RU2337436C2

RU2337436C2 - Усовершенствованные антенны для каротажа на основе ядерно-магнитного резонанса

Info

Publication number: RU2337436C2
Application number: RU2003130476/09A
Authority: RU
Inventors: Реза ТАХЕРИАН (US); Реза ТАХЕРИАН; Ричард П. ХАРРИС (US); Ричард П. ХАРРИС
Original assignee: Шлюмбергер Текнолоджи Бв
Priority date: 2002-10-16
Filing date: 2003-10-15
Publication date: 2008-10-27
Also published as: RU2003130476A; CA2442274A1; CN1497776A; GB2396424A; CA2442274C; GB2396424B; GB0323052D0; AU2003246336A1; US6586932B1; CN1497776B; AU2003246336B2

Abstract

Изобретение относится к области геофизики, в частности каротажу скважин на основе ядерно-магнитного резонанса. Усовершенствование осуществляется за счет добавления к части антенны дополнительных витков, либо окружающих ферритовый материал, либо расположенных на поверхности, по меньшей мере, частично непроводящего материала. Дополнительные витки или полувитки в комбинации с РЧ-полем от параллельных частей антенны обеспечивают формирование составляющей РЧ-поля, которая является пропорционально более высокой, чем составляющая РЧ-поля от частей катушки без использования усовершенствования. Кроме того, суммарному РЧ-полю может быть придана форма по области образца геологической среды в зависимости от размещения обуславливающих усовершенствование витков. Таким образом, например, может быть создано суммарное РЧ-поле для достижения ортогонального выравнивания относительно статического магнитного поля по большей области образца. Технический результат - улучшение характеристик антенны. 3 н. и 18 з.п. ф-лы, 7 ил.

Description

Область техники

Настоящее изобретение относится, в основном, к устройству ядерного магнитного резонанса (ЯМР) и способам каротажа скважин. В частности, изобретение относится к конструкциям антенн для устройства каротажа скважин на основе ядерно-магнитного резонанса (ЯМР-каротажа).

Предшествующий уровень техники

Зонды ЯМР-каротажа измеряют амплитуду и постоянную затухания сигнала ЯМР от спиновых ядер в пласте, наиболее часто протонов, которые являются комплектующими как воды, так и углеводородов. Начальная амплитуда сигнала является мерой полной пористости пласта, тогда как затухание во времени, неизменно многостепенное, может быть разложено на распределение экспоненциальных затуханий с различными временами поперечной релаксации. Время поперечной релаксации, Т_2, представляет собой меру спин-спинового взаимодействия, которое предоставляет информацию о размере пор, типе флюида и гидравлической проницаемости пласта. Эти параметры являются важными петрофизическими параметрами, объясняющими, почему общераспространен ЯМР-каротаж.

Качество методов ЯМР-каротажа в значительной степени зависит от отношения сигнал-шум (С/Ш) измерения. С/Ш определяется, среди прочих параметров, напряженностью статического магнитного поля, напряженностью радиочастотного (РЧ) поля и относительной ориентацией этих двух полей в области измерений. С/Ш также зависит от объема области измерений. В импульсных зондах ЯМР-каротажа статическое магнитное поле В₀ по оси z используется для поляризации ядерных спинов, вызывая прецессию индивидуальных спинов вокруг В₀ с так называемой частотой прецессии ядра ω_L. При обычном цикле измерения РЧ-поле В₁ используется для переориентации намагниченности в другую плоскость, часто перпендикулярную направлению статического магнитного поля, для создания сигнала ЯМР в приемной антенне.

РЧ-антенны, используемые в приборах ЯМР, могут быть аппроксимированы как магнитные диполи. Приборы для ЯМР-каротажа используют конструкцию «изнутри наружу», где образец, например область пласта, находится вне прибора ЯМР. Конструкция антенны для таких применений предъявляет высокие требования. В двух существующих коммерческих зондах ЯМР-каротажа используются укороченные несимметричные коаксиальные и рамочные конструкции.

