Title:
Kernmagnetresonanzwerkzeug mit Vorsprüngen für verbesserte Messungen
Kind Code:
T5
Abstract:

Ein beispielhaftes Verfahren zum Erzeugen von Messungen mithilfe eines Bohrlochwerkzeugs kann das Erzeugen eines Magnetfelds mithilfe einer Magnetfeldquelle, die an einen Werkzeugkörper gekoppelt ist, umfassen. Von einer Antenne, die an den Werkzeugkörper gekoppelt ist und um die wenigstens ein radialer Vorsprung angeordnet ist, der in Bezug auf die Längsachse des Werkzeugkörpers geneigt ist, kann ein elektromagnetisches Signal gesendet werden. Das Verfahren kann auch das Empfangen einer Antwort auf das gesendete elektromagnetische Signal beinhalten.



Inventors:
Jachmann, Rebecca, Tex. (Houston, US)
Chen, Sunghua, Tex. (Katy, US)
Application Number:
DE112014006977T
Publication Date:
07/13/2017
Filing Date:
12/30/2014
Assignee:
HALLIBURTON ENERGY SERVICES, INC. (Tex., Houston, US)
International Classes:
Attorney, Agent or Firm:
HOFFMANN - EITLE Patent- und Rechtsanwälte PartmbB, 81925, München, DE
Claims:
1. Bohrlochwerkzeug, umfassend
einen Werkzeugkörper;
eine Magnetfeldquelle, die an den Werkzeugkörper gekoppelt ist;
eine Antenne, die an den Werkzeugkörper gekoppelt ist; und
einen radialen Vorsprung von dem Werkzeugkörper nahe der Antenne, der in Bezug auf eine Längsachse des Werkzeugkörpers geneigt ist.

2. Bohrlochwerkzeug nach Anspruch 1, wobei der radiale Vorsprung einen von einer Vielzahl von radialen Vorsprüngen umfasst, die um den Umfang des Werkzeugkörpers herum beabstandet sind.

3. Bohrlochwerkzeug nach Anspruch 1, wobei der radiale Vorsprung an eine Hülse gekoppelt ist, die in Bezug auf den Werkzeugkörper axial an der Antenne ausgerichtet ist.

4. Bohrlochwerkzeug nach Anspruch 1, wobei der radiale Vorsprung lösbar an eins von dem Werkzeugkörper oder einer Hülse gekoppelt ist, die in Bezug auf den Werkzeugkörper axial an der Antenne ausgerichtet ist.

5. Bohrlochwerkzeug nach Anspruch 1, wobei der radiale Vorsprung ein nichtleitfähiges Material umfasst.

6. Bohrlochwerkzeug nach Anspruch 5, wobei das nichtleitfähige Material wenigstens eines von Glasfaser, Polyetheretherketon, Keramik und Gummi umfasst.

7. Bohrlochwerkzeug nach Anspruch 1, wobei der radiale Vorsprung von dem Werkzeugkörper nahe der Antenne wenigstens teilweise eine Ebene der Antenne schneidet.

8. Bohrlochwerkzeug nach einem der Ansprüche 1–7, wobei der radiale Vorsprung einen Neigungswinkel in Bezug auf die Längsachse des Werkzeugkörpers umfasst.

9. Bohrlochwerkzeug nach Anspruch 8, wobei der Neigungswinkel über eine Länge des Vorsprungs ungleichförmig ist.

10. Bohrlochwerkzeug nach einem der Ansprüche 1–7, wobei die Antenne eine Solenoidantenne umfasst.

11. Verfahren zum Erzeugen von Messungen mithilfe eines Bohrlochwerkzeugs, umfassend
Erzeugen eines Magnetfelds mithilfe einer Magnetfeldquelle, die an einen Werkzeugkörper gekoppelt ist;
Senden eines elektromagnetischen Signals von einer Antenne, die an den Werkzeugkörper gekoppelt ist und um die wenigstens ein radialer Vorsprung angeordnet ist, der in Bezug auf die Längsachse des Werkzeugkörpers geneigt ist; und
Empfangen einer Antwort auf das gesendete elektromagnetische Signal.

12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei sich der wenigstens eine radiale Vorsprung von dem Werkzeugkörper erstreckt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei der wenigstens eine radiale Vorsprung an eine Hülse gekoppelt ist, die in Bezug auf den Werkzeugkörper axial an der Antenne ausgerichtet ist.

14. Verfahren nach Anspruch 12, wobei der wenigstens eine radiale Vorsprung lösbar an eins von dem Werkzeugkörper oder einer Hülse gekoppelt ist, die in Bezug auf den Werkzeugkörper axial an der Antenne ausgerichtet ist.

15. Verfahren nach Anspruch 12, wobei der wenigstens eine radiale Vorsprung ein nichtleitfähiges Material umfasst.

16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei das nichtleitfähige Material wenigstens eines von Glasfaser, Polyetheretherketon, Keramik und Gummi umfasst.

17. Verfahren nach Anspruch 12, wobei der wenigstens eine radiale Vorsprung von dem Werkzeugkörper nahe der Antenne wenigstens teilweise eine Ebene der Antenne schneidet.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 11–17, wobei der radiale Vorsprung einen Neigungswinkel in Bezug auf die Längsachse des Werkzeugkörpers umfasst.

