BR112018073332B1

BR112018073332B1 - Aparelho de ressonância magnética nuclear para estimar propriedades de uma formação de terra

Info

Publication number: BR112018073332B1
Application number: BR112018073332-6A
Authority: BR
Inventors: Marc S. Ramirez; Carl M. Edwards; Stanislav W. Forgang; Babak Kouchmeshky
Original assignee: Baker Hughes, A Ge Company, Llc
Priority date: 2016-05-27
Filing date: 2017-05-09
Publication date: 2023-01-17
Also published as: EP3465288B1; US20170343697A1; EP3465288A1; SA518400456B1; BR112018073332A2; US10145976B2; EP3465288A4; WO2017205045A1

Abstract

Um aparelho de ressonância magnética nuclear para estimar propriedades de uma formação de terra inclui um transportador configurado para ser implantado em um poço na formação de terra e pelo menos um conjunto de transmissão disposto no transportador e configurado para gerar um campo magnético oscilante em um volume de interesse dentro da formação da terra. O aparelho também inclui pelo menos um conjunto de recepção disposto no transportador e configurado para detectar um sinal de ressonância magnética nuclear (NMR) se originando no volume de interesse. Neste aparelho, o conjunto de recepção inclui pelo menos uma primeira região longitudinal com uma bobina de laço e uma bobina borboleta, o eixo central da bobina de laço estando localizado sobre uma região do conjunto de ímã onde um campo magnético estático está predominantemente ao longo de uma direção azimutal para o transportador e a bobina borboleta sendo pelo menos parcialmente sobreposta com a bobina de laço para reduzir acoplamento mútuo.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS

[0001] Este pedido reivindica o benefício do Pedido US 15/166717, depositado em 27 de maio de 2016, que é incorporado ao presente por referência em sua totalidade.

FUNDAMENTOS

[0002] A compreensão das características de formações geológicas e de fluidos localizados nas mesmas é importante para exploração e produção de hidrocarbonetos eficazes. A avaliação da formação depende da interpretação petrofísica exata derivada de um conjunto diverso de tecnologias de perfilagem. Uma dessas tecnologias, ressonância magnética nuclear (RMN), pode ser usada para estimar características de formação, tal como porosidade independente de mineralogia e permeabilidade de rochas, para realizar tipagem de fluido e determinar volumes de fluido, e para estimar características de fluido, tal como viscosidade. O projeto de ferramentas de perfilagem de RMN é crucial para alcançar alto desempenho, alta precisão de medição e confiabilidade suficiente em ambientes de alta pressão de alta temperatura extremos. Ferramentas à base de RMN podem ser transportadas para um poço durante a perfuração (por exemplo, perfilagem durante a perfuração) ou após perfuração (por exemplo, perfilagem de cabo de aço).

SUMÁRIO

[0003] Em um aparelho de ressonância magnética nuclear para estimar propriedades de uma formação de terra é divulgado. O aparelho inclui um transportador configurado para ser implantado num poço na formação de terra e pelo menos um conjunto de transmissão disposto no portador e configurado para gerar um campo magnético oscilante num volume de interesse dentro da formação de terra. O aparelho também inclui pelo menos um conjunto de recepção disposto no transportador e configurado para detectar um sinal de ressonância magnética nuclear (RMN) se originando no volume de interesse. Neste aparelho, o conjunto de recepção inclui pelo menos uma primeira região longitudinal com uma bobina de laço e uma bobina borboleta, o eixo central da bobina de laço estando localizado sobre uma região do conjunto de ímã onde um campo magnético estático está predominantemente ao longo de uma direção azimutal para o transportador e a bobina borboleta sendo pelo menos parcialmente sobreposta com a bobina de laço para reduzir acoplamento mútuo.

[0004] Em outra modalidade, um aparelho de ressonância magnética nuclear para estimar propriedades de uma formação de terra que inclui um transportador configurado para ser implantado em um poço na formação de terra e pelo menos um conjunto de transmissão disposto no transportador e configurado para gerar um campo magnético oscilante em um volume de interesse dentro da formação da terra é divulgado. O aparelho também inclui pelo menos um conjunto de recepção disposto no transportador e configurado para detectar um sinal de ressonância magnética nuclear (RMN) se originando no volume de interesse. Nesta modalidade, o conjunto de recepção inclui pelo menos uma primeira região, uma segunda região e uma terceira região, cada região deslocada longitudinalmente ao longo do aparelho de perfilagem e incluindo uma bobina de laço tendo um laço externo adicional e o laço externo adicional da bobina de laço da primeira região se sobrepõe ao laço externo adicional da bobina de laço da terceira região.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0005] A matéria que é considerada como a invenção é particularmente salientada e distintamente reivindicada nas reivindicações ao final do relatório descritivo. As características anteriores e outras características e vantagens da invenção são evidentes a partir da seguinte descrição detalhada tomada em conjunto com os desenhos anexos, nos quais:

[0006] FIG. 1 representa uma modalidade de um sistema de medição de formação que inclui um aparelho de medição de ressonância magnética nuclear (RMN) para perfilagem durante a perfuração;

[0007] FIG. 2 representa uma modalidade de um aparelho de medição de RMN para perfilagem de cabo de aço;

[0008] FIG. 3 representa conjuntos de ímãs exemplares configurados para gerar um campo magnético estático para medições de RMN juntamente com exemplos de seus campos associados;

[0009] FIGs. 4A-4B representam componentes de uma modalidade de um aparelho de medição de RMN incluindo um conjunto de ímã e um conjunto de antena de transmissão/recepção (por exemplo, uma bobina de radiofrequência (RF)) configurados para gerar um campo magnético oscilante na formação e executar recepção de sinal; Os campos estáticos (B0) e RF (B1) são mostrados para o conjunto de ímã e a antena, respectivamente

[0010] FIG. 5 mostra um exemplo de uma bobina borboleta. A bobina consiste em vários segmentos condutores em série, com um possível caminho de corrente e padrão de fluxo magnético associado exibidos;

