BR112020003191B1 - Ferramenta de ressonância magnética nuclear, método para obter dados de ressonância magnética nuclear de uma região subterrânea e composição de fundo - Google Patents

Abstract

As ferramentas de NMR são descritas com magnetização unidirecional em todo o conjunto de ímãs. Um conjunto de antena é posicionado em torno do conjunto de ímã para excitar um volume na formação subterrânea circundante. Uma camada de material de testemunho magnético macio é posicionado sob o conjunto da antena para proteger toda ou a maior parte do campo de RF gerado pela antena de RF longe dos componentes condutivos dentro da ferramenta de NMR. Os componentes condutivos podem ser membros estruturais condutivos ou um conjunto de ímãs condutivos. O material do testemunho magnético macio também molda o campo magnético estático, suavizando a variação longitudinal do campo magnético.

Description

Prioridade

[001] Este pedido é um Pedido de Continuação em parte e reivindica prioridade ao Pedido de Patente dos Estados Unidos 14/455. 495, intitulado "DOWNHOLE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE (NMR) TOOL WITH TRANSVERSAL-DIPOLE ANTENNA CONFIGURATION", depositado em 8 de agosto de 2014, nomeando Arcady Reiderman e Songhua Chen como inventores, que é um Pedido Não Provisório e reivindica prioridade parao Pedido Provisório de Patente US 61/872.362, intitulado “OBTAINING NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE (NMR) DATA FROM A SUBTERRANEAN REGION,” depositado em 30 de agosto de 2013, também denominando Reiderman et al. como inventores, cujas divulgações são aqui incorporadas por referência, na sua totalidade.

Campo da divulgação

[002] A presente divulgação refere-se geralmente a ferramentas de ressonância magnética nuclear ("NMR") e, mais especificamente, a ferramentas de NMR que possuem conjuntos de ímã unidirecional com uma camada de material de núcleo magnético macio posicionada ao redor.

Fundamentos

[003] No campo de perfilagem (por exemplo, perfilagem de cabo de aço, perfilagem durante a perfuração ("LWD") e medição durante a perfuração ("MWD")), ferramentas de NMR foram usadas para explorar a subsuperfície com base nas interações magnéticas com o material de subsuperfície. Algumas ferramentas de NMR de fundo de poço incluem um conjunto de ímã que produz um campo magnético estático e um conjunto de bobina que gera sinais de controle de radiofrequência ("RF") e detecta fenômenos de ressonância magnética no material de subsuperfície. As propriedades do material de subsuperfície podem ser identificadas a partir dos fenômenos detectados.

[004] As ferramentas convencionais de NMR têm desvantagens. Por exemplo, uma configuração convencional de NMR fornece um volume sensível cilíndrico anular e gera um campo magnético substancialmente em uma direção longitudinal no volume sensível. Aqui, existe uma limitação significativa na medida em que o ímã precisa ser não condutivo (isto é, geralmente ser transparente à RF) e, portanto, geralmente limitado ao uso de material de ferrita. A densidade de fluxo remanescente do material de ferrita não é tão resistente quanto o material magnético de terras raras desenvolvido recentemente; portanto, para atingir o mesmo campo magnético, é necessário muito mais material de ferrita, o que deixa significativamente menos espaço para manter a integridade mecânica. Além disso, o material de ferrita tem um problema de toque que limita o quão baixo é possível obter com TE, o espaçamento entre ecos (ou Tempo entre Echos), que é um importante parâmetro de perfilagem por NMR. Em aplicações LWD, é necessária uma seção transversal relativamente grande para que os componentes estruturais mantenham resistência em operações de perfuração exigentes, e esses componentes estruturais são inevitavelmente metálicos e condutivos. Sob tais condições de perfuração, as configurações convencionais de NMR tornam-se inviáveis.

Breve descrição dos desenhos

[005] A FIG. 1A é um diagrama de um exemplo de sistema de poço.

[006] A FIG. 1B é um diagrama de um exemplo de sistema de poço que inclui uma ferramenta de NMR em um ambiente de perfilagem com cabo de aço.

[007] A FIG. 1C é um diagrama de um exemplo de sistema de poço que inclui uma ferramenta de NMR em um ambiente de perfilagem durante a perfuração (LWD).

[008] A FIG. 2A é um diagrama de uma ferramenta de fundo de poço de exemplo para obter dados de NMR de uma região subterrânea.

[009] A FIG. 2B é um diagrama de outra ferramenta de fundo de poço de exemplo para obter dados de NMR de uma região subterrânea.

[010] A FIG. 3A é um gráfico que mostra a seletividade azimutal para um exemplo de ferramenta de fundo de poço.

[011] A FIG. 3B é um diagrama de uma outra ferramenta de fundo de poço de exemplo para obter dados de NMR de uma região subterrânea.

[012] A FIG. 4A é um fluxograma que mostra uma técnica de exemplo para obter dados de NMR de uma região subterrânea.

[013] A FIG. 4B é um fluxograma que mostra outra técnica de exemplo para obter dados de NMR de uma região subterrânea.

[014] As FIGS. 5A e 5B são vistas em seção explodidas de ferramentas de NMR, de acordo com modalidades alternativas da presente divulgação.

[015] As FIGS. 6A e 6B mostram resultados de modelagem de elementos finitos das ferramentas de NMR 500A e 500B, respectivamente.

[016] A FIG. 7 é um fluxograma que mostra um exemplo de processo para obter dados de NMR de uma região subterrânea usando as ferramentas de NMR 500A ou 500B.

Descrição de modalidades ilustrativas

[017] Modalidades ilustrativas e métodos relacionados da presente divulgação são descritos abaixo, pois podem ser empregados em ferramentas de NMR com conjuntos de ímãs com magnetização unidirecional e material de núcleo magnético macio ao redor. Para fins de clareza, nem todas as características de uma implementação real ou método são descritas neste relatório descritivo. Evidentemente será apreciado que no desenvolvimento de qualquer tal modalidade real numerosas decisões específicas de implementação devem ser tomadas para alcançar os objetivos específicos dos desenvolvedores, tal como conformidade com restrições relativas ao sistema e relativas ao negócio as quais variarão de uma implementação para outra. Além disso, será apreciado que um tal esforço de desenvolvimento pode ser complexo e demorado, mas, apesar disso, seria uma tarefa rotineira para os especialistas na técnica tendo o benefício desta divulgação. Aspectos e vantagens adicionais das várias modalidades e métodos relacionados da divulgação se tornarão aparentes a partir da consideração da seguinte descrição e figuras.

[018] Como descrito neste documento, modalidades e métodos ilustrativos da presente divulgação são direcionados a ferramentas de NMR com uma magnetização unidirecional em todo o conjunto de ímãs. O conjunto de ímã pode ser composto de um ou mais ímãs que produzem um campo magnético estático, cada ímã tendo uma direção de magnetização em uma direção longitudinal em todo o conjunto de ímã. Essa magnetização unidirecional fornece simetria rotacional que é especialmente adequada para LWD. Comparado aos projetos convencionais, o design unidirecional da presente divulgação tem um volume sensível mais longo que permite a perfilagem durante o disparo. O gradiente do campo magnético também é mais alto que os modelos convencionais, por isso é mais estável contra a variação das propriedades do material magnético e a variação de temperatura. Além disso, o design unidirecional pode usar uma configuração de antena que minimiza a perda de poço em um ambiente de lama com perdas.

[019] Um conjunto de antena é posicionado em torno do conjunto de ímã para excitar um volume na formação subterrânea circundante. Uma camada de material do núcleo magnético macio (por exemplo, luva magnética) é posicionada sob o conjunto da antena para proteger toda ou a maior parte do campo de RF gerado pela antena de RF longe dos componentes condutivos dentro da ferramenta de NMR. Os componentes condutivos podem ser membros estruturais condutivos ou um conjunto de ímãs condutivos. O material do núcleo magnético macio também molda o campo magnético estático, suavizando a variação longitudinal do campo magnético, um resultado muito desejável.

[020] Como mencionado anteriormente, uma desvantagem de certas ferramentas convencionais de NMR é que elas são limitadas ao uso de ímãs não condutivos feitos de material de ferrita. Os ímãs não condutivos são usados para produzir um campo magnético estático substancialmente na direção longitudinal no volume sensível da região subterrânea. Como a densidade de fluxo remanescente do material de ferrita não é tão resistente quanto os materiais magnéticos de terras raras desenvolvidos recentemente, é necessário muito mais material de ferrita, o que deixa significativamente menos espaço para manter a integridade mecânica. Além disso, o material de ferrita tem um problema de toque que limita o quão baixo é possível obter com espaçamento entre ecos, que é um importante parâmetro de perfilagem por NMR. Além disso, em aplicações LWD, é necessária uma seção transversal relativamente grande para que os componentes estruturais mantenham resistência em operações de perfuração exigentes, e esses componentes estruturais são inevitavelmente metálicos e condutivos. Portanto, o uso de tais designs de NMR em tais aplicações, especialmente aplicações de perfuração, é muito difícil, se não impossível.

