JPH0424588A - 地層のｎｍｒ特性の穿孔測定及びその解釈 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、ボアホール即ち穿孔内において核磁気共鳴（
ＮＭＲ）７Ｔｌｌ定を行なうための装置及び技術に関す
るものであって、且つ穿孔によってトラバース即ち横断
されている地層の磁気的特性を決定する方法に関するも
のである。

従来技術 過去数十年間に亘って石油探査における井戸をログ即ち
検層するために核磁気共鳴の原理を使用する試みが幾度
も繰返しなされているが、必ずしも満足のいく結果は得
られていない。例えば原子核、陽子又は電子などの磁気
スピンを持った地層の任意の粒子は、該地層に印加した
磁界と整合する傾向を有するものであることが認識され
ている。

この様な磁界は、穿孔が通常穿設される地球の区域にお
いて約０．５ガウスの強度を持った地球の磁界Ｂ８の場
合における如く、自然的に発生されるものである場合が
ある。地層内の任意の与えられた粒子は、更に、近くの
磁気粒子と関連する局所的な磁界や、その他の常磁性物
質や、例えばシ工−ル（頁岩）などのようなあるタイプ
の地層の細孔壁に典型的に整合するイオンからなる層に
よって影響を受ける。これらの局所化された磁界は、不
均一なものとなる傾向があり、一方地球の磁界は比較的
均一である。

水の水素原子核（陽子）及び岩石の細孔内に発生する炭
化水素は、他の岩石成分内で誘起される任意の信号と区
別されるＮＭＲ信号を発生する。

正味の磁化を持ったこの様な原子核のポピユレーション
は、例えばＢＥなどのような任意の印加された磁界と整
合する傾向がある。

Ｂ８を横切る第二磁界Ｂ、が検層装置電磁石によって該
陽子上に印加されると、該陽子は、十分な分極時間ｔ、
。、が経過した後に、ＢＥとＢ１とのベクトル和と整合
する。分極用磁界Ｂ１が次いでスイッチオフされると、
該陽子は、地球の磁界ＢＥの強度と粒子の磁気回転定数
とに依存する特性ラーモア周波数（回転数）ω、で、Ｂ
、ベクトルの周りを歳差運動を行なう傾向となる。０．
　５ガウスの磁界ＢＥの周りを歳差運動する水素原子核
は、約２ｋＨｚの特性周波数を有している。

群の、即ち水素原子核のポピユレーションが同位相で歳
差運動を行なわされると、全ての陽子の結合した磁界が
、受信器コイル内に検知可能な振動電圧を発生する。各
陽子の磁気モーメントは磁界の不均一性を発生するので
、歳差運動を行なう陽子は、時間の経過と共に位相コヒ
ーランスを喪失する傾向となり、その場合の特性時定数
は横緩和時間乃至はスピン−スピン緩和時間Ｔ２と呼ば
れる。更に、磁界の不均一性は、上述した如きその他の
物理的現象によっても発生され、従って観測位相ズレ緩
和時間Ｔ２”は通常Ｔ２よりも短い。

上述したタイプの穿孔磁気共鳴測定は、アメリカ合衆国
テキサス用ヒユーストンのシュルンベルジエテクロノジ
コーポレーションのＮＭＬ　（商標）サービスの一部と
して市販されている。この装置は、地層流体内の水素原
子核の自由誘導崩壊（Ｆｒｅｅ　　Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ
　　Ｄｅｃａｙ）を測定することが可能であり、且つパ
ラメータＴ、及びＴ２”を得ることが可能である。それ
は、横緩和時間Ｔ２を測定するものではない。ＮＭＬサ
ービスにおいて使用される市販の検層装置の基本的構成
要素、動作及び解釈は、Ｒ，Ｃ，Ｈｅｒｒｉｃｋ、Ｓ、
　　Ｈ，Ｃｏｕｔｕｒｉｅ、Ｄ。

