JPS61189478A - 石油埋蔵部を離れたところから検出してその量を測定する核磁気共鳴方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は１石油埋蔵部の流体量を離れたところから感知
して測定する新規な核磁気共鳴方法及び装置に係る。

従来の技術 原子核の常磁性特性は、非常に低い温度で。

固体水素について最初に測定された（１９３７年、Ｂ、
　Ｇ、　Ｌａ５ａｒｅｖ及びり、　ｗ、　Ｓｃｈｕｂｎ
ｉｋｏｗ著のｐｈｙ、　ｚ。

５ｏｖｊｅｔ第１１巻第４４５頁参照）、この実験では
、サンプルの常磁性特性が温度サイクル中に観察された
。然し乍ら、普通の大きさの研究室用サンプルを室温に
置いた場合には、原子核の常磁性特性が極端に微弱なも
のとなり、Ｗｓ定が困難になる。

そこで、固体及び液体の核種の核磁気モーメントを観察
するために、核磁気共鳴技術として一般的に知られてい
る別の実験技術が多数開発された。

核磁気共鳴による測定は、「連続波」方法と「パルス」
方法とに分類される。核磁気共鳴を連続波で観察する場
合には、出力吸収測定か又は核誘導構成かのいずれかを
用いて行なわれる（１９５５年、ニューヨークのＣａｍ
ｂｒｉｄｇｅ　Ｕｎｉｖ、　Ｐｒｅｓｓ出版、Ｅ、　Ｒ
，Ａｎｄｒｅｖ著の「核磁気共鳴」第３４頁参照）、パ
ルス方法−自由歳差技術とも称する−は、近年に開発さ
れたものである（１９７１年。

ニューヨーク、Ａｃａｄｅｍｉｃ　Ｐｒ５ｓｓ社出版、
Ｔ、　Ｃ。

Ｆａｒｒａｒ及びＥ、　Ｄ、　Ｂｅａｋｅｒ著の［パル
ス及びフーリエ変換ＮＭＲＪ第１頁参照）。

これらの全ての核磁気共鳴技術では、サンプルの磁気モ
ーメント情報を収集するために、ラーモア周波数の交流
磁界を与える色々な手段が使用されている。これらの技
術は、どれも、時間と共に動的に動いて結局は緩和現象
によって減衰するようなコヒレントなサンプル磁界を最
初に発生することによるものである。この最初に発生さ
れるコヒレントな磁界は、元の静的磁界の軸から離れる
ように複雑な運動を行なう。更に、研究室のような環境
においては、この形式のコヒレントな経時変化磁界によ
って、観察可能な顕著な作用が現われ、例えば、ビック
・アップコイルに著しい交流電圧が誘起される。このコ
ヒレントな磁界の存在を測定することにより、当然なが
ら、サンプルが共鳴状態にあることが指示される。

１つの核磁気モーメントによって静的磁界のまわりで歳
差運動が行なわれることが分かっている。通常の１／２
ガウスの地磁界においては、プロトンの磁気モーメント
により、約２　、１　Ｋ　Ｈｚのラーモア周波数で歳差
運動が行なわれる。磁気モーメントベクトルの先端は、
静的磁界のまわりで円錐状の運動を描く、地磁界に非常
に多数の磁気モーメントが存在する場合には、同様の運
動が確保されるが、磁気ベクトルの先端は、円錐のまわ
りで扇状に広がる。核磁気モーメントの若干が磁界方向
に沿った成分を有していることにより。

・　サンプルに常磁性が生じる。

地層に含まれた流体を顕微鏡でみると、これらの流体が
なぜ常磁性現象を示すかが説明できる。

炭化水素及び水に化学的に結合された核種は、磁気モー
メントを有している。これらのモーメントは、地磁界と
整列する傾向がある。従って、地層中の炭化水素及び水
の付近では、磁気モーメントの存在によって地磁界が増
大されている。地層中の流体付近で地磁界の強度がこの
ように変化しているのは、常磁性現象によるものである
。これに対して、地磁界中での核種のこの整列が何等か
の機構によって消失された場合には、その地層の常磁性
特性は現われず、その地層付近の磁界が変化する。

これまで、理論的には、核磁気共鳴の状態に達すると、
サンプルが本来もっている常磁性が、減少もしくは消失
するとされていた（Ｔ、Ｃ，Ｆａｒｒａ及びＥ、　Ｄ、
　Ｂｅｃｋｅｒ著のｏｐ、　ｃｉｔ、、第１４頁参照）
。

