NO335901B1

NO335901B1 - NMR-spektroskopi fra borehull i undergrunnen med bruk av et gradientmagnetfelt

Info

Publication number: NO335901B1
Application number: NO20032783A
Authority: NO
Inventors: Ganesan Krishnamurthy
Original assignee: Schlumberger Technology Bv
Priority date: 2002-06-19
Filing date: 2003-06-18
Publication date: 2015-03-16
Also published as: NO20032783L; CN1472543A; RU2251097C2; MXPA03003216A; CA2425254A1; CN100409024C; SA03240075B1; NO20032783D0; CA2425254C; US20030234648A1; US6937013B2

Description

Oppfinnelsens bakgrunn

Oppfinnelsens område

Oppfinnelsen gjelder generelt fremgangmåter og apparater for spektroskopi ved bruk av kjernemagnetisk resonans (NMR).

Bakgrunnsteknikk

Elektromagnetisk baserte instrumenter for å måle materialegenskaper eller bestemmelse av materialsammensetninger er velkjente. Teknikker som benytter kjernemagnetisk resonans (NMR) er blitt brukt for å danne avbildninger av bio-logiske vev eller for å bestemme sammensetninger av f.eks. jordformasjoner.

Apparater for kjernemagnetiske resonansmålinger er velkjent innenfor fag-området. Generelt omfatter et apparat for kjernemagnetiske resonansmålinger magneter for å opprette et statisk magnetfelt samt antenner for å sende ut og motta magnetiske felt med radiofrekvens. Disse antenner utgjøres vanligvis av solenoidspoler plassert nær inntil det område som skal analyseres. Eksempler på NMR er angitt i US-patent 4,350,955 som er gitt til Jackson et al., samt US-patent 4,717,877 som er gitt til Taicher et al.

Fenomenet kjernemagnetisk resonans oppvises av atomkjerner med et odde antall protoner og nøytroner. Når den plasseres i et utenfra påført statisk magnetfelt, B0, vil atomkjernene ha en tendens til å rette seg inn med magnetfeltet og frembringe en nettomagnetisering M, i retning av det påførte felt. Kjernene vil ha presesjon om aksen av det påførte felt med en karakteristisk NMR frekvens æ

(kalt Larmor frekvensen) og som er gitt ved ligningen:

hvor y er det gyromagnetiske forhold.

Et tidsavhengig radiofrekvent magnetfelt med frekvenskomponenter som er lik den spesifikke Larmor frekvens som tilsvarer vedkommende atomkjerner, og som påføres i en retning vinkelrett på det statiske magnetfelt B0, vil da bringe magnetkjernene til å absorbere energi og pendle bort fra aksen for det statiske magnetfelt B0. Hvis RF pulsen slås av nøyaktig når pendlingsvinkelen når 90°, vil magnetiseringen falle inn i et plan på tvers av retningen av B0 (x-y-planet) og den samlede magnetisering vil nå utføre presesjonsbevegelser omkring det statiske magnetfelt B0i tverrplanet og ved Larmor frekvensen. En slik puls kalles en 90° puls. En 180° puls er en puls hvor magnetiseringen bringes til å pendle over 180°, slik at den vendes om. Disse to typer RF pulser danner de grunnleggende verk-tøyer for NMR spektroskopi.

Figurene 2a, 2b viser pulssekvenser som vanligvis anvendes i NMR spektroskopi. Fig. 2a viser da den ovenfor beskrevne 90° puls på den øvre del av figurframstillingen, samt et detektert signal på den nedre del av figurframstillingen. Fig. 2b viser spinn- ekko- pulssekvensen. En 90° puls blir først påført atomkjernesys-temet. Den 90° puls dreier en tilsvarende magnetisering inn i x/y- planet. Tverr-magnetiseringen begynner defasingen. Ved et visst tidspunkt etter 90°-pulsen på-føres en 180°-puls. Denne puls vil da dreie magnetiseringen over 180° om x-aksen. En slik 180° puls bringer magnetiseringen til i det minste delvis omfasing og frembringer derved et signal som kalles ekko. 180°-pulsen betegnes derfor som en omfokuseringspuls. Den nedre kurveopptegning i fig. 2b viser det detekterte signal.

