆進(jìn)/測(cè)井時(shí)，改善設(shè)備20旋轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性。此外，如圖3中清楚地表示，這些翅片件的排列使其頂部表面與鉆孔的內(nèi)壁相接觸，以保證在進(jìn)行鉆進(jìn)和測(cè)量時(shí)，保持裝置20在鉆孔中對(duì)中。
起穩(wěn)定作用的套管部分38由具螺紋連接器44可拆卸地連接到另一套管部分42上。套管部分42在這里構(gòu)成NMR測(cè)井機(jī)構(gòu)24的探測(cè)器部分，并且包括前面提到的磁性組件和天線組件。該組件基本上包括一磁鐵46和一對(duì)天線48和50?？梢钥闯鎏坠懿糠?2是一管狀構(gòu)件，最好由不銹鋼制成，它具有一外螺紋端的連接器44，該螺紋伸入相應(yīng)的穩(wěn)定套管部分38的近端的螺紋喉管處。
磁鐵46將在后面描述，現(xiàn)暫可闡述的是它包括一管狀元件，以在敏感空間中產(chǎn)生靜態(tài)磁場(chǎng)。天線48和50均安裝在管狀磁鐵46上，其安裝方式將在后面說(shuō)明。
天線48作為在敏感空間中產(chǎn)生射頻磁場(chǎng)的裝置，以激發(fā)需待分析材料的原子核。此外天線48還作為接收由被激發(fā)的原子核產(chǎn)生的核磁共振(NMR)信號(hào)的裝置。天線50則作為校準(zhǔn)天線，即為了校準(zhǔn)系統(tǒng)20，該天線和相關(guān)的電子儀器(未示出)測(cè)量周圍環(huán)境的電負(fù)載。
通過參看附圖1、3和4，天線48的結(jié)構(gòu)和安裝的詳細(xì)情況是很容易弄懂的?？梢钥闯?，其中的天線48包括兩對(duì)平行連接的導(dǎo)電體對(duì)52和54，兩對(duì)導(dǎo)體對(duì)52和54彼此串接形成串聯(lián)/并聯(lián)天線48。串聯(lián)/并聯(lián)天線48與相關(guān)的系統(tǒng)的電子/電氣元件相連接，例如與射頻發(fā)射機(jī)/接收機(jī)(未示出)連接。這些元件最好設(shè)置于裝置20的另一套部分中(將在后面描述)。
在圖4中可以清楚地看到，導(dǎo)電體對(duì)52由兩根縱向延伸的導(dǎo)體52A和52B制成。這些導(dǎo)體各以其一端部與一圓環(huán)導(dǎo)體56可導(dǎo)電地連接。以相似的方式，導(dǎo)電體對(duì)54也由兩個(gè)縱向延伸的導(dǎo)體54A和54B構(gòu)成，其一端與圓環(huán)導(dǎo)體56可導(dǎo)電地連接在一起。導(dǎo)體52A和52B的另一端通過橋接導(dǎo)體58彼此可導(dǎo)電地連接。導(dǎo)體54A和54B的另一端，也以同樣的方式，通過橋接導(dǎo)體60可導(dǎo)電地連接在一起。橋接導(dǎo)體58本身又與同軸電纜62的中心導(dǎo)體62A連接，同時(shí)，橋接導(dǎo)體60與該同軸電纜62的編織電線導(dǎo)體62B可導(dǎo)電地連接。
天線48的兩對(duì)導(dǎo)電體對(duì)52和54安裝在套管部分42的磁鐵46上，彼此在相對(duì)應(yīng)的該套管部分42直徑方向的兩側(cè)(見圖2和4)。具體地說(shuō)，導(dǎo)電體對(duì)52沿磁鐵46的北極(N極)縱向配置，而導(dǎo)電體對(duì)54則沿南極(S極)配置。根據(jù)本發(fā)明的最佳實(shí)施例，每一個(gè)導(dǎo)體52A和52B由窄帶構(gòu)成，其寬度近似為在其上安裝以天線的磁鐵46的圓周的15度弧長(zhǎng)。而導(dǎo)體52A和52B彼此之間隔開的距離近似為20度。導(dǎo)體54A和54B以相類似的方式構(gòu)造和彼此間有相同的相對(duì)取向。
導(dǎo)體52A和52B及54A和54B的結(jié)構(gòu)如前所述，由天線48產(chǎn)生的射頻磁場(chǎng)的振幅近似按旋轉(zhuǎn)方向角的余弦規(guī)律分布(該角的方向由圖2中“RD”表示的箭頭來(lái)指示)。這起到消除某種高次非均勻性，并造成在敏感空間中有最大的均勻磁場(chǎng)。
