用电子顺磁共振响应数据测量含原油地下构造的孔隙率与渗透率的制作方法

专利名称：用电子顺磁共振响应数据测量含原油地下构造的孔隙率与渗透率的制作方法
技术领域：
本发明涉及探测原油的地下构造，更详细地说，涉及测定这类构造的孔隙率与渗透率参数。
背景技术：
原油勘探的技术进步已能从过去认为不可能或无开采价值的地方找到了原油。例如，核磁共振(NMR)技术已经用于测井(well logging)应用，以测量位于钻孔周围的陆地结构内不远处的含氢材料。NMR能同时检测出水中和油中的氢和可能存在于敏感测量区内的其它材料，由此指示这些材料的存在和数量。
有时可以把贡献给总NMR响应信号的水和油成份分析成要确定的每种成份的浓度。在另一些场合中，单用NMR分开测量油和水可能是行不通的。
当地下岩石构造内含有含氢材料时，可以用NMR技术确定岩石的孔隙尺寸分布及孔隙率与渗透率。有了这种信息，就能判断特定的岩石构造是否含有足够数量可获得的流体从而钻探有价值。然而，NMR的孔隙率与渗透率估算一般并不试图区分流体中的油与水的变化的比例的作用。
发明概述本发明使用磁共振技术，具体地说，使用电子顺磁共振(EPR)(也称为电子自旋共振(ESR))来探寻和测量地下构造中包含的原油和某些其它烃类固体和液体的浓度。这种探测结果可以从地表到地表下面一定深度获得，也可从地表的天然洞壁(如岩洞、敞开的断层、悬崖、落水洞和山坡)或人造陆地穿透(如隧道、井、沟槽或钻孔)附近的地方获得。
应用EPR数据的特别有利之处在于，EPR响应信号仅仅由不成对的电子发出，诸如在高分子量(MW)烃类化合物、顺磁与铁磁材料及少数金属中由断裂键形成的不成对电子。在天然存在的材料中，在许多原油、沥青和煤炭中经常发现断裂键和顺磁离子(但不限于这些材料)。本发明可以探测陆地上或其它地方存在的这些材料。
与诸如核磁共振(NMR)等其他磁共振方法相比较，本发明可作快速探测，对这类电子作极化和测量所需的时间一般为几微秒或更短的量级。
本发明还包括将EPR与NMR结合使用而提供额外的优点，在测井应用中尤其如此。
附图简述

图1示出一种按照本发明的NMR/ESR探测器。
图2A-2K示出图1的天线的各种实施例。
图3A-3G示出图1的磁铁的各种实施例。
图4示出图1的磁铁与天线以及第二天线，从而可用两种不同的天线产生B1场和探测响应信号。
图5A-5D分别示出从四个不同原油田发出的EPR信号。
发明的详细描述这里描述的本发明旨在获得和解释地表下面的构造与结构中所含的原油的EPR(电子顺磁共振)数据。正如下面说明的，ESR数据可同NMR(核磁共振)数据一起用来确定孔隙率与渗透率特性。EPR还称为电子自旋顺磁共振(ESR)。
图1示出按照本发明的EPR探测器100，正如下面说明的，这是一个示例性实施例，其多种变型均在本发明范围内。基本情况是，探测器100产生的磁场用来获取EPR响应信号，经对该响应信号接收与分析，确定地下构造的原油含量。
由探测器100所作的EPR分析可以用NMR分析来补充，也用同一个探测器100产生适合于获取、接收与分析NMR响应信号的磁场。下面图1的描述虽然指的是EPR探测，但是探测器100也可应用于NMR探测。正如下面说明的那样，EPR与NMR响应信号的结合使用不仅确定了原油含量，还可确定孔隙尺寸等地下构造的特征。
磁铁101在敏感区中产生磁强为B0(以高斯为单位)的磁场。正如下面说明的那样，可从敏感区内的材料中探测到EPR信号。
发射机102经双工器103(或环行器或耦合器)向天线104提供频率为f0的功率，在敏感区内产生强度为B1(以高斯为单位)的电磁场。对于最大探测灵敏度，B1场的平面垂直于B0场的平面。探测器100的灵敏度通常作为sinθ的函数而变化，这里θ是B1与B0场矢量之间的夹角。
