NO336354B1 - Fremgangsmåte og apparatur for NMR-brønnlogging og måling av magnetiske mineraler - Google Patents

Description

Denne patentsøknad krever prioritet fra US Provisional søknad nr. 60/440,476 innlevert 16. januar 2003, og som herved innlemmes ved referanse i dens helhet.

Oppfinnelsens område

Denne oppfinnelsen gjelder bruken av kjernemagnetisk resonans (NMR) diffusjonseditering som en indikator på nærvær av magnetiske materialer i porøse medier, og mer bestemt for bestemmelse av magnetiske mineraler i en del av en jordformasjon.

Bakgrunn

NMR har vært en vanlig laboratorieteknikk i mer enn 40 år og har blitt et viktig verktøy innen evaluering av formasjoner. Generell bakgrunn for NMR-brønnlogginger kan finnes f.eks. i US patent 5 023 551 til Kleinberg et al., som tilhører samme søker som denne oppfinnelse og innlemmes herved ved referanse i dets helhet.

NMR baseres på det faktum at kjernen til mange kjemiske elementer har et kjernespinn ("spin") og et magnetisk moment. I et eksternt påført statisk magnetfelt, vil spinnet til kjernene innrettes langs retningen til det statiske feltet. Denne likevektsituasjonen kan forstyrres av en puls av et oscillerende magnetfelt (f.eks. en radiofrekvens (rf) puls) som vipper spinnet bort fra retningen til det statiske feltet. Vinkelen som spinnet vippes er gitt ved 9=yBitp/2, hvor y er gyromagnetisk forhold, Bi er den lineært polariserte oscillerende feltstyrken og tp er varigheten til pulsen. Vippepulser på 90° og 180° er de mest vanlige.

Etter vipping inntreffer to ting samtidig. Først preseserer spinnet rundt retningen til det statiske feltet ved Larmor-frekvensen gitt ved©0=yBo, hvor B0er styrken til det statiske feltet og y er det gyromagnetiske forholdet. For hydrogenkjerne, y/27t=4258 Hz/Gauss, slik f.eks. i et statisk felt på 235 Gauss, vil hydrogenspinnet presesere ved frekvens på 1 MHz. For det andre vil spinnet returnere til likevektretningen i henhold til en svekkingstid Ti som er kjent som spinngitter relaksasjonstid.

Også forbundet med spinnet til molekylære kjerner er en andre relaksasjonstid, T2kalt spinn-spinn relaksasjonstiden. Ved enden av en 90° vippepuls, er alle spinn rettet i en felles retning vinkelrett, eller på tvers av det statiske feltet og de vil alle presesere ved Larmor-frekvensen. Men på grunn av fluktuasjonen i det statiske feltet indusert av andre spinn eller magnetiske urenheter, vil spinnet presesere ved noe forskjellige frekvenser, og den tverrgående magnetiseringen vil bringes ut av fase med en tidskonstant T2.

En standardteknikk for å måle T2, både i laboratoriet og brønnlogging, er å anvende en RF-pulssekvens kjent som CPMG (Carr-Purcell-Meiboom-Gill) sekvensen. Som det er godt kjent, vil en 90° puls etter en ventetid foran hver pulssekvens forårsake at spinnene starter å presesere. Deretter, ved en tid tE/2, anvendes en 180° puls som holder spinnet i det tverrgående planet men som forårsaker at spinnet, som har blitt satt ut av fase til å refokuseres ved en tid tE etter den initiale 90° pulsen. Ved gjentatt å manipulere spinnet ved å anvende en serie av 180° pulser, vil en serie av "spinnekkoer" inntreffe. Toget av ekko måles og prosesseres for å bestemme den irreversible faseforskyvningen T2.

I bergformasjoner slik som et borehullmiljø, vil T2for det hydrogeninneholdende fluidet (slik som vann, olje, gass) ha signifikante bidrag fra overflaterelaksasjon, hovedmasserelaksasjon og diffusjonseffekter, dvs.,

Disse bidragene gir noe informasjon om bergformasjonen og/eller om fluidet i bergformasjonen.

I et homogent statisk felt, vil hvert spinn oppleve den samme magnetiske feltstyrken uavhengig av dens posisjon inne i det statiske feltet, og diffusjon vil ikke bidra til det observerte_/(T2). Men i en magnetisk feltgradient vil hvert spinn oppleve forskjellige magnetiske feltstyrker når den diffuserer gjennom det statiske feltet. Larmor-frekvensene til det diffuserende spinnet blir tidsavhengig, og serien av 180° pulser kan ikke refokusere spinnet fullstendig, noe som leder til et ytterligere dempningssignal (eng: decay signal). Dette ytterligere dempningssignalet er proporsjonalt til diffusjonskoeffisienten D til fluidet og til kvadratet av gradientstyrken, g, og kvadratet av ekkoavstanden tE, dvs.,

På grunn av at diffusjonskoeffisienten fremskaffer en indikasjon på fluidtype, har målinger av diffusjonseffektene på_/(T2) blitt anvendt som basis for å bestemme type fluid i bergformasjonen.