19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei der Neigungswinkel über eine Länge des Vorsprungs ungleichförmig ist.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 11–17, wobei das Empfangen der Antwort auf das gesendete elektromagnetische Signal das Unterbrechen eines Wirbelstroms, der durch das gesendete elektromagnetische Signal um das Werkzeug erzeugt wird, mit dem wenigstens einen radialen Vorsprung umfasst.

Description:
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK

Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein Bohrlochbohrvorgänge und insbesondere ein Kernmagnetresonanz(nuclear magnetic resonance, NMR)-Werkzeug mit Vorsprüngen für verbesserte Messungen.

Kohlenwasserstoffe wie Öl und Gas werden allgemein aus unterirdischen Formationen erlangt, die sich an Land oder im Meer befinden können. Die Entwicklung unterirdischer Betriebsvorgänge und die Prozesse beim Entnehmen von Kohlenwasserstoffen aus einer unterirdischen Formation sind komplex. In der Regel involvieren unterirdische Betriebsvorgänge eine Anzahl verschiedener Schritte, beispielsweise das Bohren eines Bohrlochs an einem gewünschten Bohrlochstandort, das Behandeln des Bohrlochs, um die Förderung von Kohlenwasserstoffen zu optimieren, und das Durchführen der notwendigen Schritte, um die Kohlenwasserstoffe aus der unterirdischen Formation zu fördern und zu verarbeiten. Messungen der unterirdischen Formation können während der Betriebsvorgänge vorgenommen werden, um die Formation zu charakterisieren und Betriebsentscheidungen zu unterstützen. In bestimmten Fällen kann ein NMR-Werkzeug verwendet werden, um Messungen der Formation mithilfe von einer oder mehreren Antennen vorzunehmen. Diese Antennen können in leitfähigen Medien, die das Werkzeug umgeben, Wirbelströme erzeugen, die Rauschen in die Messungen einbringen und ihre Genauigkeit reduzieren.

FIGUREN

Einige spezifische Ausführungsbeispiele der Offenbarung lassen sich zum Teil durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung und die begleitenden Zeichnungen nachvollziehen.

1 ist eine Darstellung, die eine veranschaulichende Umgebung zum Vermessen während des Bohrens gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung zeigt.

2 ist eine Darstellung, die eine veranschaulichende Wireline-Vermessungsumgebung gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung zeigt.

3 ist eine Darstellung eines beispielhaften NMR-Werkzeugs gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung.

4A und 4B sind eine Darstellung eines beispielhaften NMR-Werkzeugs mit wenigstens einem radialen Vorsprung gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung.

5 ist eine Darstellung beispielhafter radialer Vorsprünge gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung.

Obwohl Ausführungsformen dieser Offenbarung unter Bezugnahme auf Ausführungsbeispiele der Offenbarung dargestellt, beschrieben und definiert werden, impliziert eine solche Bezugnahme keine Beschränkung der Offenbarung, und es ist keine solche Beschränkung daraus abzuleiten. Der offenbarte Gegenstand kann beträchtlicher Modifikation, Abänderung und Äquivalenten in Form und Funktion unterliegen, die für einschlägige Fachleute mit dem Vorteil dieser Offenbarung auf der Hand liegen werden. Die dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen dieser Offenbarung sind nur Beispiele und stellen den Umfang der Offenbarung nicht erschöpfend dar.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG

Zu Zwecken dieser Offenbarung kann ein Informationshandhabungssystem beliebige Instrumente oder Instrumentensammlungen beinhalten, die betriebsfähig sind, um beliebige Formen von Informationen, Erkenntnissen oder Daten für geschäftliche, wissenschaftliche, steuerungsbezogene oder andere Zwecke zu berechnen, zu klassifizieren, zu verarbeiten, zu übertragen, zu empfangen, abzurufen, zu erzeugen, zu schalten, zu speichern, anzuzeigen, zu manifestieren, zu erkennen, aufzuzeichnen, zu reproduzieren, zu handhaben oder zu nutzen. Beispielsweise kann ein Informationshandhabungssystem ein Personalcomputer, eine Netzspeichervorrichtung oder eine beliebige andere geeignete Vorrichtung sein und kann hinsichtlich Größe, Form, Leistung, Funktionen und Preis variieren. Das Informationshandhabungssystem kann Schreib-/Lesespeicher (RAM), eine oder mehrere Verarbeitungsressourcen wie etwa eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) oder Hardware- oder Software-Steuerungslogik, ROM und/oder andere Arten von nichtflüchtigem Speicher beinhalten. Weitere Komponenten des Informationshandhabungssystems können ein oder mehrere Plattenlaufwerke, einen oder mehrere Netzwerkanschlüsse zur Kommunikation mit externen Vorrichtungen sowie verschiedene Eingabe- und Ausgabe(E/A)-Vorrichtungen wie etwa eine Tastatur, eine Maus und eine Videoanzeige beinhalten. Das Informationshandhabungssystem kann auch einen oder mehrere Datenbusse beinhalten, die betriebsfähig sind, um Kommunikation zwischen den verschiedenen Hardwarekomponenten zu übertragen. Es kann auch eine oder mehrere Schnittstelleneinrichtungen beinhalten, die ein oder mehrere Signale an einen Controller, Aktor oder eine ähnliche Vorrichtung übertragen können.

