BR112015017901B1

BR112015017901B1 - Método para estimar uma propriedade do material subsuperficial e aparelho para estimar uma propriedade de um material subsuperficial

Info

Publication number: BR112015017901B1
Application number: BR112015017901-0A
Authority: BR
Inventors: Carl M. Edwards; Jin-Hong Chen
Original assignee: Baker Hughes Incorporated
Priority date: 2013-02-12
Filing date: 2014-02-11
Publication date: 2022-03-15
Also published as: US9645277B2; GB2525358B; GB201514733D0; US20140225607A1; BR112015017901A2; NO20150925A1; WO2014126883A2; GB2525358A; NO347998B1; WO2014126883A3

Abstract

ESTIMATIVA DE DISTRIBUIÇÕES DE TAMANHO MOLECULAR EM AMOSTRAS DE FLUIDO DE FORMAÇÃO AO USAR UM ANALISADOR DE FLUIDO NMR DE FUNDO DE POÇO. A presente invenção refere-se a um método para estimar uma propriedade de material subsuperficial que inclui a extração de uma amostra do material ao usar um testador da formação de fundo de poço e a execução de uma pluralidade de medições da ressonância magnética nuclear (NMR) em um volume sensível na amostra em que cada medição na pluralidade é executada em um campo magnético homogêneo estático com um gradiente de campo magnético pulsado que é diferente na magnitude de outras medições de NMR para obter um sinal em forma de onda. O método também inclui a transformação de cada sinal recebido da forma da onda de um domínio de tempo em um domínio da frequência e a comparação do sinal do domínio da frequência a uma referência para obter a informação de alteração química protônica relacionada a uma propriedade química de uma ou mais moléculas na amostra e a transformação dos sinais do domínio da frequência em um domínio de número complexo que quantifica as mudanças na amplitude do sinal do forma da onda para obter (...).

Description

REFERÊNCIA REMISSIVA A PEDIDOS DE PATENTE RELACIONADOS

[0001] O presente pedido de patente invenção reivindica o benefício do Pedido de Patente U.S. n°. 13/765414, depositado em 12 de fevereiro de 2013, que é incorporado a título de referência no presente documento em sua totalidade.

ANTECEDENTES

[0002] A exploração do hidrocarboneto pode ser muito cara. A fim de reduzir o risco do investimento e usar eficientemente os recursos de perfuração e produção, é importante conhecer os tipos de hidrocarbonetos que podem estar presentes em um reservatório em uma formação da terra.

[0003] Uma maneira para se determinar os tipos de hidrocarbonetos que podem estar presentes em uma formação consiste em conduzir um instrumento de medição ou uma ferramenta de fundo de poço através de um furo de poço que penetra na formação. A ferramenta pode então executar medições do furo do poço, as quais um petroanalista pode analisar para estimar os tipos de hidrocarbonetos.

[0004] Há muitos tipos de hidrocarbonetos que podem estar presentes na formação. Alguns deles podem ter características químicas que podem ser similares às características de outros tipos de hidrocarbonetos que conduzem a dados que podem ser difíceis de analisar ou a dados que podem apresentar uma indicação falsa. Desse modo, seria apreciado nas indústrias de perfuração e de exploração geofísica se instrumentos e ferramentas de perfuração pudessem ser desenvolvidos para caracterizar de uma maneira mais precisa os hidrocarbonetos em formações da terra.

BREVE SUMÁRIO

[0005] É divulgado um método para estimar uma propriedade de material subsuperficial. O método inclui a condução de um carreador através de um furo de poço que penetra no material subsuperficial e que extrai uma amostra do material subsuperficial ao usar um testador da formação disposto no carreador. O método também inclui a execução de uma pluralidade de medições da ressonância magnética nuclear (NMR) em um volume sensível na amostra ao usar um instrumento de NMR onde cada medição na pluralidade de medições de NMR fornece um sinal eletromagnético da forma da onda recebido com uma antena. Cada medição de NMR na pluralidade de medições de NMR é (a) executada em um campo magnético homogêneo estático, (b) com uma sequência de pulsos da energia eletromagnética de radiofrequência (RF) transmitida de uma antena de transmissão, e (c) com uma série de gradientes de campo magnético pulsado que são aplicados à amostra onde a série é sobreposta sobre o campo magnético homogêneo estático e tem uma magnitude que é diferente da magnitude em outras medições de NMR. O método também inclui a transformação de cada sinal recebido da forma da onda de um domínio de tempo em um domínio da frequência para obter um sinal do domínio da frequência que é uma função da frequência, e a comparação do sinal do domínio da frequência a uma referência para obter a informação da alteração química protônica relacionada a uma propriedade química de uma ou mais moléculas na amostra. O método também inclui a transformação dos sinais do domínio da frequência que têm a mesma frequência como uma função da magnitude do gradiente de campo pulsado em um domínio do número complexo que quantifica as mudanças da amplitude do sinal de forma da onda para obter uma ou mais taxas de difusão em que cada taxa de difusão é associada com uma frequência correspondente, e a estimativa da propriedade ao usar a informação de alteração química protônica e uma ou mais taxas de difusão.