然し乍ら、このような事実を実験に利用して、サンプル
が共鳴状態に達したかどうかを実際に測定するようなこ
とは行なわれていない、従って、サンプルが本来もって
いる常磁性の減少もしくは消失によって共鳴状態を測定
するような新規な核磁気共鳴方法が提案されている。更
に、この新規な形式の核磁気共鳴方法を用いて、地層内
に未知の埋蔵石油が存在するかどうかを検出すると共に
、地層に含まれたオイル及び水の量の大部分を直接測定
できるようにすることが提案されている。この方法の実
用性は、石油埋蔵部に真人な量の液体が含まれているか
どうかによってのみ決まるものであることを強調してお
く。

標準的な核磁気共鳴技術を大きな石油埋蔵部会てに利用
するような試みがこれまでになされている。Ｒｕ５ｓｅ
ｌｌ　Ｈ，Ｖａｒｉａｎ氏の米国特許第３，０１９．３
８３号（１９６２年）には、パルス型の自由歳差核磁気
共鳴技術を用いてオイルの存在を指示することが提案さ
れているａ　Ｊｏｎａｔｈａｎ　Ｔｏｖｎｓｅｎｄ氏の
米国特許第３，０６０，３７１号（１９６２年）には、
不対電子モーメントにおいて共鳴実験を行なって埋蔵石
油を探知することが提案されている。

更に、米国特許第３，３９８，３５５号には、パルス型
の核磁気共鳴実験を航空機から行なって埋蔵石油を探知
することが提案されている。これらの方法は、どれも、
共鳴に適した状態が得られた後のコヒレントな磁化歳差
に基づくものである。更に、これらの方法は、いずれも
、比較的大きな磁界を必要とし、従って、あまり実用的
ではない。

ラーモア周波数の放射の吸収を監視することによって巨
大なオイル埋蔵部を離れたところから感知する別の技術
が提案されている。これらの方法は１例えば、米国特許
第３，４３７，９１９号（１９６８年）及び米国特許第
３，４３７，９１４号（１９６９年）に開示されている
。この場合も、理論的及び実験的に多数の欠陥があるこ
とにより、あまり実用性のないものとなっている。

標準的な核磁気共鳴方法は、今のところ、掘削穴のすぐ
近くのオイル埋蔵部の性質を測定するのに用いられてい
る。例えば、米国特許第４，０３５．７１８号（１９７
７年）、第３，６６７，０３５号（１９７２年）、第３
，６５７，７３０号（１９７２年）、第３，６１７，８
６７号（１９７１年）、第３，５０８，４３８号（１９
７０年）、第３，４８３．４６５号（１９６９年）、第
３，４３９，２６０号（１９６９年）、第３，３９５，
３３７号（１９６８年）１等々を参照されたい、これら
の代表的な技術が掘削穴のすぐ近くでしか利用されない
理由として、これまでに用いられている標準的な磁気共
鳴方法では、比較的強い磁界を加える必要のあることが
挙げられる。これらは、一応満足な測定方法であるが、
オイルを埋蔵した巨大な地層から得られる石油液体の量
を直接測定するものではな塾為。

発明の目的 そこで、本発明の目的は、石油埋蔵部を離れたところか
ら検出してその量を直接測定するような新規で且つ実用
的な核磁気共鳴方法を提供することである。

本発明の更に別の目的は、石油埋蔵部を離れたところか
ら検出してその量を直接測定するような新規で且つ実用
的な核磁気共鳴装置を提供することである。

本発明の更に別の目的は、緩和時間の短い化学的成分、
特に、横方向の緩和時間の短い化学的成分を含むような
石油埋蔵部を離れたところから検出してその量を測定す
る新規な核磁気共鳴方法及び装置を提供することである
。

本発明の更に別の目的は、石油埋蔵部を離れたところか
ら検出してその量を測定する核磁気共鳴方法及び装置で
あって、埋蔵部の特性寸法も測定するような新規な方法
及び装置を提供することである。

実施例 第１図は、石油埋蔵部を離れたところから感知してその
量を測定する装置の好ましい実施例を示している。この
特定の実施例は、油田において掘削が既に行なわれてい
る場合に適している。地表面１４から２つの穴１ｏ及び
１２が各々掘削されている０図示されたように、これら
の穴は、オイルを含んだ地層１６を通して掘削されてい
る。

