NO343160B1 - Total compression of multiple echo trains using principal component analysis and independent component analysis - Google Patents
Total compression of multiple echo trains using principal component analysis and independent component analysis Download PDFInfo
- Publication number
- NO343160B1 NO343160B1 NO20100977A NO20100977A NO343160B1 NO 343160 B1 NO343160 B1 NO 343160B1 NO 20100977 A NO20100977 A NO 20100977A NO 20100977 A NO20100977 A NO 20100977A NO 343160 B1 NO343160 B1 NO 343160B1
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- signals
- eigenfunctions
- nmr
- property
- component analysis
- Prior art date
Links
- 238000000513 principal component analysis Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 238000012880 independent component analysis Methods 0.000 title claims description 17
- 238000007906 compression Methods 0.000 title description 12
- 230000006835 compression Effects 0.000 title description 12
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 31
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 54
- 238000005481 NMR spectroscopy Methods 0.000 claims description 47
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 28
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 21
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 230000035699 permeability Effects 0.000 claims description 7
- 239000004927 clay Substances 0.000 claims description 5
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 36
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 33
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 24
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 23
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 12
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 10
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 9
- 230000006870 function Effects 0.000 description 7
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 7
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 7
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 6
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 6
- 229910001035 Soft ferrite Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 5
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 5
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 4
- 230000006837 decompression Effects 0.000 description 4
- 238000009987 spinning Methods 0.000 description 4
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 238000013480 data collection Methods 0.000 description 3
- 238000013144 data compression Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 238000001208 nuclear magnetic resonance pulse sequence Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 238000000611 regression analysis Methods 0.000 description 3
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 3
- 238000013528 artificial neural network Methods 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 238000002592 echocardiography Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000012777 electrically insulating material Substances 0.000 description 2
- 239000000295 fuel oil Substances 0.000 description 2
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 2
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 2
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 2
- 238000012417 linear regression Methods 0.000 description 2
- 238000012628 principal component regression Methods 0.000 description 2
- 238000012549 training Methods 0.000 description 2
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 2
- 229910001047 Hard ferrite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 230000004323 axial length Effects 0.000 description 1
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 1
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000007405 data analysis Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000009795 derivation Methods 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 230000001667 episodic effect Effects 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 230000008921 facial expression Effects 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 230000009191 jumping Effects 0.000 description 1
- 238000007726 management method Methods 0.000 description 1
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 description 1
- 238000000655 nuclear magnetic resonance spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 238000010238 partial least squares regression Methods 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 1
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B47/00—Survey of boreholes or wells
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
- G01V3/18—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation specially adapted for well-logging
- G01V3/32—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation specially adapted for well-logging operating with electron or nuclear magnetic resonance
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N24/00—Investigating or analyzing materials by the use of nuclear magnetic resonance, electron paramagnetic resonance or other spin effects
- G01N24/08—Investigating or analyzing materials by the use of nuclear magnetic resonance, electron paramagnetic resonance or other spin effects by using nuclear magnetic resonance
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N24/00—Investigating or analyzing materials by the use of nuclear magnetic resonance, electron paramagnetic resonance or other spin effects
- G01N24/08—Investigating or analyzing materials by the use of nuclear magnetic resonance, electron paramagnetic resonance or other spin effects by using nuclear magnetic resonance
- G01N24/081—Making measurements of geologic samples, e.g. measurements of moisture, pH, porosity, permeability, tortuosity or viscosity
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N24/00—Investigating or analyzing materials by the use of nuclear magnetic resonance, electron paramagnetic resonance or other spin effects
- G01N24/08—Investigating or analyzing materials by the use of nuclear magnetic resonance, electron paramagnetic resonance or other spin effects by using nuclear magnetic resonance
- G01N24/084—Detection of potentially hazardous samples, e.g. toxic samples, explosives, drugs, firearms, weapons
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
- G01R33/44—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance using nuclear magnetic resonance [NMR]
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
- G01V3/18—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation specially adapted for well-logging
- G01V3/34—Transmitting data to recording or processing apparatus; Recording data
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
- G01R33/44—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance using nuclear magnetic resonance [NMR]
- G01R33/48—NMR imaging systems
- G01R33/50—NMR imaging systems based on the determination of relaxation times, e.g. T1 measurement by IR sequences; T2 measurement by multiple-echo sequences
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
- G01R33/44—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance using nuclear magnetic resonance [NMR]
- G01R33/48—NMR imaging systems
- G01R33/54—Signal processing systems, e.g. using pulse sequences ; Generation or control of pulse sequences; Operator console
- G01R33/56—Image enhancement or correction, e.g. subtraction or averaging techniques, e.g. improvement of signal-to-noise ratio and resolution
- G01R33/5608—Data processing and visualization specially adapted for MR, e.g. for feature analysis and pattern recognition on the basis of measured MR data, segmentation of measured MR data, edge contour detection on the basis of measured MR data, for enhancing measured MR data in terms of signal-to-noise ratio by means of noise filtering or apodization, for enhancing measured MR data in terms of resolution by means for deblurring, windowing, zero filling, or generation of gray-scaled images, colour-coded images or images displaying vectors instead of pixels
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Geology (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geophysics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Cable Transmission Systems, Equalization Of Radio And Reduction Of Echo (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
- Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)
Abstract
Spinn-ekko-signaler blir innhentet nedihulls med NMR. Prinsipalkomponentanalyse anvendes for å representere signalene ved en vektet kombinasjon av prinsipalkomponentene, og disse vektene blir telemetrert til overflaten. Ved overflaten blir NMR-spinn-ekko-signalene gjenopprettet og invertert for å bestemme formasjonsegenskaper. 1Spin echo signals are obtained downhole by NMR. Principal component analysis is used to represent the signals by a weighted combination of the principal components, and these weights are telemetry to the surface. At the surface, the NMR spin echo signals are restored and inverted to determine formation properties. 1
Description
BAKGRUNN FOR OPPFINNELSEN BACKGROUND OF THE INVENTION
1. Oppfinnelsens område 1. The scope of the invention
[0001] Foreliggende oppfinnelse vedrører generelt bestemmelse av geologiske egenskaper ved undergrunnsformasjoner med bruk av kjernemagnetisk resonans-(NMR - Nuclear Magnetic Resonance)-metoder for logging av brønnhull, spesielt for å representere NMR-ekkotog med et begrenset antall funksjonsparametere og dermed muliggjøre effektiv overføring av ekkotog fra brønnhullet. [0001] The present invention generally relates to the determination of geological properties of underground formations using nuclear magnetic resonance (NMR - Nuclear Magnetic Resonance) methods for logging boreholes, in particular to represent NMR echo trains with a limited number of functional parameters and thus enable efficient transmission of echo trains from the wellbore.
2. Beskrivelse av beslektet teknikk 2. Description of Related Art
[0002] US 2005/0206378 A1 vedrører prediksjon av bergartegenskaper, kategorisering og gjenkjenning fra NMR-ekkotog ved bruk av lineær og ikke-lineær regresjon. Delvis minste kvadratregresjon relaterer spinnekkosignaler med prøver som har en kjent parameter, slik som bundet vann, leirebundet vann, BVI (Bound Volume Irreducible), porøsitet og effektiv porøsitet. Regresjonen definerer en prediksjonsmodell som er validert og kan deretter anvendes på spinnekkosignaler av ukjente prøver for å direkte gi et estimat av parameteren av interesse. De ukjente prøvene kan innbefatte undergrunnsformasjoner, i hvilke en NMR-sensorenhet blir transportert i et borehull. NMR-metoder er blant de mest effektive ikke-destruktive metodene for materialanalyse. Når hydrogenkjerner blir plassert i et påtrykket statisk magnetfelt, vil et lite flertall spinnende kjerner (spins) linjeføres med det påtrykkede feltet i den lavere energitilstanden siden den lavere energitilstanden er mer stabil enn den høyere energitilstanden. De individuelle spinnende kjernene preseserer om aksen til den påtrykkede statiske magnetfeltvektoren med en resonansfrekvens, også kjent som Larmorfrekvensen. Denne frekvensen er karakteristisk for en gitt kjerne og proporsjonal med det påtrykkede statiske magnetfeltet. Et magnetisk vekselfelt ved resonansfrekvensen i radiofrekvens-(RF)-området, påtrykket av en senderantenne på et emne eller en prøve i det statiske magnetfeltet, overfører kjernespinn til en koherent superponering av den lavere energitilstanden og den høyere energitilstanden. I denne superponerte tilstanden preseserer magnetiseringen av de spinnene kjernene om aksen til den statiske magnetfeltvektoren og induserer derfor en oscillerende spenning i en mottakerantenne også etter at det utsendte feltet er fjernet, hvis amplitude og tilbakegangshastighet avhenger av de fysiokjemiske egenskapene til materialet som undersøkes. Det påtrykkede RF-feltet er konstruert for å perturbere den termiske likevekten til de magnetiserte kjernespinnene, og tidsavhengigheten til den utsendte energien bestemmes av hvordan dette systemet av spinnende kjerner taper koherens og returnerer til likevektsmagnetisering. Tilbakegangen kjennetegnes ved to parametere: T1, den longitudinale eller spinn/gitterrelaksasjonstiden; og T2, den transverse eller spinn/spinn-relaksasjonstiden. [0002] US 2005/0206378 A1 relates to prediction of rock properties, categorization and recognition from NMR echo trains using linear and non-linear regression. Partial least squares regression relates spin echo signals with samples that have a known parameter, such as bound water, clay bound water, BVI (Bound Volume Irreducible), porosity and effective porosity. The regression defines a prediction model that is validated and can then be applied to spin echo signals of unknown samples to directly provide an estimate of the parameter of interest. The unknown samples may include underground formations, in which an NMR sensor unit is transported in a borehole. NMR methods are among the most effective non-destructive methods for material analysis. When hydrogen nuclei are placed in an applied static magnetic field, a small majority of spinning nuclei (spins) will align with the applied field in the lower energy state since the lower energy state is more stable than the higher energy state. The individual spinning nuclei precess about the axis of the applied static magnetic field vector with a resonant frequency, also known as the Larmor frequency. This frequency is characteristic of a given core and proportional to the applied static magnetic field. An alternating magnetic field at the resonant frequency in the radio frequency (RF) range, applied by a transmitter antenna to a subject or sample in the static magnetic field, transfers nuclear spin to a coherent superposition of the lower energy state and the higher energy state. In this superimposed state, the magnetization of the spin nuclei precesses about the axis of the static magnetic field vector and therefore induces an oscillating voltage in a receiving antenna even after the emitted field is removed, whose amplitude and rate of return depend on the physiochemical properties of the material under investigation. The applied RF field is designed to perturb the thermal equilibrium of the magnetized nuclear spins, and the time dependence of the emitted energy is determined by how this system of spinning nuclei loses coherence and returns to equilibrium magnetization. The regression is characterized by two parameters: T1, the longitudinal or spin/lattice relaxation time; and T2, the transverse or spin/spin relaxation time.