Ikke bare 90° pulser blir anvendt. Gjentakelse av flere RF pulser med små pendlingsutsving (<90°) kan også brukes for det formål å frembringe høye for-håndsverdier mellom signal og støy (S/N). Fordelen ved å bruke RF pulser med liten utsvingsvinkel er at etter at RF pulsen er påført foreligger det fremdeles en magnetisering langs z-aksen. Den gjenværende magnetisering kan da brukes for observering av det neste NMR signal. Derfor kan man gjenta påføringen av den andre RF puls med liten utsvingsvinkel uten å måtte vente på at magnetiseringen skal vende tilbake til retningen langs z-aksen. Den tidskonstant som gjelder ved retur av magnetiseringen til Z-asken etter at RF pulsen er opphørt, kalles da relaksasjonstiden (Ti) for spinngitteret. Anvendelse av RF pulser med liten utsvingsvinkel gjør det mulig å gjenta påfølgende RF pulser uten at magnetiserings-vektoren har nådd sin likevektsverdi. For en viss fast tid vil det være mulig å samle opp en rekke NMR signaler med liten utsvingsvinkel og lave gjentakelsestider i stedet for en enkelt 90° RF puls. Forholdet mellom signal og støy (S/N) vil derfor være større når det benyttes en rekke små utsvingsvinkler enn når det brukes en enkelt 90° RF puls.

Den optimale lille utsvingsvinkel a og pulsavstanden x ved disse små vin-kelutsving har sammenheng med relaksasjonstiden Ti ut i fra sammenhengen:

cos a = exp (-t/T-i).

Det vil være kjent at den observerte NMR signalstyrke avhenger av utsvingsvinkelen, gjentakelsestiden og TV Begynnelsesamplituden av FID-signalet er da gitt ved:

M = Mo[(1-Ei) / (1-E1 cos p)] sin p

hvor:

Ei = exp(-TTTi)

Ti = relaksasjonstiden for vedkommende spinngitter

T = gjentakelsestid

P= utsvingsvinkel

Fig. 9 viser en opptegning av den normaliserte FID toppamplitude som en funksjon av utsvingsvinkel (P) for forskjellige verdier av T7Ti.

Signalamplituden er f.eks. 50 % av fullstendig amplitude med 50° utsvingsvinkel når gjentakelsestiden er 50 % av TV FID signalamplitude for maksimalt signal er ved 90° utsvingsvinkel med gjentakelsestid på 5TV Innenfor en tid på 5TV kan 50 % utsvingsvinkel gjentas 10 ganger og økningen i S/N er da 58%.

Eksperimentelt detekteres NMR signalet ved hjelp av en avstemt radio-frekvensspole med sin akse vinkelrett på det statiske magnetfelt B0. Samme spole som anvendes for eksitering er også egnet for detektering, eller alternativt kan en separat gjensidig ortogonal spole anvendes. Den oscillerende NMR magnetisering induserer en spenning i spolen. Disse NMR signaler kan detekteres og Fourier-transformeres for å utlede de frekvenskomponenter av NMR signalene som er ka-rakteristiske for de eksiterte atomkjerner.

Den avtagende signalamplitude over tid har sin årsak i spinn/spinn relakse-ringsfenomener og det forhold at hver atomkjerne erfarer et litt avvikende magnetfelt. Med signalets maksimalverdi samtlige atomkjerner presesjon unisont. Jo mer tiden forløper jo større vil faseforskjellene mellom atomkjernene bli og det totale bidrag av magnetiseringsvektorene fra de forskjellige atomkjerner vil etter hvert uunngåelig summeres til null.

Atomkjernene vil erfare forskjellige magnetfeltverdier i forhold til hverandre hovedsakelig på grunn av inhomogenitet i det statiske magnetfelt B0, det kjemiske forskyvningsfenomen eller på grunn av indre, punktprøvingsfrembrakt magnetisk felt-inhomogenitet.

Inhomogenitetene i det statiske magnetfelt B0kan ha sin årsak i uperfekte forhold i den tilsvarende magnetiske feltkilde. Også styrken av det statiske magnetfelt B0vil avta jo lenger bort den måles fra det statiske magnetfelts kilde, slik som vist i fig. 3. Dette kalles da magnetfeltets gradient. Gradienten har da en helning definert ved graden av forandring i magnetfeltstyrken dividert med forskyv-ningsavstanden fra magnetfeltets kilde. En gradient av en slik art at den magnetiske feltstyrke avtar jo lenger bort den måles fra magnetfeltkilden defineres da til å ha en negativ helning (dB/dx < 0). Magnetiske felt hvis styrke øker jo lenger bort de måles fra den magnetiske feltkilde defineres da til å ha gradienter med positiv helning (dB/dx > 0).