РЧ-антенны для применений ЯМР-каротажа обычно работают в низком мегагерцовом (МГц) диапазоне частот, где длина волны составляет порядка сотен метров. Физическая длина этих антенн меньше метра, и рабочая глубина в скважине составляет порядка нескольких сантиметров, таким образом антенна всегда работает в условии поля в ближней зоне. Это важное отличие, так как все антенны, предложенные или используемые в ЯМР-каротаже, эквивалентны простым дипольным антеннам в поле дальней зоны, но имеют значительно более сложные свойства поля ближней зоны.

Импульсные приборы ЯМР содержат средство создания постоянного магнитного поля В0 для выравнивания ядерных спинов, тем самым создавая намагниченность ядер, которая первоначально ориентирована по направлению В0. Кроме того, антенна используется для создания РЧ-импульсов В1, которые управляют намагниченностью ядер и обеспечивают создание измеряемых сигналов ЯМР. В принципе, С/Ш максимален, когда В0 и В1 ориентированы ортогонально.

Одной из получивших широкое использование антенн в области связи является простая рамочная антенна, которая обычно выполняется круглой или квадратной формы. Вариантом этой антенны, которая используется в применениях ЯМР-каротажа, является поверхностная рамочная (ПР) антенна. Название отражает тот факт, что рамка размещается на поверхности датчика и принимает его кривизну. Это обуславливает размещение антенны максимально близко к образцу (пласту). Для дополнительного повышения эффективности эти антенны предпочтительно размещаются на поверхности материала, имеющего высокую магнитную проницаемость, такого как мягкие ферриты или другой непроводящий материал.

Другие усовершенствования антенны включают в себя многовитковые антенны или антенны с множеством обмоток для увеличения суммарного РЧ-поля, создаваемого антенной. Для каждого дополнительного витка РЧ-поле от данной обмотки приблизительно суммируется с РЧ-полем от параллельных обмоток. Однако эффективность катушки пропорциональна величине электрического тока, протекающего по обмоткам. По мере увеличения количества витков повышается импеданс катушки, который, при этом же источнике напряжения, приводит к меньшему току через катушку. Таким образом, для антенн, имеющих хорошее согласование импеданса с источником напряжения, одни только дополнительные витки не приводят к какому-нибудь усовершенствованию В1. Даже если повышенный импеданс улучшает согласование антенны, если антенна сначала согласована неправильно, улучшение антенны наблюдается по всей излучающей поверхности антенной катушки. Так как для целей ЯМР предпочтительна только составляющая В1, которая ортогональна или почти ортогональна В0, улучшение В1 во всех точках катушки не является наиболее эффективным подходом.

Сущность изобретения

Антенная катушка в устройстве измерения ЯМР в скважине включает в себя по меньшей мере первую часть катушки, которая вносит вклад в суммарное РЧ-поле, создаваемое антенной катушкой. Части катушки усовершенствованы, так что эти усовершенствованные части катушки вносят более высокий пропорциональный вклад в суммарное РЧ-поле, чем неусовершенствованная часть катушки.

В соответствии с вариантом выполнения усовершенствование антенны достигается созданием дополнительных обмоток на части антенной катушки, которая должна быть усовершенствована, или вблизи нее. В другой усовершенствованной конструкции антенны вместо дополнительных обмоток используется увеличенная часть антенной катушки.

Описание чертежей

На фиг.1А и 1В представлены иллюстрации плоских и изогнутых поверхностных рамочных антенн, известных из уровня техники.

На фиг.2А, 2В, 2С и 2D представлены примерные варианты выполнения плоской и изогнутой поверхностных рамочных усовершенствованных антенн.

На фиг.3А и 3В представлены диаграммы магнитного и РЧ-поля для антенн на фиг.2.

На фиг.4 представлена иллюстрация другого варианта выполнения усовершенствованной поверхностной антенны.

На фиг.5 представлен примерный вариант выполнения антенны, усовершенствованной за счет использования множества полувитков катушки.

На фиг.6А и 6В представлены иллюстрации усовершенствованной антенны для центрированного зонда ЯМР-каротажа.

На фиг.7А, 7В и 7С представлены альтернативные варианты выполнения усовершенствованных антенн.