如前所述，天線與發(fā)射機(jī)/接收機(jī)相連。特別是，導(dǎo)體62A與射頻發(fā)射機(jī)/接收機(jī)的輸出/輸入端的正電位相接(圖4中標(biāo)出了“+”)而導(dǎo)體62B接地。發(fā)射機(jī)/接收機(jī)可采用任何合適的構(gòu)造，只要能產(chǎn)生激發(fā)敏感區(qū)材料原子核所需要的電信號(hào)，并且能提供代表被激發(fā)原子核所產(chǎn)生的核磁共振信號(hào)的電輸出信號(hào)。
校準(zhǔn)天線50是一個(gè)小型天線，基本上包括一對(duì)擰在一起的細(xì)的電導(dǎo)線50A，其末端形成環(huán)形端50B。導(dǎo)線50A的一根與另一同軸電纜64的中心導(dǎo)體64A可導(dǎo)電地連接，而導(dǎo)線50A的另一根導(dǎo)線與該電纜的編織電線導(dǎo)體64B可導(dǎo)電地連接。電纜64與位于套管(將在后面描述)中的合適的校準(zhǔn)電路(未示出)相連接，構(gòu)成系統(tǒng)20的其它電子/電氣元件也位于其中。這樣，電纜的編織電線導(dǎo)體64B接地，而導(dǎo)體64A則與校準(zhǔn)電路正電位端連接(圖4中的“+”)。
從圖4中可清楚看到，磁鐵46基本上包括一薄壁圓柱狀管或套筒，它由不導(dǎo)電的、永久磁性鐵氧體材料制成，例如鐵氧體、鋇和鍶的組合物。最好該磁體具有一致的磁化軸，并與裝置20的縱軸28相垂直。磁鐵46被設(shè)置在延伸圍繞套管部分42的縱向延伸的環(huán)槽66中。
由于在鉆進(jìn)時(shí)進(jìn)行測(cè)量，裝置20要繞其縱向軸旋轉(zhuǎn)，磁鐵46容易受到?jīng)_擊和振動(dòng)的影響。因此，最好將磁鐵46制成撓性的，以吸收該沖擊和振動(dòng)。磁鐵的替代物可以是陶瓷片或瓦，它們保持并安裝在堅(jiān)韌并吸收沖擊震蕩的基質(zhì)材料中。
磁鐵46的外表面覆蓋有一層薄的涂層68，它由電絕緣材料制成，如玻璃纖維、聚四氟乙烯絕緣材料等，其厚度大約是100密耳。天線48和50裝在磁鐵的外表面涂層68上，并被涂層68絕緣。每個(gè)天線沿著磁鐵外表面縱向延伸，天線48實(shí)質(zhì)上在整個(gè)磁鐵的長(zhǎng)度上延伸，而天線50只在磁鐵的一部分長(zhǎng)度上延伸在導(dǎo)體54A和54B之間。為了保護(hù)磁鐵46和安裝在其上的天線48及50，將一種由例如玻璃纖維的電絕緣體套筒70配置在該磁鐵/天線的組合體周圍。
根據(jù)本發(fā)明的最佳實(shí)施例，磁鐵46長(zhǎng)約為183cm，天線48長(zhǎng)約為137cm，而天線50長(zhǎng)約等于76cm。而且，環(huán)形槽66的外側(cè)直徑約為12cm。被覆蓋的磁鐵的外部直徑約為16cm。套筒70的外徑約為18cm。
構(gòu)成系統(tǒng)20的電子/電氣元件組件，如發(fā)射機(jī)/接收機(jī)、控制器等，均裝在“控制”套管部分72內(nèi)?？刂撇糠?2是由鋼制成的空心構(gòu)件，最好具有一個(gè)腔(未示出)，系統(tǒng)的電子/電氣組件安裝在其內(nèi)部。這個(gè)腔用來(lái)抵抗在鉆進(jìn)操作時(shí)經(jīng)常遇到的高太沖擊，以保護(hù)易破碎的電子/電氣元件免受這樣的壓力的作用。
電纜62和64分別從天線48和50上延伸，然后穿過套管部分42上的延伸斜孔74。這個(gè)孔與連接套管部分42和72界面處的環(huán)形空間76連通，天線引線(即電纜62和64)延伸穿過孔74、環(huán)形空間76、然后進(jìn)入套管部分72的內(nèi)部與其中的電子設(shè)備連接。
就如同套管部分42一樣，套管部分72包括安裝在其外周邊的多個(gè)穩(wěn)定性翅片件40，以加速在鉆孔中裝置對(duì)中旋轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性。
上文對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了全面的舉例說(shuō)明，無(wú)需作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明便能通過使用目前的或?qū)?lái)的知識(shí)，使本發(fā)明能夠用于各種變化的工作條件。
