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Hintergrund
der Erfindung
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Gebiet der
Erfindung
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Die
Erfindung betrifft das Gebiet der Kernspinresonanz ("NMR")-Vorrichtungen und
-Verfahren. Insbesondere betrifft die Erfindung das Detektieren
und Schätzen
des Effekts der transversalen Bewegung des NMR-Werkzeugs, das in
der Bohrlochmessung in Ölquellen
verwendet wird, auf das Signal-Rauschverhältnis durch
das Verwenden sowohl von In-Phasen als auch phasenverschobenen Messungen
von Spinechos.
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Beschreibung
des Stands der Technik
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Die
NMR hat Anwendungen in verschiedenen Gebieten, von medizinischen
Anwendungen bis hin zu Ölquellen-Bohrlochmessungsanwendungen.
Beim Ölquellen-Testen
wird NMR verwendet, um unter anderem die Porosität des Materials, die Menge
von gebundener Flüssigkeit
in dem Volumen, die Permeabilität
und den Formationstyp sowie den Ölgehalt
zu bestimmen.
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Eine
geläufige
Technik in der Bohrlochvermessung verwendet ein NMR-Werkzeug zum
Sammeln von Informationen während
des Bohrvorgangs. Diese Technik ist als Bohrlochmessung während des
Bohrens (LWD) oder Messung während
des Bohrens (MWD) bekannt und erfordert, dass das NMR-Werkzeug als
ein Teil des Bohrbodens der Lochanordnung integriert ist. Dieser
Vorgang steigert deutlich die Geschwindigkeit, mit welcher Information
gesammelt wird, und reduziert infolge dessen die Kosten der Gewinnung
von Tieflochinformationen. Dieses Werkzeug kann beispielsweise dasjenige
sein, das in dem US-Patent
Nr. 5,280,243 mit dem Titel "System
For Logging a Well during the Drilling Thereof", das Miller erteilt wurde, umrissen
ist. Die darin offenbarte Vorrichtung umfasst einen Permanentmagneten,
der ein statisches Magnetfeld in das umgebende Volumen induziert.
Zudem hat eine Antenne, die orthogonal zu diesem Magneten ausgerichtet
ist, den Zweck, Radiofrequenz (RF)-Pulse in das Gebiet einzuführen. Die
gleiche oder eine andere Antenne wird verwendet, um die aus dem
Volumen zurückkehrenden
Signale zu empfangen.
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Typischerweise
werden in Anwesenheit des Permanentmagneten Kernspins sich entweder
parallel oder antiparallel zu dem statischen Magnetfeld ausrichten
und insgesamt eine magnetische Polarisation erzeugen, die als Volumenmagnetisierung
bezeichnet wird. Ein durch diese Antenne gesendeter elektrischer
Radiofrequenzpuls induziert ein weiteres Magnetfeld in der Region.
Wenn dieses induzierte Magnetfeld senkrecht zu dem Feld des Permanentmagneten
ist, reorientiert der induzierte Magnetfeldpuls die Richtung der
einzelnen Spins senkrecht zur Richtung des statischen Felds und
zu der Richtung des induzierten Magnetfelds. Nach dem Entfernen
des Radiofrequenzpulses werden die Spins durch das Wiederausrichten
in ihrer ursprünglichen Orientierung
entlang der Achse des statischen Feldes relaxieren. Die Relaxation
der Spins in ihre ursprüngliche
Richtung geschieht über
ein charakteristisches Zeitintervall, welches als die Spin-Gitterrelaxationszeit
T1 bekannt ist. Diese Relaxation induziert eine Spannung in der
Empfängerantenne.
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Die
senkrecht zu dem statischen Feld orientierten Spins vollziehen andere
Bewegungen, die gemessen werden können. Der Spinvektor relaxiert
aus dieser transversalen Richtung in einer charakteristischen Zeit,
die als Spin-Spinrelaxationszeit
oder transversale Relaxationszeit T2 bekannt ist. Typischerweise
kann ein Muster von RF-Pulsen verwendet werden, um T2 zu bestimmen.