除了发射电磁场波以外，天线104还接收来自敏感区内材料的EPR响应信号，该输入信号经双工器103与滤波器105提供给射频(RF)放大器/检波器106。
如下面对图4说明的那样，另一种使用同一天线104作发射与接收的方法，是使用第二(接收)天线接收EPR响应信号。该接收天线应位于看得见敏感区的地方，并经滤波器105接至RF放大器/检波器106。可将该接收天线取向和定位成抑制来自发射天线104的发射机信号的直接干扰，而能最大地拾取来自敏感区的EPR响应信号中的交叉极化分量。若使用分开的接收天线，则无需双工器103，发射机102可直接接至发射天线104。
为了向EPR响应信号提供独特的识别特征，诸如在“杂乱”或“嘈杂”的背景中进行探测时，探测器100可以配用某种调制特征。各种不同的调制技术可以单独使用或组合使用。为此可以采用线圈107，用交流电流供能。
一种调制技术涉及到调制磁场强度B0。举个例说，可以慢慢地扫过共振B0，并把检测到的信号的峰值记录下来，探测出在特定扫描范围内出现的信号。慢扫描与应用线圈107的低频场调制(即一般在100MHz以下)相结合，可以同步探测交流调制频率下的EPR信号，并提高稳定性和可用检测灵敏度。
可以在线圈107中用频率为f1的高频电流调制在发射机频率f0上用于电子磁共振的固定场B0，结果，来自敏感区材料的任何一种EPR响应特性都将包含f0和f0±f1的谱分量。如果f1大于正常EPR信号的线宽度，则可将滤波器105设置成只通过上(f0+f1)或下(f0-f1)边带，而抑制频率为f0的发射机直接的强信号。边带信号幅值将与敏感区中的不成对电子成正比例关系。可以用正交(quadrature)检波装置同时恢复上下边带，同时对更灵敏的探测抑制f0。频率控制器109利用检测到的数据将发射机102的频率保持为EPR频率。
另一种调制方法使用发射机102来产生EPR频率f0的脉冲RF信号，脉冲短于下述的弛豫时间T2。例如，脉冲持续时间可以是谱线宽度的倒数。对于EPR，这种条件通常要求脉冲的持续时间在2～10纳秒范围内。这种脉冲模式不要求使用场调制线圈107和场调制器108。
EPR响应信号由放大器/检波器106接收。数据处理器110存储和执行可作下述各种运算程序，如下面所说明的，可以分析EPR响应信号，也可分析NMR响应信号。假设处理器110配有执行该程序的合适的处理存储器和程序存储器。用户接口111可以显示和/或打印计算结果。
图2A-2K示出各种天线104的实施例。在下述讨论中，每个不同的天线104标为天线104[2X]，2X对应于相关的图号2A-2K。
图2A示出一环形天线104(2A)。环201用电容器202调谐到ESR频率，它可以是圆形、方形、矩形或任一种形状，可以断开或闭合，可以是单匝或多匝，可以用阻抗匹配耦合器或一段开路传输线馈电，以便用不屏蔽的环构成高Q值谐振腔。
图2B示出一种容性加载环形天线104(2B)，它由电容器204分开的导线或金属条段203组成，电容器204使部分电抗失谐。与不用电容器204的情况相比，这样使更大的面积以更高的EPR频率共振。环形天线104(2B)经阻抗匹配网络耦合至探测器100，它也可与天线104(2B)共同起到高Q值谐振器的作用。
图2C示出一种谐振半波偶极子天线104(2C)，它通过匹配的传输线耦合至探测器100。天线104(2C)可以靠近金属板且与其平面平行，以改善方向性并提高Q值。
图2D示出一种交叉偶极子天线104(2D)。两个偶极子205和206相互垂直，并且以电子学的方法使得相位差为90度时产生圆极化波，或者相位差为0度或180度时产生线极化。交叉偶极子天线104(2D)也可以靠近金属板207的平面，以改善方向性并提高Q值。