Подробное описание предпочтительного варианта выполнения

В соответствии с описанной сущностью изобретения интенсивность сигнала может быть повышена за счет усиления РЧ-поля, которое излучается в образце пласта. Более конкретно, антенна ЯМР может быть спроектирована так, чтобы повысить величину РЧ-поля В1, которое ортогонально статическому магнитному полю В0. Антенна ЯМР разделена на множество сегментов или частей, причем каждая способна создавать приблизительно двумерное РЧ-поле. В зависимости от направления В0 одна или несколько частей антенны усовершенствуются, внося более высокий вклад в суммарное РЧ-поле, формируемое антенной, по сравнению с антенной без усовершенствования. Так как остальные части антенны не усовершенствуются, то суммарное РЧ-поле имеет более высокий пропорциональный вклад от усовершенствованных частей антенны по сравнению с неусовершенствованными частями. Таким образом, можно управлять направленными составляющими суммарного РЧ-поля в зависимости от усовершенствованной части антенны и степени реализованного усовершенствования.

На фиг.1А и 1В показаны как плоская, так и изогнутая прямоугольные поверхностные рамочные антенны. Известно, что ток в антенном проводнике образует рамку и создает диаграмму направленности излучения, которая в поле дальней зоны эквивалентна диаграмме направленности излучения точечного магнитного диполя. Хотя описание рамочной антенны как магнитного диполя является вполне адекватным для большинства случаев, в применениях ЯМР-каротажа необходимо более подробное исследование. Это связано с тем, что составляющие В1, которые перпендикулярны к В0, эффективны при изменении направления вектора намагниченности. Таким образом, сигнал ЯМР от каждой точки в области чувствительности максимален тогда, когда скалярное произведение векторов В1 и В0

В1·В0=В1а×В0а+В1t×В0t+В1r×В0r

минимально, где «а» представляет осевую составляющую, «t» представляет тангенциальную составляющую и «r» представляет радиальную составляющую.

Для рамки, изображенной на фиг.1, две стороны 10 и 12 ориентированы по оси зонда (в осевом направлении), тогда как остальные две стороны 14 и 16 (концы) находятся на тангенциальном направлении. Так как ток течет по антенным проводникам, то поле в ближней зоне В1 от сторон 10 и 12 имеет тангенциальную и радиальную составляющие, определяемые по правилу правой руки. Оно отличается от РЧ-поля, возникающего от сторон 14 и 16, которые вращаются в осевом и радиальном направлениях вокруг антенного проводника.

На фиг.2А-2D, в соответствии с одним вариантом выполнения, показаны две усовершенствованные антенны, являющиеся результатом усовершенствований или модификаций антенны по фиг.1. На этой и последующих чертежах сплошные линии представляют линии тока в верхней части формы антенны, тогда как пунктирные линии представляют линии тока под формой антенны. Например, линии витков 30, 32, 34 и 36 антенны на фиг.2С и 2D представляют дополнительные обмотки катушки вокруг периферии ферритового материала 18, или другого непроводящего материала, на фиг.1В. Как в случае всех вариантов выполнения, эти самые линии, представляющие дополнительные витки катушки вокруг ферритового материала 18, также, альтернативно, представляют дополнительные части катушки или витки катушки, размещенные на поверхности феррита 18 или другого непроводящего материала.

В случае усовершенствованной антенны, показанной, например, на фиг.2А, ток в рамке циркулирует по дополнительному витку на каждом конце, повышая излучение от сторон 14 и 34, и 16 и 36. Таким образом, суммарное РЧ-поле, излучаемое антенной, имеет пропорционально более высокий вклад от усовершенствованных сторон 14 и 16 (включающих дополнительные обмотки 34 и 36), чем от неусовершенствованных сторон 10 и 12. В зависимости от импеданса и других требований, предъявляемых к схемам возбуждения антенны (не показаны), и конкретного применения могут быть добавлены дополнительные витки. Например, если добавлены дополнительные витки катушки, то увеличивается импеданс антенной катушки. Эта величина импеданса должна быть согласована соответствующей схемой возбуждения (не показана). Дополнительные витки катушки целесообразны там, где вклад в суммарное РЧ-поле усовершенствованной части катушки недостаточен для достижения требуемой результирующей интенсивности сигнала ЯМР. Например, на фиг.2А, если В0 асимметрично, если смотреть вокруг части 14 катушки, по сравнению с частью 16 катушки, и, если В0 на части 16 катушки более ортогонально В0, чем на части 14 катушки, то может быть выгодным усовершенствовать часть 16 катушки в большей степени, чем усовершенствуется часть 14 катушки. Это может быть сделано, например, посредством только одного усовершенствованного витка на части 14 катушки и множеством усовершенствованных витков на части 16 катушки. Альтернативно, часть 14 катушки может быть выполнена без дополнительных витков, тогда как часть 16 катушки выполняется полувитком, одним или несколькими дополнительными витками, тем самым приводя к объединенной усовершенствованной части катушки, но с такой формой, чтобы увеличить интенсивность в области около части 16 катушки. Таким образом, размещение усовершенствованных витков, в соответствии с вариантом выполнения, используется для придания полю В1 такой формы, чтобы оно лучше согласовалось с полем В0. В этом случае, полю В1 придается такая форма, чтобы достичь улучшенной ортогональности по большей области относительно поля В0.

