JP2545484B2 - Perforation measurement and interpretation of NMR characteristics of formations - Google Patents

Perforation measurement and interpretation of NMR characteristics of formations

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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、ボアホール即ち穿孔内において核磁気共鳴
(NMR)測定を行なうための装置及び技術に関するもの
であって、且つ穿孔によってトラバース即ち横断されて
いる地層の磁気的特性を決定する方法に関するものであ
る。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to apparatus and techniques for making nuclear magnetic resonance (NMR) measurements in boreholes and boreholes, and to the magnetic field of the formation traversed by the boreholes. It relates to a method of determining a physical characteristic.

従来技術 過去数十年間に亘って石油探査における井戸をログ即
ち検層するために核磁気共鳴の原理を使用する試みが幾
度も繰返しなされているが、必ずしも満足のいく結果は
得られていない。例えば原子核、陽子又は電子などの磁
気スピンを持った地層の任意の粒子は、該地層に印加し
た磁界と整合する傾向を有するものであることが認識さ
れている。この様な磁界は、穿孔が通常穿設される地球
の区域において約0.5ガウスの強度を持った地球の磁界B
Eの場合における如く、自然的に発生されるものである
場合がある。地層内の任意の与えられた粒子は、更に、
近くの磁気粒子と関連する局所的な磁界や、その他の常
磁性物質や、例えばシェール(頁岩)などのようなある
タイプの地層の細孔壁に典型的に整合するイオンからな
る層によって影響を受ける。これらの局所化された磁界
は、不均一なものとなる傾向があり、一方地球の磁界は
比較的均一である。
PRIOR ART Over the past decades, numerous attempts have been made to use the principles of nuclear magnetic resonance to log wells in oil exploration, but have not always yielded satisfactory results. It is recognized that any particle in the formation that has a magnetic spin, such as a nucleus, a proton or an electron, will tend to match the magnetic field applied to the formation. Such a magnetic field causes the Earth's magnetic field B with an intensity of about 0.5 gauss in the area of the Earth where perforations are usually made.
It may be naturally occurring, as in case E. For any given particle in the formation,
It is affected by local magnetic fields associated with nearby magnetic particles, other paramagnetic materials, and layers of ions that typically match the pore walls of some types of formations, such as shale. receive. These localized magnetic fields tend to be non-uniform, while the Earth's magnetic field is relatively uniform.

水の水素原子核(陽子)及び岩石の細孔内に発生する
炭化水素は、他の岩石成分内で誘起される任意の信号と
区別されるNMR信号を発生する。正味の磁化を持ったこ
の様な原子核のポピュレーションは、例えばBEなどのよ
うな任意の印加された磁界と整合する傾向がある。
Hydrocarbons generated in the hydrogen nuclei (protons) of water and in the pores of rocks produce NMR signals that are distinct from any signals induced in other rock constituents. The population of such nuclei with a net magnetization tends to match any applied magnetic field, such as B E.

BEを横切る第二磁界B1が検層装置電磁石によって該陽
子上に印加されると、該陽子は、十分な分極時間tpol
経過した後に、BEとB1とのベクトル和と整合する。分極
用磁界B1が次いでスイッチオフされると、該陽子は、地
球の磁界BEの強度と粒子の磁気回転定数とに依存する特
性ラーモア周波数(回転数)ωで、BEベクトルの周り
を歳差運動を行なう傾向となる。0.5ガウスの磁界BE
周りを歳差運動する水素原子核は、約2kHzの特性周波数
を有している。一群の、即ち水素原子核のポピュレーシ
ョンが同位相で歳差運動を行なわされると、全ての陽子
の結合した磁界が、受信器コイル内に検知可能な振動電
圧を発生する。各陽子の磁気モーメントは磁界の不均一
性を発生するので、歳差運動を行なう陽子は、時間の経
過と共に位相コヒーランスを喪失する傾向となり、その
場合の特定時定数は横緩和時間乃至はスピン−スピン緩
和時間T2と呼ばれる。更に、磁界の不均一性は、上述し
た如きその他の物理的現象によっても発生され、従って
観測位相ズレ緩和時間T2 は通常T2よりも短い。上述し
たタイプの穿孔磁気共鳴測定は、アメリカ合衆国テキサ
ス州ヒューストンのシュルンベルジェテクノロジコーポ
レーションのNML(商標)サービスの一部として市販さ
れている。この装置は、地層流体内の水素原子核の自由
誘導崩壊(Free Induction Decay)を測定することが
可能であり、且つパラメータT1及びT2 を得ることが可
能である。それは、横緩和時間T2を測定するものではな
い。NMLサービスにおいて使用される市販の検層装置の
基本的構成要素、動作及び解釈は、R. C. Herrick、
S. H. Couturie、D. L. Best共著の「改良型核磁気
検層システム及びその地層評価への適用(An Improved
Nuclear Magnetism Logging System and its A
pplication to Formation Evaluation)」、1979年
9月23−26日にネバダ州のラスベガスにおける第54回年
次秋季技術会議及び石油技術者協会の展示(A.I.M.E.、
ダラス、テキサス)において発表された文献に記載され
ている。
When a second magnetic field B 1 across B E is applied on the protons by the logging electromagnet, the protons are aligned with the vector sum of B E and B 1 after a sufficient polarization time t pol has elapsed. To do. When the polarizing magnetic field B 1 is then switched off, the protons around the B E vector at a characteristic Larmor frequency (rotational speed) ω L , which depends on the strength of the Earth's magnetic field B E and the gyromagnetic constant of the particles. Will tend to precession. A hydrogen nucleus that precesses around a magnetic field B E of 0.5 Gauss has a characteristic frequency of about 2 kHz. When a group of populations of hydrogen nuclei are precessed in phase, the combined magnetic field of all the protons produces a detectable oscillating voltage in the receiver coil. Since the magnetic moment of each proton causes inhomogeneity of the magnetic field, precessing protons tend to lose phase coherence over time, and the specific time constant in that case is the transverse relaxation time or spin- It is called the spin relaxation time T 2 . Further, the non-uniformity of the magnetic field is also caused by other physical phenomena as described above, and therefore the observed phase shift relaxation time T 2 * is usually shorter than T 2 . Perforation magnetic resonance measurements of the type described above are commercially available as part of the NML ™ service of Schlumberger Technology Corporation of Houston, Texas, USA. This device can measure the Free Induction Decay of hydrogen nuclei in the formation fluid, and can obtain the parameters T 1 and T 2 * . It does not measure the lateral relaxation time T 2 . The basic components, operation and interpretation of commercially available logging equipment used in NML services are described in RC Herrick,
SH Couturie, DL Best co-authored "An improved magnetic logging system and its application to geological evaluation (An Improved
Nuclear Magnetism Logging System and its A
"Pplication to Formation Evaluation)" at the 54th Annual Fall Technical Conference and Association of Petroleum Engineers (AIME, 23-26 September 1979, Las Vegas, NV).
(Dallas, Texas).

他の特性を測定するために、地層内のプロトン即ち陽
子のポピュレーションに他のシーケンスの磁界を印加す
ることが可能である。例えば、送信器コイルを介して周
波数fを持った交流のパルスを通過させると、静止磁界
B0に対して垂直に振動分極磁界B1が発生し、fに等しい
ラーモア周波数で歳差運動を行なう陽子のポピュレーシ
ョンは、所定の角度でB1に対して整合する傾向となる。
このパルスの終端において、B1を取り除くと、整合され
た陽子は垂直方向のトルクを受け、且つB0ベクトルの周
りを歳差運動する。縦緩和時間乃至はスピン−格子緩和
時間T1と呼ばれる特性時間の後、該陽子は熱平衡状態へ
緩和し、そこで、重み付けされた割合の陽子がB0の方向
に整合される。その他の種々のシーケンスの印加磁界を
使用することが可能であり、例えばT. C. Farrar及び
E. D. Becker共著の「パルス及びフーリエ変換核磁気
共鳴(Pulse and Fourier Transform Nuclear Mag
netic Resonance)」、アカデミックプレス出版社、ニ
ューヨーク(1971)、第2章、18−33頁に記載されてい
るものを使用することが可能である。
It is possible to apply other sequences of magnetic fields to the population of protons or protons in the formation to measure other properties. For example, when an alternating current pulse having a frequency f is passed through the transmitter coil, a static magnetic field is generated.
An oscillating polarization field B 1 is generated perpendicular to B 0 , and the population of protons that precess at the Larmor frequency equal to f tends to match B 1 at a given angle.
At the end of this pulse, when B 1 is removed, the aligned protons experience vertical torque and precess around the B 0 vector. After a characteristic time called the longitudinal relaxation time or spin-lattice relaxation time T 1 , the protons relax to thermal equilibrium, where a weighted proportion of the protons are aligned in the B 0 direction. Various other sequences of applied magnetic fields can be used, such as TC Farrar and
ED Becker, "Pulse and Fourier Transform Nuclear Mag
netic Resonance) ", Academic Press Press, New York (1971), Chapter 2, pp. 18-33 can be used.

岩石試料のNMR特性の測定は研究室において正確に行
なうことが可能ではあるが、ボアホール即ち穿孔におい
て同等の測定を行なうことは、温度が華氏で数百度とな
り、且つ圧力が数千psiとなり且つ装置全てが数インチ
の直径に過ぎない円筒状の体積内に収納されねばならな
い辛辣な環境条件によって著しく悪化されている。
While it is possible to make accurate measurements of the NMR properties of rock samples in the laboratory, making equivalent measurements in boreholes or drillings would result in temperatures in the hundreds of degrees Fahrenheit and pressures in the thousands of psi and equipment. All are severely exacerbated by the harsh environmental conditions that must be contained within a cylindrical volume that is only a few inches in diameter.

初期のNMR検層装置の一つは、1966年11月29日に発行
された米国特許第3,289,072号(N. A. Schuster)に
示されている。水又はオイルの試料を所定の磁界へ露呈
させるために強力な電磁石が使用されている。RFコイル
が振動する第二磁界を発生し、それは該試料内に陽子の
核磁気共鳴を発生させ且つ隣接する地層内の同様の陽子
の共鳴を発生させる。Schusterは、静止磁界B0を発生さ
せるために、壁係合用パッド内に装着されている多極電
磁石を使用するか、又は検層用ゾンデ内に装着されてい
る一層大型の電磁石を使用することを提案している。Sc
husterは、更に、例えば、1963年3月26日に発行された
米国特許第3,083,335号における如く、その他の形態の
電磁石及び検知RFコイルも提案しており、その場合、該
コイルは二つの棒磁石の二つの反対の極の間の間隙内に
位置されている。この場合、該コイルの磁力線は、棒磁
石の磁界を垂直に交差し、それは核磁気歳差運動を誘起
するのに最適な角度である。
One of the earliest NMR logging devices is shown in U.S. Pat. No. 3,289,072 (NA Schuster) issued Nov. 29, 1966. A strong electromagnet is used to expose a water or oil sample to a given magnetic field. The RF coil produces an oscillating second magnetic field that produces proton nuclear magnetic resonances in the sample and similar proton resonances in the adjacent formations. Schuster uses a multi-pole electromagnet mounted in a wall-engaging pad or a larger electromagnet mounted in a logging sonde to generate a static magnetic field B 0. Is proposed. Sc
Huster also proposes other forms of electromagnets and sensing RF coils, such as in US Pat. No. 3,083,335 issued Mar. 26, 1963, where the coils are two bar magnets. Is located in the gap between the two opposite poles of. In this case, the magnetic field lines of the coil intersect perpendicularly the magnetic field of the bar magnet, which is the optimum angle for inducing nuclear magnetic precession.

1972年5月30日に発行された米国特許第3,667,035号
(C. P. Slichter)は、2個の同軸状に整合された棒
磁石とこれらの磁石の反対の極の間の間隙内に位置した
RFコイルからなる同様の構成を示している。尚、本明細
書においては、「棒磁石」という用語は、反対の方向に
面して一つのN極と一つのS極とのみを有する任意の磁
石のことを意味しており、それは永久磁石であっても又
は電磁石であってもよい。Slichterの構成及びSchuster
の構成の両方共、電磁石を使用しており、それは数千フ
ィートもの長い電気的ケーブルを介して検層用ゾンデへ
大きなDC電流を送信せねばならないという不便さがあ
る。
US Pat. No. 3,667,035 (CP Slichter), issued May 30, 1972, was located in the gap between two coaxially aligned bar magnets and the opposite poles of these magnets.
A similar configuration consisting of an RF coil is shown. In the present specification, the term "bar magnet" means any magnet having only one N pole and one S pole facing in opposite directions, which is a permanent magnet. Or an electromagnet. Slichter composition and Schuster
Both configurations use an electromagnet, which has the inconvenience of having to send large DC currents to the logging sonde over thousands of feet of long electrical cable.

1970年9月8日に発行された米国特許第3,528,000号
(H. F. Schwede)は、第8図及び第9図においてNMR
検層装置の一つのタイプを示しており、その場合、永久
磁石が固定した強度の第一磁界を発生し、且つ誘導コイ
ルが選択した範囲に亘って周波数が変化する振動用磁界
を発生する。第一磁界は並置して位置された二つの反対
の磁極(一方がN及び他方がS)によって発生されるの
で、その磁界は均一なものではなく、且つその磁界の空
間勾配は地層内の全ての点において明らかにゼロではな
い。更に、第一磁界及び第二磁界は地層内においてのみ
ならず、穿孔内においても交差するので、穿孔流体内の
水又は炭化水素を構成する陽子はRFコイルによって検知
される信号に貢献を与え、事実の地層測定が所望される
場合には、それを電子的に除去するか又は穿孔流体を化
学的に処理することによって除去されねばならないこと
が明らかである。
U.S. Pat. No. 3,528,000 (HF Schwede), issued September 8, 1970, uses NMR in FIGS. 8 and 9.
1 illustrates one type of logging device, where a permanent magnet produces a fixed strength first magnetic field and an induction coil produces an oscillating magnetic field of varying frequency over a selected range. Since the first magnetic field is generated by two opposite poles (one N and the other S) located side by side, the magnetic field is not uniform, and the spatial gradient of the magnetic field is all over the formation. Is obviously not zero in terms of. Furthermore, the first and second magnetic fields intersect not only in the formation, but also in the borehole, so that the protons that make up the water or hydrocarbons in the borehole fluid contribute to the signal sensed by the RF coil, Obviously, if a true formation measurement is desired, it must be removed either electronically or by chemically treating the drilling fluid.

例えば、1971年8月3日に発行された米国特許第3,59
7,681号(W. B. Huckabay)に示される如く、検層用
ゾンデ内に同軸的に整合して永久棒磁石を設けこれらの
磁石の間に間隙内に検知コイルを位置させたその他のNM
R検層装置が提案されている。
For example, US Pat. No. 3,593 issued Aug. 3, 1971.
As shown in No. 7,681 (WB Huckabay), other NMs in which a sensing coil is located in the gap between the magnets by coaxially aligning permanent bar magnets in the logging sonde
An R logging device has been proposed.

別の永久磁石形態のものは、1982年9月21日に発行さ
れた米国特許第4,350,955号(J. A. Jackson)に記載
されており、その場合、2個の磁石の二つの同一の極の
間の間隙内にRF検知コイルが位置されるように2個の永
久棒磁石が同軸的に整合されている。同様に、1984年12
月12日に出願公開された英国特許出願第2,141,236−A
は、磁石の間の間隙内に検知コイルを位置させた同軸的
に配列した棒磁石を有する同様な構成を示している。こ
のタイプの構成は、均一な磁界からなる環状領域を発生
し、その中で核磁気共鳴の測定することが可能である。
しかしながら、これらの装置は、装置が穿孔の一方の壁
に寄り掛かる傾向となる大きな又は方向の逸れた穿孔に
おいて穿孔流体からの信号によって悪影響を受けること
がある。装置本体から遠く離れた環状領域を発生するよ
うに装置が構成されている場合には、そのようにして形
成される磁界はかなり弱いものとなり、その結果得られ
る信号は著しく弱いものとなる。この様な構成は、更
に、測定信号の振動電磁波を阻止しないような構成体に
よって検知コイルアンテナを包囲することを必要とす
る。例えば、グラスファイバやその他の非金属物質が通
常使用されるが、この様に構造的に弱体化したリンク
は、装置の構造的一体性を低下させ、且つ辛辣な穿孔条
件下においてその有用性は著しく低下したものとさせ
る。
Another permanent magnet form is described in US Pat. No. 4,350,955 (JA Jackson) issued Sep. 21, 1982, in which case the two poles of two magnets are between the same poles. Two permanent bar magnets are coaxially aligned so that the RF sensing coil is located in the gap. Similarly, 1984 12
UK Patent Application No. 2,141,236-A filed and published on March 12
Shows a similar arrangement with coaxially arranged bar magnets with the sensing coil located in the gap between the magnets. This type of arrangement produces an annular region of uniform magnetic field in which nuclear magnetic resonance measurements can be made.
However, these devices can be adversely affected by signals from the drilling fluid in large or deviated drillings where the device tends to lean against one wall of the drilling hole. If the device is configured to generate an annular region far away from the device body, the magnetic field so formed will be fairly weak and the resulting signal will be significantly weak. Such an arrangement further requires that the sensing coil antenna be surrounded by a structure that does not block the oscillating electromagnetic waves of the measurement signal. For example, glass fibers and other non-metallic materials are commonly used, but such structurally weakened links reduce the structural integrity of the device and their usefulness under harsh drilling conditions. It should be markedly reduced.

磁気スピンを持った水素原子核以外の粒子のNMR測定
も提案されている。1969年4月15日に発行された米国特
許第3,439,260号(G. J. Benn et al.)は、例え
ば、地層における炭素13原子核の磁気共鳴を測定する技
術を開示している。
NMR measurements of particles other than hydrogen nuclei with magnetic spin have also been proposed. U.S. Pat. No. 3,439,260 (GJ Benn et al.) Issued April 15, 1969 discloses, for example, a technique for measuring magnetic resonance of carbon-13 nuclei in a formation.

NMR検層装置及び技術に関して発行されたその他の代
表的な米国特許としては、米国特許第3,042,855号(R.
J. S. Brown)、米国特許第3,508,438号(R. P.
Alger et al.)、米国特許第3,483,465号(J. H. B
aker,Jr.)、米国特許第3,505,438号(R. P. Alger
et al.)、米国特許第3,538,429号(J. H. Baker,J
r.)、米国特許第4,035,718号(R. N. Chandler)な
どがある。
Other representative U.S. patents issued for NMR logging equipment and techniques include U.S. Pat.No. 3,042,855 (R.
JS Brown), US Pat. No. 3,508,438 (RP
Alger et al.), U.S. Pat. No. 3,483,465 (JH B
aker, Jr.), U.S. Pat.No. 3,505,438 (RP Alger
et al.), US Pat. No. 3,538,429 (JH Baker, J
r.) and U.S. Pat. No. 4,035,718 (RN Chandler).

上述した如き従来のNMR検層装置の各々は実際上の問
題点を有している。これらの全てのものは、油井内にお
いて検層を行なう場合の典型的な温度、圧力及び物理的
な辛辣な条件下においてこの様な種類の繊細な測定を行
なうことの基本的な困難性の問題を取扱わねばならな
い。更に、穿孔内の水素原子核の濃度は、何れの岩石地
層内における濃度よりも一層高いので、穿孔内で発生す
る不所望のNMR信号は、周囲の地層からの信号よりもか
なり高いものである場合がある。この様な問題点を緩和
するために、穿孔流体を例えば磁鉄鉱などのような常磁
性物質で処理し、且つ検層動作を行なう前にその処理済
みの流体を穿孔を介して循環させ、その結果穿孔内の水
素原子核の緩和時間が短縮されて、それがNMR測定に影
響を与えることがないようにすることが当該技術分野に
おいて従来公知である。この様な穿孔流体の前処理は高
価であり、且つ時間がかかるものである。この様な前処
理は、更に、穿孔を介して隣接する透過性の地層内へ同
一の化学物質を導入させ、従って測定結果に歪を発生す
る場合がある。
Each of the conventional NMR logging devices as described above has practical problems. All of these are subject to the fundamental difficulty of making these kinds of delicate measurements under the typical temperature, pressure and physically challenging conditions of well logging in an oil well. I have to deal with it. In addition, the concentration of hydrogen nuclei in the borehole is higher than in any rock formation, so that the unwanted NMR signal generated in the borehole is significantly higher than the signal from the surrounding formation. There is. To alleviate these problems, the drilling fluid is treated with a paramagnetic material, such as magnetite, and the treated fluid is circulated through the drilling before the logging operation, resulting in It is known in the art to reduce the relaxation time of hydrogen nuclei in the pores so that they do not affect the NMR measurements. Pretreatment of such drilling fluids is expensive and time consuming. Such pretreatment may also introduce the same chemicals through the perforations into the adjacent permeable formation, thus distorting the measurement results.

検層装置を介して流れる高いパワーの電流は、特に穿
孔内の高温度環境条件下においては、例えばスイッチな
どのような種々の電子部品を不可避的に破壊する傾向と
なり、従って強力な電磁石を必要とするこの様なNMR検
層装置は信頼性が欠落する傾向を有するものであること
が認識されている。従来の検層装置の全ては、AC信号の
検知を可能とするために、ゾンデ乃至はパッド本体を、
例えばグラスファイバや、合成ゴム又はテフロンなどの
ような非金属物質から構成することを必要としていた。
これらの物質は、他のタイプの検層装置を製造する場合
に通常使用される合金金属よりもかなり弱いものであ
る。NMR検層装置を製造する場合に強力な金属性の超格
子構造を使用することが不可能であるので、業界におい
て比較的不人気である原因の一つである。
The high power currents flowing through the logging device tend to unavoidably destroy various electronic components such as switches, especially under high temperature environmental conditions in the borehole, thus requiring a strong electromagnet. It is recognized that such an NMR logging device has a tendency to lack reliability. All conventional logging devices have a sonde or pad body, to enable detection of AC signals.
For example, it has been required to be composed of glass fibers or non-metallic materials such as synthetic rubber or Teflon.
These materials are significantly weaker than the alloy metals typically used in making other types of logging devices. This is one of the reasons for its relative unpopularity in the industry due to the inability to use strong metallic superlattice structures when manufacturing NMR logging devices.