Ein gemeinhin verwendetes Pulsmuster ist als die Carr-Purcell-Meiboom-Gill
(CPMG)-Sequenz bekannt. Die CPMG wird von einem gepulsten Magnetfeld,
welches in eine Richtung orthogonal zu dem statischen Magnetfeld
angewendet wird gefolgt von verschiedenen Pulsen, die in vorgegebenen
Zeitintervallen in einer Richtung angewendet werden, die jeweils senkrecht
zu sowohl der Richtung des ersten Pulses als auch der Richtung des
statischen Magnetfelds sind, gebildet. Der erste Puls der CPMG-Sequenz
ist als der A-Puls bekannt und tritt typischerweise über eine
kurze Zeitskala in Vergleich zu der Relaxationszeit T2 auf. Als
Reaktion auf den A-Puls werden die Spinvektoren der Kerne sich entlang
einer gemeinsamen Richtung in der Ebene, die senkrecht zu dem statischen
Magnetfeld verläuft,
ausrichten. Wenn ein einzelner Spinvektor senkrecht zu einem angewendeten
externen Feld ausgerichtet ist, wird er eine Präzession um das Feld mit einer
als die Larmor-Frequenz bekannten Präzessionsfrequenz ausführen, welche
in Beziehung zur Stärke
des angewendeten Feldes steht. Durch Inhomogenitäten im Magnetfeld werden einige
Spins eine schnellere Präzession
ausführen,
während
andere Spins eine langsamere Präzession
ausführen.
Daher werden nach einer Zeit, die lang im Vergleich zur Präzessionsperiode
und kurz im Vergleich zu T1 ist, die Spins
nicht mehr in Phase präzessieren.
Die Diffusion der Präzessionsphase
findet über
eine Zeitskala T2* statt. Für eine annehmbare
Beobachtung ist es am besten, wenn T2 >> T2* gilt.
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Der
B-Puls der CPMG-Sequenz dauert doppelt so lang wie der A-Puls und
ist ebenfalls kurz im Vergleich der Präzessionsperioden und der Relaxationszeit.
Die Anwendung des B-Pulses gibt den Kernspins eine axiale Rotation
um 180°,
ausgehend von ihrer unmittelbar vorausgehenden Orientierung. In
der neuen Orientierung nach der Anwendung des B-Pulses sind die
Spins, die vorher durch den A-Puls aus ihrer gemeinsamen Orientierung
auseinanderliefen, nun in diese Orientierung zurückkehrend. Außerdem werden
durch das Umkehren der räumlichen
Beziehung der führenden
und der hinterherhinkenden Präzessoren
die Spins sich nun in Phase zurückbewegen.
Wenn die Spins wieder parallel ausgerichtet sind, ist der Gesamteffekt
dieser Ausrichtung ein Spinecho. Der plötzliche magnetische Puls des
Spinechos induziert eine Spannung in der Empfängerantenne.
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Wenn
die Spins sich einmal wieder ausgerichtet haben und das Spinecho
produziert haben, werden sie natürlich
die Phase wieder verlieren. Die Anwendung eines weiteren B-Pulses
klappt die Spinorientierung um weitere 180° und bildet die Voraussetzung
für ein
weiteres Spinecho. Durch die Verwendung eines Zugs von B-Pulsen
kann das CPMG-Pulsmuster eine Reihe von Spinechos produzieren. Die
Amplitude des Zugs von Spinechos nimmt entsprechend der Relaxationszeit
T2 ab. Die Kenntnis von T1 und
T2 gibt nötige Informationen über die
Eigenschaften des untersuchten Materials.