[0003] Målinger av NMR-parametere for fluid som fyller porerommene i undergrunnsformasjoner, så som relaksasjonstider for de spinnende hydrogenkjernene, diffusjonskoeffisient og/eller hydrogentetthet, danner grunnlaget for NMR-basert brønnlogging. NMR-baserte brønnloggingsinstrumenter kan anvendes for å bestemme egenskaper ved undergrunnsformasjoner, omfattende volumfraksjonen av porerom og volumfraksjonen av mobilt fluid som fyller porerommene i undergrunnsformasjonene. [0003] Measurements of NMR parameters for fluid that fills the pore spaces in underground formations, such as relaxation times for the spinning hydrogen nuclei, diffusion coefficient and/or hydrogen density, form the basis for NMR-based well logging. NMR-based well logging instruments can be used to determine properties of subsurface formations, including the volume fraction of pore space and the volume fraction of mobile fluid that fills the pore spaces in the subsurface formations.
[0004] Ett grunnleggende problem forbundet med NMR-logging eller MRI (avbildning) er den enorme mengden data som må analyseres. Ved brønnlogging med kabelførte instrumenter er prosesseringskapasiteten nede i hullet begrenset, og det er også muligheten til å sende data opp av hullet for nærmere analyse siden alle dataene typisk blir sendt opp en kabel med begrenset båndbredde. I de såkalte måling-underboring-metodene er problemet enda større som følge av det tøffe miljøet hvor en nedihulls prosessor må kjøre og av den veldig begrensede telemetrikapasiteten; data blir typisk overført med en hastighet på ikke mer enn tjue bit per sekund. [0004] One fundamental problem associated with NMR logging or MRI (imaging) is the enormous amount of data that must be analyzed. When well logging with cable-guided instruments, the processing capacity down the hole is limited, and there is also the possibility of sending data up the hole for further analysis since all the data is typically sent up a cable with limited bandwidth. In the so-called measurement-under-drilling methods, the problem is even greater as a result of the harsh environment in which a downhole processor must run and of the very limited telemetry capacity; data is typically transferred at a rate of no more than twenty bits per second.
[0005] Et andre problem forbundet med NMR-logging og MRI er knyttet til analyse av dataene. Som vil bli gjort rede for nedenfor er problemet med datakomprimering og problemet med dataanalyse nært knyttet til hverandre. [0005] A second problem associated with NMR logging and MRI relates to analysis of the data. As will be explained below, the problem of data compression and the problem of data analysis are closely related.
[0006] Fremgangsmåter for bruk av NMR-målinger til å bestemme volumfraksjonen av porerom og volumfraksjonen av mobilt fluid er beskrevet for eksempel i Spin Echo Magnetic Resonance Logging: Porosity and Free Fluid Index Determination, M. N. Miller, m.fl., Society of Petroleum Engineers paper no.20561, Richardson, TX, 1990. I porøse medier er det betydelig avvik mellom T1- og T2-relaksasjonstidsspektrene til fluidblandingen som fyller porerommene. For eksempel kan lette hydrokarboner og gass ha en T1-relaksasjonstid på noen sekunder, mens T2kan være tusen ganger mindre enn dette. Dette fenomenet er en følge av diffusjonseffekter i interne og eksterne statiske magnetfeltgradienter. Interne magnetfeltgradienter oppstår som følge av forskjeller i magnetisk susceptibilitet mellom matrisen i form av formasjonsbergarter og fluidet som fyller porene. [0006] Methods for using NMR measurements to determine the volume fraction of pore space and the volume fraction of mobile fluid are described, for example, in Spin Echo Magnetic Resonance Logging: Porosity and Free Fluid Index Determination, M. N. Miller, et al., Society of Petroleum Engineers paper no.20561, Richardson, TX, 1990. In porous media, there is significant discrepancy between the T1 and T2 relaxation time spectra of the fluid mixture filling the pore spaces. For example, light hydrocarbons and gas may have a T1 relaxation time of a few seconds, while T2 may be a thousand times less than this. This phenomenon is a consequence of diffusion effects in internal and external static magnetic field gradients. Internal magnetic field gradients arise as a result of differences in magnetic susceptibility between the matrix in the form of formation rocks and the fluid that fills the pores.
[0007] Siden olje finnes i porøse bergartformasjoner er relasjonen mellom porøse bergarter og fluidene som fyller porerommene i disse ekstremt komplisert og vanskelig å modellere. Kjernemagnetisk resonans er følsom for viktige petrofysiske parametere, men er ikke i stand til å fastslå disse komplekse relasjonene. Olje og vann forekommer i alminnelighet sammen i reservoarbergarter. Siden de fleste reservoarbergarter er hydrofile, sitter dråper av olje i midten av porer og er upåvirket av poreoverflaten. Vann/olje-grenseflaten vil normalt ikke påvirke relaksasjon, og derfor er relaksasjonsraten for olje hovedsaklig proporsjonal med dens viskositet. Oljen i seg selv er imidlertid en veldig sammensatt blanding av hydrokarboner som kan betraktes som et bredt spekter av relaksasjonstider. I et enkelt tilfelle med rent fluid i én enkelt pore er det to diffusjonsregimer som bestemmer relaksasjonsraten. Bergarter har normalt en veldig bred fordeling av porestørrelse og fluidegenskaper. Det er derfor ikke overraskende at magnetiseringstilbakegangen for fluid i bergartsformasjoner ikke er eksponentiell. Den mest utbredte metoden for å analysere relaksasjonsdata er å beregne et spektrum av relaksasjonstider. CPMG-(Carr-Purcell-Meiboom-Gill)-pulssekvensen anvendes for å bestemme den transverse magnetiseringstilbakegangen. De ikke-eksponentielle magnetiseringstilbakegangene tilpasses den multieksponentielle formen: [0007] Since oil is found in porous rock formations, the relationship between porous rocks and the fluids that fill the pore spaces in them is extremely complicated and difficult to model. Nuclear magnetic resonance is sensitive to important petrophysical parameters, but is unable to determine these complex relationships. Oil and water generally occur together in reservoir rocks. Since most reservoir rocks are hydrophilic, droplets of oil sit in the center of pores and are unaffected by the pore surface. The water/oil interface will not normally affect relaxation, and therefore the relaxation rate of oil is essentially proportional to its viscosity. However, the oil itself is a very complex mixture of hydrocarbons that can be considered a wide range of relaxation times. In a simple case of pure fluid in a single pore, there are two diffusion regimes that determine the relaxation rate. Rocks normally have a very wide distribution of pore size and fluid properties. It is therefore not surprising that the magnetization reversal for fluid in rock formations is not exponential. The most widespread method for analyzing relaxation data is to calculate a spectrum of relaxation times. The CPMG (Carr-Purcell-Meiboom-Gill) pulse sequence is used to determine the transverse magnetization reversal. The non-exponential magnetization decays are fitted to the multiexponential form:
der M(t) representerer spinn-ekko-amplitudene, jevnt fordelt i tid, og T2ier forbestemte tidskonstanter, jevnt fordelt på en logaritmisk skala, typisk mellom 0,3 ms og 3000 ms. Settet m finnes ved hjelp av en regularisert, ikke-lineær minste kvadratfeilmetode. Funksjonen m(T2i), tradisjonelt kalt en T2-fordeling, avbilder vanligvis lineært til en volumvektet fordeling av porestørrelser. where M(t) represents the spin echo amplitudes, uniformly distributed in time, and T2 are predetermined time constants, uniformly distributed on a logarithmic scale, typically between 0.3 ms and 3000 ms. The set m is found using a regularized non-linear least square error method. The function m(T2i), traditionally called a T2 distribution, usually maps linearly to a volume-weighted distribution of pore sizes.
[0008] Kalibrering av denne avbildningen er omhandlet i flere publikasjoner. Kjente metoder søker en løsning på problemet med matematisk modellering av de mottatte ekkosignalene med bruk av flere teknikker, omfattende bruk av ikke-lineær regresjonsanalyse av målesignalet og ikke-lineære minste kvadratfeil-tilpasningsrutiner. Andre kjente metoder omfatter en rekke forskjellige signalmodelleringsmetoder, så som polynomrotberegning (polynomial rooting), singulærverdi-dekomponering (SVD -Singular Value Decomposition) og forskjellige videreutviklinger av disse for å finne en bedre tilnærming av det mottatte signalet. Et problem med signalkomprimeringen i kjent teknikk er at informasjon går tapt. [0008] Calibration of this imaging is discussed in several publications. Known methods seek a solution to the problem of mathematical modeling of the received echo signals using several techniques, extensive use of non-linear regression analysis of the measurement signal and non-linear least square error fitting routines. Other known methods include a number of different signal modeling methods, such as polynomial rooting, singular value decomposition (SVD - Singular Value Decomposition) and various further developments of these to find a better approximation of the received signal. A problem with the signal compression in the known technique is that information is lost.
[0009] Inversjonsmetoder omtalt i kjent teknikk er i alminnelighet beregningsmessig tunge og ender likevel opp med et stort antall parametere som må sendes oppihulls. Spesielt har ingen enkle metoder vært foreslått for å dra nytte av forkunnskap om strukturen til det undersøkte materialet og signal/støy-(SNR)-forholdet til det mottatte ekkosignalet. Heller ikke har det vært foreslått effektive løsninger for å kombinere avanserte matematiske modeller med enkle signalbehandlingsalgoritmer for å bedre nøyaktigheten og den numeriske stabiliteten til parameterestimatene. Endelig krever eksisterende løsninger bruk av betydelig beregningskraft, noe som gjør den praktiske anvendelsen av disse metodene ineffektiv, og ofte umulig å gjennomføre i sanntidsanvendelser. [0009] Inversion methods discussed in the prior art are generally computationally heavy and still end up with a large number of parameters that have to be sent over and over. In particular, no simple methods have been proposed to take advantage of prior knowledge of the structure of the investigated material and the signal-to-noise (SNR) ratio of the received echo signal. Nor have effective solutions been proposed to combine advanced mathematical models with simple signal processing algorithms to improve the accuracy and numerical stability of the parameter estimates. Finally, existing solutions require the use of significant computing power, which makes the practical application of these methods inefficient, and often impossible to implement in real-time applications.