[0011] FIG. 6 representa componentes de uma modalidade de um aparelho de medição de RMN que inclui uma matriz de antenas para recepção, em combinação com um conjunto de ímã para gerar um campo estático B0 na formação;

[0012] FIGs. 7A-7E mostram campos associados a ímãs e bobinas de uma modalidade. Em particular, a FIG. 7A representa padrões de campo magnético B0 estático resultantes de um conjunto de ímã exemplar, os campos na frente do conjunto estão primariamente ao longo da direção azimutal/circunferencial à ferramenta e as FIGs. 7B- 7E representam a localização e os campos associados relacionados com as bobinas de recepção de acordo com uma modalidade;

[0013] FIGs. 8A e 8B mostram orientações de antena empilhadas de dois elementos contendo uma bobina de laço primária e uma bobina borboleta (8A), juntamente com duas bobinas borboleta com elementos transversais ortogonais (8B), cada um dos quais resulta em altos níveis de desacoplamento mútuo indutivo entre si por geometria de segmento (isto é, simetria) e pelos padrões de fluxo magnético associados.

[0014] FIGs. 9A-9D representam vários campos magnéticos de uma modalidade. Em particular, a FIG. 9A representa padrões de campo magnético estático de um conjunto de ímã exemplar produzindo campos B0 estáticos principalmente radiais na frente de ferramenta voltada para a formação e as FIGs. 9B-9D representam os campos B1 de RF relacionados com as bobinas de recepção correspondentes de acordo com outra modalidade. Em particular, a FIG. 9B mostra uma bobina borboleta primária, a FIG. 9C mostra uma bobina de laço girada e a FIG. 9D mostra uma bobina de laço girada de modo oposto;

[0015] FIG. 10 mostra uma disposição de exemplo de bobinas de laço para reduzir acoplamento mútuo entre antenas adjacentes de uma matriz; e

[0016] FIGs. 11A-11B mostram, respectivamente, uma bobina de laço tendo sublaços externos adicionais e como tais bobinas de laço podem ser sobrepostas em uma modalidade para reduzir acoplamento indutivo mútuo entre mais de uma antena de recepção simultaneamente.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0017] Aparelhos e métodos para medir características de uma formação de terra usando técnicas de ressonância magnética são aqui descritos. Modalidades de um aparelho ou uma ferramenta de ressonância magnética nuclear (RMN) incluem uma disposição de antenas de transmissão e recepção que podem aumentar a resolução vertical e/ou a profundidade de investigação. O aparelho de RMN, numa modalidade, é um dispositivo de cabo de aço ou perfilagem durante perfuração (LWD) configurado para fazer medições numa série de profundidades ou localizações.

[0018] A disposição de antenas pode ser tal que as antenas de recepção sejam dispostas de modo que elas sejam desacopladas umas das outras. Tal desacoplamento pode ser entre bobinas adjacentes (bobinas vizinhas mais próximas) ou bobinas vizinhas não adjacentes, ou ambas. Além disso, alguma modalidade pode permitir o desacoplamento de antenas de transmissão e recepção sobrepostas, de modo que a transmissão e a recepção possam ser realizadas em antenas distintas.

[0019] Em operação, um conjunto de ímã pode incluir um ou mais ímãs distintos (por exemplo, ímãs permanentes), com cada ímã tendo uma orientação magnética selecionada. O conjunto de ímã forma um campo magnético estático que é relativamente forte em um lado do conjunto de ímã (por exemplo, o lado voltado para a formação durante as medições) e relativamente fraco ou mínimo em outro lado (por exemplo, oposto) do conjunto de ímã (por exemplo , o lado que é mais proximal à maior porção desocupada do poço durante as medições). As antenas de transmissão e/ou recepção podem ser alinhadas de modo que seus campos sejam significativamente ortogonais a um ou mais dos campos estáticos produzidos pelos ímãs para melhorar a sensibilidade no volume de formação e/ou alinhados de modo que indutância mútua entre antenas seja reduzida.

[0020] Quando implantado em um poço e atuado para realizar medições de RMN de uma formação, o conjunto de ímã gera um campo magnético externo estático que se estende para um volume de interesse na formação, e que é mais fraco ou mínimo no lado adjacente à porção não ocupada do poço. Modalidades aqui descritas proporcionam vários benefícios, tal como sensibilidade de medição melhorada.

[0021] FIG. 1 ilustra uma modalidade exemplar de um sistema de medição, aquisição de dados e/ou análise de fundo de poço 10 que inclui dispositivos ou sistemas para medição in situ de características de uma formação de terra 12. O sistema 10 inclui um aparelho de ressonância magnética, tal como uma ferramenta de RMN 14. Um exemplo do aparelho de ressonância magnética é uma ferramenta de ressonância magnética de perfilagem durante perfuração (LWD). A ferramenta 14 é configurada para gerar dados de ressonância magnética para uso na estimativa de características de uma formação, tal como porosidade, saturação de água irredutível, permeabilidade, teor de hidrocarbonetos e viscosidade de fluido.

[0022] Uma ferramenta exemplar 14 inclui uma fonte de campo magnético estático 16 (por exemplo, os ímãs descritos acima) que magnetiza materiais de formação e um conjunto de transmissor/receptor 18 (por exemplo, uma antena, matriz de antenas ou conjunto de antenas) que transmite energia de RF ou energia pulsada para fornecer um campo magnético oscilante na formação. O conjunto 18 também pode servir à função de recepção, ou podem ser utilizadas antenas receptoras distintas para esse fim. Pode ser apreciado que a ferramenta 14 pode incluir uma variedade de componentes e configurações, como é conhecido na arte da ressonância magnética nuclear ou imageamento de ressonância magnética.