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Die
für T1 und T2 durchgeführten Messungen
verlangen, dass die NMR-Messvorrichtung über die geeignete Zeitperiode
stillsteht. Eine typische Messperiode kann jedoch über 300
ms dauern. Über
eine Testperiode, die hinreichend lang ist, wird die Messvorrichtung
gegenüber
Bewegung aus ihrer Anfangsposition empfindlich sein. Zu Beginn der
Testperiode mag der Permanentmagnet die Spins vom Kern, die in einem
gegebenen Volumen sind, polarisieren, welches in 6 als
schraffiertes Volumen 20a sichtbar ist. Es ist notwendig,
dass eine bestimmte Zeit verstreicht, damit diese Spins vollständig polarisiert
werden. Wenn das NMR-Werkzeug sich während dieser Zeit bewegt, ändert das
Volumen 20a seine Position wie in 7 dargestellt.
In dieser neuen Position, enthält
das Volumen 20a nur einen Teil des ursprünglichen,
in 6 dargestellten Volumens und die Empfängerantenne
wird notwendigerweise ungesättigte
Spins aus dem neuen Volumen aufnehmen. Das neue Volumen enthält Spins,
die stattdessen nicht sauber an dem statischen Feld ausgerichtet
sind. Dieser Effekt wird typischerweise als "Hereinbringen frischer Spins" bezeichnet und ist
eine Quelle von Fehlern in dem Detektionssignal. Als ein Beispiel
kann die Messung ein gebundenes Flüssigkeitsvolumen (BFV) ergeben,
das höher
ist als das tatsächlich
in dem Gebiet vorhandene Volumen.
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Verschiedene
Verfahren wurden vorgeschlagen, um Bewegung zu detektieren und um
sich der Probleme, die diese Bewegung bringt, anzunehmen. Unter
diesen Verfahren gibt es die Verwendung von Dehnungsmessgeräten, einem
Ultraschall-Abstandsmesser,
einem Beschleunigungsmesser oder einem Magnetometer. Diese Anordnungen
sind in der PCT-Anmeldung Nr. PCT/US 97/23975 mit dem Titel "Method for Formation
Evaluation While Drilling" beschrieben,
die am 29. Dezember 1997 eingereicht wurde. Diese Bewegungs-Detektionsvorrichtungen
dienen dazu, eine Schwelle zu setzen, um die Qualität der aufgenommenen Daten
zu etablieren. Sie sind jedoch kein Mittel, um Korrekturen durchzuführen, die
die Qualität
der Daten erhalten könnten.
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Eine
weitere vorgeschlagene Vorrichtung ist in der Europäischen Patentanmeldung
99 401 939.6 mit dem Titel "Detecting
tool motion effects on nuclear magnetic resonance measurements" dargelegt. Diese
Anmeldung verwendet verschiedene Geometrien und magnetische Gradienten,
um die Werkzeugbewegung zu messen. Sind die gleichen Bewegungsraten
des NMR-Werkzeugs vorgegeben, werden die Signale aus zwei Gebieten
mit verschiedenen angewendeten magnetischen Gradienten mit unterschiedlichen
Raten zerfallen. In der Anwendung macht es der Aufbau einer Vorrichtung
mit zwei Magnetfeldgradienten möglich,
beide Signale zu erhalten und dadurch die Bewegungsgeschwindigkeit
und die notwendigen Korrekturen zu bestimmen. Ähnliche Informationen können aus
der Messung von Spinechos in zwei radial benachbarten Gebieten gewonnen
werden.