Zu Zwecken dieser Offenbarung können computerlesbare Medien beliebige Instrumente oder Instrumentensammlungen beinhalten, die Daten und/oder Anweisungen für einen Zeitraum halten können. Computerlesbare Medien können beispielsweise, ohne Beschränkung, Speichermedien wie etwa eine Direktzugriffspeichervorrichtung (z. B. eine Festplatte oder ein Diskettenlaufwerk), eine Speichervorrichtung mit sequenziellem Zugriff (z. B. ein Bandlaufwerk), eine Compact Disk, CD-ROM, DVD, RAM, ROM, elektrisch löschbaren programmierbaren Lesespeicher (EEPROM) und/oder Flash-Speicher; sowie Kommunikationsmedien wie etwa Drähte, Glasfasern, Mikrowellen, Funkwellen und andere elektromagnetische und/oder optische Träger; und/oder eine beliebige Kombination der Vorstehenden beinhalten.

Veranschaulichende Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden hier ausführlich beschrieben. Im Interesse der Klarheit werden möglicherweise nicht alle Merkmale einer tatsächlichen Implementierung in dieser Beschreibung beschrieben. Natürlich versteht es sich, dass bei der Entwicklung derartiger tatsächlicher Ausführungsformen zahlreiche implementationsspezifische Entscheidungen getroffen werden, um die spezifischen Implementierungsziele zu erreichen, die je nach Implementierung unterschiedlich sind. Darüber hinaus versteht es sich, dass derartige Entwicklungsbestrebungen zwar komplex und zeitaufwändig sein können, jedoch trotzdem für einschlägige Durchschnittsfachleute mit dem Vorteil der vorliegenden Offenbarung ein routinemäßiges Unterfangen darstellen.

Um ein besseres Verständnis der vorliegenden Offenbarung zu ermöglichen, werden die folgenden Beispiele bestimmter Ausführungsformen beschrieben. Die folgenden Beispiele sollten keinesfalls als den Umfang beschränkend oder definierend verstanden werden. Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können auf horizontale, vertikale, abweichende oder in anderer Weise nichtlineare Bohrlöcher in einer beliebigen Art unterirdischer Formation anwendbar sein. Ausführungsformen können ebenso auf Einspritzbohrlöcher wie auf Förderungsbohrlöcher einschließlich Kohlenwasserstoffbohrlöchern anwendbar sein. Ausführungsformen können mithilfe eines Werkzeugs implementiert werden, das zum Testen, Gewinnen und Abtasten an Abschnitten der Formation angepasst wurde. Ausführungsformen können mit Werkzeugen implementiert werden, die beispielsweise durch einen Strömungsdurchlass in einem Rohrstrang oder mithilfe einer Wireline, Slickline, Wickelrohren, einem Untertageroboter oder dergleichen befördert werden können. „Messen während des Bohrens“ (measuring-while-drilling, MWD) ist der allgemein verwendete Begriff für das Messen der Bedingungen untertage hinsichtlich der Bewegung und Position der Bohrbaugruppe, während das Bohren im Gange ist. „Vermessen während des Bohrens“ (logging-while-drilling, LWD) ist der allgemein verwendete Begriff für ähnliche Techniken, die sich stärker auf die Formationsparametermessung konzentrieren. Vorrichtungen und Verfahren gemäß bestimmten Ausführungsformen können in einem oder mehreren Wireline- (einschließlich Wireline, Slickline und Wickelrohr), Untertageroboter-, MWD- und LWD-Vorgängen verwendet werden.

Die Begriffe „koppeln“ oder „koppelt“ im hier verwendeten Sinne sollen entweder eine direkte oder indirekte Verbindung bezeichnen. Wenn eine erste Vorrichtung an eine zweite Vorrichtung gekoppelt ist, kann diese Verbindung somit über eine direkte Verbindung oder über eine indirekte mechanische oder elektrische Verbindung durch andere Vorrichtungen und Verbindungen erfolgen. Ebenso soll der Begriff „kommunizierend gekoppelt“ im hier verwendeten Sinne entweder eine direkte oder eine indirekte Kommunikationsverbindung bezeichnen. Eine solche Verbindung kann eine kabelgebundene oder kabellose Verbindung wie beispielsweise Ethernet oder LAN sein. Diese kabelgebundenen oder kabellosen Verbindungen sind einschlägigen Durchschnittsfachleuten bekannt und werden daher hier nicht ausführlich erörtert. Wenn eine erste Vorrichtung kommunizierend an eine zweite Vorrichtung gekoppelt ist, kann diese Verbindung somit über eine direkte Verbindung oder über eine indirekte Kommunikationsverbindung durch andere Vorrichtungen und Verbindungen erfolgen.

1 ist eine Darstellung eines unterirdischen Bohrsystems 100 gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung. Das Bohrsystem 100 umfasst eine Bohrplattform 2, die an der Oberfläche 102 angeordnet ist. In der dargestellten Ausführungsform umfasst die Oberfläche 102 den oberen Teil einer Formation 104, die ein(e) oder mehrere Felsstrata oder -schichten 18a–c enthält, und die Bohrplattform 2 kann in Kontakt mit der Oberfläche 102 stehen. In anderen Ausführungsformen wie etwa bei einem Offshore-Bohrbetriebsvorgang kann die Oberfläche 102 durch ein Wasservolumen von der Bohrplattform 2 getrennt sein.