Дополнительные витки необязательно должны располагаться на двух продольных концах, как на фиг.2А. На фиг.2В показан другой вариант выполнения, в котором дополнительные витки 30 и 32 добавлены к тангенциальным частям катушки.

Выбор конструкции в отношении того, какую часть катушки улучшить, зависит от ряда факторов, но, главным образом, от диаграммы статического магнитного поля В0. Так как интенсивность сигнала ЯМР более высокая тогда, когда ориентация В1 и В0 ортогональна, то должен быть улучшен вклад от части катушки, которая максимизирует эту зависимость. Это показано на фиг.2С и 2D, представляющих трехмерные конфигурации антенны, показанной на фиг.2В. Хотя другие факторы могут изменить конфигурацию, при нормальных условиях антенна, усовершенствованная на продольных концах так, как показано на фиг.2А и 2С, наилучшим образом подходит там, где направление В0 поляризации магнита располагается по тангенциальному направлению, как и магнит 31. Аналогично, хотя другие факторы могут изменить конфигурацию, при нормальных условиях антенна, усовершенствованная на тангенциальных концах, такая, как показанная на фиг.2В и 2D, наилучшим образом подходит там, где направление поляризации магнита располагается по осевому направлению, как и магнит 33. Это более подробно описано ниже в отношении фиг.3А и 3В.

На фиг.3А показаны упрощенные диаграммы поля, связанные с усовершенствованными катушками на фиг.2А и 2С. На фиг.3А представлен поперечный разрез А-А по фиг.2А. Части 14 и 16 катушки создают поле В1, которое вращается вокруг направления пути тока по правилу правой руки. Так как ток протекает в тангенциальном направлении по сторонам 14 и 16, то создаваемое поле В1 состоит из осевой составляющей В1а₁₄, В1а₁₆ и радиальной составляющей В1r₁₄, В1r₁₆ в любой данной точке на диаграмме поля. Дополнительный виток вдоль сторон 14 и 16, изображенный на фиг.2А и 2С, показан на поперечном разрезе А-А в виде частей 34 и 36 катушки соответственно (для ясности показаны только верхние части катушки). Эти параллельные пути, по существу, добавляют к полю В1, создаваемому сторонами 14 и 16, осевую составляющую В1а₃₄, В1а₃₆ и радиальную составляющую В1r₃₄, В1r₃₆.

На фиг.3В показаны упрощенные диаграммы поля, связанные с усовершенствованными катушками на фиг.2В и 2D. На фиг.3В представлена диаграмма РЧ-поля, наблюдаемого на поперечном разрезе В-В, как показано на фиг.2В. Части 10 и 12 катушки создают поле В1, которое вращается вокруг направления пути тока по правилу правой руки. Так как ток протекает в осевом направлению по сторонам 10 и 12, то создаваемое поле В1 состоит из тангенциальной составляющей В1t₁₀, В1t₁₂ и радиальной составляющей В1r₁₀, В1r₁₂ в любой данной точке на диаграмме поля. Дополнительный виток вдоль сторон 10 и 12, изображенный на фиг.2А и 2С, показан на поперечном разрезе В-В в виде частей 30 и 32 катушки соответственно. Эти параллельные пути, по существу, добавляют к полю В1, создаваемому сторонами 10 и 12, тангенциальную составляющую В1t₁₀, В1t₁₂ и радиальную составляющую В1r₁₀, В1r₁₂.