图2E示出一种微带“补块”天线104(2E)，其金属导电层209用薄的低损耗电介质210与金属底板211分开。层209约为半波长见方，可从抽头点与底板211用阻抗匹配的同轴传输线馈电，根据选用的抽头点位置，可以产生垂直H平面波、水平H平面波或圆极化波。层209可以呈圆形、椭圆形或矩形。补块天线104(2E)的高Q值与方向性由其几何尺寸、绝缘层210厚度、绝缘层210介电常数和底板211尺寸控制。可以用阵列方式使用多个补块天线104(2E)，并经适当相控，以产生更高的方向性、更大的近场敏感区和束宽减小的远场。天线104(2E)的层结构可以呈弯曲状，以便与圆管或圆棒部分相配。
图2F示出一种矩形补块天线104(2F)，图2G示出一种做在弯曲底板上的矩形补块天线104(2G)。金属导电层212的谐振频率为f0，长度基本上为半波长，但是宽度基本上小于半波长。这类天线可以产生线极化波，但不是圆极化波。
图2H示出一种相控偶极子阵列天线104(2H)，其结构是将相控的垂向偶极子220装在金属管或金属棒221的外围。偶极子220与棒221的间距要符合物理尺寸、阻抗与Q值等限制条件。天线104(2H)打算用于钻孔，确定钻孔外面构造的特征。用馈线网络222使偶极子220相位在电气上相互差90度，以在棒221周围产生圆形图案，且H场围绕棒221。棒221可以轴向磁化而产生平行于棒的H场磁力线，这使得敏感区在某一距离包围棒221，该处的B场强度适合于发射机频率下的EPR或NMR。偶极子220的附带的包围的阵列可以围绕棒221，以便延长构造中敏感区的轴向长度，而该敏感区沿棒221轴向并与之同轴。
图2I示出一种补块相控阵天线104(2I)，其原理与图2H的天线相似，只是在围绕的相控阵中使用补块型天线223。天线104(2I)的优点特别明显，因为可以利用金属底板将它安装得直接与棒224(或磁铁)的形状相配。利用馈线网络使围绕的补块223在电气上相控90度，可产生与磁铁同轴的圆形敏感区。通过选择馈电点，可将补块阵列发出的H场做成垂直、水平或圆形，以满足不同的磁场方向与配置的要求。可将补块阵列沿棒垂直堆叠以延长敏感区的长度。
图2J示出一种喇叭形天线104(2J)，它具有定向的辐射图和场集中作用，能扩展ESR传感器与材料敏感区之间的有效距离。为使B1场垂直于B0场，B1场的H分量可以是垂直的或水平的。
图2K示出一种圆筒形线圈或螺旋天线104(2K)，螺旋结构的直径接近一个波长。敏感区沿轴线从线圈一端延伸。方向性随匝数而提高。在馈电端使用底板(反射)。
图3A-3G示出各种磁铁101的实施例。这类磁铁101都能提供在选定的EPR频率建立共振所需的B0场。在下述讨论中，把每个不同的磁铁101标为磁铁101[3X]，3X对应于相关联的图号3A-3G。
图3A是环型电磁铁101(3A)，它载有电流并产生取向成垂直于环平面的磁场。电流可以是提供静磁场的直流电流，详细地说，该静磁场是在环区域内以及在环区域上、下和周围延伸的空间内加到地磁场强度的一种静磁场。电流也可以是选定频率的交流电流，如上述那样调制磁场强度。环的形状可以是圆形、方形、矩形、三角形或非均一的形状，其尺寸与离环区域外面的敏感区位置的最大距离可相比。例如，为了探测来自地表下材料的EPR信号，环可以在地表上工作。电磁铁101(3A)经取向可在所需的空间区域内提供极化的B0场。两个环形天线101(3A)可在同一平面内并排使用，以在环间空间内产生与该平面平行和位于环的上、下方的磁场分量。在该区域中，天线104经取向可提供适当极化的B1场。
