BR102013000752A2

BR102013000752A2 - Método de investigar um objeto usando equipamento de ressonância magnética nuclear (nmr), e método de investigar uma rocha carregando hidrocarbonetos usando equipamento de ressonância magnética nuclear (nmr)

Info

Publication number: BR102013000752A2
Application number: BR102013000752-8A
Authority: BR
Inventors: Yi-Qiao Song; Fei Han; Jefrey Paulsen
Original assignee: Prad Res & Dev Ltd
Priority date: 2012-01-11
Filing date: 2013-01-11
Publication date: 2014-10-14
Also published as: US10132894B2; EP2615448A3; EP2615448A2; US20130176026A1; CA2801439C; EP2762863A3; EP2762863A2; CA2801439A1

Abstract

MÉTODO DE INVESTIGAR UM OBJETO USANDO EQUIPAMENTO DE RESSONÂNCIA MAGNÉTICA NUCLEAR (NMR), E MÉTODO DE INVESTIGAR UMA ROCHA CARREGANDO HIDROCARBONETOS USANDO EQUIPAMENTO DE RESSONÂNCIA MAGNÉTICA NUCLEAR (NMR). Um método de investigar um objeto usando equipamento de ressonância magnética nuclear (NMR) inclui gerar uma projeção unidimensional do objeto para cada um de uma pluralidade de ecos utilizando indicações de sinal de trem de eco resultantes de sequências de pulso e utilizar a pluralidade e projeções unidimensionais para cada uma da pluralidade de ecos, gerar dados de imagem NMR para pelo menos uma localização no objeto. Os dados de imagem NMR podem ser exibidos. Os dados exibidos podem incluir uma curva de decaimento T2, uma exibição de valor T2, um gráfico de distribuição T2 ou dados petrofísicos para localização de pelo menos um objeto.

Description

MÉTODO DE INVESTIGAR UM OBJETO USANDO EQUIPAMENTO DE RESSONÂNCIA MAGNÉTICA NUCLEAR (NMR), E MÉTODO DE INVESTIGAR UMA ROCHA CARREGANDO HIDROCARBONETOS USANDO EQUIPAMENTO DE RESSONÂNCIA MAGNÉTICA NUCLEAR (NMR)

FUNDAMENTOS

Campo

Este caso se refere a métodos de imageamento de ressonância magnética nuclear (na sigla em inglês para Nuclear Magnetic Ressonance, NMR) . Mais particularmente, este caso se refere a métodos de imageamento NMR que fornecem, entre outras coisas, uma capacidade de resolver componentes "T2" curtos. Este caso tem aplicabilidade a imageamento de rochas, incluindo rochas anteriormente ou atualmente carregando hidrocarbonetos, embora ele não seja limitado às mesmas.

Descrição da técnica relacionada

Ressonância magnética nuclear (NMR) envolve a aplicação de um campo magnético a um objeto que impacta o momento magnético (spin) de um átomo no objeto. Em geral, o campo magnético faz com que os átomos no objeto se alinhem ao longo e oscilem (precess) em torno do eixo do campo magnético aplicado. 0 spin dos átomos pode ser medido. De particular interesse é o retorno ao equilíbrio desta magnetização; ou seja, relaxação. Por exemplo, um estado de desequilíbrio ocorre depois que o campo magnético é liberado e os átomos começam a relaxar de seu alinhamento forçado. Relaxação longitudinal devida a troca de energia entre os spins dos átomos e a estrutura circundante (relaxação spin-estrutura) geralmente é denotada por um 5 tempo Tl quando a magnetização longitudinal voltou para uma percentagem predeterminada (isto é, 63%) de seu valor final. Relaxação longitudinal envolve a componente do spin paralela ou antiparalela ã direção do campo magnético. Relaxação transversal que resulta de spins ficando fora de 10 fase é geralmente denotada pelo tempo T2 quando a magnetização transversal perdeu uma percentagem predeterminada (isto é, 63%) de seu valor original. A relaxação transversal envolve as componentes do spin orientadas ortogonais ao eixo do campo magnético aplicado. 15 A medição de T2 é executada frequentemente usando uma seqüência de pulso bem estabelecida Carr-Purcell-MeiboomGill (CPMG) que utiliza um pulso de excitação inicial de 90 graus seguido por uma série de pulsos de refocalização de 180 graus (pi) e os dados tipicamente são analisados usando 20 uma técnica de inversão de Laplace ou uma adequação de curva exponencial.

Relaxação NMR tal como medida por T2 demonstrou ser diretamente proporcional à razão superfície para volume de um material poroso,

1/T2 =P-SIVv (1)

ondeS é a área de superfície total do material, Vp é o volume de poro, e

pé a relaxatividade da superfície.