[0010] US-patentsøknaden 11/845983 til Thern m.fl. (publikasjonen US 2008/0036457) omtaler en fremgangsmåte som omfatter det å frakte et kjernemagnetisk resonans-(NMR)-måleapparat inn i et borehull, anvende NMR-måleapparatet for å frembringe et signal som indikerer egenskapen ved undergrunnsformasjonen, anvende en forbestemt matrise for å estimere fra signalet en parametrisk representasjon av relaksasjon av kjernespinn uttrykt ved minst én basisfunksjon, telemetrere den parametriske representasjonen til et sted på overflaten og, på overflaten, anvende den telemetrerte parametriske representasjonen for å estimere egenskapen ved undergrunnsformasjonen. Signalet kan være et spinnekko-signal og representasjon av relaksasjonen av kjernespinn kan omfatte en fordeling av transvers relaksasjonstid (T2). Den minst ene basisfunksjonen kan være en Gaussisk funksjon, og den parametriske representasjonen kan omfatte middel verdi/forventning, standardavvik og amplitude for den Gaussiske funksjonen. Det å definere den forbestemte matrisen kan gjøres ved å utføre en regresjonsanalyse av kunstig genererte NMR-signaler og/eller NMR-signaler målt på prøver med kjente egenskaper. Den avhengige variabelen i regresjonsanalysen kan være et spinnekko-signal. Regresjonsanalysen kan være en delvis minste kvadratfeil, en prinsipalkomponentregresjon, en invers minste kvadratfeil, en ridge-regresjon, et nevralt nettverk, en nevralt nettbasert delvis minste kvadratfeilregresjon og/eller en lokalt vektet regresjon. Egenskapen som bestemmes kan være BVI (Bound Volume Irreducible), effektiv porøsitet, bundet vann, leirebundet vann, total porøsitet, permeabilitet og/eller porestørrelsesfordeling. [0010] US patent application 11/845983 to Thern et al. (publication US 2008/0036457) discloses a method which comprises transporting a nuclear magnetic resonance (NMR) measuring device into a borehole, using the NMR measuring device to produce a signal indicative of the property of the subsurface formation, using a predetermined matrix to estimating from the signal a parametric representation of nuclear spin relaxation expressed by at least one basis function, telemetering the parametric representation to a location on the surface and, on the surface, using the telemetered parametric representation to estimate the property of the subsurface formation. The signal can be a spin echo signal and representation of the relaxation of nuclear spin can comprise a distribution of transverse relaxation time (T2). The at least one basis function can be a Gaussian function, and the parametric representation can include mean value/expectation, standard deviation and amplitude of the Gaussian function. Defining the predetermined matrix can be done by performing a regression analysis of artificially generated NMR signals and/or NMR signals measured on samples with known properties. The dependent variable in the regression analysis can be a spin echo signal. The regression analysis can be a partial least square error, a principal component regression, an inverse least square error, a ridge regression, a neural network, a neural network based partial least square error regression and/or a locally weighted regression. The property determined may be BVI (Bound Volume Irreducible), effective porosity, bound water, clay bound water, total porosity, permeability and/or pore size distribution.
[0011] En potensiell ulempe med metoden til Thern er mangel på tilpasningsevne; antallet Gaussiske funksjoner som anvendes for å beskrive T2-fordelingen og matrisen er forhåndsdefinert og er ikke nødvendigvis like godt egnet for alle typer undergrunnsformasjoner og alle typer pulssekvenser som anvendes ved innhenting av dataene. Disse problemene løses av foreliggende oppfinnelse. [0011] A potential disadvantage of Thern's method is a lack of adaptability; the number of Gaussian functions used to describe the T2 distribution and the matrix is predefined and is not necessarily equally suitable for all types of subsoil formations and all types of pulse sequences used when acquiring the data. These problems are solved by the present invention.
OPPSUMMERING AV OPPFINNELSEN SUMMARY OF THE INVENTION
[0012] Hovedtrekkene ved den foreliggende oppfinnelse fremgår av de selvstendige patentkrav. Ytterligere trekk ved oppfinnelsen er angitt i de uselvstendige krav. Én utførelsesform av oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte for å bestemme en egenskap ved en undergrunnsformasjon. Fremgangsmåten omfatter det å frakte et kjernemagnetisk resonans-(NMR)-måleapparat inn i et borehull, anvende NMR-måleapparatet for å innhente et signal som indikerer egenskapen ved undergrunnsformasjonen, representere NMR-signalene med bruk av et sett av egenfunksjoner og telemetrere en representasjon av NMR-signalene som en kombinasjon av egenfunksjonene til et sted på overflaten. [0012] The main features of the present invention appear from the independent patent claims. Further features of the invention are indicated in the independent claims. One embodiment of the invention relates to a method for determining a property of an underground formation. The method includes transporting a nuclear magnetic resonance (NMR) measurement device into a borehole, using the NMR measurement device to acquire a signal indicative of the property of the subsurface formation, representing the NMR signals using a set of eigenfunctions, and telemetry a representation of The NMR signals as a combination of the eigenfunctions of a site on the surface.
[0013] En annen utførelsesform av oppfinnelsen vedrører et apparat for å bestemme en egenskap ved en undergrunnsformasjon. Apparatet omfatter et kjernemagnetisk resonans-(NMR)-måleapparat innrettet for å bli fraktet inn i et borehull og innhente et signal som indikerer egenskapen ved undergrunnsformasjonen. Apparatet omfatter også en prosessor nede i brønnhullet innrettet for å representere NMR-signalene med bruk av et sett av egenfunksjoner og telemetrere en representasjon av NMR-signalene som en kombinasjon av egenfunksjonene til et sted på overflaten. [0013] Another embodiment of the invention relates to an apparatus for determining a property of an underground formation. The apparatus comprises a nuclear magnetic resonance (NMR) measuring apparatus arranged to be carried into a borehole and obtain a signal indicative of the property of the subsurface formation. The apparatus also comprises a processor down the wellbore arranged to represent the NMR signals using a set of eigenfunctions and telemeter a representation of the NMR signals as a combination of the eigenfunctions to a location on the surface.
[0014] En annen utførelsesform av oppfinnelsen vedrører et datamaskinlesbart medium som kan aksesseres av en prosessor. Det datamaskinlesbare mediet omfatter instruksjoner som setter prosessoren i stand til å representere minst ett signal, som er innhentet av et NMR-måleapparat i et borehull og som er representativt for en egenskap ved en undergrunnsformasjon, med et sett av egenfunksjoner; og telemetrere en representasjon av det minst ene signalet som en kombinasjon av egenfunksjonene til et sted på overflaten. [0014] Another embodiment of the invention relates to a computer-readable medium that can be accessed by a processor. The computer-readable medium comprises instructions that enable the processor to represent at least one signal, which is obtained by an NMR measurement apparatus in a borehole and which is representative of a property of a subsurface formation, with a set of eigenfunctions; and telemetry a representation of the at least one signal as a combination of the eigenfunctions of a location on the surface.
KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
[0015] Foreliggende oppfinnelse vil lettest forstås ved å henvise til de vedlagte figurene, der like referansenummer refererer til like elementer og der: [0015] The present invention will be most easily understood by referring to the attached figures, where like reference numbers refer to like elements and where:
Figur 1 viser et måling-under-boring-verktøy egnet til bruk med foreliggende oppfinnelse; Figure 1 shows a measuring-while-drilling tool suitable for use with the present invention;
Figur 2 (kjent teknikk) viser en følerseksjon av en måling-under-boringanordning egnet til bruk med foreliggende oppfinnelse; Figure 2 (prior art) shows a sensor section of a measurement-while-drilling device suitable for use with the present invention;
Figur 3 viser eksempler på prinsipalkomponentsignaler gjenopprettet fra en sekvens av ekkotog; Figure 3 shows examples of principal component signals recovered from a sequence of echo trains;
Figur 4 viser (øverst): et eksempel på ekkotog, og (nederst) sammenlikning av en NMR-basert T2med en rekonstruert fordeling; Figure 4 shows (top): an example of echo train, and (bottom) comparison of an NMR-based T2 with a reconstructed distribution;
Figur 5 viser samlet komprimering av data og en togsekvens (trainlet); og Figur 6 er et flytdiagram som viser flere detaljer i utførelsen av oppfinnelsen. Figure 5 shows overall compression of data and a train sequence (trainlet); and Figure 6 is a flow diagram showing several details of the implementation of the invention.