Продолжая описание фиг.3А с ссылкой на фиг.2С, поле В0 28 создается от радиального дипольного магнита 31. Диаграмма поля В0 показана в тангенциальном и радиальном направлении, как указано посредством «О» для поля В0, выходящего из радиально-осевой плоскости, и «Х» для поля В0, входящего в радиально-осевую плоскость. В частности, в центре области, чувствительной к ЯМР, где создается большая часть сигнала ЯМР, поле В0 является чисто тангенциальным. Это поле В0 28 не содержит осевой или В0а составляющей. Так как нет В0а, то стороны антенны, которые создают В1 в осевом направлении, наиболее подходят для использования с этим магнитом 31. Другими словами, любая осевая составляющая поля В1 ортогональна полю В0, имеющему только радиальные и тангенциальные составляющие.

Как показано на фиг.3А, излучение от сторон 14 и 16 создает РЧ-поле с радиальной В1r и осевой В1а составляющей. Как показано на фиг.3В, излучение от сторон 10 и 12 не создает РЧ-поле с осевой составляющей. Таким образом, части 14 и 16 катушки более эффективны для радиального магнита 31, чем РЧ-поле, излучаемое от сторон 10 и 12. Таким образом, для этого конкретного варианта В0 части 14 и 16 антенны усовершенствуются дополнительными витками 34 и 36 катушки соответственно. Таким образом, РЧ-поле, создаваемое от каждой усовершенствованной части, представляет собой сумму РЧ-полей, создаваемых каждой обмоткой катушки в этой части. Более конкретно, для части 14 катушки осевая составляющая по меньшей мере удваивается, В1а₁₄+В1а₃₄. Аналогично, для части 16 катушки осевая составляющая также по меньшей мере удваивается, В1а₁₆+В1а₃₆. В результате суммарное РЧ-поле от конфигурации 11 антенны (фиг.2С) получает более высокий пропорциональный вклад от частей 14 и 16 катушки (включая обмотки 34 и 36), которая включает в себя требуемую осевую составляющую РЧ-поля, по сравнению с вкладом от частей 10 и 12 катушки. Радиальные составляющие усовершенствованных частей 14 и 16 катушки также вносят пропорционально более высокий радиальный вклад РЧ-поля в суммарное РЧ-поле по сравнению с радиальным вкладом поля В1, вносимым отдельно частями 14 и 16 катушки.

Согласно фиг.2В, 2D и 3В, в соответствии с другим вариантом выполнения, поле В0 29 создается от осевого диполя. Диаграмма поля В0 в центре зонда показана в осевом и радиальном направлениях, как указано посредством «О» для поля В0, выходящего из радиально-тангенциальной плоскости, и посредством «Х» для поля В0, входящего в радиально-тангенциальную плоскость. Это поле В0 29 не содержит тангенциальной или В0t составляющей. Так как нет В0t, то В1 для сторон 10 и 12, которые создают составляющую В1 в тангенциальном направлении, будет более ортогональным к В0 и, таким образом, более предпочтительным. Используя аналогичный вышеописанному анализ для части 10 катушки, тангенциальная составляющая по меньшей мере удваивается, В1t₁₀+В1t₃₀. Аналогично, для части 12 катушки тангенциальная составляющая также по меньшей мере удваивается, В1t₁₂+В1t₃₂. В результате суммарное РЧ-поле от конфигурации 13 антенны (фиг.2D) получает более высокий пропорциональный вклад от частей 10 и 12 катушки (содержащих обмотки 30 и 32), которые включают в себя требуемую тангенциальную составляющую РЧ-поля, по сравнению с вкладом от частей 14 и 16 катушки. Как указано выше, радиальные составляющие усовершенствованных частей 10 и 12 катушки также вносят пропорционально более высокий вклад РЧ-поля в суммарное РЧ-поле по сравнению с радиальным вкладом поля В1, создаваемым отдельно частями 10 и 12 катушки.

Далее, другой вариант выполнения, имеющий постоянный магнитный диполь по радиальному направлению, приводит к диаграмме поля В0, аналогичной фиг.3А, но смещенной на девяносто градусов. В этом варианте выполнения диаграмма поля В0 также не имеет осевой составляющей, и применимы диаграмма поля и усовершенствование антенны, аналогичные тем, которые описаны выше со ссылкой на фиг.3А. Хотя и не показано на чертеже, но любая другая ориентация, например со смещением менее чем на девяносто градусов диполя В0, составляет некоторую линейную комбинацию вышеописанных двух вариантов выполнения (фиг.3А и 3В).