Visse NMR-målinger av diffusjon involverer endring i ekkoavstanden tsi en standard CPMG-sekvens, og dermed mengden diffusjon som spinnet gjennomgår mellom ekkoene, og deretter å sammenligne de målte relaksasjonene. Fig. l(a) og l(b) illustrerer denne fremgangsmåten generelt. Fig. l(a) viser to CPMG-sekvenser med forskjellige ekkoavstander, ti og t2, hvor t2er lengre enn ti. Etter hvert som ekkoavstanden øker, diffuserer spinnet ytterligere mellom ekkoene, og de målte relaksasjonstidene vil avta avhengig av diffusjonskoeffisienten til fluidet, som gitt i ligning (2) ovenfor. Fig. l(b) viser relaksasjonsfordelingen,_/(T2) for olje og vann bestemt fra to sett av ekko oppnådd fra de to CPMG-sekvensene illustrert i fig. l(a). Som det ses i fig. l(b), er relaksasjonsfordelingen med den lengre ekkoavstanden t2skiftet mot lave relaksasjonstider T2relativt til relaksasjonsfordelingen med den kortere ekkoavstanden ti. Størrelsen på skiftet er proporsjonal med størrelsen på diffusjonskoeffisienten som indikert ved pilene 1 og 2. Skiftet til./(T2) for fluid med en liten diffusjonskoeffisient 1, slik som en tungolje, er mindre enn skiftet for et fluid med større diffusjonskoeffisient 2, slik som vann eller naturgass.

Selv om slike NMR-diffusjonsmålinger kan være anvendbare, lider de av flere ulemper. F.eks. er nærværet av materialer med merkbare magnetiske følsomheter i porøse medier under undersøkelse, slik som paramagnetiske og ferromagnetiske mineraler i en region av en jordformasjon er kjent for å kompromittere NMR-resultatet. F.eks., kloritt er en poreforende (eng: pore-lining) leire og kan være en viktig indikator for reservoarkvaliteten. Nærværet av kloritt er ofte sterkt korrelert med reservoaregenskaper, slik som porøsitet og permeabilitet. Kloritt er et paramagnetisk mineral og kan derfor danne lokalt høye interne feltgradienter. Disse feltgradientene kan skifte diffusjonsfordelingen til hydrokarboner under kjernemagnetisk resonans (NMR) analyser slik at de ser ut til å være vann. Som et resultat kan hydrokarbonreservoarer bli oversett på grunn av at de blir utilfreds-stillende identifisert som vann under konvensjonell NMR-logging. Videre, reservoarer i klorittdeponier er relativt lett å ekstrahere på grunn av de fysiske/- kjemiske egenskapene til kloritt sammenlignet med andre mineraldeponier. Frem til i dag er det ingen effektive fremgangsmåter for å bestemme nærværet av materialer med merkbare magnetiske følsomheter.

Fra WO 01/42817 er det kjent en fremgangsmåte for å ekstrahere informasjon om et fluid i en jordformasjon og en loggeapparatur for implementering av fremgangsmåten i et borehull. Fremgangsmåten involverer å generere minst to forskjellige magnetiske feltpulssekvenser inneholdende en første og en andre del. En magnetisk feltpulssekvens genereres og et magnetisk resonanssignal detekteres ved å anvende den andre delen av sekvensen. Den første delen av sekvensen modifiseres og på nytt genereres en sekvens og magnetiske resonanssignaler detekteres ved å anvende den andre delen av sekvensen. De magnetiske resonanssignalene analyseres og informasjon om f.eks. diffusjonskoeffisienter, viskositet, sammensetning, metningsforhold, porestørrelser, poregeometri o.l. blir ekstrahert fra de analyserte signalene.

Det er dermed en målsetning med denne oppfinnelse å fremskaffe en NMR-fremgangsmåte som tilfredsstillende takler nærværet av materialer med merkbare magnetiske følsomheter.

Det er videre en målsetning med denne oppfinnelse å fremskaffe en NMR-fremgangsmåte som indikator for nærværet og mengde av kloritt og andre paramagnetiske og ferromagnetiske mineraler i en jordformasjon.

Sammendrag av oppfinnelsen

Felleseid US patent nr. 6 570 382, innlemmet ved referanse i dets helhet, angir en fremgangsmåte kalt diffusjonseditering som er anvendbar for å separere diffusjon og relaksasjonseffekter for å bestemme metningen og poregeometrien. Denne oppfinnelse angir anvendelsen av denne fremgangsmåten for å bestemme nærværet og relativ mengde av magnetiske materialer i porøse media. For denne patentsøknads hensikter, gjelder "magnetiske materialer" generelt alle materialer som har merkbare magnetiske følsomheter inkludert paramagnetiske og ferromagnetiske materialer. Porøse media inneholdende disse materialer kan utvise større interne feltgradienter som påvirker NMR-målingene. Magnetiske mineraler inkluderer f.eks. paramagnetiske mineraler (inkluderende, men ikke begrensende til, hermatitt, franklinitt, kloritt, glausonitt og sideritt) og ferromagnetiske mineraler (inkluderende men ikke begrenset til magnetitt og pyrrhortitt). Mens eksemplene fremskaffet nedenfor relateres til identifikasjon av magnetiske mineraler i jord-formasjoner, er denne oppfinnelse like fullt anvendbar på andre media inneholdende magnetiske materialer, inkluderende, men ikke begrenset til molekylære sikter, biologiske/medisinske prøver osv.