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Verschiedene
Magnetfeldgradienten können
leicht dadurch erreicht werden, dass verschiedene Permanentmagneten
in verschiedenen räumlichen
Anordnungen zueinander platziert werden. Beispielsweise kann das
Verkürzen
des Abstands zwischen den Nordpolen der Magnete den Magnetfeldgradienten
erhöhen. NMR-Signale,
die aus Gebieten mit höheren
Magnetfeldgradienten empfangen werden, sind empfindlicher bezüglich Bewegung
als diejenigen, die aus Gebieten mit geringerem Magnetfeldgradienten
empfangen werden. Genauer gesagt zerfällt, wenn das NMR-Werkzeug
in Bewegung ist, ein Signal, das aus einer Region mit hohem Gradienten
empfangen wurde, in einer langsameren Rate als ein Signal, das aus
einer Region mit geringem Gradienten kommt. Das Vergleichen der
relativen Zerfallsraten von jeder Region ermöglicht die Bestimmung der Bewegungsstärke des
NMR-Werkzeugs. Fehlerhafte Berechnungen können zustandekommen, da die
Gebiete mit geringem Gradienten und die Gebiete mit hohem Gradienten
verschiedene Volumen sind.
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Ein
weiteres Verfahren, das gelehrt wurde, ist, die Pulssequenz auf
10 ms statt auf 300 ms zu trunkieren. Diese Prozedur wird in dem
US-Patent 5,705,927, das Kleinberg erteilt wurde, gelehrt. In derart
kurzen Zeiten bleibt die Qualität
der Daten akzeptabel. Es wird jedoch nicht immer genug Daten geben,
um Werte für T
2 zu extrapolieren. Die
US 5,486,762 lehrt ein Verfahren zum
Berechnen eines Phasenschätzers.
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Es
besteht ein Bedarf nach einem Verfahren zum Bestimmen von Indikatoren
dafür,
dass die Datenqualität
wahrscheinlich akzeptabel ist, aus den NMR-Signalen selbst. Die
vorliegende Erfindung befriedigt diesen Bedarf.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung ist ein Verfahren zum Durchführen von
Kernspinresonanz (NMR)-Messungen. Ein Magnet auf einem NMR-Werkzeug
wird verwendet, um ein statisches Magnetfeld in einem Volumen zu
erzeugen, welches Materialien enthält, die analysiert werden sollen.
Eine Radiofrequenz (RF)-Transmitterantenne
auf dem NMR-Werkzeug induziert ein RF-Magnetfeld in dem Volumen
und regt Kernspins von Kernen darin an, wobei das RF-Magnetfeld
im Wesentlichen orthogonal zu dem statischen Feld in dem besagten
Volumen ist. Wenn das Werkzeug einer transversalen Bewegung unterliegt,
werden die Spinechosignale durch die Werkzeugbewegung beeinflusst.
Eine Empfängerantenne
wird verwendet, um phasengleiche und Quadratur-Komponenten von Signalen
in den angeregten Kern zu empfangen. Ein Phasendriftindikator kann
aus den In-Phasen- und
Quadratur-Komponenten von den Signalen bestimmt werden. Dieser Phasendriftindikator
ist diagnostisch für
Werkzeugbewegung.
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Das
Verfahren nach der vorliegenden Erfindung kann mit jedem aus einer
Anzahl von verschiedenen Typen von Bohrlochmesswerkzeugen mit verschiedenen
Magnet- und Spulenkonfigurationen verwendet werden. Diese umfassen
Werkzeuge mit gegenüberliegenden
Magneten und transversalen Dipolmagneten.
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Das
Verfahren der vorliegenden Erfindung kann mit konventionellen CPMG-Sequenzen
oder mit modifizierten Sequenzen für reduzierten Energieverbrauch
mit B-Pulsen, die kleiner als 180° sind,
verwendet werden. Phasenalternierte Paare von Messungen können verwendet
werden, um die Auswirkungen von Nachschwingen zu reduzieren.
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Der
Phasendriftindikator wird vorzugsweise als das Verhältnis einer
begrenzten Summe der Magnituden der Quadratur-Komponenten-Signale zu der begrenzten
Summe der Magnituden der In-Phasen Komponentensignale bestimmt.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 zeigt
einen Graphen von In-Phasen Echospinsignalen als Antwort auf einen
idealisierten CPMG-Puls für
transversale Geschwindigkeiten von v = 0,2 und 4 mm/s für die Zeit
von t = 0 ms bis t = 5 ms und dann für eine Zeit nahe t = 153 ms.