图3B示出的棒形磁铁101(3B)，它沿轴线提供磁场，并沿其长度提供一接近的同轴的B0场。B0场强度作为距离的函数，随远离棒形磁铁101(3B)的直径而减弱，但在垂直于该轴线的平面内，在所有角度上均不变。在给定的径向距离处，在磁铁101(3B)中心的上、下方磁场呈现对称的变化。该磁场一般取向成与轴线平行，但在棒形磁铁101(3B)的端部附近有明显的偏离。天线104与磁铁101(3B)配用可产生与某一垂直于B0场力线的平面相平行的B1场，即B1一般垂直于磁铁101(3B)的轴线。在最敏感区中，B0与B1线垂直，而且B0在所要的频率下造成EPR响应(和/或NMR响应，如果使用的话)。棒形磁铁101(3B)可以是永磁铁或螺线管型电磁铁。
图3C示出的U形磁铁101(3C)，其敞开面是磁极。有关的B1场垂直取向。敏感区在磁极的实际界限之外，处于对应于磁隙区的垂直区域内。场强一般作为离开磁极平面的距离的函数而减弱。在敏感区的特定距离范围内(从磁极面的平面算起)，N与S极间的铁磁板31提供一空间区域，在该空间区域内的B0场比没有板31时更均匀。天线104位于磁极之间的空隙中，使天线如此取向以在水平面(即垂直于磁极平面)内产生B1场。在磁铁101(3C)磁极—磁极间轴线周围，B0的角度有效范围的最大值不到90度，超过这一角度范围，相对于该轴线的恒场强线的位置发生变化。如图所示，磁铁101(3C)的截面为方形或矩形，或可以是圆形。
图3D示出另一种U形磁铁101(3D)，它提供均匀场，在360度内是与轴线夹角的函数。围绕整个磁极的外周具有均匀的磁场强度，并且沿径向极化，由连接棒(或管)提供附加的磁场或铁磁返回路径。B0场从磁极至磁极取向，并且磁铁从磁极之间的空隙周围向外作径向延伸。B0场一般随径向距离而减弱。然而，在极隙中应用分路器将在选定的径向距离范围形成一个减小的梯度区，分路器是一段壁厚与直径选定的铁磁管(接近磁极的厚度与直径)。天线104位于极隙内和铁磁分路器外面，产生的B1场垂直于B0，最好是作为轴线夹角的函数的均匀场强。
图2B与2I的天线同磁铁101(3D)配用特别有效，可在离磁铁101(3D)选定的距离处产生“环形”或柱形敏感区。在选定的发射机频率下，B0场适用于EPR(或NMR)。
图3E对上述某些磁铁示出了一种增强型式，以将磁铁顶部与底部之外的磁通损耗减至最小。主磁铁32可以是磁铁101(3B)、101(3C)或101(3D)。辅磁铁33和34的极化类似于主磁铁的端部，以迫使更多的通量线径向向外，提高B0场的强度。
图3F示出一种垂直于轴线作极化的磁铁101(3F)，它产生的B0场也垂直于该轴线作极化。有关的B0场区域垂直于磁极平面，场强作为离开磁铁101(3F)的距离的函数而减弱。B1场沿轴线的平面极化。敏感区垂直于磁极平面，并且在沿轴线离中心线选定的距离处。
图3G示出的磁铁101(3G)，它类似于磁铁101(3F)，只是它是圆形的，与钻孔的配合更佳。每侧的槽可让天线104处于选定的整个直径以内。
图4示出在一例组合起来的磁铁101与天线104，用于激发和检测EPR响应信号。U形磁铁101(3C)在敏感区内提供B0场，装在磁极隙里的天线104(2C)提供B1场。如图所示，可以使用取向为垂直于第一天线的第二天线104(2C)。这两个天线相互要尽量屏蔽起来。一个天线是产生B1场的发射天线，另一个天线是截获被测材料的EPR响应信号的接收天线，两个天线有一条直通敏感区的非屏蔽的路径。图3结构是图1实施例的另一种形式，单个天线104(2C)起两种作用，即产生B1场和截获来自敏感区内材料的EPR响应信号。
发明的操作本发明方法涉及获取地下岩层构造的EPR响应数据并加以分析。其结果是确定该地下构造的原油浓度。也可以获取和分析NMR响应数据，以提供有关该构造特征的附加信息，诸如其孔隙率和构造中的烃类材料的总量。