[021] Por conseguinte, as modalidades ilustrativas da presente divulgação superam essas limitações através do uso de uma camada de material de núcleo magnético macio sob o conjunto da antena. Conforme descrito neste documento, o material do núcleo magnético "macio"é aquele que é facilmente magnetizado e desmagnetizado, e normalmente possui uma coercividade intrínseca inferior a 1.000 A/m (unidades de ampere/metro). A camada de material de núcleo macio pode ser incorporada de várias maneiras, como, por exemplo, uma luva magnética ou uma camada de material de núcleo macio colocada em um colar de perfuração ou outro tubular. O material do núcleo magnético macio irá proteger a maior parte ou todo o campo de RF gerado pela antena de RF (por exemplo, bobina) longe dos componentes condutivos internos. Como mencionado acima, os componentes condutivos podem ser membros da estrutura condutiva da própria ferramenta de NMR ou um conjunto de ímã condutivos. Além disso, o material do núcleo magnético macio também molda o campo magnético estático, suavizando a variação longitudinal do campo magnético, e um resultado ainda mais desejável.

[022] Além disso, as modalidades divulgadas neste documento fornecem conjuntos de ímãs tendo um ou mais ímãs magnetizados na mesma direção longitudinal e colocados todos juntos. Em certas modalidades, a área da seção transversal do ímã em direção ao centro do conjunto do ímã é maior, ou o fluxo remanescente do material magnético usado é maior ou uma combinação dos mesmos. Em ainda outras modalidades, a área da seção transversal do ímã em direção ao centro do conjunto do ímã é menor, ou o fluxo remanescente do material magnético usado é menor ou uma combinação dos mesmos. A manipulação das áreas de seção transversal de ambas as modalidades ajuda a moldar o campo magnético estático de modo que seja suavizado ao longo da direção longitudinal. Além disso, o design das ferramentas de NMR aqui descritas fornece o benefício de que o conjunto do ímã é muito menor que o design de NMR convencional - um recurso muito desejável em aplicações de LWD, porque uma ferramenta mais curta é muito mais fácil de girar ao longo do furo de poço com espaço limitado.

[023] Em algumas implementações, um instrumento de NMR ilustrativo pode oferecer soluções práticas para obter dados de NMR da subsuperfície. Em alguns casos, o instrumento pode fornecer uma razão sinal/ruído mais alta ("SNR") (por exemplo, para um determinado orçamento de energia CC), imunidade motora, seletividade azimutal das medições ou uma combinação dessas ou de outras vantagens. Em alguns casos, o instrumento pode ser robusto contra fatores ambientais e fornecer informações exatas ou precisas para análise da subsuperfície.

[024] Em algumas outras modalidades ilustrativas, um instrumento de NMR pode produzir um campo magnético estático longitudinal no volume de interesse. Em alguns exemplos, o instrumento inclui múltiplas antenas dipolo-transversais (por exemplo, duas antenas dipolo-transversais idênticas) que produzem excitação polarizada circular e fornecem detecção de bobina em quadratura. Um arranjo de múltiplas antenas ortogonais pode ser usado, por exemplo, com um ímã dipolar longitudinal que gera um campo magnético estático axial no volume de interesse. Em alguns exemplos, o instrumento inclui um arranjo de múltiplos volumes que utiliza diferentes regiões do conjunto magnético para adquirir o sinal de NMR. Em alguns exemplos, uma região de investigação tem uma forma que é adequada para medições durante o disparo da coluna de perfuração (isto é, transitando a coluna de perfuração no furo de poço). Algumas implementações de exemplo incluem uma combinação de uma resposta axialmente simétrica da antena de dipolo transversal e uma resposta axialmente simétrica da antena monopolar, que pode permitir medições de NMR unidirecional resolvidas azimutalmente em alguns casos.

[025] Várias características das ferramentas ilustrativas de NMR aqui descritas podem ser combinadas, como seria entendido pelos versados na técnica, tendo o benefício desta divulgação. Essas e outras vantagens da presente divulgação serão evidentes para os mesmos versados especializados.

[026] A FIG. 1A é um diagrama de um exemplo de sistema de poço 100a. O sistema de exemplo de poço 100a inclui um sistema de perfilagem por NMR 108 e uma região subterrânea 120 abaixo da superfície do solo 106. Um sistema de poço pode incluir recursos adicionais ou diferentes que não são mostrados na FIG. 1A. Por exemplo, o sistema de poço 100 a pode incluir componentes do sistema de perfuração adicionais, componentes do sistema de perfilagem de cabo de aço, etc.

[027] A região subterrânea ilustrativa 120 pode incluir a totalidade ou parte de uma ou mais formações ou zonas subterrâneas. A região subterrânea exemplificativa 120 mostrada na FIG. 1A inclui múltiplas camadas de subsuperfície 122 e um furo de poço 104 penetrado através das camadas de subsuperfície 122. As camadas de subsuperfície 122 podem incluir camadas sedimentares, camadas de rochas, camadas de areia ou combinações destas e outros tipos de camadas de subsuperfície. Uma ou mais das camadas de subsuperfície podem conter fluidos, como salmoura, óleo, gás, etc. Embora o furo de poço de exemplo 104 mostrado na FIG. 1A seja um furo de poço vertical, o sistema de perfilagem por NMR 108 pode ser implementado em outras orientações do furo de poço. Por exemplo, o sistema de perfilagem por NMR 108 pode ser adaptado para furos de poço horizontais, furos de poço inclinados, furos de poço curvados, furos de poço verticais ou combinações destes.

[028] O sistema de perfilagem por NMR exemplificativo 108 inclui uma ferramenta de perfilagem 102, equipamentos de superfície 112 e um subsistema de computação 110. No exemplo mostrado na FIG. 1A, a ferramenta de perfilagem 102 é uma ferramenta de perfilagem de fundo de poço que opera enquanto disposta no furo de poço 104. O equipamento de superfície exemplificativa 112 mostrado na FIG. 1A opera na ou acima da superfície 106, por exemplo, perto do topo do poço 105, para controlar a ferramenta de perfilagem 102 e possivelmente outros equipamentos de fundo de poço ou outros componentes do sistema de poço 100. O subsistema de computação exemplificativo 110 pode receber e analisar dados de perfilagem da ferramenta de perfilagem 102. Um sistema de perfilagem por NMR pode incluir recursos adicionais ou diferentes e os recursos de um sistema de perfilagem por NMR podem ser organizados e operados como representado na FIG. 1A ou de outra maneira.

[029] Em alguns casos, a totalidade ou parte do subsistema de computação 110 pode ser implementada como um componente do ou pode ser integrada com um ou mais componentes do equipamento de superfície 112 da ferramenta de perfilagem 102, ou ambos. Em alguns casos, o subsistema de computação 110 pode ser implementado como uma ou mais estruturas de computação separadas do equipamento de superfície 112 e da ferramenta de perfilagem 102.

[030] Em algumas implementações, o subsistema de computação 110 (isto é, circuito de processamento) está incorporado na ferramenta de perfilagem 102 e o subsistema de computação 110 e a ferramenta de perfilagem 102 podem operar simultaneamente enquanto posicionados no furo de poço 104. Por exemplo, embora o subsistema de computação 110 seja mostrado acima da superfície 106 no exemplo mostrado na FIG. 1A, a totalidade ou parte do subsistema de computação 110 pode residir abaixo da superfície 106, por exemplo, na ou próximo à localização da ferramenta de perfilagem 102.

[031] O sistema de poço 100 a pode incluir equipamento de comunicação ou telemetria que permite comunicação entre o subsistema de computação 110, a ferramenta de perfilagem 102 e outros componentes do sistema de perfilagem por NMR 108. Por exemplo, os componentes do sistema de perfilagem por NMR 108 podem incluir cada um ou mais transceptores ou aparelhos semelhantes para a comunicação de dados com ou sem fio entre os diversos componentes. Por exemplo, o sistema de perfilagem por NMR 108 pode incluir sistemas e aparelhos para telemetria óptica, telemetria de cabo de aço, telemetria de tubo com fio, telemetria de pulso de lama, telemetria acústica, telemetria eletromagnética ou uma combinação destas e de outros tipos de telemetria. Em alguns casos, a ferramenta de perfilagem 102 recebe comandos, sinais de estado, ou outros tipos de informações a partir do subsistema de computação 110 ou outra fonte. Em alguns casos, o subsistema de computação 110 recebe dados de perfilagem, sinais de estado ou outros tipos de informações a partir da ferramenta de perfilagem 102 ou outra fonte.

[032] As operações de perfilagem por NMR podem ser realizadas em conexão com diversos tipos de operações de fundo de poço em diversos estágios na vida de um sistema de poço. Os atributos estruturais e componentes do equipamento de superfície 112 e da ferramenta de perfilagem 102 podem ser adaptados para diversos tipos de operações de perfilagem por NMR. Por exemplo, a perfilagem por NMR pode ser realizada durante operações de perfuração, durante operações de perfilagem de cabo de aço ou em outros contextos. Dessa forma, o equipamento de superfície 112 e a ferramenta de perfilagem 102 podem incluir ou podem operar em conexão com o equipamento de perfuração, equipamento de perfilagem de cabo de aço ou outro equipamento para outros tipos de operações.