[0023] A ferramenta 14 pode ser configurada como um componente de vários sistemas subterrâneos, tal como sistemas de perfilagem de poço com fio e LWD. Por exemplo, a ferramenta 14 pode ser incorporada dentro de uma coluna de perfuração 20, incluindo uma broca de perfuração 22 ou outro transportador adequado e implantada no fundo de poço, por exemplo, de uma sonda de perfuração 24 para um poço 26 durante uma operação de perfuração. A ferramenta 14 não está limitada às modalidades aqui descritas e pode ser empregada num transportador com métodos de transporte alternativos. O termo "transportador" como descrito neste documento significa qualquer dispositivo, componente de dispositivo, combinação de dispositivos, meios e/ou elemento que possa ser usado para transmitir, alojar, suportar ou, de outra forma, facilitar o uso de outro dispositivo, componente de dispositivo, combinação de dispositivos, meios e/ou elemento. Transportadores não limitativos exemplares incluem colunas de perfuração do tipo de tubulação espiralada, do tipo de tubo articulado e qualquer combinação ou porção dos mesmos. Outros exemplos de transportadores incluem tubos de revestimento, cabos de aço, sondas de cabo de aço, sondas de cabo liso, drop shots, subs de fundo de poço, composições de fundo e colunas de perfuração.

[0024] Numa modalidade, a ferramenta 14 e / ou outros componentes de fundo de poço estão equipados com equipamento de transmissão para comunicar finalmente com uma unidade de processamento de superfície 28. Tal equipamento de transmissão pode assumir qualquer forma desejada e diferentes meios e métodos de transmissão podem ser usados, tal como métodos de transmissão com fio, fibra ótica e/ou sem fio. Unidades de processamento adicionais podem ser implantadas com o transportador. Por exemplo, uma unidade de eletrônicos de fundo de poço 30 inclui vários componentes eletrônicos para facilitar receber sinais e coletar dados, transmitir dados e comandos e/ou processar dados no fundo de poço. A unidade de processamento de superfície 28, os eletrônicos 30, a ferramenta 14 e/ou outros componentes do sistema 10 incluem dispositivos conforme necessário para fornecer armazenamento e/ou processamento de dados coletados da ferramenta 14 e de outros componentes do sistema 10. Dispositivos exemplares incluem, sem limitação, pelo menos um processador, armazenamento, memória, dispositivos de entrada, dispositivos de saída e similares.

[0025] Numa modalidade, as medições de ressonância magnética são realizadas por uma ferramenta de ressonância magnética nuclear que gera um campo magnético estático (B0) num volume dentro da formação usando um ou mais ímãs (por exemplo, a fonte de campo magnético 16). Um campo magnético oscilante (por exemplo, RF) (B1) que é pelo menos substancialmente perpendicular ao campo magnético estático é gerado no volume com uma antena de RF.

[0026] Um conjunto receptor detecta o sinal de RMN excitado e captura sua relaxação de volta ao equilíbrio térmico. O sinal se origina da magnetização líquida resultante da superposição de sinal de prótons de hidrogênio individuais no fluido de formação. Estes sinais são formados usando uma série de ecos de spin (isto é, resultando em um trem de eco), que são detectados pela ferramenta, numericamente processados e, finalmente, exibidos em perfis de RMN. A amplitude destes ecos de spin é detectada em função do tempo, permitindo a detecção tanto da amplitude inicial (por exemplo, para medição de porosidade) quanto do decaimento de sinal, o que pode ser usado para derivar outras características de formação e de fluido após o procedimento de inversão de dados.

[0027] Quando os momentos magnéticos de spin de ^ de núcleos, tal como aqueles de núcleos de hidrogênio, são expostos a um campo magnético estático, eles se orientam em dois ângulos (isto é, dois níveis de energia) em relação ao campo magnético estático e precessem em torno da direção do campo magnético estático aplicado. Em campos magnéticos estáticos relativamente baixos e a altas temperaturas, típicas de uma ferramenta de perfilagem de RMN em uma formação de terra, os dois níveis de energia têm populações ligeiramente diferentes, resultando em uma magnetização líquida muito pequena. Infelizmente a magnetização líquida (estática) ao longo do campo magnético estático não pode ser detectada e requer a aplicação de um campo de RF ortogonal ao campo estático para “inclinar” a magnetização líquida para o plano transversal onde ela precessa e gera um pequeno campo magnético alternado que pode ser detectado após a aplicação de pulsos de refaseamento (também chamados de pulsos de refocagem). A taxa à qual o equilíbrio é estabelecido na magnetização líquida mediante fornecimento de um campo magnético estático é caracterizada pelo parâmetro T1, também referido como a constante de tempo de relaxação de retículo de spin. Outro parâmetro é a constante de tempo de relaxação spin-spin, T2. Ambos, T1 e T2, são amplamente utilizados para caracterizar a formação e os vários fluidos contidos dentro da formação.

[0028] FIG. 2 ilustra um exemplo de um aparelho de medição configurado como uma ferramenta de RMN 40 para perfilar uma formação previamente perfurada. A ferramenta 40 neste exemplo é configurada como uma ferramenta de cabo de aço que pode ser implantada em um poço aberto 42. A fonte de campo magnético estático inclui um ou mais conjuntos de ímãs 44. Os conjuntos de ímãs 44 aqui descritos em modalidades são ímãs permanentes, mas não são assim limitados. Em uma modalidade, os conjuntos de ímãs incluem eletroímãs, uma combinação de ímãs permanentes e eletroímãs, ou ímãs em combinação com materiais magnéticos macios. Uma ou mais antenas de transmissão e/ou recepção estão dispostas proximais a cada conjunto de ímãs permanentes 44. Neste exemplo, a ferramenta 40 inclui um conjunto de transmissor que inclui uma antena na forma de uma bobina de laço de transmissão 46 e uma antena receptora na forma de uma bobina de laço de recepção 48. As configurações de antena não estão limitadas àquelas descritas aqui. Por exemplo, as antenas podem ser enroladas circunferencialmente em torno do conjunto de ímã ou ter uma forma ou orientação diferente. Em outros exemplos, uma única bobina ou grupo de bobinas pode ser configurado tanto como um dispositivo de transmissão quanto de recepção.

[0029] Outros componentes da ferramenta incluem, por exemplo, uma sonda 50 ou outro transportador e uma unidade de eletrônicos 52 conectada às bobinas 46 e 48 e/ou ao conjunto de ímã 44. A unidade de eletrônicos 52 e/ou as bobinas são conectadas a uma localização de superfície através de um sistema de telemetria de cabo de aço 54 ou outro sistema de telemetria adequado.