I en første utførelse er det angitt en fremgangsmåte for å bestemme nærvær av et magnetisk materiale i et porøst medium som omfatter: (a) påføre en magnetfeltgradient på mediet; (b) påføre en første serie av oscillerende magnetfeltpulser til mediet, hvor den første serie av pulser har initial magnetisk feltpuls, en første del etterfulgt av en andre del; (c) detektere magnetiske resonanssignaler generert i (b); (d) etter en ventetid, påføre en andre serie oscillerende magnetfeltpulser til det nevnte medium, hvor den andre pulsen har en initial magnetisk feltpuls, en tredje del etterfulgt av den andre del; (e) detektere magnetiske resonanssignaler generert i (d); og (f) analysere de detekterte signalene ved å separere diffusjons- og relaksasjonseffekter for å bestemme nærværet av ett eller flere magnetiske materialer i nevnte media. Den magnetiske feltgradienten kan enten være en statisk feltgradient eller en pulset feltgradient. Ved analyse av de detekterte signalene, kan det være fordelaktig å separere diffusjon og relaksasjonseffekter. Hvis (d) og (e) blir repetert én eller flere ganger, kan det utvikles en todimensjonal funksjon som beskriver diffusjon og relaksasjon til mediet. Denne funksjonen kan anvendes for å fremskaffe en synlig analyse (f.eks. et kart) av nærværet av magnetiske materialer. Videre kan en kalibrering som er indikativ på ett eller flere magnetiske materialer utvikles for diffusjon og relaksasjon og korreleres til den todimensjonale funksjonen for å hjelpe bestemmelsen av nærværet av magnetiske materialer i prøven.

For å bestemme de relative mengdene av det magnetiske materialet i prøven, blir en todimensjonal funksjon (dvs. en D-T2-funksjon) til det porøse mediet skapt ved å gjenta (d) og (e) én eller flere ganger. En kalibrering som beskriver forholdet mellom diffusjon og relaksasjon representativt til minst ett magnetisk materiale som er forventet å være tilstede i det porøse mediet blir korrelert til den todimensjonale funksjonen.

Alternativt, utvikles diffusjonsfordelinger til det porøse mediet og fluidet i mediet. Deretter blir prosenten til magnetiske resonanssignaler som har diffusjonskoeffisient høyere enn diffusjonskoeffisienten til fluidet beregnet. Denne prosenten er representativ til det relative innhold av det magnetiske materialet i det porøse mediet.

I en andre utførelse er det angitt en loggeapparatur omfattende: et loggeverktøy som er bevegelig gjennom et borehull og prosessor som er koblet med loggeverktøy et. Prosessoren er programmert med instruksjoner som, når de utføres av en prosessor, forårsaker at loggeverktøyet: (i) genererer en første serie oscillerende magnetfeltpulser til en region av en jordformasjon, den første serien har en initial magnetisk feltpuls, den første del etterfulgt av en andre del; og (ii) detektere de magnetiske resonanssignaler produsert fra regionen av jordformasjonen; (iii) etter en ventetid, påføre en andre serie oscillerende magnetfeltpulser til regionen av jordformasjonen, den andre serien har en initial magnetisk feltpuls, og en tredje andel etterfulgt av den andre andel; og (iv) bestemme magnetiske resonanssignaler produsert fra regionen av jordformasjonen. Instruksjoner vil ytterligere forårsake prosessoren å: (v) analysere de detekterte magnetiske resonanssignalene for å bestemme nærvær av magnetiske materialer i regionen som blir undersøkt. Instruksjonene gir ytterligere grunnlag for (1) separasjon av diffusjon og relaksasjonseffekter og (2) bestemmelsen av diffusjonskoeffisienten til regionen i jordformasjonen. Instruksjonene kan programmeres til å forårsake at loggeverktøyet repeterer (iii) og (iv) én eller flere ganger, hvoretter hver ytterligere serie av pulser, omfatter en initial magnetisk feltpuls, en modifisert tredje andel etterfulgt av den andre andel. Disse data kan anvendes for å utvikle en todimensjonal funksjon som beskriver diffusjon og relaksasjon til regionen med jordformasjonen. Prosessoren kan programmeres med en kalibreringsfunksjon som beskriver forholdet mellom diffusjon og relaksasjon representativt til et nærvær av én eller flere magnetiske mineraler og korrelere den til den todimensjonale funksjonen.