DETALJERT BESKRIVELSE AV OPPFINNELSEN DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[0016] Figur 1 viser et skjematisk diagram av et boresystem 10 med en borestreng 20 som fører en boreenhet 90 (også referert til som bunnhullsenhet eller "BHA") som fraktes i en "brønnboring" eller et "borehull" 26 for å bore brønnhullet. Boresystemet 10 omfatter et tradisjonelt boretårn 11 oppstilt på et gulv 12 som støtter et rotasjonsbord 14 som roteres av en drivkraft så som en elektrisk motor (ikke vist) med en ønsket rotasjonshastighet. Borestrengen 20 omfatter en rørstreng så som et borerør 22 eller et kveilrør som går fra overflaten og inn i borehullet 26. Borestrengen 20 blir drevet innover i brønnboringen 26 når et borerør 22 anvendes som rørstreng. I kveilrørsanvendelser anvendes en rørinjektor, så som en injektor (ikke vist), for å mate rørstrengen fra en kilde, så som en trommel (ikke vist), til brønnhullet 26. Borkronen 50 festet i enden av borestrengen bryter opp de geologiske formasjonene når den blir rotert for å bore borehullet 26. Dersom et borerør 22 anvendes, er borestrengen 20 koblet til et heiseverk 30 via et rotasjonsrørledd 21, en svivel 28 og en line 29 gjennom en trinse 23. Under boreoperasjoner blir heiseverket 30 aktivert for å styre borkronetrykket, som er en viktig parameter som påvirker borehastigheten. Virkemåten til heiseverket er velkjent for fagmannen og er således ikke beskrevet i detalj her. For formålet med denne beskrivelsen er det nødvendig å vite aksialhastigheten (borehastighet eller ROP - Rate of Penetration) til bunnhullsenheten. Dybdeinformasjon og ROP kan bli kommunisert ned i hullet fra et sted på overflaten. Alternativt kan fremgangsmåten omtalt i US-patentet 6769 497 til Dubinsky m.fl., som er overdratt til samme som denne søknaden og som inntas her som referanse i sin helhet, anvendes. Fremgangsmåten til Dubinsky anvender aksialakselerasjonsmålere for å bestemme ROP. Under boreoperasjoner blir et passende borefluid 31 fra en slamtank (kilde) 32 sirkulert under trykk gjennom en kanal i borestrengen 20 av en slampumpe 34. Borefluidet føres fra slampumpen 34 inn i borestrengen 20 gjennom en desurger (ikke vist), et fluidrør 38 og et rotasjonsrørledd 21. Borefluidet 31 føres ut i bunnen av borehullet 51 gjennom en åpning i borkronen 50. Borefluidet 31 sirkulerer oppihulls gjennom ringrommet 27 mellom borestrengen 20 og borehullet 26, og returnerer til slamtanken 32 via et returrør 35. Borefluidet tjener til å smøre borkronen 50 og føre med seg borespon eller kaks vekk fra borkronen 50. En føler S1, typisk anordnet i røret 38, gir informasjon om fluidstrømningsmengden. En dreiemomentføler S2på overflaten og en føler S3tilknyttet borestrengen 20 gir henholdsvis informasjon om dreiemomentet på og rotasjonshastigheten til borestrengen. I tillegg anvendes en føler (ikke vist) tilknyttet linen 29 for å bestemme kroklasten fra borestrengen 20. [0016] Figure 1 shows a schematic diagram of a drilling system 10 with a drill string 20 carrying a drilling unit 90 (also referred to as a bottom hole unit or "BHA") that is carried in a "wellbore" or "borehole" 26 to drill the wellbore . The drilling system 10 comprises a traditional derrick 11 set up on a floor 12 which supports a rotary table 14 which is rotated by a driving force such as an electric motor (not shown) at a desired rotational speed. The drill string 20 comprises a pipe string such as a drill pipe 22 or a coiled pipe that goes from the surface into the borehole 26. The drill string 20 is driven into the wellbore 26 when a drill pipe 22 is used as a pipe string. In coiled tubing applications, a tubing injector, such as an injector (not shown), is used to feed the tubing string from a source, such as a drum (not shown), to the wellbore 26. The drill bit 50 attached to the end of the drill string breaks up the geological formations as it is rotated to drill the borehole 26. If a drill pipe 22 is used, the drill string 20 is connected to a hoist 30 via a rotary pipe joint 21, a swivel 28 and a line 29 through a pulley 23. During drilling operations, the hoist 30 is activated to control the bit pressure, which is an important parameter that affects the drilling speed. The operation of the hoist is well known to the person skilled in the art and is thus not described in detail here. For the purpose of this description, it is necessary to know the axial speed (drilling speed or ROP - Rate of Penetration) of the downhole unit. Depth information and ROP can be communicated downhole from a location on the surface. Alternatively, the method described in US patent 6769 497 to Dubinsky et al., which is assigned to the same as this application and which is incorporated herein as a reference in its entirety, can be used. Dubinsky's method uses axial accelerometers to determine ROP. During drilling operations, a suitable drilling fluid 31 from a mud tank (source) 32 is circulated under pressure through a channel in the drill string 20 by a mud pump 34. The drilling fluid is fed from the mud pump 34 into the drill string 20 through a desurger (not shown), a fluid pipe 38 and a rotary joint 21. The drilling fluid 31 is led out at the bottom of the drill hole 51 through an opening in the drill bit 50. The drilling fluid 31 circulates uphole through the annulus 27 between the drill string 20 and the drill hole 26, and returns to the mud tank 32 via a return pipe 35. The drilling fluid serves to lubricate the drill bit 50 and carry drilling chips or cuttings away from the drill bit 50. A sensor S1, typically arranged in the pipe 38, provides information on the fluid flow rate. A torque sensor S2 on the surface and a sensor S3 connected to the drill string 20 respectively provide information about the torque on and the rotation speed of the drill string. In addition, a sensor (not shown) connected to the line 29 is used to determine the hook load from the drill string 20.
[0017] I én utførelsesform av oppfinnelsen blir borkronen 50 rotert ved kun å rotere borerøret 22. I en annen utførelsesform av oppfinnelsen er en brønnhullsmotor 55 (slammotor) anordnet i boreenheten 90 for å rotere borkronen 50, og borerøret 22 blir rotert vanligvis for å øke rotasjonskraften, dersom det er nødvendig, og for å endre boreretningen. [0017] In one embodiment of the invention, the drill bit 50 is rotated by only rotating the drill pipe 22. In another embodiment of the invention, a wellbore motor 55 (mud motor) is arranged in the drilling unit 90 to rotate the drill bit 50, and the drill pipe 22 is usually rotated to increase the rotational force, if necessary, and to change the drilling direction.
[0018] I utførelseseksempelet i figur 1 er slammotoren 55 koblet til borkronen 50 via en drivaksel (ikke vist) anordnet i en lagerenhet 57. Slammotoren roterer borkronen 50 når borefluidet 31 passerer gjennom slammotoren 55 under trykk. Lagerenheten 57 understøtter de radielle og aksielle kreftene på borkronen. En stabilisator 58 koblet til lagerenheten 57 tjener som sentreringsenhet for den nederste delen av slammotorenheten. [0018] In the embodiment in Figure 1, the mud motor 55 is connected to the drill bit 50 via a drive shaft (not shown) arranged in a bearing unit 57. The mud motor rotates the drill bit 50 when the drilling fluid 31 passes through the mud motor 55 under pressure. The bearing unit 57 supports the radial and axial forces on the drill bit. A stabilizer 58 connected to the bearing unit 57 serves as a centering unit for the lower part of the mud motor unit.
[0019] I én utførelsesform av oppfinnelsen er en borefølermodul 59 plassert nær borkronen 50. Borefølermodulen inneholder følere, kretser samt programvare og algoritmer for behandling av de dynamiske boreparametrene. Slike parametere omfatter typisk borkronehopping, rykkvis gange av boreenheten, bakoverrotasjon, dreiemoment, støt, borehulls- og ringromstrykk, akselerasjonsmålinger og andre målinger av borkronens tilstand. En passende telemetri- eller kommunikasjonsseksjon 72, som for eksempel anvender toveistelemetri, er også tilveiebragt som illustrert i boreenheten 90. Borefølermodulen behandler informasjonen fra følerne og sender den til styreenheten 40 på overflaten via telemetrisystemet 72. [0019] In one embodiment of the invention, a drill sensor module 59 is placed near the drill bit 50. The drill sensor module contains sensors, circuits as well as software and algorithms for processing the dynamic drilling parameters. Such parameters typically include drill bit jumping, jerking of the drilling unit, backward rotation, torque, impact, borehole and annulus pressure, acceleration measurements and other measurements of the condition of the drill bit. A suitable telemetry or communication section 72, which for example uses two-way telemetry, is also provided as illustrated in the drilling unit 90. The drilling sensor module processes the information from the sensors and sends it to the control unit 40 on the surface via the telemetry system 72.
[0020] Kommunikasjonsseksjonen 72, en kraftenhet 78 og et MWD-verktøy 79 er alle koblet langs med borestrengen 20. Bøyeseksjoner, for eksempel, anvendes for å koble MWD-verktøyet 79 i boreenheten 90. Slike seksjoner og verktøy danner bunnhullsenheten 90 mellom borestrengen 20 og borkronen 50. Boreenheten 90 gjør forskjellige målinger, omfattende pulserende kjernemagnetisk resonansmålinger, mens borehullet 26 blir boret. Kommunikasjonseksjonen 72 innhenter signalene og målingene og overfører signalene, for eksempel med bruk av toveistelemetri, til behandling på overflaten. Alternativt kan signalene bli behandlet med bruk av en nedihullsprosessor i boreenheten 90. [0020] The communication section 72, a power unit 78 and an MWD tool 79 are all connected along the drill string 20. Bending sections, for example, are used to connect the MWD tool 79 in the drilling unit 90. Such sections and tools form the bottom hole unit 90 between the drill string 20 and the drill bit 50. The drilling unit 90 makes various measurements, including pulsed nuclear magnetic resonance measurements, while the borehole 26 is being drilled. The communications section 72 acquires the signals and measurements and transmits the signals, for example using two-way telemetry, for processing on the surface. Alternatively, the signals can be processed using a downhole processor in the drilling unit 90.
[0021] Styreenheten eller prosessoren 40 på overflaten mottar også signaler fra andre følere og anordninger nede i brønnhullet, og signaler fra følerne S1-S3og andre følere som anvendes i systemet 10, og behandler disse signalene i henhold til programmerte instruksjoner forsynt til overflate-styreenheten 40. Overflatestyreenheten 40 viser ønskede boreparametre og annen informasjon på en frem visningsanordning 42 som anvendes av en operatør for å styre boreoperasjonene. Overflate-styreenheten 40 omfatter typisk en datamaskin eller et mikroprosessorbasert prosesseringssystem, minne for å lagre programmer eller modeller og data, en opptaker for registrering av data og annet periferisk utstyr. Styreenheten 40 er typisk innrettet for å aktivere alarmer 44 når bestemte utrygge eller uønskede driftsforhold inntreffer. [0021] The control unit or processor 40 on the surface also receives signals from other sensors and devices down the wellbore, and signals from the sensors S1-S3 and other sensors used in the system 10, and processes these signals according to programmed instructions provided to the surface control unit 40. The surface control unit 40 displays desired drilling parameters and other information on a display device 42 which is used by an operator to control the drilling operations. The surface control unit 40 typically comprises a computer or a microprocessor-based processing system, memory for storing programs or models and data, a recorder for recording data and other peripheral equipment. The control unit 40 is typically designed to activate alarms 44 when certain unsafe or undesirable operating conditions occur.