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2 zeigt
einen Graphen von phasenverschobenen Echospinsignalen als Antwort
auf einen idealisierten CPMG-Puls für transversale Geschwindigkeiten
von v = 0,2 und 4 mm/s für
die Zeit von t = 0 ms bis t = 5 ms und dann für eine Zeit nahe t = 153 ms.
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3 zeigt
einen Graphen der Magnitude des Magnetisierungsvektors, bezeichnet
als Mxy, zu einem idealisierten CPMG-Puls
für transversale
Geschwindigkeiten von v = 0,2 und 4 mm/s und für die Zeit von t = 0 ms bis
t = 5 ms und dann für
eine Zeit nahe t = 153 ms.
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4 stellt
die Ergebnisse von Berechnungen des Phasendriftindikators, der in
Gleichung 1 dargestellt ist, mit transversalen Geschwindigkeiten
von v = 0, 1, 2, 3 und 4 mm/s für
das Bohrlochvermessungsinstrument unter einem idealisierten CPMG-Pulszug
dar.
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5 zeigt
die Reduktion des Magnetisierungsvektors Mxy durch
transversale Geschwindigkeiten von v = 0, 1, 2, 3 und 4 mm/s.
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6 zeigt
die ideale Ausrichtung eines NMR-Werkzeugs in einem Gebiet, wobei
das schraffierte Gebiet das Volumen darstellt, in welchem totale
Sättigung
durch den Magneten auftritt.
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7 zeigt
eine exzentrische Ausrichtung eines NMR-Werkzeugs in einem Gebiet, wobei das
schraffierte Gebiet das Volumen darstellt, in welchem Totalsättigung
durch den Magneten auftritt.
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Beschreibung
des bevorzugten Ausführungsbeispiels
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Ein
zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung geeignetes NMR-Instrument
ist im US-Patent Nr. 5,757,186 von Taicher et al. beschrieben. Die
Vorrichtung in Taicher verwendet eine Magnetkonfiguration, in welcher
das statische Feld in dem untersuchten Gebiet im Wesentlichen radial
verläuft.
Die Verwendung der dort offenbarten Vorrichtung soll keine Beschränkung sein
und jede geeignete NMR-Vorrichtung, die für MWD-Operationen entwickelt
wurde, kann zu diesem Zweck verwendet werden. Zum Beispiel kann
das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung auch mit anderen gemeinhin
verwendeten Aufbauten verwendet werden, in welchen der Magnet und
die RF-Spule transversale Dipole sind.
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Die
mathematische Modulierung des nuklearen Response-Signals auf einen
idealisierten CPMG-Pulszug kann den Effekt der transversalen Bewegung
des NMR-Werkzeugs simulieren, den diese auf die Datenresultate hat.
Diese Modulation in dieser Erfindung verwendet ein idealisiertes
CPMG-Signal, das aus unendlich kurzen A- und B-Pulsen besteht und
setzt keine T1- oder T2-Relaxationszeiten
voraus. 1 zeigt einen Graphen der In-Phasen
Komponenten (MY) des Spinechosignals als eine Antwort auf dieses
idealisierte Signal. Die In-Phasen Komponenten werden entlang der
Richtung gemessen, in welcher die Kernspins sich nach der Anwendung
des B-Pulses ausrichten. Die verschiedenen Signalantworten sind
für transversale
Geschwindigkeiten von v = 0, 2 und 4 mm/s des Borlochmessungsinstruments
dargestellt. Wie erwartet, wird der Zerfall der Spitzensignale bei
höheren
Geschwindigkeiten ausgeprägter. 1 zeigt
einen erhöhten
Zerfall, wenn das NMR-Werkzeug bei sich mit einer Geschwindigkeit
von v = 4 mm/s bewegt. Beispielsweise ist das Spitzensignal nach
einer Zeit von t = 153 ms von ungefähr 0,18 bei v = 0 mm/s auf
ungefähr
0,13 bei v = 4 mm/s reduziert, wie in Kurve 104 dargestellt.