在石油勘探领域，获取NMR数据的设备是众所周知的。可以使用与上述用于获取EPR响应信号同样的磁铁101与天线104。然而，不同的控制电子技术更适合于NMR，因为极化时间、激发频率与响应信号灵敏度都不同。例如，NMR的极化时间，对于油通常为0.2～0.8秒，对于水为2.0～2.5秒，而对于EPR的极化时间，则为微秒量级。在同一静磁场中，EPR频率要大于NMR的频率约658倍，灵敏度成比例地增大。
要获取NMR数据，被估算的材料应位于静磁场B0中。对于瞬时NMR，也最好将材料暴露于一个或多个射频(RF)场B1的脉冲。选择的材料中的原子核将从B1场吸收能量，根据Larmor方程，当RF频率V0与B0场相关时，将产生可检测的响应V0＝γB0/2π(1)式中γ是特定吸收核的旋磁比(gyromagnetic ratio)。在RF脉冲之后，共振核在场中以角频率ω0进动，并在附近的传感器线圈中感应出很小的瞬时信号电压。这类NMR信号就是磁化衰减信号。该方法通常称为时域NMR，响应信号的最大幅值正比例于被测材料体积内选定原子类(如氢)的浓度。
当核吸收能量时，热平衡被破坏，吸收的能量按指数方式与周围交换。这种交换一般用两个主要的时间常数来表征自旋—晶格弛豫时间(T1)和自旋—自旋或横向弛豫时间(T2)。第一个时间常数T1与被测材料中的核在磁场中变成极化核所需的时间相关。T1也设定了材料在作NMR测量前必须暴露于磁场的最小的时间，它确定如何迅速地对同一样品有利地重复NMR测量。第二个时间常数T2确定NMR信号如何在理想的磁场中迅速衰减。
一般而言，低场NMR测量三个有用的参数平衡核磁化Mn，它正比例于信号总幅值与注入流体的孔隙率，以及T1和T2，它们是两个弛豫时间常数。这些参数可以与岩石物理特性(诸如孔尺寸、可产生的流体与渗透率)相关。
在流体饱和的多孔岩石中，流体会与岩石表面互作用而促进NMR弛豫。结果，孔内流体的T2值会小于大量流体的T2值。在快速扩散极限内，T2的弛豫率1/T2正比例于孔的表面/容积(S/V)比，因而1/T2＝ρ(S/V)孔(2)系数ρ是表面弛豫率，它是岩石表面的增强弛豫率的能力的量度。对于大范围采集的沉积岩，该值落在相当窄的带内，通常为每秒几微米。例如，对于碳酸岩，ρ约为0.0005cm/s，对于砂石，约为0.0015cm/s。容积V就是孔尺寸。表面积S则随孔形状和表面粗糙度而变化。
用NMR作渗透率估算基于这样的事实，即渗透率具有长度平方的量纲，因而运用从NMR数据获得的孔尺寸。求出孔的S/V后，就可估算多孔媒体的渗透率。对于碳酸岩，可使用下式估算渗透率KK＝φ4(V/S)2(3)式中φ为孔隙率。这样，渗透率正比于(1/T2)2。
孔隙率也可从NMR信号幅值测得。NMR质子磁化幅值正比于注入流体的孔隙率。在自旋—自旋弛豫测量的激发序列(90°-t-180°-回波-延迟)中，若假设流体包含在单个孔尺寸内，则跟在磁化矢量旋转180°后的回波为M(t)＝M0exp(-t/Ti) (4)式中M0是平衡时的磁化，M(t)是作为90°和180°测量脉冲之间可变的延迟时间t观察到的磁化。对于多孔岩石，观察的磁化将取决于所有孔的各种T2参数，即取决于各种孔尺寸。
因为NMR弛豫时间正比于孔尺寸，而且知道岩石具有广泛的孔尺寸分布，所以可以把NMR横向弛豫(T2)数据表示成指数函数之和M(t)＝∑Miexp(-t/T2i)(5)式中Mi正比于张弛豫时间常数为T2i的自旋数。M(t)是流体饱和岩石的所有NMR磁化衰减之和。
前面的M(t)方程可以转换成T2弛豫时间分布。这样，不必从磁化衰减估算单一的弛豫时间，而可以估算弛豫时间的谱(分布)M(T2i)。