Det kjemiske forskyvningsfenomen finner sted når et atom plasseres i et magnetfelt. Elektronene i atomet sirkulerer da om retningen av det påførte magnetfelt og forårsaker da et magnetfelt i atomkjernen som vil bidra til den totale verdi av det magnetfelt som påføres vedkommende atomkjerne.

Eksempler på indre (punktprøveinduserte) magnetfeltinhomogeniteter er grensesnitt mellom media med forskjellige magnetiske følsomheter, slik som korn/pore- fluidgrensesnitt i jordformasjoner.

Det målbare signal (fri induksjonsavtakning, FID) varer bare så lenge atomkjernene har presesjon unisont. Den tidsperiode hvorunder vedkommende signal avtar til null betegnes som henfallstid ved fri induksjon.

Det er funnet at signalet henfaller eksponentielt med tiden, slik at:

hvor M0er modulus for den innledende magnetiseringsvektor og T2<*>kalles henfallstidskonstanten og er den tid som er påkrevet for å redusere M0med faktor lik e. Den inverse verdi T2<*>(1/ T2 ) er den takt hvorved verdien av M0reduseres innenfor en spesifikk tidsperiode t.

Som tidligere beskrevet, kan signalamplitudens henfall ha sin årsak i inhomogeniteter i det totale magnetfelt som påføres det eksiterte område. Disse ho-mogeniteter kan skrive seg fra det statiske magnetfelts gradient, kjemisk forskyv ning og punktprøve induserte inhomogeniteter. Hvert av de ovenfor nevnte fenomener vil bidra i sin egen spesifikke grad til å redusere den totale magnetiseringsvektor. Derfor er:

1/T2<*>= 1/T2+ 1/T2' + yABo

Hvor f.eks. 1/T2skriver seg fra spinn/spinn- relaksering, 1/T2 er det bidrag som skriver seg fra punktprøve induserte inhomogeniteter og yABo tilsvarer bidra-get fra inhomogeniteter i det statiske felt. Ligning kan da omskrives på følgende måte:

Den henfallstid (FID) som følger etter RF pulsen på 90° kan da skrive seg fra den magnetiske felt inhomogenitet i det statiske felt B0, spinn/spinn- relakse-ringstiden (T2) og den tid skriver seg fra punktprøve induserte inhomogeniteter (T2), slik som vist ved ligning 2.

NMR signalet vil bli sendt ut fra et område som befinner seg i den prøve som bestråles av radiofrekvenssignalet. Dette område kalles da det eksiterte område. Fig. 3 viser eksitert område (12) med en tykkelse Ax. Det er kjent at jo sterkere RF signalet er, jo større vil verdien av Ax være. Et større Ax vil imidlertid innebære et større fall i det statiske magnetiske felts verdi over det eksiterte område, hvilket vil innebære en større inhomogenitet i det statiske magnetfelt (AB0) og et uunngåelig raskere henfall av signalet, slik det vil fremgå av ligning 2. Etter hvert som styrken av radiofrekvensfeltet økes, vil således varigheten av signalet avta i vesentlig grad.

Tykkere eksiterte områder (større Ax) vil imidlertid f.eks. resultere i sterkere detekterbare signaler, slik som CPMG sekvensen av ekkosignaler (Carll-Purcell-Meiboom-Gill). En slik CPMG sekvens består av en 90° puls fulgt av et antall 180° pulser hvorimellom ekkoer finner sted.

Det er derfor ønskelig å være i stand til å modifisere eller til og med slette et spesifikt bidrag til FID-henfallstiden mens NMR målinger finner sted, slik som f.eks. den magnetiske felt inhomogenitet i det statiske magnetfelt B0.

Videre er det også ønskelig å modifisere gradienten i det totale magnetfelt som påføres det eksiterte område for det formål å indusere ekkosignaler så snart den opprinnelige gradient for det påførte statiske magnetfelt B0er gjenopprettet.