従来のNMR検層装置は典型的に、測定を行なうことを
可能とするために、分極用磁界パルスを遮断した後で且
つ送信コイルが十分に減衰される前に、「不動時間」と
呼ばれる約20−30ミリ秒を必要としている。この不動時
間の期間中、磁気緩和のかなりの情報が不可避的に喪失
され、且つS/N比が著しく劣化される。
Conventional NMR logging equipment is typically referred to as the "dead time" after interruption of the polarizing magnetic field pulse and before the transmitter coil has been sufficiently dampened to allow measurements to be taken. It takes 20-30 ms. During this dead time, considerable information on magnetic relaxation is inevitably lost and the S / N ratio is significantly degraded.

市販されているNMR検層装置は、スピン−スピン緩和
時間T2を直接的に測定することが可能なものではない。
その代わりに、現存する市販の検層装置は、自由流体イ
ンデックス(FFI)及び観測可能な位相ズレ緩和時間T2
(自由誘導崩壊時定数とも呼称される)を測定する。
例えば、C. H. Neuman及びR. J. S. Brown共著の
「地層評価のための核磁気検層の適用(Applications
of Nuclear Mhnetism Logging to Formation Eva
luation)」、ジャーナル・オブ・ペトローリエム・テ
クノロジ、1982年12月、2853−2860頁の文献及び前掲し
たHerrick et al.の文献に記載されているようなその
他の有用な情報を派生するために種々の検層解釈技術を
使用することが可能である。
The commercially available NMR logging device is not capable of directly measuring the spin-spin relaxation time T 2 .
Instead, existing commercial logging devices use free-fluid index (FFI) and observable phase shift relaxation time T 2
* Measure (also called free induction decay time constant).
For example, CH Neuman and RJS Brown, “Application of Nuclear Magnetic Logging for Geologic Evaluation (Applications
of Nuclear Mhnetism Logging to Formation Eva
luation) ", Journal of Petroleum Technology, December 1982, pages 2853-2860, and various other useful sources of information such as those described in Herrick et al., supra. It is possible to use the well logging interpretation technique.

解釈 穿孔内においてNMR測定を行なう基本的な目的は、そ
の穿孔の周囲における地層構成要素の情報を得ることで
ある。この様な情報は、典型的には、水及び炭化水素中
の水素原子核の磁気緩和時間に関係しているが、それ
は、又、地層中にその他の物理的パラメータ又はその他
の粒子に関係する場合もある。
Interpretation The basic purpose of making NMR measurements within a borehole is to obtain information on the formation components around the borehole. Such information is typically related to the magnetic relaxation times of hydrogen nuclei in water and hydrocarbons, but when it is also related to other physical parameters or other particles in the formation. There is also.

分極用磁界の印加及び除去した後に、水素原子核乃至
はプロトン(陽子)のポピュレーションが、前掲の文献
に記載される如く、幾つかのモードで緩和を行なうこと
が知られている。Herrick et al.の文献に説明される
如く、NML装置は、強力なDC分極用磁界BPO地層へ印加さ
せて地球の磁界BEに対してほぼ垂直に陽子スピンを整合
させる。この装置の「通常モード」動作の期間中、分極
用磁界は、ほぼT1の5倍の期間に亘って印加されて、地
層の陽子を飽和状態に分極させる。大きな分極用電流
(1KWの程度のパワー)を遮断し、且つ、コイルが完全
にダンプ即ち減衰した後に(約25ミリ秒を必要とす
る)、測定回路が該コイルへ結合されて、地球の磁界BE
の周りを自由に歳差運動する地層内の陽子のポピュレー
ションによって該コイルの中に誘起される信号を検知す
る。この自由誘導崩壊信号は、「FID」信号と呼称さ
れ、それは第20図に示した如く、約2kHzである地球の磁
界内のラーモア周波数ωに等しい周波数を有してい
る。従って基本的なNMR測定は、穿孔内に位置された導
電性コイル内の誘起された電圧である。この電圧信号の
振幅、周波数及び位相は、二次的パラメータと相関され
て、陽子の測定されたポピュレーションの磁気的特性、
即ちT1,T2,T2 に関する情報が得られる。有用なこれら
の二次的パラメータを解釈方法へリンクさせ、測定した
地層の水切り、流体多孔度、粘度、透磁率などのような
所望の情報が得られる。
It is known that the population of hydrogen nuclei or protons (protons) relaxes in several modes after the application and removal of the polarizing magnetic field, as described in the above-mentioned document. As described in Herrick et al., The NML device applies a strong DC-polarizing magnetic field, B PO, to align the proton spins approximately perpendicular to the Earth's magnetic field, B E. During "normal mode" period of operation of the device, the polarizing magnetic field, is applied over almost five times the period T 1, to polarize the protons of the formation saturation. After blocking a large polarization current (power of the order of 1 KW), and after the coil has completely dumped (requiring about 25 ms), a measuring circuit is coupled to the coil and the earth's magnetic field B E
Detects a signal induced in the coil by a population of protons in the formation that freely precesses around. This free induction decay signal is referred to as the "FID" signal, which has a frequency equal to the Larmor frequency ω L in the earth's magnetic field of about 2 kHz, as shown in FIG. The basic NMR measurement is thus the induced voltage in a conductive coil located in the bore. The amplitude, frequency and phase of this voltage signal are correlated with secondary parameters to determine the magnetic properties of the measured population of protons,
That is, information on T 1 , T 2 , T 2 * is obtained. These useful secondary parameters are linked to interpretation methods to obtain the desired information such as measured formation drainage, fluid porosity, viscosity, permeability, etc.

第20図を参照すると、2kHzの自由誘導崩壊信号の崩壊
包絡線を測定し、次いでその包絡線を分極用パルスBP
遮断された初期時間t0へ外挿することは従来公知であ
る。初期時間t0における電圧振幅は、特定の装置の設計
パラメータに依存するキャルブレーション定数によって
乗算されると、自由流体多孔度(Φ)と呼ばれる自由
流体インデックス(FFI)を発生する。FID崩壊曲線は、
観測可能な位相ズレ時定数T2 と関連していることが知
られている。
Referring to FIG. 20, it is known in the art to measure the decay envelope of a 2 kHz free induction decay signal and then extrapolate the envelope to the initial time t 0 when the polarization pulse B P is blocked. The voltage amplitude at the initial time t 0 , when multiplied by a calibration constant that depends on the design parameters of the particular device, produces a free fluid index (FFI) called the free fluid porosity (Φ f ). The FID decay curve is
It is known to be related to the observable phase shift time constant T 2 * .

NML装置は、更に、「T1静止モード」動作において使
用することも可能であり、その場合、複数個の非飽和分
極パルスが地層へ印加され、一方検層装置は穿孔内のそ
の測定深さに静止状態のまま止どまる。第21図を参照す
ると、自由誘導崩壊信号が測定され且つ、前述した如
く、分極用パルスがシャットオフされた初期時間t0にお
ける地層磁化を外挿するために崩壊包絡線が推定され、
且つこのことが分極の各期間a,b,c,dに対して逐次的に
行なわれる。分極期間が大きければ大きいほど、より多
くの地層陽子が分極用磁界BPと整合され、且つより高い
正味の磁化が得られる。これらの分極パルスは、非飽和
型のものとすべきである。なぜならば、最大磁化M
(t0)及び飽和パルスに追従するFID曲線は同一であり
且つ冗長だからである。次いで、分極用磁化をシャット
オフした直後における磁化の外挿値M(t0)を、分極期
間に対してプロットし、T1ビルドアップ曲線を形成す
る。その曲線は、縦緩和時間T1に等しい特性時定数を有
している。従来の解釈方法においては、通常、T1は、T1
ビルドアップ曲線を、市販の「最小二乗あてはめ」コン
ピュータプログラムを使用して、指数崩壊関数に対して
あてはめることによって推定されていた。
The NML device can also be used in "T 1 quiescent mode" operation, in which multiple unsaturated polarization pulses are applied to the formation, while the logging device is used at its measured depth within the borehole. It stays stationary at. Referring to FIG. 21, the free induction decay signal is measured and, as previously described, the decay envelope is estimated to extrapolate the formation magnetization at the initial time t 0 when the polarizing pulse was shut off,
And this is done sequentially for each period a, b, c, d of polarization. The larger the polarization period, the more stratum protons are aligned with the polarizing field B P and the higher the net magnetization obtained. These polarization pulses should be of the unsaturated type. Because the maximum magnetization M
This is because the FID curve following (t 0 ) and the saturation pulse is the same and redundant. Then, the extrapolated value M (t 0 ) of the magnetization immediately after the magnetization for polarization is shut off is plotted against the polarization period to form a T 1 buildup curve. The curve has a characteristic time constant equal to the longitudinal relaxation time T 1 . In conventional interpretation methods, T 1 is usually T 1
The build-up curve has been estimated by fitting it to an exponential decay function using a commercially available "least squares fit" computer program.

第21図においては僅かに四つの点のみが示されている
に過ぎないが、高々八つの別々の組のFID測定を行ない
且つ最大磁化の対応する値M(t)を得ることが公知で
ある。T1を抽出することの動機は、例えば、A. Timur
著の「砂石の多孔度、可動流体及び透磁率のパルス型核
磁気共鳴研究(Pulsed Nuclear Magnetic Resonanse
Studies of Porosity,Movable Fluid and Perme
ability of Sand Stones)」、ジャーナル・オブ・
ペトローリエム・テクノロジ、1969年6月、775−786頁
の文献に記載される如く、kとT1との間のある種の既知
の相関を使用して、流体流れ透磁率kを決定することが
所望されているということに基づいている。
Although only four points are shown in FIG. 21, it is known to make at most eight separate sets of FID measurements and obtain corresponding values of maximum magnetization M (t). . The motivation for extracting T 1 is, for example, A. Timur
"Pulsed Nuclear Magnetic Resonance Study of Porosity, Moving Fluid and Permeability of Sandstone"
Studies of Porosity, Movable Fluid and Perme
ability of Sand Stones) ", Journal of
It is possible to use some known correlation between k and T 1 to determine the fluid flow permeability k, as described in the article by Petroleum Technology, June 1969, pages 775-786. It is based on what is desired.

各測定したT2 崩壊信号のS/N比は非常に高くはない
ので、分極用パルスをシャットオフした後の最初の20−
30ミリ秒の期間中の陽子の歳差運動は測定することがで
きないという問題と結合されて、t0における磁化の推定
値にはかなりのエラーが導入される場合があるというこ
とが理解される。データに対してあてはめた結果得られ
るt1ビルドアップ曲線は、大きなエラーを有する場合が
あり、且つ抽出したパラメータT1は信頼性のないものと
なる傾向がある。
The S / N ratio of each measured T 2 * decay signal is not very high, so the first 20-
It is understood that coupled with the problem that the proton precession during the 30 ms period cannot be measured, it can introduce considerable error in the estimate of the magnetization at t 0 . . The t 1 build-up curve obtained as a result of fitting the data may have large errors and the extracted parameter T 1 tends to be unreliable.

上述した理由の多くに対して、従来の検層装置及び解
釈方法は、業界において完全に許容されるものとなるよ
うな十分な精度及び信頼性を持って地層の特性を決定す
ることが可能なものではなかった。
For many of the reasons mentioned above, conventional logging equipment and interpretation methods are capable of characterizing formations with sufficient accuracy and reliability to be completely acceptable in the industry. It wasn't something.

目 的 本発明は、以上の点に鑑みなされたものであって、上
述した如き従来技術の欠点を解消し、従来技術よりも一
層正確に且つ一層信頼性を持って地層の磁気的特性を決
定することが可能な改良型装置及び方法を提供すること
を目的とする。
Aim The present invention has been made in view of the above points, solves the above-mentioned drawbacks of the prior art, and determines the magnetic characteristics of the formation more accurately and more reliably than the conventional art. It is an object of the present invention to provide an improved device and method capable of doing the above.

本発明の別の目的とするところは、ボアホール即ち穿
孔によってトラバース即ち横切られる地層の核磁気緩和
時間、自由流体多孔度(free fluid porosity)、透
磁率、関連する細孔流体特性を決定するための装置及び
方法を提供することである。
Another object of the invention is to determine the nuclear magnetic relaxation time, free fluid porosity, permeability, and associated pore fluid properties of a formation traversed by a borehole. An apparatus and method are provided.

本発明の更に別の目的とするところは、穿孔流体を磁
性物質で前処理する必要性なしに、地層特性を正確に測
定することが可能であり且つ高い信頼性を持って穿孔の
条件下において再現性を持って動作することが可能であ
り強力な金属性物質から構成することが可能である磁気
共鳴測定用の穿孔装置を提供することである。
Yet another object of the present invention is to be able to accurately measure formation properties without the need to pretreat the drilling fluid with a magnetic material, and under reliable drilling conditions. An object of the present invention is to provide a perforation apparatus for magnetic resonance measurement, which can operate reproducibly and can be composed of a strong metallic substance.

本発明の更に別の目的とするところは、簡単で頑強な
構成を有しており、且つ穿孔を検層する場合に容易に且
つ便利にテストし、キャリブレートし且つ使用すること
が可能なNMR測定用の磁石構成を提供することである。
Yet another object of the present invention is an NMR measurement that has a simple and robust configuration and that can be easily and conveniently tested, calibrated and used when logging perforations. To provide a magnet configuration for the.

本発明の更に別の目的とするところは、穿孔によって
トラバースされる地層の縦緩和時間T2を直接的に測定す
ることが可能な磁気共鳴検層装置を提供することであ
る。
It is still another object of the present invention to provide a magnetic resonance logging apparatus capable of directly measuring the longitudinal relaxation time T 2 of a formation traversed by drilling.

本発明の更に別の目的とするところは、NMR検層装置
の測定した自由誘導崩壊信号から透磁率及び同様なパラ
メータを決定するための改良した方法を提供することで
ある。
Yet another object of the present invention is to provide an improved method for determining magnetic permeability and similar parameters from measured free induction decay signals of an NMR logging device.

本発明の更に別の目的とするところは、穿孔の周りの
地層における粒子の測定したポピュレーションの磁気緩
和時間を決定する改良した方法を提供することである。
Yet another object of the present invention is to provide an improved method for determining the magnetic relaxation time of a measured population of particles in the formation around a perforation.

構 成 本発明によれば、検層装置の1側部上において地層内
へ合焦した静的及び実質的に均一な磁界を発生する装置
が提供される。所定の構成の磁石により結合した磁界を
指向させ且つ形成させることにより、磁石から離隔した
位置に所定領域を発生させ、その領域内において、空間
磁界勾配が実質的に消失しており、その際に前記領域に
亘って磁界が高度に均一であることを確保している。好
適な形態においては、これらの磁石はスキッド(敷き
板)乃至は検層用パッドに装着されており、静止磁界が
該パッドの面を介して隣接する地層内へ指向され、且つ
実質的に均一な磁界の領域が、通常、穿孔壁を裏打ちす
るマッドケーキ層の後側の地層の所定の体積内に位置さ
れている。従って、地層の所定体積上に、地球の磁界よ
りも数百倍強い均一な磁界を印加乃至は「合焦」させる
ことが可能である。
Structure According to the present invention, there is provided a device for producing a static and substantially uniform magnetic field focused into the formation on one side of a logging device. By directing and forming a magnetic field coupled by a magnet having a predetermined configuration, a predetermined region is generated at a position distant from the magnet, and the spatial magnetic field gradient substantially disappears in that region. It ensures that the magnetic field is highly uniform over the region. In the preferred form, these magnets are mounted to a skid or logging pad so that the static magnetic field is directed through the face of the pad into the adjacent formation and is substantially uniform. An area of strong magnetic field is usually located within a volume of the formation behind the mudcake layer which lines the perforated wall. Therefore, it is possible to apply or "focus" a uniform magnetic field several hundred times stronger than the earth's magnetic field on a given volume of the formation.

本発明の1側面においては、RFアンテナが検層装置の
金属性構成体の外側上に装着されており、従って装置本
体は、該本体後側の共振条件によって発生されることの
ある信号、特に穿孔流体からの強力な共振信号に対して
自然的なシールドとして作用する。好適形態において
は、該アンテナは、その信号を、該パッド面から均一磁
界を持った地層の所定体積内へ半径方向外側へ合焦させ
るべく構成され、その際に穿孔効果によって測定信号に
歪が発生することを更に減少させている。本発明のこの
独特の特徴の結果として、従来技術と異なり、検層装置
を強力な金属合金から構成することが可能であり、且つ
本測定技術は、実際に、金属ゾンデのシールド効果を有
利に使用して、NMR測定のS/N比を向上させている。穿孔
効果は、二重合焦構成によって排除されているので、穿
孔流体を常磁性化学物質で前処理することは必要ではな
い。
In one aspect of the invention, the RF antenna is mounted on the outside of the metallic construct of the logging device, so that the device body is provided with a signal, especially It acts as a natural shield for strong resonant signals from the drilling fluid. In a preferred form, the antenna is configured to focus its signal radially outward from the pad surface into a predetermined volume of the formation with a uniform magnetic field, whereupon the perforation effect distorts the measured signal. It further reduces the occurrence. As a result of this unique feature of the present invention, it is possible, unlike the prior art, for the logging device to be constructed from a strong metal alloy, and the present measurement technique actually favors the shielding effect of a metal sonde. It is used to improve the S / N ratio of NMR measurements. It is not necessary to pretreat the drilling fluid with a paramagnetic chemistry, as the drilling effect is eliminated by the double polymerized configuration.

本発明の好適実施形態によれば、長尺状の溝アンテナ
がパッド面上に設けられており、それは穿孔軸と平行で
あり且つ隣接する地層中の実質的に均一な静止磁界の長
尺状と体積と平行である。均一な静止磁界の体積の幾何
学的形状をアンテナからのRFフィールドのパターンと重
ね合わせることにより、ほぼ最適な共振(共鳴)条件を
形成することが可能である。好適実施例においては、こ
の静止磁界は、前記体積内へ放射方向に指向されてお
り、一方このRFフィールド(磁界)は、円周方向に指向
され、従って検査体積内の均一な静止磁界に対して垂直
な方向である。この溝アンテナの長さは、好適には、検
査体積の長さとほぼ等しい長さである。
According to a preferred embodiment of the present invention, an elongated groove antenna is provided on the pad surface, which is parallel to the drilling axis and has a substantially uniform static magnetic field in the adjacent formation. And are parallel to the volume. By superimposing a uniform static magnetic field volume geometry with the pattern of the RF field from the antenna, it is possible to create nearly optimal resonance conditions. In the preferred embodiment, the static magnetic field is directed radially into the volume, while the RF field (magnetic field) is directed circumferentially, thus for a uniform static magnetic field within the examination volume. The vertical direction. The length of this groove antenna is preferably approximately equal to the length of the examination volume.

本発明によれば、穿孔を取巻く地層内の磁気共鳴を高
速パルスで測定するための方法及び装置が提供され、特
にスピン−スピン緩和時間T2を直接的に測定することが
可能であり、それにより地層の特性を決定することが可
能である。
According to the present invention there is provided a method and apparatus for measuring magnetic resonance in the formation surrounding a perforation with fast pulses, in particular it is possible to directly measure the spin-spin relaxation time T 2. It is possible to determine the characteristics of the formation.

本発明の別の側面によれば、送信用アンテナは、更
に、磁気共鳴信号を受信するためにも使用され、且つ電
力をシャットオフした後にアンテナ内に発生するリンギ
ング電流を非常に迅速に減衰させるために特別の回路が
使用されている。この特別の回路は、Qスイッチと呼称
され、それは従来の装置よりも約1000倍速く分極用アン
テナ電流を減衰させ、且つ短い時間期間中に地層内へ相
次いで多数のパルスを注入することが可能である。
According to another aspect of the invention, the transmitting antenna is also used for receiving magnetic resonance signals and very quickly attenuates the ringing current generated in the antenna after shutting off the power. A special circuit is used for this. This special circuit, called a Q-switch, attenuates the polarizing antenna current about 1000 times faster than conventional devices and can inject multiple pulses in succession into the formation during a short period of time. Is.

単位時間当りの測定サイクル数を著しく増加させるこ
とにより、本発明は、検層装置が、(1)全体的な測定
データセットのS/Nを増加させ、その際により高速の検
層レート又は連続的な検層を行なうことを可能とし、且
つ(2)原子核が岩石細孔内で拡散するNMR測定時間を
減少させ、その際にこの様な拡散による不所望の磁気的
効果を減少させることを可能としている。
By significantly increasing the number of measurement cycles per unit time, the present invention provides that the logging device (1) increases the S / N of the overall measurement data set, with a faster logging rate or continuous. (2) to reduce the NMR measurement time for nuclei to diffuse in the pores of rocks and to reduce the undesired magnetic effect due to such diffusion. It is possible.

本発明の別の側面によれば、主要な磁気輪郭が地層近
くに到達する前に所定の地層体積を予備分極させるため
の付加的な装置が提供される。この予備分極磁界は、好
適には、主要磁石形態のものよりもかなり強いものであ
り、且つB0ベクトル方向に整合される陽子のポピュレー
ションを増加させるべく作用し、従って磁気歳差運動信
号レベルを更に増加させる。
According to another aspect of the invention, an additional device is provided for pre-polarizing a given formation volume before the main magnetic contour reaches near the formation. This pre-polarizing field is preferably much stronger than that of the main magnet form and acts to increase the population of protons aligned in the B 0 vector direction, and thus the magnetic precession signal level. Is further increased.