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2 zeigt
ein entsprechendes Wachstum in der Amplitude der phasenverschobenen
oder Quadratur-Komponenten des Spinechosignals bei Geschwindigkeiten
von v = 0, 2 und 4 mm/s über
die gleiche Zeitskala, die in 1 verwendet
wurde. Die phasenverschobenen Komponenten werden in einer Richtung
gemessen, die senkrecht sowohl zur Richtung des statischen Feldes
als auch zu der Richtung der ursprünglichen Orientierung des Kernspinvektors
nach der Anwendung des A-Pulses ist. Obwohl die Amplituden der phasenverschobenen
Spitzen im Vergleich zur Spitzenstärke der In-Phasen Komponenten
bei t = 0 sind, wachsen sie mit der Zeit mit einer Wachstumsrate,
die der Geschwindigkeit entspricht.
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2 zeigt,
dass die phasenverschobenen Komponenten für die Transversalgeschwindigkeit
von v = 4 mm/s am größten sind.
Ein Vergleich der Amplituden bei einer Zeit von t = 153 ms von Kurve 104 aus 1 und
Kurve 105 aus 2 zeigt, dass bei einer Geschwindigkeit
von v = 4 mm/s die phasenverschobenen Komponenten von der gleichen
Größenordnung
sind wie die In-Phasen Komponenten.
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3 zeigt
die Auswirkung von transversaler Bewegung auf die Magnitude des
Magnetisierungsvektors Mxy, welche der zusammengefasste
Effekt der phasenverschobenen und In-Phasen Komponenten, die in 1 und 2 dargestellt
sind, ist. Die Auswirkungen der Bewegung erscheinen sowohl im Zerfall
der In-Phasen Spitzen als auch im Wachstum der phasenverschobenen
Spitzen. Beispielsweise haben zur Zeit t = 153 ms für v = 4
mm/s die phasenverschobenen Peaks beinahe die gleiche Amplitude
wie die In-Phasen Peaks und können
daher zu fehlerhaften Ergebnissen führen. Wie man erwarten wird;
ist der Effekt für
größere transversale
Geschwindigkeiten stärker.
Das Wachstum der phasenverschobenen Peaks verdunkelt die Information über den
Zerfall der In-Phasen Peaks.
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Um
die Auswirkungen der transversalen Bewegung zu quantifizieren, wird
eine Gleichung (Gleichung 1) eingeführt.
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Diese
Gleichung definiert einen Phasendriftindikator, der dann verwendet
werden kann, um einen Test für
die Qualität
der aufgenommenen Daten durchzuführen.
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Der
Phasendriftindikator ψ ist
ein Verhältnis
einer Summation von phasenverschobenen Komponenten zu einer Summation
von In-Phasen Komponenten. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist die Summation eine solche von Beträgen, und
in alternativen Ausführungsbeispielen
der Erfindung können
andere Arten von Summationen, so wie die Summe von quadrierten Werten,
verwendet werden. Der Indikator wird erhalten, indem die In-Phasen und phasenverschobenen
Komponenten des Spinechosignals in digitalem Format aufgenommen
werden. Das Digitalisierungsfenster ist idealer Weise auf einem
Spinechopeak zentriert und umfasst 2m + 1-Daten. In der Phasendriftgleichung
ist die Summation der phasenverschobenen Komponenten in zwei Summationen
aufgeteilt, eine für
die Komponenten vor dem Moment der Spinechospitze und eine für die Komponenten
nach dem Moment der Spinspitze. Der Indikator wächst entsprechend dem Wachstum
der phasenverschobenen Komponenten an und misst insbesondere die
relativen Größen der
In-Phasen und phasenverschobenen Signale.