由M(t)计算T2谱并不简单。弛豫时间T2是流体类型、质子频率、温度、孔表面化学特性和孔尺寸的函数。对于多孔岩石，观察到的磁化将取决于所有孔的T2(即孔尺寸)。将所有的T2相加，可得出磁化随时间的变化情况M(t)＝M0∫exp(-t/T2)f(T2)dT2(6)式中积分限T2min与T2max表示特定岩石预期的T2的最小值与最大值。T2max可以取成使孔饱和的大量流体的值。函数f(T2)是所要的T2分布，它与孔容积分布有关。从观察到的磁化M(t)中提取f(T2)，需要求解前述的方程。
在水饱和岩石中，由于体水弛豫时间T2bulk约达2-3秒，所以体水弛豫率(1/T2B)往往不予考虑。然而，对于孔内的水，如上所述，T2只是几毫秒到几百毫秒，而且T2分布是由孔的表面/容积比的分布造成的。由于T2呈线性分布，最大孔的弛豫时间最长。可以推断，如果前述方程中的Mi是对T2i绘制的，则可按上述1/T2的方程重新标定而得到孔尺寸分布。这种M与T2i的关系数据有利于提供NMR弛豫数据。
上述计算假定用给定的注满流体的岩石。然而在实践中，该流体包括了水和油，它们对NMR数据的影响不同。例如，油的质子密度比水约高5～15％。为此，只根据NMR数据总是无法得到准确的孔隙率与渗透率估算，所以一般使用探测器100来获取EPR数据。
电子顺磁共振(EPR)基本上类似于NMR，不过响应特性是由不成对电子或自由基而不是由原子核引起的。当把带不成对电子的样品置于强度为B0的静磁场中时，电子与磁场就发生互作用。电子的两个自旋方向(无磁场时会简并)在置于磁场中时会分开，而分开的程度取决于施加的磁场的强度。
要实现这些能级间的跃迁，必须满足共振条件，在数学上可表示为ω0＝gβ0B0(6)式中g是谱线裂距因数，β0是电子的玻尔磁子。一般，对于自由基(不成对电子)而言，实验室测量在X波段进行。对于共振，B0场为3300高斯左右，EPR频率以约9.25GHz(标称值)为中心。
以静磁场每高斯对应标称频率2.8MHz出现的EPR，约是同样磁场中NMR的658倍，因而大多数实验室EPR研究工作是以微波频率(GHz)开展的。对于更佳(更深)的穿透构造，钻孔EPR和其它陆地测量应用相对低的频率和适中的磁场，范围分别为28～2800MHz和10～1000高斯。
图5A～5D示出从四个不同油田取得的原油中产生的EPR信号，绘制成静磁强场强度(以高斯为单位)与EPR响应信号幅值的曲线。EPR信号不由水或气产生，而是由许多(几乎全部)原油产生的。利用EPR检测注入流体岩中的油，就能直接测出油量。EPR幅值正比于岩石内的油量。对于容积已知的敏感区，可以确定单位容积的原油浓度。虽然对一给定的浓度并非所有的原油都具有同样的信号幅值，但是很容易确定和应用该类原油的校正因数。此外，EPR谱能提供有关某些原油成份的信息。在图5D中，有一额外的共振峰，可能是由两种或多种具有不同杂原子成份的自由基类造成的。
组合应用EPR与NMR测量结果，可以分离NMR信号中的水与油分量。具体而言，从整个含氢材料的浓度中减去原油浓度，就求出了水的浓度。
根据若干事实，通过组合应用EPR与NMR测量结果，能精确地测出岩石样本中水和油的分量。这些事实包括EPR响应信号由原油而不是由水产生的；按容积计，油中的质子密度比水约高5～15％；以及油的表面弛豫率约是水的1/3。上述表示的孔尺寸与T2弛豫率的关系可以改写成I/T2＝f水ρ水(S/V)孔+f油ρ油(S/V)孔式中ρ水与ρ油是表面弛豫率，f水与f油是百分数重量(分别对于水和油)。已经指出，弛豫率是两项之和一项代表原油的作用，另一项代表水的作用。
当孔内有油与水共存时，与岩石表面接触的液体的弛豫率(1/T2)被这些表面增强了。水油混合物中的油的百分数可以提高计算1/T2的准确度，这样又提高了钻孔周围或流体饱和岩芯中岩石构造的孔尺寸分布与渗透率估算的准确度。