Sammenfatning av oppfinnelsen

Et aspekt ved oppfinnelsen gjelder en fremgangsmåte for kjernemagnetiske resonansmålinger. Slike fremgangsmåter omfatter prosesstrinn som går ut på å påføre et statisk magnetfelt for å polarisere atomkjerner i et område av interesse og som skal analyseres. Det statiske magnetfelt har da en gradient. Videre på-føres et radiofrekvent magnetfelt på vedkommende område for å omorientere atomkjernen i dette og også et gradientmagnetfelt påføres det område som er av interesse. Gradientmagnetfeltet har da en andre gradient med motsatt fortegn og av samme størrelse som det statiske magnetfelts gradient. Endelig blir et kjernemagnetisk resonanssignal fra vedkommende område detektert.

Et annet aspekt ved oppfinnelsen gjelder en fremgangsmåte for kjernemagnetiske resonansmålinger. Denne fremgangsmåte omfatter prosesstrinn som går ut på å påføre et statisk magnetfelt for å polarisere magnetkjerner i et område av interesse og som skal analyseres. Det statiske magnetfelt har da en første gradient. Videre blir et radiofrekvent magnetfelt påført vedkommende område for å omorientere magnetkjernene i dette, og også et gradientmagnetfelt påføres området av interesse. Dette gradientmagnetfelt har da en andre gradient med motsatt fortegn i forhold til gradienten i det statiske magnetfelt, samt har en størrelse valgt for å invertere fortegnet for gradienten i det statiske magnetfelt. Endelig blir gradientmagnetfeltet fjernet og et kjernemagnetisk resonanssignal fra vedkommende område detekteres.

Andre aspekter ved oppfinnelsen er fremgangsmåter for å utføre kjernemagnetiske resonansmålinger i brønner.

Andre aspekter og fordeler ved oppfinnelsen vil fremgå av følgende beskrivelse og de etterfølgende patentkrav.

Kort beskrivelse av tegningene

Fig. 1 viser et magnetresonansapparat.

Fig. 2 viser påførte og målte signaler.

Fig. 3 er et skjema som viser det påførte statiske magnetfelts verdi.

Fig. 4 er et skjema som angir de påførte felter og målte signaler i henhold til en viss utførelse av oppfinnelsen. Fig. 5 er et skjema som angir de påførte felter og målte signaler i henhold til en viss utførelse av oppfinnelsen. Fig. 6 er et skjema som angir de påførte felter og målte signaler i henhold til en viss utførelse av oppfinnelsen. Fig. 7 viser skjematisk et loggeverktøy i samsvar med en viss utførelse av oppfinnelsen. Fig. 8 er en skjematisk fremstilling av et loggeverktøy i samsvar med en utførelse av oppfinnelsen. Fig. 9 er en opptegning av den normaliserte FID-toppamplitude som en funksjon av utsvingsvinkelen (p for forskjellige verdier av T/Ti).

Detaljert beskrivelse

Oppfinnelsen kan f.eks. bringes til utførelse ved hjelp av et NMR apparat av den art som er vist i fig. 1.

Fig. 1 viser et apparat for å utføre kjernemagnetiske resonansmålinger (NMR) nær inntil et materiale 3 som skal undersøkes. Dette NMR apparat 1 består av et par magneter 6 anordnet langs en lengdeakse (z). Magnetene (6) har sin magnetiseringsvektor parallell med lengdeaksen z. En solenoidspole 8 er plassert i området mellom magnetene 6. Disse magneter 6 frembringer et statisk magnetfelt Bo hvis magnetiske induksjonslinjer forløper fra midten utover og inn i forma-sjonen. Ytterligere gradientspoler 9 er anordnet for å frembringe et gradientmagnetfelt Bg. Spolen 8 energiseres med en tidsvarierende strøm for det formål å frembringe et radiofrekvent (RF) magnetfelt. Det induserte signal som frembringes av de atomkjerner som utgjør materialet 3 kan da detekteres, f.eks. ved hjelp av spolen 8. Så snart det er registrert blir data for det induserte signal transformert til et NMR spektrum. Dette NMR spektrum gir verdifull informasjon angående sam-mensetningen av materialet 3. Et apparat for å utføre en kjernemagnetisk reso-nansmåling av den art som er beskrevet ovenfor er vist i US-patent nr. 6,246,236 gitt til Poitzsch et al., og som tas inn her som referanse.