Relaxatividadeda superfície/? é uma quantidade (em micron/segundo) que define a intensidade do fenômeno de 5 relaxação de superfície. Por causa desta relação, NMR é usada extensivamente em exploração de petróleo para obter estimativas de porosidade, tamanho de poro, fluidos de fronteira, permeabilidade e outras propriedades de rocha e fluido (isto é, "dados petrofísicos"). Por exemplo, sabe-se 10 que a distribuição T2 está intimamente relacionada com a distribuição de tamanho de poros. Rochas de reservatório muitas vezes apresentam uma ampla faixa de T2 devido à diferença no tamanho dos poros, com T2s observados de vários segundos até dezenas de microssegundos. Tipicamente, 15 sinais em T2 longo (por exemplo, >100 milissegundos) são de poros grandes e tais fluidos são considerados ser produzíveis. Para sinais T2 mais curtos, 3 a 50 milissegundos, os fluidos são frequentemente considerados ser limitados por força capilar dos poros. Por exemplo, em 20 rochas de arenito, sinais em T2 abaixo de 30 ms são considerados limitados pela força capilar em não produzirão. Assim, um valor de corte, T2cut, por exemplo, T2cut = 30ms, pode ser usado para calcular o volume de fluido de limite T2cut

BFV =

J f(T2)dT2

(2)

T2min

ondef(T2) é a distribuição T2, e

T2míné ο T2 mínimo obtido na distribuição T2.

Se f(T2) é a distribuição T2 para a amostra

totalmente saturada, então, a porosidade ^pode ser obtida

integrando f(T2) de acordo com

Tlmax

com T2 ainda mais curto, tal como T2 < 3 milissegundos, são muitas vezes devidos à água de limite de argila ou hidrocarboneto viscoso(pesado). Algumas rochas contêm uma 10 quantidade significativa de querogênio que é matéria orgânica sólida e que pode apresentar T2s até dezenas de microssegundos.

(na sigla em inglês para magnetic resonance imaging, RMI) 15 convencionais que funcionam bem para sinais T2 longos falham para sinais T2 curtos. Em particular, métodos convencionais,tal como técnica de imageamento de MúltiploFatia-Múltiplo-Eco (na sigla em inglês para Multiple-SliceMultiple-Echo, MSME),usam seleção de fatia (discutida 20 abaixo), codificação de frequência e codificação de fase. A codificação tanto de frequência quanto de fase exige que os

(3)

T2min

ondeT2maxé ο T2 máximo exibido na amostra. Sinais

Técnicas de imageamento de ressonância magnética pulsos de gradientes sejam ligados e desligados entre cada um dos pulsos de refocalização adjacentes (pulsos pi) . Gradientes para seleção de fatia também devem ser ligados e desligados por cada pulso de refocalização, pois, eles 5 interferirão com os pulsos de codificação de frequência. Cada procedimento de comutação tipicamente leva várias centenas de microssegundos. Como resultado, o tempo de eco mínimo que pode ser alcançado pelas técnicas de codificação de frequência e codificação de fase é geralmente da ordem 10 de vários milissegundos, impedindo a resolução de valores T2 mais curtos. Tempos de eco "compridos" (da ordem de vários milissegundos) também apresentam o problema que a fim de obter uma razão sinal para ruído(na sigla em inglês para signal to noise ratio, SNR) suficiente necessária para 15 resolver cada um dos elementos de imagem (~ 1 mm3) , campos magnéticos relativamente mais altos são necessários. No entanto, com amostras de rocha, em campos mais altos, uma fonte de decaimento concorrente devido à difusão do fluido e a magnetização induzida da rocha dominará e 20 artificialmente encurtará ο T2 aparente. O tempo de eco comprido de MRI convencional piora o efeito e limita ainda mais as amostras adequadas para análise.

Seleção de fatia se refere ao uso das diferenças em resposta de frequência dos spins para um pulso de radiofreqüência (RF) determinado na presença de um campo magnético não homogêneo e é um componente comum de imageamento MRI. Tipicamente, como em MSME, isto é feito para isolar uma fatia na amostra para imagear a amostra com outras técnicas de codificação de imagem, isto é, codificação de fase e codificação de frequência. Um pulso 5 de gradiente gerará uma rampa aproximadamente linear na intensidade de campo magnético que muda ao longo de uma direção escolhida no espaço. Porque a frequência dos spins é proporcional à intensidade do campo, a frequência de spin também formará uma rampa linear em toda a amostra. Como um 10 pulso de RF de duração e potência finita interagirá com spin de uma faixa limitada de frequências, na presença de um gradiente, este interagirá com spins em uma região limitada da amostra e, daí, uma seqüência de MRI somente imageará esta porção da amostra. Como a forma do perfil de 15 amplitude, o comprimento e a frequência do pulso de RF determinarão a natureza exata da resposta de spins em diferentes frequências e a amplitude e a direção do gradiente aplicado podem ser controladas, a posição e a largura da fatia podem ser determinadas. Além disso, o 20 perfil de excitação dentro da fatia (como no imageamento de Hadamard) também pode ser controlado para mais resolução em função da profundidade de fatia. No entanto, estas técnicas são combinadas com outros métodos de codificação de imagem (isto é, codificação de frequência, codificação de fase).

SUMÁRIO

Este sumário é fornecido para apresentar uma seleção de conceitos que são ainda descritos abaixo na descrição detalhada. Este sumário não pretende identificar características chaves ou essenciais do objeto reivindicado, nem ele pretende ser usado como uma ajuda na limitação do escopo do objeto reivindicado.

De acordo com um aspecto, um método é fornecido para executar imageamento NMR em rochas que fornece de forma confiável indicações de propriedades NMR, tal como distribuição de T2.

Em outro aspecto métodos são fornecidos para

realizar imageamento NMR de uma forma que permite resolver componentes T2 curtos (por exemplo, T2 < 3 milissegundos).