本発明の更に別の側面によれば、小さな電流が測定装
置の近傍に導入されて、測定サイクルの一部の期間中に
静止磁界を変化させ、これらの局所的な領域からの信号
をスポイル即ち無効なものとさせる。好適実施例におい
ては、この小さな電流は、アンテナの開口をカバーして
おり且つ検層装置の壁と係合する面と平行に取付けられ
たループとして構成されたワイヤを介して流れる。この
構成は、アンテナ表面の直ぐ近くに隣接する穿孔泥水又
はマッドケーキによって発生される共振(共鳴)信号を
著しく減少させるか又は除去すべく作用し、従って不所
望な信号を実質的に減少させる。これらのフィールド
(磁界)不均一性の空間的範囲及び磁気的効果は、ワイ
ヤの隣接セクタの間隔、電流、及びその他の関連する寸
法を選択することによって注意深く制御することが可能
である。本発明の異なった側面においては、該ワイヤ又
はその均等物は、測定共鳴体積内に延在する磁界勾配を
発生するために使用することが可能であり、そのことは
他の有効な磁気的測定を行なうことを可能とする。
According to yet another aspect of the invention, a small current is introduced in the vicinity of the measuring device to change the static magnetic field during part of the measuring cycle, spoiling the signals from these local areas. Make it invalid. In the preferred embodiment, this small current flows through a wire configured as a loop that covers the antenna aperture and is mounted parallel to the surface that engages the wall of the logging device. This arrangement acts to significantly reduce or eliminate the resonant signal generated by the drilling mud or mudcake immediately adjacent to the antenna surface, thus substantially reducing unwanted signals. The spatial extent and magnetic effects of these field (field) inhomogeneities can be carefully controlled by choosing the spacing, current, and other relevant dimensions of adjacent sectors of wire. In a different aspect of the invention, the wire or its equivalent can be used to generate a magnetic field gradient extending into the measured resonant volume, which is another useful magnetic measurement. It is possible to do.

本発明の別の側面においては、例えば透磁率などのよ
うな地層有孔流体特性の値を決定するために、例えば自
由誘導崩壊信号、パルスシーケンス型磁化曲線、及びそ
の他の磁気共鳴測定などのような測定データを解釈する
ための方法が提供されている。
In another aspect of the invention, for example, free induction decay signals, pulse sequence magnetisation curves, and other magnetic resonance measurements, etc., are used to determine values of formation perforated fluid properties such as permeability. A method is provided for interpreting various measurement data.

実施例 以下、添付の図面を参考に、本発明の具体的実施の態
様について詳細に説明する。
Examples Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図面を参照し、特に第1図を参照すると、ボアホール
即ち穿孔10が、特性を決定すべき地層11,12に隣接して
示されている。穿孔10内には、地表における装置7へワ
イヤライン8を介して接続されているロギングツール即
ち検層装置13が位置されている。検層装置13は、好適に
は、最小のギャップを持って穿孔壁と緊密に接触すべく
形状構成された1面14を有している。検層装置13は、更
に、後退可能なアーム15を有しており、該アーム15は、
動作されると、検層動作期間中、検層装置13の本体を穿
孔壁に対して押圧し、前記1面14が壁表面に押圧され
る。
Referring to the drawings, and particularly to FIG. 1, a borehole or bore 10 is shown adjacent to formations 11, 12 to be characterized. Within the perforation 10 is located a logging tool or logging device 13 which is connected via wire lines 8 to a device 7 at the surface of the earth. The logging device 13 preferably has a face 14 which is configured for intimate contact with the perforation wall with a minimum gap. The logging device 13 further has a retractable arm 15, and the arm 15 is
When actuated, the body of the logging device 13 is pressed against the perforated wall during the logging operation so that the one side 14 is pressed against the wall surface.

第1図に示した好適実施例においては、検層装置13は
単一体として示されているが、この検層装置は、明らか
に、例えばカートリッジ、ゾンデ、又はスキッドなどの
ような別体の部品を有することが可能であり、且つ検層
装置は当業者にとって明らかな如く、他の検層装置と結
合させることが可能である。同様に、ワイヤライン8
は、本発明にとって好適な形態の物理的支持体であり通
信リンクであるが、その他の代替物を使用することも可
能であり、且つ本発明は、例えば、ワイヤラインを必要
とすることがないような遠隔システムの形態を使用し
て、ドリルステム内に組込むことが可能である。
In the preferred embodiment shown in FIG. 1, the logging device 13 is shown as a single piece, but the logging device is obviously a separate piece, such as a cartridge, a sonde, or a skid. And the logging device can be combined with other logging devices as will be apparent to those skilled in the art. Similarly, wireline 8
Is a preferred form of physical support and communication link for the present invention, although other alternatives can be used and the present invention does not require a wireline, for example. Such remote system configurations can be used to incorporate within the drill stem.

地層11,12は、地層のタイプ、多孔度(porosity)、
透磁率(permeability)及び石油含有量などのような個
別的な特性を有しており、その様な特性は、本検層装置
によって採取される測定値から決定することが可能であ
る。地層11,12の穿孔壁上には、典型的に、マッドケー
キ層16が付着形成されており、それは、穿孔流体瀘過液
が地層内へ自然的に浸透することによって穿孔壁上に付
着形成される。
Formations 11 and 12 consist of formation type, porosity,
It has individual properties such as permeability and petroleum content, which can be determined from measurements taken by the logging device. A mudcake layer 16 is typically deposited on the perforated walls of formations 11, 12 by depositing on the perforated walls by the natural permeation of perforating fluid filtrate into the formation. To be done.

第1図に示した好適実施例においては、検層装置13
は、磁石アレイ17及び磁石アレイ17と壁係合面14との間
に位置されたアンテナ18を有している。磁石アレイ17
は、検層装置13を取巻く全領域に静止磁界B0を発生す
る。アンテナ18は、選択した時間において、振動磁界B1
を発生し、それは地層12内へフォーカス即ち合焦され、
且つ面14に対向する地層の部分内における静止磁界B0
に重畳される。第1図に点線で示した本検層装置の検査
体積9(即ち、検査されるべき所定の体積)は、装置面
14の直前に位置した垂直方向に長尺状の領域であり、そ
の領域内において、磁石アレイ17によって発生される磁
界は、実質的に均一であり、且つその空間的勾配は約ゼ
ロである。
In the preferred embodiment shown in FIG. 1, a logging device 13
Has a magnet array 17 and an antenna 18 positioned between the magnet array 17 and the wall engaging surface 14. Magnet array 17
Generates a static magnetic field B 0 in the entire area surrounding the logging device 13. The antenna 18 has an oscillating magnetic field B 1 at the selected time.
Which is focused into formation 12,
And it is superposed on the static magnetic field B 0 in the part of the formation facing the surface 14. The inspection volume 9 (that is, the predetermined volume to be inspected) of the present logging device shown by the dotted line in FIG.
Located immediately before 14 is a vertically elongated region within which the magnetic field generated by the magnet array 17 is substantially uniform and its spatial gradient is approximately zero.

点線で示した予備分極用磁石19を、本発明の修正した
実施例においては、アレイ17の直上に位置させることが
可能であり、その修正形態については別に説明する。
The pre-polarizing magnet 19 shown by the dotted line can be located directly above the array 17 in a modified embodiment of the invention, the modification of which will be described separately.

検層装置13は、振動磁界B1のパルスで地層12内の粒子
の原子核スピンを磁気的に傾斜させ、次いで所定の時間
期間に亘って、該検査体積内の静止した均一な磁界B0
における傾斜させた粒子の歳差運動を検知することによ
って測定を行なう。第1図に示される如く、この検査体
積9は、従来の検査装置におけるように壁係合面14の表
面とオーバーラップしておらず、且つ穿孔壁上のマッド
ケーキ16ともオーバーラップすることがない。
The logging device 13 magnetically tilts the nuclear spins of the particles in the formation 12 with a pulse of an oscillating magnetic field B 1 and then within a stationary, uniform magnetic field B 0 within the examination volume for a predetermined time period. The measurement is made by detecting the precession of the tilted particles at. As shown in FIG. 1, this inspection volume 9 does not overlap with the surface of the wall engaging surface 14 as in conventional inspection devices, and may also overlap the mud cake 16 on the perforated wall. Absent.

パルスエコー型の測定においては、例えば前掲したFa
rrar及びBecker共著の文献に詳細に説明される如く、RF
電流のパルスがアンテナ18を介して通過されて、RF磁界
B1のパルスを発生し、その場合該RF周波数は、該検査体
積内の磁界B0に等しい静止磁界に露呈される水素原子核
のみ共鳴させるべく選択されている。RFパルスに続いて
アンテナ18内に誘起される信号は、前記検査体積内の核
磁気歳差運動及び崩壊の測定値を表わしており、磁界強
度B0が異なる穿孔流体、マッドケーキ、又は地層の周囲
部からの好ましくない影響は自動的に排除される。
In the pulse echo type measurement, for example, Fa described above is used.
RF as detailed in the rrar and Becker reference.
A pulse of current is passed through the antenna 18 and the RF magnetic field
A pulse of B 1 is generated, in which case the RF frequency is selected to resonate only the hydrogen nuclei exposed to a static magnetic field equal to the magnetic field B 0 in the examination volume. The signal induced in the antenna 18 following the RF pulse represents a measure of nuclear magnetic precession and collapse in the examination volume of a drilling fluid, mud cake, or formation with different magnetic field strengths B 0 . Undesired effects from the surrounding area are automatically eliminated.

本発明の好適実施例を開発するに際し、本発明者ら
は、測定プロセスの信号対雑音(S/N)比を最適化しよ
うとした。当業者によって理解される如く、以下の説明
は、本発明の好適実施例を構成する場合に検討されるべ
き主要なパラメータについて理解するのに有用なもので
ある。
In developing the preferred embodiment of the present invention, we sought to optimize the signal to noise (S / N) ratio of the measurement process. As will be appreciated by one of skill in the art, the following description is useful for understanding the key parameters to be considered in constructing the preferred embodiment of the present invention.

第2図及び第3図を参照すると、隣接する地層12内に
おいて検層装置13によって行なわれる核磁気共鳴測定の
信号強度を考察する場合、アンテナ18の該地層の磁気モ
ーメントとの相互作用を、相反定理を適用することが可
能な単一の4端子回路網の一部として取扱うことが有用
である。入力インピーダンスZ0を持った回路網20は、無
損失マッチング回路21及び単に抵抗とインダクタンスと
を直列接続したものとして示してあるRFプローブ乃至は
アンテナ22を有している。周波数ωの振動電流I1がRFプ
ローブ22を介して流れると、テストループ23内の区域を
包含する地層内に振動磁界B1を発生する。電流I1を印加
する結果としてテストループ23内に誘起される電圧は次
式で与えられる。
Referring to FIGS. 2 and 3, when considering the signal strength of nuclear magnetic resonance measurements performed by logging device 13 in adjacent formations 12, the interaction of antenna 18 with the magnetic moment of the formation is It is useful to treat it as part of a single 4-terminal network to which the reciprocity theorem can be applied. A network 20 having an input impedance Z 0 comprises a lossless matching circuit 21 and an RF probe or antenna 22 shown simply as a series connection of a resistance and an inductance. When an oscillating current I 1 of frequency ω flows through the RF probe 22, it produces an oscillating magnetic field B 1 in the formation, which includes the area within the test loop 23. The voltage induced in the test loop 23 as a result of applying the current I 1 is given by:

V2=Z21I1=−iωA・B1 (1) 尚、Z21は、アンテナ電流とテストループ23内に誘起
された電圧との間の交差インピーダンスである。
V 2 = Z 21 I 1 = −iωA · B 1 (1) Note that Z 21 is the cross impedance between the antenna current and the voltage induced in the test loop 23.

このテストループに電流I2を印加し、且つマッチング
回路20の端子において次式で表わされる電圧V1が誘起さ
れるものと仮定する。
It is assumed that a current I 2 is applied to this test loop and a voltage V 1 represented by the following equation is induced at the terminal of the matching circuit 20.

V1=Z12I2 (2) 尚、Z12は、テストループ電流とアンテナ22内に誘起
された電圧との間の交差インピーダンスである。相反定
理を適用すると、Z12=Z21であるから、次式が得られ
る。
V 1 = Z 12 I 2 (2) Note that Z 12 is the cross impedance between the test loop current and the voltage induced in the antenna 22. Applying the reciprocity theorem, the following equation is obtained because Z 12 = Z 21 .

ループ23の磁気モーメントはm=I2Aであるから、体
積dVの磁化dMは、dM=I2AdVである。全地層からの正味
の信号は、上のことから派生することが可能であり、そ
れは次式の如く表わすことが可能である。
Since the magnetic moment of the loop 23 is m = I 2 A, the magnetization dM of the volume dV is dM = I 2 AdV. The net signal from all formations can be derived from the above, which can be expressed as:

尚、積分は、共鳴条件B0=ω/γが充足される体積に
関して取られる。本NMR装置の測定した信号応答を最適
化させるために、NMR検査体積は面積AR及び長さLを有
しており、且つ被積分関数はこの体積内においては一定
であると仮定することが可能である。実際上、この様な
仮定が極めて良好な近似であることが判明した。上の式
においてω=γB0及びM=χB0で代入すると、次
式が得られる。尚、γは回転磁気比であり、μは自由
空間の透磁率であり、且つχは地層内の陽子の核磁気磁
化率である。
The integral is taken with respect to the volume satisfying the resonance condition B 0 = ω / γ. In order to optimize the measured signal response of the present NMR device, it can be assumed that the NMR examination volume has an area A R and a length L and that the integrand is constant within this volume. It is possible. In practice, such an assumption turned out to be a very good approximation. Substituting ω = γB 0 and M = χB 0 / μ 0 in the above equation yields the following equation: It should be noted that γ is the rotational magnetic ratio, μ 0 is the magnetic permeability of free space, and χ is the nuclear magnetic susceptibility of protons in the formation.

ここで、第1図に示した磁石アレイ17の形態の如き実
際の磁石形態に対する面積ARの寸法を推定することが望
まれるものとする。後述する如く、磁石アレイ17は、静
止磁界B0を発生し、その均一な磁界領域の中心における
鞍部点は第1図における検査体積9として示してある。
このフィールド(磁界)強度は、次式で示した如く、テ
ーラー展開によって近似することが可能である。
Here, it is assumed that it is desired to estimate the size of the area A R to the actual magnet forms such as the form of the magnet array 17 shown in Figure 1. As will be described later, the magnet array 17 generates a static magnetic field B 0, and the saddle point at the center of the uniform magnetic field area is shown as the inspection volume 9 in FIG.
This field (magnetic field) strength can be approximated by Taylor expansion as shown in the following equation.

中心における値からの静止磁界の逸れであるB0(x,
y)−B0(0,0)がRF磁界B1の大きさの半分よりも大きく
ない場合には、パルスNMRにおける共鳴条件が満足され
るので、共鳴領域の面積は、次式の如く近似することが
可能である。
B 0 (x, which is the deviation of the static magnetic field from the value at the center
y) −B 0 (0,0) is not larger than half the magnitude of the RF magnetic field B 1 , the resonance condition in pulsed NMR is satisfied. Therefore, the area of the resonance region is approximated by the following equation. It is possible to

尚、その面積は正方形の断面を有しているものと仮定
している。この様な近似及びその他の近似は、本発明の
基となる原理をより簡単に説明するために行なうもので
あって、その他のより厳格な導出が可能であることを理
解すべきである。測定したNMR信号に対して上式(5)
を代入すると、次式が得られる。
It is assumed that the area has a square cross section. It should be understood that such and other approximations are made to more simply explain the principles underlying the present invention, and that other more rigorous derivations are possible. The above equation (5) for the measured NMR signal
Substituting for, we obtain

上式(8)の定性的関係から明らかな如く、測定した
NMR信号は、与えられた種々のパラメータを変化させる
ことによりよりよいものとするか又はより悪いものとす
ることが可能である。しかしながら、信号レベルを増加
することは十分ではなく、信号VSと相対的に、熱雑音レ
ベルを可及的に低く維持することが極めて望ましい。自
乗平均熱雑音は次式で表わされる。
It was measured as is clear from the qualitative relationship of the above equation (8).
The NMR signal can be made better or worse by varying the various parameters given. However, it is not sufficient to increase the signal level, relative to the signal V S, it is highly desirable to maintain the thermal noise level as low as possible. The root mean square thermal noise is expressed by the following equation.

VN=(4KTZ0Δf)1/2 (9) 尚、Z0はマッチング回路20の入力インピーダンス(公
称的には50Ω)であり、κはボルツマン定数であり、且
つΔfは測定帯域幅であり、それは地層内の共鳴された
粒子のポピュレーションの帯域幅γB1/2Πと整合されて
いる。従って、自乗平均雑音に対するピーク信号の次式
の比が得られる。
V N = (4 K TZ 0 Δf) 1/2 (9) where Z 0 is the input impedance of the matching circuit 20 (nominal 50Ω), κ is the Boltzmann constant, and Δf is the measurement bandwidth. , and the it is aligned with the bandwidth .gamma.B 1 / 2.pi. population of resonance particles in the formation. Therefore, the ratio of the peak signal to the root mean square noise is obtained:

式(10)において、アンテナに供給される電力P1は、
P1=I1 2Z0/2の関係を使用して電流に対して代入してあ
る。更に、NKS単位におけるキューリーの法則磁化率の
従来の定義を使用して、次式が得られる。
In equation (10), the power P 1 supplied to the antenna is
It is substituted with respect to current using the relationship P 1 = I 1 2 Z 0 /2. Further, using the conventional definition of Curie's law susceptibility in NKS units, we have

最終的に、信号対雑音(S/N)比に対する次式が得ら
れる。
Finally, the following equation for the signal-to-noise (S / N) ratio is obtained.

上式(12)において、最初のカッコで括られた部分
は、例えば流体の陽子スピン密度N、多孔度Φ、及び絶
対温度Tなどのような環境条件パラメータに依存する。
その他の項におけるパラメータは、例えば、プランクの
定数(2Πに関し)h、及び陽子に対して1/2の値を有
する原子核スピンIである。2番目のカッコで括った部
分は、検層装置の性能を最適化するための設計パラメー
タを有している。例えば、高静止磁界B0は二乗されてお
り、S/N比を顕著に改善することが可能である。
In the above equation (12), the first bracketed portion depends on environmental condition parameters such as the proton spin density N of the fluid, the porosity Φ, and the absolute temperature T.
The parameters in the other terms are, for example, Planck's constant (for 2Π) h and the nuclear spin I with a value of 1/2 for the proton. The second bracketed section contains design parameters for optimizing the performance of the logging device. For example, the high static magnetic field B 0 is squared, and it is possible to significantly improve the S / N ratio.

更に、アンテナの「Q」に関連する部分(B1/P1 1/2
3/2は大きなものとすべきであることが分かる。しかし
ながら、S/Nは、B1/P1 1/2を増大することによって無限
に増大することはできない。なぜならば、式(10)及び
(12)は、帯域幅がγB1/2Πによって制限されている場
合にのみ有効なものであり、例えばQ<B0/B1の場合に
あてはまるからである。一方、Q>B0/B1の場合、帯域
幅はΔF=γB0/2Π Qであり、且つ式(12)は次式の如
くになる。
Furthermore, the part related to the "Q" of the antenna (B 1 / P 1 1/2 )
It turns out that 3/2 should be large. However, the S / N cannot be increased infinitely by increasing B 1 / P 1 1/2 . Since equation (10) and (12), the bandwidth is as it only effective if it is limited by .gamma.B 1 / 2.pi., for example because the case for Q <B 0 / B 1. On the other hand, when Q> B 0 / B 1 , the bandwidth is ΔF = γB 0 / 2Π Q, and the equation (12) is as follows.

設定したアンテナ幾何学形状及び測定点に対し、B1/P
1 1/2の量はQ1/2に対して直接的に比例することが知ら
れている。上のことから理解される如く、Q>B0/B1
点を超えてアンテナの損失を更に減少させることは、S/
Nを増加させることにはならない。
B 1 / P for the set antenna geometry and measurement point
It is known that the amount of 1 1/2 is directly proportional to Q 1/2 . As can be seen from the above, further reduction of the antenna loss beyond the point of Q> B 0 / B 1 is
It does not increase N.

第1図及び第3図を参照すると、磁石アレイ17は、3
個のサマリウムコバルト永久磁石24,25,26から構成され
ており、それらの磁石は金属合金本体27内に互いに平行
に装着されている。磁石24,25,26は、穿孔の長手軸方向
に伸長されており、且つ好適実施例においては12インチ
の長さである。これらの磁石の磁極は、棒磁石の端部と
して一般的に考えられる、スラブの最も小さな面上では
なく、磁極はスラブ磁石の二つの対向端部上に表われて
おり、且つそれぞれ、第1図及び第3図の両方におい
て、左側及び右側へ指向している。従って、地層12内に
おいて、これらの磁石を取巻く磁界B0は、穿孔軸の長手
方向に沿ってはほぼ一定状態を維持する。
Referring to FIGS. 1 and 3, the magnet array 17 has three
It is composed of individual samarium-cobalt permanent magnets 24, 25, 26, which are mounted in a metal alloy body 27 parallel to each other. The magnets 24, 25, 26 extend longitudinally of the bore and are 12 inches long in the preferred embodiment. The poles of these magnets appear on two opposite ends of the slab magnet, rather than on the smallest face of the slab, which is commonly considered the end of a bar magnet, and each of the first In both FIG. And FIG. 3, it points to the left and right. Therefore, in the formation 12, the magnetic field B 0 surrounding these magnets remains substantially constant along the longitudinal direction of the drilling axis.

磁石24,25,26は、実際上可及的に強力なものとすべき
であり、且つ分解することなしに物理的衝撃を耐えるこ
とが可能なものとすべきである。これらのサマリウムコ
バルト磁石は、好適には、磁石が欠けたり又は破壊した
りする場合に破片が飛散ることを防止するために堅牢な
真鍮性のケーシング内に収納することが望ましい。これ
らの磁石は、市販されており、且つ典型的に10,500ガウ
スの残留磁束密度を有している。当業者にとって明らか
な如く、このサマリウムコバルト磁石の代わりにその他
の磁石を置換することが可能であり、且つスラブ磁石
は、好適実施例に示したものと異なった寸法のものとす
ることも可能である。
The magnets 24, 25, 26 should be as strong as practical and should be able to withstand physical shock without disassembling. These samarium-cobalt magnets are preferably housed in a robust brass casing to prevent debris from flying off when the magnet is chipped or destroyed. These magnets are commercially available and typically have a residual magnetic flux density of 10,500 Gauss. As will be apparent to those skilled in the art, other magnets could be substituted for this samarium cobalt magnet, and the slab magnets could have different sizes than those shown in the preferred embodiment. is there.