[033] Em certas modalidades ilustrativas, a ferramenta de perfilagem 102 inclui um conjunto de ímãs que inclui um ímã central e dois ímãs de peça de extremidade. Exemplos são mostrados nas FIGS. 2A, 2B e 3B. Os ímãs da peça de extremidade podem ser afastados das extremidades axiais do ímã central. As peças de extremidade, juntamente com os ímãs centrais, podem definir quatro pólos magnéticos, que podem ser dispostos para aprimorar o campo magnético estático em um volume de interesse. Em alguns casos, o ímã central define uma primeira orientação do campo magnético, e os ímãs da peça de extremidade definem uma segunda orientação do campo magnético que é ortogonal à primeira orientação do campo magnético. A ferramenta de perfilagem 102 também pode incluir múltiplas antenas dipolo-transversais ortogonais. As antenas dipolo-transversais ortogonais podem produzir excitação polarizada circular em um volume subterrâneo e adquirir uma resposta do volume por detecção de bobina em quadratura.

[034] Em algumas implementações, a ferramenta de perfilagem 102 inclui um conjunto de ímãs que produz um campo magnético em múltiplos subvolumes distintos na região subterrânea 120. Um exemplo é mostrado na FIG. 2B. Um primeiro subvolume pode ser uma região de invólucro cilíndrico alongada que se estende na direção longitudinal (paralela ao eixo do furo de poço), e o campo magnético no primeiro subvolume pode ser substancialmente uniformemente orientado ao longo da direção longitudinal. O segundo e o terceiro subvolumes podem ser espaçados das extremidades axiais do primeiro subvolume, e o campo magnético estático no segundo e no terceiro subvolumes pode ter uma orientação radial (perpendicular à direção longitudinal). O segundo e o terceiro subvolumes podem estar localizados a uma distância diferente do centro da coluna de ferramentas do que o primeiro volume. Em alguns casos, os locais do segundo e terceiro subvolumes permitem que a ferramenta de perfilagem colete informações para criação de perfil de invasão de filtrado de lama. A ferramenta de perfilagem 102 também pode incluir múltiplos conjuntos de antenas nos respectivos locais ao longo do eixo longitudinal. Cada um dos conjuntos de antenas pode detectar uma resposta de NMR de um respectivo dos subvolumes distintos.

[035] Em algumas implementações, a ferramenta de perfilagem 102 inclui um conjunto de ímã e um conjunto de antena de dipolo e monopolar transversal. Um exemplo é mostrado na FIG. 3B. O conjunto de antena dipolo transversal e monopolar pode obter uma resposta de NMR unidirecional azimutalmente seletiva a partir de um volume subterrâneo em torno do conjunto magnético. O conjunto de antena dipolo transversal e monopolar pode incluir antenas dipolo-transversais ortogonais e uma antena monopolar.

[036] Em alguns exemplos, as operações de perfilagem de NMR são realizadas durante operações de perfilagem de cabo de aço. A FIG. 1B mostra um sistema de poço de exemplo 100b que inclui a ferramenta de perfilagem 102 em um ambiente de perfilagem de cabo de aço. Em algumas operações de perfilagem de cabo de aço exemplificativas, o equipamento de superfície 112 inclui uma plataforma acima da superfície 106 equipada com uma torre 132 que suporta um cabo de aço 134 que se estende para o furo de poço 104. Operações de perfilagem de cabo de aço podem ser realizadas, por exemplo, após uma coluna de perfuração ser removida do furo de poço 104, para permitir que a ferramenta de perfilagem de cabo de aço 102 seja abaixada por cabo de aço ou por cabo de perfilagem para dentro do furo de poço 104.

[037] Em alguns exemplos, as operações de perfilagem de NMR são realizadas durante operações de perfuração. A FIG. 1C mostra um exemplo de sistema de poço 100c que inclui a ferramenta de perfilagem 102 em um ambiente LWD. A perfuração é geralmente realizada utilizando uma coluna de tubos de perfuração conectados entre si para formar uma coluna de perfuração 140 que é abaixada através de uma mesa rotativa dentro do furo de poço 104. Em alguns casos, uma sonda de perfuração 142 na superfície 106 apoia a coluna de perfuração 140, enquanto a coluna de perfuração 140 é operada para perfurar um orifício de poço penetrando a região subterrânea 120. A coluna de perfuração 140 pode incluir, por exemplo, um kelly, um tubo de perfuração, uma composição de fundo e outros componentes. A composição de fundo na coluna de perfuração pode incluir colares de perfuração, brocas de perfuração, a ferramente de perfilagem 102 e outros componentes. As ferramentas de perfilagem podem incluir ferramentas MWD, ferramentas LWD e outras.

[038] Em algumas implementações, a ferramenta de perfilagem 102 inclui uma ferramenta de NMR para obter medições de NMR da região subterrânea 120. Como mostrado por exemplo na FIG. 1B, a ferramenta de perfilagem 102 pode ser suspensa no furo de poço 104 por uma tubulação enrolada, cabo de aço ou outra estrutura que conecte a ferramenta a uma unidade de controle de superfície ou a outros componentes do equipamento de superfície 112. Em algumas implementações exemplificativas, a ferramenta de perfilagem 102 é abaixada para o fundo de uma região de interesse e, subsequentemente, retirada para cima (por exemplo, numa velocidade substancialmente constante) através da região de interesse. Como mostrado, por exemplo, na FIG. 1C, a ferramenta de perfilagem 102 pode ser implantada no furo de poço 104 em tubo de perfuração articulado, tubo de perfuração com fios ou outro hardware de implantação. Em algumas implementações exemplificativas, a ferramenta de perfilagem 102 coleta dados durante as operações de perfuração, à medida que se move no sentido descendente através da região de interesse. Em algumas implementações exemplificativas, a ferramenta de perfilagem 102 coleta dados enquanto a coluna de perfuração 140 está em movimento, por exemplo, enquanto ela está sendo manobrada para dentro ou para fora do furo de poço 104.

[039] Em algumas implementações, a ferramenta de perfilagem 102 coleta dados em pontos de perfilagem distintos no furo de poço 104. Por exemplo, a ferramenta de perfilagem 102 pode se mover para baixo ou para cima, de forma incremental, para cada ponto de perfilagem em uma série de profundidades no furo de poço 104. Em cada ponto de perfilagem, instrumentos na ferramenta de perfilagem 102 realizam medições na região subterrânea 120. Os dados de medição podem ser comunicados ao subsistema computacional 110 para armazenamento, processamento e análise. Tais dados podem ser coletados e analisados durante operações de perfuração (por exemplo, durante operações de LWD), durante operações de perfilagem de cabo de aço ou durante outros tipos de atividades.

[040] O subsistema de computação 110 pode receber e analisar os dados de medição a partir da ferramenta de perfilagem 102 para detectar propriedades de diversas camadas de subsuperfície 122. Por exemplo, o subsistema de computação 110 pode identificar a densidade, a viscosidade, a porosidade, o conteúdo do material ou outras propriedades das camadas de subsuperfície 122 com base nas medições de NMR adquiridas pela ferramenta de perfilagem 102 no furo de poço 104.

[041] Em algumas implementações, a ferramenta de perfilagem 102 obtém sinais de NMR polarizando spins nucleares na região subterrânea 120 e pulsando os núcleos com um campo magnético de RF. Diversas sequências de pulso (isto é, uma série de pulsos de radiofrequência, retardos e outras operações) podem ser utilizadas para obter sinais de NMR, incluindo a sequência Carr Purcell Meiboom Gill ("CPMG") (na qual os spins são primeiro inflexionados utilizando um pulso de inflexão seguido por uma série de pulsos de refocalização), a Optimized Refocusing Pulse Sequence ("ORPS") na qual os pulsos de refocalização são menores que 180°, uma sequência de pulsos de recuperação de saturação e outras sequências de pulso.

[042] Os sinais spin-eco adquiridos (ou outros dados de NMR) podem ser processados (por exemplo, invertidos, transformados, etc.) para uma distribuição de tempo de relaxação (por exemplo, uma distribuição dos tempos de relaxação transversal T2 ou uma distribuição de tempos de relaxação longitudinal T1), ou ambos. A distribuição de tempo de relaxação pode ser utilizada para determinar diversas propriedades físicas da formação por meio da resolução de um ou mais problemas inversos. Em alguns casos, as distribuições de tempo de relaxação são adquiridas para múltiplos pontos de perfilagem e utilizadas para treinar um modelo da região subterrânea. Em alguns casos, as distribuições de tempo de relaxação são adquiridas para múltiplos pontos de perfilagem e utilizadas para prever propriedades da região subterrânea.

[043] A FIG. 2A é um diagrama de uma ferramenta de NMR de exemplo 200A. A ferramenta de NMR de exemplo 200A inclui um conjunto de ímã que gera um campo magnético estático para produzir polarização e um conjunto de antena que (a) gera um campo magnético de RF para gerar excitação e (b) adquire sinais de NMR. No exemplo mostrado na FIG. 2A, o conjunto de ímã que inclui os ímãs da peça de extremidade 11A, 11B e um ímã central 12 gera o campo magnético estático no volume de investigação 17. No volume de investigação 17, a direção do campo magnético estático (mostrada como a seta em negrito preta sólida 18) é paralela ao eixo longitudinal do furo de poço. Em alguns exemplos, uma configuração de ímã com força de pólo duplo pode ser usada para aumentar a força do campo magnético (por exemplo, até 100-150 Gauss ou superior em alguns casos).