Ytterligere trekk og anvendelser av denne oppfinnelse vil bli mer beskrevet under henvisning til figurer og etterfølgende detaljert beskrivelse.

Kort beskrivelse av tegningene

Fig. l(a) og (b) vil sammen, illustrere en NMR-måling og T2-fordeling oppnådd fra den i henhold til kjent teknikk. Fig. 2(a)-(c), tatt sammen, illustrerer én utførelse av en NMR-måling og T2-fordelinger oppnådd fra denne i henhold til diffusjonsediteringsteknikken. Fig. 3(a)-(c) er et 3-D-kart basert på todimensjonalt D-T2-funksjon for delvis mettet Berea sandsten. Fig. 4(a)-(c) er diffusjonsediterte (D-T2) kart av en kjerneprøve med ingen magnetiske materialer ved forskjellige metningstilstander. Fig. 5(a)-(g) er diffusjonsediterte (D-T2) kart av vannmettede kjerneprøver som har forskjellige nivåer av kloritt, et paramagnetisk mineral. Fig. 6(a)-(h) er fordelinger av tydelige diffusjonskoeffisienter, f(D), for klorittinneholdende prøver (a)-(g) og referanseprøver uten kloritt (h). Fig. 7(a)-(i) er diffusjonsfordelinger som viser beregningen av vektprosenten av kloritt i forskjellige prøver som har forskjellige prosenter klorittinnhold. Fig. 8(a)-(c) er diffusjonsediterte (D-T2) kart av kjerneprøve med kloritt ved forskjellige metningstilstander. Fig. 9 er et skjematisk diagram, delvis i blokkform, av én utførelse av en brønnloggingsapparatur som kan anvendes for implementering av fremgangsmåten i henhold til denne oppfinnelse i et borehullmiljø.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen

Diffusjonsediteringsmetodologi

Denne oppfinnelsen angår fremgangsmåter som gjør det mulig å identifisere nærværet og mengden av magnetiske materialer (inkluderende ferromagnetiske og paramagnetiske materialer) i porøse medier, slik som en jordformasjon. Fig. 2(a)-(c) beskriver diffusjonsediteringsteknikken, som er ytterligere beskrevet i felleseid US patent nr. 6 462 5342, 6 522 136 og 6 570 382, US patentsøknad serienr. 10/318,798, og følgende artikler: Hurlimann et al., "The Diffusion-Spin Relaxation Time Distribution as an Experimental Probe to Characterize Fluid Mixtures in Porous Media", J. Chem. Phys. 117, 10223-10232 (2002); Hurlimann et al., "Diffuson-Editing: New NMR Measurement of Saturation and Pore Geometry," SPWLA Proe. 43rd Annual Logging Symposium, Oiso, Japan, Paper FFF (2002); Hurlimann et al., "Quantitative Measurement of Two-Dimensional Distribution Functions of Diffusion and Relaxation in Grossly Inhomogeneous Fields, " J. Mag. Reson., 157, 31-42 (2002). Alle disse patenter, patentsøknader og artikler innlemmes i deres helhet ved referanse.

Som vist i fig. 2(a), er den første sekvensen en standard CPMG-sekvens med minimal ekkoavstand ts. I den andre sekvensen, er de to første ekkoavstandene økt til talong, og deretter etterfulgt av et langt tog av 180° pulser med identisk ekkoavstand tE som i den første sekvensen. Selv om det er foretrukket at de to ekkoavstandene økes, kan kun én eller ytterligere ekkoavstander også økes til t^iong- Videre, som vist i fig. 2(a), blir målinger med diffusjonsediteringssekvensen sammenlignet med målinger for å anvende konvensjonell CPMG-sekvens. Ved diffusjonsediteringssekvensen, blir de to første ekkoavstander økt. Ekkoene etter tiden ta er anvendt for å beregne T2-fordelinger til de to målingene, som vist i fig. 2(b). Relaksasjonstidene er identiske i begge passeringer, med relative signalamplituder avhengig av diffusjon. Jo større diffusjonskoeffisienten er, jo større blir forholdet til amplitudene mellom fordelingene. Som vist i fig. 2(c), kan dataene uttrykkes i form av et diffusjons-T2-kart basert på den todimensjonale diffusjons-T2-funksjon (dvs. et 3-D-plott).

Den initiale tiden ta anvendes for å editere amplituden til signalet i henhold til diffusjon. Etter ta, er de to pulssekvensene identiske. Den observerte relaksasjonstiden etter t > ta er identisk for begge sekvenser vist i fig. 2(b). Den relative amplituden til hver T2-komponent vil imidlertid avhenge av den ekstra diffusjonssvekkingen under intervallet ta. Sammenlignet med den første sekvensen, vil signalet til den andre sekvensen ha en amplitude som er diffusjonseditert ved ta i henhold til diffusjonskoeffisienten til fluidet. Forholdet mellom amplitudene til T2-fordelingene avhenger kun på diffusjon på grunn av at overflate og bulkrelaksasjon under ta påvirker signalet til de to sekvensene på samme måte. Signalet for tiden t større enn ta er gitt ved:

Her erj( p, T2) den todimensjonale diffusjon-T2-sannsynlighetstetthetsfunksjon. Merk at kjernen i ligning (4) separeres til to ledd: (1) e"<t/T>2som kun avhenger av eksperimenttiden t og parameteren T2; og (2)

som kun avhenger av forskjellige (økte) eksponenttider tE,i0ng og parameteren D. Ved å måle signalet for forskjellige initiale ekkoavstander tE,iong, blir det dermed mulig å separat ekstrahere diffusjonskoeffisienten og relaksasjonstiden.