標準的な周波数スイープ発振器１８は、出力２０を有し
、この出力は、交流電力増巾器２２を駆動する。この周
波数スイープ発振器（ＦＳ○）は、約２．１ＫＨｚのま
わりでゆっくりと周波数スイープを行なうことができね
ばならず、電力増巾器（ＰＡ）は、周波数２．ＩＫＨｚ
付近の大きな交流電流を発生できねばならない。電力増
巾器の一方の出力は、ケーブル２４に接続され、このケ
ーブルは、穴１０内へと下げられて、地層に電流を通流
する手段２６に接続される。電力増巾器の他方の出力は
、ケーブル２８に接続され、このケーブルは、穴１２内
に下げられ、地層に電流を通電する手段３０に接続され
る。それ故、第１図に３２で一般的に示された経路を経
てオイル保持層に交流電流が通電される。オイル保持層
に流れる全交流電流により、該地層にわたって交流磁界
が発生される。例えば、地層内の３４で示された位置に
は、ベクトルが主として図面の紙面から延び出す方向に
あるような交流磁界が生じる。この交流磁界の大きさ及
び周波数は、地層内の位置によって左右される。１／２
ガウスという通常の強さの地磁界におけるプロトンのラ
ーモア周波数は、２゜１ＫＨｚである。それ故、この地
磁界におけるプロトンのラーモア周波数を有した交流磁
界を、オイル保持層の兆候を表わしている部分にかける
手段が設けられている。核磁気共鳴状態を受けるこの部
分の地層を、簡単化のため「励起ゾーン」とも称する。

更に、オイル保持層の兆候を表わしている部分を核磁気
共鳴状態によってスイープしていくような手段も設けら
れる。

第１図に３６で示された磁力計組立体は、オイル保持地
層の中心上距離Ｚの位置まで穴１２内に下げられる。こ
の特定の実施例では、穴内に下げられる磁力計組立体は
、多数の巻回の絶縁ワイヤ３８を備えており、これらは
、非常に透磁率の高い磁気コア材料４０に巻かれ、これ
は、増巾器４２に接続されている。この増巾器は、作動
が安定で、利得が高く、非常にノイズが低く、帯域中が
狭く、然も、低周波数応答が優れていなければならない
。この目的に非常によく適した比較的新しい集積回路は
、０Ｐ−２７Ａ／Ｅ（米国、カリフォルニア州、サンタ
クララ、１５０ｏスペース・パークＤｒ、に所在するＰ
ｒｅｃｉｓｉｏｎ　ＭｏｎｏｌｉｔｈｉｃｓＩｎｃ、）
である。この演算増巾器は、周波数１０Ｈ２において平
方根ヘルツ当たり５ナノボルトという非常に低い入力ノ
イズ電圧密度である。必要な低ノイズ及び高利得特性は
、標準的な電子設計原理と、多数の０Ｐ−２７Ａ／Ｅ集
積回路とを用いることによって得られる。この増巾器の
出力は、シールドケーブル４４に接続され、このケーブ
ルは、穴を出て、標準的な信号平均化装置４６の入力に
接続される。この信号平均化装置（ＳＡ）は。

ケーブル４８を経て基準同期パルスを得、このケーブル
４８は、周波数スイープ発振器の同期パルス出力に接続
される。従って、地磁界の低周波数変化、変動、又は振
幅変調状態を測定する手段が設けられている。色々な位
置Ｚで測定を行なうことにより、地磁界の振幅変調状態
を地層の励起ゾーンの付近で測定できるような手段が与
えられる。

上記で簡単に述べたように、核磁気共鳴状態によってス
イープを行なう時には、サンプルが本来もっている常磁
性が或る条件のもとて減少もしくは消失することが予想
される。本発明のこの実施例では、オイル保持地層を核
磁気共鳴状態によってスイープする手段が設けられてい
る。それ故。

地層が共鳴状態によってスイープされるにつれて、オイ
ル保持地層の常磁性が減少又は除去される。

オイル保持地層の常磁性の減少は、磁力計によって測定
される全磁界に影響する。従って、オイル保持地層が共
鳴状態でスイニプされるにつれて。

励起ゾーン付近の地磁界が僅かに減少することが観察さ
れる。この磁界強度の減少は、地層の励起部分における
石油液体の量に直接関係している。

地層が共鳴状態によって繰返しスイープされると、信号
平均化装置を使用し、標準的な信号処理技術を用いて、
信号が増加されノイズが減少される。

共鳴状態中に常磁性を減少させる条件をより明確に規定
することが必要であろう。このため、物理学的に或る程
度の説明を加えなければならない。周波数スイープ速度
及び交流磁界強度の両方には、巨大な石油埋蔵部の物理
的な特性に基づいて幾つかの条件が課せられることが示
されている。

又、本発明が、共鳴状態によってオイル地層をスイープ
する実用的な手段を提供すると共に、更に、地磁界に生
じる変動を測定する実用的な手段を提供することを実証
するには、次のような物理的な説明が必要である。然し
乍ら、本発明は、特に次のような理論に限定されるもの
でないことを理解されたい。