[0006] Também é divulgado um aparelho para estimar uma propriedade de um material subsuperficial. O aparelho inclui um carreador configurado para ser conduzido através de um furo de poço que penetram o material subsuperficial, um testador de formação disposto no carreador e configurado para extrair uma amostra do material subsuperficial, um instrumento de ressonância magnética nuclear (NMR) disposto no carreador, e um processador. O instrumento de ressonância magnética nuclear (NMR) é configurado para executar uma pluralidade de medições da ressonância magnética nuclear (NMR) em um volume sensível na amostra onde cada medição na pluralidade de medições de NMR fornece um sinal eletromagnético da forma da onda e cada medição de NMR na pluralidade de medições de NMR é (a) executada em um campo magnético homogêneo estático, (b) com uma sequência de pulsos da energia eletromagnética de radiofrequência (RF) transmitida de uma antena de transmissão, e (c) com uma série de gradientes de campo magnético pulsado que são aplicados à amostra. A série de gradientes de campo magnético pulsado é sobreposta sobre o campo magnético homogêneo estático e tem uma magnitude que é diferente da magnitude em outras medições de NMR. O instrumento de NMR inclui: uma fonte de campo magnético configurada para aplicar o campo magnético homogêneo ao volume sensível; uma antena de transmissão configurada para transmitir um sinal de radiofrequência (RF) no volume sensível; uma fonte de gradiente de campo magnético pulsado configurada para aplicar a série de gradientes de campo magnético pulsado com várias magnitudes ao volume sensível; uma antena de recepção configurada para receber os sinais da forma da onda eletromagnética do volume sensível devido ao sinal de RF e ao gradiente de campo magnético pulsado. O processador é configurado para: receber cada um dos sinais eletromagnéticos da forma da onda; transformar cada sinal recebido da forma da onda de um domínio de tempo em um domínio da frequência para obter uma pluralidade de sinais do domínio da frequência e comparar os sinais do domínio da frequência a uma referência para obter a informação da alteração química protônica relacionada a uma estrutura química de uma ou mais moléculas na amostra; transformar os sinais do domínio da frequência na mesma frequência como uma função da magnitude do gradiente de campo pulsado em um domínio do número complexo que quantifica as mudanças da amplitude do sinal de forma da onda para obter uma ou mais taxas de difusão em que cada taxa de difusão é associada com uma frequência correspondente; e estimar a propriedade ao usar a informação da alteração química protônica e uma ou mais taxas de difusão.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0007] As descrições a seguir não devem ser consideradas como limitadoras de nenhuma maneira. Com referência aos desenhos anexos, os mesmos elementos são numerados identicamente: a FIG. 1 ilustra uma vista em seção transversal de uma modalidade exemplificadora de uma ferramenta de fundo de poço de ressonância magnética nuclear (NMR) disposta em um furo de poço que penetra na terra; a FIG. 2 ilustra aspectos da ferramenta de NMR de fundo de poço; a FIG. 3 ilustra aspectos de uma antena de recepção disposta dentro de uma câmara de amostra e que define um volume sensível dentro da câmara de amostra; a FIG. 4 ilustra aspectos de um exemplo de uma sequência de ecos de rotação do gradiente de campo pulsado; a FIG. 5 ilustra aspectos e ecos de rotação como uma função do tempo e gradiente; a FIG. 6 ilustra aspectos de uma transformação de Fourier de cada um dos ecos de rotação; a FIG. 7 ilustra aspectos de uma transformação de Laplace aplicada à transformação de Fourier na direção do gradiente; e a FIG. 8 é um fluxograma para um método para estimar uma propriedade de um material de formação de terra.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0008] Uma descrição detalhada de uma ou mais modalidades do aparelho e método é apresentada no presente documento a título de exemplificação e não de limitação com referência às figuras.

[0009] São divulgados o método e o aparelho para estimar uma composição química molecular e um tamanho molecular dos hidrocarbonetos em uma formação de terra ao usar um instrumento de ressonância magnética nuclear (NMR) de fundo de poço. Um conjunto de medições de NMR é realizado no fundo de poço em uma amostra de hidrocarbonetos e a partir do conjunto de medições a composição química molecular e o tamanho são determinados. Devido ao fato que tipos diferentes de hidrocarbonetos podem ter uma composição química similar, a determinação do tamanho molecular é usada para diferenciar entre os tipos diferentes de hidrocarbonetos.