[044] No exemplo mostrado na FIG. 2A, o conjunto da antena 13 inclui duas antenas dipolo-transversais mutuamente ortogonais 15, 16. Em alguns casos, a ferramenta de NMR 200A pode ser implementada com uma única antena dipolo transversal. Por exemplo, uma das antenas dipolo-transversais 15, 16 pode ser omitida do conjunto da antena 13. As antenas dipolo-transversais 15, 16 de exemplo mostradas na FIG. 2A são colocadas em uma superfície externa de um núcleo magnético macio 14, que é usado para a concentração de fluxo magnético de RF. O campo magnético estático pode ser axialmente simétrico (ou substancialmente axialmente simétrico) e, portanto, pode não exigir excitação de banda mais ampla associada à perda de energia adicional. O volume de investigação pode ser feito axialmente o suficiente e espesso o suficiente (por exemplo, 20 cm de comprimento e 0,5 cm de espessura em alguns ambientes) para fornecer imunidade ou diminuir a sensibilidade ao movimento axial, movimento lateral ou ambos. Uma região de sensibilidade mais longa pode permitir a medição ao disparar a coluna de perfuração. A região de sensibilidade pode ser moldada moldando os ímãs 11A, 11B, 12 e o material magnético macio do núcleo 14.

[045] Em algumas implementações, o conjunto de antena 13 adicional ou alternativamente inclui um conjunto de bobinas integrado que executa as operações das duas antenas dipolo-transversais 15, 16. Por exemplo, a bobina integrada pode ser usada (por exemplo, em vez das duas antenas dipolo-transversais 15, 16) para produzir polarização circular e realizar a detecção da bobina de quadratura. Exemplos de conjuntos de bobinas integradas que podem ser adaptados para realizar tais operações incluem arranjos de bobinas múltiplas ou bobinas simples complexas, tais como, por exemplo, bobinas de gaiolas comumente usadas para imageamento por ressonância magnética de alto campo ("MRI").

[046] Em comparação com alguns exemplos de projetos axialmente simétricos, o uso do ímã dipolo longitudinal e do conjunto da antena dipolo transversal também tem uma vantagem de menos perdas de corrente de Foucault no fluido de formação e perfuração (isto é, "lama") no furo de poço devido a um caminho de corrente de Foucault mais longo do que para algumas antenas dipolo-longitudinais.

[047] Em alguns aspectos, as medições de NMR em vários subvolumes podem aumentar a densidade de dados e, portanto, SNR por unidade de tempo. Múltiplas medições de volume em um campo magnético estático com um gradiente radial podem ser alcançadas, por exemplo, adquirindo dados de NMR em uma segunda frequência enquanto aguarda a recuperação da magnetização nuclear (por exemplo, após um trem de pulso de CPMG) em uma primeira frequência. Um número de frequências diferentes pode ser usado para executar uma aquisição de NMR de múltiplas frequências envolvendo um número de volumes de excitação com uma profundidade de investigação diferente. Além do SNR mais alto, as medições de múltiplas frequências também podem permitir o perfil da invasão de fluido no furo de poço, permitindo uma melhor avaliação da permeabilidade das formações de terra. Outra maneira de realizar medições de vários volumes é usar diferentes regiões do conjunto magnético para adquirir um sinal de NMR. As medições de NMR dessas diferentes regiões podem ser executadas ao mesmo tempo (por exemplo, simultaneamente) ou em momentos diferentes.

[048] A FIG. 2B é um diagrama de outra ferramenta de NMR de exemplo 200B. A ferramenta de NMR de exemplo 200B também inclui um conjunto de ímã que gera um campo magnético estático para produzir polarização e um conjunto de antena que (a) gera um campo magnético de RF para gerar excitação e (b) adquire sinais de NMR. No exemplo mostrado na FIG. 2B, o conjunto de ímã produz um campo magnético com um componente axial dominante no volume de investigação 21. As direções do campo magnético de RF (produzido por duas antenas dipolo-transversais como na FIG. 2A) e o campo magnético estático nessa região são mostradas em 22. No exemplo mostrado na FIG. 2B, dois volumes distintos de investigação 24A, 24B são criados próximos aos pólos do ímã (além das extremidades axiais do ímã central), onde o campo magnético estático tem um componente predominantemente radial. As antenas de NMR de exemplo mostradas em 23A e 23B pode gerar campos magnéticos de RF nos volumes de investigação 24A e 24B perto das antenas dipolo-longitudinais. A direção longitudinal dos campos magnéticos de RF nos volumes de investigação 24A e 24B e a direção radial do campo magnético estático nos volumes de investigação 24A e 24B, são mostradas em 25A e 25B.

[049] Em alguns aspectos, uma combinação de antenas dipolo-transversais e monopolar pode ser usada para permitir medições unidirecionais seletivamente azimutalmente, sem reduzir substancialmente a SNR em alguns casos. Em alguns exemplos, a excitação por NMR pode ser substancialmente simétrica axialmente (por exemplo, usando a antena dipolo-transversal ou a antena monopolar) enquanto uma combinação de antena dipolotransversal com sensibilidade axialmente simétrica e as respostas da antena monopolar com sensibilidade axialmente simétrica podem permitir medições resolvidas azimutalmente.

[050] As FIGS. 3A e 3B ilustram aspectos de uma ferramenta de NMR seletivamente azimutalmente seletiva. A FIG. 3A é um gráfico 300A mostrando um exemplo de dados selecionados azimutalmente a partir da ferramenta de fundo de poço de exemplo 300B mostrada na FIG. 3B. A ferramenta de NMR de exemplo 300B inclui um conjunto de ímã que gera um campo magnético estático para produzir polarização e um conjunto de antena que (a) gera um campo magnético de RF para gerar excitação e (b) adquire sinais de NMR. O conjunto de antena 31 mostrado na FIG. 3B inclui uma antena monopolar e duas antenas dipolo-transversais ortogonais 35 e 36. A antena monopolar de exemplo inclui duas bobinas 37A e 37B conectadas em polaridade reversa, a fim de gerar um campo magnético de RF substancialmente radial no volume de investigação 34. Devido à reciprocidade, o mesmo arranjo da bobina pode ter uma direção de sensibilidade radial. O exemplo de campos magnéticos de RF BRF apresentados em 32 e 33 pode refletir a direção da sensibilidade total quando a resposta da antena monopolar é combinada com uma das respostas da antena dipolo-transversal.

[051] O exemplo de antena monopolar mostrada na FIG. 3B inclui um arranjo de bobinas que geram localmente um campo magnético substancialmente direcionado radialmente, ou seja, o campo que seria produzido por uma única "carga magnética"ou pólo magnético. Aqui, usamos o termo "monopolar" para distinguir esse tipo de campo magnético de um campo magnético dipolar (transversal ou longitudinal). Em alguns casos, o conjunto de antena monopolar gera campos magnéticos quase estacionários (frequência relativamente baixa). No exemplo mostrado, as bobinas 37A e 37B, que são conectadas em polaridade reversa, são duas partes de um conjunto de antena monopolar. Cada bobina por si só pode ser implementada como uma antena longitudinal padrão. Uma antena monopolar pode ser implementada de outra maneira.

[052] O gráfico polar na FIG. 3A mostra um exemplo da sensibilidade da antena, demonstrando seletividade azimutal unidirecional. Uma combinação das respostas de cada uma das antenas dipolo-transversais ortogonais com a resposta da antena monopolar pode fornecer qualquer uma das quatro direções possíveis, cobrindo todos os quadrantes do plano transversal. A rotação da coluna de perfuração durante a perfuração pode causar uma modulação de amplitude da resposta seletiva azimutalmente e, portanto, uma modulação de amplitude do sinal de relaxação de NMR (por exemplo, um trem de eco CPMG). Os parâmetros de modulação de amplitude podem indicar as variações azimutais das propriedades de NMR (por exemplo, as variações de porosidade de NMR).

[053] As bobinas 37A e 37B da antena monopolar de exemplo mostrada na FIG. 3B podem ser usadas em combinação com antenas dipolo-transversais 35 e 36, por exemplo, para obter seletividade azimutal. Qualquer uma das bobinas 37A e 37B também pode ser usada como uma antena separada (além ou sem as antenas dipolo-transversais 35, 36), por exemplo, para obter SNR. Em alguns casos, uma ferramenta de NMR é implementada com uma antena monopolar e um ímã longitudinal, sem outras antenas. Por exemplo, as antenas dipolo-transversais 35 e 36 podem ser omitidas do conjunto da antena 31 em alguns casos.

[054] A FIG. 4A é um fluxograma que mostra um exemplo de processo 400 para obter dados de NMR de uma região subterrânea; e a FIG. 4B é um fluxograma que mostra outro exemplo de processo 420 para obter dados de NMR de uma região subterrânea. Cada um dos processos 400 e 420 pode ser realizado independentemente do outro, ou os processos 400 e 420 podem ser executados simultaneamente ou em conjunto. Por exemplo, os processos 400 e 420 podem ser realizados em série ou em paralelo, ou um dos processos pode ser realizado sem executar o outro.