第２図に示したような座標系を参照して、核磁気モーメ
ントの収集運動について述べる。地磁界をＢｏとし、こ
れは座標系のＺ軸に沿って延びるものとする。個々の磁
気モーメントＵは、他の磁界が存在しない場合、Ｂｏの
方向に対し、円錐状に歳差運動する。磁気モーメントが
この形式の運動を行なうのは、ベクトルの角モーメント
の時間変化率（ｄ　Ｌ／ｄ　ｔ）が、以下の式１に示す
ように、磁気モーメントに対するベクトルトルク（ＵＸ
Ｂｏ）に等しくなければならないからである。

ｄ　Ｌ／　ｄ　ｔ　＝ＵＸ　Ｂｅ　　　　　　　式１こ
の形式の運動は、磁気モーメントＵの先端の角度位置を
第２図のＸ軸に対して位置決めすることによって説明さ
れる。この角度位置は、第２図では、角度θとして定め
られる。この角度の時間変化率を、月産差周波数ｗｏと
称する。この角周波数は、次の式に基づいて、地磁界及
びプロトンの磁気回転比γに関係付けされる。

ｗ　ｏ　＝ＹＢｏ　　　　　　　　　　式２多くの基礎
物理のテキストに示されているように、式２は、式１か
ら導出される。もちろん、多くの個々の磁気モーメント
は、第２図に示すように、色々な角度θで円錐の周囲に
扇状に広がっている。然し乍ら、多くの磁気モーメント
がＺ軸に沿った成分を有しているという事実により、Ｚ
方向に沿って実効磁化Ｍｚが生じる。この作用により、
当然ながら、石油に核常磁性が与えられる。

第２図に示すように、歳差磁気モーメントに外部磁界Ｂ
１がかけられる。簡単化のため、Ｂ１は、Ｘ−Ｙ平面に
限定され、大きさが一定で、然も、第２＠で定めた角度
θにわたって時間と共に回転するものとする。一般に、
Ｂ１は、次の分析を有効なものにするためには、Ｂｏに
対して平行でない成分を有していなければならない（Ｂ
ｌは、Ｂ。

に対して或る角度でなければならない）、角度θの時間
変化率をＷとすれば、次の式が成り立つ時に磁気共鳴状
態が生じることが分かっている。

ｗ＝ｗｏ　　　　　　　　　　　　式３共鳴についての
物理学的な意味は、磁界Ｂ１から歳差磁気モーメントへ
エネルギーが結合され、それらの運動を変えることであ
る。与えられた磁界の周波数Ｗが共鳴を通じてゆっくり
とスイープされる場合には、サンプルのベクトル磁化運
動に対する解が「ブロッホの方程式」に対する定常解に
よって与えられる。これらの方程式、及びこれら条件の
もとでのその解は、Ｅ、　Ｒ，Ａｎｄｒｅｖ著のｏｐ。

ｃｉｔ、の第２８頁に記載されている。

この分析においては、サンプルの常磁性が共鳴の際に著
しく減少するか又は消失することが示されている。この
現象を「飽和」と称するにの状態においては、Ｚ方向の
磁化Ｍｚが減少もしくは除去される。上記の参考文献に
は、次のような数学的条件が満足された場合に飽和が生
じることが示されている。

γ”Ｂ１”ＴＩＴ２≧１　　　　　　式４この式におい
て、γ及びＢ１は、既に定義されている。量Ｔ１は、長
手方向の緩和時間であり、Ｔ２は、横方向の緩和時間で
ある。これらの緩和時間は重要であり、これらの緩和時
間が磁気モーメントの収集運動に及ぼす物理的な意味は
、Ｔ、　Ｃ。

Ｆａｒｒａｒ及びＥ、　Ｄ、　Ｂｅｃｋｅｒ著のｏｐ、
　ｃｉｔ、第７−１５頁に記載されている。簡単に述べ
ると、この場合、Ｔ１は、方向のずれた磁気モーメント
が熱的平衡状態に達するに要する時間、ひいては、飽和
状態になった後にＺ軸に再整列するに要する時間である
。それ故、Ｔ１は、熱緩和時間とも称する。Ｔ２は、第
２図のｘ−Ｙ平面において最初に１つの方向に整列され
ていた磁気モーメントの仮想群が方向ずれした状態とな
って、それらのベクトルがそのｘ−Ｙ平面内でランダム
な方向を向いて扇状に広がるに要する時間である。Ｔ２
は、スピン−スピン緩和時間としても知られている。