Необходимо отметить, что нет необходимости располагать дополнительные обмотки по концам сторон антенны, например, в случае прямоугольной антенны. В соответствии с другим вариантом выполнения дополнительные обмотки или витки 40 выполняются в точке около центра рамки антенны, показанной на фиг.4. По меньшей мере одним результатом этого изменения является то, что около центра антенны суммарное РЧ-поле, создаваемое антенной, имеет больший вес. Так как область образца геологической среды, на которую оказывает воздействие прибор ЯМР, представляет собой, по существу, область образца, которая соответствует форме антенны, то РЧ-поле в образце также будет взвешено аналогичным образом.

Усовершенствование катушки, по существу, позволяет получить форму поля В1 такую, которая улучшает, например, ортогональность относительно поля В0 по большей области. Эта конструкция имеет преимущества, например, в более длинной конструкции антенны для получения более равномерно распределенного РЧ-поля по длине антенны. Другими словами, вклад РЧ-поля от частей 16 и 14 катушки, даже с вносящими усовершенствование витками, такими как на фиг.2С, уменьшается по мере увеличения расстояния от дополнительных обмоток. Для длинной антенны обусловленная усовершенствованием составляющая поля может быть неэффективной около средней части длины антенны, где вносящие усовершенствование витки расположены около, например, сторон 14 и 16. Расположение дополнительных витков 40 между сторонами 14 и 16 приводит к более равномерно распределенному вкладу усовершенствованного поля по длине катушки. Это же верно для усовершенствованной конструкции антенны, где желательна, например, тангенциальная составляющая поля с использованием дополнительных обмоток по осевому направлению антенны, параллельно сторонам 10 и 12 и между ними. Другие варианты выполнения расположения вносящих усовершенствование витков катушки относятся, в основном, к случаям, где В0 асимметрично в области измерений, так что полю В1 придается такая форма, чтобы согласовать поле В0 в большей области, чем было бы в случае без использования усовершенствования.

Кроме того, вносящие усовершенствование витки необязательно должны быть полными витками. На фиг.5 показан другой вариант выполнения, в котором для усовершенствования антенны используются полувитки 50. На фиг.5 изображены полувитки, которые расположены параллельно сторонам 14 и 16 на поверхностной рамочной антенне. Полувитки 50 выполняются размещением катушки по части 10 антенны до точки А, пересечением части 12 антенны до точки В, размещением катушки по части 12 антенны до точки С, затем снова пересечением части 10 антенны до точки D, размещением катушки вдоль части 10 антенны, поворотом катушки вдоль части 14 антенны и повторением процесса в обратном направлении, начиная с части 12 антенны в точке Е. В соответствии с одним вариантом выполнения полувитки предпочтительны там, где является проблемой паразитная связь между антенной и близлежащими металлическими частями. Более конкретно, полувитки остаются на поверхности феррита, например, оставляя расстояние между дополнительными частями катушки и любыми металлическими компонентами внутри зонда, обычно находящимися с другой стороны от феррита.

Подобная конфигурация предназначается для катушки, в которой полувитки размещаются посредством наматывания вокруг части периферии ферритового материала, такого как на фиг.1В. Усовершенствованная конфигурация с полувитками в равной степени доступна для дополнительных частичных обмоток в направлении, параллельном сторонам 10 и 12, например там, где требуется улучшение тангенциальной составляющей РЧ-поля. Кроме того, предусматривается любая комбинация полных витков и полувитков, которая потребовала бы только незначительных изменений в описанных вариантах выполнения. Например, как упомянуто выше, в зависимости от влияния нагрузки обмоток, в возбуждающей схеме могут потребоваться изменения по меньшей мере для согласования величины импеданса антенны. Более конкретно, для существующих зондов ЯМР-каротажа может быть желательным включение наибольшего количества витков или их частей при сохранении в тех же пределах значений импеданса соответствующих существующих схем возбуждения антенны. В соответствии с одним вариантом выполнения один виток, охватывающий ферритовый материал на каждом конце магнита, оказался совместимым со схемами возбуждения, используемыми в обычных зондах ЯМР-каротажа, существующих в настоящее время.