[0022] En passende anordning for bruk av foreliggende oppfinnelse er beskrevet i US-patentet 6215 304 til Slade, som inntas her som referanse i sin helhet. Det skal bemerkes at anordningen vist av Slade kun er ment som et eksempel, og fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse kan anvendes med mange andre NMR-loggeanordninger, og kan anvendes for kabelførte anvendelser så vel som MWD-anvendelser. [0022] A suitable device for use of the present invention is described in US patent 6,215,304 to Slade, which is incorporated herein by reference in its entirety. It should be noted that the device shown by Slade is only intended as an example, and the method of the present invention can be used with many other NMR logging devices, and can be used for cabled applications as well as MWD applications.
[0023] Nå med henvisning til figur 2 har verktøyet en borkrone 107 i den ene enden, en følerseksjon 102 bak borkronen og elektronikk 101. Følerseksjonen 102 omfatter en magnetfeltgenererende enhet for å generere et B0-magnetfelt (som er hovedsakelig tidskonstant over varigheten av en måling) og et RF-system for å sende ut og motta magnetiske RF-pulser og ekkoer. Den magnetfeltgenererende enheten omfatter et par av aksielt spredte hovedmagneter 103, 104 med motsatte polorienteringer (dvs. med like magnetpoler vendt mot hverandre) og tre ferrittelementer 109, 110 aksielt anordnet mellom magnetene 103, 104. Ferrittelementene er laget av "myk" ferritt, som skiller seg fra "hard" ferritt ved formen på BH-kurven som påvirker både egenkoersivitet (Hj, krysningen med H-aksen) og initiell permeabilitet (μi, gradienten til BH-kurven i det umagnetiserte tilfellet). Myk ferritts μi-verdier varierer typisk fra 10 til 10000, mens hard ferritt har en μi-verdi på omtrent 1. Myk ferritt har derfor høy initiell permeabilitet (typisk høyere enn 10, fortrinnsvis høyere enn 1000). RF-systemet omfatter et sett av RF-senderantenne- og RF-mottakerantenne-spoleviklinger 105 anordnet som en midtre "feltdannende" solenoidgruppe 113 og et par av ytre "koblingsstyrende" solenoidgrupper 114. [0023] Now referring to Figure 2, the tool has a drill bit 107 at one end, a sensor section 102 behind the drill bit and electronics 101. The sensor section 102 comprises a magnetic field generating unit to generate a B0 magnetic field (which is substantially time constant over the duration of a measurement) and an RF system to transmit and receive magnetic RF pulses and echoes. The magnetic field generating unit comprises a pair of axially spread main magnets 103, 104 with opposite pole orientations (ie with equal magnetic poles facing each other) and three ferrite elements 109, 110 axially arranged between the magnets 103, 104. The ferrite elements are made of "soft" ferrite, which differs from "hard" ferrite by the shape of the BH curve which affects both intrinsic coercivity (Hj, the intersection with the H axis) and initial permeability (μi, the gradient of the BH curve in the unmagnetized case). Soft ferrite's μi values typically range from 10 to 10000, while hard ferrite has a μi value of about 1. Soft ferrite therefore has a high initial permeability (typically higher than 10, preferably higher than 1000). The RF system comprises a set of RF transmitter antenna and RF receiver antenna coil windings 105 arranged as a center "field forming" solenoid array 113 and a pair of outer "switch control" solenoid arrays 114.
[0024] Verktøyet har et slamrør 160 med en fri senterboring 106 og et antall utgangsåpninger 161-164 for å føre boreslam til borkronen 107, og verktøyets hovedlegeme dannes av et vektrør 108. Boreslam blir pumpet ned slamrøret 160 av en pumpe 121 og returnerer rundt verktøyet, og hele verktøyet blir rotert av en drivanordning 120. Kveilrør eller en borestreng kan anvendes for å koble drivanordningen til brønnhullsenheten. [0024] The tool has a mud pipe 160 with a free center bore 106 and a number of exit openings 161-164 to lead drilling mud to the drill bit 107, and the main body of the tool is formed by a weight pipe 108. Drilling mud is pumped down the mud pipe 160 by a pump 121 and returns around the tool, and the entire tool is rotated by a drive device 120. Coiled tubing or a drill string may be used to connect the drive device to the wellbore assembly.
[0025] Vektrøret 108 har en innsenkning 170 for RF-senderantenne- og RF-mottakerantenne-spoleviklinger 105. Spalter i lommene mellom de myke ferrittelementene fylles med elektrisk isolerende materiale 131, 135 (f.eks.: keramikk eller høytemperatur plastikk), og RF-spolene 113, 114 blir deretter omviklet rundt de myke ferrittelementene 109, 110. Sammenstillingen av myk ferritt 109, 110 og RF-spoler 113, 114 blir trykkimpregnert med passende høy-temperatur epoksyharpiks (ikke vist) med lav viskositet for å styrke systemet mot innvirkningen av vibrasjon, forsegle mot borefluid ved brønntrykk og redusere sannsynligheten for magnetoakustiske oscillasjoner. RF-spolene 113, 114 blir så dekket med sliteplater 111, typisk av keramisk eller annet bestandig elektrisk isolerende materiale, for å beskytte dem mot bergartsbitene som strømmer oppover forbi verktøyet i boreslammet. [0025] The weight tube 108 has a recess 170 for RF transmitter antenna and RF receiver antenna coil windings 105. Gaps in the pockets between the soft ferrite elements are filled with electrically insulating material 131, 135 (eg: ceramic or high temperature plastic), and The RF coils 113, 114 are then wrapped around the soft ferrite elements 109, 110. The assembly of soft ferrite 109, 110 and RF coils 113, 114 is pressure impregnated with a suitable low viscosity high temperature epoxy resin (not shown) to strengthen the system against the impact of vibration, seal against drilling fluid at well pressure and reduce the likelihood of magnetoacoustic oscillations. The RF coils 113, 114 are then covered with wear plates 111, typically of ceramic or other durable electrically insulating material, to protect them from the rock fragments flowing upwards past the tool in the drilling mud.
[0026] Som følge av den motstående magnetpol-oppstillingen har anordningen til Slade et aksesymmetrisk magnetfelt og undersøkelsesområde 112 som er upåvirket av verktøyrotasjon. Bruken av ferritt resulterer i et undersøkelsesområde som ligger nær ved borehullet. Dette er ikke noe stort problem på et MWD-verktøy fordi det er liten inntrengning i formasjonen av borefluider i borehullet før loggeoperasjonen. Undersøkelsesområdet er innenfor et skall med en radiell tykkelse på omtrent 20 mm og en aksiell lengde på omtrent 50 mm. Gradienten innenfor undersøkelsesområdet er mindre enn 2,7 G/cm. Det skal bemerkes at disse verdiene er for anordningen til Slade, og som angitt over kan fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse også anvendes med andre egnede NMR-anordninger. [0026] As a result of the opposite magnetic pole arrangement, Slade's device has an axisymmetric magnetic field and examination area 112 which is unaffected by tool rotation. The use of ferrite results in a survey area that is close to the borehole. This is not a major problem on an MWD tool because there is little intrusion into the formation of drilling fluids in the borehole before the logging operation. The survey area is within a shell with a radial thickness of approximately 20 mm and an axial length of approximately 50 mm. The gradient within the survey area is less than 2.7 G/cm. It should be noted that these values are for Slade's device, and as indicated above, the method according to the present invention can also be used with other suitable NMR devices.
[0027] Fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse er basert på en representasjon av det innsamlede ekkotoget i undergrunnsformasjonen som en vektet kombinasjon av prinsipalkomponenter avledet under datainnsamling. Dette muliggjør komprimering av dataene; i stedet for at tusen prøver er nødvendig for å fremstille ett enkelt ekkotog, blir typisk 10 prinsipalkomponenter overført for hvert ekkotog. [0027] The method according to the present invention is based on a representation of the collected echo train in the underground formation as a weighted combination of principal components derived during data collection. This enables compression of the data; instead of a thousand samples being required to produce a single echo train, typically 10 principal components are transferred for each echo train.
Prinsipalkomponentene blir avledet nedihulls og kan bli sendt oppihulls når tidligere avledede prinsipalkomponenter ikke gir en tilfredsstillende rekonstruksjon av ekkotogene nedihulls. På overflaten blir de mottatte dataene (som kan omfatte prosesstøy) dekomprimert og invertert for å frembringe en T2-fordeling. Vi vil nå kort beskrive prinsipalkomponentanalyse-(PCA – Principal Component Analysis)-metoden for komprimering og dekomprimering av dataene. The principal components are derived downhole and can be sent uphole when previously derived principal components do not provide a satisfactory reconstruction of echogenic downholes. At the surface, the received data (which may include process noise) is decompressed and inverted to produce a T2 distribution. We will now briefly describe the principal component analysis (PCA – Principal Component Analysis) method for compressing and decompressing the data.
[0028] Vi representerer en sekvens av N ekkotog, hvert M ekko langt, med matrisen: [0028] We represent a sequence of N echo trains, each M echo long, with the matrix:
Ekkotogene er typisk 1000 ekkoer lange. Middelverdien til j-te ekko er benevnt som: The echo trains are typically 1000 echoes long. The mean value of the jth echo is named as:
Vi definerer deretter kovariansmatrisen til dataene som: We then define the covariance matrix of the data as:
der: there:
Kovariansmatrisen C blir dekomponert til dens egenverdier og egenvektorer The covariance matrix C is decomposed into its eigenvalues and eigenvectors
C = V Λ V<-1>(5), C = V Λ V<-1>(5),
der V er en matrise hvis kolonner er egenvektorene til C og Λ er diagonalmatrisen av egenverdier: where V is a matrix whose columns are the eigenvectors of C and Λ is the diagonal matrix of eigenvalues:
med with
Med denne ordningen av egenverdiene er egenvektorene i V prinsipalkomponentene. With this arrangement of the eigenvalues, the eigenvectors in V are the principal components.
[0029] Representasjon av ekkotogdataene dannes ved transformasjonen [0029] Representation of the echo train data is formed by the transformation
og den inverse transformasjonen and the inverse transformation
kan anvendes for å gjenopprette dataene. Datakomprimering oppnås ved å trunkere matrisen V til de første k radene svarende til de dominante egenverdiene i likn. (7). Tabell 1 viser et eksempel på dominerende egenverdier for et eksempel på sekvens av ekkotog. can be used to restore the data. Data compression is achieved by truncating the matrix V to the first k rows corresponding to the dominant eigenvalues in Eq. (7). Table 1 shows an example of dominant eigenvalues for an example sequence of echo trains.