第１図のように実施する場合には、式４で規定した磁界
Ｂ１の大きさが非現実的な大きさになってはならない、
地層内の原油の熱緩和時間Ｔ１についてのほとんどの測
定値は、次のような時間範囲内に入ることが分かってい
る（１９７４年、Ｊ、Ｄ、　Ｒｏｂｉｎｓｏｎ氏等のＪ
、　Ｐｅｔ、　Ｔｅｃｈ、第２６巻、第２２６頁参照）
。

０．１秒≦Ｔ１≦５秒　　　　　　　式５％式％ 号（１９６８年）には、Ｔ２について次のような範囲が
測定されている。

１０−’秒≦Ｔ２；６０秒　　　　　式ｅＴ１及びＴ２
について規定された最低時間に対応する最悪な場合には
、最少所要強度Ｂ１が約３７ミリガウスである。従って
、３７ミリガウスの磁界をラーモア周波数でオイル保持
地層に与えた場合には、飽和が生じる。更に、はとんど
の横方向緩和時間は１０−４秒以上であることが分かっ
ている（第６式参照）、それ故、１１．７ミリガウスの
交流磁界強度が必要とされるに過ぎない。

従って、飽和を形成するに必要な最低の交流磁界強度で
あって、オイル保持地層の緩和特性に関連した最低の交
流磁界強度があることが分かっている。

飽和を観察するためのもう１つの別の条件として１周波
数を「ゆっくり」とスイープしなければならない、これ
は、「断熱的な通過」として知られている。この断熱的
な通過においては、単位時間当たりの角度スイープ速度
の変化（ｄｗ／ｄｔ）が次の条件を満足しなけれななら
ない（１９６１年、オックスフォード、Ｃ１ａｒｅｎｄ
ｏｎ　Ｐｒｅｓｓ出版、Ａ、　Ａｂｒａｇａｍ著のｒＴ
ｈｅ　Ｐｒ１ｎｃｉｐｌｅｓ　ｏｆ　ＮｕｃｌｅａｒＭ
ａｇｎｅｔｉｓｍ」参照）。

ｄ　ｗ／　ｄ　ｔ　＜＜　ｙ”　Ｂ　１”　　　　　　
　式７この式は、Ｂ１の大きさが１１．７ミリガウスで
ある場合、最大周波数スイープ速度が約１００　Ｈｚ　
／秒であることを示している。この最大スイープ速度は
、Ｂ１によって左右され、次いで、この量Ｂ１は、オイ
ル地層の緩和特性によって左右される。従って、断熱通
過の状態のもとでは、所与のオイル保持地層に最大許容
周波数スイープ速度を適用できる。

上記のスイープ速度を越える場合には、「高速通過」の
形式として分類される別の現象が現われる。これらの場
合には、サンプルの磁化が実効磁界に従うことができず
、断熱通過に適用できる条件はどれも満足されない、然
し乍ら、Ｚ方向の磁化Ｍｚは、実際には、次の式が満た
されるならば、減少もしくは消失する（Ｔ、　Ｃ，Ｆａ
ｒｒａｒ及びＥ。

Ｄ、　ＢｅＣｋｅｒ著のｏｐ、　ｃｉｔ、第１０−１５
頁参照）。

１≦γＢｉｔ≦γＢ　ＩＴｌ　　　　　式８弐８では、
共鳴による通過時間ｔを、慎重に。

長手方向緩和時間Ｔ１より小さくしなければならない０
式５から、最少の長手方向時間が０．１秒となり、それ
故、弐８は、この最悪な場合に、所要磁界の最少値が約
０．３７ミリガウスであることを規定する。これは、非
常に小さな磁界である。

例えば、石油埋蔵部の局部領域に１０アンペア（ピーク
−ピーク）の交流電流が流れた場合には。

この電流によって発生される交流磁界が半径５４ｍの内
側で０．３７ガウス（ピーク−ピーク）を越える。従っ
て、本発明は、オイル保持地層の大部分を磁気共鳴状態
でスイープする実用的な手段を提供する。

本発明は、飽和及び高速通過現象の作用を検出する実用
的な方法を提供する。オイル地層の常磁性により、オイ
ル埋蔵地層の上の磁界が僅かに増加する（δＢ（Ｚ））
。簡単化のために、「不対プロトン」（″′水素状”′
又は″非結合″とも称する）のみによって共鳴が生じる
ものと仮定する。埋蔵部付近では、次のように表わされ
る。

式９ このＭＫＳ方程式に用いられる□量は、次のものを含む
。μ０（スペースの透磁率）、ρ　（１ｍ３当たりの不
対プロトンの数）、Ｕ（プロトンの磁気モーメント）、
Ｂｏ（地磁界）、ｋ（ボルツマン定数）、及びＴ（絶対
温度）。