磁鐵46容易受到?jīng)_擊和振動(dòng)的影響。因此，最好將磁鐵制成柔韌的，以吸收其沖擊和振動(dòng)。磁鐵的替代物可以是陶瓷片或瓦，它們保持在其中并安裝得很結(jié)實(shí)，沖擊由這些復(fù)合材料吸收。
磁鐵46的外表面覆蓋有一層薄的涂層68，它由絕緣材料制成，如玻璃纖維、聚四氟乙烯絕緣材料等，其厚度大約是100密耳。天線48和58裝在磁鐵的外表面涂層68上，并被涂層68絕緣。每個(gè)天線沿著磁鐵外表面縱向延伸，天線48實(shí)質(zhì)上在整個(gè)磁鐵的長(zhǎng)度上延伸，而天線50只是在磁鐵的一部分長(zhǎng)度上延伸，即導(dǎo)體54A和54B之間。為了防止磁鐵46和天線48及50碰到一起，一種電絕緣體，例如玻璃纖維套筒70安裝在磁鐵和天線的結(jié)合部。
根據(jù)本發(fā)明的最佳實(shí)施例，磁鐵46長(zhǎng)約為183cm，天線48長(zhǎng)約為137cm，而天線50長(zhǎng)約等于76cm。而且，環(huán)形槽66的外側(cè)直徑約為12cm。被覆蓋的磁鐵的外部直徑約為16cm。套筒70的外徑約為18cm。
裝到系統(tǒng)20上的電子/電元件組件，如發(fā)射機(jī)/接收機(jī)，控制器等，均裝在“控制”套管部分72內(nèi)?？刂撇糠?2是由鋼制成的空心構(gòu)件，最好具有一個(gè)腔(未示出)，系統(tǒng)的電子/電組件安裝在其內(nèi)部。這個(gè)腔用來(lái)抵抗在鉆進(jìn)操作時(shí)頻繁的高壓沖擊，以防止在這樣的壓力下，電子/電元件的破碎。
電纜62和64分別從天線48和50上延伸，然后穿過套管部分42上的延伸斜孔74。這個(gè)孔與連接套管部分42和72處的環(huán)形空間76連通，天線引線(即電纜62和64)延伸穿過孔74，環(huán)形空間76，然后進(jìn)入套管部分72的內(nèi)部與其中的電子設(shè)備連接。
就如同套管部分42一樣，套管部分72包括安裝在其外周邊的多個(gè)穩(wěn)定器的翅片件40，以增強(qiáng)裝置在鉆孔中旋轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性。
上文對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了全面的舉例說(shuō)明，無(wú)需作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，通過使用目前的或?qū)?lái)的知識(shí)，本發(fā)明能夠用于各種變化的工作條件。
權(quán)利要求
1.一種用于鉆孔地球物理檢測(cè)的測(cè)井設(shè)備，它包括該測(cè)井裝置連到用于鉆孔的裝置上，在鉆進(jìn)裝置鉆所述孔時(shí)，所述測(cè)井裝置隨所述鉆進(jìn)裝置一起穿過該孔，所述的測(cè)井裝置包括(a)在鄰近測(cè)井裝置的鉆孔的一部分區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生靜態(tài)磁場(chǎng)的第一機(jī)構(gòu)，這個(gè)區(qū)域包含待分析的材料；(b)用于激發(fā)所述區(qū)域內(nèi)待分析材料原子核的第二機(jī)構(gòu)；和(c)從被激發(fā)的原子核接收核磁共振信號(hào)和指示待分析材料特性的輸出信號(hào)的第三機(jī)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述設(shè)備，其特征在于所述鉆進(jìn)裝置旋轉(zhuǎn)形成所述鉆孔，所述測(cè)井裝置連到鉆進(jìn)裝置上并一起旋轉(zhuǎn)。
3.如權(quán)利要求1所述設(shè)備，其特征在于所述鉆進(jìn)裝置包括一鉆頭，它安裝在鉆鋌上，所述第一機(jī)構(gòu)包括一管狀元件，它設(shè)置在圍繞遠(yuǎn)離所述鉆頭的所述鉆鋌的一段上，所述的管狀元件包括至少一塊永久磁鐵。
4.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征在于所述管狀元件包含有彈性部分。