[055] Os processos 400 e 420 podem ser realizados por ferramentas de NMR de fundo de poço, como as ferramentas de NMR de exemplo 200A, 200B ou 300B mostradas nas FIGS. 2A, 2B e 3B, ou por outro tipo de ferramenta de NMR aqui descrita. Os processos 400 e 420 podem ser realizados por uma ferramenta de NMR de fundo de poço enquanto a ferramenta é disposta dentro de um furo de poço durante operações do sistema de poço. Por exemplo, a ferramenta de NMR de fundo de poço pode ser suspensa no furo de poço para perfilagem de cabo de aço (por exemplo, como mostrado na FIG. 1B), ou a ferramenta de NMR de fundo de poço pode ser acoplada a uma coluna de perfuração para NMR LWD (por exemplo, como mostrado na FIG. 1C).

[056] Cada um dos processos 400 e 420 pode incluir as operações mostradas nas FIGS. 4A e 4B (respectivamente), ou qualquer um dos processos pode incluir operações adicionais ou diferentes. As operações podem ser executadas na ordem mostrada nas respectivas figuras ou em outra ordem. Em alguns casos, uma ou mais das operações podem ser executadas em série ou em paralelo, durante períodos sobrepostos ou não sobrepostos. Em alguns casos, uma ou mais das operações podem ser iteradas ou repetidas, por exemplo, para um número especificado de iterações, por um período de tempo especificado ou até que uma condição final seja atingida.

[057] Em 402, no processo de exemplo 400 mostrado na FIG. 4A, a ferramenta de NMR está posicionada em um furo de poço. Em alguns casos, a ferramenta de NMR inclui um conjunto de ímãs para produzir um campo magnético em um volume na região subterrânea sobre o furo de poço. O volume pode incluir, por exemplo, toda ou parte de qualquer um dos volumes de investigação 17, 21, 24A, 24B, 34 mostrados nas FIGS. 2A, 2B ou 3B, ou outro volume de interesse. Geralmente, a ferramenta de NMR inclui um conjunto de ímãs para polarizar spins nucleares no volume de interesse e um conjunto de antenas para excitar os spins nucleares e adquirir um sinal de NMR com base na excitação.

[058] Em 404, a polarização é gerada em um volume sobre o furo de poço. A polarização é gerada por um campo magnético estático, que é produzido pelo conjunto de ímãs da ferramenta de NMR no furo de poço. A polarização refere-se à polarização magnética dos spins nucleares no volume. Em outras palavras, uma parte dos spins nucleares fica alinhada com o campo magnético estático e o volume desenvolve um momento magnético em massa. Em alguns casos, o campo magnético estático é configurado (por exemplo, pela forma e posição do conjunto do ímã) para produzir polarização longitudinal (por exemplo, paralela ao eixo longo do furo de poço) ou polarização tendo outra orientação.

[059] Em alguns exemplos, o conjunto de ímã inclui um ímã central (por exemplo, o ímã central 12 mostrado nas FIGS. 2A, 2B, 3B ou outro tipo de ímã central) e dois ímãs de peça de extremidade (por exemplo, os ímãs de peça de extremidade 11A, 11B mostrado nas FIGS. 2A, 2B, 3B ou outro tipo de ímã de peça de extremidade). Em alguns casos, os ímãs no conjunto de ímã são ímãs permanentes. Como mostrado, por exemplo, na FIG. 2A, o ímã central pode ser um ímã permanente alongado com uma primeira extremidade axial e uma segunda extremidade axial oposta, com o primeiro ímã da peça de extremidade espaçado da primeira extremidade axial do ímã central e com o segundo ímã da peça de extremidade espaçado além da segunda extremidade axial do ímã central. Em alguns casos, os dois ímãs da peça de extremidade têm uma orientação de campo magnético comum e o ímã central tem a orientação oposta do campo magnético (por exemplo, de modo que ambos os ímãs da peça de extremidade tenham uma orientação de campo magnético ortogonal à orientação do campo magnético do ímã central).

[060] Em 406, a excitação polarizada circular é gerada no volume sobre o furo de poço. A excitação polarizada circular é produzida no volume por um conjunto de antenas. Por exemplo, o conjunto de antena pode ser energizado por uma corrente de radiofrequência, que produz um campo magnético de RF no volume sobre o furo de poço. O campo magnético de RF gerado pelo conjunto de antena manipula os spins nucleares para produzir um estado de rotação excitado que possui polarização circular. Em outras palavras, a polarização de rotação resultante tem uma orientação circular (ou circunferencial) no volume sobre o furo de poço.

[061] Em alguns exemplos, o conjunto da antena inclui antenas dipolo-transversais ortogonais. O conjunto de antena 13 mostrado nas FIGS. 2A e 2B e o conjunto de antena 31 mostrado na FIG. 3B são exemplos de conjuntos de antenas que incluem duas antenas dipolo-transversais ortogonais. Cada antena 15, 16 no conjunto de antena de exemplo 13 pode produzir independentemente um campo magnético de dipolo transversal, por exemplo, conduzindo corrente de radiofrequência. Nos exemplos mostrados, cada campo magnético dipolo-transversal tem uma orientação transversal em relação ao eixo longitudinal da ferramenta de NMR. Em outras palavras, o campo magnético de dipolotransversal é orientado ortogonal ao eixo longo do furo de poço.

[062] No exemplo mostrado, o campo magnético de dipolo-transversal produzido pela antena 15 é ortogonal ao campo magnético de dipolo-transversal produzido pela outra antena 16. Por exemplo, em um sistema de coordenadas cartesianas de três direções mutuamente ortogonais, o eixo longitudinal da ferramenta de NMR pode ser considerado a direção "z" e os campos magnéticos de dipolo-transversal (produzidos pelas antenas 15, 16) são orientados ao longo as direções “x” e “y”, respectivamente.

[063] Em algumas implementações, outros tipos de excitação são produzidos pela ferramenta de NMR. Por exemplo, em alguns casos, a excitação polarizada circular é produzida em um primeiro subvolume (por exemplo, o volume da investigação 21 na FIG. 2B) pelas antenas dipolo-transversais ortogonais, e excitação com outra orientação é produzida no segundo e no terceiro subvolumes (por exemplo, os volumes de investigação 24A, 24B na FIG. 2B) que estão espaçados das extremidades axiais do primeiro subvolume. A excitação no segundo e no terceiro subvolumes pode ser produzida, por exemplo, por um campo RF dipolar longitudinal gerado por outros conjuntos de antenas (por exemplo, pelas antenas 23A e 23B na FIG. 2B). Os subvolumes distintos podem ser úteis para diferentes propósitos. Por exemplo, o primeiro subvolume pode ser alongado (paralelo ao eixo longo do furo de poço), para adquirir dados de NMR do primeiro subvolume enquanto a ferramenta de NMR se move ao longo do furo de poço (por exemplo, ao disparar uma coluna de perfuração). Em alguns casos, os outros subvolumes podem ser posicionados para adquirir dados de NMR para perfis de invasão de filtrado de lama ou outras aplicações.

[064] Em 408, um sinal de NMR de é adquirido por detecção de bobina em quadratura. O sinal de NMR é baseado na excitação gerada em 406. O sinal de NMR pode ser, por exemplo, um trem de eco, um decaimento de indução livre ("FID") ou outro tipo de sinal de NMR. Em alguns casos, os dados de NMR adquiridos incluem dados de relaxação T1, dados de relaxação T2 ou outros dados. O sinal de NMR pode ser adquirido pelo conjunto da antena que produziu a excitação ou por outro conjunto da antena. Em alguns casos, um sinal de NMR pode ser adquirido em vários subvolumes.

[065] A detecção da bobina em quadratura pode ser realizada pelas antenas dipolo- transversais ortogonais. A detecção de bobina em quadratura pode ser realizada usando duas bobinas ortogonais, cada uma captando o sinal induzido por magnetização nuclear polarizada circular (o sinal nas bobinas tem diferença de fase de 90 graus). Mesmo que durante a transmissão apenas uma bobina seja usada (por exemplo, produzindo um campo magnético de RF polarizado linear), a magnetização nuclear ainda pode ser polarizada circular. A transmissão da bobina em quadratura (duas bobinas ortogonais acionadas por correntes de RF com diferença de fase de 90 graus) pode permitir a excitação polarizada circular, o que pode ajudar a reduzir o consumo de energia em comparação com uma excitação polarizada linear em alguns casos. A detecção de bobina em quadratura pode ser usada, por exemplo, para aumentar o SNR ao excitar apenas uma bobina (não usando a excitação polarizada circular para simplificar o hardware) ou a polarização circular pode ser usada para economizar energia ao detectar sinais com uma bobina. Em alguns casos, a polarização circular e a detecção de bobina em quadratura podem ser usadas para economizar energia e aumentar o SNR. Em alguns casos, o uso de polarização circular ou detecção de bobina em quadratura (ou ambos) é eficiente quando as antenas mutuamente ortogonais são substancialmente idênticas. Isso é possível no exemplo de configuração de ímã/antena que possui um imã dipolar longitudinal e duas antenas transversais. Outras configurações que possuem uma das duas antenas menos eficientes que a outra, embora permitam antenas mutuamente ortogonais, podem não fornecer as mesmas vantagens em alguns casos.

[066] Em 410, os dados de NMR são processados. Os dados de NMR podem ser processados para identificar propriedades físicas da região subterrânea ou para extrair outros tipos de informações. Por exemplo, os dados de NMR podem ser processados para identificar densidade, viscosidade, porosidade, conteúdo do material ou outras propriedades da região subterrânea sobre o furo de poço.