共鳴によるスイープ中にこの小さな磁界がゼロにされる
のが理想的である。これにより第１図に示された誘導型
磁力計に誘起される電圧を推定することができる。第１
図に４０で示されたコアはパーマロイで形成され、その
断面積は１ｃｍ”でありそして長さは１００ｃｍであり
、従って、「実効透磁率」が２０．ｏｏｏである（１９
６６年、ニューヨークのＰｅｒｇａｍｏｎ　Ｐｒｅｓｓ
社で出版されたＧ。

Ｖ、　Ｋｅｌｌｅｒ、　Ｆ、　Ｃ，Ｆｒ１ｓｃｈｋｎｅ
ｃｈｔ著のｒＥｌａｃｔｒｉｃａｌＭｅｔｈｏｄｓ　ｉ
ｎ　Ｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｐｒｏｓｐｅｃｔｉｎｇ
Ｊを参照されたい）、コイルの巻回数は、１００，００
０であり、スイープ時間は、約１秒である。従って、誘
導コイルには、２４ナノボルトの誘起電圧が現われるに
れは、０Ｐ−２７Ａ／Ｅ演算増巾器の入力ノイズ電圧密
度よりも５倍大きい、従って、オイル保持地層の飽和に
よって誘起された電圧は、回路にノイズが生じても容易
に検出することができる。

第３図、第４図及び第５図は、第１図に示された装置か
ら取り出された実験信号の経時変化を示している。第３
図は、交流磁界の周波数Ｆが低い周波数Ｆ１から共鳴周
波数Ｆｏを通してスイープされ、地層が核磁気共鳴状態
にある場合を示している。第４図は１時間Ｔｏにおける
地磁界Ｂｏの対応的な減少を示している。第５図には、
誘導コイルＶに現われる電圧が示されている。

第５図に示された信号の正確な形状は、スイープ時間の
ような多数のパラメータの中でも、特に、長手方向及び
横方向の時間Ｔ１及びＴ２によって左右される。別の実
験状態で行なわれているように（Ｊ、　Ｄ、　Ｒｏｂｉ
ｎｓｏｎ氏等のｏｐ、　ｃｉｔ、）、或る種の条件のも
とでは、オイルと水の比率を推定することができる。地
層を共鳴状態で繰返し周期的にスイープすると同時に種
々の繰返し速度で地磁界の振幅変調度を測定することに
よってオイルと水が分離される。更に、長手方向緩和時
間Ｔ１は。

固体の場合相当に長いので、地層内の液体の常磁性のみ
が観察される（Ｅ、　Ｒ，Ａｎｄｒｅｖ氏のｏｐ、　ｃ
ｉｔ。

第１５１頁参照）。

石油埋蔵層の全流体量、平均流体密度及び大きさは、以
下の手順によって分かる。オイル層上の種々の距離Ｚに
対して、共鳴中の地磁界の変化δＢ　（Ｚ）を測定する
。このδＢ　（Ｚ）を２に対して典型的にプロットした
ものである第６図を参照されたい。オイル地層の励起ゾ
ーン付近では、δＢ　（Ｚ＝Ｏ）を測定することにより
、式９の量ρが求められ、これは、地層に含まれた対に
なっていないプロトンの平均個数（１ｍ３当たりの）で
ある。信号は、主として液体からのものであるから、こ
れによって、地層内の平均流体密度が直ちに求められる
。オイル埋蔵層の励起ゾーン付近に相当する第６図に領
域Ａでは、磁界が１／Ｚ２で減少する（１９６１年、ニ
ューヨークのＨａｌｔ。

Ｒｉｎｅｈａｒｔ　ａｎｄ　Ｗｉｎｓｔｏｎ社で出版さ
れたＲ、　Ｂｅｎｕｍｏｆ氏のｒｃｏｎｃａｐｔｓ　ｉ
ｎ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ　ａｎｄ　Ｍａｇｎｅｔｉ
ｓｍＪの第１９６頁を参照）。第６図に点Ｂで示された
変曲点は、距離Ｚにおいて、オイル層の或る特性寸法、
例えば、オイル埋蔵層の厚み又は平均直径、に達したこ
とを示している。一方、領域Ｃは、常磁性の埋蔵層があ
たかも１つの大きな磁気モーメントＵＴであるかのよう
に作用する時の大きなＺに対する磁界の状態を示してい
る。上記のＵＴは、もちろん、地層の励起ゾーンにおけ
る全ての磁気モーメントの総和である。以下の式１０は
、Ｚが大きい場合にδＢ　（Ｚ）が１／Ｚ３で減少する
ことを示している。（１９６３年、ニューヨークのＪｏ
ｈｎ　Ｗｉｌｅｙ　＆　５ｏｎｓ社で出版されたり、Ｈ
ａｌｌｉｄａｙ及びＲ０Ｒｅｓｎｉｃｋ著のｒＰｈｙｓ
ｉｃｓ　Ｆｏｒ　５ｔｕｄｅｎｔｓ　ｏｆＳｃｉｅｎｃ
ｅ　ａｎｄ　ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＪを参照）。