穿孔軸に平行なz座標に沿ってかなりな距離Lに亘っ
て一定な静止磁界を地層12内に発生させるためには伸長
即ち長尺状のスラブ磁石を使用することが望ましい。L
が大きければS/Nが改善され、且つz座標に沿っての連
続的なロギング即ち検層動作を容易とさせる。しかしな
がら、これらの磁石は、あまり長すぎて検層装置13を構
造的に不格好なものとさせたり、又は洗流しゾーンにお
いて係合面14と穿孔壁との間に過剰な間隔が発生するよ
うなものとすべきではない。
It is desirable to use elongated or elongated slab magnets to generate a constant static magnetic field in formation 12 for a significant distance L along the z coordinate parallel to the drilling axis. L
A large value improves S / N and facilitates continuous logging or logging operations along the z coordinate. However, these magnets may be too long to cause the logging device 13 to be structurally awkward or to cause excessive spacing between the mating surface 14 and the perforated wall in the flush zone. Should not be.

磁石24,26は、本体27の両側に対称的に装着されてお
り、それらのN極は同一の方向を向いている。磁石25
は、これら二つの磁石と平行で且つそれらの間に位置さ
れているが、そのN極は磁石24,26とは反対方向に向い
ている。磁石25は、磁石24,26と相対的に、且つ係合面1
4から多少シフトされている。第3図に示した如く、磁
石24,26のN極は検層装置の係合面14の方向に指向して
おり、一方磁石25のN極は係合面14から離れる方向に指
向している。しかしながら、この形態は、明らかに、反
転させることが可能であり、その場合にも尚且つ同様の
結果を得ることが可能である。
The magnets 24 and 26 are mounted symmetrically on both sides of the body 27, and their north poles face the same direction. Magnet 25
Are located parallel to and between these two magnets, but with their north poles facing away from the magnets 24,26. The magnet 25 is relative to the magnets 24 and 26 and has an engaging surface 1.
It is slightly shifted from 4. As shown in FIG. 3, the north poles of the magnets 24, 26 are oriented toward the engagement surface 14 of the logging device, while the north pole of the magnet 25 is oriented away from the engagement surface 14. There is. However, this form can obviously be inverted, and still with similar results.

第4図乃至第6図の参照すると、磁石24,26の二つの
N極を係合面14に指向させ且つ地層12がそれを超えた位
置に存在するような形態とすることにより、磁石アレイ
17は、大きな距離においては磁極Nのように表われる。
しかしながら、磁石25の極性を反転して位置させてある
ので、地層12への近くの距離及び中間の距離においては
磁界を実質的に変更している。中間距離においては、こ
の好適な磁石アレイ17の形態は、検層装置表面14の直前
における独特の画定した体積内に興味のある且つ重要な
磁界の異常部分を発生する。第5図乃至第7図により詳
細に示される如く、磁界が実質的に一定な良好に画定さ
れた体積が存在しており、そこにおいては、B0の空間的
勾配は実質的に消失している。これは、NMR測定用の主
要共振(共鳴)領域であり、第1図に示した検査体積に
対応している。
Referring to FIGS. 4 to 6, the magnet array is formed by directing the two north poles of the magnets 24 and 26 to the engagement surface 14 and forming the stratum 12 at a position beyond that.
17 appears like a magnetic pole N at large distances.
However, the polarity of magnet 25 is reversed so that the magnetic field is substantially altered at near and intermediate distances to formation 12. At intermediate distances, this preferred magnet array 17 configuration produces interesting and significant magnetic field anomalies within the unique defined volume just prior to the logging device surface 14. As shown in more detail in FIGS. 5-7, there is a well-defined volume in which the magnetic field is substantially constant, in which the spatial gradient of B 0 substantially disappears. There is. This is the main resonance region for NMR measurement and corresponds to the inspection volume shown in FIG.

第8図は、検層装置の面14から約1インチのところに
おける断面積内における磁力線に沿ったベクトル矢印を
示しており、各ベクトル矢印の長さは磁束強度に比例し
ており、且つ各ベクトル矢印の方向は磁力線に一致して
いる。磁界B0は、地層内に放射方向乃至は半径方向に放
出されており、且つこの区域に亘って極めて一様であ
り、且つ約232ガウスの実質的に一定な磁界強度を有し
ている。
FIG. 8 shows vector arrows along the magnetic field lines within the cross-sectional area about 1 inch from the surface 14 of the logging device, the length of each vector arrow being proportional to the magnetic flux strength and The direction of the vector arrow corresponds to the magnetic field line. The magnetic field B 0 is emitted radially or radially into the formation and is very uniform over this area and has a substantially constant magnetic field strength of about 232 Gauss.

最大の磁界均一性の体積は壁係合面14から約4/5イン
チ離れた点の周りに中心を有するものであるが、この実
質的に均一な磁界の体積は、磁石24,26と相対的な磁石2
5の相対的位置決め、間隔及び磁界強度に依存して、地
層内へより短い距離又はより大きい距離にシフトさせる
ことが可能である。更に、本発明の他の実施例において
は、状況に応じて、検査深さを変化可能とするために、
本検層装置の動作期間中に、本体27内において磁石25を
シフトさせる構成とすることが可能である。例えば、地
層が高度に波状であったり又は極めて厚いマッドケーキ
が存在するような場合には、第3図に示した如く、オペ
レータが磁石25の位置を右側へ所定距離シフトさせるこ
とが可能であり、従って検査体積9は地層内へ更に深く
シフトされ、マッドケーキから不所望の共振信号を採取
することを回避することが可能である。しかしながら、
図示した好適実施例においては、結果的に得られる検査
体積9の位置は、既に、典型的な穿孔の比較的薄いマッ
ドケーキ層と実質的にオーバーラップすることを回避す
るようなものであるから、磁石24,25,26は固定した位置
に装着されている。
Although the maximum magnetic field homogeneity volume is centered about a point about 4/5 inches away from the wall engaging surface 14, this substantially uniform magnetic field volume is relative to the magnets 24, 26. Magnet 2
Depending on the relative positioning, spacing and field strength of 5, it is possible to shift shorter or larger distances into the formation. Furthermore, in another embodiment of the present invention, in order to change the inspection depth depending on the situation,
It is possible to shift the magnet 25 in the main body 27 during the operation period of the present logging device. For example, if the formation is highly corrugated or there is an extremely thick mud cake, the operator can shift the position of the magnet 25 to the right by a predetermined distance as shown in FIG. Therefore, the examination volume 9 is shifted deeper into the formation, and it is possible to avoid collecting unwanted resonance signals from the mudcake. However,
In the illustrated preferred embodiment, the location of the resulting inspection volume 9 is already such as to avoid substantial overlap with the relatively thin mudcake layer of typical perforations. The magnets 24, 25 and 26 are mounted at fixed positions.

再度第5図乃至第7図を参照すると、検査体積9の寸
法は、採取される測定の性質、及び後述する如くアンテ
ナ18によって送信されるRFパルスの強度に依存すること
を理解することが可能である。
Referring again to FIGS. 5-7, it can be seen that the size of the examination volume 9 depends on the nature of the measurement taken and on the strength of the RF pulses transmitted by the antenna 18, as will be described below. Is.

金属本体27は、その正面側の面14上において、半円筒
形状の空洞乃至はスロット28を有しており、それは係合
面14によって係合されている地層と対面している。空洞
28は、後述する如く、RFアンテナ18の受納すべく適合さ
れている。しかしながら、既に明記した如く、アンテナ
18は本検層装置の金属本体27の外側に位置されており、
且つ本体27の後側に存在する穿孔の領域又は本体27によ
って中断されている方向におけるその他の地層の領域と
の電極的通信から自動的にシールドされている。従っ
て、アンテナ18は、壁係合面14の前方から発生する磁
界、例えばアンテナ18の近傍における面14と接触するマ
ッドケーキ又は泥水内又は地層12内から発生する磁界の
みに応答する。アンテナと金属本体27との相対的な幾何
学的位置決めを使用することにより、他の手段によって
除去することが困難であるような信号に対する不所望の
影響を最小とすることが可能である。好適実施例におい
ては、本体27は、金属合金の外装体から構成されてお
り、内部金属支持体へ固着されており、回路、磁石アレ
イ17、アーム15の油圧システムなどを包含するアンテナ
18以外の本検層装置の構成要素のほとんどを包囲してい
る。又、本体27を、全体的な構成が十分に強力であり、
且つ磁気アレイ17の磁界が隣接する地層12内へ浸透し且
つ進入することが可能である限り、例えば複合樹脂、ス
チールなどのようなその他の物質の組合わせから構成す
ることも可能である。
On its front face 14, the metal body 27 has a semi-cylindrical cavity or slot 28, which faces the formation which is engaged by the engagement face 14. cavity
28 is adapted to receive an RF antenna 18, as described below. However, as already specified, the antenna
18 is located outside the metal body 27 of the logging device,
Moreover, it is automatically shielded from electrode-like communication with the area of the perforations present on the rear side of the body 27 or with other areas of the formation in the direction interrupted by the body 27. Therefore, the antenna 18 responds only to magnetic fields emanating from the front of the wall-engaging surface 14, eg, from the mud cake or muddy contacting the surface 14 in the vicinity of the antenna 18 or from within the formation 12. By using the relative geometric positioning of the antenna and the metal body 27, it is possible to minimize unwanted effects on the signal that would be difficult to remove by other means. In the preferred embodiment, the body 27 is composed of a metal alloy exterior body and is fixedly attached to an internal metal support and includes an antenna including a circuit, a magnet array 17, a hydraulic system of the arm 15, and the like.
It encloses most of the components of this logging system except for 18. Also, the main body 27, the overall configuration is sufficiently strong,
It can also consist of a combination of other materials, for example composite resins, steel, etc., as long as the magnetic field of the magnetic array 17 can penetrate and enter the adjacent formation 12.

アンテナ18は、地層12内に分極用磁界を発生するため
のRF送信器として、且つ分極用磁界を終了した直後に歳
差運動を行なう陽子から発生するコヒーラントな磁気信
号を検知するために受信器用アンテナとしても使用され
る。アンテナ18は、地層内に磁界を発生する上で極めて
効率的な1個又はそれ以上の電流担持用ループから構成
することが可能である。それは、好適には、B0に対して
垂直な検査体積内に振動磁界B1を発生する電流ループか
ら構成する。好適な磁石アレイ17のものとは異なった静
止磁界B0を持った本発明のその他の実施例においてその
他の電流ループの方位が有用な場合がある。
The antenna 18 is used as an RF transmitter for generating a polarization magnetic field in the formation 12, and for a receiver for detecting a coherent magnetic signal generated from a proton that precesses immediately after the polarization magnetic field is terminated. Also used as an antenna. The antenna 18 may consist of one or more current carrying loops that are very efficient at generating magnetic fields in the formation. It preferably consists of a current loop generating an oscillating magnetic field B 1 in the examination volume perpendicular to B 0 . Other current loop orientations may be useful in other embodiments of the invention having a static magnetic field B 0 different from that of the preferred magnet array 17.

アンテナ18は本体27に取付けられており、且つスロッ
ト28内に嵌合されている。その効率は、スロット28内の
電流密度が一様にされる場合に、理想的に最大とさせる
ことが可能である。実際上、「スキン効果」のような種
々の電磁的寄生効果、個々の電流ループ間の相互的誘導
効果、及び個々の導体内の電気的効果のために、最適な
アンテナ効率を得ることは困難である。本発明に基づく
好適なアンテナ18は、第9図に示した如く、溝乃至はス
ロットの形状をした単一の電流ループから構成されてい
る。
The antenna 18 is attached to the body 27 and is fitted in the slot 28. Its efficiency can ideally be maximized if the current density in the slots 28 is made uniform. In practice, it is difficult to obtain optimum antenna efficiency due to various electromagnetic parasitic effects such as "skin effect", mutual induction effect between individual current loops, and electrical effect within individual conductors. Is. The preferred antenna 18 in accordance with the present invention comprises a single current loop in the form of a groove or slot, as shown in FIG.

第9図を参照すると、アンテナ18は高度に導電性の半
円筒形状の空洞乃至は溝29と、端部プレート30,31と、
半円筒形状の溝29と平行であり且つそれに対して中心に
位置しており一方の端部プレート30から他方の端部プレ
ート31へ延在するアンテナ要素32とを有している。溝2
9、端部プレート30,31、及びアンテナ要素32は、全て、
好適には、極めて低い電気抵抗を有する重いゲージの銅
から構成されている。アンテナ要素32は、非導電性ブッ
シング33によって端部プレート30から絶縁されており、
且つ端部プレート30の反対側の電気的マウント34へ接続
されている。アンテナ要素32は、その他方の端部が他方
の端部プレート31に取付けられており、従って電流は端
部プレート31を介して溝29とアンテナ要素32との間にお
いて自由に通過する。電気的マウント34は、第9図にお
いて、増幅器35及び検知器36を包含する回路へ接続され
た状態で示してある。アンテナ18における全ての接続
は、低抵抗性損失を確保するために、半田付け乃至は銀
ロウ付けされている。
Referring to FIG. 9, the antenna 18 is a highly conductive semi-cylindrical cavity or groove 29, end plates 30 and 31, and
It has an antenna element 32 which is parallel to and centrally located with respect to the semi-cylindrical groove 29 and which extends from one end plate 30 to the other end plate 31. Groove 2
9, the end plates 30, 31, and the antenna element 32 are all
It is preferably constructed from heavy gauge copper which has a very low electrical resistance. The antenna element 32 is insulated from the end plate 30 by a non-conductive bushing 33,
It is also connected to an electrical mount 34 opposite the end plate 30. The antenna element 32 is attached at its other end to the other end plate 31, so that current can freely pass through it between the groove 29 and the antenna element 32. The electrical mount 34 is shown in FIG. 9 connected to a circuit that includes an amplifier 35 and a detector 36. All connections at antenna 18 are soldered or silver brazed to ensure low resistive losses.

RFアンテナ18は、特定した時間期間中に増幅器35によ
って駆動することが可能であり、その期間中、それはRF
アンテナ送信器として作用する。一方、他の特定した時
間においては、アンテナ18は、電気的に検知器36へ接続
されており、その期間中、それはRF受信用アンテナとし
て作用する。ある動作モードにおいては、アンテナ18
は、非常に迅速な頻度で交互に送信器又は受信器として
作用することが要求される場合がある。
The RF antenna 18 can be driven by the amplifier 35 during a specified time period during which it is RF
Acts as an antenna transmitter. On the other hand, at other specified times, the antenna 18 is electrically connected to the detector 36, during which time it acts as an RF receiving antenna. In some operating modes, the antenna 18
May be required to act alternately as transmitters or receivers at very rapid frequencies.

溝29とアンテナ要素32との間の空間は、好適には、高
い透磁率を持った非導電性物質37で充填されている。ア
ンテナ感度を増加させるために、好適には、フェライト
物質が使用される。幾つかの同調用コンデンサ38がアン
テナ要素32のベースと溝29との間に接続されており、そ
れらの容量は、LC回路を発生すべく選択されており、共
振周波数はラーモア周波数ω=γB0である。
The space between the groove 29 and the antenna element 32 is preferably filled with a non-conductive substance 37 having a high magnetic permeability. Ferrite material is preferably used to increase antenna sensitivity. Several tuning capacitors 38 are connected between the base of the antenna element 32 and the groove 29, their capacitance is selected to generate an LC circuit, the resonance frequency of which is the Larmor frequency ω L = γB. It is 0 .

第10図を参照すると、アンテナ18の相対的寸法は、ア
ンテナ効率を最大とすべく選択されるべきである。スロ
ット要素半径Rは、実際的に可能な範囲において可及的
に大きなものとすべきであり、且つR−rの間隔は、r
があまり小さすぎてアンテナインピーダンスを過剰に増
加することがないような条件下において最大とすべきで
ある。フェライト充填物なしの12インチの溝アンテナの
場合、R=0.75インチ及びR=0.2インチに設定するこ
とにより最適効率が発生することが判明した。R=0.75
インチ及びr=0.3インチの寸法を持ったフェライト充
填型溝アンテナは、最適なものであることが判明した。
このアンテナの長さLは、磁石アレイ17の長さと同一の
ものとすることが可能であり、それは好適実施例におい
ては12インチであるが、アンテナ18は、好適には、磁石
アレイ17によって地層内に発生される共振(共鳴)領域
とほぼ同一の長さであり、それは約4乃至8インチの長
さである。
Referring to FIG. 10, the relative dimensions of antenna 18 should be selected to maximize antenna efficiency. The slot element radius R should be as large as practicable and the R-r spacing is r
Should be maximal under conditions where is not too small to increase the antenna impedance excessively. It has been found that for a 12-inch groove antenna without ferrite filling, setting R = 0.75 inches and R = 0.2 inches produces optimum efficiency. R = 0.75
Ferrite-filled groove antennas with dimensions of inches and r = 0.3 inches have been found to be optimal.
The length L of this antenna can be the same as the length of the magnet array 17, which is 12 inches in the preferred embodiment, but the antenna 18 is preferably formed by the magnet array 17 in the formation. It is about the same length as the resonance region generated therein, which is about 4 to 8 inches long.

アンテナ18によって発生される磁界B1は、静止磁界が
約232ガウスである地層の感受性を持った体積内の水素
原子核の共鳴周波数に等しい周波数fを持った振動磁界
である。従って、f=(γB0)/2Π=1.0MHzである。B1
の強度は、次式の帯域幅公式に従ってB1によって共鳴状
態とされる歳差運動を行なう原子核の帯域幅に直接的な
影響を有している。
The magnetic field B 1 generated by the antenna 18 is an oscillating magnetic field with a frequency f equal to the resonance frequency of hydrogen nuclei in the sensitive volume of the formation, whose static magnetic field is about 232 gauss. Therefore, f = (γB 0 ) /2Π=1.0 MHz. B 1
Has a direct effect on the bandwidth of precessing nuclei resonated by B 1 according to the bandwidth formula:

Δf=(YB1)/2n 静止磁界B0は、好適実施例においては、約232ガウス
であり、且つ1インチにおいてアンテナによって発生さ
れた磁界強度B1は3ガウスであるので、その結果所望の
体積内に発生するB0の帯域幅も3ガウスである。
The Δf = ( Y B 1 ) / 2n static magnetic field B 0 is about 232 Gauss in the preferred embodiment, and the magnetic field strength B 1 produced by the antenna at 1 inch is 3 Gauss and is therefore desired. The bandwidth of B 0 occurring in the volume of is also 3 Gauss.

感受性を持った体積内のB1磁界の強度は、B1/P1 1/2
従ってS/N比(式12)に影響を与える。尚、B1は静止磁
界B0に対して垂直である。第13図は、12インチの溝アン
テナの前方におけるB1/P1 1/2の大きさのプロットを示し
ており、尚P1はアンテナ18の50Ωインピーダンスマッチ
ング回路へ印加される電力であり、且つB1は放射された
磁界の円周方向に分極された成分である。理解される如
く、約8インチの長手方向距離に亘って、1インチにお
いて磁界強度は極めて一定である。
The strength of the B 1 magnetic field in a sensitive volume affects the S / N ratio (Equation 12) according to B 1 / P 1 1/2 . Note that B 1 is perpendicular to the static magnetic field B 0 . FIG. 13 shows a plot of the magnitude of B 1 / P 1 1/2 in front of a 12 inch groove antenna, where P 1 is the power applied to the 50 Ω impedance matching circuit of antenna 18, And B 1 is the circumferentially polarized component of the radiated magnetic field. As can be seen, the magnetic field strength is quite constant at 1 inch over a longitudinal distance of about 8 inches.

第3図、第10図及び第11図を参照すると、アンテナ18
は、スロット28内に据え付けられており、且つフェライ
ト物質37及びアンテナ要素32を保護するために非導電性
耐摩耗性物質から構成される耐摩耗性プレート39で被覆
されている。耐摩耗性プレート39の下側又はその内部の
何れかに、薄い導電性ワイヤ40を設けることが好適であ
り、それは実質的に、アンテナ開口を充填する。このワ
イヤ40は、好適には、ループ形状に配設され、ワイヤセ
グメント間の間隔Sは約1/2インチである。しかしなが
ら、この様な寸法は、より大きな又はより小さな厚さの
局所的領域において磁気共鳴をスポイル即ち失わせるこ
とが所望される場合には変更することが可能である。測
定サイクル期間中に、選択した間隔で、小さなDC電流が
ワイヤ40を介して通過され、局所的に不均一な磁界B2
発生し、その磁界はワイヤ40のセグメント間の間隔Sに
ほぼ等しい距離に亘って地層12へ向けて延在する。この
局所的磁界不均一の領域内において、測定サイクルの一
部の期間中に、核磁気歳差運動が破壊され、且つそうで
なければ、B0及びB1の相互作用によって発生される共鳴
条件が実質的に変更される。ワイヤ40は、局所的に不均
一な磁界を発生させる手段の一つの形態を構成するもの
であるが、その他の実施例を使用することも可能であ
る。例えば、複数個のワイヤ、コイル、又は導電性グリ
ッドを使用することが可能である。
Referring to FIG. 3, FIG. 10 and FIG. 11, the antenna 18
Is installed in the slot 28 and is coated with a wear resistant plate 39 composed of a non-conductive wear resistant material to protect the ferrite material 37 and the antenna element 32. It is preferred to provide a thin conductive wire 40 either below or within the wear resistant plate 39, which substantially fills the antenna aperture. The wires 40 are preferably arranged in a loop and the spacing S between the wire segments is about 1/2 inch. However, such dimensions can be modified if it is desired to spoil magnetic resonance in localized regions of greater or lesser thickness. During the measurement cycle, at selected intervals, a small DC current is passed through the wire 40, producing a locally non-uniform magnetic field B 2, which is approximately equal to the interval S between the segments of the wire 40. Extends to formation 12 over a distance. Within this region of local magnetic field inhomogeneity, during some part of the measurement cycle, the nuclear magnetic precession is disrupted and otherwise the resonance conditions generated by the interaction of B 0 and B 1 Is substantially changed. The wire 40 constitutes one form of means for locally producing an inhomogeneous magnetic field, although other embodiments may be used. For example, multiple wires, coils, or conductive grids can be used.