Das Bohrsystem 100 umfasst einen Bohrturm 4, der von einer Bohrplattform 2 getragen wird und einen Kranblock 6 zum Anheben und Absenken eines Bohrstrangs 8 aufweist. Eine Mitnehmerstange 10 kann den Bohrstrang 8 tragen, während er durch einen Drehtisch 12 hindurch abgesenkt wird. Ein Bohrmeißel 14 kann an den Bohrstrang 8 gekoppelt sein und wird durch einen Untertagemotor und/oder mittels Drehung des Bohrstrangs 8 durch den Drehtisch 12 angetrieben. Während sich der Meißel 14 dreht, erzeugt er ein Bohrloch 16, das durch ein(e) oder mehrere Felsstrata oder -schichten 18 verläuft. Eine Pumpe 20 kann Bohrfluid durch ein Speiserohr 22 an die Mitnehmerstange 10, durch das Innere des Rohrstrangs 8 in das Bohrloch, durch Öffnungen im Bohrmeißel 14, durch den Ringraum um den Bohrstrang 8 zurück zur Oberfläche und in eine Auffanggrube 24 zirkulieren lassen. Das Bohrfluid transportiert Bohrklein aus dem Bohrloch 16 in die Grube 24 und hilft dabei, das Bohrloch 16 intakt zu halten.

Das Bohrsystem 100 kann eine Bohrgarnitur (BHA) umfassen, die in der Nähe des Bohrmeißels 14 an den Bohrstrang 8 gekoppelt ist. Die BHA kann verschiedene Untertagemesswerkzeuge und Sensoren und LWD- und MWD-Elemente umfassen, darunter ein NMR-Werkzeug 26 mit wenigstens einem geneigten, radialen Vorsprung 26a. Wie im Folgenden ausführlich beschrieben wird, kann das NMR-Werkzeug 26 eine Magnetresonanzantwort des Abschnitts der Formation 104 messen, der das NMR-Werkzeug 26 umgibt, was beispielsweise zum Bestimmen der Porosität und Permeabilität von Fels in der Formation 104 verwendet werden kann, und um die Fluidarten zu identifizieren, die in den Poren des Felsens in der Formation 104 eingeschlossen sind. Wie ebenfalls im Folgenden beschrieben wird, kann der Vorsprung 26a die Genauigkeit der Messung der Magnetresonanzantwort verbessern, indem er das Rauschen reduziert, das durch vom Werkzeug 26 erzeugte Wirbelströme in die Magnetresonanzantwort eingebracht wird.

Die Werkzeuge und Sensoren der BHA mit dem NMR-Werkzeug 26 können kommunizierend an ein Telemetrieelement 28 gekoppelt sein. Das Telemetrieelement 28 kann Messungen von dem NMR-Werkzeug 26 an einen Oberflächenempfänger 30 übertragen und/oder Befehle vom Oberflächenempfänger 30 empfangen. Das Telemetrieelement 28 kann ein Schlammimpulstelemetriesystem und akustisches Telemetriesystem, ein kabelgebundenes Kommunikationssystem, ein kabelloses Kommunikationssystem oder eine beliebige andere Art von Kommunikationssystem sein, die von einem einschlägigen Durchschnittsfachmann in Anbetracht dieser Offenbarung für geeignet befunden würde. In bestimmten Ausführungsformen können einige oder alle am NMR-Werkzeug 26 vorgenommenen Messungen auch in dem Werkzeug 26 oder dem Telemetrieelement 28 zum späteren Abrufen an der Oberfläche 102 gespeichert werden.

In bestimmten Ausführungsformen kann das Bohrsystem 100 ein Informationshandhabungssystem 32 umfassen, das an der Oberfläche 102 angeordnet ist. Das Informationshandhabungssystem 32 kann kommunizierend an den Oberflächenempfänger 30 gekoppelt sein und kann durch den Oberflächenempfänger 30 Messungen von dem NMR-Werkzeug 26 empfangen und/oder Befehle an das NMR-Werkzeug 26 senden. Das Informationshandhabungssystem 32 kann auch Messungen von dem NMR-Werkzeug 26 empfangen, wenn das Werkzeug 26 an die Oberfläche 102 zurückgeholt wird. Wie unten beschrieben wird, kann das Informationshandhabungssystem 32 die Messungen verarbeiten, um bestimmte Charakteristiken der Formation 104 zu bestimmen, darunter die Position und Charakteristiken von Frakturen in der Formation 104.

Der Bohrstrang 8 kann an verschiedenen Zeitpunkten während des Bohrprozesses aus dem Bohrloch 16 entfernt werden, wie in 2 gezeigt. Nach dem Entfernen des Bohrstrangs 8 können Messungs-/Vermessungsvorgänge mit einem Wireline-Werkzeug 34 durchgeführt werden, d. h. einem Instrument, das an einem Kabel 15 mit Leitern zum Transportieren von Strom zu dem Werkzeug und Telemetrie von dem Werkzeugkörper zur Oberfläche 102 in das Bohrloch 16 gehängt wird. Das Wireline-Werkzeug 34 kann ein NMR-Werkzeug 36 mit wenigstens einem radialen Vorsprung 36a beinhalten, das eine ähnliche Konfiguration wie das NMR-Werkzeug 26 und der radiale Vorsprung 26a aufweist. Das NMR-Werkzeug 36 kann kommunizierend an das Kabel 15 gekoppelt sein. Eine Vermessungsanlage 44 (in 2 als ein Wagen gezeigt, obwohl es sich um eine beliebige andere Struktur handeln kann) kann Messungen von dem Widerstandsvermessungswerkzeug 36 erfassen und kann Rechenanlagen (z. B. mit einem Informationshandhabungssystem) zum Steuern, Verarbeiten, Speichern und/oder Visualisieren der Messungen beinhalten, die von dem NMR-Werkzeug 36 gesammelt werden. Die Rechenanlagen können über das Kabel 15 kommunizierend an das Vermessungs-/Messungswerkzeug 36 gekoppelt sein. In bestimmten Ausführungsformen kann das Informationshandhabungssystem 32 als die Rechenanlagen der Vermessungsanlage 44 dienen.