Ｂｅ ４π　２ データを当てはめることによってＵＴが得られると、地
層内に含まれた対になっていないプロトンの総数が得ら
れる（ＵＴ／Ｕ）。既知の化学的組成、原子核の特性及
び原油の濃度がら、地層の励起ゾーンの自由流体量を計
算することができる。

本発明は、上記の実施例以外にも、非常に多数のやり方
で実施できる。オイル保持層を核磁気共鳴状態にするこ
とができるものであれば、いがなる手段を用いてもよい
。従って、ラーモア周波数付近の交流磁界をオイル保持
層に与えることができるものであれば、いかなる手段を
用いてもよい。この交流磁界をオイル地層に与える方法
としては１次のような色々な方法があるが、これに限定
されるものではない。（１）１つの穴から１つ以上の地
表電極へ地層を経て交流電流を流す。

（２）２つ以上の穴間に交流電流を流す。（３）地表に
配置した２つ以上の電極間で地層を介して交流電流を流
す。（４）１つ以上の交流通電用の丸いループを地表面
に使用する。（５）１つ以上の長方形の交流通電コイル
を地表面に使用する。

（６）交流通電コイルを地表面に配置して穴のまわりの
パイプに交流磁界を誘起させる。（７）穴の内部に交流
通電コイルを使用して穴のまわりのパイプに交流磁界を
誘起させる。（８）何等かの手段によって交流磁界を発
生するような食用器具を使用する。（９）穴のまわりの
パイプから地層中へ交流電流を流す。等々。地表面で行
なうこれらの方法の多くは、大型の交流電源を必要とす
る。

というのは、表土の統計学的な中間抵抗率が米国では１
０００ｍであり、従って、２．１ＫＨｚにおいて電磁表
皮深さが１３４ｍに過ぎないからである（Ｇ、　Ｖ、　
Ｋｅｌｌｅｒ及びＦ、　Ｃ，Ｆｒ１ｓｃｈｋｎｅｃｈｔ
著のｏｐ、　ｃｉｔ、の第４０頁参照）。更に、これら
の全てのパルス式方法は、これによってオイル保持地層
に共鳴状態を形成できるならば、使用することができる
。

更に、オイル地層を共鳴状態でスイープする時に地磁界
の変化を測定するに充分な感度をもづたものであれば、
いかなる手段を使用してもよい。

現在では、多数の形式の磁力計が使用されている（ケン
ブリッジのＣａｍｂｒｉｄｇｅ　Ｕｎｉｖａｒｓｉｔｙ
　Ｐｒｅｓｓ出版のＷ、　Ｍ、　Ｔｅ１ｆｏｒｄ著のｒ
Ａｐｐｌｉｅｄ　ＧｅｏｐｈｙｓｉｃｓＪの第１２３，
１７６頁参照）、これらの装置は、透磁率の高い磁性材
料と組み合わせて使用することによって感度を実質的に
高めることができる。地球物理学の分野で広く使用され
ている差動磁力計や磁界勾配計も使用できる。更に、超
伝導の量子干渉装置を高感度の磁力計として使用するこ
ともできる（１９７５年、Ｊ、　Ｅ、　Ｚｉｍｍｅｒｍ
ａｎ及びＷ、　Ｈ。

Ｃａｍｐｂｅｌｌ著のｒＧｅｏｐｈｙｓｉｃｓＪ第４０
巻、第２号の第２６９頁参照）。非常に多数の巻回数を
もち、直径が１マイル（１，６Ｋｍ）であるような非常
に面積の大きな誘導コイルを地表面に配置した場合にも
、必要な感度が得られる。

更に１本発明は、不対プロトンのような核磁気モーメン
トの特性を充分に活用するものである。

然し乍ら、本発明の方法及び装置は、同様の磁気回転作
用を有する石油の別の原子核特性、電子特性、原子特性
、又は、分子特性に適用できることも明らかであろう。

本発明の多数の特徴について以上に詳細に説明したが、
本発明の範囲はこれらに限定されるものでなく、上記の
説明は、本発明の好ましい実施例の説明に過ぎないこと
を理解されたい。上記で簡単に述べたように、上記の実
施例には多数の変更が考えられる。従って、本発明の範
囲は、上記の実施例に限定されず、特許請求の範囲のみ
によって規定されるものとする。