第1図乃至第8図に示した好適実施例の場合には、マ
ッドケーキ領域において共振(共鳴)磁界条件をスポッ
ト即ち破壊することは特に有利である。なぜならば、典
型的なマッドケーキは高濃度の水素原子核を有してお
り、それはアンテナ18からの印加したRFパルスと強く共
鳴する場合があるからである。アンテナ18に隣接して存
在するマッドケーキは、地層12内の検査体積9よりも一
層強いRF磁界B1が印加され、従ってB1によって強く分極
される場合がある。更に、第6図及び第7図に示した如
く、B0磁界強度が232ガウスの共振(共鳴)周波数と等
しい場合である面14の1/2インチ以内に高い勾配点が存
在する。
In the case of the preferred embodiment shown in FIGS. 1 to 8, it is particularly advantageous to spot the resonant magnetic field conditions in the mudcake region. Because a typical mud cake has a high concentration of hydrogen nuclei, which may be strongly resonant with the applied RF pulse from antenna 18. The mudcake that is adjacent to the antenna 18 may be subjected to a stronger RF magnetic field B 1 than the inspection volume 9 in the formation 12 and thus strongly polarized by B 1 . Further, as shown in FIGS. 6 and 7, there is a high slope point within 1/2 inch of surface 14 where the B 0 field strength is equal to the resonance frequency of 232 Gauss.

マッドケーキ領域内に不均一な磁界B2を印加させ、且
つその中における共振(共鳴)条件をスポイル即ち消失
させることにより、マッドケーキからの不所望のNMR貢
献度は除去される。
By applying a non-uniform magnetic field B 2 in the mudcake region and spoiling the resonance conditions therein, the unwanted NMR contributions from the mudcake are eliminated.

ワイヤ40は、高い空間的勾配dB2/dxを持った磁界B2
発生し、且つ、一方、地層12内に磁界勾配型NMR測定を
行なうために使用することが可能である。この場合、測
定したNMR共鳴の領域が勾配磁界B2とオーバーラップす
るようにワイヤ40の関連する寸法を設定することが望ま
しい。
The wire 40 produces a magnetic field B 2 with a high spatial gradient dB 2 / dx, while it can be used to make magnetic field gradient NMR measurements in the formation 12. In this case, it is desirable to set the relevant dimensions of the wire 40 such that the region of measured NMR resonance overlaps the gradient field B 2 .

本検層装置13は、静止磁界B0及び振動磁界B1の両方を
優先的に指向させ、即ち「フォーカッシング(合焦)」
させることにより、特別の検査体積Qを形成して単一の
方向における測定を行なう。検査体積Qと検層装置面14
との間の領域においてその領域内の共鳴を消失させる付
加的な局所化した磁界B2を印加することにより、穿孔の
マッドケーキ領域内から発生する信号を実効的に除去し
た状態で測定を行なうことが可能である。更に、検層装
置13の測定範囲(感度距離)はかなり制限されているの
で、環境における磁気的効果を排除するために、本検層
装置のテスト又はキャリブレーションの期間中に、本検
層装置を妥当な寸法を有するキャリブレーションセル内
に包囲させることが可能である。その結果、油井のロギ
ング即ち検層動作のために本検層装置13を実効的に使用
することが簡単化される。
The logging device 13 preferentially directs both the static magnetic field B 0 and the oscillating magnetic field B 1 , that is, “focusing”.
By doing so, a special inspection volume Q is formed to perform the measurement in a single direction. Inspection volume Q and logging device surface 14
By applying an additional localized magnetic field B 2 in the region between and which eliminates the resonance in that region, the measurement is performed with the signal generated from within the mudcake region of the hole effectively removed. It is possible. Furthermore, since the measurement range (sensitivity distance) of the logging device 13 is quite limited, during the testing or calibration of the logging device, the logging device can be removed in order to eliminate magnetic effects in the environment. Can be enclosed within a calibration cell with reasonable dimensions. As a result, the effective use of the logging device 13 for oil well logging or logging operations is simplified.

エレクトロニクス 本検層装置13用のエレクトロニクスは、本体27に装着
するか、又は別体のカートリッジ乃至はゾンデ内に設け
ることが可能である。第12図は概略示した好適な回路
は、送信モード、ダンプ(減衰)モード、及び受信モー
ドの三つのモードで動作する。
Electronics The electronics for the present logging device 13 can be mounted on the body 27 or provided in a separate cartridge or sonde. The preferred circuit shown schematically in FIG. 12 operates in three modes: transmit mode, dump mode, and receive mode.

送信モードにおいては、回路41は、短い精密に同期さ
れた期間の間1MHzのオーダーの周波数で約1kWの大きな
電力を発生し、約10マイクロ秒以内で非常に迅速にこの
電流をシャットオフし、このパワー回路の任意の信号乃
至は雑音を本検層装置13内の他の検知回路との結合から
分離させねばならない。
In transmit mode, the circuit 41 produces a large power of about 1 kW at a frequency on the order of 1 MHz for a short, precisely synchronized period, shutting off this current very quickly within about 10 microseconds, Any signal or noise in this power circuit must be isolated from coupling with other sensing circuits in the logging device 13.

第12図を参照すると、この送信回路は、20MHzオシレ
ータ42及び20MHz+fの周波数の正弦波信号を発生する
シンセサイザ43を有しており、尚fは本検層装置の所望
の動作周波数である。両方のオシレータは、クロック44
によってリンクされており、且つ常時同期状態に維持さ
れる。オシレータ42の出力は、移相器45へ供給され、移
相器45はタイミング発生器46によって制御される。移相
器45は、本検層装置のオペレータによって所望される如
く、0゜、90゜、180゜、270゜の位相シフトを発生する
ことが可能であり、且つメイブーム−ジル(Meiboom−G
ill)シーケンスなどのような種々の測定手法の条件に
従ってこれらの位相シフトを発生させることが可能であ
る。この位相シフトされた信号は、ゲート47を介して通
過し、次いで混合器48におけるシンセサイザ43からの20
MHz+f信号と結合される。この結合された信号は、周
波数fの信号のみを通過することを許容するローパルフ
ィルタ49を介して供給される。混合器48もその出力にお
いて他の周波数成分を有しているが、これらの一層高い
周波数成分はフィルタ除去される。周波数fの所望の動
作信号は、タイミング発生器46によりゲート47の適宜の
制御によって任意の時間においてターンオン及びターン
オフされることが可能である。タイミング発生器46は、
40MHzシンセサイザにより該クロックと精密な同期状態
に維持される。更に、一層高い周波数を有するオシレー
タ42,43は、周波数fで動作する検知回路に何ら悪影響
を与えるという危険性なしに、常時稼動状態に維持する
ことが可能である。
Referring to FIG. 12, this transmitter circuit has a 20 MHz oscillator 42 and a synthesizer 43 for generating a sine wave signal having a frequency of 20 MHz + f, where f is the desired operating frequency of the logging device. Both oscillators have clock 44
Are linked by and are always kept in sync. The output of the oscillator 42 is supplied to the phase shifter 45, which is controlled by the timing generator 46. The phase shifter 45 is capable of producing 0 °, 90 °, 180 °, 270 ° phase shifts, as desired by the operator of the logging device, and is a Meiboom-Gil.
ill) It is possible to generate these phase shifts according to the conditions of various measurement techniques such as sequence. This phase-shifted signal passes through gate 47 and then 20 from synthesizer 43 in mixer 48.
Combined with MHz + f signal. This combined signal is fed through a low-pal filter 49 which allows only signals of frequency f to pass. Mixer 48 also has other frequency components at its output, but these higher frequency components are filtered out. The desired operating signal at frequency f can be turned on and off at any time by appropriate control of gate 47 by timing generator 46. The timing generator 46
A 40 MHz synthesizer maintains precise synchronization with the clock. Furthermore, the oscillators 42, 43 having a higher frequency can be kept in the operating state at all times without the risk of adversely affecting the detection circuit operating at the frequency f.

シフトされた位相の情報を維持するf信号は、振幅変
調器50へ通過され、それは振幅を調節して該信号を所望
のパルス形状へ変化させる。変調器50及びゲート47の両
方は、回路41内の他の部品と共に、タイミング発生器46
によって制御され、一方タイミング発生器46はコンピュ
ータ52によって制御される。第14図乃至第15図を参照す
ると、変調器50及びゲート47によって形成される典型的
なパルスは、第一の短い時間間隔t(1)を有してお
り、その場合には、振幅は変調器50によって増加されて
おり、且つ第二の短い時間間隔t(2)を有しており、
その期間中は振幅は増加されておらず、且つ第三の短い
時間間隔t(3)を有しており、その期間中は、振幅は
増加され且つ信号の位相が反転されている。整形された
パルスが既に以下に説明するQスイッチによって適切に
ダンプ即ち減衰されている場合には、この第三期間の位
相反転が必要でない場合がある。期間t(1)中におけ
る増加された振幅は、RFアンテナ18を動作させるのにか
かる時間を減少させることに貢献し、一方期間t(3)
中における反転された位相の信号は、パルスの終了にお
いてアンテナ18の動作を停止させることに貢献する。従
って、その結果得られる地層12内へ放射される磁界B1
パルスは、より一層方形パルスに似た形状を有してい
る。
The f signal, which retains the shifted phase information, is passed to an amplitude modulator 50, which adjusts the amplitude to change the signal into the desired pulse shape. Both modulator 50 and gate 47, along with other components in circuit 41, provide timing generator 46.
, While the timing generator 46 is controlled by the computer 52. Referring to FIGS. 14-15, a typical pulse formed by modulator 50 and gate 47 has a first short time interval t (1) where the amplitude is Is increased by the modulator 50 and has a second short time interval t (2),
During that period the amplitude has not been increased and has a third short time interval t (3) during which the amplitude has been increased and the phase of the signal has been inverted. This third period of phase reversal may not be necessary if the shaped pulse has already been properly dumped by the Q-switch described below. The increased amplitude during period t (1) contributes to reducing the time it takes to operate RF antenna 18, while period t (3).
The inverted phase signal therein contributes to deactivating antenna 18 at the end of the pulse. Thus, the resulting pulse of the magnetic field B 1 radiated into the formation 12 has a shape that is more like a square pulse.

振幅変調器50からのパルス信号は、信号形状に歪を発
生させることなしに約1.2kWを出力することが可能なパ
ワーアンプ35によって増幅される。次いで、その信号
は、受信モード期間中に、活性化されない場合に増幅器
35から漏洩する10V以下の程度の低レベルノイズを防止
するエクステンダ53を介して通過する。増幅されたパル
スは、次いで、RFアンテナ18へ供給され、そこから磁界
B1のパルスが放射され、地層内の原子核スピンを共鳴さ
せる。送信パルス間において、RFアンテナ18は、原子核
スピン歳差運動の振動磁気信号を受取る。
The pulse signal from the amplitude modulator 50 is amplified by the power amplifier 35 capable of outputting about 1.2 kW without causing distortion in the signal shape. The signal is then fed to the amplifier if not activated during receive mode.
It passes through the extender 53 which prevents low level noise of about 10V or less leaked from the 35. The amplified pulse is then fed to the RF antenna 18 from which the magnetic field is
A pulse of B 1 is emitted, causing nuclear spins in the formation to resonate. During the transmit pulse, the RF antenna 18 receives an oscillating magnetic signal of nuclear spin precession.

前述した如く、RFプローブ及びマッチング回路の受信
システムは、S/N比を最大とするために高Qを有するよ
うに設計されている。この様な高Qシステムにおいて
は、アンテナは不所望に長い時間に亘ってリングする傾
向となり、且つ地層内において不所望の磁気スピン傾斜
動作を発生させる。アンテナが制御不可能であるように
リングすることが許容される場合、送信される磁界パル
スの帯域幅は実質的に減少される場合がある。このアン
テナのリンギング問題を最小とするために、Qスイッチ
54は、送信パルスの終わりにおいて非常に迅速にアンテ
ナのリンギングを減衰させる好適な手段として、エクス
テンダ53とアンテナ18との間にラインに接続されてい
る。Qスイッチ54は、適宜の時間において回路を閉成さ
せ、そのことはRFプローブシステム(RFアンテナ18を含
む)のインピーダンスを変化させ、従って該システムは
臨界的にダンプ即ち減衰され、且つリンギングエネルギ
は迅速に散逸される。
As mentioned above, the receiving system of the RF probe and matching circuit is designed to have a high Q to maximize the S / N ratio. In such high-Q systems, the antenna tends to ring undesirably for long periods of time and produces unwanted magnetic spin tilting behavior in the formation. If the antenna is allowed to ring out of control, the bandwidth of the transmitted magnetic field pulse may be substantially reduced. In order to minimize this antenna ringing problem, a Q switch
54 is connected in a line between extender 53 and antenna 18 as a suitable means of dampening the antenna ringing very quickly at the end of the transmitted pulse. The Q-switch 54 closes the circuit at the appropriate time, which changes the impedance of the RF probe system (including the RF antenna 18) so that the system is critically damped and the ringing energy is Dissipated quickly.

受信動作モード期間中において、Qスイッチ54はスイ
ッチオフされ、且つ歳差運動を行なう原子核からの信号
はRFアンテナ18によって受信され、且つ送受切換器55を
介して受信器増幅器56へ通過される。送受切換器55は、
送信モード及び減衰(ダンピング)モード期間中に、エ
クステンダ53からRFアンテナ18へ通過する高パワーパル
スから受信器増幅器56を保護する。受信モード期間中、
送受切換器55は、アンテナ18を受信器増幅器56へ接続す
る単なる50Ωのケーブルとして実効的に作用する。次い
で、検知され且つ増幅された信号は、二相感応検知器57
へ送給され、それは、更に、検知器57の周波数感度を制
御する基準信号も受取る。
During the receive mode of operation, the Q-switch 54 is switched off, and signals from the precessing nuclei are received by the RF antenna 18 and passed through the duplexer 55 to the receiver amplifier 56. The duplexer 55
Protects the receiver amplifier 56 from high power pulses passing from the extender 53 to the RF antenna 18 during the transmit and damping modes. During receive mode,
The duplexer 55 effectively acts as a simple 50Ω cable connecting the antenna 18 to the receiver amplifier 56. The detected and amplified signal is then fed into a two-phase sensitive detector 57.
Which also receives a reference signal which controls the frequency sensitivity of the detector 57.

周波数fを持った基準信号が、オシレータ42及びシン
セサイザ43からの20MHz及び20MHz+fのそれぞれの出力
を第二混合器58において混合し、次いでローパスフィル
タ59を介して低周波数成分fを抽出することによって発
生される。ローパスフィルタ59の出力は周波数fの正弦
波形態を有しており、検知器57及びパルス発生器60の両
方に対しての基準信号として使用される。パルス発生器
60は、コンピュータ52からの制御及びトリガ信号に応答
して適宜のパルス形状を発生し、且つタイミング発生器
46をトリガする。
A reference signal having a frequency f is generated by mixing the respective outputs of 20 MHz and 20 MHz + f from the oscillator 42 and the synthesizer 43 in a second mixer 58, and then extracting a low frequency component f via a low pass filter 59. To be done. The output of low pass filter 59 has a sinusoidal form at frequency f and is used as a reference signal for both detector 57 and pulse generator 60. Pulse generator
60 is a timing generator that generates an appropriate pulse shape in response to a control and trigger signal from the computer 52.
Trigger 46.

検知器57は、この基準信号及び受信器増幅器56からの
地層NMR信号に応答して、所望の検査体積から周波数f
の測定したNMR共振(共鳴)信号を得、且つそれをデジ
タイザ82へ供給する。次いで、このデジタル化された信
号は、コンピュータ52へ送給され、オペレータによっ
て、所望の処理及び/又はフォーマット化が行なわれ
る。
The detector 57 responds to this reference signal and the formation NMR signal from the receiver amplifier 56 with a frequency f from the desired inspection volume.
, And supplies it to the digitizer 82. The digitized signal is then delivered to computer 52 for desired processing and / or formatting by an operator.

Qスイッチ 第16図を参照すると、Qスイッチ54は、図面の上半分
及び下半分に示した二つの対称的な回路61及び62を有し
ている。Qスイッチ54の目的は、RC=0.5(L/C)1/2
公式に従って、本回路を臨界的に減衰させるために、コ
ンデンサ38(第9図参照)と並列的に本アンテナ回路内
に抵抗性要素を導入することである。例えば、L=1.1
×10-7Hであり且つC=2.3×10-7Fであり動作周波数が1
MHzであると仮定すると、アンテナ18を臨界的にダンプ
即ち減衰させるために必要とされる付加的な抵抗はRC
0.36Ωである。
Q-Switch Referring to FIG. 16, a Q-switch 54 has two symmetrical circuits 61 and 62 shown in the upper and lower halves of the drawing. The purpose of the Q switch 54 is to parallel the capacitor 38 (see FIG. 9) in the antenna circuit in parallel with the capacitor 38 (see FIG. 9) according to the formula R C = 0.5 (L / C) 1/2 in order to critically attenuate the circuit. Is to introduce a resistive element into. For example, L = 1.1
× 10 -7 H and C = 2.3 × 10 -7 F, operating frequency is 1
Assuming MHz, the additional resistance needed to critically dampen antenna 18 is R C =
It is 0.36Ω.

Qスイッチ54は、連続して接続した2個の電界効果ト
ランジスタ(FET)63,64を使用しており、それらは、閉
成された場合に、約0.36Ωの抵抗を与える。二つのFET
が必要とされるのは、実効的内部ダイオード67に起因し
て一方の極性のみの高電圧に対して各一つが抵抗を与え
ることが可能だからであり、且つアンテナ18のリンギン
グは双極性振動電圧だからである。アンテナ18を臨界的
にダンプするために必要とされる抵抗値がこれらFET63,
64の抵抗値よりも大きい場合には、付加的な抵抗要素を
直列的に挿入させることが可能である。
Q-switch 54 uses two field effect transistors (FETs) 63, 64 connected in series, which, when closed, provide a resistance of about 0.36Ω. Two fets
Are required because each one can provide resistance to high voltages of only one polarity due to the effective internal diode 67, and the ringing of the antennas 18 is a bipolar oscillating voltage. That's why. The resistance required to critically dump the antenna 18 is these FETs 63,
If it is larger than the resistance value of 64, it is possible to insert an additional resistance element in series.

FET63,64がスイッチされて開成されると、本回路は、
開放回路となり、且つアンテナ回路に何ら影響を与える
ことはない。従って、Qスイッチ54は、本回路(第12
図)の送信モード期間中及び受信モード期間中には開放
状態であり、且つ第14図及び第15図において時間期間t
(3)として示したダンピング(減衰)モード期間中は
閉成される。
When the FETs 63 and 64 are switched and opened, this circuit
It is an open circuit and does not affect the antenna circuit at all. Therefore, the Q switch 54 is
During the transmission mode period and the reception mode period (in the figure), it is in the open state, and in FIG. 14 and FIG.
It is closed during the damping mode shown as (3).

第16図における回路の残部は、アンテナ回路へ導入さ
れるノイズを最小に維持したままFET63,64をオン及びオ
フ状態にゲート動作させる手段を有している。回路61,6
2は基本的に同一であるので、それらのうちの一方につ
いてのみ以下に説明する。
The rest of the circuit in FIG. 16 has means for gated the FETs 63, 64 into the on and off states while keeping the noise introduced into the antenna circuit to a minimum. Circuit 61,6
Since the two are basically the same, only one of them will be described below.

送信モードの場合には、RFパルスの期間中、20nFコン
デンサ65及び中間段トランジスタ66のコレクタは、ダイ
オード67と抵抗68(51Ω)とダイオード69とを有するラ
インを介して充電され、尚ダイオード67は下側の対称の
回路62のFET64の一部である。トランジスタ66のベース
は、光学的カップラー70へ接続されており、カップラー
70はタイミング発生器46からのライン71上の信号によっ
て制御される。この光学的カップラー70は、好適には、
本NMR検層装置と共に使用される。なぜならば、それは
スイッチング信号とアンテナ上の高電圧との間の分離を
確保することを可能とするからである。
In the transmit mode, during the RF pulse, the 20nF capacitor 65 and the collector of the intermediate stage transistor 66 are charged via a line having a diode 67, a resistor 68 (51Ω) and a diode 69, the diode 67 being It is part of the FET 64 of the lower symmetrical circuit 62. The base of transistor 66 is connected to an optical coupler 70,
70 is controlled by a signal on line 71 from timing generator 46. This optical coupler 70 is preferably
Used with the present NMR logging device. Because it makes it possible to ensure the separation between the switching signal and the high voltage on the antenna.

中間段トランジスタ66のエミッタは、ダイオード77を
介して、FET63のゲート72へ接続されている。ゲート72
は、更に、1kの抵抗73及び8.2nFのコンデンサ74へ接続
されており、それらは、ソースライン75へ接続されてお
り、ゲート72とソースライン75との間にR−C結合ハイ
パスフィルタを構成している。このR−Cフィルタは、
RFパルスの送信期間中にソース対ゲート電圧が決して過
剰なレベルになることがなく且つ自己ターンオフ時定数
を与えることを確保している。20nFのコンデンサ65と並
列接続されているツェナーダイオード76は、光学的カッ
プラー70が過剰な電圧によって損傷することを防止して
いる。
The emitter of the intermediate-stage transistor 66 is connected to the gate 72 of the FET 63 via the diode 77. Gate 72
Is further connected to a 1k resistor 73 and a 8.2nF capacitor 74, which are connected to a source line 75, forming an RC coupled high pass filter between gate 72 and source line 75. are doing. This R-C filter is
It is ensured that the source-to-gate voltage never goes to an excessive level and gives a self turn-off time constant during the transmission of the RF pulse. Zener diode 76 in parallel with 20 nF capacitor 65 prevents optical coupler 70 from being damaged by excessive voltage.

ダンピング(減衰)モード期間中、タイミング発生器
46からの信号がライン71を介して通過され、光学的カッ
プラー70を活性化させ、且つ中間段トランジスタ66のベ
ースを充電する。トランジスタ66がターンオンされ、ゲ
ート72へ電圧を印加させ、FET63を導通状態とさせ、且
つアンテナ回路のダンピング即ち減衰を与える。
Timing generator during damping mode
The signal from 46 is passed through line 71 to activate optical coupler 70 and charge the base of intermediate stage transistor 66. Transistor 66 is turned on, applying a voltage to gate 72, rendering FET 63 conductive and providing damping of the antenna circuit.