I henhold til en viss utførelse av oppfinnelsen kan spolen 9 være en asimutisk gradientspole, slik at bare valgte områder kan bestråles med gradientmagnetfeltet for det formål å utlede en asimutisk avbildning. Det tilsvarende signal kan da f.eks. være slik at det bare kan detekteres foran spolen mens signalet kan undertrykkes i de øvrige områder.

Visse utførelse av oppfinnelsen går ut på å påføre et gradientmagnetfelt på en prøve som er utsatt for det statiske magnetfelt B0for det formål å oppheve eller modifisere prøvens respons som skriver seg fra det statiske magnetfelt. Under disse forhold vil det FID-signal 13, som er vist i fig. 4, ikke skrive seg fra gradienten for det statiske magnetfelt B0. Under gradientmagnetfeltet vil derfor atomkjernene bli avfaset på grunn av andre kilder for magnetfelt inhomogeniteter, slik som kjemisk forskyvning, prøveinduserte inhomogeniteter som f.eks. frembringes i grensesnittet mellom media med forskjellige magnetiske følsomhet (f.eks. korn/pore- fluidgrensesnitt). Som forklart tidligere, vil henfallstidene (T2og T2) for disse fenomener være meget lengre og FID-signalet vil da vare lengre tid.

FID-signaldeteksjon har tallrike anvendelser, hvoriblant f.eks. RF pulser med lavere utsvingsvinkler (<90°) og korte gjentakelsestider kan brukes for å frembringe høye forhold mellom signal og støy (S/N). Det vil også være mulig å detektere FID-signaler som har forholdsvis kort henfallstid (T2). Bruk av spoler med asimutisk gradient tillater analyse av valgte områder ved å undertrykke NMR signaler i andre områder. Asimutiske NMR avbildninger med høyt S/N-forhold oppnås ved lave utsvingsvinkler og spoler med asimutisk gradient.

Fig. 4 er et skjema som viser påførte magnetfelter og målte gradienter i NMR signaler i henhold til en utførelse av oppfinnelsen. Rekkene 1 og 2 viser de påførte magnetfelter. Rekke 3 angir det induserte NMR signal. Kolonnene I til III viser de forskjellige prosesstrinn av fremgangsmåten i henhold til en utførelse av oppfinnelsen. Den fremgangsmåte som er grafisk angitt i fig. 4 består i innledningsvis å påføre, under en tid t0, en 90° radiofrekvent magnetfeltpuls 11 på en prøve som er utsatt for et statisk magnetfelt 14 B0(se rekke 1, kolonne 1 i fig. 4). Derpå blir et gradientmagnetfelt 16 Bg påført prøven. Verdien av gradientmagnetfeltet 16 Bg er slik at når det kombineres med det statiske magnetfelt 14 B0vil det totale påførte magnetfelt 18 Bnetha en konstant amplitude gjennom hele det eksiterte område (se rad 2, kolonne 2 i fig. 4). Gradienten for Bnetvil således være hovedsakelig lik null. Avfasingen av atomkjernenes presesjon vil da f.eks. bare skrive seg fra kjemisk forskyvning og/eller indre (prøveindusert) magnetisk felt inhomogenitet. Det utsendte FID-signal 13, (fig. 4) er vist i rad 3, kolonne II i fig. 4. Atomkjernene vil da ha presesjon med en ny frekvens y(B0-Bg) i nærvær av gradientmagnetfeltet Bg. I fravær av Bg, vil atomkjernene ha presesjon med frekvensen yB0. For å kunne detektere NMR signalet under gradientpulsen må spolen 9 i fig. 1 avstemmes til den nye frekvens y(B0-Bg). Kolonne III, rekke 3 i fig. 4 viser NMR signalet så snart gradientmagnetfeltet er blitt fjernet og derfor det samlede magnetiske felt som påføres det eksiterte område atter tilsvarer bare det statiske magnetfelt B0. Dette er vist i kolonne III, rekke 2 i fig. 4.

Den NMR-spektroskopi som utnytter FID-signaldeteksjon har tallrike anvendelser, og blant disse befinner seg f.eks. massefluid spektroskopi. Massefluid er da et hvilket som helst fluid som ikke er gjenstand for indre prøveindusert inhomogenitet.