[00010] A FIG. 1 ilustra uma vista em seção transversal de uma modalidade exemplificadora de uma ferramenta de fundo de poço 10 disposta em um furo de poço 2 que penetra na terra 3, a que inclui uma formação de terra 4. O termo "material subsuperficial" pode ser usado para se referir a qualquer material abaixo da superfície da terra 3, tal como a formação 4, um fluido ou sólido de formação, e um material do furo de poço, como exemplos não limitadores. A ferramenta de fundo de poço 10 é conduzida através do furo de poço 2 por um carreador 5. Na modalidade da FIG.1, o carreador 5 é uma linha de arame blindada 6. Além de suportar a ferramenta de fundo de poço 10, linha de arame 6 pode prover comunicações (isto é, telemetria) entre a ferramenta de fundo de poço 10 e um sistema de processamento por computador 9 disposto na superfície da terra 3. As comunicações podem incluir o envio de emissões furo acima ao sistema de processamento por computador 9 ou comandos ao fundo de poço para a ferramenta de fundo de poço 10. A fim de operar a ferramenta de fundo de poço 10, processar os dados da medição e/ou prover uma interface de comunicações com o sistema de processamento por computador 9 da superfície, a ferramenta de fundo de poço 10 inclui os componentes eletrônicos 8 de fundo de poço. As funções de operação, processamento e exibição da descrição podem ser executadas pelos componentes eletrônicos 8 de fundo de poço, pelo sistema de processamento por computador 9, ou por uma combinação dos mesmos. Em uma modalidade alternativa indicada como a registro- enquanto-perfura (LWD) ou medição-enquanto-perfura (MWD), o carreador 5 pode ser uma coluna de perfuração ou elemento tubular de perfuração. Nas modalidades de linha de arame, LWD, ou MWD, os dados da medição podem ser descarregados em tempo real ou depois que a ferramenta de NMR 10 de fundo de poço é recuperada do furo de poço 2.

[00011] A fim de extrair uma amostra de um material subsuperficial, a ferramenta de fundo de poço 10 inclui um testador de formação 11. O testador de formação 11 inclui uma sonda 12 configurada para se estender a partir do testador de formação de 11 e vedar em uma parede do furo de poço 2. A vedação pode ser executada ao usar um coxim flexível 13 disposto na extremidade da sonda 12. Uma braçadeira 14 pode ser estendida para prender a ferramenta 10 enquanto a sonda 12 é vedada à parede do furo de poço. O testador de formação 11 é configurado para extrair uma amostra do material subsuperficial de interesse através da sonda 12 e depositar a amostra em uma câmara de amostra de NMR 15 configurada para conter a amostra para o teste de NMR por um instrumento de NMR 7.

[00012] Agora pode ser feita referência à FIG. 2 que ilustra aspectos do instrumento de NMR 7 em uma vista lateral. O instrumento de NMR 7 é configurado para executar experimentos ou medições de NMR na amostra de material subsuperficial na câmara de amostra 15. Vários tipos de medição de NMR que envolvem um campo magnético estático e pulsos de radiofrequência podem ser executados na amostra. Todas as várias medições de NMR envolvem a aplicação de um campo magnético homogêneo a um volume sensível a NMR na câmara de amostra 15. O termo "campo magnético homogêneo" refere-se a um campo magnético que tem uma variação de magnitude no volume sensível que é menor do que 5 partes por milhão (ppm) em relação ao volume sensível de NMR em que as medições de NMR são executadas. Em uma ou mais modalidades, a variação é menor do que 1 ppm. O campo magnético homogêneo estático tem uma direção estática e uma magnitude homogênea estática, o que permite medições da alteração química protônica. A fim de aplicar o campo magnético homogêneo, o instrumento de NMR 7 inclui uma fonte de campo magnético 20. Em uma ou mais modalidades, a fonte de campo magnético 20 inclui uma disposição de ímãs 21, tal como uma disposição de Halbach, que é configurada para prover um campo magnético uniforme (isto é, homogêneo) dentro da câmara de amostra 15. Pode ser apreciado que o aumento do número dos ímãs ou a mudança de suas posições ou orientações na disposição dos ímãs 21 ou a adição de materiais magnéticos adicionais podem aumentar a uniformidade do campo magnético.

[00013] As medições de NMR incluem a aplicação de energia eletromagnética de RF à amostra ao usar uma antena de transmissão 22, a qual pode ser uma bobina condutora. Pode ser apreciado que várias sequências de pulso podem ser usadas nas medições de NMR. Em uma ou mais modalidades, um primeiro pulso de energia de RF pode ser aplicado para orientar os momentos magnéticos ou as rotações dos prótons na amostra em 90 graus com respeito ao campo magnético estático seguido por um segundo pulso de energia de RF para alterar os momentos ou rotações dos prótons em 180 graus com respeito à sua orientação precedente.

[00014] Depois de cada pulso de RF, um gradiente de campo magnético pulsado é sobreposto no campo magnético homogêneo estático no volume sensível por uma fonte de gradiente de campo magnético pulsado 23, a qual pode ser uma bobina condutora. Depois do último pulso de RF, uma forma da onda eletromagnética resultante (também indicada como um eco de rotação, ou sinais de NMR) devido à precessão das rotações magnéticas dos prótons é recebida por uma antena de recepção 24, a qual pode ser uma bobina condutora. De modo geral, o forma da onda está no domínio de tempo e tem uma forma alternada (por exemplo, corrente alternada) que tem uma frequência e uma amplitude para cada pico ou vale na forma da onda. A forma da onda também pode ser descrita por um envelope ou contorno que envelopa as amplitudes da forma da onda de maneira tal que em um exemplo a amplitude do envelope pode aumentar e então diminuir até zero ou quase zero no final do eco. Em uma ou mais modalidades, medições de NMR sucessivas são executadas, em que cada medição de NMR tem uma magnitude ligeiramente diferente do gradiente de campo magnético pulsado da magnitude da medição de NMR precedente. O primeiro gradiente de campo magnético pulsado pode ser considerado para codificar a posição das moléculas na amostra, ao passo que o segundo campo magnético pulsado pode ser considerado para decodificar a posição das moléculas para determinar a sua quantidade de movimento por um intervalo de tempo em relação às suas localizações codificadas.