[067] Em 422 no exemplo de processo 420 mostrado na FIG. 4B, a ferramenta de NMR é posicionada em um furo de poço e, em 424, a polarização é gerada em um volume sobre o furo de poço. As operações 422 e 424 na FIG. 4B são semelhantes às operações 402 e 404 mostradas na FIG. 4A. Por exemplo, a ferramenta de NMR inclui um conjunto de ímãs para polarizar spins nucleares no volume de interesse e um conjunto de antenas para excitar os spins nucleares e adquirir um sinal de NMR com base na excitação. A polarização pode ser produzida em 424 da maneira descrita em relação à operação 404 da FIG. 4A e pelo mesmo tipo de conjunto de ímã; ou a polarização pode ser produzida em 424 de outra maneira ou por outro tipo de conjunto de ímã.

[068] Em 426, a excitação é gerada em um volume sobre o furo de poço. A excitação é produzida no volume por um conjunto de antenas. Por exemplo, o conjunto de antena pode ser energizado por uma corrente de radiofrequência, que produz um campo magnético de rádio-frequência (RF) no volume sobre o furo de poço. O campo magnético de RF gerado pelo conjunto de antena manipula os spins nucleares para produzir um estado de rotação excitado. Em alguns casos, o estado de rotação tem uma excitação mais alta em uma direção azimutal selecionada, de modo que o nível de excitação de rotação varie ao longo de uma direção circular (ou circunferencial) sobre o furo de poço, por exemplo, devido a um campo magnético de RF azimutalmente seletivo.

[069] Em alguns exemplos, o conjunto da antena inclui um conjunto de antenas dipolo - transversais e monopolares. O conjunto de antena 31 mostrado na FIG. 3B é um exemplo de um conjunto de antena que inclui um conjunto de antena dipolo-transversal e monopolar. No exemplo mostrado na FIG. 3B, o conjunto de antena dipolo-transversal e monopolar inclui duas antenas dipolo-transversais ortogonais 35 e 36 em uma região central e uma antena monopolar que inclui uma primeira bobina 37A na primeira extremidade axial das antenas dipolo-transversais 35 e 36 e uma segunda bobina 37B em uma segunda extremidade axial oposta das antenas dipolo-transversais 35 e 36; as bobinas 37A e 37B da antena monopolar estão dispostas com polaridade oposta.

[070] Em 428, um sinal de NMR azimutalmente seletivo é adquirido. O sinal de NMR é baseado na excitação gerada em 426. O sinal de NMR pode ser, por exemplo, um trem de eco, um decaimento de indução livre ("FID") ou outro tipo de sinal de NMR. Em alguns casos, os dados de NMR adquiridos incluem dados de relaxação T1, dados de relaxação T2 ou outros dados. O sinal de NMR pode ser adquirido pelo conjunto da antena que produziu a excitação ou por outro conjunto da antena. Em alguns casos, o sinal de NMR é adquirido por um conjunto de antenas com sensibilidade azimutalmente seletiva, como um conjunto de antenas dipolo-transversais e monopolares.

[071] Em algumas implementações, o sinal de NMR azimutalmente seletivo é adquirido como uma combinação de múltiplas aquisições de sinal de NMR. As aquisições de sinal podem incluir, por exemplo, aquisições por uma ou mais antenas-dipolo transversais e uma ou mais antenas monopolares. Os sinais podem ser combinados para permitir medições resolvidas azimutalmente do volume sobre o furo de poço. Por exemplo, em alguns casos, uma combinação apropriada das respostas de cada uma das antenas dipolo-transversais ortogonais com a resposta da antena monopolar pode fornecer qualquer uma das quatro direções possíveis, cobrindo todos os quadrantes do plano transversal.

[072] Em 430, os dados de NMR são processados. Os dados de NMR podem ser processados para identificar propriedades físicas da região subterrânea ou para extrair outros tipos de informações. Por exemplo, os dados de NMR podem ser processados para identificar densidade, viscosidade, porosidade, conteúdo do material ou outras propriedades da região subterrânea sobre o furo de poço. Em alguns casos, os dados de NMR são processados para identificar variações azimutais na região subterrânea sobre o furo de poço. Por exemplo, girar a ferramenta de NMR pode causar uma modulação de amplitude da resposta azimutalmente seletiva. Os parâmetros de modulação de amplitude podem indicar as variações azimutais das propriedades que afetam o sinal de NMR (por exemplo, porosidade, densidade, viscosidade, conteúdo do material, etc.).

[073] A FIG. 5A é uma vista em seção explodida de uma ferramenta de NMR, de acordo com uma modalidade alternativa da presente divulgação. A ferramenta de NMR 500A inclui um conjunto de ímãs 50 que produz um campo magnético estático 56 em uma direção longitudinal (como indicado pela seta B0) no volume 56 de uma região subterrânea. Neste exemplo, o conjunto de ímã 50 tem uma direção de magnetização em uma direção longitudinal em todo o conjunto de ímã 50 (a direção de topo de poço conforme indicado pela seta na FIG. 5A). O conjunto de ímã 50 pode ser composto por um ímã ou vários ímãs colocados juntos. Na ilustração, o ímã de três peças de extremidade 50A, o ímã de peça central 50B e o ímã de peça de extremidade 50C foram acoplados ponta a ponta um ao outro para formar o conjunto de ímã 50. Como pode ser visto, as polarizações dos ímãs 50A, 50B e 50C são acopladas de modo que a direção de magnetização através de todo o conjunto de ímãs 50 esteja em uma única direção.

[074] Além disso, neste exemplo, a peça de ímã central 50B tem uma área de seção transversal maior do que os ímãs de peça de extremidade 50A e 50C. Esse recurso permite que o campo magnético no volume de interesse seja mais uniforme e maximiza a eficiência da antena para detectar esse volume de interesse. Alternativamente, o ímã de peça central 50B pode ter uma densidade de fluxo remanescente mais alta em comparação com o primeiro e o segundo ímãs de peça de extremidade 50A e 50C, que fornecem a mesma função que a seção transversal maior. Em ainda outras modalidades alternativas, o conjunto de ímã 50 pode incluir uma combinação de seções transversais maiores e densidades de fluxo remanescente mais altas.

[075] Embora não mostrado, um corpo tubular (por exemplo, colar de perfuração) é posicionado em torno do conjunto de ímã 50. Neste exemplo, uma luva magnética 54 composta por material de núcleo magnético macio é colocada em torno do corpo tubular e conjunto de ímã 50. Alternativamente, o material do núcleo magnético macio pode formar o corpo tubular. O material do núcleo magnético macio pode ser composto por, por exemplo, liga de ferro-silício, liga amorfa ou nano-cristalina, liga de níquel-ferro, ferrita macia ou cobalto ou qualquer outro material com uma coercividade intrínseca inferior a 1000 A/m. Outros exemplos incluem os materiais magnéticos macios Fluxtrol® ou Micrometals ™. Como tal, o conjunto de ímã 50 pode ser condutivo ou não condutivo. Um exemplo de um conjunto de ímã condutivo pode ser um feito de uma liga amorfa ou nano- cristalina. Um conjunto de antena 52 está posicionado em torno da luva magnética 54. O conjunto de antena 52 pode ser qualquer uma das antenas aqui descritas. Como tal, durante a excitação do volume 56, a luva magnética 54 protege o conjunto magnético 50 e outros componentes internos (por exemplo, componentes condutivos) dos sinais de RF, a fim de evitar a perda de calor (mais ruído), eficiência reduzida da antena (mais energia necessária e níveis mais baixos de sinal) e efeitos de toque (TE mais longo) causados quando os componentes condutivos não estão protegidos.

[076] Além disso, observe que em modalidades alternativas, uma luva protetora (não mostrada) pode ser colocada ao redor da luva magnética 54, a fim de proteger o material magnético macio do ambiente hostil no fundo do poço. Quando usada, a luva de proteção pode ser composta de um material transparente de RF rígido, como, por exemplo, fibra de vidro ou PEEK.

[077] A FIG. 5B é uma vista em seção explodida de uma ferramenta de NMR, de acordo com uma modalidade alternativa da presente divulgação. A ferramenta de NMR 500B é semelhante à ferramenta 500A e os elementos semelhantes se referem a elementos semelhantes. No entanto, o conjunto de ímã 60 é diferente do conjunto de ímã 50. Aqui, a ferramenta de NMR 500B inclui um conjunto de ímãs 60 que produz um campo magnético estático 56 em uma direção longitudinal (como indicado pela seta B0) no volume 56 de uma região subterrânea. Neste exemplo, o conjunto de ímã 60 tem uma direção de magnetização em uma direção longitudinal em todo o conjunto de ímã 60 (a direção de topo de poço conforme indicado pela seta na FIG. 5B). O conjunto de ímã 60 pode ser composto por um ímã ou vários ímãs colocados juntos. No exemplo, no entanto, o conjunto de ímã 60 inclui uma primeira seção de ímã que inclui a peça de ímã 60A e a peça oposta 60B, e uma segunda seção de ímã que inclui a peça de ímã 60C e a peça de extremidade oposta 60D.