3 ist eine Darstellung, die Abschnitte eines beispielhaften NMR-Werkzeugs 300 und einen von dem Werkzeug 300 erzeugten zugehörigen Wirbelstrom 350 gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung zeigt. Das Werkzeug 300 umfasst wenigstens eine Magnetfeldquellen 302/304 und wenigstens eine Antenne 306, die fähig sind, ein oder mehrere elektromagnetische Signale zu empfangen und/oder zu senden. In der dargestellten Ausführungsform umfassen die Magnetfeldquellen 302/304 Permanentmagnete mit einer Magnetfeldausrichtung, die durch Pfeile 302a/304a angegeben ist. Die Antenne 306 kann eine Antenne des Solenoidtyps umfassen, die um ein magnetisch durchlässiges Material 308 gewickelt ist, das dazu beiträgt, ein von der Antenne 308 erzeugtes elektromagnetisches Feld nach außen zu fokussieren. Es sind andere Arten und Konfigurationen von Magnetfeldquellen und Antennen möglich, darunter „transversale Antennen“, die elektromagnetische Felder senkrecht zur Längsachse des Werkzeugs 300 erzeugen.

Im Gebrauch können die Magnetfeldquellen 302/304 ein Magnetfeld in dem Medium erzeugen, das das Werkzeug 300 umgibt, etwa dem Bohrloch und der Formation, die das Werkzeug 300 umgibt, wenn das Werkzeug 300 in einem Bohrvorgang ähnlich wie den oben beschriebenen verwendet wird. Sodann kann der Antenne 306 in der durch Pfeil 306a angegebenen Richtung Wechselstrom zugeführt werden und sie veranlassen, ein elektromagnetisches Signal in das Medium um das Werkzeug herum zu senden, das in dem Magnetfeld liegt. Das gesendete elektromagnetische Signal kann von den Atomkernen des Mediums absorbiert werden, das dem Magnetfeld ausgesetzt ist, das von den Magnetfeldquellen302/304 erzeugt wird. Die Oszillationen des kohärenten Magnetfelds, der Magnetisierung, die von den Kernspins erzeugt werden, weisen eine spezifische Resonanzfrequenz auf, die von der Stärke des Magnetfelds und den magnetischen Eigenschaften des Isotops der Atome abhängt. Die Antenne 306 oder eine andere Antenne im Werkzeug kann die Magnetresonanzantwort der angeregten Magnetisierung in der Formation messen, um eine Bestimmung bestimmter Charakteristiken der umgebenden Formation zu ermöglichen. Diese Charakteristiken sind allgemein die Raten der Relaxation, mit der die Magnetisierung zum thermischen Gleichgewicht zurückkehrt.

Das von der Antenne 306 gesendete elektromagnetische Signal kann auch die Bildung eines Wirbelstroms 350 in einem beliebigen elektrisch leitfähigen Medium bewirken, das das Werkzeug 300 umgibt. In einer Untertageumgebung kann der Wirbelstrom 350 in leitfähigen Fluiden (z. B. Bohrfluiden) erzeugt werden, die das Werkzeug 300 in einem Bohrloch umgeben. Der Wirbelstrom 350 kann der Form der Ebene der Antenne 306 folgend und in einer Ebene allgemein parallel dazu um die Antenne 306 fließen, aber in eine Richtung entgegengesetzt zum Stromfluss durch die Antenne 306, wie durch Pfeil 350a angegeben. Der Wirbelstrom 350 kann ein sekundäres elektromagnetisches Feld erzeugen, das von der Antenne 306 zusammen mit der Magnetresonanzantwort der Formation gemessen wird. Dies bewirkt die Einbringung des Rauschens in die Magnetresonanzantwortmessung, die ihre Genauigkeit reduziert. Der Wirbelstrom reduziert auch die Effizienz des Werkzeugs 300, da er einen höheren Leistungsaufwand zum Erzeugen des Hochfrequenz(RF)-Felds erforderlich macht.

Bei typischen NMR-Werkzeugen, die in Wireline-Anwendungen verwendet werden, werden Fluidsperren verwendet, um das die Antenne umgebende Bohrfluid zu verdrängen und dadurch die Menge an Bohrfluid zu reduzieren, in der ein Wirbelstrom erzeugt werden kann, was wiederum die Stärke des sekundären elektromagnetischen Felds reduziert und das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) der gemessenen Magnetresonanzantwort verbessert. Diese Fluidsperren weisen die Form einer Hülse auf, die den Abschnitt des Werkzeugs einschließt, der die Antenne und Magnete enthält. Die Hülse ist in der Regel von zylindrischer Gestalt mit einem Außendurchmesser, der größer als der Durchmesser des Werkzeugs ist. Dies bewirkt eine Begrenzung der Größe des Ringraums zwischen der Antenne und der Bohrlochwand und begrenzt dadurch die Menge an Bohrfluid, die jeweils in dem Ringraum vorliegen kann. Die Reduzierung des SNR der gemessenen Magnetresonanzantwort ist allgemein in Bezug auf den prozentualen Anteil an aus dem Ringraum verdrängtem Bohrfluid linear. Ein ähnliches Konzept gilt theoretisch für LWD/MWD-NMR-Werkzeuge. Diese Hülsen weisen jedoch Einschränkungen auf, da das Blockieren des gesamten Fluidstroms vorbei am Werkzeug problematisch ist.

Gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung kann ein NMR-Werkzeug mit wenigstens einem geneigten radialen Vorsprung nahe der Antenne das SNR-Verhältnis der gemessenen Magnetresonanzantwort verbessern, indem es einen Wirbelstrom unterbricht, der in dem leitfähigen Medium erzeugt wird, anstatt das leitfähige Medium aus der Umgebung des Werkzeugs zu verdrängen, und ermöglicht zugleich einen Fluidstrom an dem Werkzeug vorbei. Ein beispielhaftes NMR-Werkzeug 400, das Aspekte der vorliegenden Offenbarung beinhaltet, ist in 4A und 4B dargestellt. Das NMR-Werkzeug 400 umfasst einen zylindrischen Werkzeugkörper 410, an den Magnetfeldquellen 412 und 414 und eine Antenne 416 gekoppelt sind. Die Antenne 416 umfasst eine Solenoidantenne, die koaxial mit dem Werkzeugkörper 410 und der Magnetfeldquelle 404 und 406 angeordnet ist. Vier nichtleitfähige, ebenflächige radiale Vorsprünge 402408 sind nahe der Antenne 416 in gleichmäßigen Abständen um den Umfang des Werkzeugkörpers 410 angeordnet und in Bezug auf eine Längsachse 480 des Werkzeugkörpers 410 geneigt. Insbesondere umfassen die Vorsprünge 402408 Lamellen, die die Ebene der Antenne 416 wenigstens teilweise schneiden und in einem Winkel 490 in Bezug auf die Längsachse 480 des Werkzeugkörpers 410 geneigt sind. Die Vorsprünge können aus einem beliebigen nichtleitfähigen Material hergestellt sein, darunter Glasfaser, Polyetheretherketon (PEEK), Keramik oder Gummi. Andere Anzahlen, Formen, Ausrichtungen und Größen von Vorsprüngen sind möglich.

Angesichts dessen, dass die Antenne 406 koaxial zu dem Werkzeugkörper 410 ist, bedeutet die geneigte Ausrichtung der Vorsprünge 402408 in Bezug auf die Längsachse 480 des Werkzeugkörpers 410, dass die Vorsprünge 406 auch in Bezug auf die Ebene der Antenne 406 um den Winkel 490 geneigt sind. Eine solche Ausrichtung ist jedoch nicht erforderlich, da die Ausrichtung der Antenne 406 in Bezug auf den Werkzeugkörper 410 sich ändern kann und die Vorsprünge keinen bestimmten Winkel in Bezug auf die Ebene der Antenne 406 einnehmen müssen. Beispielsweise kann die Antenne 406 in bestimmten Fällen in Bezug auf den Werkzeugkörper 410 geneigt sein, und die Vorsprünge 402408 können in Bezug auf die Ebene der Antenne 406 senkrecht sein.

Die Vorsprünge 402408 können direkt oder indirekt an den Werkzeugkörper 410 gekoppelt sein. In der gezeigten Ausführungsform können die Vorsprünge 402408 einstückig mit einer Hülse 418 des Werkzeugs 400, die die Antenne 406 radial umgibt, gebildet oder in anderer Weise daran angebracht sein. Die Hülse 418 kann an den Werkzeugkörper 410 gekoppelt sein und dient dazu, die Antenne 406 vor den Bedingungen untertage zu schützen. In anderen Ausführungsformen können die Vorsprünge einstückig mit dem Werkzeugkörper 410 gebildet oder in anderer Weise direkt daran angebracht sein. In bestimmten Ausführungsformen können die Vorsprünge 402408 lösbar an die Hülse 418 oder den Werkzeugkörper 410 gekoppelt sein, derart, dass sie sich im Falle von Verschleiß leicht ersetzen lassen. In einer anderen Ausführungsform können die Vorsprünge 402408 an einen Stabilisator des Werkzeugs 400 gekoppelt sein.

In bestimmten Ausführungsformen können die Vorsprünge 402408 in Bezug auf den Werkzeugkörper 410 drehbar sein. Dies kann das Strömen von Bohrfluid durch die Vorsprünge 402408 ermöglichen. In bestimmten Ausführungsformen kann die Hülse 418, an die die Vorsprünge 402408 gekoppelt sind, durch eine Vielzahl von Lagern, die es der Hülse 418 gestatten, sich in Bezug auf den Werkzeugkörper 410 zu drehen, an den Werkzeugkörper 410 gekoppelt sein. Wenn das Werkzeug untertage angeordnet ist, kann der Strom von Bohrfluid am Werkzeug 400 vorbei eine Drehkraft auf die Vorsprünge 402408 ausüben. Diese Drehkraft kann wiederum bewirken, dass die Hülse 418 und die daran gekoppelten Vorsprünge 402408 sich in Bezug auf den Werkzeugkörper 400 drehen.