Em uma modalidade imageamento de ressonância magnética (MRI) de um objeto é conduzido de acordo com as seguintes etapas: (1) gerar com aparelho de NMR um gradiente de campo ao longo do objeto em uma direção definida, (2) obter uma série de perfis unidimensionais (projeções) do objeto submetendo o objeto sob o gradiente de campo a uma série de seqüências de pulso de RF, cada seqüência incluindo um pulso de excitação e pulsos de refocalizaçãoe gravar os sinais de trem de eco resultantes, cada projeção unidimensional correspondendo a um eco particular; (3) girar a direção de gradiente de campo para diferentes direções definidas enquanto mantendo a magnitude do gradiente de campo e repetir a etapa (2) para cada direção diferente e obter projeções unidimensionais para cada eco para cada direção de gradiente de campo; e (4) usando as projeções unidimensionais, obter uma imagem NMR do objeto ou indicações da mesma para cada um de uma pluralidade de ecos.

Em uma modalidade, as imagens de NMR ou indicações

das mesmas para um ou mais da pluralidade de ecos são exibidas.

Em uma modalidade, usando a imagem ou indicações da mesma para uma pluralidade de ecos, dados de decaimento de 10 T2 são obtidos para uma ou mais localizações no objeto. Os dados de decaimento de T2 podem ser exibidos como um número e/ou como um gráfico. Em outra modalidade, dados de decaimento de T2 são obtidos para múltiplas localizações do objeto. Os dados de decaimento de T2 podem ser exibidos 15 como números e/ou como gráficos.

Em uma modalidade, os dados de decaimento de T2 são convertidos em uma distribuição de T2. A distribuição de T2 pode ser exibida em forma gráfica como um gráfico.

Em uma modalidade, pelo menos um produto de informação petrofísica dependente dos dados de decaimento de T2 é obtido usando a imagem de NMR ou indicações da mesma.

Em uma modalidade, a imagem do objeto ou indicações da mesma é obtida a partir de projeções usando uma transformada Radon inversa.

Em uma modalidade, dados de decaimento de T2 são convertidos em uma distribuição de T2 usando uma inversão de Laplace.

Em uma modalidade, a seqüência de pulso de RF é uma seqüência de pulso CPMG ou CPMG modificada.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Figura 1 é um diagrama de fluxo de uma modalidade de um método.

Figura 2 é um diagrama de tempo exibindo indicações de pulsos de RF, um gradiente e um trem de eco adquirido úteis no método da Figura 1.

Figura 3 é um diagrama útil no entendimento de fatiamento em múltiplas projeções.

Figura 4 é um diagrama que ilustra uma transformada Radon bidimensional como integrais lineares.

Figura 5 é um diagrama útil na compreensão do

Teorema de Projeção de Fatia.

Figuras 6A-6 D são imagens de ressonância magnética geradas por quatro diferentes ecos usando o método da Figura 1, mostrando dois tubos de água dopados com diferentes quantidades de sulfato de cobre.

Figuras 7A e 7B são gráficos do sinal T2 e da distribuição de T2 de um pixel específico de um dos tubos de água dopada com sulfato de cobre imageados nas Figuras 6A-6D.

Figuras 7C e 7D são gráficos do sinal T2 e da

distribuição de T2 de um pixel específico do segundo dos tubos de água dopada com sulfato de cobre imageados nas Figuras 6A - 6D.

Figura 8 é uma imagem de ressonância magnética gerada usando o método da Figura 1 de uma amostra de folhelho.

Figuras 9A e 9B são gráficos do sinal T2 e da distribuição de T2 de um pixel específico da imagem da Figura 8.

DESCRIÇÃO DETALHADA Um diagrama de fluxo de uma modalidade de um método

de imageamento é visto na Fig. I. Mais particularmente, um objeto é investigado usando um aparelho de NMR (não mostrado) onde um gradiente de campo Gxy (Θ) é gerado pelo aparelho de NMR em 12 ao longo de uma direção definida (primeira) . Em 14, a frequência de pulso de RF é definida como uma frequência definida (primeira). Em 15, uma seqüência de pulso CPMG é grada e sinais de trem de eco são adquiridos e armazenados pelo aparelho de NMR, como discutido abaixo, com referência à Fig. 2. Em 16, uma determinação é feita quanto a se sinais de trem de eco foram adquiridos para um número desejado de diferentes frequências de RF. Se não, a frequência de RF é alterada para uma nova frequência definida 18, desse modo alterando a posição de fatia objeto, como discutido abaixo com referência à Fig. 3 e o método retorna para 15 onde uma tal como uma transformada Radon discutida mais detalhadamente abaixo com referência à Fig. 4.

Em uma modalidade, em 28, dados de decaimento de T2 são obtidos para uma localização no objeto usando a imagem 5 ou indicações da mesma para uma pluralidade de ecos. Os dados de decaimento de T2 opcionalmente são exibidos na forma de um número e/ou como um gráfico como discutido em mais detalhes abaixo com referência às Figs. 7A, 7C e 9A. Em outra modalidade, em 28, os dados de decaimento de T2 10 são obtidos para múltiplas localizações do objeto e, opcionalmente, são exibidos na forma de um número e/ou um gráfico.

Em uma modalidade, em 30, os dados de decaimento de T2 para uma localização no objeto são processados, por 15 exemplo, usando uma inversão de Laplace para gerar uma distribuição de T2. A distribuição de T2 pode ser exibida em forma gráfica. Além disso, ou alternativamente, um valor de T2 pode ser obtido dos dados de distribuição de T2. Em outra modalidade, em 30, dados de decaimento de T2 para 20 múltiplas localizações no objeto são convertidos em uma pluralidade de distribuições de T2 e, opcionalmente, são exibidos como discutido em mais detalhes abaixo, com referência às Figs. 7B, 7C e 9B.