I praksis velges ekkoavstanden etter ta så kort som mulig for optimalt signal-til-støyforhold og for å minimalisere diffusjonseffekten på de målte verdiene av T2. Hvis det anvendes to passeringer med forskjellige verdier til initiale ekkoavstander (som vist i fig. 2(a)-(c)), er det mulig å ekstrahere ved hver reaksjonstid T2en gjennomsnittelig diffusjonskoeffisient.

Hvis det anvendes mer enn to forskjellige initiale ekkoavstander, er det mulig å ekstrahere en distribuering av diffusjonskoeffisienter for hver T2, resulterende i et fullt D-T2-kart. Det er en rett fram avveining mellom oppløsningen i D og antall nødvendige målinger ved forskjellige diffusjons-editeringer.

I essens kan den minimale diffusjonsediterte pulssekvensen beskrives som:

En eller flere ytterligere sekvenser kan anvendes for å utvikle 2-D-funksjon og dermed danne et 3-D-plott (som vist i fig. 3):

Diffusjonseditering for å bestemme nærvær/ mengde av magnetiske materialer

Det er oppdaget at diffusjonsediteringsmetoden beskrevet ovenfor kan anvendes for å gjøre rede for nærvær av magnetiske materialer i porøse media. Videre kan fremgangsmåten anvendes for å kvantifisere relative mengder av magnetiske materialer tilstede i en gitt prøve eller undersøkelsesregion. Ved å utvikle en kalibreringskurve som er representativ for en respons til et magnetisk materiale til et NMR-signal, kan NMR-data analyseres for å gjøre rede for eventuelle interne feltgradienter dannet av nærværet av et magnetisk materiale.

I en foretrukket utførelse kan den relative mengden av det magnetiske materialet i et porøst medium bestemmes ved å utvikle en todimensjonal funksjon (dvs. en D-T2-funksjon) av det porøse media ved å anvende diffusjonseditering. En kalibreringsfunksjon som beskriver forholdet mellom diffusjon og relaksasjon representativ til minst ett magnetisk materiale forventes å være tilstede i det porøse mediet blir utviklet. Denne kalibreringsfunksjonen kan være en diffusjons editert funksjon, en relaksasjonskurve eller en diffusjonsfordeling av det magnetiske materialet som er forventet å være tilstede i prøven. Når det er korrelert til en todimensjonal funksjon av prøven, kan kalibreringsfunksjonen identifisere nærværet av (og relativt mengde av) magnetiske materialer i prøven som undersøkes.

Fremgangsmåten kan også anvendes hvis ingen (eller liten) informasjon er kjent om det fluidinneholdende porøse mediet på forhånd. F.eks. utvikles diffusjonsfordelingen av det porøse mediet og fluidet i mediet. Dermed beregnes prosenten til det magnetiske resonanssignalet som har en diffusjonskoeffisient som er høyere enn diffusjonskoeffisienten til fluidet. Denne prosenten er representativ for den relative mengden av det magnetiske materialet i det porøse mediet.

Eksempel

Det ikke-begrensende eksemplet presentert nedenfor beskriver identifikasjon og kvantifisering av kloritt, et paramagnetisk mineral i en jordformasjon. Dette eksemplet er kun fremskaffet for illustrasjonshensikter og er ikke beregnet å avgrense den oppfinneriske idé. En fagperson på feltet vil forstå at anvendbarheten til denne fremgangsmåten gjelder en hvilken som helst prøve som inneholder et magnetisk materiale.

Forskjellige kjerner som har forskjellige mengder kloritt ble preparert i forskjellige metningstilstander. NMR-målinger ble utført ved å anvende standard Carr-Purcell-Meiboom-Gill (CPMG) pulssekvensen og diffusjonsediteringsmetoden beskrevet ovenfor. Denne prosedyren vil generelt representere mer pålitelige Sw-verdier og kan også anvendes for å utlede en indikator på klorittinnholdet. På grunn av målinger av diffusjonsediteringer kan utføres av loggeverktøy, kan denne teknikken anvendes direkte i et reservoar for forbedret bestemmelse av metning og estimering av klorittinnholdet, med viktige implikasjoner for vurderingen av reservoarkvaliteten. Alternativt kan kjernen bringes til overflaten for analyse.