In der dargestellten Ausführungsform ist das Werkzeug 400 in einem Bohrloch 420 innerhalb einer Formation 422 angeordnet. Die Vorsprünge 402408 können sich radial von dem Werkzeugkörper 410 erstrecken, derart, dass sie in Kontakt mit der Wand des Bohrlochs 420 stehen oder in großer Nähe dazu sind. Die Vorsprünge 402408 können wenigstens teilweise Ringsegmente definieren, die den Werkzeugkörper 410 umgeben und durch die Bohrfluid in Bezug auf den Werkzeugkörper 410 axial strömen kann. Da die Vorsprünge 402408 aus nichtleitfähigem Material hergestellt sein können, können sie die Form und den Fluss von Wirbelströmen unterbrechen oder verlagern, die von der Antenne 406 erzeugt werden. In der dargestellten Ausführungsform werden die von der Antenne 406 erzeugten Wirbelströme 450 und 452 gezwungen, um die nichtleitfähigen radialen Vorsprünge 402408 zu fließen, anstatt der Form der Antenne 406 folgend in einem Ring um das Werkzeug 410 zu fließen, was die Stärke der Wirbelströme 450 und 452 und der resultierenden elektromagnetischen Felder reduziert. Entsprechend weist die resultierende Messung der Magnetresonanzantwort am Werkzeug 410 ein höheres SNR auf.

Obwohl die Vorsprünge 402408 die gleiche Größe aufweisen und jeweils in Kontakt mit der Wand des Bohrlochs 420 stehen oder in großer Nähe dazu sind, können in anderen Ausführungsformen einige oder alle Vorsprünge 402408 unterschiedliche Größen aufweisen, und einige oder alle Vorsprünge 402408 können nicht mit der Wand des Bohrlochs 420 in Kontakt stehen. Beispielsweise können die Größen der Vorsprünge 402408 alternieren, derart, dass jeder zweite Vorsprung 402408 um den Umfang des Werkzeugs 400 nicht in Kontakt mit der Wand des Bohrlochs 420 steht. Dies kann ermöglichen, das Werkzeug 400 im Bohrloch zu zentrieren, während der Fluss des Bohrfluids vorbei am Werkzeug 400 maximiert wird.

In bestimmten Ausführungsformen kann die Anzahl geneigter radialer Vorsprünge auf Grundlage des von dem Werkzeug benötigten SNR variiert werden. 5 ist eine Darstellung beispielhafter Hülsen 500, 520 und 540 mit unterschiedlicher Anzahl daran gekoppelter, geneigter radialer Vorsprünge gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung. In der dargestellten Ausführungsform sind die Vorsprünge in Bezug auf die Längsachse der entsprechenden Hülsen 500, 520 und 540 geneigt, die koaxial zu den Werkzeugkörpern der Werkzeuge angeordnet sind, an die die Hülsen gekoppelt sind. Wie oben beschrieben, kann jeder der Vorsprünge nichtleitfähige Materialien umfassen, die dazu dienen können, wenigstens teilweise Ringsegmente zu definieren, die Wirbelstrom unterbrechen, der durch sie hindurch zu fließen sucht. Die Reduzierung des SNR im Zusammenhang mit den einzelnen Hülsen 500, 520 und 540 kann positiv mit der Anzahl der Unterbrechungen korreliert sein, d. h. der Anzahl geneigter radialer Vorsprünge.

In der dargestellten Ausführungsform sind alle geneigten radialen Vorsprünge im gleichen Winkel zu einer entsprechenden Antenne und/oder einem Werkzeugkörper geneigt. In anderen Ausführungsformen können die geneigten radialen Vorsprünge an den Hülsen 500, 520 und 540 in verschiedenen unterschiedlichen Winkeln geneigt sein, die teilweise von der Ausrichtung der entsprechenden Antenne in Bezug auf den Werkzeugkörper sowie davon abhängen können, wie die Vorsprünge an dem Werkzeugkörper in Bezug auf die Anordnung der Antenne angebracht sind. Außerdem kann es möglich sein, dass die geneigten radialen Vorsprünge an einer einzelnen Hülse oder einem Werkzeug unterschiedliche Neigungswinkel in Bezug auf eine einzelne Antenne aufweisen.

6 ist eine Darstellung einer weiteren beispielhaften Hülse 600, die geneigte radiale Vorsprünge umfasst, gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung. In der dargestellten Ausführungsform sind alle Vorsprünge 602604 in Bezug auf die Längsachse 650 der Hülse 600 geneigt, aber der Neigungswinkel jedes Vorsprungs 602604 kann über seine Länge hinweg ungleichförmig sein. Der Vorsprung 602 beispielsweise umfasst wenigstens drei Abschnitte 602a–c, die in unterschiedlichen Winkeln in Bezug auf die Längsachse 650 der Hülse 600 geneigt sind. Der Neigungswinkel an jedem Abschnitt 602a–c der Hülse 602 kann dazu ausgelegt sein, den Fluidstrom an der Hülse vorbei zu ermöglichen, so wie etwa die Schaufel eines Gebläses das Strömen von Luft ermöglicht. Die Neigungswinkel an der Länge des Vorsprungs 602 können ein Gefälle aufweisen und sich über die Länge hinweg allmählich ändern, wie dargestellt, oder können an identifizierbaren Übergangsstellen zwischen Abschnitten des Vorsprungs 602 abrupte Übergänge aufweisen. Außerdem kann es für die Abschnitte eines Vorsprungs, insbesondere die Endabschnitte, möglich sein, sich einem senkrechten Winkel in Bezug auf die Längsachse der Hülse und/oder des Werkzeugkörpers anzunähern und trotzdem als geneigt im Rahmen des Umfangs dieser Offenbarung zu gelten.

Gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung weist ein beispielhaftes Bohrlochwerkzeug einen Werkzeugkörper und eine Magnetfeldquelle auf, die an den Werkzeugkörper gekoppelt ist. Auch eine Antenne kann an den Werkzeugkörper gekoppelt sein. Das Werkzeug kann einen radialen Vorsprung von dem Werkzeugkörper nahe der Antenne aufweisen, der in Bezug auf eine Längsachse des Werkzeugkörpers geneigt ist.