[0030] Neste exemplo, a ferramenta 40 é uma ferramenta direcional colocada contra a parede de poço e configurada para gerar campos magnéticos fortes num volume de interesse dentro da formação. O conjunto de ímã 44 é orientado de modo que campos magnéticos estáticos estejam geralmente no plano transversal (isto é, x-y) perpendicular ao comprimento do poço e ao eixo de ferramenta longitudinal (o eixo z neste exemplo) e é orientado geralmente em direção ao volume de interesse. A bobina transmissora 46 neste exemplo é orientada geralmente num plano perpendicular ao eixo x e emite um campo magnético oscilante pelo menos substancialmente ao longo do eixo x. A bobina receptora 48 está orientada na mesma direção que a bobina transmissora 46. As bobinas são de "observação lateral", em que elas são orientadas para emitir um campo magnético numa região angular específica em torno do eixo de poço longitudinal (dirigido para z). Componentes tais como um braço extensível 56 podem ser incluídos e atuados para impelir o lado emissor da ferramenta 40 em direção à parede de poço, para aumentar a intensidade de campo no volume de interesse, e para reduzir ou eliminar a influência de fluidos de poço no sinal adquirido.

[0031] FIG. 3 ilustra várias modalidades de conjuntos de ímãs configuradas para gerar um campo magnético estático para medições de ressonância magnética. Cada modalidades pode ser incorporada num aparelho de medição de RMN, por exemplo, como o conjunto de ímã 44, ou em qualquer outro dispositivo de ressonância magnética de fundo de poço ou outro dispositivo que envolva gerar um campo magnético numa formação ou num poço. Cada conjunto de ímã inclui uma disposição de ímãs permanentes 60, eletroímãs, ou uma combinação de ímãs permanentes e/ou eletroímãs e seções de núcleo feitas de materiais magnéticos macios. A matriz de imãs 60 é configurada para gerar um campo magnético externo estático,B0 na formação.

[0032] Cada conjunto de ímã gera um padrão de orientações de campo magnético que resulta em um campo magnético relativamente forte em um lado do conjunto (um lado primário) e um campo magnético relativamente fraco ou mínimo em um lado oposto ou adjacente do conjunto. FIG. 3 mostra uma seção transversal num plano x-y perpendicular ao eixo longitudinal (eixo z) do aparelho de medição. A orientação dos campos magnéticos neste plano é mostrada para cada ímã por uma coleção de setas. Quando se avança ao longo de cada ímã adjacente 60 na matriz (seja linearmente ou ao longo de um caminho circunferencial), a direção angular ou fase de cada segmento de ímã muda de acordo com um padrão selecionado. Em uma modalidade, a matriz tem um padrão rotativo de orientações similar àquele da matriz de Halbach.

[0033] Padrões exemplares da matriz de ímã são mostrados na FIG. 3. As geometrias de ímã, as orientações magnéticas e os campos B0 associados são mostrados para cada padrão de exemplo. Embora os conjuntos mostrados aqui sejam cilíndricos ou semicilíndricos, outras formas e seções transversais podem ser usadas. Numa modalidade, como mostrado na FIG. 3, os ímãs 60 na matriz são colocados em contato uns com os outros e fixados uns aos outros por qualquer meio adequado. Em alguns exemplos, os imãs 60 formam uma matriz que é enrolada em torno de um centro do conjunto ao longo de um caminho circunferencial que pode ser definido pela periferia 62 da ferramenta.

[0034] Um primeiro conjunto de ímã exemplar 64 inclui uma matriz de ímãs em forma de cunha ou em forma de torta 60 formando um cilindro completo ou parcial. Um segundo conjunto 66 inclui uma matriz de imãs 60 disposta em um padrão semicircular em torno de uma porção central vazia, que pode ser usada como um conduto para rotear cabos ou fluido, ou usada para fornecer espaço para material que oferece suporte estrutural. Neste exemplo, ímãs alternados 60 no conjunto (isto é, ímã sim ímã não) têm uma orientação que está na direção radial em direção a, afastada do ou perpendicular ao centro do conjunto 66, e o padrão de campo B0 global sai da frente da ferramenta (isto é, a parte da ferramenta destinada a fazer contato com o poço) e retorna principalmente em duas localizações distintas em um dado deslocamento angular ao redor da circunferência da ferramenta.

[0035] Um terceiro conjunto 68, referido como um conjunto azimutal, também inclui um conjunto de ímãs em forma de cunha (embora possam também ser usados formatos de torta ou semelhantes) disposto numa matriz semicircular em torno de um segmento central não magnético. O conjunto 70, por exemplo, inclui uma matriz de ímãs formando um cilindro sólido, embora configurações semelhantes com materiais magnéticos macios, espaços vazios e/ou materiais fornecendo suporte estrutural também possam ser empregadas. A matriz de ímã 60 avança linearmente (por exemplo, ao longo do eixo y), e a orientação dos imãs 60 na matriz gira quando os imãs 60 avançam de uma extremidade da matriz para a outra.

[0036] Em cada modalidade mostrada na FIG. 3, o conjunto de ímã é configurado para gerar um campo magnético estático B0 que é relativamente forte e/ou tem uma área maior no lado do aparelho de medição de RMN que é dirigido em direção ao volume de interesse. Deste modo, o campo pode ser aplicado a uma região da parede de poço e/ou da formação, embora gerando uma intensidade de campo magnético menor ou mínima adjacente ao campo primário ou dirigida em direção à porção não ocupada maior do poço.

[0037] FIGs. 4A e 4B mostram uma modalidade de um aparelho de RMN que inclui um conjunto de ímã tendo uma orientação de campo estático azimutal na frente da ferramenta, isto é, voltada para o volume de interesse da formação e no plano x-y, idealmente com nenhum ou com campos dirigidos para z mínimos. O conjunto de antena inclui uma bobina de laço 104 na FIG. 4B, que é posicionada azimutalmente de modo que o campo magnético interno da bobina de laço seja dirigido em direção a um volume de interesse dentro da formação. Os campos magnéticos B0 do conjunto de ímã têm direções mostradas pelas setas na FIG. 4A que são grandemente ortogonais àquelas produzidas pelas antenas de RF. A bobina de laço, como mostrado, é apenas exemplar e pode incluir uma porção de laço externa adicional, como descrito abaixo, ou pode ter uma geometria não simétrica.