Em uma modalidade, os dados de decaimento de T2 e/ou as distribuições obtidas em 28 e/ou 30 são usados em 32 para gerar indicações de parâmetros de rocha seqüência de pulso CPMG é gerada com a nova frequência de RF e os sinais de trem de eco são adquiridos e armazenados. As etapas 15, 16 e 18 são repetidas até que seja feita uma determinação em 16 de que os sinais resultantes de 5 seqüências de pulso CPMG em um número suficiente de frequências de RF foram gravados. Em seguida, em 20, usando os sinais de trem de eco, uma projeção (perfil) unidimensional é gerada para cada eco como discutido abaixo com referência à Fig. 3. Em 22, uma determinação é feita 10 quanto a se projeções unidimensionais foram geradas para um número suficiente de direções de gradiente de campo. Se não, em 24, a direção de gradiente é alterada (por exemplo, girada) para uma direção definida diferente e o método retorna para a etapa 14 e seguintes, para obter projeções 15 unidimensionais adicionais. Será apreciado que a direção pode ser alterada não só em duas dimensões (espaço x-y) , mas em três dimensões (espaço x-y-z), como desejado. Independentemente disso, quando dados para direções de gradiente suficientes foram obtidos, o método continua em 20 26 onde as projeções unidimensionais são usadas para obter uma imagem de NMR do objeto ou indicações da mesma (dados) para cada um de uma pluralidade de ecos. Imagens ou indicações do objeto para um ou mais dos ecos são opcionalmente exibidas como discutido em mais detalhes 25 abaixo, com referência àsFigs. 6A-6 D. Em uma modalidade, imagens de NMR de T2 são obtidas usando uma transformada, (atributos). A título de exemplo e não limitação, conforme descrito na patente norte americana US5.387.865 que é incorporada por referência neste documento, na íntegra, a permeabilidade ao fluxo de fluido do objeto poroso (rocha) em estudo pode ser determinada usando entre outros uma determinação de valor de T2. A permeabilidade a fluxo de fluido pode ser exibida. Como outro exemplo, conforme descrito na patente norte americana US5.363.041 que é incorporada por referência neste documento, na íntegra, volume de fluido não limitado (e volume de fluido limitado) do objeto (formação) em estudo pode ser determinado usando entre outros uma determinação de T2. O volume de fluido não limitado e/ou volume de fluido limitado podem ser exibidos. Conforme divulgado em A. Timur, "Pulsed Nuclear Magnetic Resonance Studiesof Porosity, Movable Fluidand Permeabilityof Sandstones", Journal of Petroleum Technology, June 1979, p. 775, indicações de T2 podem ser utilizadas ao fazer determinações de porosidade, permeabilidade e fluido móvel de arenitos que podem ser exibidas.

Embora a Fig. 1 forneça uma modalidade nas etapas

14 a 20 para gerar projeções unidimensionais (perfis) para um número desejado de ecos, deve ser apreciado que as projeções unidimensionais podem ser obtidas de outras maneiras. A título de exemplo e não por meio de limitação, em vez de repetidamente mudar a frequência de RF e adquirir sinais de trem de eco resultantes a fim de gerar as projeções unidimensionais, a posição da amostra pode ser variada (por exemplo, deslizada) de modo que diferentes fatias da amostra sejam investigadas sem alterar a 5 frequência de RF. A título de outro exemplo, e não por meio de limitação, em vez de alterar a frequência de RF e a adquirir sinais de trem de eco , um pulso de desvio BO pode ser aplicado em cima do gradiente, de modo que a mesma frequência de RF possa corresponder a uma posição 10 diferente. Assim, aplicando diferentes pulsos de desvio B0, Bl..., diferentes fatias da amostra são investigadas sem alterar a frequência de RF. Outros métodos e mecanismos podem ser usados também, desde que as projeções unidimensionais sejam geradas para o número desejado de 15 ecos, enquanto evitando comutação de gradiente durante a seqüência de pulso CPMG.

Como mencionado anteriormente, uma modalidade implica conduzir seqüências de pulso CPMG sob um gradiente de campo Gxy (Θ) e adquirir sinais de eco. Embora a 20 seqüência de pulso CPMG se refira a uma seqüência específica (descrita em mais detalhes abaixo com referência à Fig. 2), outras seqüências de pulso "melhoradas" que gerarão um trem de eco adequado podem ser utilizadas. Assim, a título de exemplo e não por meio de limitação, um 25 CPMG modificado como descrito em M.D.Hurlimann, "CarrPurcell SequenceswithComposite Pulses", JournalofMagneticResonancer Vol. 152, Issuel, Sept. 2001, pp. 109-123,pode ser utilizado. Também, a titulo de exemplo e não por meio de limitação, a patente US6.580.272 que é incorporada por referência neste documento na íntegra, 5 revela um sinal dividido em 180 a fim de detectar um sinal de precessão livre de estado estacionário. Outro exemplo é descrito em T.W. Bornemanaet al., "Pulses

DerivedfromOptimaIControlTheory",

JournalofMagneticResonancer Vol. 207, Issue 2, Dec. 2010, 10 pp. 220-223.Outras seqüências de pulso podem ser usadas também, tal como pulsos de RF complexos (formados) ou pulsos compósitos, desde que eles sejam seletivos a fatia ou seus perfis de frequência possam ser usados para inverter para projeções unidimensionais para um número 15 desejado de ecos.