Når prøver blir mettet med en blanding av raffinert olje og saltlake (eng: brine), er det generelt vanskelig å separere bidragene fra de to fasene i CPMG-relaksasjonsmålingene. Relaksasjonstiden til olje vil ofte overlappe vesentlig med T2-fordelingen til saltlakesignalet. For å overkomme dette problem, kan diffusjonseditering anvendes for å oppnå samtidig diffusjon og relaksasjonsinformasjon og deres korrelasjon. Dette oppnås ved den foregående standard kortekkoavstand CPMG-sekvensen ved en editeringssekvens som svekker amplituden til signalet i henhold til diffusjonen i den anvendte gradienten. Diffusjonseditering implemen-teres for å øke de første to ekkoavstander systematisk. Relaksasjonsinformasjon oppnås fra signalsvekkingen etter diffusjonskoding. Det vil effektivt ortogonalisere diffusjonen og relaksasjonsinformasjon og tillate ekstraksjon av diffusjonsrelaksa-sjonsfordelingsfunksjoner. Disse todimensjonale D-T2-kartene kan anvendes for å ekstrahere informasjon om viktige reservoarparametere slik som vannmetning, oljeviskositet, fuktingstilstander og hydrokarbonkorrigerte bundne fluidvolum (eng: bound-fluid volume).

For prøvene med lave klorittkonsentrasjoner, vil diffusjonsrelaksasjonsfordelings-funksjonen klart separere signalet i et vann- og et oljebidrag. For prøver med høyere klorittkonsentrasjoner, viser D-T2-kartene ytterligere vesentlig bidrag ved tydelige diffusjonskoeffisienter i overskudd av olje eller vann. I disse prøver, gir nærværet av kloritt en økning i de interne gradientene i nærheten av porerommet som over-skrider den eksternt påførte gradienten. Dette leder til en økt diffusjonssvekking og kan karakteriseres ved en stor tilsynelatende diffusjonskoeffisient. Kloritt-konsentrasjonen i prøven er godt korrelert med fraksjonen til signalet som utviser slike store tilsynelatende diffusjonskoeffisienten

Fig. 4(a)-(c) er D-T2-kart utviklet ved å anvende diffusjonsediteringsteknikken for en Bentheimer Sandstone kjerneprøve i tre forskjellige metningstilstander. Fig. 4(a) viser en fullvannmettet prøve hvor D-T2-resultatene ligger langs vannlinjen. I fig. 4(b) har vann blitt tappet fra prøven og erstattet med råolje. Dermed ligger D-T2-resultatene langs oljelinjen. I fig. 4(c) har prøven blitt plassert i vann og bidragene er tydelige både langs vannlinjen og oljelinjen. Fig. 4(a)-(c) er typiske kart som resulterer i referansekjerner uten magnetiske materialer, i dette tilfellet kloritt.

Kjerneprøver AH01 til AH07 som har forskjellige klorittinnhold, ble analysert ved å anvende NMR-diffusjonseditering. Disse prøvene ble vannmettet slik at D-T2-resultatene ligger langs vannlinjen, som vist i fig. 5. D-T2-kartene til prøvene AH01-AH04 viser imidlertid et signal over vannsignalet som indikerer en lokalt høyere feltgradient. Denne økte gradienten ble bestemt å være forårsaket av nærværet av kloritt. Som vist i fig. 5, har prøvene AH01-AH04 et høyere klorittinnhold (henholdsvis 4,5, 4,1, 4,2 og 3,9 vekt%) enn prøvene AH05-AH07 (henholdsvis 2,1, 2,4 og 2,7 vekt%) og viser en tilsvarende diffusjonsfordeling over vannlinjen. Prøvene AH05-AH07 viser i kontrast kun et lite bidrag i dette området.

Klorittsignalet til prøvene AH01-AH07 er vist i diffusjonsfordelingene i fig. 6(a)-(g). I hver av disse fordelinger, er klorittsignalet representert ved en topp A, mens vannsignalet er representert ved en topp B. Som kontrast er diffusjonsfordelingen til referansekjernen som ikke inneholder kloritt vist i fig. 6(h). Denne fordeling har kun en topp B tilsvarende til nærværet av vann, det er ingen annen klorittopp.

Som vist i fig. 7(a)-(i), kan vektprosenten av kloritt beregnes ved å bestemme arealet under den andre toppen til diffusjonsfordelingen (dvs. integrere diffusjonsfordelingen for den andre toppen) og bestemme diffusjonsfraksjonen forbundet med klorittoppen. F.eks. i prøve AH01 er 60 % av diffusjonsfordelingen forbundet med klorittoppen, mens i prøve AH06 er kun 9 % forbundet med klorittoppen. I kontrast har referansekjernen som er kjent å ikke inneholde kloritt ingen klorittopp og diffusjonsfraksjonen er 0 % som vist i fig. 7(i).