検層装置13の動作期間中、オペレータは実施すべき測
定シーケンスのタイプに関する情報をコンピュータ52内
へ入力する。次いで、コンピュータ52は、その測定シー
ケンスを実施するために本装置にとって必要とされる電
子的ステップのシーケンスを設定する。コンピュータ52
は、タイミング発生器46を制御し、タイミング発生器46
は回路41の種々の構成要素へ制御信号を送給し、分極用
パルス高さ、長さ、周波数、逐次的パルスの相対的位
相、受信モード期間、周波数、及びそれらのタイミング
を制御する。
During operation of the logging device 13, the operator enters into the computer 52 information regarding the type of measurement sequence to be performed. The computer 52 then sets the sequence of electronic steps required for the device to carry out the measurement sequence. Computer 52
Controls the timing generator 46,
Sends control signals to the various components of circuit 41 to control the pulse height, length, frequency, relative phase of successive pulses, receive mode duration, frequency, and their timing for polarization.

高Qアンテナ18は1kWのRFパルスを送信した後に迅速
にダンプ即ち減衰されることが可能であるので、検層装
置13は、目的とする地層12を短い時間で多数の相次ぐパ
ルスで共振(共鳴)させることが可能である。送信した
パルスと受信モードの開始との間の無駄時間は約25マイ
クロ秒であり、それは従来の市販されている検層装置の
無駄時間よりも約1000倍短いものである。100Wのピーク
パワーを使用すると、該パルスは約40マイクロ秒の期間
を有することが可能であり、1秒継続する測定サイクル
内において高々1000個のパルスを有することが可能であ
る。
The high-Q antenna 18 can be quickly dumped or attenuated after transmitting a 1 kW RF pulse, so that the logging device 13 resonates the target formation 12 with a large number of successive pulses in a short time. ) Is possible. The dead time between the transmitted pulse and the start of receive mode is about 25 microseconds, which is about 1000 times shorter than the dead time of conventional commercially available logging equipment. Using a peak power of 100 W, the pulse can have a duration of about 40 microseconds and can have at most 1000 pulses in a measurement cycle lasting 1 second.

前掲した文献に説明されている既存の市販されている
検層装置によって実施されるものとして従来知られてい
るNMR測定に加えて、横緩和時間T2を測定するためにカ
ー−パーセル(Carr−Purcell)タイプの測定も行なう
ことが可能である。このシーケンスは、又、一般的に
は、180゜−90゜シーケンスとして知られており、ここ
でこれらの角度は測定プロセス期間中に歳差運動を行な
うプロトン(陽子)によって経験するティッピング(傾
斜)の角度を表わしている。本装置によって実施するこ
とが可能なその他の測定シーケンスとしては、例えば、
メイブーム−ジル(Meiboom−Gill)シーケンスがあ
り、それは前掲したFerrar及びBeckerの文献に記載され
ている。更に、C. G. McDonald及びJ. S. Leigh,J
r.共著「縦緩和測定用の新たな方法(A New Method
for Measuring Longitudinel Relaxation)」、ジ
ャーナル・オブ・マグネチック・レゾナンス、Vol.9、3
58−362頁、1973年の文献に記載されているタイプの90
゜−τ−90゜シーケンスがあり、それは縦緩和時間T1
測定する。更に、地層の磁気的特性を有効に検査するた
めに、本発明に基づいて付加的なタイプの穿孔NMR測定
を考案することが可能である。
In addition to the previously known NMR measurement as being performed by existing commercially available logging device described supra and literature, a car in order to measure the transverse relaxation time T 2 - parcel (Carr- Purcell) type measurements can also be performed. This sequence is also commonly known as the 180 ° -90 ° sequence, where these angles are the tipsing experienced by the protons that precess during the measurement process. Represents the angle of. Other measurement sequences that can be performed by this device include, for example:
There is the Meiboom-Gill sequence, which is described in Ferrar and Becker, supra. In addition, CG McDonald and JS Leigh, J
r. Co-authored “A New Method for measuring longitudinal relaxation”
for Measuring Longitudinel Relaxation) ", Journal of Magnetic Resonance, Vol. 9, 3
Pages 58-362, 90 of the type described in the 1973 literature.
There is a ° -τ-90 ° sequence, which measures the longitudinal relaxation time T 1 . Furthermore, in order to effectively test the magnetic properties of the formation, it is possible to devise additional types of perforated NMR measurements according to the present invention.

予備分極 検層装置13の各測定を行なう場合に本検層装置を停止
させることなく連続的に検層動作を行なうために使用す
る場合、上に説明したことを超えてS/Nを更に改善する
ために、別の実施形態を使用することが好適である。第
1図を参照すると、予備分極用磁石19が主要磁石アレイ
17の位置の上方において検層装置13内に組込まれてお
り、それは、磁石アレイ17が測定を行なうために地層11
近くに到達する前に地層11を磁気的に分極させるもので
ある。分極用磁石19の磁界は、磁石アレイ17のものと方
位が同様なものであるが、好適には、一層強力なもので
あって原子核のより多くのポピュレーション(集団)を
分極することが可能なものである。検層装置が穿孔内を
上方へ移動されると、磁石アレイ17は地層11の近くへ移
動し、且つRFパルスを放射する。しかしながら、予備分
極のために、より多くの数の原子核が実質的に均一な磁
界の体積内において磁石アレイ17の磁界B0と整合され、
且つ対応するより大きな信号が発生される。
Pre-polarization When each measurement of the logging device 13 is used to continuously perform logging operation without stopping the logging device, the S / N is further improved beyond the above description. To do so, it is preferable to use another embodiment. Referring to FIG. 1, the pre-polarizing magnet 19 is the main magnet array.
Above the location of 17 is incorporated into the logging device 13 which is used by the magnet array 17 to make measurements.
It is to magnetically polarize the formation 11 before reaching near. The magnetic field of the polarizing magnet 19 is similar in orientation to that of the magnet array 17, but is preferably stronger and able to polarize a larger population of nuclei. It is something. As the logging device is moved up through the borehole, the magnet array 17 moves closer to the formation 11 and emits RF pulses. However, due to the pre-polarization, a larger number of nuclei are aligned with the magnetic field B 0 of the magnet array 17 in a substantially uniform magnetic field volume,
And a corresponding larger signal is generated.

この予備分極磁石は、好適には、第17図に示した如き
形態を有する磁石アレイであって、図示例の場合には、
磁石90,91,92を有しており、それらは地層内に発生され
る磁界を最大とするために同極が同一方向に指向して配
列されている。明らかに、他の組合わせの磁石によって
同様の磁界を発せることも可能であり、且つ図示した如
く磁石アレイとする代わりに単一の磁石を使用すること
も可能である。第18図及び第19図を参照すると、予備分
極用磁石19の磁界BPは、測定時において存在する静止磁
界B0にのみ依存するNMR測定のS/N乃至は帯域幅に悪影響
を与えることなしに、磁石アレイ17の磁界よりも実質的
により均一性のないものとすることが可能である。
This pre-polarized magnet is preferably a magnet array having a form as shown in FIG. 17, and in the case of the illustrated example,
It has magnets 90, 91, 92, which are arranged with the same poles pointing in the same direction to maximize the magnetic field generated in the formation. Obviously, other combinations of magnets could produce similar magnetic fields, and a single magnet could be used instead of the magnet array as shown. Referring to FIGS. 18 and 19, the magnetic field B P of the pre-polarizing magnet 19 adversely affects the S / N or bandwidth of the NMR measurement that depends only on the static magnetic field B 0 existing at the time of measurement. Without, it can be substantially less uniform than the magnetic field of the magnet array 17.

これらの好適実施例は、本発明の技術的範囲を逸脱す
ることなしに、当業者により種々の形態に修正すること
が可能であることは勿論である。例えば、予備分極磁石
は、第17図に示した如き磁石の形態に構成することは必
要ではなく、それを単一の磁石又はその他の配列構成と
することも可能である。スラブ磁石を使用しているの
は、それが脱磁化効果を最小とする傾向を有するスリム
な形状を有しているからであり、且つ比較的組立てが容
易だからである。該磁石は大型であり且つ非常に高いエ
ネルギ密度を有しているので、それらの磁石の取扱い及
び組立てが容易であるということは著しい効果をもたら
すものであり、且つ本明細書に記載した簡単な構成は、
種々の観点から有利なものであることが判別した。しか
しながら、本発明に基づいて、その他のタイプの磁石を
使用することも可能である。
It goes without saying that these preferred embodiments can be modified in various forms by those skilled in the art without departing from the scope of the present invention. For example, the pre-polarization magnet need not be configured in the form of a magnet as shown in FIG. 17, but it could be a single magnet or other array configuration. A slab magnet is used because it has a slim shape that tends to minimize demagnetization effects and is relatively easy to assemble. Since the magnets are large and have a very high energy density, the ease of handling and assembly of the magnets has significant advantages, and the simple described herein. The composition is
It was determined to be advantageous from various points of view. However, it is also possible to use other types of magnets according to the invention.

静的測定が所望される場合には、差動的スティッキン
グ及びその他の動的な穿孔効果によって検層装置13がく
っついてしまう可能性がある。従って、この様な静的測
定を行なう場合には、所定の深さにおいて測定サイクル
を完了した後に、穿孔壁から検層装置係合面14を離脱さ
せる手段を設けることが望ましい。例えば、第1図にお
いて点線で示した2個の離脱用ピストン93,94を油圧に
よって動作させて、アーム15を後退位置に後退させた後
に、検層装置13を穿孔壁から強制的に離脱させることが
可能である。
If static measurements are desired, differential sticking and other dynamic perforation effects can cause the logging device 13 to stick. Therefore, when performing such static measurements, it is desirable to provide means for disengaging the logging device engagement surface 14 from the perforation wall after completing the measurement cycle at a predetermined depth. For example, the two detaching pistons 93, 94 shown by dotted lines in FIG. 1 are hydraulically operated to retract the arm 15 to the retracted position, and then the logging device 13 is forcibly detached from the boring wall. It is possible.

解釈方法 上述した装置を使用して、例えば多孔度、細孔寸法、
流体流れ透過度などのような地層の特性を決定するため
に、穿孔の周りの地層内の核磁気共鳴の測定を行なうこ
とが可能である。従来公知なNMR検層データの種々の解
釈方法を本発明装置において使用することが可能であ
る。
Method of Interpretation Using the apparatus described above, eg porosity, pore size,
Nuclear magnetic resonance measurements in the formation around the perforations can be made to determine formation characteristics such as fluid flow permeability. Various conventionally known methods of interpreting NMR logging data can be used in the apparatus of the present invention.

測定したNMR崩壊データの従来の解釈方法は、最初にT
1などのような岩石地層特性を派生し、次いでそれを例
えば透磁率kなどのような興味のあるその他の地層の特
性とリンクさせることを中心とするものであった。従来
の検層装置の観測した崩壊時定数T2 はkに対して直接
的にリンクさせることが不可能であった。なぜならば、
T2 は、地層細孔流体の水素原子核の真の崩壊時定数を
マスクするような環境と、穿孔と、検層装置との間の種
々の磁気的干渉に依存していたからである。
The traditional way of interpreting measured NMR decay data is to
It centered around deriving rock formation properties such as 1 and then linking them with properties of other formations of interest, such as permeability k. It was impossible to directly link the decay time constant T 2 * observed by the conventional logging device to k. because,
This is because T 2 * depends on various magnetic interferences between the perforation and the logging device, the environment that masks the true decay time constant of hydrogen nuclei in the pore fluid of the formation.

第20図を参照すると、FID波形即ち信号101は、「連続
モード」又は「静止モード」の何れかにおいて動作させ
た従来の検層装置によって測定した信号を表わしてお
り、且つ崩壊包絡線102は、このFID信号のピーク値から
得たものである。時間t0における各分極用パルスの終端
に続く約20−30ミリ秒の「無駄時間」の期間中には何ら
信号が受取られることはない。第21図には、この様な四
つの崩壊包絡線102a,b,c,dが示されており、FID信号101
は、それぞれ期間tpol(a),tpol(b),tpol(c),t
pol(d)を持った非飽和型分極用パルスの後に測定さ
れる。注意すべきことであるが、第21図の包絡線102
は、該信号内においてノイズを表わす多数のジグザグの
点を示しており、一方第20図は、ノイズの影響を示すこ
とのない簡単化した概略図であるから滑らかなものとし
て見えるFID包絡線102を示している。
Referring to FIG. 20, the FID waveform or signal 101 represents the signal measured by a conventional logging device operated in either "continuous mode" or "quiescent mode", and the collapse envelope 102 is , Obtained from the peak value of this FID signal. There is no the signal is received during the period of "dead time" of approximately 20-30 milliseconds following the end of each polarization pulse at time t 0. FIG. 21 shows four such collapse envelopes 102a, b, c, d, and the FID signal 101
Are the periods t pol (a), t pol (b), t pol (c), t, respectively.
Measured after an unsaturated polarization pulse with pol (d). Note that the envelope 102 in Figure 21 is
Shows a number of zig-zag points that represent noise in the signal, while FIG. 20 is a simplified schematic diagram that does not show the effects of noise so the FID envelope 102 appears smooth. Is shown.

縦緩和時間T1を決定する従来の一つの方法において
は、次式の形態の指数崩壊あてはめ曲線103(第21図参
照)を各包絡線102に対してあてはめる。
In one conventional method of determining the longitudinal relaxation time T1, an exponential decay fit curve 103 (see FIG. 21) of the form:

A(tdec)=A0exp(−tdec/T2 ) (A) 尚、tdecは崩壊時間であり、且つA0は分極用パルスが
初期的にシャフトオフされている時間T0における自由誘
導崩壊信号の最大振幅であり、且つA(tdec)は測定し
た振幅である。このあてはめ方式は、ベストフィット即
ち最適あてはめを発生するA0及びT2 の値を抽出し、且
つその結果得られるA0の値を、第20図及び第21図におい
てFFIの点として示した、時間tdec(0)における外挿
した縦軸交点を表わしている。従来の方法においては、
第二ステップが必要とされ、その場合外挿した値を第22
図に示した如く振幅A(tpol)対分極時間tpolの関係と
してグラフにプロットし、それによりT1ビルドアップ曲
線104が得られる。最後に、このT1ビルドアップ曲線104
を、典型的にΣA0(1−e−t/T 1i)の形態を持った別
の指数崩壊表示へあてはめて、T1に対する値を抽出す
る。
A (t dec ) = A 0 exp (−t dec / T 2 * ) (A) where t dec is the decay time, and A 0 is the time T 0 during which the polarization pulse is initially shaft off. Is the maximum amplitude of the free induction decay signal at and A (t dec ) is the measured amplitude. This fitting method extracts the values of A 0 and T 2 * that produce the best fit, that is, the optimum fitting, and the resulting values of A 0 are shown as FFI points in FIGS. 20 and 21. , And the extrapolated vertical axis intersection at time t dec (0). In the traditional way,
A second step is required, in which case the extrapolated value is
As shown, the amplitude A (t pol ) versus polarization time t pol is plotted in a graph, which results in a T 1 buildup curve 104. Finally, the T 1 build-up curve 104
To another exponential decay display, typically having the form ΣA 0 (1-e −t / T 1i ), to extract the value for T 1 .

上述した従来の公知の解釈技術と対照的に、本発明の
好適方法は、同時的に、測定データを、NMR崩壊態様及
びその崩壊の前に初期的分極の程度における変化から発
生するその態様の変化を一体的に記述するモデルに対し
てあてはめを行なう。この好適方法は、次式の形態のあ
てはめ量を最小とすることにより測定した振幅Aの同時
的なあてはめを与える。
In contrast to the previously known conventional interpretation techniques described above, the preferred method of the present invention simultaneously provides the measured data of the NMR decay mode and that aspect that occurs from the change in the degree of initial polarization prior to the decay. Fit a model that integrally describes changes. This preferred method gives a simultaneous fit of the amplitude A measured by minimizing the amount of fit of the form

ΣΣ[A(tpol,tdec)−AREPR(tpol,tdec)]
(B) 尚、この表示は、振幅AREPRがtdecとtpolの両方に同
時的に依存することを可能とする。第23図を参照する
と、複数個のFID包絡線102a,102b,102c,102dなどが示さ
れており、その各々は前述した第20図及び第21図におけ
る如く測定されるものであるが、これらの包絡線は数学
的表示に対して個別的乃至は別々にあてはめられるもの
ではなく、且つ従来技術において行なわれた如く、各包
絡線に対してA(t0)の中間外挿値を得る処理を行なう
ものでもない。従って、従来技術における二つのステッ
プにおける処理と比較して、本好適方法においてはあて
はめは単一ステップにおいて行なわれる。
ΣΣ [A (t pol , t dec ) −A REPR (t pol , t dec )]
2 (B) Note that this display allows the amplitude A REPR to depend on both t dec and t pol simultaneously. Referring to FIG. 23, a plurality of FID envelopes 102a, 102b, 102c, 102d, etc. are shown, each of which is measured as in FIGS. 20 and 21 above, but these The envelopes of A are not individually or separately fitted to the mathematical representation, and the process of obtaining an intermediate extrapolated value of A (t 0 ) for each envelope as is done in the prior art. It is not something that does. Thus, in the preferred method, the fitting is performed in a single step, as compared to the two-step process of the prior art.

測定データに対するベストフィット即ち最良のあては
めを与えるモデルにおける振幅及びT1のパラメータが抽
出され、且つ該データを解釈するために直接的に使用さ
れる。このベストフィットは、好適には、二乗したあて
はめ量(あてはめエラーとしても知られている)の反復
的数値最小化を行なう最小自乗型あてはめコンピュータ
プログラムによって得られる。例えば、当該技術分野に
おいて公知の「ZXSSQ」という名称のプログラムがテキ
サス州ヒューストンのIMSLカンパニーから市販されてい
るが、そのプログラムを使用することが可能である。こ
のあてはめは、単一のステップにおいて(「グローバ
ル」アプローチ)、NMR崩壊応答と異なった初期的分極
(tpol)に起因する差動応答の両方に関して同時的に達
成されるので、抽出されたパラメータAi及びT1iは、か
なり安定したものであり信号ノイズによって影響を受け
ることが少ない。
The amplitude and T 1 parameters in the model that give the best fit or best fit to the measured data are extracted and used directly to interpret the data. This best fit is preferably obtained by a least squares fitting computer program that performs an iterative numerical minimization of the squared fit amount (also known as the fit error). For example, a program known in the art as "ZXSSQ" is commercially available from IMSL Company of Houston, Tex., Which program can be used. This fit is achieved simultaneously in a single step (“global” approach) with respect to both the NMR decay response and the differential response due to different initial polarizations (t pol ), so the extracted parameters A i and T 1i are fairly stable and less affected by signal noise.

以下に三つの代表例について説明するが、それは本発
明の好適なグローバル方法を示すものである。振幅とT1
のパラメータを包含するこれらの表示に対する一般式は
次式で表わされる。
Three representative examples are described below, which show the preferred global method of the present invention. Amplitude and T 1
The general formula for these representations, including the parameters of, is:

A(tpol,tdec) =ΣAi[i−exp(−tpol/t1i]exp(−tdec/T2i
(C) 尚、tpolは崩壊信号を測定する前に粒子の測定したポ
ピュレーションの磁気スピンをチップ即ち傾斜させる傾
向のある地層の分極期間であり、T1iは測定した粒子の
i番目の種即ち成分の縦緩和時間であり、且つT2i
i番目の種即ち成分の観測緩和時間である。
A (t pol , t dec ) = ΣA i [i-exp (-t pol / t 1i ] exp (-t dec / T 2i * )
(C) where t pol is the polarization period of the formation that tends to tip or tilt the magnetic spins of the measured population of particles before measuring the decay signal, and T 1i is the i-th species of the measured particle. That is, it is the longitudinal relaxation time of the component, and T 2i * is the observed relaxation time of the i-th species or component.

特に、本発明のグローバルアプローチの第一の好適表
示として、FID信号101の測定した振幅は次式の如く二つ
の指数項の和によって表わされる。
In particular, as a first preferred indication of the global approach of the present invention, the measured amplitude of FID signal 101 is represented by the sum of two exponential terms as:

この2指数表示は、地層が二種のプロトン(陽子)を
有しており、各種が最大振幅A0、縦緩和時間T1及び横緩
和時間T2 を有する個別的な崩壊成分を有するものとの
仮定に基づいている。付加的な脚字i=1,2は、二つの
成分を示しており、一方の成分はT1,T2 に対する短い
時定数によって特性付けられており、且つ他方の成分は
長い時定数によって特性付けられている。この条件か
ら、観測した崩壊時定数T2 が分極期間tpolに依存する
ようになる。従って、このグローバル方法は、T2 がt
polの関数であり且つ包絡線102a,102b,102c,102dなどが
平行ではなく且つ第23図において同一の曲率を有するも
のではない場合があることを認識する。更に、中間的な
あてはめステップ(従来技術における如く)を使用する
ことなしに、Ai及びT1iのパラメータを使用して全ての
崩壊包絡線を同時的にあてはめることによって、本発明
方法は、あてはめに貢献する情報量を増加しており、従
って一層安定しており且つデータ内のノイズによって影
響を受けることが少ないパラメータ値を得ることを可能
としている。
In this two-index representation, the stratum has two kinds of protons (protons), and each type has individual decay components with maximum amplitude A 0 , longitudinal relaxation time T 1 and transverse relaxation time T 2 *. It is based on the assumption that. The additional letters i = 1,2 indicate two components, one characterized by a short time constant for T 1 , T 2 * , and the other by a long time constant. Characterized From this condition, the observed decay time constant T 2 * becomes dependent on the polarization period t pol . Therefore, in this global method, T 2 * is t
It will be appreciated that the envelopes 102a, 102b, 102c, 102d, etc., which are functions of pol , may not be parallel and have the same curvature in FIG. Furthermore, by fitting all collapse envelopes simultaneously using the parameters of A i and T 1i without using an intermediate fitting step (as in the prior art), the method of the present invention fits. It is possible to obtain parameter values that are more stable and less affected by noise in the data.