Tabell 1: Variansfordeling Table 1: Variance distribution
[0030] Figur 3 viser egenvektorene svarende til de syv største egenverdiene for ekkotoget anvendt i avledningen av tabell 1. De er sortert i henhold til absoluttverdien til egenverdiene 301, 303, 305, 307, 309, 311, 313. [0030] Figure 3 shows the eigenvectors corresponding to the seven largest eigenvalues for the echo train used in the derivation of table 1. They are sorted according to the absolute value of the eigenvalues 301, 303, 305, 307, 309, 311, 313.
[0031] I den nedre delen av figur 4 viser kurven 451 den opprinnelige T2-fordelingen svarende til det støyfrie ekkotoget. Ved hjelp av kurven 451 blir et opprinnelig ekkotog (inneholdt i 401) generert. Støy blir lagt til i det opprinnelige ekkotoget for å skape et støybeheftet ekkotog, også inneholdt i 401 i den øvre delen av figur 4. Kurven 453 er resultatet av invertering av det støybeheftede ekkotoget. Sammenlikning av 451 og 453 viser at selv med et lavt nivå av støy, inversjonen avviker fra det korrekte resultatet. Komprimering og dekomprimering av det støybeheftede ekkotoget gir et resultat som fortsatt er inneholdt i 401. Som vil bli redegjort for nedenfor dannes resultatene av dekomprimeringen av egenvektorene, og er ikke multieksponentielle. Invertering av resultatene av dekomprimeringen gir kurven 455. Et slikt resultat er ikke tilfredsstillende fordi inversjonsalgoritmen forsøker å tilpasse en multieksponential til en kurve som ikke lenger er multieksponentiell. For å unngå problemer som følge av at dekomprimeringsresultatene ikke er eksponentielle, blir en liten mengde støy lagt til i de dekomprimerte dataene før inversjonen utføres. Resultatene av invertering av disse støybeheftede, dekomprimerte dataene er vist av 457. En ser at det er et godt sammenfall mellom opprinnelig T2-fordeling og resultatene av inversjon med bruk av PCA. [0031] In the lower part of Figure 4, the curve 451 shows the original T2 distribution corresponding to the noise-free echo train. Using curve 451, an initial echo train (contained in 401) is generated. Noise is added to the original echo train to create a denoised echo train, also contained in 401 in the upper portion of Figure 4. Curve 453 is the result of inverting the denoised echo train. Comparison of 451 and 453 shows that even with a low level of noise, the inversion deviates from the correct result. Compression and decompression of the noisy echo train produces a result that is still contained in 401. As will be explained below, the results of the decompression of the eigenvectors are formed and are not multi-exponential. Inverting the results of the decompression gives the curve 455. Such a result is not satisfactory because the inversion algorithm attempts to fit a multiexponential to a curve that is no longer multiexponential. To avoid problems resulting from the decompression results not being exponential, a small amount of noise is added to the decompressed data before the inversion is performed. The results of inversion of these noisy, decompressed data are shown by 457. One can see that there is a good match between the original T2 distribution and the results of inversion using PCA.
[0032] PCA-metoden kan også anvendes for å komprimere to eller flere ekkotog i én enkelt operasjon. Den øvre delen av figur 5 viser en sammenkjeding av to ekkotog. Den tidlige delen 501 ble innhentet med kort ventetid slik at en fikk en måling av hurtig relakserte komponenter i T2-spekteret, mens den senere delen 503 er et langt ekkotog ment for å gjenopprette de langsommere komponentene i T2-spekteret. Den nedre delen av figur 5 viser liten forskjell mellom den faktiske T2-fordelingen og resultatene fra bruk av PCA på de sammenkjedede ekkotogene. [0032] The PCA method can also be used to compress two or more echo trains in a single operation. The upper part of Figure 5 shows a chaining of two echo trains. The early part 501 was obtained with a short waiting time so that a measurement of rapidly relaxed components in the T2 spectrum was obtained, while the later part 503 is a long echo train intended to restore the slower components in the T2 spectrum. The lower part of Figure 5 shows little difference between the actual T2 distribution and the results from applying PCA to the concatenated echotags.
[0033] Det skal bemerkes at PCA-metoden også fungerer for T1-data. Det er funnet at felles komprimering av T1- og T2-data kun er tilfredsstillende for en fast verdi av T1/T2.Ettersom dette forholdet varierer nede i brønnhullet, har felles komprimering av T1- og T2-data begrenset verdi. [0033] It should be noted that the PCA method also works for T1 data. It has been found that joint compression of T1 and T2 data is only satisfactory for a fixed value of T1/T2. As this ratio varies down the wellbore, joint compression of T1 and T2 data has limited value.
[0034] Figur 6 viser et flytdiagram som oppsummerer gjennomføringen av fremgangsmåten, omfattende nærmere detaljer ved tilpasningsmetoden beskrevet over. NMR-data blir samlet inn nedihulls 607. En trunkert egenvektormatrise blir anvendt 609 på det innsamlede ekkotoget X. De komprimerte dataene blir telemetrert til overflaten 613, og en rekonstruksjon av ekkotoget blir invertert for å bestemme T2-fordelingen 615. [0034] Figure 6 shows a flow diagram summarizing the implementation of the method, including further details of the adaptation method described above. NMR data is collected downhole 607. A truncated eigenvector matrix is applied 609 to the collected echo train X. The compressed data is telemetered to the surface 613, and a reconstruction of the echo train is inverted to determine the T2 distribution 615.
[0035] I én utførelsesform av oppfinnelsen blir egenvektormatrisen generert på overflaten og den trunkerte matrisen blir lastet inn i minnet i nedihullsprosessoren. Vi danner kunstige enkelteksponentielle data. Dette er en ren eksponentialfunksjon, 1000 verdier jevnt fordelt med TE = 0,6 ms, med gitt T2.Vi genererer en slik sekvens av kunstige dataverdier (en enkelteksponential) for hver verdi av T2som skal betraktes, f.eks. for 0,3ms, 0,35ms, ..., 3000ms. Dette gir 64 sekvenser av dataverdier for enkelteksponentialer. Vi bemerker at ethvert tenkelig målt ekkotog kan dekomponeres til et sett av disse sekvensene av dataverdier. Vi anvender derfor PCA-metoden på disse dataene for å finne ut mer om deres statistiske egenskaper. Vi ønsker å foreta en koordinatsystemrotasjon (i et 1000-dimensjonalt vektorrom), og vi anvender PCA nå for å finne ut hvilke basisvektorer som må anvendes for billigst mulig å uttrykke en hvilken som helst multieksponential i det nye koordinatsystemet. Merk at selv om den opprinnelige datamatrisen bestod av eksponentialer, egenvektorene, etter PCA, ikke nødvendigvis er eksponentialer. Etter at PCA-metoden er utført, blir matrisen trunkert til antallet rader svarende til de dominerende egenverdiene. Se likn. (9). [0035] In one embodiment of the invention, the eigenvector matrix is generated on the surface and the truncated matrix is loaded into memory in the downhole processor. We form artificial single exponential data. This is a pure exponential function, 1000 values uniformly distributed with TE = 0.6 ms, with given T2. We generate such a sequence of artificial data values (a single exponential) for each value of T2 to be considered, e.g. for 0.3ms, 0.35ms, ..., 3000ms. This gives 64 sequences of data values for single exponentials. We note that any imaginable measured echo train can be decomposed into a set of these sequences of data values. We therefore apply the PCA method to these data to find out more about their statistical properties. We want to perform a coordinate system rotation (in a 1000-dimensional vector space), and we now apply PCA to find out which basis vectors must be used to express any multiexponential in the new coordinate system as cheaply as possible. Note that although the original data matrix consisted of exponentials, the eigenvectors, after PCA, are not necessarily exponentials. After the PCA method is performed, the matrix is truncated to the number of rows corresponding to the dominant eigenvalues. See equation (9).
[0036] I en alternativ utførelsesform av oppfinnelsen blir PCA-metoden utført nede i brønnhullet. Dette krever enorm beregningskraft og skal gjøres sparsomt i tilfeller der det er fastslått at et tidligere bestemt sett av egenvektorer ikke gir en tilfredsstillende representasjon av dataene. Dette kan være aktuelt dersom for eksempel parametere for pulssekvensen endrer seg, eller dersom det finner sted en stor endring i litologien og/eller fluidinnholdet i formasjonen. [0036] In an alternative embodiment of the invention, the PCA method is carried out down the wellbore. This requires enormous computational power and should be done sparingly in cases where it has been determined that a previously determined set of eigenvectors does not provide a satisfactory representation of the data. This may be relevant if, for example, parameters for the pulse sequence change, or if there is a major change in the lithology and/or fluid content of the formation.
[0037] Gjenskapningen av egenskaper av interesse kan dekke T2-fordeling, volummål, permeabilitet, ekkotog og andre bergarts- og fluidegenskaper som er basert på NMR-data. Det skal videre bemerkes at fremgangsmåten som sådan naturligvis ikke er begrenset til anvendelser nede i brønnhull. Som antydet i Hamdan er BVI, effektiv porøsitet, bundet vann, leirebundet vann og total porøsitet blant formasjonsegenskapene som kan bestemmes. Fra T2-relaksasjonsspekteret, med bruk av en inversjonsmetode, er det mulig å estimere porestørrelsesfordelingen. Bruk av en poreskala geometrisk modell anvendt ved invertering av NMR-spektre er beskrevet for eksempel i US-patentet 7363161 til Georgi m.fl., som er overdratt til samme som foreliggende oppfinnelse. Bestemmelse av permeabilitet er omtalt i US 6686 736 til Schoen m.fl., som er overdratt til samme som foreliggende oppfinnelse. [0037] The reconstruction of properties of interest can cover T2 distribution, volume measure, permeability, echo train and other rock and fluid properties that are based on NMR data. It should also be noted that the method as such is naturally not limited to downhole applications. As suggested in Hamdan, BVI, effective porosity, bound water, clay bound water and total porosity are among the formation properties that can be determined. From the T2 relaxation spectrum, using an inversion method, it is possible to estimate the pore size distribution. Use of a pore-scale geometric model used when inverting NMR spectra is described, for example, in US patent 7363161 to Georgi et al., which is assigned to the same as the present invention. Determination of permeability is discussed in US 6686 736 to Schoen et al., which is transferred to the same as the present invention.