[0038] O conjunto de antena de RF está configurado para receber um campo magnético oscilante B1 dentro de uma dada faixa de frequência. Numa modalidade, a ferramenta 100 inclui uma antena configurada como uma bobina de laço 104 tendo um caminho retangular e geralmente em conformidade com a superfície externa do lado do conjunto de ímãs (grandemente perpendicular ao plano x-y). O campo magnético B1 da bobina de laço é geralmente orientado em uma direção radial ao longo do eixo de bobina central em direção à formação. As direções dos campos B1 são mostradas com gráficos de setas na FIG. 4B. Isto é, numa modalidade, a bobina de laço 104 está disposta para se sobrepor aos ímãs de modo que B1 saia do centro da bobina de laço, precisamente onde o campo estático B0 é azimutalmente (e ortogonalmente) dirigido como mostrado pelo numeral de referência 70 na FIG. 4A. A localização onde os campos B0 saem da matriz 102 é mostrada pelo numeral de referência 71 e a localização onde os campos B0 entram na matriz 102 é mostrada pelo numeral de referência 72.

[0039] Com referência agora à FIG. 5, é mostrada uma forma alternativa de uma bobina receptora 500. Este tipo de antena receptora será referido como uma bobina borboleta e inclui primeira e segunda bobinas ou laços 502a, 502b conectadas por um elemento transversal 504. No geral, os segmentos de bobina formam um caminho contínuo que produz um padrão de B1 distinto, como mostrado na FIG 5. Os símbolos “o” representam o fluxo magnético dirigido para fora da página e os símbolos “x” representam fluxo magnético dirigido para a página. No ponto de cruzamento, o fluxo magnético é dirigido horizontalmente de um laço para o outro, conforme indicado pelas setas longas.

[0040] Numa modalidade, a antena inclui uma combinação de uma ou mais bobinas de laço estendidas ao longo do comprimento do conjunto de ímãs 102 (isto é, a direção longitudinal). FIG. 6 mostra uma configuração exemplar de um aparelho de RMN, incluindo uma matriz de ímãs permanentes e um conjunto de antena de RF usado para estender a sensibilidade. Como mostrado, cada bobina de laço 104 é uma bobina receptora e a FIG. 6 é apresentada para geralmente ilustrar que cada bobina de laço 104 define uma região particular 602a- 602e. Como mostrado, as bobinas de laço são separadas umas das outras, mas, como discutido abaixo, em pelo menos uma modalidade, as bobinas de laço se sobrepõem umas às outras. Além disso, deve ser entendido que o conjunto de ímãs 102 pode ser qualquer uma das matrizes 102 descritas acima ou qualquer configuração de ímãs que gere campos estáticos semelhantes.

[0041] Numa modalidade, o conjunto de ímãs 102 é um arranjo azimutal de Halbach (por exemplo, FIG. 3). Nesta modalidade, e com referência agora à FIG. 7A, o conjunto de ímãs 102 produz um padrão de campo B0 específico. Na FIG. 7B-7D, a distribuição espacial dos campos B1 é substancialmente ortogonal ao padrão de campo B0 correspondente mostrado na FIG. 7A.

[0042] Uma primeira bobina de laço 802 é disposta de modo que o seu B1 seja dirigido principalmente de aproximadamente o centro da primeira bobina de laço em direção ao volume de interesse da formação 702. Duas bobinas borboleta 804 e 806 são dispostas de modo que os elementos transversais 604 de cada uma estejam localizados nas localizações de fluxo magnético saindo de e retornando ao conjunto de ímãs. Isto é, os elementos transversais estão dispostos de modo que seus campos B1 correspondentes (como ilustrado na FIG. 5) na localização de cruzamento sejam substancialmente perpendiculares aos campos magnéticos estáticos do conjunto de ímãs. Em outras palavras, as localizações de cruzamento são colocadas nas localizações de fluxo de saída e retorno dos ímãs (por exemplo, onde os campos B0 saem e retornam ao ímã 102) e a bobina de laço está acima do centro do ímã onde os campos B0 estão apontando azimutalmente em torno do ímã 102. Assim, como mostrado nas FIGs. 7B-7D, cada região longitudinal de uma matriz de antenas 602 pode incluir pelo menos uma bobina de laço 702 e duas bobinas borboleta 704, 706 dispostas como descrito acima.

[0043] A descrição acima focalizou na localização das bobinas de laço e borboleta em relação aos campos B0 . Com base nesta descrição, será entendido que as localizações podem ser definidas com base na minimização da indutância mútua (isto é, acoplamento) dentre bobinas receptoras. As bobinas borboleta podem ser alinhadas com precisão, seja por rotação da bobina ou variando a dimensão do laço de sobreposição, de modo que a indutância mútua seja cancelada e o acoplamento seja minimizado. Por simetria ilustrada na FIG. 5, as bobinas borboleta podem ser posicionadas de modo que seu eixo central seja igual ao eixo central de uma bobina de laço circundante ou sobreposta ou com um eixo central comum a outra bobina borboleta simétrica girada por 90 graus, isto é, com elementos transversais ortogonais entre si. Estas propriedades permitem que as bobinas sejam completamente sobrepostas ou circundadas e ainda mantenham as propriedades de acoplamento mútuo mínimo. FIGs. 8A- 8B indicam essas geometrias de dois elementos.

[0044] Com base neste princípio, e referindo-se à FIG. 7E, será ainda entendido que uma terceira bobina borboleta 710 pode ser disposta de modo que seu elemento transversal seja grandemente perpendicular àqueles da primeira e da segunda bobinas borboleta 704, 706 e de modo que seus campos B1 sejam ortogonais aos campos B0 estáticos, uma vez que os campos estáticos sejam mantidos principalmente no plano x-y transversal.