Voltando agora à Fig. 2, uma seqüência de pulso CPMG padrão é vista com um pulso seletivo a frequência (excitação) de 90 graus inicial seguido por uma série de pulsos de 180 graus (refocalização) seletivos a frequência. 20 Como visto na Fig. 2, o gradiente de campo Gxy (Θ) é mantido constante durante a seqüência de pulso CPMG. Também, como visto na Fig. 2, após cada pulso de refocalização seletivo, um sinal de eco AQ é adquirido. Será apreciado que a seqüência de pulso CPMG pode utilizar 25 dezenas, centenas ou milhares de pulsos de refocalização e, portanto, dezenas, centenas ou milhares de sinais de eco podem ser adquiridos pelo equipamento de NMR.

Para qualquer dada direção de gradiente de campo, a alteração da frequência de RF altera a fatia (como visto na Fig. 3) do objeto sendo investigado e isto pode ser feito na granularidade desejada. Assim, embora seis fatias sejam mostradas na Fig. 3, será apreciado que pode ser gerado um número diferente de fatias. Da mesma forma, para um eco particular, o número de projeções unidimensionais gerado depende do número de vezes que a direção de gradiente foi alterada (por exemplo, girada) na etapa 24 da Fig. 1. Assim, embora apenas duas projeções unidimensionais sejam vistas na Fig. 3 em ângulos de noventa graus em relação umas às outras, será apreciado que muito mais projeções podem ser geradas alterando a direção de gradiente de campo com mais granularidade. Será apreciado que a fim de alterar

o gradiente de campo, a amostra pode ser girada, ou o equipamento de NMR pode ser movido ou adaptado para gerar gradientes de campo de diferentes direções.

De acordo com um aspecto, e como sugerido 20 anteriormente, a seqüência CPMG utilizada pode ser adaptada como desejado para o contexto da investigação objeto. Por exemplo, para imageamento de rocha carregando hidrocarboneto, dinâmica específica conhecida com respeito a perfilagem de NMR, conforme discutido por M. Hurlimann et 25 al., ''Diffusion and RelaxationEffects in Generaly Stray Field NMR Experiments, Journal of Magnetic Resonance, Vol. 148(2), pp. 367-378,pode ser aplicável. Da mesma forma, modificações para melhorar o CPMG, (por exemplo, melhorar a refocalização de eco, controlar a largura de banda, minimizar interferência entre diferentes fatias, editar 5 difusão para fornecer informações adicionais sobre difusão e recuperação de saturação para informações de Tl, como é feito em perfilagem de cabo de aço e LWD NMR) podem ser utilizadas.

Como mencionado anteriormente, pontos de dados são derivados de ecos. Um valor de intensidade único é extraído de cada eco para obter o valor da projeção. Em uma modalidade, o valor do ponto de dados é retirado da intensidade do eco no centro do sinal de eco AQ. Em outra modalidade, um valor máximo pode ser tomado. Em ainda outra modalidade, o eco é adquirido com a mesma frequência que o pulso CPMG e qualquer uma de muitas técnicas pode ser usada para extrair intensidades de eco, tal como, a título de exemplo e não por meio de limitação, integrando em uma faixa de frequências ou usando um filtro combinado. Será apreciado que dependendo dos detalhes da seqüência de pulso CPMG utilizada, sensibilidades diferentes podem resultar através do perfil da fatia (por exemplo, um pulso quadrado terá um perfil de fatia semelhante a uma função sinc, um pulso Gaussiano um perfil Gaussiano). Em uma modalidade, o conhecimento do perfil de fatia e o uso de sobreposição de fatias em combinação com deconvolução podem ser usados para intensificar a resolução de qualquer conjunto de projeções além da largura de fatia natural.

Como mencionado anteriormente, as projeções unidimensionais são usadas para obter uma imagem de NMR do 5 objeto ou indicações da mesma (valores de dados para cada ponto ou pixel de interesse) para cada um de uma pluralidade de ecos. Em uma modalidade, as imagens são obtidas usando uma transformada, tal como uma transformada Radon, que é a base matemática para imageamento tomográfico 10 das projeções. A transformada Radon bidimensional estabelecida na equação (4) abaixo é simplesmente uma integral linear, como mostrado na Fig. 4,

g(l,6) =I í f(x,y)Ô(xcos0 + ysind - l)dxdy (4)

J — co J

-OO

onde# é a direção de gradiente (ângulo) do sinal, e

1 é a posição de fatia definida pela frequência de RF, e<5e um delta Dirac.