Mer informasjon kan oppnås ved å sammenligne det oppnådde henfall med det henfall som frembringes av CPMG signaler. CPMG erkarakterisert vedsin spinn/spinn- relaksasjonstid (T2), mens FID-forholdet er kjennetegnet ved T2samt også T2 (prøveindusert inhomogenitet). Når FID henfall sammenlignes med CPMG henfall kan det derfor oppnås informasjon om den prøveinduserte inhomogenitet.

Fig. 5 er et skjema som viser de påførte felt og målte signaler i henhold til en annen utførelse av oppfinnelsen. På lignende måte som i fig. 4 viser rekkene 1 og 2 de påførte magnetfelt. Rekke 3 angir det induserte NMR signal. Kolonnene I til III viser de forskjellige trinn i fremgangsmåten i henhold til en utførelse av oppfinnelsen. Den fremgangsmåte som er angitt grafisk i fig. 5 går ut på innledningsvis påføring under en tid t0av en 90° RF magnetfeltpuls 18 på en prøve som er utsatt for et statisk magnetfelt 20 B0(se rekke 1 og 2, kolonne I i fig. 5). Deretter blir et gradientmagnetfelt 24 Bg påført prøven. Verdien av gradientmagnetfeltet 24 Bg' er slik at når det kombineres med det statiske magnetfelt 20 B0så vil det samlede påførte magnetfelt 22 Bnet' ha en gradient med motsatt fortegn og hvis abso-luttverdi er større enn gradienten for det statiske magnetfelt 20 B0, (se rad 2, kolonne II i fig. 5). Avfasingen av atomkjernenes presesjon vil derfor finne sted i motsatt retning i forhold til det tilfelle hvor bare det statiske magnetfelt 20 B0er påført.

Til slutt blir gradientmagnetfeltet Bg' fjernet (se kolonne II, rad 2 i fig. 5), hvilket vil drive atomkjernene til å vende tilbake til sin opprinnelige fase. Det vil derfor dannes et gradientekkosignal.

Det utsendte gradientekkosignal 19 er vist i fig. 5, kolonne III, rad tre. Dette gradientekkosignal 19 detekteres når intet gradientmagnetfelt Bg' er påført. Under målingen av gradientekkosignalet 19 vil derfor atomkjernene ha presesjon med frekvens yB0. Spolen 9 må derfor være avstemt til en frekvens lik denne verdi yB0.

Den tid te hvorunder gradientekkosignalet 19 dannes (se kolonne III, rekke 3 i fig. 5) kan beregnes ut i fra ligningen:

hvor Go og Gg henholdsvis er gradienten av det statiske felt B0og gradientfeltet Bg. tg er da den tidsperiode hvorunder gradientmagnetfeltet Bg er påført. Når f.eks. gradienten i feltet Bg er det dobbelte av gradienten for feltet B0, vil den tid hvorunder gradientekkosignalet 19 dannes te være lik den tidsperiode tg hvorunder gradientmagnetfeltet Bg er påført.

Henfallet av gradientekkosignalet 19 vil da bare skrive seg fra nærværet av de henfallstider som skriver seg fra spinn/spinn- relaksasjonstiden T2 og de prøve-induserte indre magnetiske inhomogeniteter (T2).

Deteksjon av gradientekkosignalet har tallrike anvendelser, og blant disse befinner seg f.eks. det forhold at RF pulser med lavere utsvingsvinkler (<90°) kan anvendes for å frembringe forholdsvis høye forhold mellom signal og støy (S/N). Det vil også være mulig å detektere FID-signaler som har forholdsvis korte henfallstider (T2og T'2). Bruk av asimutisk anordnede gradientspoler muliggjør analyse av valgte områder ved at NMR signaler fra andre områder undertrykkes. Asimutiske NMR avbildninger med høyt S/N kan oppnås med lave utsvingsvinkler og asimutisk anordnede gradientspoler. Når det gjelder FID-deteksjon vil gradientekkosignalet frembringe et høyere S/N-forhold.