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4 zeigt
die Ergebnisse der Berechnungen der Phasendriftindikatormessungen,
die über
ein Zeitintervall von 0 ms bis ungefähr 180 ms für ganzzahlige Transversalgeschwindigkeiten
von v = 0 bis v = 4 mm/s durchgeführt wurden. Als Beispiel zeigt 3 zu
einer Zeit nahe 0 ms Spitzen mit hohem Signalrauschverhältnis für Mxy, was bedeutet, dass die In-Phasen Komponenten
sehr viel stärker
als die phasenverschobenen Komponenten zu dieser Zeit sind, für alle Geschwindigkeiten.
Im Vergleich zu 4 zu diesen frühen Zeiten ist
der Wert von ψ ein
entsprechend kleiner Wert, unabhängig
von der Geschwindigkeit. Ein Beispiel zeigt, wie der Phasendriftindikator
Unterschieden in In-Phasen und phasenverschobenen Komponenten entspricht.
Untersucht man Kurve 101 in 2, welche
bei v = 0 mm/s nahe t = 153 ms ist, ist der Spitzenwert dieser Komponente
im Vergleich zu seinem Wert nahe t = 0 ms nicht wesentlich gewachsen.
In diesem Fall bleibt ψ in 4 zu
späteren
Zeiten klein und wächst
auf weniger als 0,2, wie in Kurve 151 sichtbar. Bei höheren Geschwindigkeiten
können
die phasenverschobene und phasengleiche Spitze zu späteren Zeiten
in ihrer Höhe gleich
werden. Kurve 105 in 2 zeigt
einen Spinechographen, der zu einer schnelleren Geschwindigkeit
v = 4 mm/s gehört.
Der Spitzenwert nahe t = 153 ms erreicht 0,1, was nahe dem Spitzenwert
der In-Phasen Komponenten zur gleichen Zeit für v = 4 mm/s, wie in 1 dargestellt,
ist. Der Phasendriftindikator reflektiert diese Situation. Die Kurve 159 in 4 zeigt
den Phasendriftindikator für
v = 4 mm/s. Bei t = 150 ms hat die Kurve 159 einen Wert
von 0,9 und wächst
an. Die Form der Linien entspricht gut dem, was man erwarten würde, da der
Phasendriftindikator mit einer schnelleren Rate wächst, wenn
die transversale Geschwindigkeit größer ist. Die Simulationen wurden
für ein
Werkzeug mit einem Gradientenfeld ausgeführt, und man kann sehen, dass in
Anwesenheit eines Gradientenfelds der Phasendriftindikator von Null
verschieden werden kann, selbst wenn die transversale Werkzeugbewegung
Null ist. Andererseits sollte in einem Bohrlochmesswerkzeug mit
Gradient Null der Phasendriftindikator immer Null sein.
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4 kann
verwendet werden, um über
den Phasendriftindikator einen Schwellenwert für die Qualität zu etablieren.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung würde
der Phasendriftindikator bei jedem Spinechopeak berechnet und mit
dem vorgegebenen Schwellenwert verglichen. 5 zeigt
den Prozentwert der Reduktion der Magnitude des Signals Mxy durch die transversale Bewegung eines
Bohrvermessungsinstruments allein. Dieser Prozentwert wird durch
das Vergleichen der Reduktion der Magnitude des Signals für eine vorgegebene
Geschwindigkeit von lateraler Bewegung mit demjenigen gewonnen,
welches entsteht, wenn keine laterale Bewegung vorliegt. In 5 stellt
Kurve 203 die Reduktion mit v = 1 mm/s dar. Selbst zu späteren Zeiten
bleibt dieser Effekt klein. Kurve 209 stellt die Reduktion
von Mxy durch eine transversale Geschwindigkeit
von v = 4 mm/s dar. Diese Kurve wächst später an, so dass bei t = 150
ms eine 20%ige Reduktion in Mxy vorliegt.