[0045] Uma modalidade alternativa é mostrada nas FIGs. 9A-9D, a qual é complementar ao anteriormente descrito. Aqui, uma bobina borboleta (900) é colocada de maneira ideal na frente do imã, onde campos B0 apontam radialmente para fora em direção à formação. Duas bobinas de laço (902, 904) são giradas em um ângulo particular (em direções opostas) para maximizar a ortogonalidade com os campos B0 estáticos, que estão na direção azimutal nos centros de bobina. Também de modo semelhante, uma terceira bobina borboleta pode ser adicionada a esta configuração se ela for girada em 90 graus, como demonstrado na FIG. 7E e como ilustrado na FIG. 8B

[0046] Como discutido acima, cada região 602 pode incluir de uma bobina de laço e até 3 bobinas borboleta em uma modalidade como descrito acima, ou até 2 bobinas de laço e 2 bobinas borboleta na segunda modalidade (FIGs. 9A-9D). Numa modalidade, as bobinas de laço primárias se sobrepõem umas às outras ao longo da direção longitudinal. Descobriu-se que a disposição das bobinas de laço 104 tal que elas se sobreponham pode levar a alto acoplamento mútuo entre elas, particularmente se for utilizado material de núcleo magnético macio para reforçar a intensidade do campo B1 da antena. Se apenas duas seções fossem necessárias, a remoção do acoplamento poderia ser realizada fornecendo uma quantidade de sobreposição que minimizasse tal acoplamento. No entanto, aqui, uma modalidade inclui pelo menos três bobinas de laço distribuídas ao longo do comprimento do ímã. Com referência agora à FIG. 11B, tal configuração poderia levar a acoplamento entre a primeira e a terceira bobinas 1102, 1106, mesmo se a primeira e a segunda bobinas 1102, 1104 fossem dispostas para reduzir o acoplamento.

[0047] Em uma modalidade, cada laço de bobina inclui pequenos laços externos 1110 e 1112, como mostrado na FIG. 11A. Estes laços externos são contíguos à bobina principal numa modalidade. O laço externo das bobinas vizinhas não adjacentes mais próximas (por exemplo, 1102 e 1106) são sobrepostas para minimizar acoplamento entre elas. A quantidade de sobreposição entre bobinas adjacentes pode ser determinada seja empiricamente ou via simulação e é baseada no dimensionamento de laço.

[0048] Em particular, e com referência à FIG. 10, um primeiro método para desacoplamento de bobina envolve eliminar ou minimizar a indutância mútua entre bobinas (isto é, fazer M21 = 0). Um método para fazer isso é aumentar a distância física entre bobinas até que a indutância mútua seja desprezível. Infelizmente, isto implica restrições severas na geometria da matriz de bobina, que é idealmente otimizada com base na maximização da sensibilidade de medições de formação. O desacoplamento de sobreposição é um caso especial para reduzir indutância mútua. Como mostrado na FIG. 10, um par de bobinas pode ser colocado de forma ideal de modo que o fluxo 1 da bobina primária (por exemplo, Φ21) para dentro e para fora de uma bobina secundária 2 seja precisamente igual e se cancele. Um benefício de desacoplamento de sobreposição é que bobinas vizinhas podem ser posicionadas de perto de modo que a bobina secundária seja altamente sensível à formação predominantemente coberta pela bobina primária e, como as medições são independentes, sinais combinados podem resultar em medições com razões de sinal para ruído mais altas através de uma faixa estendida. A flexibilidade de aquisições de múltiplos canais também permite ganhos potenciais na velocidade de perfilagem e resolução vertical mais alta.

[0049] Aparelhos de medição de ressonância magnética podem incluir uma matriz de conjuntos de antenas receptoras distribuídos em torno da circunferência da ferramenta. Cada conjunto de antena pode medir campos de modo que um volume de interesse maior possa ser interrogado.

[0050] Modalidade 1: Um aparelho de ressonância magnética nuclear para estimar propriedades de uma formação de terra, o aparelho compreendendo: um transportador configurado para ser implantado em um poço na formação de terra; pelo menos um conjunto de transmissão disposto no transportador e configurado para gerar um campo magnético oscilante em um volume de interesse dentro da formação de terra; pelo menos um conjunto receptor disposto no transportador e configurado para detectar um sinal de ressonância magnética nuclear (RMN) originário do volume de interesse; em que o conjunto receptor inclui pelo menos uma primeira região longitudinal com uma bobina de laço e uma bobina borboleta, o eixo central da bobina de laço estando localizado sobre uma região do conjunto de ímã onde um campo magnético estático está predominantemente ao longo da direção azimutal ao transportador e a bobina borboleta estando pelo menos parcialmente sobreposta com a bobina de laço para reduzir acoplamento mútuo.

[0051] Modalidade 2: O aparelho de qualquer modalidade anterior, em que a bobina borboleta é deslocada angularmente/azimutalmente em torno do conjunto magnético de modo que seu elemento transversal resida predominantemente num ponto de campos magnéticos de saída ou retorno do transportador.

[0052] Modalidade 3: O aparelho de qualquer modalidade anterior, em que a bobina borboleta tem um eixo central com a bobina de laço e o elemento transversal da bobina borboleta reside num plano que é transversal à ferramenta e substancialmente perpendicular ao eixo longitudinal.

[0053] Modalidade 4: O aparelho de qualquer modalidade anterior, em que a primeira região longitudinal inclui uma segunda bobina borboleta compreendida por dois laços e um elemento transversal que está localizada distintamente da primeira bobina borboleta e cujo elemento transversal reside predominantemente num ponto de campo magnético estático de saída ou retorno para o conjunto de ímã.

[0054] Modalidade 5. O aparelho de qualquer modalidade anterior, em que a primeira região inclui uma terceira bobina borboleta compreendida por dois laços e um elemento transversal que compartilha um eixo central com a bobina de laço, em que o elemento transversal da terceira bobina borboleta é substancialmente perpendicular aos elementos transversais da primeira e da segunda bobinas borboleta.