Ligning 3 er utledet ved å ta hensyn til at avfasingen av spinnene i det eksiterte område under påføringen av gradientmagnetfeltet Bg vil være proporsjonal med (Go - Gg)tg. Avfasingen etter påføringen av gradientmagnetfeltet Bg er da proporsjonal med G0te. Disse to avfasingsverdier bør oppheve hverandre for å omfo-kusere signalet (ekkoet). Dette innebærer da at:

En ytterligere utførelse av oppfinnelsen er vist i fig. 6. I dette tilfelle er dan-nelsen av gradientekkosignalet som beskrevet ovenfor gjentatt flere ganger inntil gradientekkosignalet (23, 27...) forsvinner. Innledningsvis blir en RF feltpuls 26 påført (rad 1, kolonne I i fig. 6) mens det påførte statiske magnetfelt 28 B0polari- serer atomkjernene i det område som skal analyseres. Derpå blir et gradientmagnetfelt 30 Bg påført vedkommende område. Amplituden av gradientmagnetfeltet 30 Bg er slik at når den kombineres med det statiske magnetfelt 28 B0vil gradienten av det totale påførte magnetfelt 32 Bnet' forløpe i motsatt retning av gradienten for det statiske magnetfelt 28 B0(se rad 2, kolonne II, i fig. 6). Avfasingen av atomkjernenes presesjon vil derfor finne sted i motsatt retning i forhold til det tilfelle når det statiske magnetfelt B0er påført. Dette prosesstrinn gjentas flere ganger (se rad 2, kolonne N til N+1 i fig. 6). Som det vil fremgå, vil amplituden av det utsendte gradientekkosignalet 23, 27 avta inntil det faller til null.

De utsendte gradientekkosignaler 23, 27 kan brukes for NMR-spektroskopi. Hver av de utsendte gradientekkosignaler 23, 27 detekteres like før påføringen av det tilsvarende gradientmagnetfelt 32 B g\ En Fouriertransformasjon av de detekterte gradientekkosignaler 23, 27 ... kan da gi NMR spekteret.

Den NMR-spektroskopi som anvender gradientekkosignaldeteksjon har flere anvendelser, blant disse er f.eks. massefluid spektroskopi. Som tidligere sagt kan mer informasjon oppnås ved å sammenligne det oppnådde henfall med det henfall som frembringes av GPMG signalet og NMR spektroskopi i MDT modulen. Når det gjelder FID/NMR- spektroskopi deteksjon vil NMR spektroskopi som benytter seg av gradientekkosignaldeteksjon gi et høyere S/N-forhold.

Anvendelser hvor NMR instrumentet er omgitt av den prøve som skal analyseres er f.eks. egnet for iverksetting av oppfinnelsen. Brønnloggingsteknikker vil da være slike anvendelser.

Fig. 7 viser et loggeverktøy 29 i henhold til én utførelse av oppfinnelsen og er anordnet i en brønn 31 på en ledningskabel 33. Magnetarrangementet som er

vist i fig. 1 er plassert i lengderetningen inne i loggeverktøyet. Elektroniske kretser 41 avgir den tilsvarende elektriske strøm til solenoidspoler 38 og 39 for henholdsvis å frembringe et gradientmagnetfelt og sende ut de påkrevde RF felter ved spesifikke frekvenser. De elektroniske kretser 41 er også utført for å avstemme solenoidspolen 39 for det formål å motta de NMR signaler som sendes ut fra de atomkjerner som danner jordformasjonen. Kraftkildeutstyr 43 avgir tidsvarierende strømmer for energisering av spolen 39 så vel som for detektering av NMR signalene. Verktøyet i fig. 7 er innrettet for å innføres på en ledningskabel 33.

Fig. 8 viser et boreverktøy 45 i samsvar med en annen utførelse av oppfinnelsen og anordnet i en brønn 47. Magnetarrangementet som er vist i fig. 1 er da plassert på langs inne i boreverktøyet. Elektroniske kretser 57 avgir de tilsvarende elektriske strømmer til solenoidspolene 56 og 55 for henholdsvis å frembringe et gradientmagnetfelt og avgi de påkrevde RF felter med spesifikke frekvenser. De elektroniske kretser 57 er også utført for å avstemme solenoidspolen 55 for det formål å kunne motta de NMR signaler som avgis fra de atomkjerner som danner jordformasjonen. Effektkildeutstyret 59 avgir tidsvarierende strømmer for energisering av spolen 55 så vel som for detektering av NMR signalet. Fagkyndige på området vil erkjenne at den viste utførelse i fig. 8 er et instrument for måling under utboring (MWD).