[0038] I en alternativ utførelsesform av oppfinnelsen, i stedet for prinsipalkomponentregresjon eller prinsipalkomponentanalyse (PCA - Principal Component Analysis), kan en metode kalt uavhengig komponentanalyse (ICA - Independent Component Analysis) anvendes. I PCA finnes basisvektorene ved å løse det algebraiske egenverdiproblemet [0038] In an alternative embodiment of the invention, instead of principal component regression or principal component analysis (PCA), a method called independent component analysis (ICA) can be used. In PCA, the basis vectors are found by solving the algebraic eigenvalue problem
R<T>(XX<T>)R= Λ (10) der X er en datamatrise hvis kolonner er treningsprøver (med middelverdiene fjernet), R er en matrise av egenvektorer og Λ er den tilhørende diagonalmatrisen av egenverdier. Med en slik representasjon er projeksjonen av data, Cn= Rn<T>X, fra det opprinnelige p-dimensjonale rommet til et underrom utspent av n prinsipal-egenvektorer optimal med hensyn til midlere kvadratfeil. Nærmere bestemt har projeksjonen av Cntilbake til det p-dimensjonale rommet minimum rekonstruksjonsfeil. Dersom n er stor nok til å omfatte alle egenvektorene med tilhørende egenverdi forskjellig fra null, er projeksjonen tapsfri. Målet i PCA-metoden er å minimere rekonstruksjonsfeilen fra komprimerte data. R<T>(XX<T>)R= Λ (10) where X is a data matrix whose columns are training samples (with the mean values removed), R is a matrix of eigenvectors and Λ is the associated diagonal matrix of eigenvalues. With such a representation, the projection of data, Cn= Rn<T>X, from the original p-dimensional space to a subspace spanned by n principal eigenvectors is optimal with respect to mean square errors. Specifically, the projection of Cntilbake to the p-dimensional space has minimum reconstruction error. If n is large enough to include all the eigenvectors with an associated eigenvalue different from zero, the projection is lossless. The goal in the PCA method is to minimize the reconstruction error from compressed data.
[0039] I ICA-metoden, derimot, er målet å minimere den statistiske avhengigheten mellom basisvektorene. Matematisk kan dette skrives som WX<T>= U, der ICA-metoden leter etter en lineær transformasjon W som minimerer den statistiske avhengigheten mellom radene i U, gitt et treningssett X (som før). Til forskjell fra PCA er basisvektorene i ICA hverken ortogonale eller rangert i rekkefølge. I tillegg finnes det ikke noe analytisk uttrykk for å bestemme W. I stedet må en anvende iterative algoritmer. Se Baek m.fl., PCA vs. ICA: A comparison on the FERET data set. [0039] In the ICA method, on the other hand, the goal is to minimize the statistical dependence between the basis vectors. Mathematically, this can be written as WX<T>= U, where the ICA method looks for a linear transformation W that minimizes the statistical dependence between the rows in U, given a training set X (as before). Unlike PCA, the basis vectors in ICA are neither orthogonal nor ranked in order. In addition, there is no analytical expression for determining W. Instead, one must use iterative algorithms. See Baek et al., PCA vs. ICA: A comparison on the FERET data set.
[0040] Som angitt av Baek blir globale egenskaper bedre representert av PCA mens lokal struktur blir bedre representert av ICA. Basert på en sammenlikning av PCA og ICA konkluderte Baek med at PCA ga bedre resultater for ansiktsgjenkjenningsproblemer (som er holistiske av natur). Baek antok videre at ICA vil kunne gi bedre resultater for evaluering av lokaliserte gjenkjenningsoppgaver, så som gjenkjenning av ansiktsuttrykk. [0040] As stated by Baek, global features are better represented by PCA while local structure is better represented by ICA. Based on a comparison of PCA and ICA, Baek concluded that PCA performed better for face recognition problems (which are holistic in nature). Baek further hypothesized that ICA will be able to provide better results for the evaluation of localized recognition tasks, such as recognition of facial expressions.
[0041] Først og fremst gir NMR-målinger en antydning om porestørrelsesfordeling i en undergrunnsformasjon. For det andre gir de en antydning om fluidtyper. I sin natur reflekterer den primære porestørrelsesfordelingen i sedimentære bergarter sedimentasjonsenergien, noe som er episodisk. Følgelig kan en betydelig mengde lokal struktur forventes i porestørrelsesfordelingen. For å si det på en annen måte vil en for eksempel forvente en høy korrelasjon mellom forekomster av porestørrelser på 1 μm og 1,01 μm; dette vil antyde en lokal struktur i T2-fordelingen og T1-fordelingen. I tillegg vil tilstedeværelse av tungolje i en formasjon også tyde på en lokal struktur i relaksasjonstidsfordelingene - når tungolje er dannet, kan den ikke omdannes til lettolje. [0041] First and foremost, NMR measurements give an indication of pore size distribution in a subsurface formation. Second, they give an indication of fluid types. By its nature, the primary pore size distribution in sedimentary rocks reflects the sedimentation energy, which is episodic. Consequently, a significant amount of local structure can be expected in the pore size distribution. To put it another way, for example, one would expect a high correlation between occurrences of pore sizes of 1 μm and 1.01 μm; this would suggest a local structure in the T2 distribution and the T1 distribution. In addition, the presence of heavy oil in a formation will also indicate a local structure in the relaxation time distributions - once heavy oil is formed, it cannot be converted to light oil.
[0042] Vi vil nå ta for oss utførelse av ICA og forskjeller fra PCA. NMR-relaksasjon i fluider i bergarter utviser en multieksponentiell oppførsel, som kan uttrykkes i en diskret modell som følger: [0042] We will now deal with the execution of ICA and differences from PCA. NMR relaxation in fluids in rocks exhibits a multiexponential behavior, which can be expressed in a discrete model as follows:
Antatt at T2j= 0,2...8192 med bruk av et inkrement på 2<(1/4)>vil T2ha lengde 64. Dette kan uttrykkes i matrisenotasjon ved sampling av t med TE= 0,6 μs og 1000 sampler som: Assuming that T2j= 0.2...8192 using an increment of 2<(1/4)>, T2 will have length 64. This can be expressed in matrix notation by sampling t with TE= 0.6 μs and 1000 samples as :
der Ajer proporsjonal med protoninnholdet i porer som har en relaksasjonstid på T2j, E(t) er det resulterende ekkotoget i kontinuerlig tid og E er den diskretiserte versjonen av E(t). where Ajer is proportional to the proton content in pores having a relaxation time of T2j, E(t) is the resulting echo train in continuous time and E is the discretized version of E(t).
Vi avbilder først alle mulige ekkotog med enkelteksponentiell tilbakegangskonstant til en matrise F. Deretter, med ICA-metoden, dekomponerer vi matrisen F til 2 matriser. We first map all possible single-exponential regression constant echo trains into a matrix F. Then, using the ICA method, we decompose the matrix F into 2 matrices.
F er en matrise som utspenner alle enkeltkomponent-tilbakeganger i ekkotogrommet. F is a matrix that spans all single-component regressions in the echo train space.
S er en matrise av uavhengige komponenter (latente variabler) av den tilhørende typen datainnsamling (opprettet fra ICA) med bruk av algoritmen fastICA, tilgjengelig med MATLAB, av matrisen F). M er blandingsmatrise. Både M og S må estimeres. Når S og M er funnet, er datakomprimeringsmetoden som følger: S is a matrix of independent components (latent variables) of the associated type of data collection (created from ICA) using the algorithm fastICA, available with MATLAB, of the matrix F). M is mixture matrix. Both M and S must be estimated. Once S and M are found, the data compression method is as follows:
Comp kalles komprimeringsvektoren. Likn.4 kan da skrives som: Comp is called the compression vector. Equation 4 can then be written as:
Multiplisér nå begge sider fra høyre med den inverse av S => S<-1>. Now multiply both sides from the right by the inverse of S => S<-1>.
E1x1000x S<-1>1000x64= Comp1x64x S64x1000x S<-1>1000x64E1x1000x S<-1>1000x64= Comp1x64x S64x1000x S<-1>1000x64
som gir: which gives:
E1x1000x S<-1>1000x64= Comp1x64<(16)>E1x1000x S<-1>1000x64= Comp1x64<(16)>
Egenverdianalysen av kovariansen til F forteller oss imidlertid at det etter komponent 6 vil være nesten null prosent varians igjen, som kan sees av tabell 1. However, the eigenvalue analysis of the covariance of F tells us that after component 6 there will be almost zero percent variance left, as can be seen from table 1.
[0043] Følgelig kan likn.16 reduseres til: [0043] Consequently, equation 16 can be reduced to:
E1x1000x S<-1>1000x6= Comp1x6<(17)>E1x1000x S<-1>1000x6= Comp1x6<(17)>
Likn. 17 anvendes i nedihullsverktøyet for komprimering av ekkotog. Likn.15 blir likn. Eq. 17 is used in the downhole tool for compression of echo trains. Equation 15 becomes equation
18 og anvendes i overflatesystemet for å dekomprimere de slampuls-overførte dataene: 18 and is used in the surface system to decompress the mud pulse transmitted data:
E1x1000= Comp1x6x S6x1000<(18)>E1x1000= Comp1x6x S6x1000<(18)>
Likn. 17 forteller oss at vi ved å frembringe den inverse av en redusert form av matrisen S, kan komprimere et ekkotog med lengde 1000 (og dersom vi har et ekkotog med lengde N, må vi generere matrisen S med størrelse 6xN) til en 1x6-matrise. Videre forteller likn.18 oss at vi kan gjenskape ekkotoget ved å anvende den samme modellen (uavhengige komponenter) og den motsvarende komprimeringen. Eq. 17 tells us that by producing the inverse of a reduced form of the matrix S, we can compress an echo train of length 1000 (and if we have an echo train of length N, we must generate the matrix S of size 6xN) into a 1x6 matrix . Furthermore, equation 18 tells us that we can recreate the echo train by using the same model (independent components) and the corresponding compression.