[0055] Modalidade 6. O aparelho de qualquer modalidade anterior, em que o conjunto de recepção inclui uma segunda região longitudinal incluindo uma bobina de laço e uma bobina borboleta, compreendidas por dois laços e um elemento transversal, a bobina de laço estando localizada predominantemente no mesmo ângulo de rotação azimutal em torno do transportador que a bobina de laço da primeira região longitudinal e a bobina borboleta estando pelo menos parcialmente sobreposta à bobina de laço na segunda região longitudinal.

[0056] Modalidade 7. O aparelho de qualquer modalidade anterior, em que a bobina de laço da primeira região e a bobina de laço da segunda região incluem cada uma um laço externo adicional.

[0057] Modalidade 8. O aparelho de qualquer modalidade anterior, em que o conjunto de recepção inclui uma terceira região longitudinal tendo uma bobina de laço e uma bobina borboleta compreendidas de dois laços e um elemento transversal.

[0058] Modalidade 9. O aparelho de qualquer modalidade anterior, em que a bobina de laço da primeira região e a bobina de laço da terceira região incluem cada uma um laço externo.

[0059] Modalidade 10. O aparelho de qualquer modalidade anterior, em que o laço externo da bobina de laço da primeira região e o laço externo da bobina de laço da terceira região se sobrepõem.

[0060] Modalidade 11. O aparelho de qualquer modalidade anterior, em que o conjunto de ímã tem um padrão rotativo de campos magnéticos num plano predominantemente transversal que é perpendicular a um eixo longitudinal do conjunto de ímã.

[0061] Modalidade 12. O aparelho de qualquer modalidade anterior, em que o conjunto de ímã é uma estrutura cilíndrica ou semicilíndrica e os componentes de ímã compreendem uma matriz linear dos ímãs longitudinalmente alongados formando a estrutura.

[0062] Modalidade 13. O aparelho de qualquer modalidade anterior, em que a primeira região longitudinal contém uma segunda bobina de laço que está localizada distintamente da primeira bobina de laço e cujo eixo central está localizado sobre uma região do conjunto de ímã onde um campo magnético estático está predominantemente ao longo da direção azimutal para o transportador.

[0063] Modalidade 14. O aparelho de qualquer modalidade anterior, em que compreende ainda uma segunda bobina borboleta compreendida por dois laços e um elemento transversal que compartilha um eixo central com a primeira bobina borboleta e cujo elemento transversal é predominantemente perpendicular aos elementos transversais da primeira bobina borboleta.

[0064] Modalidade 15. O aparelho de qualquer modalidade anterior, em que a primeira região longitudinal inclui primeira e segunda bobinas borboleta compartilhando um eixo central, a primeira bobina borboleta tendo um elemento transversal predominantemente contido num plano transversal a um eixo longitudinal do portador, a segunda bobina borboleta tendo um elemento transversal que é substancialmente perpendicular ao elemento transversal da primeira bobina borboleta.

[0065] Modalidade 16: Um aparelho de ressonância magnética nuclear para estimar propriedades de uma formação de terra, o aparelho compreendendo: um transportador configurado para ser implantado em um poço na formação de terra; pelo menos um conjunto de transmissão disposto no transportador e configurado para gerar um campo magnético oscilante em um volume de interesse dentro da formação de terra; pelo menos um conjunto receptor disposto no transportador e configurado para detectar um sinal de ressonância magnética nuclear (RMN) originário do volume de interesse; em que o conjunto receptor inclui pelo menos uma primeira região, uma segunda região e uma terceira região, cada região deslocada longitudinalmente ao longo do aparelho de perfilagem e incluindo uma bobina de laço tendo um laço externo adicional; em que o laço externo adicional da bobina de laço da primeira região se sobrepõe ao laço externo adicional da bobina de laço da terceira região.

[0066] Modalidade 17. O aparelho de qualquer modalidade anterior, em que a bobina de laço da primeira região se sobrepõe à bobina de laço da segunda região.

[0067] Modalidade 18. O aparelho de qualquer modalidade anterior, em que a bobina de laço da segunda região se sobrepõe à bobina de laço da terceira região.

[0068] Modalidade 19. O aparelho de qualquer modalidade anterior, em que a primeira região inclui uma primeira bobina borboleta compreendida de dois laços e um elemento transversal e o elemento transversal está localizado onde o campo B0 está entrando ou saindo do portador a um valor máximo ou próximo do máximo.

[0069] Modalidade 20. O aparelho de qualquer modalidade anterior, em que a primeira região inclui uma segunda bobina borboleta tendo dois laços e um elemento transversal.

[0070] Modalidade 21. O aparelho de qualquer modalidade anterior, em que a primeira região inclui uma terceira bobina borboleta tendo dois laços e um elemento transversal e o elemento transversal da terceira bobina borboleta é substancialmente perpendicular aos elementos transversais da primeira e da segunda bobinas borboleta.

[0071] Modalidade 22. O aparelho de qualquer modalidade anterior, em que a matriz de ímãs longitudinalmente alongados tem um padrão rotativo de orientações magnéticas num plano transversal predominantemente perpendicular a um eixo longitudinal do conjunto de ímã.

[0072] Modalidade 23. O aparelho de qualquer modalidade anterior, em que a primeira região inclui uma primeira bobina borboleta compreendida por dois laços e um elemento transversal cujo eixo central é compartilhado com a bobina de laço.

[0073] Em relação aos ensinamentos neste documento, várias análises e/ou componentes analíticos podem ser usados, incluindo sistemas digitais e/ou analógicos. O sistema pode ter componentes tais como um processador, meio de armazenamento, memória, entrada, saída, enlace de comunicação (com fio, sem fio, lama pulsada, óptico ou outro), interfaces de usuário, programas de software, processadores de sinais e outros componentes (tais como resistores, capacitores, indutores, etc.) para fornecer operação e análises do aparelho e métodos aqui divulgados de qualquer de várias maneiras bem apreciadas na técnica. Considera-se que estes ensinamentos podem ser, mas não precisam ser, implementados em conjunto com um conjunto de instruções executáveis por computador armazenadas em um meio legível por computador, incluindo memória (ROMs, RAMs), óptica (CD-ROMs) ou magnética (discos, discos rígidos) ou qualquer outro tipo que, quando executadas, fazem com que um computador implemente o método da presente invenção. Estas instruções podem fornecer operação de equipamento, controle, coleta e análise de dados e outras funções consideradas relevantes por um projetista de sistema, proprietário, usuário ou tal outro pessoal, além das funções descritas nesta divulgação.