5.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于所述鉆進(jìn)裝置包括一鉆頭，它安裝在鉆鋌上，所述第一機(jī)構(gòu)包括管狀磁鐵元件，它設(shè)置在圍繞緊鄰鉆頭的鉆鋌部分上，所述的磁鐵元件包括至少一塊永久磁鐵。
6.如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其特征在于所述的磁鐵元件包含有彈性部分。
7.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于所述第一機(jī)構(gòu)在所述區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生一梯度靜態(tài)磁場(chǎng)，所述第二機(jī)構(gòu)在所述區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生一射頻磁場(chǎng)，以激發(fā)其內(nèi)的原子核，所述的磁場(chǎng)彼此間是互相垂直的。
8.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于所述測(cè)井裝置包括安裝在所述第一機(jī)構(gòu)上的天線裝置，所述天線裝置形成了第二和第三機(jī)構(gòu)的一部分。
9.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于所述鉆進(jìn)裝置包括一鉆頭，它安裝在鉆鋌上，第一機(jī)構(gòu)包括一管狀磁鐵元件，它設(shè)置在圍繞鄰近所述鉆鋌的一段上，所述管狀磁鐵元件包括至少一塊永久磁鐵。
10.如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于所述的磁鐵元件是有彈性的。
11.如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于所述的測(cè)井裝置包括安裝在所述磁鐵上的天線裝置，所述的天線裝置形成了第二和第三機(jī)構(gòu)的一部分。
12.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其特征在于所述測(cè)井裝置包括安裝在所述磁鐵元件上的天線裝置，所述的天線裝置形成了第二和第三機(jī)機(jī)構(gòu)的一部分。
13.如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其特征在于所述天線裝置與所述磁鐵元件之間電絕緣。
14.如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其特征在于所述天線裝置與所述磁鐵元件之間電絕緣。
15.如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其特征在于所述的磁鐵元件是一具有縱向中心軸線的細(xì)長(zhǎng)元件，其中所述天線裝置包括至少一個(gè)平行于所軸線沿所述磁鐵方向延伸的細(xì)長(zhǎng)元件。
16.如權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其特征在于所述磁鐵元件是一具有縱向中心軸線的細(xì)長(zhǎng)元件，其中所述天線裝置包括至少一個(gè)平行于所述軸線沿所述磁鐵方向延伸的細(xì)長(zhǎng)元件。
17.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其特征在于所述磁鐵元件是一具有縱向中心軸線的細(xì)長(zhǎng)元件，所述天線裝置包括至少一個(gè)沿平行于所述軸線沿所述磁鐵方向延伸的細(xì)長(zhǎng)元件。
18.如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其特征在于所述有鉆鋌是具有一中心縱向軸線的圓柱狀零件，它包括一縱向延伸的環(huán)形槽，其中安裝以所述磁鐵元件。
19.如權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其特征在于所述測(cè)井裝置包括天線裝置，它安裝在所述的磁鐵元件上，所述的天線裝置構(gòu)成了第二和第三機(jī)構(gòu)的一部分。