Mens prøvene diskutert ovenfor relateres til vannmettede prøver, er denne metoden like fullt anvendbar på hydrokarboninneholdende prøver. Som vist i fig. 8(a)-(e), kan klorittbidraget bestemmes og kvantifiseres i en hydrokarboninneholdende prøve ved å anvende diffusjonsediteringsteknikken. Fig. 8(a) er et D-T2-kart hvor kjerneprøven er fullstendig vannmettet. Dette kartet viser vannbidrag og et lite klorittbidrag. I fig. 8(b), har vannet blitt avtappet fra prøven og blitt erstattet med olje. Tilsvarende er et oljebidrag nå synlig. Fig. 8(c) og 8(d) er D-T2-kart for prøver etter henholdsvis spontan og tung absorpsjon av vann (saltlake). I fig. 8(e) har vannet blitt maskert ved å anvende D20-utveksling. Fig. 8(e) viser klart et oljebidrag A og et klorittbidrag B. Dermed er klorittsignalet synlig i nærvær av hydrokarboner.

Eksempelapparatur

Fremgangsmåtene i henhold til oppfinnelsen kan utføres i en laboratoriesetting, slik som et medisinsk laboratorium, eller i et nedhullsmiljø slik som i en brønnloggings-innretning. Fig. 9 viser en ikke-begrensende apparatur som kan utnyttes for å praktisere utførelser av oppfinnelsen for å undersøke undersjøiske formasjoner 131 gjennomboret av et hull 132. En magnetisk resonansundersøkende apparatur eller loggeinnretning 130 er opphengt i borehullet 132 i en armert kabel 133, hvor lengden vil hovedsakelig bestemme den relative dybden til innretningen 130. Lengden på kabelen 133 kontrolleres ved egnede midler ved overflaten slik som en trommel og vinsj emekanisme. Overflateutstyr, representert ved 107 kan være av konvensjonell type, og kan inkludere et prosessorundersystem som kommuniserer med nedhullsutstyret. Det vil forstås at noe av prosesseringen kan utføres nedhulls og at i noen tilfeller, at noe av prosesseringen kan utføres ved en fjernt beliggende lokalisering. Selv om det er illustrert en vireline, kan alternative former for fysisk opphenging og kommunikasjonsbånd anvendes, f. eks. i en måling under boring eller logging-under-boringssystem, ved praktisering av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen.

Som beskrevet f.eks. i US patent nr. 5 055 787, 5 055 788 og 5 153 514, kan den magnetiske resonansloggeinnretningen 130 ha en side 114 umiddelbart i kontakt med borehullveggen. Borehullveggen kan være en slamkake 116 på denne. En tilbaketrekkbar arm 115 er fremskaffet som kan aktiveres for å presse legemet til verktøyet 113 gjennom slamkaken mot borehullveggen under en loggekjøring, med siden 114 presset mot veggens overflate. Selv om verktøyet 113 er vist som et enkeltlegeme, kan verktøyet alternativt inkludere separate komponenter slik som hylse, sonde eller skliramme og verktøyet kan være kombinerbart med andre loggeverktøy.

Loggeinnretningen inkluderer f.eks. en permanent magnet eller permanent magnetmønster 117, som kan være dannet av samarium-kobolt magnetisk materiale og én eller flere RF-antenner 118. Undersøkelsesregionen, eller sensitivitetssonen, representert generelt ved 127, er en region i formasjonen hvor det statiske magnetfeltet er generelt homogent, selv om dette ikke nødvendigvis er nødvendig for å drifte i henhold til denne oppfinnelse. Noen utførelser av oppfinnelsen kan dra fordel av iboende ikke-homogenitet i det statiske magnetfeltet for å generere en statisk magnetfeltgradient inne i undersøkelsesregionen 127. I andre utførelser, kan pulsede magnetfeltgradienter anvendes for å generere eller øke en magnetfeltgradient inne i undersøkelsesregionen 127. F.eks., US patent nr. 5 796 252 som innlemmes herved ved referanse, beskriver forskjellige utførelser av antennene som kan innlemmes i loggeinnretningen i henhold til oppfinnelsen og anvendes for å produsere pulsede feltgradienter i undersøkelsesregionen 127. Det vil forstås at andre egnede verktøykonfigurasjoner også kan utnyttes for å utføre oppfinnelsen.

Selv om oppfinnelsen har blitt beskrevet ved hjelp av visse eksempler og utførelser, er det klart at forskjellige modifikasjoner og endringer kan utføres til utførelsene beskrevet ovenfor uten å fjerne seg fra oppfinnelsens idé.

Claims (19)

1. Fremgangsmåte for å bestemme nærvær av et magnetisk materiale i et porøst medium, karakterisert vedat det omfatter: a) påføre en magnetfeltgradient på mediet; b) påføre en første serie av oscillerende magnetfeltpulser til mediet, hvor den første serie av pulser har en initial magnetisk feltpuls, en første del etterfulgt av en andre del; c) detektere magnetiske resonanssignaler generert i (b); d) etter en ventetid, påføre en andre serie oscillerende magnetfeltpulser til det nevnte medium, hvor den andre pulsen har en initial magnetisk feltpuls, en tredje del etterfulgt av den andre del; e) detektere magnetiske resonanssignaler generert i (d); og f) analysere de detekterte signalene ved å separere diffusjons- og relaksasjonseffekter for å bestemme nærværet av ett eller flere magnetiske materialer i nevnte media.