[0074] Aquele versado na técnica reconhecerá que os vários componentes ou várias tecnologias podem fornecer certa funcionalidade ou certas características necessárias ou benéficas. Consequentemente, estas funções e características, conforme possam ser necessárias em apoio às reivindicações anexas e variações das mesmas, são reconhecidas como estando incluídas inerentemente como uma parte dos ensinamentos no presente documento e uma parte da invenção divulgada.

[0075] Embora a invenção tenha sido descrita com referência às modalidades exemplares, será entendido pelos versados na técnica que várias mudanças podem ser feitas e equivalentes podem ser usados em lugar de elementos da mesma sem afastamento do escopo da invenção. Além disso, muitas modificações serão apreciadas por aqueles versados na técnica para adaptar um instrumento, situação ou material particular aos ensinamentos da invenção sem afastamento do escopo essencial da mesma. Portanto, pretende-se que a invenção não seja limitada à modalidade particular divulgada como o melhor modo contemplado para realizar esta invenção.

Claims

1. Aparelho de ressonância magnética nuclear para estimar propriedades de uma formação de terra (12), o aparelho compreendendo: um transportador configurado para ser implantado em um poço (26) em uma formação de terra (12), o transportador tendo um eixo longitudinal; pelo menos um conjunto de imã (44) disposto no transportador para gerar um campo magnético estático (16) dentro de um volume de interesse dentro da formação de terra (12); pelo menos um conjunto de transmissão (18) disposto no transportador e configurado para gerar um campo magnético oscilante no volume de interesse dentro da formação de terra (12); e pelo menos um conjunto de recepção (18) disposto no transportador e configurado para detectar um sinal de ressonância magnética nuclear (RMN) se originando no volume de interesse; em que o conjunto de recepção (18) inclui pelo menos uma primeira região longitudinal com uma bobina de laço, o eixo central da bobina de laço estando localizado sobre uma região do conjunto de ímã (44) onde o campo magnético estático (16) está predominantemente ao longo de uma direção azimutal ao transportador, o aparelho caracterizado pelo fato de que o conjunto de recepção na primeira região longitudinal inclui adicionalmente uma bobina borboleta, a bobina borboleta sendo pelo menos parcialmente sobreposta com a bobina de laço para reduzir o acoplamento mútuo.

2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a bobina borboleta está desviada angularmente/azimutalmente em torno do conjunto de ímã (44), de modo que um elemento transversal dela resida predominantemente em um ponto de saída ou retorno de campos magnéticos estáticos (16) do transportador.

3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a bobina borboleta compartilha um eixo central com a bobina de laço e um elemento transversal da bobina borboleta reside em um plano que é substancialmente transversal ao transportador e perpendicular ao eixo longitudinal.

4. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a primeira região longitudinal inclui uma segunda bobina borboleta, compreendida por dois laços e um elemento transversal, que está localizado distintamente da primeira bobina borboleta e cujo elemento transversal reside predominantemente em um ponto de campo magnético de saída ou retorno (16) para o conjunto de ímã (44).

5. Aparelho, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a primeira região longitudinal inclui uma terceira bobina borboleta, compreendida por dois laços e um elemento transversal, que compartilha um eixo central com a bobina de laço, em que o elemento transversal da terceira bobina borboleta é substancialmente perpendicular aos elementos transversais da primeira e da segunda bobinas borboleta.

6. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o conjunto de recepção (18) inclui uma segunda região longitudinal incluindo uma bobina de laço e uma bobina borboleta, compreendidas por dois laços e um elemento transversal, a bobina de laço da segunda região longitudinal estando localizada predominantemente no mesmo ângulo de rotação azimutal em torno do transportador que a bobina de laço da primeira região longitudinal e a bobina borboleta estando pelo menos parcialmente sobreposta à bobina de laço na segunda região longitudinal.

7. Aparelho, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a bobina de laço da primeira região e a bobina de laço da segunda região incluem, cada uma, um laço externo adicional.

8. Aparelho, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o conjunto de recepção inclui uma terceira região longitudinal tendo uma bobina de laço e uma bobina borboleta, compreendidas de dois laços e um elemento transversal.

9. Aparelho, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a bobina de laço da primeira região e a bobina de laço da terceira região incluem cada uma um laço externo.

10. Aparelho, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o laço externo da bobina de laço da primeira região e o laço externo da bobina de laço da terceira região se sobrepõem.

11. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o conjunto de ímã (44) tem um padrão rotativo de campos magnéticos num plano predominantemente transversal que é perpendicular a um eixo longitudinal do conjunto de ímã (44).

12. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o conjunto de ímã (44) é uma estrutura cilíndrica ou semicilíndrica e os componentes de ímã dele compreendem uma matriz linear dos ímãs longitudinalmente alongados.

13. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a primeira região longitudinal contém uma segunda bobina de laço que está localizada distintamente da bobina de laço, e cujo eixo central está localizado sobre uma região do conjunto de ímã (44) onde um campo magnético estático (16) está predominantemente ao longo da direção azimutal para o transportador.

14. Aparelho, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma segunda bobina borboleta compreendida por dois laços e um elemento transversal que compartilha um eixo central com a bobina borboleta, e cujo elemento transversal é substancialmente perpendicular a um elemento transversal da bobina borboleta.

15. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a primeira região longitudinal inclui uma segunda bobinas borboleta compartilhando um eixo central com a bobina borboleta, um elemento transversal da bobina borboleta sendo predominantemente contido em um plano transversal a um eixo longitudinal do transportador, a segunda bobina borboleta tendo um elemento transversal que é predominantemente perpendicular ao elemento transversal da bobina borboleta.