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Es
gibt eine direkte Entsprechung zwischen den Kurven 153, 155, 157 und 159 in 4 und
Kurven 203, 205, 207, 209 in 5.
Die Fachleute können
Werte aus 4 und 5 auswählen, um
eine vernünftige
Schätzung
für die
gewünschte
Höhe dieser
Schwelle zu erhalten. Beispielsweise wird, wenn ψ gleich 0,6 bei 110 ms ist,
wie in der Kurve 159 in 4 gezeigt,
der Fehler in der Magnitude des entsprechenden Echos 10 % betragen,
wie in Kurve 209 in 5 dargestellt.
Dies kann verwendet werden, um die Magnitude des gemessenen Spinechosignals
zu korrigieren, bevor es weiter verarbeitet wird.
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Das
Verfahren nach der vorliegenden Erfindung wurde unter der Verwendung
eines Beispiels einer CPMG-Sequenz diskutiert. Das US-Patent 6,163,153
von Itskovich et al. lehrt die Verwendung einer modifizierten Pulssequenz,
in welcher der B-Puls kleiner als 180° ist und kann einen zugehörigen Drehungswinkel zwischen
90° und
180° haben.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann auch mit solchen modifizierten Pulssequenzen
verwendet werden. Wenn es mit solchen modifizierten Pulssequenzen
verwendet wird, ist der Effekt der Werkzeugbewegung zwei gegenläufigen Effekten
ausgesetzt. Zunächst
kann die gesamte Sequenz in einer kürzeren Zeit durchgeführt werden,
was zu geringeren Effekten der Werkzeugbewegung führt. Zweitens
ist die Bandbreite des B-Pulses näher an der Bandbreite des A-Pulses,
so dass die Effekte des "Hereinbringens
frischer Spins" größer sind.
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Wie
den Fachleuten bekannt ist, ist ein verbreitetes Problem in der
Analyse von NMR-Messungen, dass das detektierte Signal von der Antenne
einen Parasiten enthält,
unechtes Überschwingen,
das mit der Messung der Spinechos interferiert. Um die Effekte dieses
Nachklingens zu reduzieren, wird möglicherweise eine sogenannte
phasenalternierte Pulssequenz verwendet. Eine solche Sequenz wird
oft implementiert als: RFA±x – τ – n · (RFBY – τ – echo – τ) – TW (2)wobei RFA±x ein
A-Puls, üblicherweise
ein 90°-Kipppuls
und RFB ein refokussierender B-Puls. Die ±-Phase von RFA wird abwechselnd
angewendet, um systematisches Rauschen, wie das Nachklingen und
ein Gleichstrom-Offset in der nachfolgenden Verarbeitung zu identifizieren
und zu eliminieren. Durch das Subtrahieren der Echos in der (–)-Sequenz
von den Pulsen in der zugehörigen
(+)-Sequenz wird das Nachklingen durch die 180° unterdrückt. Das Verfahren der vorliegenden
Erfindung kann auch mit solchen Phasen alternierenden Paaren verwendet
werden.
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Das
Verfahren der vorliegenden Erfindung kann mit Bohrlochmesswerkzeugen
verwendet werden, die auf einem Drahtkabel geführt werden, mit Messungen während der
Bohrung (MWD)-Werkzeugen, die auf einer Bodenlochanordnung von einem
Bohrstrang oder einer Spulenverrohrung geführt sind oder in einem Werkzeug
zur Bohrlochvermessung während
der Auslösung,
die auf einer Bodenlochanordnung getragen ist.
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Während die
vorgenannte Offenbarung die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung
betrifft, sind für
den Fachmann verschiedene Modifikationen offensichtlich. Es ist
beabsichtigt, dass alle Variationen innerhalb des Schutzbereichs
der beigefügten
Ansprüche
von der vorgenannten Offenbarung umfasst sind.