例如，对于油与水各占一半的混合物，如果碳酸岩中的ρ水为0.0005cm/s，ρ油为(1/3)0.0005cm/s，而T2为0.5秒，根据上述方程，算出的孔径为10微米。然而，若只用NMR测量结果，那么算出的孔径将是15微米。对于10和15微米的孔尺寸，渗透率分别为0.04与0.09平方微米，相差将近2∶1。
其它实施例虽然详细描述了本发明内容，但是应该理解，在不背离所附权利要求规定的本发明的精神与范围的情况下，可以对本发明作出各种改变、替代与变更。
权利要求
1.一种用于探测注入流体的地下构造的岩石物理特征的电子顺磁共振探测器，包括磁铁，用于在所述地下构造的敏感区内提供静磁场的；至少一个天线，用于在所述区中以电子顺磁共振频率提供射频磁场，以及用于接收来自所述原油的电子顺磁共振响应信号；发射机，它能以所述电子顺磁共振频率向所述天线提供功率；探测器，接收来自所述天线的所述电子顺磁共振响应信号；以及处理器，它能以通过使所述电子顺磁共振响应信号的幅值与所述地下构造中原油的估算量相关而分析所述电子顺磁共振响应信号。
2.如权利要求1所述的电子顺磁共振探测器，其特征在于，所述发射机还以核磁共振频率提供功率，所述天线还能以所述核磁共振频率提供射频磁场和接收核磁共振响应信号，而且还对所述处理器编程，以通过使所述核磁共振响应信号的幅值与所述地下构造中含氢流体的估算量相关而分析所述核磁共振响应信号。
3.如权利要求1所述的电子顺磁共振探测器，其特征在于，用同一个天线提供所述射频磁场和接收所述响应信号。
4.如权利要求1所述的电子顺磁共振探测器，其特征在于，用分开的天线提供所述射频磁场和接收所述响应信号。
5.如权利要求1所述的电子顺磁共振探测器，其特征在于，所述处理器还能将电子顺磁共振响应数据与代表不同类原油的数据作比较。
6.如权利要求1所述的电子顺磁共振探测器，其特征在于，所述磁铁是一种U形磁铁，其敞开面是其磁极。
7.如权利要求1所述的电子顺磁共振探测器，其特征在于，所述磁铁是一种在360度内提供均匀磁场的U形磁铁。
8.如权利要求1所述的电子顺磁共振探测器，其特征在于，所述磁铁一般呈圆柱形，并且垂直于所述磁铁的纵轴极化。
9.如权利要求1所述的电子顺磁共振探测器，其特征在于，所述天线是一种相控偶极子阵列天线，具有相控90度的偶极子。
10.如权利要求1所述的电子顺磁共振探测器，其特征在于，所述天线至少是一种矩形补块天线。
11.一种测量注入流体的地下构造的岩石物理特征的计算机实施的电子顺磁共振方法，其特征在于，包括下述步骤在所述地下构造的敏感区中提供静磁场；在所述区中以电子顺磁共振频率提供射频磁场；接收来自所述原油的电子顺磁共振响应信号；以及通过使所述电子顺磁共振响应信号的幅值与所述地下构造中的原油的估算量相关而分析所述电子顺磁共振响应信号。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括下述步骤在所述区中以核磁共振频率提供射频磁场，接收核磁共振响应信号，通过使所述核磁共振响应信号的幅值与所述地下构造中的含氢流体的估算量相关而分析所述核磁共振响应信号。
13.一种探测注入流体的地下构造的岩石物理特征的电子顺磁共振/核磁共振探测器，其特征在于，包括磁铁，用于在所述地下构造的敏感区内提供静磁场；至少一个天线，用于在所述区内以电子顺磁共振频率提供射频磁场，并用于接收来自所述原油的电子顺磁共振响应信号；发射机，它能以所述电子顺磁共振频率提供功率；探测器，用于接收来自所述天线的所述电子自旋共振响应信号；处理器，它能通过将所述电子顺磁共振响应信号的幅值与所述地下构造中的原油的估算量相关而分析所述电子顺磁共振响应信号；至少一个天线，用于在所述区内以核磁共振频率提供射频磁场并接收核磁共振响应信号，对所述处理器编程，通过使所述核磁共振响应信号的幅值与所述地下构造中的含氢流体的估算量相关而分析所述核磁共振响应信号；以及发射机，它能以所述核磁共振频率向所述天线提供功率；其中所述处理器还能计算所述流体中的油与水的百分数。