A transformada Radon está intimamente relacionada com a transformada de Fourier pelo Teorema de Projeção de Fatia que é a base para algoritmos de reconstrução de imagem. O Teorema de Projeção de Fatia simplesmente afirma, como visto na Fig. 5, que a transformada de Fourier

unidimensional (ID) da projeção é igual à transformada de Fourier bidimensional (2D) ao longo da linha radial naquele ângulo (Θ). De acordo com o Teorema de Projeção de Fatia, para reconstruir a imagem, um inverso da transformada de Fourier 2D pode ser tomado em coordenadas polares, o que é conhecido como uma contraprojeção filtrada ou transformada Radon inversa. A transformada de Fourier 2Dinversa em coordenadas Cartesianas pode ser representada por:/(x,y) = // F(u, v')e-’27t(-xu+yv^> dudv (5)

A transformada é implementada na maioria dos pacotes de software de matemática, por exemplo, MATLAB® (uma marca da Math Works, Inc. de Natick, Massachusetts, EUA), como um algoritmo "rápido" que computa o mesmo resultado como a forma integral. A transformada de Fourier

2 Dinversa em coordenadas polares pode ser representada como:

f(r,e) = Zn=-^OTejn02π J0^p ]^$_π^π6(ρ,φ)β-)ηφάφ\]η(2πρν)άρ (6)

Onde pé a variável conjugada de Fourier para 1 e

G(p,0) é a transformada de Fourier ID dos dados de projeção ID coletados para cada ângulo de gradiente φ . Note-se que múltiplos algoritmos "rápidos" existem para resolver a forma discreta desta equação sem computar diretamente as 20 integrais e são implementados em suites de software de matemática comuns, tal como MATLAB®.

Uma vez que a imagem de cada tempo de eco é reconstruída, por exemplo, usando transformadas Radon inversas, os elementos de imagem individuais (pixels), ou médias sobre regiões da imagem, podem ser usados para construir curvas de decaimento de T2 individuais. Por exemplo, e conforme discutido mais detalhadamente abaixo com referência às Figs. 6A-6D e 7A-7D, com as reconstruções valores são obtidos para cada eco para cada ponto ou pixel 5 na imagem. 0 valor para cada pixel, em seguida, pode ser plotado em função do tempo (eco) para fornecer uma curva de decaimento de T2. A curva para cada pixel, em seguida, pode ser analisada por qualquer número das técnicas de análise existentes para dados CPMG, tal como adequação de curva 10 exponencial ou exponencial ampliada, ou transformada de Laplace invertida, para gerar "produtos de resposta", tal como distribuições de T2. Para as técnicas de análise CPMG que são equivalentes a tomar uma transformada linear para o decaimento CPMG, esta etapa de análise pode ser feita antes 15 da transformada Radon inversa (ou técnica de reconstrução de imagem equivalente) e em vez da reconstrução de imagem para os ecos individuais, e a mesma técnica de reconstrução de imagem pode ser aplicada diretamente a valores extraídos dos decaimentos CPMG.

Voltando agora para a Fig. 6A-6D, quatro imagens

reconstruídas são mostradas resultantes de uma investigação de NMR de dois tubos de água dopada com diferentes quantidades de sulfato de cobre em tempos de eco diferentes (por exemplo, o primeiro, oitavo, trigésimo segundo e 25 centésimo vigésimo oitavo ecos). As imagens foram obtidas e reconstruídas usando o método de imageamento descrito acima com relação à Fig. I. As intensidades de pixels particulares, em seguida, foram plotadas em função do tempo. Por exemplo, as intensidades (magnitudes) dos ecos para pixel 10 x 7 que aparece localizado no centro do tubo 5 à esquerda de água dopada esquerdo foram plotadas na Fig. 7A. A curva resultante da Fig. 7A, em seguida, foi analisada utilizando uma transformada de Laplace inversa para gerar a distribuição de T2 mostrada na Fig. 7B. Como será apreciado, a Fig. 7B indica que o decaimento de T2 10 para aquele pixel é centrado em torno de 2,5 milissegundos, o que é um tempo de T2 muito curto. Da mesma forma, as intensidades dos ecos para pixel 10 x 15 que aparece localizado no centro do tubo á direita de água dopada foram plotadas na Fig. 7C. A curva resultante da Fig. 7C foi, 15 então, analisada para gerar a distribuição de T2 mostrada na Fig. 7D. Como será apreciado, a Fig. 7D indica que o decaimento de T2 para aquele pixel é centrado em torno de

19 milissegundos, o que é um tempo T2 curto.

Uma amostra de folhelho foi submetida à seqüência 20 de pulso de NMR e reconstrução de imagem discutida acima com referência à Fig. I. A primeira imagem de eco resultante para um determinado pixel (pixel 11 x 11) é vista na Fig. 8. Usando as reconstruções de imagem para dezesseis ecos, a curva de decaimento de T2 para pixel 11 x 25 11 foi gerada como visto na Fig. 9A. A curva da Fig. 9A foi, então, analisada para gerar a distribuição de T2 mostrada na Fig. 9B. Como será apreciado, a Fig. 9B indica que o decaimento de T2 para aquele pixel é centrado em aproximadamente 500 microssegundos, um tempo T2 muito curto que pode ser indicativo de óleo viscoso, betume e/ou querogênio.