В соответствии с фиг.6, другая распространенная существующая конструкция зонда ЯМР-каротажа известна как центрированный зонд. Обычная рамочная антенна, используемая для центрированных зондов, показана на фиг.6А. В соответствии с одним вариантом выполнения с использованием описанного усовершенствования катушки для центрированного каротажного зонда, на фиг.6В изображено использование вносящего усовершенствование витка с верхним витком 66 и нижним витком 68 рядом с непроводящим материалом 69. В этой антенне улучшаются характеристики обычной рамки за счет большей концентрации В1 на двух осевых концах. Эти же принципы, описанные в отношении конструкции зонда с прижимным башмаком, применимы для конструкции с центрированным зондом. В частности, в соответствии с одним вариантом выполнения, усовершенствование катушки выполняется таким образом, чтобы полю В1 придать форму, обеспечивающую бульшую ортогональность относительно поля В0 в большей области, чем без использования усовершенствования. Кроме того, вносящие усовершенствование витки приближают излучающие элементы к стенке скважины, где сигнал ЯМР должен генерироваться и обнаруживаться. Это последнее обстоятельство уменьшает (но не устраняет) эффект нагрузки проводящего бурового раствора в скважине и еще больше улучшает характеристики антенны.

Хотя усовершенствование антенны было описано в терминах дополнительных полных или частичных обмоток или витков катушки, предусматриваются и другие усовершенствования, которые селективно повышают вклад от одной или нескольких частей катушки в суммарное РЧ-поле, создаваемое всей катушкой. На фиг.7А изображен альтернативный вариант выполнения, включающий удлиненные части 74 и 76 катушки совместно с частями 70 и 72 без усовершенствования. Аналогично, на фиг.7В изображены увеличенные части 84 и 86 кольцевой антенны, которые объединяются с частями 80 и 82 без усовершенствования на нечетких границах раздела. Эти же принципы могут быть применимы к конструкции центрированного зонда, показанной на фиг.7С. В соответствии с одним вариантом выполнения конструкция антенны включает удлиненные части 94 и 96 катушки совместно с частями 90 и 92 без усовершенствования. На каждой из фиг.7А, 7В и 7С антенна усовершенствуется за счет большей концентрации поля В1 на осевых концах.

Вышеприведенное раскрытие и описание различных вариантов выполнения предназначены для их иллюстрации и объяснения, при этом могут быть выполнены различные изменения последовательности регистрации данных ЯМР, процесса каротажа, используемых материалов в конструкции антенны, структуры составляющих и порядка и временных соотношений предпринимаемых шагов, а также деталей изображенной системы без отклонения от сущности изобретения.

Claims

1. Антенное устройство ЯМР, содержащее

непроводящий материал;

катушку, расположенную рядом с непроводящим материалом, для формирования суммарного РЧ-поля в образце пласта, содержащую первую часть катушки для формирования первой составляющей РЧ-поля суммарного РЧ-поля и

усовершенствованную часть катушки для формирования обусловленной усовершенствованием составляющей РЧ-поля суммарного РЧ-поля, причем обусловленные усовершенствованием составляющие РЧ-поля представляют собой пропорционально более высокий вклад в суммарное РЧ-поле, чем первая составляющая РЧ-поля.

2. Антенное устройство ЯМР по п.1, отличающееся тем, что усовершенствованная часть катушки содержит по меньшей мере один дополнительный виток, окружающий непроводящий материал.

3. Антенное устройство ЯМР по п.1, отличающееся тем, что катушка содержит материал катушки, а усовершенствованная часть катушки содержит увеличенную часть материала катушки.

4. Антенное устройство ЯМР по п.1, отличающееся тем, что усовершенствованная часть катушки содержит по меньшей мере часть дополнительного витка на поверхности непроводящего материала.

5. Антенное устройство ЯМР по п.1, отличающееся тем, что усовершенствованная часть катушки используется для формирования суммарного РЧ-поля таким образом, чтобы по существу максимизировать ортогональность между суммарным РЧ-полем и магнитным полем в области образца.