[078] As peças magnéticas 60B e 60C são separadas longitudinalmente uma da outra, de modo que uma folga 62 esteja presente entre elas. A distância da folga 62 pode ser, por exemplo, 5 polegadas. A folga 62 otimiza a distribuição do campo magnético gerado pelo conjunto de ímãs 60, de modo que, a uma profundidade de investigação desejada, o campo magnético estático seja uniforme na frente da janela da antena. Como pode ser visto, as polarizações das peças magnéticas 60A-60D são acopladas de modo que a direção de magnetização através de todo o conjunto magnético 60 esteja em uma única direção através do conjunto 60.

[079] Neste exemplo, as peças de extremidade 60B e 60C são posicionadas na folga adjacente 62 e têm uma área de seção transversal menor em comparação com suas respectivas peças de extremidade opostas 60A e 60D. Alternativamente, as peças de extremidade 60B e 60C podem ter uma densidade de fluxo remanescente menor em comparação com suas respectivas peças de extremidade opostas 60A e 60D. Em ainda outras modalidades alternativas, o conjunto de ímã 60 pode incluir uma combinação de seções transversais menores e densidades de fluxo remanescente menores. O efeito dessa configuração é, novamente, um campo magnético uniforme.

[080] A FIG. 6A mostra um resultado de modelagem de elementos finitos de uma ferramenta de NMR 500A. O eixo x representa a direção transversal, enquanto o eixo y representa a direção longitudinal. Apenas metade da seção transversal é mostrada porque a configuração é axialmente simétrica. A isolina do campo estático corresponde a uma frequência de ressonância de lH (próton) de cerca de 310 kHz. A área que é mais sensível à radiação de campo de RF é a seção intermediária reta, com cerca de 35,55 cm - 40,64 cm (14”-16”) de comprimento. As bobinas podem ter 30,48 cm - 35,55 cm (12”-14”) de comprimento e são colocadas imediatamente fora do material do núcleo magnético macio. Uma vantagem da presente divulgação sobre abordagens convencionais é que a seção magnética é significativamente menor, o que permite uma ferramenta mais curta que é fácil de manobrar no fundo do poço.

[081] A FIG. 6B mostra um resultado de modelagem de elementos finitos de uma ferramenta de NMR 500B. O eixo x representa a direção transversal, enquanto o eixo y representa a direção longitudinal. Apenas metade da seção transversal é mostrada porque a configuração é axialmente simétrica. A isolina do campo estático corresponde a uma frequência de ressonância de lH (próton) de cerca de 310 kHz. A área que é mais sensível à radiação de campo de RF é a seção intermediária reta, com cerca de 45,72 cm (18”) de comprimento. As bobinas podem ter 30,48 cm - 35,55 cm (12”-14”) de comprimento e são colocadas imediatamente fora do material do núcleo magnético macio. Novamente, essa seção magnética é significativamente menor, o que permite uma ferramenta mais curta e fácil de manobrar no fundo do poço.

[082] A FIG. 7 é um fluxograma que mostra um processo de exemplo 700 para obter dados de NMR de uma região subterrânea. Em 702, uma ferramenta de NMR ilustrativa (por exemplo, ferramenta de NMR 500A ou 500B) é posicionada em um furo de poço. Em 704, o conjunto de ímã gera uma polarização sobre o furo de poço. Aqui, o conjunto de ímã pode produzir um campo magnético em uma direção longitudinal em um volume da região subterrânea. O conjunto de ímã inclui uma direção de magnetização em uma direção longitudinal em todo o conjunto de ímã. Em 706, a excitação polarizada é gerada sobre o furo de poço por um conjunto de antena posicionado em torno do conjunto de ímã. Em certas modalidades aqui descritas, a excitação polarizada pode ser excitação polarizada circular. No entanto, em 708, o conjunto do ímã é protegido da excitação polarizada usando uma luva magnética posicionada entre o conjunto do ímã e o conjunto da antena. Em 710, um sinal de resposta de NMR é adquirido do volume pelo conjunto da antena e, em 712, os dados de NMR são processados.

[083] Além disso, qualquer um dos métodos aqui descritos pode ser adquirido e processado por circuitos de processamento on-board ou remoto que incluem pelo menos um processador e um armazenamento não transitório e legível por computador, todos interconectados por um barramento do sistema. As instruções de software executáveis pelo circuito de processamento para implementar os métodos ilustrativos aqui descritos podem ser armazenadas em armazenamento local ou em algum outro meio legível por computador não transitório. Também será reconhecido que as instruções de software de posicionamento podem também ser carregadas no armazenamento a partir de um CD-ROM ou outros meios de armazenamento adequados através de métodos com fios ou sem fios.

[084] Além disso, vários aspectos da divulgação podem ser praticados com uma variedade de configurações de sistema de computador, incluindo dispositivos portáteis, sistemas de múltiplos processadores, eletrônicos à base de microprocessador ou de consumidor programáveis, minicomputadores, computadores centrais e semelhantes. Qualquer número de sistemas de computadores e redes de computadores são aceitáveis para uso com a presente divulgação. A divulgação pode ser praticada em ambientes de computação distribuída, onde as tarefas são desempenhadas por dispositivos de processamento remoto que estão ligados através de uma rede de comunicações. Em um ambiente de computação distribuída, os módulos do programa podem estar localizados tanto em uma mídia de armazenamento de computador local quanto remoto, incluindo dispositivos de armazenamento de memória. A presente divulgação pode, portanto, ser implementada em conexão com vários hardwares, softwares ou uma combinação dos mesmos em um sistema de computador ou outro sistema de processamento.

[085] As modalidades e os métodos aqui descritos ainda se referem a qualquer um ou mais dos seguintes parágrafos: 1. Uma ferramenta de ressonância magnética nuclear (‘NMR") para uso em um furo de poço posicionado em uma região subterrânea, a ferramenta de NMR compreendendo um conjunto de ímã para produzir um campo magnético em uma direção longitudinal em um volume da região subterrânea, em que o conjunto de ímã tem uma direção de magnetização em uma direção longitudinal em todo o conjunto de ímã; uma luva magnética posicionada em torno do conjunto de ímã; e um conjunto de antena posicionado em torno da luva magnética. 2. A ferramenta de NMR do parágrafo 1, em que a luva magnética compreende um material magnético macio. 3. A ferramenta de NMR dos parágrafos 1 ou 2, em que o conjunto de ímã compreende uma primeira peça de extremidade e uma segunda peça de extremidade oposta; e uma peça central posicionada entre a primeira e a segunda peças de extremidade, em que a peça central tem uma área de seção transversal maior ou uma densidade de fluxo remanescente mais alta em comparação com a primeira e a segunda peças de extremidade. 4. A ferramenta de NMR de qualquer um dos parágrafos 1-3, em que o conjunto de ímã compreende uma primeira seção de ímã e uma segunda seção de ímã longitudinalmente separadas uma da outra, de modo que haja uma folga entre elas; e a primeira e a segunda seções de ímã compreendem, cada uma, uma primeira peça de extremidade e uma segunda peça de extremidade oposta, em que as primeiras peças de extremidade são posicionadas adjacentes à folga e têm uma área de seção transversal menor ou menor densidade de fluxo remanescente em comparação com a segunda peça de extremidade. 5. A ferramenta de NMR de qualquer um dos parágrafos 1-4, em que o conjunto de antena compreende antenas dipolo-transversais ou monopolares. 6. A ferramenta de NMR de qualquer um dos parágrafos 1-5, em que a antena dipolo-transversal compreende antenas dipolo-transversais mutuamente ortogonais. 7. A ferramenta de NMR de qualquer um dos parágrafos 1-6, em que o conjunto de ímã compreende um ímã condutivo. 8. A ferramenta de NMR de qualquer um dos parágrafos 1-7, em que a ferramenta de NMR faz parte de um conjunto de coluna de perfuração. 9. A ferramenta de NMR de qualquer um dos parágrafos 1-8, em que a ferramenta de NMR faz parte de um conjunto de cabo de aço. 10. Um método para obter dados de ressonância magnética nuclear ("NMR") de uma região subterrânea, o método compreendendo produzir um campo magnético em uma direção longitudinal em um volume da região subterrânea por um conjunto de ímã posicionado em um furo de poço, o conjunto de ímã tendo uma direção de magnetização em uma direção longitudinal em todo o conjunto de ímã; produzir uma excitação polarizada no volume usando um conjunto de antena posicionado ao redor do conjunto de ímã; proteger o conjunto de ímã da excitação polarizada usando uma luva magnética posicionada entre o conjunto de ímã e o conjunto de antena; e adquirir uma resposta do volume com base na excitação polarizada produzida pelo conjunto de antena. 11. O método do parágrafo 10, em que a excitação polarizada é uma excitação polarizada circular produzida por um conjunto de antena dipolo-transversal ou monopolar. 12. O método dos parágrafos 10 ou 11, em que uma ferramenta de NMR compreende o conjunto de ímã, luva magnética e conjunto de antena; e a resposta é adquirida enquanto a ferramenta de NMR está disposta em um conjunto de coluna de perfuração posicionado em um furo de poço da região subterrânea. 13. O método de qualquer um dos parágrafos 10-12, em que uma ferramenta de NMR compreende o conjunto de ímã, luva magnética e conjunto de antena; e a resposta é adquirida enquanto a ferramenta de NMR está disposta em um conjunto de cabo de aço posicionado em um furo de poço da região subterrânea. 14. Uma composição de fundo compreendendo uma ferramenta de ressonância magnética nuclear ("NMR") posicionada em um furo de poço em uma região subterrânea, a ferramenta de NMR compreendendo um conjunto de ímã com magnetização unidirecional que produz um campo magnético em uma direção longitudinal em um volume da região subterrânea; um material de núcleo magnético macio posicionado em torno do conjunto de ímã; e um conjunto de antena posicionado em torno do material do núcleo magnético macio. 15. A composição de fundo do parágrafo 14, em que o material do núcleo magnético macio é composto de pelo menos um de ferro, níquel ou cobalto. 16. A composição de fundo dos parágrafos 14 ou 15, em que o conjunto de ímã compreende uma primeira peça de extremidade e uma segunda peça de extremidade oposta; e uma peça central posicionada entre a primeira e a segunda peças de extremidade, em que a peça central tem uma área de seção transversal maior ou uma densidade de fluxo remanescente mais alta em comparação com a primeira e a segunda peças de extremidade. 17. A composição de fundo de qualquer um dos parágrafos 14-16, em que o conjunto de ímã compreende uma primeira seção de ímã e uma segunda seção de ímã longitudinalmente separadas uma da outra, de modo que haja uma folga entre elas; e a primeira e a segunda seções de ímã compreendem, cada uma, uma primeira peça de extremidade e uma segunda peça de extremidade oposta, em que as primeiras peças de extremidade são posicionadas adjacentes à folga e têm uma área de seção transversal menor ou menor densidade de fluxo remanescente em comparação com a segunda peça de extremidade. 18. A composição de fundo de com qualquer um dos parágrafos 14 a 17, em que o conjunto de ímã compreende um ímã condutivo. 19. A composição de fundo de qualquer um dos parágrafos 14 a 18, em que o conjunto é um conjunto de coluna de perfuração. 20. A composição de fundo de qualquer um dos parágrafos 14-19, em que o conjunto é um conjunto de cabo de aço. Mais ainda, os métodos aqui descritos podem ser configuradas dentro de um sistema que compreende circuitos de processamento para implementar qualquer dos métodos ou em um meio legível por computador não transitório compreendendo instruções as quais, quando executadas por pelo menos um processador, fazem com que o processador execute qualquer um dos métodos aqui descritos. Embora várias modalidades e métodos tenham sido mostrados e descritos, a divulgação não se limita a tais modalidades e métodos e será entendida como incluindo todas as modificações e variações que seriam evidentes para um especialista na técnica. Portanto, deve ser entendido que a divulgação não se destina a ser limitada às formas particulares divulgadas. Pelo contrário, a intenção é cobrir todas as modificações, equivalentes e alternativas caindo dentro do espírito e escopo da divulgação como definidos pelas reivindicações anexas.