Skjønt oppfinnelsen er blitt beskrevet under henvisning til et begrenset antall utførelser, vil fagkyndige på området som har tatt del av den fremstilling kunne erkjenne at også andre utførelser kan frembringes og som da ikke avviker fra oppfinnelsens omfangsramme slik den er omtalt her. Oppfinnelsens omfang vil følgelig bare være begrenset av det som er angitt i de vedføyde patentkrav.

Claims

1. Fremgangsmåte for kjernemagnetiske resonansmålinger i en brønn,karakterisert vedat den omfatter: påføring av et statisk magnetfelt for å polarisere atomkjerner i et område av interesse som skal analyseres, hvor det statiske magnetfelt har en første gradient, påføring av en radiofrekvent magnetfeltpuls på vedkommende område for omorientering av magnetkjernene i dette område, påføring av et gradientmagnetfelt på området av interesse, hvor dette gradientmagnetfelt har en andre gradient som har hovedsakelig motsatt fortegn og har samme størrelse som det første gradientfelt, og detektering av et kjernemagnetisk resonanssignal generert som respons av den andre gradienten.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert vedat den radiofrekvente magnetfeltpuls innstilles til Larmor frekvensen for magnetkjernene i vedkommende område.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert vedat den radiofrekvente magnetfeltpuls innstilles til en varighet og amplitude som er valgt for å oppnå omorientering av magnetkjernene med omkring 90°.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert vedat den radiofrekvente magnetfeltpuls innstilles til en varighet og amplitude valgt for å omorientere magnetkjernene i området over en vinkel mindre enn 90°.

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 4, karakterisert vedat den radiofrekvente magnetfeltpuls gjentas i det minste én gang.

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 5, karakterisert vedat tidsavstanden mellom de forskjellige radiofrekvente magnetfeltpulser innstilles slik at et høyt forhold mellom signal og støy oppnås.

7. Fremgangsmåte som angitt i krav 6, karakterisert vedat gradientmagnetfeltet opprettes ved hjelp av minst én asimutisk rettet spole.

8. Fremgangsmåte som angitt i krav 7, karakterisert vedat den asimutisk rettede spole bringes til å bestråle minst ett utvalgt område.

9. Fremgangsmåte som angitt i krav 8, karakterisert vedat den asimutisk rettede spolen bestråler flere områder for å oppnå en asimutisk avbildning av området rundt et borehull.

10. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert vedat en spektral respons er bestemt fra det kjernemagnetiske resonanssignalet.

11. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert vedat den videre omfatter spektralanalysering av det kjernemagnetiske resonanssignal.

12. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert vedat gradientmagnetfeltet er påført under tilstedeværelse av det statiske magnetfeltet.

13. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert vedat kombinasjonen av gradientfeltet og det statiske magnetfeltet resulterer i et påført magnetfelt som er homogent.

14. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert vedå innbefatte videre trinn for å utlede NMR spektro-skopmålinger fra en eller flere gradient ekko.

15. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert vedat gradientmagnetfeltet er påført i parallell med det statiske magnetfeltet.

16. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert vedat den andre gradienten har en størrelse som er valgt for å invertere fortegnet til gradienten til det statiske magnetfeltet; og å fjerne gradientmagnetfeltet; og å detektere en gradient til et kjernemagnetisk ekkosignal, som er generert av den andre gradienten.

17. Fremgangsmåte som angitt i krav 16, karakterisert vedat påføring av det gradientmagnetiske felt, fjerning av dette gradientmagnetiske felt og detektering av et kjernemagnetisk resonanssignal fra vedkommende område gjentas inntil amplituden av det kjernemagnetiske resonanssignal faller til null.

18. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert vedat den videre omfatter nedsenking av et brønn-loggingsapparat for å frembringe kjernemagnetisk resonans i en brønn.

19. Fremgangsmåte som angitt i krav 18, karakterisert vedat brønnloggingsapparatet for å frembringe kjernemagnetisk resonans nedsenkes på en ledningskabel.

20. Fremgangsmåte som angitt i krav 18, karakterisert vedat de kjernemagnetiske resonansmålinger utføres under utboring.