6. Антенное устройство ЯМР по п.1, отличающееся тем, что усовершенствованная катушка дополнительно содержит

первую усовершенствованную часть катушки для формирования первой обусловленной усовершенствованием составляющей РЧ-поля суммарного РЧ-поля, и

вторую усовершенствованную часть катушки для формирования второй обусловленной усовершенствованием составляющей РЧ-поля суммарного РЧ-поля.

7. Антенное устройство ЯМР по п.6, отличающееся тем, что вторая обусловленная усовершенствованием составляющая РЧ-поля представляет собой пропорционально более высокий вклад в суммарное РЧ-поле, чем первая обусловленная усовершенствованием составляющая РЧ-поля.

8. Способ создания антенной катушкой суммарного РЧ-поля в образце пласта, заключающийся в том, что

формируют первой частью антенной катушки первую составляющую РЧ-поля суммарного РЧ-поля;

обеспечивают усовершенствование пути тока в усовершенствованной части антенной катушки и

формируют усовершенствованной частью антенной катушки обусловленную усовершенствованием составляющую РЧ-поля суммарного РЧ-поля, которая представляет собой пропорционально более высокий вклад в суммарное РЧ-поле, чем первое РЧ-поле.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что обеспечение усовершенствования включает использование по меньшей мере одного дополнительного витка антенной катушки вокруг непроводящего материала.

10. Способ по п.8, отличающийся тем, что усовершенствованная часть антенной катушки содержит увеличенную часть материала катушки.

11. Способ по п.8, отличающийся тем, что обеспечение усовершенствования включает использование по меньшей мере части дополнительного витка антенной катушки на поверхности непроводящего материала.

12. Способ по п.8, отличающийся тем, что объединение первой составляющей РЧ-поля и обусловленной усовершенствованием составляющей РЧ-поля обеспечивает более ортогональное выравнивание суммарного РЧ-поля относительно статического магнитного поля в образце, чем без использования усовершенствованной части антенной катушки.

13. Способ по п.8, отличающийся тем, что усовершенствованная катушка дополнительно содержит первую усовершенствованную часть катушки и вторую усовершенствованную часть катушки, причем способ дополнительно включает

формирование первой усовершенствованной частью катушки первой обусловленной усовершенствованием составляющей РЧ-поля суммарнго РЧ-поля и

формирование второй усовершенствованной частью катушки второй обусловленной усовершенствованием составляющей РЧ-поля суммарного РЧ-поля.

14. Способ по п.13, отличающийся тем, что вторая обусловленная усовершенствованием составляющая РЧ-поля представляет собой пропорционально более высокий вклад в суммарное РЧ-поле, чем первая обусловленная усовершенствованием составляющая РЧ-поля.

15. Способ создания суммарного РЧ-поля антенной катушкой в образце пласта, заключающийся в том, что

формируют первой частью антенной катушки первую составляющую суммарного РЧ-поля;

формируют второй частью антенной катушки вторую составляющую суммарного РЧ-поля, причем вторая составляющая представляет собой пропорционально более высокий вклад в суммарное РЧ-поле, чем первая составляющая;

формируют суммарное РЧ-поле в области образца на основе объединения первой и второй составляющих.

16. Способ по п.15, отличающийся тем, что упомянутое формирование осуществляют таким образом, что суммарное РЧ-поле имеет амплитуду, которая является почти постоянной в области.

17. Способ по п.15, отличающийся тем, что упомянутое формирование осуществляют таким образом, что суммарное РЧ-поле имеет улучшенное ортогональное выравнивание относительно статического магнитного поля по области, чем без осуществления упомянутого формирования.

18. Способ по п.15, отличающийся тем, что вторая часть содержит, по меньшей мере, две стороны антенной катушки в комбинации, по меньшей мере, с частью дополнительного витка катушки.

19. Способ по п.15, отличающийся тем, что при упомянутом формировании используют вторую часть антенны, имеющую, по меньшей мере, часть дополнительного витка антенной катушки.

20. Способ по п.15, отличающийся тем, что, по меньшей мере, часть дополнительного витка антенной катушки расположена между двумя концами антенной катушки.

21. Способ по п.15, отличающийся тем, что, по меньшей мере, часть дополнительного витка антенной катушки расположена, по меньшей мере, на одном конце антенной катушки.