2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert vedat ett eller flere magnetiske materialer er magnetiske mineraler.

3. Fremgangsmåte i henhold til krav 2, karakterisert vedat ett eller flere magnetiske mineraler er paramagnetiske mineraler valgt fra gruppen bestående av hematitt, franklinitt, kloritt, glausonitt, og sideritt eller ferromagnetiske mineraler valgt fra gruppen bestående av magnetitt og pyrrhortitt.

4. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert vedat den magnetiske feltgradienten er en statisk feltgradient.

5. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert vedat den magnetiske feltgradienten er en pulset feltgradient.

6. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert vedat analyseringen av de detekterte signalene inkluderer å separere diffusjon og relaksasjonseffekter.

7. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert vedat den ytterligere omfatter: g) å repetere (d) og (e) én eller flere ganger, hvor hver ytterligere serie av pulser, omfatter en initial magnetisk feltpuls, en modifisert tredje del etterfulgt av den andre del.

8. Fremgangsmåte i henhold til krav 7, karakterisert vedat analyseringen av de detekterte signalene inkluderer å utvikle en todimensjonal funksjon som beskriver diffusjonen og relaksasjonen til mediet.

9. Fremgangsmåte i henhold til krav 8, karakterisert vedat den ytterligere omfatter: h) utvikle en kalibreringsfunksjon som beskriver forholdet mellom diffusjon og relaksasjon representativ til i det minste ett av ett eller flere magnetiske materialer; i) korrelere den kalibrerte funksjonen til den todimensjonale funksjonen; og j) beregne den relative mengden av det minst ene av de ett eller flere magnetiske materialene i mediet.

10. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert vedat den ytterligere omfatter å bestemme den relative mengden av minst ett av de minst ett eller flere materialer i mediet.

11. Fremgangsmåte i henhold til krav 10, karakterisert vedat analysen av de detekterte signalene inkluderer å utvikle en diffusjonsfordeling av mediet og en diffusjonsfordeling av fluidet i mediet.

12. Fremgangsmåte i henhold til krav 11, karakterisert vedat bestemmelsen av den relative mengden av minst ett av de ett eller flere magnetiske materialene inkluderer å bestemme prosenten av de magnetiske resonanssignalene som har en diffusjonskoeffisient høyere enn diffusjonskoeffisienten til fluidet.

13. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert vedat det fluidinneholdende porøse mediet er en jordformasjon.

14. Loggeapparatur, omfattende: et loggeverktøy som er bevegelig gjennom et borehull; og en prosessor som er forbundet til loggeverktøyet, karakterisert vedat prosessoren er programmert med instruksjoner som når de utføres forårsaker loggeverktøyet å: i) generere en første serie av oscillerende magnetfeltpulser til regionen i jordformasjonen, hvor den første serien har en initial magnetfeltpuls, en første andel etterfulgt av en andre andel; ii) detektere magnetiske resonanssignaler produsert fra regionen av j ordformasj onen; iii) etter en ventetid, påføre en andre serie av oscillerende magnetfeltpulser til regionen i jordformasjonen, hvor den andre serien har en initial magnetfeltpuls, en tredje andel etterfulgt av den andre andel; iv) detektere magnetiske resonanssignaler produsert fra regionen av jordformasjonen; og forårsake at prosessoren: v) analyserer de detekterte magnetiske resonanssignalene for å bestemme nærværet av magnetiske mineraler i regionen som undersøkes.

15. Apparatur i henhold til krav 14, karakterisert vedat (v) inkluderer å separere diffusjon og relaksasjonseffekter.

16. Apparatur i henhold til krav 15, karakterisert vedat (v) inkluderer å bestemme diffusjonskoeffisienten til regionen i jordformasjon.

17. Apparatur i henhold til krav 14, karakterisert vedat instruksjonene ytterligere forårsaker at loggeverktøyet gjentar (iii) og (iv) én eller flere ganger, hvor hver ytterligere serie av pulser omfatter initial magnetfeltpuls, en modifisert tredje andel etterfulgt av nevnte andre andel.

18. Apparatur i henhold til krav 17, karakterisert vedat instruksjonene ytterligere forårsaker at prosessoren utvikler en todimensjonal funksjon som beskriver en diffusjon og relaksasjon til regionen i jordformasjonen.

19. Apparatur i henhold til krav 18, karakterisert vedat prosessoren er programmert med en kalibreringsfunksjon som beskriver forholdet mellom diffusjon og relaksasjon representativ til i det minste ett av ett eller flere magnetiske materialer og hvor instruksjoner ytterligere forårsaker prosessoren å korrelere denne kalibreringsfunksjonen til nevnte todimensjonale funksjon.