[00015] Uma maneira para obter um campo magnético homogêneo consiste em diminuir o tamanho do volume sensível até o ponto em que a magnitude do campo varia menos do que 5 ppm em relação a esse volume. Uma técnica para diminuir o volume sensível consiste em diminuir o tamanho da antena de recepção 24. Na modalidade da antena de recepção 24 como uma bobina, a bobina pode ser uma microbobina fabricada como um sistema microelétrico-mecânico (MEMS) ao usar técnicas de fabricação de semicondutores. De modo geral, um diâmetro da microbobina é menor do que ou igual a 500 micra. O diâmetro da microbobina, em uma ou mais modalidades, pode ser de 350 micra ou menos, 150 micra ou menos, ou 120 micra ou menos. A bobina de recepção 24 pode ser disposta na câmara de amostra 15 tal como ilustrado na FIG. 3. Na modalidade da FIG. 3, a câmara de amostra 15 inclui as penetrações elétricas 30 para conectar eletricamente a bobina de recepção 24 aos componentes eletrônicos 8 de fundo de poço. Em uma outra modalidade, o tamanho do volume sensível pode ser diminuído ao usar um tubo capilar como câmara de amostra 15 e ao envolver a bobina de recepção 24 em torno do tubo capilar. O diâmetro do furo da tubulação capilar é em geral menor do que 2 mm. Pode ser apreciado que uma outra vantagem do uso de um volume sensível pequeno é que o espaço total requerido para os componentes do instrumento de NMR é reduzido e pode se acomodar dentro dos requisitos espaciais do furo de poço.

[00016] Outras técnicas podem ser usadas para obter um campo magnético homogêneo estático. Em uma técnica, a posição dos ímãs individuais em uma disposição pode ser modulada para gerar correções harmônicas esféricas para o campo magnético resultante para obter uma maior homogeneidade, mas a modulação também pode aumentar a complexidade do dispositivo. Alternativamente, ímãs móveis mais afastados do volume sensível podem aumentar a uniformidade do campo magnético estático com o tamanho da ferramenta de fundo de poço tal como necessário uma vez que a condução no furo de poço é um fator limitador junto com a intensidade diminuída do campo magnético no volume sensível.

[00017] O eco recebido pode ser processado em tempo real enquanto é recebido ou pode ser gravado para processamento posterior. Em uma ou mais modalidades, o processamento pode incluir a transformação da forma da onda recebida no domínio da frequência (onde a transformação é uma função da frequência) para obter o conteúdo espectral da forma da onda. O conteúdo espectral pode incluir amplitudes de picos e as frequências desses picos. Ao alterar o gradiente de campo magnético pulsado, a frequência da precessão dos momentos magnéticos dos prótons ou rotações irá mudar porque a frequência de Larmor dos momentos magnéticos dos prótons é uma função da magnitude de campo magnético total no volume sensível. Desse modo, o conteúdo espectral do eco também irá aumentar de acordo com a mudança na magnitude do gradiente de campo magnético pulsado. A partir da pluralidade de medições de NMR com cada medição em uma magnitude diferente do gradiente de campo magnético pulsado, uma frequência ressonante de NMR para a amostra pode ser determinada tal como pela frequência que tem a amplitude mais elevada no conteúdo espectral. Uma vez que a frequência ressonante de NMR da amostra é obtida, essa frequência ressonante de NMR pode ser comparada a uma frequência de referência de um padrão de referência para obter uma alteração química protônica em relação ao padrão de referência. O tamanho, a posição e o número de alterações químicas protônicas são indicativos de uma estrutura de uma molécula na amostra. A informação de alteração química protônica para materiais sabidos (por exemplo, a água) e os hidrocarbonetos de interesse pode ser obtida através de testes de NMR de laboratório ou de campo. Alternativamente, a informação de alteração química protônica para materiais conhecidos e os hidrocarbonetos de interesse pode ser obtida através de análise ou em combinação com os testes. Além disso, a configuração específica do instrumento de NMR 10 pode ser calibrada para determinar a informação da alteração química protônica em um laboratório ao usar materiais conhecidos e os hidrocarbonetos de interesse.

[00018] Pode ser apreciado que qualquer uma ou várias transformações matemáticas podem ser usadas para transformar a forma da onda recebida do eco do domínio de tempo no domínio da frequência. Em uma ou mais modalidades, a transformação de Fourier pode ser usada como essa transformação matemática.