【図面の簡単な説明】

第１図は、石油埋蔵部を離れたところから検出してその
量を測定する本発明の１つの好ましい実施例を示す図で
あり、 第２図は、核磁気共鳴状態中のオイル保持地層の磁気モ
ーメントの運動を説明するのに用いる図であり、 第３図は、オイル層に加える交流磁界の周波数スイープ
作用を説明するための図であり。 第４図は、オイル保持層が核磁気共鳴でスイープされる
時の地磁界の減少を示す図であり、第５図は、オイル保
持層が共鳴状態でスイープされる時に生じる地磁界の変
化によって誘導型磁力計に誘起される電圧を示す図であ
り、そして第６図は、オイル保持層の上の色々な距離に
対する磁界変化を示す図である。 １０．１２・・・穴　　　　１４・・・地表１６・・・
オイル保持地層 １８・・・周波数スイープ発振器 ２２・・・交流電力増巾器 ２４．２８・・・ケーブル ２６．３０・・・地層に電流を通流する手段３６・・・
磁力計組立体　３８・・・絶縁ワイヤ４０・・・磁気コ
ア材料　４２・・・増巾器４６・・・信号平均化装置 手続補正帯（方式） 、１．事件の表示　　昭和６０年特許願第３０１３１号
３、補正をする者 事件との関係　　出願人 氏　名　ウィリアム　バ、ニング　ヴエイル　ザ　サー
ド４、代理人

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）石油埋蔵部の少なくとも一部分を離れたところか
   ら検出してその量を測定する装置において、地層内の流
   体の長手方向緩和時間より短い時間内に石油埋蔵部の一
   部分を核磁気共鳴状態によってスイープして、核磁気共
   鳴状態にされた埋蔵部の一部分の常磁性を実質的に乱す
   ようにし、これにより、埋蔵部の上記一部分付近の地磁
   界を変化せしめると同時に、石油埋蔵部の上記一部分付
   近の地磁界に生じた変化を測定し、地層内の石油の有無
   及び石油の存在量を指示するような手段を具備したこと
   を特徴とする装置。
2. （２）地層内の埋蔵石油を測定する装置において、 ａ）地層に交流電流を通して地層の所定部分に交流磁界
   を発生する手段と、 ｂ）オイル保持地層の上記部分に存在するオイルに化学
   的に結合された核種のラーモア周波数以下の周波数から
   該ラーモア周波数以上の周波数まで交流電流の周波数を
   スイープさせて、上記核種を共鳴状態にすると共に、上
   記地層部分の常磁性を減少させるような手段と、 ｃ）上記地層部分に隣接した穴内の磁界を測定する手段
   とを具備し、この手段は、地磁界の変化を測定して上記
   地層部分の常磁性の変化を指示するように働くことを特
   徴とする装置。
3. （３）石油埋蔵部を離れたところから検出してその量を
   測定する方法において、 オイル保持地層の兆候を表わしている部分にラーモア周
   波数の交流磁界をかけて、該地層を核磁気共鳴状態にす
   ると共に、該地層の常磁性を変化させ、 更に、オイル保持地層の上記常磁性の変化によって生じ
   たオイル保持地層の上の地磁界の変化を測定し、 これにより、石油埋蔵部が核磁気モーメントを有する成
   分を含むようにし、 石油埋蔵部が地磁界の作用を受けるようにし、地磁界に
   よって上記核磁気モーメントを地磁界の方向に整列させ
   、 この整列によって、オイル保持地層に上記常磁性を生じ
   させ、 上記交流磁界の方向は、地磁界の方向に対して或る角度
   にあり、 上記交流磁界の強度及び周波数スイープ速度は、上記オ
   イル保持地層内の流体の長手方向及び横方向の緩和時間
   に基づいて、オイル保持地層の兆候を表わしている部分
   を飽和の如き状態にして共鳴中地層の常磁性に影響を及
   ぼすに適したものとすることを特徴とする方法。
4. （４）地層内に石油埋蔵部が存在するかどうかを検出す
   る方法において、 ａ）存在するオイルの核種のラーモア周波数及びその付
   近の周波数で交流磁界を加え、この磁界は、石油埋蔵部
   の一部を核磁気共鳴状態にして石油埋蔵部の上記部分の
   核常磁性を減少させるように地磁界に対して或る角度に
   され、 ｂ）石油埋蔵部の上記部分付近の全地磁界の変化を同時
   に検出して、石油埋蔵部の上記部分の核常磁性の変化を
   感知し、これにより、石油埋蔵部の有無を指示するよう
   にしたことを特徴とする方法。