本発明に基づく2番目の好適な表示においては、式
(D)の6個のパラメータを、次式で定義される共通パ
ラメータTinhを介して各T2i に対する値が対応するT1i
に関係しているということを仮定することにより五つに
減少させている。
In a second preferred representation according to the invention, the six parameters of equation (D) are assigned the corresponding values of T 1i for each T 2i * via the common parameter T inh defined by:
It is reduced to five by assuming that it is related to.

パラメータTinhは、該表示の両方の種に共通する磁界
不均一性から発生する付加的な崩壊機構を表わす時定数
である。従って、式(D)の表示は次式に還元される。
The parameter T inh is a time constant that describes the additional decay mechanism resulting from the magnetic field inhomogeneities common to both species of the representation. Therefore, the expression of the formula (D) is reduced to the following formula.

A(tpol・tdec) =exp(−tdec/Tinh) [As{1−exp(−tpol/T1S)}exp(−tdec/T1S) +AL{1−exp(−tpol/T1L)}exp(−tdec/T1L)]
(F) この五つのパラメータ表示を使用して、As,AL,T1S,T
1Lの比較的安定な値を得ることが可能であり、それは測
定した地層の透磁率又はその他の所望の特性に関する情
報を与えることが可能である。多くの場合、この五つの
パラメータからなるモデルは、6個のパラメータを有す
る最初のモデルと同じくデータにフィットする。
A (t pol · t dec) = exp (-t dec / T inh) [As {1-exp (-t pol / T 1S)} exp (-t dec / T 1S) + A L {1-exp (- t pol / T 1L )} exp (−t dec / T 1L )]
(F) Using these five parameter displays, A s , A L , T 1S , T
It is possible to obtain a relatively stable value of 1 L , which can give information about the measured permeability or other desired properties of the formation. Often, this five-parameter model fits the data as well as the first model with six parameters.

その他の表示をこのグローバルあてはめ方法に使用す
ることが可能であり、それは更にパラメータの数を減少
させ且つその際に比較的低い信号/ノイズを持ったデー
タを処理する場合に推定結果の信頼性を改善する。特
に、4個のあてはめパラメータのみを持った3番目の表
示は次式で与えられる。
Other representations can be used for this global fitting method, which further reduces the number of parameters and in doing so increases the reliability of the estimation results when processing data with relatively low signal / noise. Improve. In particular, the third representation with only four fitting parameters is given by

A(n,tdec) =exp(−tdec/Tinh)A0[exp{−(tdec/T1α} −exp{−((tdec+tpol)/T1α}] (G) 尚、NMR崩壊の完全な記述を得るためには四つのパラ
メータ、即ちA,T1,a,Tinhが使用される。このモデル
は、縦緩和動作は、次式で表わされる「伸長型指数」形
態によって記述される縦緩和動作を仮定している。
A (n, t dec ) = exp (−t dec / T inh ) A 0 [exp {− (t dec / T 1 ) α } −exp {− ((t dec + t pol ) / T 1 ) α }] (G) In order to obtain a complete description of NMR decay, four parameters, A, T 1 , a, T inh, are used. In this model, the longitudinal relaxation behavior is assumed to be the longitudinal relaxation behavior described by the "stretch exponential" form expressed by the following equation.

A(tpol)=A0exp{−tpol/T1α (H) この形式は、2番目のモデルにおける如くT2i 及びT
1iとが相互に関係しているという仮定がなされる場合
に、核磁気が多数の個別的な種の磁気粒子からの無限数
の個別的指数の分布から構成される場合に発生する。こ
の「伸長型指数」表示は、ある場合には、他のモデルと
同等の精度で緩和時間パラメータを抽出することが可能
であるが、データ内の低信号/雑音から発生する問題に
対してより大きな柔軟性を有しているという利点を持っ
ている。本発明者らの知得したところによれば、この伸
長型指数は、パラメータ項はより少ないにも拘らず、2
指数表示よりも研究室で測定した岩石T1データを幾分よ
り良好に記述するものである。
A (t pol ) = A 0 exp {−t pol / T 1 ) α (H) This form is T 2i * and T as in the second model.
It occurs when nuclear magnetism is composed of an infinite number of individual exponential distributions from a large number of individual species of magnetic particles, provided that 1i and 1 are interrelated. This "stretched exponential" representation can, in some cases, extract relaxation time parameters with the same accuracy as other models, but is more sensitive to problems arising from low signal / noise in the data. It has the advantage of having great flexibility. According to the knowledge of the present inventors, this extension type exponent is 2 in spite of a smaller parameter term.
It describes the rock T 1 data measured in the laboratory somewhat better than the index representation.

緩和時間T1,T2及び/又はT2 の値を抽出した後に、
通常、これらの値を使用して例えば液体透磁率kなどの
ような測定した地層のその他の特性を決定することが望
ましい。kを決定するための幾つかの方法が従来公知で
あり、従ってその説明は割愛する。例えば、Seeversの
提案によれば、k∝ΦT2の形態の透磁率の推定式を使用
しており、尚T=(Tb・T1)/(Tb−T1)であり、且つ
Tbは細孔表面効果がない場合のバルク流体の縦緩和時間
である。これは、Seevers,D. O.著「砂石の透磁率を決
定するための核磁気方法(A Nuclear Magnetic Met
hod for Determining the Permeability of Sand
stones)」、ソサエティ・オブ・プロフェッショナル・
ウェル・ログ・アナリスト・トランズアクションズ、19
66年、ペーパーLの文献に記載されている。一方、Timu
r、A「砂石の多孔度、可動流体、及び透磁率のパルス
型核磁気共鳴研究(Pulsed Nuclear Magnetic Reson
ance Studies of Porosity,Moveable Fluid,and P
ermeability of Sandstones)」、ジャーナル・オブ
・ペトローリエム・テクノロジ、1969年、775−786頁の
文献には、k∝ΦΣAiT2で表わされる推定式が提案され
ている。
After extracting the values of relaxation times T 1 , T 2 and / or T 2 * ,
It is usually desirable to use these values to determine other properties of the measured formation, such as liquid permeability k. Several methods for determining k are known in the art and therefore will not be described here. For example, Seevers' proposal uses a permeability estimation equation of the form k ∝ΦT 2 , where T = (T b · T 1 ) / (T b −T 1 ), and
T b is the longitudinal relaxation time of the bulk fluid when there is no pore surface effect. This is Seevers, DO, “A Nuclear Magnetic Met for determining the permeability of sandstone.
hod for Determining the Permeability of Sand
stones) ”, Society of Professionals
Well Log Analyst Transactions, 19
1966, described in the paper L. On the other hand, Timu
r, A "Pulsed Nuclear Magnetic Resonance Study of Sandstone Porosity, Movable Fluid, and Permeability
ance Studies of Porosity, Moveable Fluid, and P
ermeability of Sandstones) ”, Journal of Petroleum Technology, 1969, pp. 775-786, an estimation formula represented by k∝ΦΣA i T 2 is proposed.

しかしながら、本発明の方法によれば、縦緩和時間T1
の値が、k∝ΦmT1i nの形態の透磁率の推定式において
好適に使用され、その場合、指数mは約4であり、且つ
nは約2である。例えば、伸長型指数表示に関連して使
用される場合、地層岩石の測定したサンプルに対する最
適な推定式は、m=s2=4.61及びn=S1=2.09である。
又、本発明のグローバル方法は、ここで定義した好適な
推定式に関連して使用する場合、従来の方法と比較し
て、測定した岩石の透磁率の顕著に一層良好な決定を与
えている。
However, according to the method of the present invention, the longitudinal relaxation time T 1
The value of is preferably used in a permeability estimation formula in the form of k∝Φ m T 1i n , where the index m is about 4 and n is about 2. For example, when used in connection with the stretch exponential notation, the optimal estimation formula for the measured sample of formation rock is m = s 2 = 4.61 and n = S 1 = 2.09.
Also, the global method of the present invention, when used in connection with the preferred estimation equation defined herein, provides a significantly better determination of the measured rock permeability compared to conventional methods. .

本発明の別の側面は、以下においては「積分方法」と
呼称するが、それは(例えば連続的な検層動作を可能と
するために)測定時間を最小とすることが所望される場
合において地層特性を決定する場合に関するものであ
る。この様な場合、以下に説明する理由により、得られ
るデータから抽出されるべきパラメータの数の最小とす
ることが望ましい。好適な形態においては、第24図を参
照すると、(磁化を表わす)振幅の値を、時間軸tpol
関して積分し、ΦTの単位を持った単一の積分量を得
る。
Another aspect of the present invention, hereinafter referred to as the "integration method", is the formation in the case where it is desired to minimize the measurement time (e.g. to allow continuous logging operations). It relates to the case of determining the characteristics. In such a case, it is desirable to minimize the number of parameters to be extracted from the obtained data for the reason described below. In the preferred form, referring to FIG. 24, the amplitude values (representing the magnetization) are integrated with respect to the time axis t pol to obtain a single integrated quantity with units of ΦT.

T1ビルドアップ曲線104又はNMR崩壊応答の同等の表示
において、曲線104を積分して、T1ビルドアップ曲線上
側の面積を得、それは対応する崩壊曲線下側の面積に等
しい。この積分量は、ΦT1と等価な単位を有しており、
適宜の推定式に関係して使用され、透磁率の測定値を得
る。好適には、この積分量は、二乗されて(ΦT1
得、次いで(Φm-2を乗算させる。尚、Φは、例
えば中性子多孔度装置として一般的に知られているよう
なその他の公知の穿孔検層装置を使用して測定される多
孔度である。前述した如く、その他の推定式を同様に使
用することが可能である。この積分量は、得られる低S/
Nデータのより安定した表示である。なぜならば、それ
は、曲線104の正確な形状に対する応答性は低く、従っ
てかなりのレベルのノイズを持ったNMRデータの数学的
あてはめによって導入されるエラーに対する応答性が低
いからである。
In the T 1 buildup curve 104 or equivalent representation of the NMR decay response, the curve 104 is integrated to obtain the area above the T 1 buildup curve, which is equal to the area below the corresponding decay curve. This integral quantity has a unit equivalent to ΦT 1 ,
Used in conjunction with an appropriate estimation formula to obtain a measure of permeability. Preferably, this integral quantity is squared to obtain (ΦT 1 ) 2 and then multiplied by (Φ t ) m−2 . It should be noted that Φ t is the porosity measured using other known perforation logging devices, such as are commonly known as neutron porosity devices. As mentioned above, other estimation formulas can be used as well. This integrated amount is the low S /
A more stable display of N data. This is because it is less responsive to the exact shape of curve 104 and therefore less responsive to the errors introduced by mathematical fitting of NMR data with a significant level of noise.

曲線104の積分は、当該技術における当業者にとって
自明な種々の方法によって達成することが可能である。
第24B図は、ΣAi・Δtpolの形態の別々の積を単純加算
することにより得られる積分の一例を示している。同様
に、測定したNMR崩壊信号を崩壊時間に関して積分し、
信号雑音又はNMR崩壊のその他の微細な特徴に対して比
較的に免疫性のある地層特性を表わす情報を有する積分
量を得ることが可能である。
The integration of curve 104 can be accomplished by a variety of methods apparent to those of ordinary skill in the art.
FIG. 24B shows an example of the integral obtained by simply adding different products of the form ΣA i · Δt pol . Similarly, the measured NMR decay signal is integrated over decay time,
It is possible to obtain integral quantities with information representing formation properties that are relatively immune to signal noise or other subtle features of NMR decay.

振幅軸はAの対数でスケールしてあり且つ時間軸は直
線的にスケールして示してあるが、この解釈方法は、デ
ータの特定の表示方法に限定されるべきことを意図した
ものではない。別の実施例においては、本方法は、振幅
と時間に対し変更したスケールで実施することが可能で
ある。例えば、時間軸は平方根でスケールするか又はそ
の他の変換でスケールすることが可能である。
Although the amplitude axis is scaled by the logarithm of A and the time axis is scaled linearly, this method of interpretation is not intended to be limited to a particular display of the data. In another embodiment, the method can be implemented with a modified scale for amplitude and time. For example, the time axis can be scaled by the square root or other transformations.

従来の検層装置によって得られたFID信号に関連して
説明したグローバルあてはめ方法は、本発明のパルス型
NMR装置で得られたデータへ適用することが可能であ
る。例えば、第25図に示したカー−パーセル(Carr−Pu
rcell)シーケンスのようなパルス型スピン−エコー型
測定は、一連のパルスを発生し、その相次ぐピークはT2
緩和曲線を画定する。各シーケンスを異なった程度の初
期分極(tpol)でもって幾つかのこの様なシーケンスの
測定を行なうと、本発明に基づき、縦緩和時間T1を決定
することが可能である。従って、グローバルあてはめ方
法の好適表示の任意の一つを使用して振幅及びT1の値を
抽出することが可能であり、且つこれらの抽出した値を
使用して被測定地層のその他の特性を決定することが可
能である。
The global fitting method described in relation to the FID signal obtained by the conventional logging device is the pulse type of the present invention.
It can be applied to the data obtained by the NMR apparatus. For example, the Car-Purcell (Carr-Pu) shown in FIG.
A pulsed spin-echo measurement, such as a rcell) sequence, produces a series of pulses whose successive peaks are T 2
Define a relaxation curve. Having several such sequences measured with each sequence having a different degree of initial polarization (t pol ), it is possible, according to the invention, to determine the longitudinal relaxation time T 1 . Therefore, it is possible to extract the amplitude and T 1 values using any one of the preferred representations of the global fitting method, and use these extracted values to determine other characteristics of the measured formation. It is possible to decide.

同様に、測定時間を最小とすることが所望される場合
には、本発明装置から得られる測定信号をより良好に解
釈するために本発明の積分方法を使用することも可能で
ある。データセットが比較的低いS/Nを有する場合に
は、第25図に示した如く、エコー信号の基で積分を行な
い且つ既に説明した態様で得られた面積に応答して透磁
率を決定することが望ましい。
Similarly, if it is desired to minimize the measurement time, the integration method of the invention can also be used to better interpret the measurement signal obtained from the device of the invention. If the data set has a relatively low S / N, the permeability is determined in response to the area obtained by integrating on the basis of the echo signal and in the manner already described, as shown in FIG. 25. Is desirable.

本発明のNMR検層装置は、前述した如く、検査体積内
に静的な均一の磁界を発生し、且つ該検査体積内のプロ
トン(陽子)のスピンを共振的(共鳴的)にチップ(傾
斜)させるRF磁界からなる振動パルスを重畳させる。カ
ー−パーセル(Carr−Purcell)シーケンスに従ってパ
ルスB1を連続的に印加することにより、検層装置13は、
T2時定数を持ったNMR崩壊を直接的に測定し、且つ従来
の検層装置の場合に必要とされていたようなT2 崩壊信
号の中間測定値を得ることなしに、この地層の細孔流体
特性を直接的に測定することが可能である。
As described above, the NMR logging apparatus of the present invention generates a static and uniform magnetic field in the inspection volume, and resonates the spin of protons in the inspection volume. ) A vibration pulse composed of an RF magnetic field is superimposed. By continuously applying the pulse B 1 according to the Carr-Purcell sequence, the logging device 13,
Direct measurement of NMR decays with a T 2 time constant, and without obtaining intermediate measurements of the T 2 * decay signal as required with conventional logging equipment, Pore fluid properties can be measured directly.

その他の地層特性を決定するためにT1の情報を使用す
る方法が存在するので、特性T2時定数を持ったNMR崩壊
信号を測定し、この様な測定値を変換子FTを使用してT1
の仮想的な値へ変換し、次いでT1の値を使用して被測定
地層の透磁率k又は同等の特性を決定することが本発明
の好適方法である。本発明者らの知得したところによれ
ば、異なった井戸からの岩石サンプルの研究室での測定
によれば、第26図及び第27図に例示した如く、T1=C×
(T2)が成り立ち、尚Cは各井戸に対する定数である。
従って、例えばカー−パーセル(Carr−Purcell)シー
ケンスを使用し、比例定数Cを決定し、次いで穿孔の残
部を連続的に検層してT2の高速測定を得ることにより、
井戸内の所定の深さにおいてT1及びT2の両方の静的測定
を得ることが望ましい。T2の値は、定数Cを掛けること
によって、T1の値へ変換される。最後に、本発明の好適
方法の一つ又は他の同等の方法と関連してT1の値を使用
して、T2測定の対応する深さの各々において地層の透磁
率を決定する。
Since there exists a method of using the information of T 1 to determine other formation characteristics, an NMR decay signal with a characteristic T 2 time constant is measured, and such a measured value is used by a transducer F T. T 1
It is the preferred method of the present invention to convert to a hypothetical value of and then use the value of T 1 to determine the permeability k or equivalent property of the formation to be measured. According to the knowledge of the inventors, laboratory measurements of rock samples from different wells show that T 1 = C ×, as illustrated in FIGS. 26 and 27.
(T 2 ) holds and C is a constant for each well.
Thus, for example, using the Carr-Purcell sequence, determining the proportionality constant C, and then continuously logging the rest of the perforations to obtain a fast measurement of T 2 ,
It is desirable to obtain static measurements of both T 1 and T 2 at a given depth in the well. The value of T 2 is converted to the value of T 1 by multiplying by the constant C. Finally, the value of T 1 is used in conjunction with one of the preferred methods of the invention or another equivalent method to determine the permeability of the formation at each of the corresponding depths of the T 2 measurement.

本発明者らの知得したところによれば、低NMR周波数
において、T1及びT2の値は収斂し、従って、十分に低い
測定周波数において測定したT2のデータを仮想的な組の
T1データと等しくさせ、且つ測定したT2のデータを直接
的にT1推定式へ適用することによって透磁率を決定する
ことが望ましい。更に、その他のT1及びT2に関連する量
は、同様に変換することが可能である。例えば、第25図
を参照すると、カー−パーセル(Carr−Purcell)シー
ケンス105の積分面積を計算し、且つT1ビルドアップ曲
線の積分面積の代わりに使用して、前述した如く、透磁
率を決定する。
To the knowledge of the inventors, at low NMR frequencies, the values of T 1 and T 2 converge, so that the data of T 2 measured at a sufficiently low measurement frequency should be considered as a virtual set of data.
It is desirable to determine the permeability by making it equal to the T 1 data and applying the measured T 2 data directly to the T 1 estimation equation. Moreover, other T 1 and T 2 related quantities can be similarly converted. For example, referring to FIG. 25, the integrated area of the Carr-Purcell sequence 105 was calculated and used in place of the integrated area of the T 1 buildup curve to determine the permeability, as described above. To do.

尚、本発明の好適方法を、その大部分に亘って、透磁
率を決定することに関して特に説明したが、これらの方
法は、例えば流体粘度、水飽和及び多孔度などのような
穿孔によってトラバースされている岩石地層のその他の
有用な特性を決定するために同様に使用することが可能
なものであることは勿論である。
It should be noted that although the preferred methods of the present invention have been described for the most part in terms of determining magnetic permeability, these methods are traversed by perforations such as fluid viscosity, water saturation and porosity. Of course, it can likewise be used to determine other useful properties of the rock formations being laid.