[00019] Os sinais de NMR também podem ser usados para determinar uma taxa de difusão, caracterizada por uma constante de difusão, das moléculas na amostra. As moléculas maiores irão se difundir mais lentamente na amostra do que as moléculas menores e, desse modo, as moléculas maiores terão uma constante de difusão menor do que a constante de difusão das moléculas menores (isto é, moléculas de Dgrande < Moléculas de Dpequena). Em uma modalidade em que dois campos magnéticos pulsados são aplicados à amostra, se as rotações magnéticas não forem submetidas a nenhum movimento de translação, os efeitos dos dois pulsos de gradiente de campo aplicados são cancelados e todas as rotações são refocadas. No entanto, se as rotações magnéticas tiverem se movido entre os dois pulsos de gradiente de campo magnético, o grau de defasagem devido ao segundo pulso de gradiente de campo aplicado é proporcional ao deslocamento na direção do primeiro pulso de gradiente de campo no período de tempo entre as bordas anteriores dos dois pulsos de gradiente de campo. Desse modo, em uma ou mais modalidades, a constante de difusão é relacionada diretamente à atenuação do sinal recebido da forma da onda. Em uma ou mais modalidades, a transformação de Laplace das amplitudes do domínio da frequência como uma função da magnitude do gradiente de campo magnético pulsado é usada para quantificar a atenuação do sinal de forma da onda recebido. Pode ser apreciado que outras transformações ou operações matemáticas também podem ser usadas para quantificar a atenuação do sinal de forma da onda recebido. As correlações entre a quantificação da atenuação do sinal recebido e a constante de difusão podem ser obtidas através de testes NMR de laboratório ou de campo ao usar materiais conhecidos (por exemplo, a água) e hidrocarbonetos de interesse. Alternativamente, as correlações para materiais conhecidos e os hidrocarbonetos de interesse podem ser obtidas através de análise ou em combinação com testes. Além disso, a configuração específica do instrumento de NMR 10 pode ser calibrada para determinar as constantes de difusão em um laboratório ao usar materiais conhecidos e os hidrocarbonetos de interesse. Uma vez que as correlações são obtidas, a quantificação da atenuação pode ser comparada às correlações para determinar a constante de difusão da amostra.

[00020] Para finalidades de aprendizado ou operacionais, as técnicas discutidas acima podem ser apresentadas graficamente. A forma da onda do eco da rotação pode ser representada graficamente como a amplitude do sinal (por exemplo, voltagem) (eixo y) versus o tempo (eixo x). A FIG.4 ilustra um exemplo de uma sequência de ecos de rotação de gradiente de campo pulsado. As caixas 41 e 42 representam a aplicação dos pulsos de campo magnético de RF. O primeiro pulso de RF (caixa 41) excita a rotação nuclear para criar um sinal. Esse sinal decai e não está mostrado. O segundo pulso de RF (caixa 42) inverte o decaimento do sinal e gera os ecos de rotação. As caixas 43 e 44 representam a aplicação do gradiente de campo magnético pulsado às rotações nucleares. O primeiro gradiente de campo magnético pulsado (caixa 43) codifica a posição das rotações nucleares, ao passo que o segundo gradiente de campo magnético pulsado (caixa 44) decodifica a posição. Se as rotações nucleares não se moverem, o sinal de ecos de rotação não é atenuado. A atenuação média é fornecida pela expressão na FIG. 4 onde gama é o momento giromagnético das rotações nucleares, D é a constante de difusão molecular, g é a amplitude do gradiente de campo magnético pulsado, δ é o comprimento do tempo do pulso de gradiente, e Δ é o tempo entre os pulsos de gradiente. Outras sequências de pulso tais como uma sequência de pulso estimulada e as sequências com gradientes bipolares também são possíveis. A FIG. 5 ilustra um exemplo dos sinais de ecos de rotação (ou formas de onda) como uma função do tempo e gradiente de campo magnético pulsado. A transformação de Fourier da forma de onda de FID pode ser representada graficamente como amplitude dos valores da transformação de Fourier (eixo y) versus a frequência (eixo x). Devido ao fato que cada medição de NMR tem uma magnitude diferente do gradiente de campo magnético pulsado, cada transformação de Fourier pode ser traçada como uma função da magnitude do gradiente de campo pulsado (eixo z) para um gráfico tridimensional. A FIG. 6 ilustra um exemplo de uma transformação de Fourier de cada sinal de ecos de rotação. A transformação de Laplace ou uma outra técnica de inversão apropriada é aplicada então a cada fatia vertical no plano y-z (isto é, com a frequência sendo constante para cada transformação de Laplace). Em outras palavras, a transformação de Laplace é aplicada a amplitudes da transformação de Fourier à mesma frequência como uma função da amplitude de gradiente de campo pulsado. Os dados da transformação de Fourier fornecem a informação da alteração química protônica e os dados da transformação de Laplace fornecem as constantes de difusão das moléculas da amostra. A FIG. 7 ilustra um exemplo de uma transformação de Laplace das amplitudes do domínio da frequência na direção do gradiente. Na direção do gradiente, as amplitudes têm a mesma frequência. Depois da transformação de Laplace, os espectros de NMR da espécie molecular são distintos e a difusão de cada espécie é relacionada ao seu tamanho molecular.

[00021] Cada tipo de dado (transformação de Fourier versus transformação de Laplace) próprio pode não ser suficiente para caracterizar completamente as moléculas na amostra. Por exemplo, uma primeira molécula de hidrocarboneto pode incluir um anel benzeno, ao passo que uma segunda molécula de hidrocarboneto pode incluir dois anéis benzeno, com a segunda molécula de hidrocarboneto maior do que a primeira molécula de hidrocarboneto por causa do segundo anel benzeno. A informação de alteração química protônica para as duas moléculas pode ser similar ou idêntica devido ao anel ou anéis benxeno. No entanto, a primeira molécula de hidrocarboneto terá uma constante de difusão que é maior do que a constante de difusão da segunda molécula de hidrocarboneto devido à primeira molécula de hidrocarboneto ser menor do que a segunda molécula de hidrocarboneto. Desse modo, a combinação dos dois tipos de dados pode distinguir entre os dois tipos diferentes de moléculas e identificar cada uma delas. Por conseguinte, os dois tipos de dados podem ser apresentados como uma matriz de pontos de dados onde cada ponto de dados inclui a informação de alteração química protônica e a constante de difusão.