14.如权利要求13所述的电子顺磁共振/核磁共振探测器，其特征在于，还对所述处理器编程，以确定核磁共振弛豫率，并根据所述弛豫率来计算所述地下构造的孔的孔尺寸分布。
15.如权利要求14所述的电子顺磁共振/核磁共振探测器，其特征在于，所述处理器对核磁共振响应数据所测量的单一流体计算所述孔尺寸分布。
16.如权利要求14所述的电子顺磁共振/核磁共振探测器，其特征在于，所述处理器使用所述原油与水百分数值来计算所述孔尺寸分布。
17.如权利要求14所述的电子顺磁共振/核磁共振探测器，其特征在于，所述处理器还根据所述孔尺寸分布来计算所述地下构造的渗透率。
18.如权利要求13所述的电子顺磁共振/核磁共振探测器，其特征在于，还对所述处理器编程，以根据所述核磁共振响应信号的幅值来计算所述地下构造的孔尺寸分布。
19.如权利要求13所述的电子顺磁共振/核磁共振探测器，其特征在于，还对所述处理器编程，以根据响应信号的幅值与横向弛豫时间的分布来计算孔尺寸分布。
20.如权利要求13所述的电子顺磁共振/核磁共振探测器，其特征在于，所述同一台发射机以电子顺磁共振频率与核磁共振频率这两种频率提供功率。
21.如权利要求13所述的电子顺磁共振/核磁共振探测器，其特征在于，所述同一个天线对电子顺磁共振响应信号与核磁共振响应信号这两种响应信号提供射频磁场。
22.如权利要求13所述的电子顺磁共振/核磁共振探测器，其特征在于，所述同一个天线接收核磁共振响应信号与电子顺磁共振响应信号这两种响应信号。
23.一种测量注入流体的地下构造的岩石物理特征的计算机实施的电子顺磁共振/核磁共振方法，其特征在于，包括下述步骤在所述地下构造的敏感区中提供静磁场；在所述区中以电子顺磁共振频率提供射频磁场；接收电子顺磁共振响应信号；通过将所述电子顺磁共振响应信号的幅值与所述地下构造中的原油的估算量相关而分析所述电子顺磁共振响应信号；在所述区中以核磁共振频率提供射频磁场；接收核磁共振响应信号；通过使所述核磁共振响应信号的幅值与所述地下构造中的含氢流体的估算量相关而分析所述核磁共振响应信号；以及利用两种所述分析步骤的结果，计算所述流体中油与水的百分数。
24.如权利要求23所述的方法，其特征在于，还包括确定核磁共振弛豫率并根据所述弛豫率计算所述地下构造中孔的孔尺寸分布的步骤。
25.如权利要求24所述的方法，其特征在于，对核磁共振响应数据所测量的单一流体计算所述孔尺寸分布。
26.如权利要求24所述的方法，其特征在于，根据所述原油与水的百分数值计算所述孔尺寸分布。
27.如权利要求23所述的方法，其特征在于，还包括根据所述孔尺寸分布计算所述地下构造的渗透率的步骤。
28.如权利要求23所述的方法，其特征在于，还包括根据所述核磁共振响应信号的幅值来计算所述地下构造的孔尺寸分布的步骤。
29.如权利要求23所述的方法，其特征在于，还包括根据响应信号的幅值与横向弛豫时间的分布来计算孔尺寸分布的步骤。
全文摘要
一种探测和我测量地下岩层构造中原油量的方法和装置(100),电子顺磁共振(EPR)测量结果用于计算原油量,经校正还可确定原油的具体类型。这些测量结果可以与核磁共振(NMR)测量结果结合使用,精确地估算孔尺寸与渗透率。
文档编号G01R33/44GK1306622SQ99807645
公开日2001年8月1日 申请日期1999年4月22日 优先权日1998年4月22日
发明者J·D·金, 倪庆文, A·迪洛斯桑托斯 申请人:西南研究会