[0044] PCA-algoritmen skiller seg fra ICA-algoritmen kun ved dekomponeringsmetoden. I prinsipalkomponentanalyse dekomponerer vi matrisen F til 2 matriser. F64x1000= Scores64x64x Loads64x1000<(19)>[0044] The PCA algorithm differs from the ICA algorithm only in the decomposition method. In principal component analysis, we decompose the matrix F into 2 matrices. F64x1000= Scores64x64x Loads64x1000<(19)>
Her er F er en matrise som utspenner alle enkeltkomponent-tilbakeganger, Loads er en matrise av egenvektorer fra den aktuelle typen datainnsamling (opprettet fra prinsipalkomponent-dekomponering av matrisen F) og Scores er egenverdiene til matrisen F. Here, F is a matrix spanning all single-component regressions, Loads is a matrix of eigenvectors from the current type of data collection (created from principal component decomposition of the matrix F) and Scores are the eigenvalues of the matrix F.
Det skal bemerkes at Scores danner et ortogonalt sett (Scoresi<T>Scoresj= 0 for i≠j) og Loads danner et ortonormalt sett (Loadsj<T>Loadsj= 0 for i≠j og = 1 for i = j ) => Loads<T>= Loads<-1>. Scores for Scoresji T er en lineær kombinasjon av F definert av Loads; hvilket betyr at Scoresier projeksjonen av F på Loadsi.Ved å sette inn verdien til F fra likn.10 i likn.2 får vi: It should be noted that Scores form an orthogonal set (Scoresi<T>Scoresj= 0 for i≠j) and Loads form an orthonormal set (Loadsj<T>Loadsj= 0 for i≠j and = 1 for i = j ) => Loads<T>= Loads<-1>. Scores for Scoresji T is a linear combination of F defined by Loads; which means that Scoresier is the projection of F on Loadsi. By inserting the value of F from equation 10 into equation 2, we get:
E1x1000= A1x64x Scores64x64x Loads64x1000<(20)>E1x1000= A1x64x Scores64x64x Loads64x1000<(20)>
La Let
Comp1x64= A1x64x Scores64x64<(20a)>Comp1x64= A1x64x Scores64x64<(20a)>
Comp er det vi kaller en komprimeringsvektor. Likn.20a kan da skrives som: Comp is what we call a compression vector. Equation 20a can then be written as:
E1x1000= Comp1x64x Loads64x1000<(21)>E1x1000= Comp1x64x Loads64x1000<(21)>
Ved nå å multiplisere fra høyre med den inverse av Loads => Loads<-1>, og anvende det faktum at Loads<-1>= Loads<T>, får vi: Now multiplying from the right by the inverse of Loads => Loads<-1>, and applying the fact that Loads<-1>= Loads<T>, we get:
E1x1000x Loads<T>1000x64= Comp1x64x Loads64x1000x Loads<T>64x1000E1x1000x Loads<T>1000x64= Comp1x64x Loads64x1000x Loads<T>64x1000
som gir: which gives:
E1x1000x Loads<T>1000x64= Comp1x64<(22)>E1x1000x Loads<T>1000x64= Comp1x64<(22)>
[0045] Likn.22 forteller oss at vi kan komprimere hele ekkotoget fra 1000 punkter til 64 punkter uten tap av informasjon. PCA-analyse forteller oss at det etter komponent 5 vil være nesten null prosent varians igjen, som kan sees av følgende tabell: [0045] Equation 22 tells us that we can compress the entire echo train from 1000 points to 64 points without loss of information. PCA analysis tells us that after component 5 there will be almost zero percent variance left, as can be seen from the following table:
Tabell 2: Analyse av variansfordelingen i hver PCA-komponent Table 2: Analysis of the variance distribution in each PCA component
Følgelig kan likn.22 reduseres til: Consequently, equation 22 can be reduced to:
E1x1000x Loads<T>1000x5= Comp1x5<(23)>og likn.21 blir E1x1000x Loads<T>1000x5= Comp1x5<(23)>and equation 21 becomes
E1x1000= Comp1x5x Loads5x1000<(24)>E1x1000= Comp1x5x Loads5x1000<(24)>
[0046] Likn.23 forteller oss at vi ved å frembringe en redusert form av matrisen Loads kan komprimere et ekkotog med lengde 1000 (og dersom vi har et ekkotog med lengde N, må vi generere matrisen Loads med størrelse 5xN) til en 1x5-matrise. Videre forteller likn.24 oss at vi kan gjenskape ekkotoget ved å anvende den samme modellen og den motvarende komprimeringen. [0046] Equation 23 tells us that by producing a reduced form of the matrix Loads we can compress an echo train of length 1000 (and if we have an echo train of length N, we must generate the matrix Loads of size 5xN) into a 1x5- matrix. Furthermore, equation 24 tells us that we can reproduce the echo train by applying the same model and the corresponding compression.
[0047] Kort oppsummert kan ICA-algoritmen anvendes i stedet for PCA. [0047] In brief, the ICA algorithm can be used instead of PCA.
[0048] Underforstått i styring og prosessering av dataene er bruk av et dataprogram innlemmet på et passende maskinlesbart medium som setter prosessoren i stand til å bevirke nevnte styring og prosessering. Det maskinlesbare mediet kan omfatte ROM, EPROM, EAROM, flashminner og optiske platelagre. [0048] Implied in managing and processing the data is the use of a computer program incorporated on a suitable machine-readable medium which enables the processor to effect said management and processing. The machine-readable medium may include ROM, EPROM, EAROM, flash memory and optical disc storage.
Claims (16)
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US1946208P | 2008-01-07 | 2008-01-07 | |
US12/347,784 US8022698B2 (en) | 2008-01-07 | 2008-12-31 | Joint compression of multiple echo trains using principal component analysis and independent component analysis |
PCT/US2009/030287 WO2009089258A2 (en) | 2008-01-07 | 2009-01-07 | Joint compression of multiple echo trains using principal component analysis and independent component analysis |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
NO20100977L NO20100977L (en) | 2010-08-27 |
NO343160B1 true NO343160B1 (en) | 2018-11-19 |
Family
ID=40853743
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
NO20100977A NO343160B1 (en) | 2008-01-07 | 2010-07-05 | Total compression of multiple echo trains using principal component analysis and independent component analysis |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
CA (1) | CA2711494C (en) |
GB (1) | GB2468615B (en) |
NO (1) | NO343160B1 (en) |
WO (1) | WO2009089258A2 (en) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104614778B (en) * | 2015-01-27 | 2017-08-25 | 吉林大学 | Nuclear magnetic resonance underground water detectable signal noise cancellation method based on ICA |
US10061053B2 (en) | 2015-04-30 | 2018-08-28 | Baker Hughes, A Ge Company, Llc | NMR T2 distribution from simultaneous T1 and T2 inversions for geologic applications |
CN105004747B (en) * | 2015-07-13 | 2017-04-12 | 中国地质大学(北京) | Method for nuclear magnetic resonance measurement of coal core average pore compression coefficient |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20040041562A1 (en) * | 2002-08-28 | 2004-03-04 | Peter Speier | Method for magnetic resonance fluid characterization |
US20040169511A1 (en) * | 2003-02-27 | 2004-09-02 | Schlumberger Technology Corporation | [Interpretation Methods for NMR Diffusion-T2 maps] |
US20050206378A1 (en) * | 2004-03-18 | 2005-09-22 | Baker Hughes Incorporated | Rock properties prediction, categorization, and recognition from NMR echo-trains using linear and nonlinear regression |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2545484B2 (en) * | 1990-05-21 | 1996-10-16 | シュルンベルジェ オーバーシーズ,エス,エイ | Perforation measurement and interpretation of NMR characteristics of formations |
US6040696A (en) * | 1997-09-16 | 2000-03-21 | Schlumberger Technology Corporation | Method for estimating pore structure in carbonates from NMR measurements |
EG22421A (en) * | 1998-10-02 | 2003-01-29 | Shell Int Research | Nmr logging assembly |
US6859032B2 (en) * | 2001-12-18 | 2005-02-22 | Schlumberger Technology Corporation | Method for determining molecular properties of hydrocarbon mixtures from NMR data |
-
2009
- 2009-01-07 CA CA2711494A patent/CA2711494C/en active Active
- 2009-01-07 WO PCT/US2009/030287 patent/WO2009089258A2/en active Application Filing
- 2009-01-07 GB GB1011123.5A patent/GB2468615B/en active Active
-
2010
- 2010-07-05 NO NO20100977A patent/NO343160B1/en unknown
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20040041562A1 (en) * | 2002-08-28 | 2004-03-04 | Peter Speier | Method for magnetic resonance fluid characterization |
US20040169511A1 (en) * | 2003-02-27 | 2004-09-02 | Schlumberger Technology Corporation | [Interpretation Methods for NMR Diffusion-T2 maps] |
US20050206378A1 (en) * | 2004-03-18 | 2005-09-22 | Baker Hughes Incorporated | Rock properties prediction, categorization, and recognition from NMR echo-trains using linear and nonlinear regression |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2009089258A2 (en) | 2009-07-16 |
WO2009089258A3 (en) | 2009-09-24 |
GB201011123D0 (en) | 2010-08-18 |
GB2468615A (en) | 2010-09-15 |
CA2711494A1 (en) | 2009-07-16 |
GB2468615B (en) | 2012-06-13 |
CA2711494C (en) | 2015-03-17 |
NO20100977L (en) | 2010-08-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8022698B2 (en) | Joint compression of multiple echo trains using principal component analysis and independent component analysis | |
NO20101266L (en) | Compression of NMR echo trains | |
US8004279B2 (en) | Real-time NMR distribution while drilling | |
US7495436B2 (en) | Rock properties prediction, categorization, and recognition from NMR echo-trains using linear and nonlinear regression | |
US6727696B2 (en) | Downhole NMR processing | |
CA2662307C (en) | Nmr echo train compression | |
US9097818B2 (en) | Kerogen porosity volume and pore size distribution using NMR | |
US20190271224A1 (en) | Correction of motion effect in nuclear magnetic resonance (nmr) logging | |
US20130214779A1 (en) | Method and system to characterize a property of an earth formation | |
NO20210767A1 (en) | Evaluation of formation fracture properties using nuclear magnetic resonance | |
US10061053B2 (en) | NMR T2 distribution from simultaneous T1 and T2 inversions for geologic applications | |
NO20141005A1 (en) | Non-uniform echo-decimation | |
NO343160B1 (en) | Total compression of multiple echo trains using principal component analysis and independent component analysis |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
CHAD | Change of the owner's name or address (par. 44 patent law, par. patentforskriften) |
Owner name: BAKER HUGHES, US |