[00022] Os hidrocarbonetos nas formações podem ser compostos por grupos funcionais diferentes tais como saturados, aromáticos, resinas e asfaltenos. Pode ser desejável estimar a fração desses grupos funcionais diferentes na amostra, bem como estimar a fração dos tipos diferentes de hidrocarbonetos tais como C1 (metano), C2 (etano), C3 (butano), C4, C5, etc. Em hidrocarbonetos saturados, cada átomo de carbono é unido a dois átomos de hidrogênio, exceto aqueles nas extremidades da cadeia, que contêm três átomos de hidrogênio. No caso do etano saturado, cada centro do carbono tem quatro ligações simples, tal como é característico de outros hidrocarbonetos saturados. Por outro lado, no etileno (C2H4), cada centro do carbono é acoplado em duas ligações simples e uma ligação dupla. Um hidrocarboneto aromático é um hidrocarboneto com ligações duplas e simples alternadas entre os átomos de carbono que formam anéis. A configuração de seis átomos de carbono em compostos aromáticos é conhecida como anel benzeno, para o mais simples possível de tais hidrocarbonetos, o benzeno. Os asfaltenos consistem principalmente em carbono, hidrogênio, nitrogênio, oxigênio e enxofre, assim como quantidades de traços de vanádio e níquel. A razão de C:H é de cerca de 1:1.2, dependendo da fonte do asfalteno. Os asfaltenos são definidos operacionalmente como componente de óleo cru solúvel em tolueno (C6H5CH3) e insolúvel em heptano (C7H16). Foi mostrado que uma distribuição de massas moleculares dos asfaltenos fica na faixa de 400 μ a 1.500 μ, com uma média de cerca de 750 μ. Desse modo, com a identificação dos vários tipos de diferentes hidrocarbonetos e sua fração na amostra, a fração dos grupos de funções diferentes na amostra também pode ser estimada.

[00023] A FIG. 8 apresenta um fluxograma para um método 80 para estimar uma propriedade de um material subsuperficial. O bloco 81 refere-se à condução de um carreador através de um furo de poço que penetra no material subsuperficial. O bloco 82 refere-se à extração de uma amostra do material subsuperficial ao usar um testador de formação disposto no carreador. O bloco 83 refere-se à execução de uma pluralidade de medições da ressonância magnética nuclear (NMR) em um volume sensível na amostra ao usar um instrumento de NMR, em que cada medição na pluralidade de medições de NMR fornece um sinal eletromagnético da forma da onda recebido com uma antena e cada medição de NMR na pluralidade de medições de NMR é executada em um campo magnético homogêneo estático. Além disso, cada medição na pluralidade de medições de NMR é executada com uma sequência de pulsos de energia eletromagnética de radiofrequência (RF) transmitida de uma antena de transmissão e com uma série de gradientes de campo magnético pulsado que são aplicados à amostra onde cada gradiente de campo magnético pulsado é sobreposto sobre o campo magnético homogêneo estático e tem uma magnitude que é diferente da magnitude em outras medições. Em uma ou mais modalidades, cada gradiente de campo magnético pulsado é aplicado à amostra depois de cada pulso de RF. Em outras modalidades, cada gradiente de campo magnético pulsado é aplicado em uma outra ordem. O bloco 84 refere-se à transformação de cada sinal de forma da onda recebido de um domínio de tempo em um domínio da frequência para obter um sinal do domínio da frequência que é uma função da frequência e a comparação do sinal do domínio da frequência a uma referência para obter a informação de alteração química protônica relacionada a uma propriedade química de uma ou mais moléculas na amostra. O bloco 85 refere-se à transformação dos sinais do domínio da frequência que têm a mesma frequência como uma função da magnitude do gradiente de campo pulsado em um domínio de número complexo que quantifica as mudanças da amplitude do sinal de forma da onda para obter uma ou mais taxas de difusão em que cada taxa de difusão é associada com uma frequência correspondente. Uma taxa de difusão pode ser caracterizada por uma constante de difusão onde uma taxa mais elevada de difusão é quantificada por uma constante de difusão mais elevada. O bloco 86 refere-se à estimativa da propriedade ao usar a informação de alteração química protônica e uma ou mais taxas de difusão. A propriedade pode ser relacionada à identificação de um ou mais tipos de moléculas e uma distribuição de um ou mais tipos de moléculas.

[00024] Pode ser apreciado que uma ou mais vantagens do uso de um campo magnético de estático homogêneo se relacionam ao aumento da exatidão e precisão das medições de NMR necessárias para identificar estruturas químicas diferentes das moléculas que podem ter estruturas similares e para quantificar uma distribuição de várias moléculas na amostra e, desse modo, a formação.