20.如權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其特征在于所述天線裝置與所述磁鐵元件之間電絕緣。
21.如權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其特征在于所述磁鐵元件是一具有縱向中心軸線且具有圍繞該軸線的圓柱狀外表面的延伸的細(xì)長(zhǎng)元件，其中所述天線包括至少一細(xì)長(zhǎng)元件，其軸線平行于磁鐵軸線并在磁鐵元件的外表面上延伸。
22.如權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其特征在于所述磁鐵元件是一具有縱向中心軸線且具有圍繞該軸線的圓柱狀外表面的延伸的細(xì)長(zhǎng)元件，其中所述天線包括至少一細(xì)長(zhǎng)元件，其軸線平行于磁鐵軸線并在磁鐵元件的外表面上延伸。
23.如權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其特征在于它還包括一電絕緣和非磁性的套筒，該套筒位于圍繞所述磁鐵裝置和天線裝置處。
24.如權(quán)利要求23所述的設(shè)備，其特征在于所述套筒是由玻璃纖維制成的。
25.如權(quán)利要求23所述的設(shè)備，其特征在于在所述磁鐵和天線裝置之間還包括一層電絕緣的和非磁性的材料。
26.如權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其特征在于在所述磁鐵和天線裝置之間還包括一層電絕緣的和非磁性材料。
27.如權(quán)利要求22所述的設(shè)備，其特征在于它還包括一電絕緣和非磁性的套筒，該套筒設(shè)置在圍繞所述磁鐵和天線裝置處。
28.如權(quán)利要求27所述的設(shè)備，其特征在于所述套筒由玻璃纖維制成。
29.如權(quán)利要求27所述的設(shè)備，其特征在于在所述磁鐵和天線裝置之間還有一層電絕緣和非磁性的材料。
30.如權(quán)利要求28所述的設(shè)備，其特征在于在所述磁鐵和天線裝置之間還有一層電絕緣和非磁性的材料。
31.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于所述的天線裝置可產(chǎn)生一與脈沖偶極磁場(chǎng)非常近似的磁場(chǎng)。
32.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于所述的天線裝置包括兩對(duì)設(shè)置在第一機(jī)構(gòu)附近的細(xì)長(zhǎng)導(dǎo)體對(duì)。
33.如權(quán)利要求32所述的設(shè)備，其特征在于所述的第一機(jī)構(gòu)包括一具有縱向中心軸線的細(xì)長(zhǎng)管狀永久磁鐵，其中所述細(xì)長(zhǎng)導(dǎo)體對(duì)平行于所述中心軸線沿所述永久磁鐵方向延伸。
34.如權(quán)利要求33所述的設(shè)備，其特征在于所述的每一導(dǎo)體具有相對(duì)較窄的寬度，這個(gè)寬度由相對(duì)于所述軸線測(cè)量到的第一預(yù)定極角的圓弧所確定，每對(duì)導(dǎo)體圓弧中心之間的距離由相對(duì)于所述軸線的第二預(yù)定極角所確定。
35.如權(quán)利要求34所述的設(shè)備，其特征在于所述第一預(yù)定極角近似為15度。
36.如權(quán)利要求34所述的設(shè)備，其特征在于所述第二極角近似為20度。
37.如權(quán)利要求35所述的設(shè)備，其特征在于所述第二極角近似為20度。
38.如權(quán)利要求32所述的設(shè)備，其特征在于所述導(dǎo)體對(duì)彼此間相互串聯(lián)連接，所述導(dǎo)體對(duì)的每一導(dǎo)體彼此平聯(lián)連接。
39.如權(quán)利要求38所述的設(shè)備，其特征在于所述的第一機(jī)構(gòu)包括一具有縱向中心軸線的細(xì)長(zhǎng)的管狀永久磁鐵，所述細(xì)長(zhǎng)導(dǎo)體對(duì)平行于所述中心軸線沿所述永久磁鐵方向延伸。