Claims (16)

1. Ferramenta de ressonância magnética nuclear, para uso em um furo de poço (104) posicionado em uma região subterrânea (120), a ferramenta de ressonância magnética nuclear ("NMR") (500A, 500B), caracterizadapelo fato de compreender: - um conjunto de ímã (50, 60) para produzir um campo magnético (56) em uma direção longitudinal em um volume da região subterrânea (120), sendo que a direção longitudinal é ao longo de um eixo geométrico longitudinal da ferramenta NMR (500A, 500B); - uma luva magnética (54) posicionada em torno do conjunto de ímã (50, 60); e - um conjunto de antena (52) posicionado em torno da luva magnética (54), sendo que: - o conjunto de ímã (50, 60) compreende uma primeira seção de ímã (60A, 60B) e uma segunda seção de ímã (60C, 60D) longitudinalmente separadas uma da outra, de modo que haja uma folga (62) entre elas; e - a primeira e segunda seções de ímã (60A, 60B; 60C, 60D) compreendem, cada uma, uma primeira peça de extremidade (50A) e uma segunda peça de extremidade oposta (50C), sendo que as primeiras peças de extremidade (50A) são posicionadas adjacentes à folga (62) e têm uma área de seção transversal menor ou de menor densidade de fluxo remanescente em comparação com as segundas peças de extremidade (50C).

2. Ferramenta, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadapelo fato de a luva magnética (54) compreender um material magnético macio.

3. Ferramenta, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadapelo fato de o conjunto de antena (52) compreender antenas dipolo-transversais ou monopolares.

4. Ferramenta, de acordo com a reivindicação 3, caracterizadapelo fato de a antena dipolo-transversal compreender antenas dipolo-transversais mutuamente ortogonais.

5. Ferramenta, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadapelo fato de o conjunto de ímã (50, 60) compreender um ímã condutivo.

6. Ferramenta, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadapelo fato de a ferramenta NMR (500A, 500B) fazer parte de um conjunto de coluna de perfuração.

7. Ferramenta, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadapelo fato de a ferramenta NMR (500A, 500B) fazer parte de um conjunto de cabo de aço.

8. Método para obter dados de ressonância magnética nuclear de uma região subterrânea, o método, caracterizadopelo fato de compreender: - produzir um campo magnético (56) em uma direção longitudinal em um volume sensível da região subterrânea (120) por um conjunto de ímã (50, 60) de uma ferramenta (500A, 500B) posicionada em um furo de poço (104), sendo que a direção longitudinal é ao longo de um eixo geométrico da ferramenta (500A, 500B); - produzir uma excitação polarizada no volume usando um conjunto de antena (52) posicionado ao redor do conjunto de ímã (50, 60); - proteger o conjunto de ímã (50, 60) da excitação polarizada usando uma luva magnética (54) posicionada entre o conjunto de ímã (50, 60) e o conjunto de antena (52); e - adquirir uma resposta do volume com base na excitação polarizada produzida pelo conjunto de antena (52), sendo que: - o conjunto de ímã (50, 60) compreende uma primeira seção de ímã (60A, 60B) e uma segunda seção de ímã (60C, 60D) longitudinalmente separadas uma da outra, de modo que haja uma folga (62) entre elas; e - a primeira e segunda seções de ímã (60A, 60B; 60C, 60D) compreendem, cada uma, uma primeira peça de extremidade (50A) e uma segunda peça de extremidade oposta (50C), sendo que as primeiras peças de extremidade (50A) são posicionadas adjacentes à folga (62) e têm uma área de seção transversal menor ou de menor densidade de fluxo remanescente em comparação com as segundas peças de extremidade (50C).

9. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizadopelo fato de a excitação polarizada ser uma excitação polarizada circular produzida por um conjunto de antena (52) dipolo-transversal ou monopolar.

10. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizadopelo fato de uma ferramenta de NMR (500A, 500B) compreender o conjunto de ímã (50, 60), a luva magnética (54) e o conjunto de antena (52); e - a resposta é adquirida enquanto a ferramenta de NMR (500A, 500B) está disposta em um conjunto de coluna de perfuração posicionado em um furo de poço (104) da região subterrânea (120).

11. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizadopelo fato de uma ferramenta de NMR (500A, 500B) compreender o conjunto de ímã (50, 60), a luva magnética (54) e o conjunto de antena (52); e - a resposta é adquirida enquanto a ferramenta de NMR (500A, 500B) está disposta em um conjunto de cabo de aço posicionado em um furo de poço (104) da região subterrânea (120).

12. Composição de fundo, caracterizadapelo fato de compreender uma ferramenta de ressonância magnética nuclear ("NMR") (500A, 500B) posicionada em um furo de poço (104) em uma região subterrânea (120), a ferramenta de NMR (500A, 500B), compreendendo: - um conjunto de ímã (50, 60) com magnetização unidirecional que produz um campo magnético (56) em uma direção longitudinal através de um volume sensível da região subterrânea (120), sendo que a direção longitudinal é ao longo de um eixo geométrico longitudinal da ferramenta de NMR (500A, 500B); - um material de núcleo magnético macio posicionado em torno do conjunto de ímã (50, 60); e - um conjunto de antena (52) posicionado em torno do material do núcleo magnético macio, sendo que - o conjunto de ímã (50, 60) compreende uma primeira seção de ímã (60A, 60B) e uma segunda seção de ímã (60C, 60D) longitudinalmente separadas uma da outra, de modo que haja uma folga (62) entre elas; e - a primeira e segunda seções de ímã (60A, 60B; 60C, 60D) compreendem, cada uma, uma primeira peça de extremidade (50A) e uma segunda peça de extremidade oposta (50C), sendo que as primeiras peças de extremidade (50A) são posicionadas adjacentes à folga (62) e têm uma área de seção transversal menor ou de menor densidade de fluxo remanescente em comparação com as segundas peças de extremidade (50C).

13. Composição de fundo, de acordo com a reivindicação 12, caracterizadapelo fato de o material do núcleo magnético macio ser composto de pelo menos um de ferro, níquel ou cobalto.

14. Composição de fundo, de acordo com a reivindicação 12, caracterizadapelo fato de o conjunto de ímã (50, 60) compreender um imã condutivo.

15. Composição de fundo, de acordo com a reivindicação 12, caracterizadapelo fato de ser um conjunto de coluna de perfuração.

16. Composição de fundo, de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de ser um conjunto de cabo de aço.