In bestimmten Ausführungsformen umfasst der radiale Vorsprung einen von einer Vielzahl von radialen Vorsprüngen, die um den Umfang des Werkzeugkörpers herum beabstandet sind. Der radiale Vorsprung kann an eine Hülse gekoppelt sein, die in Bezug auf den Werkzeugkörper axial an der Antenne ausgerichtet ist. Der radiale Vorsprung kann lösbar an eins von dem Werkzeugkörper oder einer Hülse gekoppelt sein, die in Bezug auf den Werkzeugkörper axial an der Antenne ausgerichtet ist. Der radiale Vorsprung kann ein nichtleitfähiges Material umfassen. In bestimmten Ausführungsformen umfasst das nichtleitfähige Material wenigstens eines von Glasfaser, Polyetheretherketon, Keramik und Gummi. Der radiale Vorsprung von dem Werkzeugkörper nahe der Antenne kann eine Ebene der Antenne wenigstens teilweise schneiden.

In beliebigen der in den vorstehenden zwei Abschnitten beschriebenen Ausführungsformen kann der radiale Vorsprung einen Neigungswinkel in Bezug auf die Längsachse des Werkzeugkörpers umfassen. In bestimmten Ausführungsformen ist der Neigungswinkel über eine Länge des Vorsprungs ungleichförmig. In beliebigen der in den vorstehenden zwei Abschnitten beschriebenen Ausführungsformen kann die Antenne eine Solenoidantenne umfassen.

Gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung kann ein beispielhaftes Verfahren zum Erzeugen von Messungen mithilfe eines Bohrlochwerkzeugs das Erzeugen eines Magnetfelds mithilfe einer Magnetfeldquelle umfassen, die an einen Werkzeugkörper gekoppelt ist. Von einer Antenne, die an den Werkzeugkörper gekoppelt ist und um die wenigstens ein radialer Vorsprung angeordnet ist, der in Bezug auf die Längsachse des Werkzeugkörpers geneigt ist, kann ein elektromagnetisches Signal gesendet werden. Das Verfahren kann auch das Empfangen einer Antwort auf das gesendete elektromagnetische Signal beinhalten.

In bestimmten Ausführungsformen erstreckt sich der wenigstens eine radiale Vorsprung von dem Werkzeugkörper. In bestimmten Ausführungsformen ist der wenigstens eine radiale Vorsprung an eine Hülse gekoppelt, die in Bezug auf den Werkzeugkörper axial an der Antenne ausgerichtet ist. In bestimmten Ausführungsformen ist der wenigstens eine radiale Vorsprung lösbar an eins von dem Werkzeugkörper oder einer Hülse gekoppelt, die in Bezug auf den Werkzeugkörper axial an der Antenne ausgerichtet ist. In bestimmten Ausführungsformen umfasst der wenigstens eine radiale Vorsprung ein nichtleitfähiges Material. In bestimmten Ausführungsformen umfasst das nichtleitfähige Material wenigstens eines von Glasfaser, Polyetheretherketon, Keramik und Gummi. In bestimmten Ausführungsformen schneidet der wenigstens eine radiale Vorsprung von dem Werkzeugkörper nahe der Antenne wenigstens teilweise eine Ebene der Antenne.

In beliebigen der in den vorstehenden zwei Abschnitten beschriebenen Ausführungsformen kann der radiale Vorsprung einen Neigungswinkel in Bezug auf die Längsachse des Werkzeugkörpers umfassen. Der Neigungswinkel kann über eine Länge des Vorsprungs ungleichförmig sein. In beliebigen der in den vorstehenden zwei Abschnitten beschriebenen Ausführungsformen kann das Empfangen der Antwort auf das gesendete elektromagnetische Signal das Unterbrechen eines Wirbelstroms, der durch das gesendete elektromagnetische Signal um das Werkzeug erzeugt wird, mit dem wenigstens einen radialen Vorsprung umfassen.

Daher eignet sich die vorliegende Offenbarung gut, um die genannten sowie darin inhärenten Ziele und Vorteile zu erreichen. Die jeweiligen offenbarten Ausführungsformen sind nur veranschaulichend, und die vorliegende Offenbarung kann in unterschiedlicher, aber äquivalenter Weise abgewandelt und ausgeübt werden, wie es für einschlägige Fachleute mit dem Vorteil der vorliegenden Lehren auf der Hand liegen wird. Darüber hinaus sind hinsichtlich der Einzelheiten der hier gezeigten Konstruktion oder Auslegung keine anderen Einschränkungen als die in den nachfolgenden Ansprüchen beschriebenen vorgesehen. Es ist somit deutlich, dass die oben offenbarten jeweiligen veranschaulichenden Ausführungsformen geändert oder abgewandelt werden können und dass alle derartigen Variationen als in den Umfang und Geist der vorliegenden Offenbarung fallend betrachtet werden. Außerdem tragen die Begriffe in den Ansprüchen ihre einfache, gewöhnliche Bedeutung, es sei denn, sie werden durch den Patentinhaber ausdrücklich und deutlich anders definiert. Die unbestimmten Artikel „ein“, „eine“, „einer“, „eines“, „einem“ in den Ansprüchen sind hier derart definiert, dass sie ein oder mehr als eines der Elemente bezeichnen, denen sie vorangestellt sind.