Deve ser apreciado que usando as técnicas de seqüência de pulso de NMR e reconstrução de imagem, discutidas acima, vários produtos de resposta valiosos podem ser obtidos. Por exemplo, curvas de decaimento de T2 10 podem ser obtidas como mostrado e descrito com respeito às Figs. 7A, 7C e 9A. Como alternativa, ou além disso, curvas de distribuição de T2 podem ser obtidas como mostrado e descrito com respeito às Figs. 7B, 7D e 9B. Como alternativa, ou além disso, valores de T2 (tempos) podem

ser obtidos conforme descrito tendo com referência ao centro de cada uma das curvas de distribuição das Figs. 7B, 7D e 9B. Os valores de T2 podem ser mostrados como produtos de resposta numéricos, ou em gráficos ou plotagens. A título de exemplo e não limitação, os valores de T2 para

pixels diferentes podem ser representados como números para cada pixel em um gráfico ou em uma plotagem, ou como diferentes cores ou intensidades com uma legenda apropriada em um gráfico ou uma plotagem. Como alternativa, ou além disso, dados petrofísicos, tal como determinações de 25 permeabilidade (estimativas), porosidade ou água limitada ou não limitada e/ou a heterogeneidade de qualquer uma dessas propriedades, podem ser determinados usando as informações de T2 obtidas e podem ser exibidos numericamente em gráficos ou plotagens ou de outra forma.

Forma descritas e ilustradas aqui várias modalidades de investigação de objetos usando medições de NMR. Embora modalidades particulares tenham sido descritas, não se pretende que as modalidades limitem o escopo das mesmas. Assim, muitas mudanças podem ser feitas. Por exemplo, embora o gradiente seja descrito em relação à Fig. 2 como sendo constantemente ligado, o gradiente pode ser temporariamente desligado a fim de reduzir o ciclo de trabalho para o amplificador de gradiente. Isto pode ser feito entre trens de CPMG. Além disso, a transformada Radon inversa pode ser realizada por diferentes algoritmos e embora contra projeção filtrada seja descrita, outras técnicas de reconstrução, tal como detecção comprimida, podem ser utilizadas para efeito semelhante. Além disso, embora uma determinada seqüência de etapas seja descrita em relação à Fig. 1 onde projeções unidimensionais são geradas para os ecos antes de mudar a direção do gradiente de campo, será apreciado que a seqüência de etapas não é limitante e pode ser alterada. Por exemplo, todos os dados de eco podem ser armazenados para todas as direções de gradiente antes de gerar as projeções unidimensionais. Além disso, embora as modalidades sejam descritas como gerando "produtos de resposta" particulares, será apreciado que outros produtos de resposta poderiam ser gerados e exibidos. Portanto ele será apreciado por aqueles hábeis na arte que ainda outras modificações poderiam ser feitas. Nesse sentido, todas essas modificações se destinam a estar incluídas dentro do escopo desta divulgação, conforme definido nas reivindicações seguintes. Nas reivindicações, frases de meios-mais-função, se houver, são destinadas a cobrir as estruturas descritas neste documento como executando a função recitada e não só equivalentes estruturais, mas também estruturas equivalentes. É a intenção expressa do requerente não invocar 35 U.S.C. § 112, paragrafo 6 para quaisquer limitações de qualquer uma das reivindicações deste documento, exceto para aquelas nas quais a reivindicação expressamente usa as palavras "meios para" junto com uma função associada.

Claims

1. MÉTODO DE INVESTIGAR UM OBJETO USANDO EQUIPAMENTO DE RESSONÂNCIA MAGNÉTICA NUCLEAR (NMR), caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: a) gerar um gradiente de campo ao longo de uma direção definida; b) obter uma série de perfis unidimensionais do objeto submetendo o objeto sob o gradiente de campo a uma série de seqüências de pulso de RF, cada seqüência de pulso de RF gerando uma série de ecos e gravar sinais de trem de eco resultantes da série de seqüências de pulso de RF interagindo com o objeto, cada perfil unidimensional correspondendo a um eco particular; c) mudar a direção de gradiente de campo para diferentes direções definidas enquanto mantendo a magnitude do gradiente de campo e repetir a etapa b) para cada direção de gradiente de campo diferente, desse modo obtendo projeções unidimensionais para cada eco para cada direção de gradiente de campo; e d) usar as projeções, gerando dados de imagem NMR para cada um de uma pluralidade de ecos para pelo menos uma localização no objeto.

2. Método, de acordo com a reivindicaçãol, caracterizado pelo fato de que a série de Seqüências de pulso de RF é gerada (1) ajustando a frequência de RF para uma frequência definida, (2) gerando uma seqüência de pulso NMR com a frequência de RF na frequência definida, (3) alterando a frequência de RF para uma nova frequência definida e repetindo a etapa (2) e (4) repetindo a etapa(3) várias vezes.

3. Método, de acordo com a reivindicaçãol, caracterizado pelo fato de que a série de seqüências de pulso de RF é gerada (1) ajustando da frequência de RF para uma frequência definida, (2) gerando uma seqüência de pulso NMR com a frequência de RF na frequência definida, (3) movendo o objeto e repetindo a etapa (2) e (4) repetindo a etapa (3) várias vezes, de modo que diferentes fatias do objeto sejam investigadas sem alterar a frequência de RF.

4. Método, de acordo com a reivindicaçãol, caracterizado pelo fato de que a série de seqüências de pulso de RF é gerada (1) ajustando a frequência de RF para uma frequência definida, (2) gerando uma seqüência de pulso NMR com a frequência de RF; (3) aplicando um pulso de desvio BO em cima do gradiente de campo, (4) repetindo as etapas (2) e (3) várias vezes enquanto alterando um valor do pulso de desvio, de modo que fatias diferentes do objeto sejam investigadas sem alterar a frequência de RF.

5. Método, de acordo com a reivindicaçãol, caracterizado pelo fato de que ainda compreendendo usar os dados de imagem NMR para cada um da pluralidade de ecos, gerando dados de curva de decaimento T2 para a pelo menos uma posição no objeto.

6. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que ainda compreende usar os dados de curva de decaimento T2, gerando uma exibição de curva de decaimento T2 para a pelo menos uma localização no objeto.

7. Método, de acordo com a reividnicação5, caracterizado pelo fato de que ainda compreende usar os dados de curva de decaimento T2, gerando dados de distribuição T2 para a pelo menos uma localização no objeto.

8. Método, de acordo com a reivindicação7, caracterizado pelo fato de que ainda compreende usar os dados de distribuição T2, gerando uma exibição relativa aos dados de distribuição T2.

9. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a exibição é um gráfico de distribuição T2.

10. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a exibição é uma exibição de um valor T2.

11. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que ainda compreende usar os dados de curva de decaimento T2, gerando uma indicação de dados petrofísicos para a pelo menos uma localização no objeto.

12. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que ainda compreende gerar uma exibição relativa à indicação de dados petrofisicos.

13. Método, de acordo com a reivindicaçãol, caracterizado pelo fato de que a geração de dados de imagem NMR compreende utilizar uma transformada de Radon inversa.

14. Método, de acordo com a reivindicaçãol, caracterizado pelo fato de que o objeto é uma rocha de uma formação carregando hidrocarbonetos.

15. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a rocha tem uma localização tendo um T2 de menos de 3 milissegundos.

16. Método, de acordo com a reivindicação2, caracterizado pelo fato de que a seqüência de pulso NMR é uma seqüência de pulso CPMG.

17. Método, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que a seqüência de pulso NMR CPMG inclui uma pluralidade de pulsos de refocalização de 180 graus seletivos de frequência.

18. MÉTODO DE INVESTIGAR UMA ROCHA CARREGANDO HIDROCARBONETOS USANDO EQUIPAMENTO DE RESSONÂNCIA MAGNÉTICA NUCLEAR (NMR), caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: a) com um gradiente de campo definido ao longo de uma primeira direção, seqüencialmente definir a frequência de pulso de RF NMR para uma pluralidade de diferentes frequências, e em cada frequência diferente gerar uma seqüência de pulso NMR com um pulso de excitação e pulsos de refocalizaçãoe adquirir e armazenar indicações de sinais de trem de eco resultantes da interação de seqüência de pulso NMR com a rocha; b) mudar a direção do gradiente de campo uma pluralidade de vezes e repetir a etapa a) para cada direção de campo; c) gerar uma projeção unidimensional da rocha para cada um de uma pluralidade de ecos utilizando as indicações de sinais de trem de eco, dessa forma obtendo uma pluralidade de projeções unidimensionais; d)utilizar a pluralidade de projeções unidimensionais para cada um da pluralidade de ecos, gerando dados de imagem NMR para pelo menos uma localização na rocha; e e) exibir os dados de imagem NMR.

19. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que os dados de imagem NMR compreendem pelo menos uma de uma exibição de curva de decaimento T2, um gráfico de distribuição T2, uma exibição de valor T2 e dados petrofisicospara a pelo menos uma localização na rocha.

20. Método, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que a geração de dados de imagem NMR compreende utilizar uma transformada Radon inversa.

21. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que seqüência de pulso NMR é uma seqüência de pulso CPMG.

22. Método, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que a rocha tem uma localização tendo um T2 de menos de 3 milissegundos.

23. Método de investigar um objeto usando equipamento de ressonância magnética nuclear (NMR), caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: a) gerar um gradiente de campo ao longo de uma direção definida; b) definir a frequência de pulso de RF NMR para uma frequência definida; c) gerar uma seqüência de pulso NMR CPMG com o gradiente de campo na direção definida e a frequência de pulso de RF na frequência definida; d) adquirir e armazenar indicações de sinais de trem de eco como resultado da interação de seqüência de pulso NMR CPMG com o objeto; e) alterar a frequência de pulso de RF para uma nova frequência definida e repetir as etapas c) e d) na frequência recém-definida; f) repetir a etapa e) uma pluralidade de vezes; g) mudar a direção definida do gradiente de campo para uma nova direção definida e repetir as etapas b) a f) na direção recém-definida; h) repetir a etapa g) uma pluralidade de vezes; i) para cada direção de gradiente de campo gerar uma projeção unidimensional do objeto para cada um de uma pluralidade de ecos utilizando as indicações de sinais de trem de eco adquiridos como resultado da interação de seqüência de pulso NMR CPMG com o objeto em múltiplas frequências de pulso NMR RF, desse modo obtendo uma pluralidade de projeções unidimensionais; j) da pluralidade de projeções unidimensionais, para cada um da pluralidade de ecos, gerar dados de imagem NMR pelo menos uma localização no objeto.

24.Método, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de que ainda compreende: k) exibir os dados de imagem NMR.

25.Método, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que os dados de imagem NMR compreendem pelo menos uma de uma exibição de curva de decaimento T2, um gráfico de distribuição T2 uma exibição de valor T2 e dados petrofísicos para a pelo menos uma posição no objeto.

26. Método, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de que a geração de dados de imagem NMR compreende utilizar uma transformada de Radon inversa.

27.Método, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de que o objeto é uma rocha de uma formação carregando hidrocarboneto.

28. Método,· de acordo com a reivindicação 27, caracterizado pelo fato de que a rocha tem uma localização tendo um T2 de menos de 3 milissegundos.