以上、本発明の具体的実施の態様について詳細に説明
したが、本発明は、これら具体例にのみ限定されるべき
ものではなく、本発明の技術的範囲を逸脱することなし
に種々の変形が可能であることは勿論である。
Although specific embodiments of the present invention have been described above in detail, the present invention should not be limited to these specific examples, and various modifications can be made without departing from the technical scope of the present invention. Of course, it is possible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の一実施例に基づいて構成された地層の
周りの測定を行なうためにボアホール内に位置されたNM
R検層装置を示した概略側面図、第2図は第1図の検層
装置の測定システムを示した概念的概略図、第3図は第
1図に示した本発明の好適実施例において使用される磁
石アレイの拡大概略断面平面図、第4図は穿孔内に位置
された場合の第3図の磁石アレイの周りの矢印によって
表わされた磁力線を示した概略図、第5図は第3図及び
第4図に示した磁石アレイの磁界B0等強度ラインを示し
た概略断面図、第6図は第1図に示した好適実施例の検
査領域を示すと共に第3図乃至第5図における如く232
ガウスの磁界B0等強度ラインを示した概略図、第7図は
第6図に示した検査領域内の磁界B0等強度ラインを示し
た概略断面図、第8図は第6図の検査領域内のB0のベク
トル方向及び大きさを示した磁力線の概略説明図、第9
図は本発明の一実施例に基づいて構成されたアンテナを
示した概略斜視図、第10図は第9図に示したアンテナの
拡大概略断面側面図、第11図は本発明の一実施例に基づ
くアンテナ及び蛇行型ワイヤを示すために一部破断して
おり第1図に示した検層装置の壁係合面を示した拡大概
略正面図、第12図は第1図の検層装置内に好適に収納さ
れる回路を示したブロック図、第13図は第1図における
如く本発明のアンテナの好適実施例へ供給される電力P1
の平方根によって割った比B1を示したグラフ図、第14図
は第9図及び第12図に示した増幅器への信号入力を表わ
す概略図、第15図は第9図のアンテナによって発生され
る例示的な振動磁界B1のパルス形状を示した概略図、第
16図は本発明の一実施例に基づいて構成されたQスイッ
チを示した回路図、第17図は本発明の別の実施例に基づ
いて構成された3個のスラブ磁石を有する予備分極用磁
石を示した拡大概略断面平面図、第18図は第17図の予備
分極磁石前方の検査領域内において短い矢印で表わした
磁力線を示した概略図、第19図は第17図の検査領域内の
等磁力ラインを示した概略図、第20図は従来の解釈方法
に基づく簡単化した概略FID信号及びその崩壊包絡線を
示した概略図、第21図は従来の解釈方法に基づいてセミ
ログスケールでプロットした4組のFID信号(不図示)
の崩壊包絡線を表わす四つの曲線を示した説明図、第22
図は従来の解釈方法に基づいて初期値へ外挿し且つM
(tpol)面内にT1ビルドアップ曲線を構成する複数組の
FID信号の三次元表示を示した説明図、第23図は本発明
の好適解釈方法に基づく8組のFID正ピーク信号及びそ
れらの対応するグローバルあてはめ曲線を示した説明
図、第24A図及び第24B図は第22図における如くT1ビルド
アップ曲線を示しており且つ本発明の別の好適解釈方法
に基づいてその曲線の積分を示した各説明図、第25図は
第1図乃至第15図に示した本発明の好適装置によって実
施することの可能な一連のスピン−エコー測定を示すと
共に本発明の別の好適解釈方法に基づいてその曲線の解
釈を示した説明図、第26図は例示的な油井によってトラ
バースされる異なった地層からの実際の岩石サンプルの
T1及びT2の研究室での測定値を示しており且つ各データ
点が岩石サンプル内の内部的磁気的不均一に起因するT2
の測定値における相対的エラーを表わす直線を示した説
明図、第27図は第26図と同様なものであるが第二の例示
的油井によってトラバースされる異なった地層からの実
際の岩石サンプルのT1及びT2の研究室での測定値を示し
た説明図、である。 (符号の説明) 10:ボアホール(穿孔) 11,12:地層 13:検層装置 14:係合面 15:アーム 17:磁石アレイ 18:アンテナ 19:予備分極磁石 21:マッチング回路 22:RFプローブ(アンテナ) 23:テストループ 27:本体 28:空洞(スロット) 29:溝(トラフ) 30,31:端部プレート 32:アンテナ要素 35:増幅器 36:検知器
FIG. 1 shows an NM located in a borehole for making measurements around a formation constructed according to one embodiment of the present invention.
R is a schematic side view showing a logging device, FIG. 2 is a conceptual schematic diagram showing a measuring system of the logging device of FIG. 1, and FIG. 3 is a preferred embodiment of the present invention shown in FIG. FIG. 4 is an enlarged schematic cross-sectional plan view of the magnet array used, FIG. 4 is a schematic diagram showing the magnetic field lines represented by the arrows around the magnet array of FIG. 3 and 4 are schematic sectional views showing the magnetic field B 0 isointensity lines of the magnet array shown in FIGS. 3 and 4, and FIG. 6 shows the inspection region of the preferred embodiment shown in FIG. 1 and FIGS. 232 as in Figure 5
A schematic diagram showing a Gaussian magnetic field B 0 isointensity line, FIG. 7 is a schematic sectional view showing a magnetic field B 0 isointensity line in the inspection region shown in FIG. 6, and FIG. 8 is an inspection of FIG. Schematic explanatory diagram of magnetic force lines showing the vector direction and magnitude of B 0 in the region,
FIG. 10 is a schematic perspective view showing an antenna constructed according to an embodiment of the present invention, FIG. 10 is an enlarged schematic sectional side view of the antenna shown in FIG. 9, and FIG. 11 is an embodiment of the present invention. FIG. 12 is an enlarged schematic front view showing a wall engaging surface of the logging device shown in FIG. 1 partially broken to show an antenna and a meandering wire based on FIG. FIG. 13 is a block diagram showing a circuit which is preferably housed inside, and FIG. 13 shows the electric power P 1 supplied to the preferred embodiment of the antenna of the present invention as shown in FIG.
FIG. 14 is a graph showing the ratio B 1 divided by the square root of, FIG. 14 is a schematic diagram showing the signal input to the amplifier shown in FIGS. 9 and 12, and FIG. 15 is generated by the antenna of FIG. Schematic diagram showing the pulse shape of an exemplary oscillating magnetic field B 1
FIG. 16 is a circuit diagram showing a Q switch constructed according to an embodiment of the present invention, and FIG. 17 is a pre-polarization unit having three slab magnets constructed according to another embodiment of the present invention. FIG. 18 is an enlarged schematic cross-sectional plan view showing the magnet, FIG. 18 is a schematic view showing magnetic field lines represented by short arrows in the inspection area in front of the pre-polarization magnet in FIG. 17, and FIG. 19 is in the inspection area in FIG. Fig. 20 is a schematic diagram showing isomagnetic field lines, Fig. 20 is a simplified schematic FID signal based on the conventional interpretation method and its collapse envelope, and Fig. 21 is a semilog based on the conventional interpretation method. 4 sets of FID signals plotted on a scale (not shown)
22 is an explanatory diagram showing four curves representing the collapse envelope of
The figure is extrapolated to the initial values and M based on the conventional interpretation method.
Multiple sets of T 1 buildup curves in the (t pol ) plane
FIG. 23 is an illustration showing a three-dimensional representation of the FID signal, FIG. 23 is an illustration showing eight sets of FID positive peak signals and their corresponding global fitting curves according to the preferred interpretation method of the present invention, FIGS. 24A and 24A. FIG. 24B is an explanatory view showing the T 1 buildup curve as in FIG. 22 and showing the integration of the curve based on another preferred interpretation method of the present invention, and FIG. 25 is shown in FIGS. FIG. 26 is an illustration showing a series of spin-echo measurements that can be performed by the preferred apparatus of the present invention shown in the figure and showing the interpretation of the curve based on another preferred interpretation method of the present invention. Of actual rock samples from different formations traversed by an exemplary well
Laboratory measurements of T 1 and T 2 are shown and each data point is due to internal magnetic inhomogeneity in the rock sample T 2
Fig. 27 shows a straight line representing the relative error in the measurements of Fig. 27, which is similar to Fig. 26 but of actual rock samples from different formations traversed by the second exemplary well. illustration showing the measured values in the laboratory of T 1 and T 2, a. (Explanation of symbols) 10: Borehole (drilling) 11, 12: Formation 13: Logging device 14: Engagement surface 15: Arm 17: Magnet array 18: Antenna 19: Pre-polarization magnet 21: Matching circuit 22: RF probe ( Antenna) 23: Test loop 27: Main body 28: Cavity (slot) 29: Groove (trough) 30, 31: End plate 32: Antenna element 35: Amplifier 36: Detector

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福原 政文 神奈川県相模原市千代田1‐11‐16 山 上マンション203 (72)発明者 アブドラーマン セズジナー アメリカ合衆国,コネチカット 06804, ブルックフィールド,ストーニィー ヒ ル ビレッジ 139 (72)発明者 ウェン シイ・チュー アメリカ合衆国,イリノイ 61820,シ ヤンペイン,スタンフオード ドライブ 2510 (72)発明者 ウイリアム イー.ケニオン アメリカ合衆国,コネチカット 06877, リッジフィールド,ベイベリー ヒル ロード 19 (72)発明者 ピーター アイ.デイ アメリカ合衆国,カリフォルニア 92686,ヨーバ リンダ,グランドビュ ー アベニュー 5321 (72)発明者 マックス リプシカス アメリカ合衆国,コネチカット 06896, リディング,オールド リディング ロ ード 132 (56)参考文献 特開 平1−152348(JP,A) 特開 昭62−282290(JP,A) 米国特許3483465(US,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Masafumi Fukuhara 1-11-16 Chiyoda Sagamihara-shi, Kanagawa Yamagami Mansion 203 (72) Inventor Abdlerman Sezjiner Connecticut, United States 06804, Brookfield, Stony Hill Village 139 ( 72) Inventor Wen Xi Chu, United States, Illinois 61820, Cyan Payne, Stanford Drive 2510 (72) Inventor William E. Kenyon United States, Connecticut 06877, Ridgefield, Bayberry Hill Road 19 (72) Inventor Peter Eye. Day USA, California 92686, Yorba Linda, Grandview Avenue 5321 (72) Inventor Max Lipsicus USA, Connecticut 06896, Riding, Old Riding Road 132 (56) Reference JP-A-1-152348 (JP, A) JP 62-282290 (JP, A) US Patent 3483465 (US, A)

Claims (26)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】穿孔によってトラバースされる地層の特性
の検査装置において、 前記穿孔内を長手軸方向に移動すべく適合されている長
尺状の本体(13)と、 前記本体に担持されており、且つ前記本体の所定の片側
の方向における前記地層の検査体積(9)内に実質的に
均一であって且つ前記本体の長手軸に対して実質的に直
交して延在する磁界方向を有する静止磁界を発生させる
べく配設されている磁石手段(17)と、 前記本体に担持されており、前記検査体積内に振動磁界
を発生させ且つ前記検査体積内の粒子群の核磁気歳差運
動を表す信号を検知すべく動作可能なアンテナ手段(1
8)と、 を有しており、前記アンテナ手段が前記本体の長手軸か
ら前記本体の前記片側への方向へずらして位置されてい
ると共に前記本体の外部に設けられており、且つ前記本
体が前記本体の前記片側を前記穿孔の壁に当接可能に構
成されていることを特徴とする検査装置。
1. An apparatus for inspecting the characteristics of a formation traversed by perforation, comprising an elongated main body (13) adapted to move in the longitudinal direction in the perforation, and carried by the main body. And having a magnetic field direction that is substantially uniform within the examination volume (9) of the formation in a predetermined one-sided direction of the body and extends substantially orthogonal to the longitudinal axis of the body. A magnet means (17) arranged to generate a static magnetic field, and a magnetic precession of a particle group, which is carried in the main body, generates an oscillating magnetic field in the inspection volume and which is carried in the main body. Antenna means operable to detect a signal representing (1
8) and, wherein the antenna means is located offset from the longitudinal axis of the main body in the direction of the one side of the main body and is provided outside the main body, and the main body is An inspection apparatus, wherein one side of the main body is configured to be capable of contacting a wall of the perforation.
【請求項2】請求項1において、前記本体が実質的に非
磁性金属性ハウジングから構成されており、且つ前記ア
ンテナ手段が前記ハウジングの外側に担持されているこ
とを特徴とする検査装置。
2. The inspection apparatus according to claim 1, wherein the main body is formed of a substantially non-magnetic metallic housing, and the antenna means is carried outside the housing.
【請求項3】請求項1又は2において、前記磁石手段
が、地層の前記検査体積内に、実質的に平坦な磁界振幅
勾配を持った静止磁界を発生すべく構成されていること
を特徴とする検査装置。
3. The magnetic means according to claim 1 or 2, wherein the magnet means is configured to generate a static magnetic field having a substantially flat magnetic field amplitude gradient in the examination volume of the formation. Inspection device.
【請求項4】請求項1乃至3の内のいずれか1項におい
て、前記磁石手段は、前記検査体積が穿孔に対して平行
な軸に沿って長尺状であるように、配設されており、且
つ少なくとも穿孔壁上のマッドケーキの予定される厚さ
だけ前記本体から離隔されていることを特徴とする検査
装置。
4. The magnet means according to any one of claims 1 to 3, wherein the magnet means is arranged such that the examination volume is elongated along an axis parallel to the perforations. And an inspection device which is spaced from the body by at least the expected thickness of the mudcake on the perforated wall.
【請求項5】請求項1乃至4の内のいずれか1項におい
て、前記磁石手段が、実質的に一様に磁化されており且
つ前記本体の長手軸に対して実質的に直交して延在する
磁化方向を具備する棒磁石(24)を有していることを特
徴とする検査装置。
5. The magnet means according to any one of claims 1 to 4, wherein the magnet means is substantially uniformly magnetized and extends substantially orthogonal to the longitudinal axis of the body. An inspection apparatus having a bar magnet (24) having an existing magnetization direction.
【請求項6】請求項1乃至5の内のいずれか1項におい
て、前記磁石手段が、前記本体の前記片側へ指向した磁
極を具備する第1棒磁石(24)と、前記本体の前記片側
へ指向した同極性の磁極を具備する第2棒磁石(26)と
を有することを特徴とする検査装置。
6. The first bar magnet (24) according to any one of claims 1 to 5, wherein the magnet means includes a magnetic pole directed to the one side of the main body, and the one side of the main body. An inspection device having a second bar magnet (26) having magnetic poles of the same polarity directed to.
【請求項7】請求項6において、前記第1及び第2棒磁
石が穿孔と平行な方向に実質的に長尺状であって、且つ
互いに平行であることを特徴とする検査装置。
7. The inspection apparatus according to claim 6, wherein the first and second bar magnets are substantially elongated in a direction parallel to the hole and are parallel to each other.
【請求項8】請求項7において、前記第1及び第2棒磁
石は、前記本体内において互いに離隔されており、且つ
前記本体の長手軸の両側に実質的に対称的に配設されて
いることを特徴とする検査装置。
8. The first and second bar magnets according to claim 7, wherein the first and second bar magnets are separated from each other in the main body and are arranged substantially symmetrically on both sides of a longitudinal axis of the main body. An inspection device characterized by the above.
【請求項9】請求項6乃至8の内のいずれか1項におい
て、前記第1及び第2磁石の間に第3磁石が位置されて
おり、前記第3磁石は前記本体の前記片側に指向して反
対極性の磁極を具備していることを特徴とする検査装
置。
9. A third magnet according to any one of claims 6 to 8, wherein a third magnet is positioned between the first and second magnets, and the third magnet is directed to the one side of the main body. And an inspection device having magnetic poles of opposite polarities.
【請求項10】請求項1乃至9の内のいずれか1項にお
いて、予備分極化手段(19)によって前記磁石手段の静
止磁界と平行に配向されており且つ前記磁石手段から長
手軸方向に変位して位置された別の静止磁界を発生させ
ることを特徴とする検査装置。
10. The method according to claim 1, wherein the pre-polarizing means (19) is oriented parallel to the static magnetic field of the magnet means and is displaced longitudinally from the magnet means. An inspection apparatus characterized by generating another static magnetic field positioned at a predetermined position.
【請求項11】請求項1乃至10の内のいずれか1項にお
いて、前記振動磁界の周波数を選択的に変化させること
を特徴とする検査装置。
11. The inspection apparatus according to claim 1, wherein the frequency of the oscillating magnetic field is selectively changed.
【請求項12】請求項1乃至11の内のいずれか1項にお
いて、前記検査体積内の前記振動磁界の磁界方向が前記
磁石手段の静止磁界の磁界方向に対して実質的に直交し
ていることを特徴とする検査装置。
12. The magnetic field direction of the oscillating magnetic field in the examination volume is substantially orthogonal to the magnetic field direction of the static magnetic field of the magnet means according to any one of claims 1 to 11. An inspection device characterized by the above.
【請求項13】請求項1乃至12の内のいずれか1項にお
いて、前記本体の前記片側上で穿孔壁に面して前記アン
テナ手段に導電性凹部(29)が形成されており、且つ前
記凹部内に導電性要素(32)が設けられていることを特
徴とする検査装置。
13. A conductive recess (29) according to any one of claims 1 to 12, wherein a conductive recess (29) is formed in said antenna means facing said perforation wall on said one side of said body. An inspection apparatus, wherein a conductive element (32) is provided in the recess.
【請求項14】請求項13において、前記導電性凹所が実
質的に半円筒状の凹部であり、且つ前記導電性要素が前
記半円筒状凹部内に同軸状に位置させた導電性ロッドを
有していることを特徴とする検査装置。
14. The conductive rod according to claim 13, wherein the conductive recess is a substantially semi-cylindrical recess, and the conductive element is coaxially positioned in the semi-cylindrical recess. An inspection device characterized by having.
【請求項15】請求項13又は14において、前記導電性凹
部及び前記導電性要素が実質的に長尺状であり、互いに
平行であると共に前記本体の長手軸に対して平行であ
り、且つ前記導電性凹部と前記導電性要素との間の空間
は高透磁率を持った非導電性物質(37)で実質的に重点
されていることを特徴とする検査装置。
15. The conductive recess and the conductive element according to claim 13 or 14, wherein the conductive recess and the conductive element are substantially elongated, parallel to each other and parallel to a longitudinal axis of the body, and The inspection apparatus characterized in that the space between the conductive recess and the conductive element is substantially focused by a non-conductive substance (37) having a high magnetic permeability.
【請求項16】請求項1乃至15の内のいずれか1項にお
いて、前記アンテナ手段は、地層の検査体積内の粒子群
のNMR歳差運動周波数近くの周波数で前記振動磁界を発
生させるために前記アンテナ手段を駆動する回路手段
(42,43,48,50,35)、及び前記アンテナ手段のQ値を非
常に高い値から低い値へ迅速にスイッチさせるQスイッ
チング手段(54)を具備していることを特徴とする検査
装置。
16. The antenna means according to any one of claims 1 to 15 for generating the oscillating magnetic field at a frequency close to the NMR precession motion frequency of the particle group in the examination volume of the formation. Circuit means (42, 43, 48, 50, 35) for driving the antenna means, and Q switching means (54) for rapidly switching the Q value of the antenna means from a very high value to a low value Inspection device characterized by being
【請求項17】請求項16において、前記Qスイッチング
手段が、電界効果トランジスタ(63又は64)と、前記ト
ランジスタをスイッチオン及びオフさせる光学・電子手
段(70)とを有することを特徴とする検査装置。
17. Inspection according to claim 16, characterized in that the Q-switching means comprises a field-effect transistor (63 or 64) and an optical / electronic means (70) for switching the transistor on and off. apparatus.
【請求項18】請求項1乃至17の内のいずれか1項にお
いて、前記本体の前記片側が前記穿孔の壁に当接した状
態において、前記本体と地層の検査体積との間の間隔に
等しい深さまで延在する前記本体近くの領域内に付加的
な局所的磁界を発生させる手段(40)が設けられてお
り、それにより前記領域内の粒子群の核磁気共鳴を変化
させることを特徴とする検査装置。
18. A space according to any one of claims 1 to 17, which is equal to the distance between the body and the inspection volume of the formation, with one side of the body abutting the wall of the perforation. Means (40) for generating an additional local magnetic field are provided in the region near the body extending to the depth, thereby changing the nuclear magnetic resonance of the group of particles in the region. Inspection device.
【請求項19】請求項18において、前記付加的な局所的
磁界を発生させる手段が前記アンテナ手段と穿孔壁との
間に位置されており、且つワイヤセグメント間に前記領
域の深さにほぼ等しい間隔(S)を持った複数個のワイ
ヤセグメント(40)と、前記ワイヤセグメント内に電流
を発生させる手段とを有することを特徴とする検査装
置。
19. The method of claim 18, wherein the means for generating the additional local magnetic field is located between the antenna means and the perforation wall and is approximately equal to the depth of the region between wire segments. An inspection apparatus comprising: a plurality of wire segments (40) having intervals (S); and means for generating an electric current in the wire segments.
【請求項20】請求項1乃至19の内のいずれか1項にお
いて、前記本体がワイヤラインケーブル(8)を具備す
る手段によって穿孔内を移動されることを特徴とする検
査装置。
20. Inspection device according to any one of claims 1 to 19, characterized in that said body is moved in the perforation by means comprising a wireline cable (8).
【請求項21】穿孔内を長手軸に沿って移動すべく適合
された長尺状の本体(13)を有する検査装置を使用し
て、穿孔によってトラバースされている地層内の粒子群
の磁気的特性を検査する方法において、 前記本体の片側の方向における地層の検査体積(9)内
に半径方向に指向されており且つ実質的に均一な磁力線
を有する静止磁界を発生させ、 前記検査体積を振動磁界で照射し、 前記検査体積内の前記実質的に均一な静止磁界の影響下
において前記粒子群のラーモア周波数においてのNMR信
号を検知する方法であって、 前記照射及び検知は、前記本体の前記片側を穿孔壁に当
接させた状態で前記本体の長手軸から前記片側へずらし
て位置させたアンテナ手段(18)を使用して行うことを
特徴とする方法。
21. Magnetic inspection of a group of particles in a formation traversed by a bore using an inspection device having an elongated body (13) adapted to move in the bore along a longitudinal axis. In a method of inspecting properties, a static magnetic field is generated that is directed radially in a test volume (9) of the formation in one direction of the body and has a substantially uniform magnetic field line, and vibrates the test volume. Irradiating with a magnetic field, a method of detecting an NMR signal at the Larmor frequency of the particle group under the influence of the substantially uniform static magnetic field in the examination volume, the irradiation and detection comprising: A method characterized by using an antenna means (18) that is positioned offset from the longitudinal axis of the body to one side with one side in contact with the perforated wall.
【請求項22】請求項21において、前記静止磁界を実質
的に平坦な磁界振幅勾配で前記検査体積内に発生させる
ことを特徴とする方法。
22. The method of claim 21, wherein the static magnetic field is generated in the examination volume with a substantially flat magnetic field amplitude gradient.
【請求項23】請求項21又は22において、前記振動磁界
の磁界方向は前記静止磁界の磁界方向に対して実質的に
垂直であることを特徴とする方法。
23. The method according to claim 21, wherein the magnetic field direction of the oscillating magnetic field is substantially perpendicular to the magnetic field direction of the static magnetic field.
【請求項24】請求項21乃至23の内のいずれか1項にお
いて、前記アンテナ手段を駆動して前記振動磁界を発生
させ、且つ、前記NMR信号を検知するために、前記アン
テナ手段のQ値を非常に高い値から低い値へ迅速にスイ
ッチングさせることを特徴とする方法。
24. The Q value of the antenna means according to any one of claims 21 to 23, in order to drive the antenna means to generate the oscillating magnetic field and to detect the NMR signal. A method characterized by rapidly switching from a very high value to a low value.
【請求項25】請求項21乃至24の内のいずれか1項にお
いて、前記本体と前記検査体積との間の領域内に付加的
な局所的磁界を発生させ、それによって前記領域内の粒
子群の核磁気共鳴を変化させることを特徴とする方法。
25. The method according to any one of claims 21 to 24, wherein an additional local magnetic field is generated in the region between the body and the examination volume, whereby particle groups within the region are generated. Changing the nuclear magnetic resonance of the.
【請求項26】請求項21乃至25の内のいずれか1項にお
いて、前記本体を穿孔内において長手軸方向に移動さ
せ、且つ前記静止磁界に平行に配向されているが、前記
本体の移動方向において前記静止磁界から長手軸方向に
変位させて別の静止磁界を発生させることによって前記
検査体積を予備分極化させることを特徴とする方法。
26. A body according to any one of claims 21 to 25, wherein the body is moved longitudinally in the bore and is oriented parallel to the static magnetic field, but in the direction of movement of the body. A prepolarizing the examination volume by displacing the static magnetic field in the longitudinal direction to generate another static magnetic field.
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