[00025] Para sustentar os ensinamentos no presente documento, vários componentes de análise podem ser usados, incluindo um sistema digital e/ou analógico. Por exemplo, os componentes eletrônicos de fundo de poço 8, o sistema de processamento por computador 9, ou a ferramenta de fundo de poço 10 podem incluir sistemas digitais e/ou analógicos. O sistema pode ter componentes tais como um processador, meios de armazenamento, memória, entrada, saída, link de comunicações (com fio, sem fio, lama pulsada, ópticos ou outros), interfaces do usuário, programas de software, processadores de sinais (digitais ou analógicos) e outros de tais componentes (tais como resistores, capacitores, indutores e outros) para prover a operação e análise do aparelho e dos métodos divulgados no presente documento em qualquer uma de várias maneiras bem apreciadas no estado da técnica. Considera-se que estes ensinamentos podem ser, mas não precisam ser, implementados conjuntamente com um conjunto de instruções executáveis por computador armazenadas em um meio que pode ser lido por computador não transitório, incluindo uma memória (ROM, RAM), óptica (CD-ROMs), ou magnética (discos, discos rígidos), ou qualquer outro tipo que, quando executadas, faz com que um computador implemente o método da presente invenção. Essas instruções podem prover a operação do equipamento, o controle, a coleta e análise de dados e outras funções consideradas como relevantes por um projetista de sistema, proprietário, usuário ou outro pessoal, além das funções descritas nesta divulgação.

[00026] [034 O termo "carreador" tal como usado no presente documento significa qualquer dispositivo, componente de dispositivo, combinação de dispositivos, meios e/ou membro que podem ser usados para conduzir, abrigar, suportar ou então facilitar o uso de um outro dispositivo, componente de dispositivo, combinação de dispositivos, meios e/ou membro. Outros carreadores não limitadores exemplificadores incluem colunas de perfuração do tipo de tubo com bobinas, do tipo de tubulação unida e qualquer combinação ou parte dos mesmos. Outros exemplos de carreador incluem as tubulações de revestimento, as linhas de arames, as sondas de linhas de arame, as sondes de linhas tectônicas, tiros de queda, conjuntos de furo de fundo, inserções de coluna de perfuração, módulos, invólucros internos e as partes de substrato dos mesmos.

[00027] Os elementos das modalidades foram introduzidos com os artigos "um" ou então "uma". Os artigos se prestam a indicar que há um ou mais dos elementos. Os termos "inclui" e "tem" devem ser inclusivos de maneira tais que pode haver elementos adicionais além dos elementos listados. A conjunção "ou", quando usada com uma lista de pelo menos dois termos, presta-se a indicar qualquer termo ou combinação de termos. Os termos "primeiro" e "segundo" são usados para distinguir elementos e não denotam uma ordem particular. O termo "acoplado" refere-se um primeiro componente que é acoplado diretamente a um segundo componente ou indiretamente através de um componente intermediário.

[00028] Deve ser reconhecido que os vários componentes ou tecnologias podem prover determinadas funcionalidades ou características necessárias ou vantajosas. Por conseguinte, essas funções e características conforme podem ser necessárias no suporte das reivindicações anexas e variações das mesmas, são reconhecidas como sendo inerentemente incluídas como uma parte dos presentes ensinamentos e uma parte da invenção divulgada.

[00029] Embora a invenção tenha sido descrita com referência às modalidades exemplificadoras, deve ser compreendido que várias mudanças podem ser feitas e os equivalentes podem ser substituídos por seus elementos sem desviar do âmbito da invenção. Além disso, muitas modificações serão apreciadas para adaptar um instrumento, uma situação ou um material particular aos ensinamentos da invenção sem desviar do seu âmbito essencial. Portanto, pretende-se que a invenção não seja limitada à modalidade particular divulgada como o melhor modo contemplado para a prática da presente invenção, mas que a invenção deve incluir todas as modalidade que se enquadram dentro do âmbito das reivindicações anexas.

Claims

1. Método para estimar uma propriedade do material subsuperficial (4), compreendendo: a condução de um carreador (5) através de um furo de poço (2) que penetra no material subsuperficial (4); a extração de uma amostra do material subsuperficial (4) ao usar um testador de formação (11) disposto no carreador (5); caracterizado pelo fato de que o método compreende: a execução de uma pluralidade de medições da ressonância magnética nuclear (NMR) em um volume sensível na amostra ao usar um instrumento de NMR (7), em que cada medição na pluralidade de medições de NMR provê um sinal eletromagnético de forma de onda recebido com uma antena (24), em que cada medição de NMR na pluralidade de medições de NMR é executada (a) em um campo magnético homogêneo estático, (b) com uma sequência de pulsos de energia eletromagnética de radiofrequência (RF) transmitida de uma antena de transmissão, e (c) com uma série de gradientes de campo magnético pulsados que é aplicada à amostra, em que a série de gradientes de campo magnético pulsados é sobreposta sobre o campo magnético homogêneo estático e a série de gradientes de campo magnético pulsados tem uma magnitude que é diferente da magnitude da série de gradientes de campo magnético pulsados em outras medições de NMR; a transformação de cada sinal de forma de onda recebido de um domínio de tempo em um domínio da frequência para obter um sinal do domínio da frequência que é uma função da frequência e a comparação do sinal do domínio da frequência a uma referência para obter a informação de alteração química protônica relacionada a uma propriedade química de uma ou mais moléculas na amostra; a transformação dos sinais do domínio da frequência que têm a mesma frequência como uma função da magnitude do gradiente de campo pulsado em um domínio de número complexo que quantifica as alterações na amplitude do sinal de forma de onda para obter uma ou mais taxas de difusão em que cada valor de difusão é associado com uma frequência correspondente; e a estimativa da propriedade ao usar a informação de alteração química protônica e uma ou mais taxas de difusão.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente o relacionamento da informação de alteração química protônica a uma ou mais propriedades químicas de uma ou mais moléculas.

3. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente o relacionamento das taxas de difusão a um tamanho de uma ou mais moléculas.

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a transformação de cada sinal recebido em forma de onda de um domínio de tempo em um domínio da frequência compreende o uso de uma transformação de Fourier.

5. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a transformação dos sinais do domínio da frequência compreende o uso de uma transformação de Laplace.

6. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o campo magnético homogêneo varia menos de 5 partes por milhão em relação ao volume sensível.

7. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um diâmetro do volume sensível é de 500 micra ou menos.

8. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a propriedade é uma quantificação de uma distribuição de uma ou mais moléculas na amostra.

9. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente a identificação do material subsuperficial (4) como, pelo menos, uma seleção de um grupo que consiste em saturados, aromáticos, resinas e asfaltenos.

10. Aparelho para estimar uma propriedade de um material subsuperficial (4), compreendendo: um carreador (5) configurado para ser conduzido através de um furo de poço (2) que penetra no material subsuperficial (4); caracterizado pelo fato de que o aparelho compreende: um testador de formação (11) disposto no carreador (5) e configurado para extrair uma amostra do material subsuperficial (4); um instrumento (7) de ressonância magnética nuclear (NMR) disposto no carreador (5) e configurado para executar uma pluralidade de medições da ressonância magnética nuclear (NMR) em um volume sensível na amostra, em que cada medição na pluralidade de medições de NMR provê um sinal eletromagnético em forma de onda, em que cada medição de NMR na pluralidade de medições de NMR é executada (a) em um campo magnético homogêneo estático, (b) com uma sequência de pulsos de energia eletromagnética de radiofrequência (RF) transmitida de uma antena (24) de transmissão, e (c) com uma série de gradientes de campo magnético pulsado que são aplicados à amostra, em que a série de gradientes de campo magnético pulsado é sobreposta sobre o campo magnético homogêneo estático e a série de gradientes de campo magnético pulsado tem uma magnitude que é diferente da magnitude da série de gradientes de campo magnético pulsado em outras medições de NMR, e o instrumento de NMR (7) compreende: uma fonte de campo magnético (20) configurada para aplicar o campo magnético homogêneo ao volume sensível; uma antena de transmissão (22) configurada para transmitir um sinal de radiofrequência (RF) ao volume sensível; uma fonte de gradiente de campo magnético pulsado (23) configurada para aplicar a série de gradientes de campo magnético pulsado com várias magnitudes ao volume sensível; uma antena de recepção (24) configurada para receber os sinais em forma de onda eletromagnética do volume sensível devido ao sinal de RF e ao gradiente de campo magnético pulsado; e um processador (8, 9) configurado para: receber cada um dos sinais de forma de onda eletromagnéticos; transformar cada sinal em forma de onda recebido de um domínio de tempo em um domínio da frequência para obter uma pluralidade de sinais do domínio da frequência e comparar os sinais do domínio da frequência a uma referência para obter a informação da alteração química protônica relacionada a uma estrutura química de uma ou mais moléculas na amostra; transformar os sinais do domínio da frequência à mesma frequência como uma função da magnitude do gradiente de campo pulsado em um domínio de número complexo que quantifica as mudanças da amplitude do sinal de forma de onda para obter uma ou mais taxas de difusão em que cada taxa de difusão é associada com uma frequência correspondente; e estimar a propriedade ao usar a informação de alteração química protônica e a uma ou mais taxas de difusão.

11. Aparelho, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente uma câmara de amostra (15) configurado para conter a amostra para as medições de NMR.

12. Aparelho, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a fonte de campo magnético (20) compreende uma disposição de ímãs de Halbach (21) que circundam a câmara de amostra (15), em que a disposição (21) é configurada para aplicar o campo magnético homogêneo ao volume sensível.

13. Aparelho, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a antena de recepção (24) é uma bobina disposta dentro da câmara de amostra (15) e circunda o volume sensível.

14. Aparelho, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a câmara de amostra (15) compreende uma penetração elétrica (30) acoplada à bobina.

15. Aparelho, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a bobina é uma microbobina fabricada como um sistema microelétrico-mecânico (MEMS) e tem um diâmetro de 500 micra ou menos.

16. Aparelho, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a câmara de amostra (15) é um tubo capilar.

17. Aparelho, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que a antena de recepção (24) é uma bobina que circunda o tubo capilar.

18. Aparelho, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a fonte de gradiente de campo magnético pulsado (23) compreende uma bobina acoplada magneticamente ao volume sensível.