40.如權(quán)利要求39所述的設(shè)備，其特征在于所述每一導(dǎo)體具有相對(duì)較窄的寬度，這個(gè)寬度由相對(duì)于所述軸線測(cè)量到的第一預(yù)定極角的圓弧所確定，每對(duì)導(dǎo)體圓弧中心之間的距離由相對(duì)于述軸線測(cè)量到的第二預(yù)定極角所確定。
41.如權(quán)利要求40所述的設(shè)備，其特征在于所述第一預(yù)定極角近似等于15度。
42.如權(quán)利要求40所述的設(shè)備，其特征在于所述第二極角近似等于20度。
43.如權(quán)利要求41所述的設(shè)備，其特征在于所述第二極角近似等于20度。
44.如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其特征在于所述管狀磁鐵包含一縱向中心軸線，所述天線裝置包括兩對(duì)細(xì)長(zhǎng)的導(dǎo)體對(duì)，該導(dǎo)體對(duì)平行于所述軸線沿所述管狀磁鐵方向延伸。
45.如權(quán)利要求44所述的設(shè)備，其特征在于所述導(dǎo)體對(duì)彼此串聯(lián)連接在一起，所述導(dǎo)體對(duì)的每一導(dǎo)體彼此平聯(lián)連接。
46.如權(quán)利要求45所述的設(shè)備，其特征在于所述的每一個(gè)導(dǎo)體具有相對(duì)較窄的寬度，這個(gè)寬度由相對(duì)于所述軸線測(cè)量到的第一預(yù)定極角的圓弧所確定，每對(duì)導(dǎo)體圓弧中心之間的距離由相對(duì)于所述軸線測(cè)量到的第二預(yù)定極角所確定。
47.如權(quán)利要求46所述的設(shè)備，其特征在于所述第一預(yù)定極角近似等于15度。
48.如權(quán)利要求46所述的設(shè)備，其特征在于所述第二極角近似等于20度。
49.如權(quán)利要求47所述的設(shè)備，其特征在于所述第二極角近似等于20度。
50.一種采用核磁共振測(cè)井設(shè)備的方法，能完成鉆孔的地球物理檢驗(yàn)，所述的方法包括(a)將所述的測(cè)井設(shè)備與進(jìn)行旋轉(zhuǎn)和縱向位移的鉆頭相連接，(b)旋轉(zhuǎn)所述鉆頭以形成鉆孔，和(c)操作所述測(cè)井裝置;(1)在鄰近所述測(cè)井裝置的鉆孔的一部分區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生一靜態(tài)磁場(chǎng)，該區(qū)域包含待分析的材料，(2)激發(fā)在所述區(qū)域內(nèi)待分析材料的原子核，(3)接收來(lái)自被激發(fā)的原子核的核磁共振信號(hào)，以提供指示待分析材料特性的輸出信號(hào)。
51.如權(quán)利要求50所述的方法，其特征在于在由所述鉆頭鉆孔的同時(shí)，完成對(duì)所述鉆孔的檢測(cè)。
52.如權(quán)利要求50所述的方法，其特征在于所述的靜態(tài)磁場(chǎng)是一梯度場(chǎng)。
53.如權(quán)利要求51所述的方法，其特征在于在由鉆頭進(jìn)行鉆孔的同時(shí)，完成對(duì)所述鉆孔的檢測(cè)。
全文摘要
核磁共振測(cè)井的設(shè)備和方法，用于在鉆井的同時(shí)對(duì)鉆孔進(jìn)行地球物理檢測(cè)。該設(shè)備與鉆頭相連接，在形成鉆孔的同時(shí)穿過鉆孔。該設(shè)備包括一有彈性的管狀永久磁鐵，用于在鄰近設(shè)備的鉆孔的一段區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生靜態(tài)磁場(chǎng)，該區(qū)域包含了待分析的材料，天線安裝在磁鐵上并與相關(guān)的電路相連接，該電路用于激發(fā)區(qū)域內(nèi)待分析材料的原子核，一個(gè)與天線相連的接收器用于接收被激發(fā)原子的核磁共振信號(hào)，以及提供指導(dǎo)待分析材料特性的輸出信號(hào)。
文檔編號(hào)G01VGK1064913SQ9110758
公開日1992年9月30日 申請(qǐng)日期1991年12月5日 優(yōu)先權(quán)日1990年12月5日
發(fā)明者M·N·米勒 申請(qǐng)人:紐馬公司