Ｌ、　　　Ｂｅ５ｔ共著の「改良型核磁気検層システム
及びその地層評価への適用（Ａｎ　　Ｉｍｐｒｏｖｅｄ
　　Ｎｕｃ、Ｑ　ｅａｒ　　ＭａｇｎｅｔｉｓｍＬｏｇ
ｇｉｎｇ　　Ｓｙｓｔｅｍ　　ａｎｄ　　ｉｔｓ　　Ａ
ｐｐｆｉｉｃａｔｉｏｎ　　ｔｏ　　Ｆｏｒｍａｔ　ｔ
ｏｎ　　Ｅｖａ、Ｑ　ｕａｔ　１ｏｎ）Ｊ、１９７９年
９月２３−２６日にネバダ州のラスベガスにおける第５
４回年次秋季技術会議及び石油技術者協会の展示（Ａ、
　　１０Ｍ、Ｅ、　、ダラス、テキサス）において発表
された文献に記載されている。

他の特性を測定するために、地層内のプロトン即ち陽子
のポピユレーションに他のシーケンスの磁界を印加する
ことが可能である。例えば、送信器コイルを介して周波
数ｆを持った交流のパルスを通過させると、静止磁界Ｂ
。に対して垂直に振動分極磁界Ｂ、が発生し、ｆに等し
いラーモア周波数で歳差運動を行なう陽子のポピユレー
ションは、所定の角度で８１に対して整合する傾向とな
る。このパルスの終端において、Ｂｌを取り除くと、整
合された陽子は垂直方向のトルクを受け、且つＢ。ベク
トルの周りを歳差運動する。縦緩和時間乃至はスピン−
格子緩和時間Ｔ１と呼ばれる特性時間の後、該陽子は熱
平衡状態へ緩和し、そこで、重み付けされた割合の陽子
がＢ。の方向に整合される。その他の種々のシーケンス
の印加磁界を使用することが可能であり、例えばＴ、　
　　Ｃ０Ｆａｒｒａｒ及びＥ、　　Ｄ、　　Ｂｅｃｋｅ
ｒ共著の「パルス及びフーリエ変換核磁気共鳴（Ｐｕｌ
ｓｅ　　ａｎｄ　　Ｆｏｕｒｉｅｒ　　Ｔｒａｎｓｆｏ
ｒｍ　　Ｎｕｃｊ７ｅａｒ　　Ｍａｇｎｅｔｉｃ　　Ｒ
ｅ５ｏｎａｎｃｅ）Ｊ　、アカデミツクプレス出版社、
ニューヨーク（１９７１）、第２章、１８３３頁に記載
されているものを使用することが可能である。

岩石試料のＮＭＲ特性の測定は研究室において正確に行
なうことが可能ではあるが、ボアホール即ち穿孔におい
て同等の測定を行なうことは、温度が華氏で数百度とな
り、且つ圧力が数千ｐｓｉとなり且つ装置全てが数イン
チの直径に過ぎない円筒状の体積内に収納されねばなら
ない辛辣な環境条件によって著しく悪化されている。

初期のＮＭＲ検層装置の一つは、１９６６年１１月２９
日に発行された米国特許第３．　２８９゜０７２号（Ｎ
、　　Ａ、　　５ｃｈｕｓｔｅｒ）に示されている。水
又はオイルの試料を所定の磁界へ露呈させるために強力
な電磁石が使用されている。

ＲＦコイルが振動する第二磁界を発生し、それは該試料
内に陽子の核磁気共鳴を発生させ且つ隣接する地層内の
同様の陽子の共鳴を発生させる。５ｃｈｕｓｔｅｒは、
静止磁界Ｂ。を発生させるために、壁係合用パッド内に
装着されている多極電磁石を使用するか、又は検層用ゾ
ンデ内に装着されている一層大型の電磁石を使用するこ
とを提案している。５ｃｈｕｓｔｅｒは、更に、例えば
、１９６３年３月２６日に発行された米国特許第３゜０
８３．３３５号における如く、その他の形態の電磁石及
び検知ＲＦコイルも提案しており、その場合、該コイル
は二つの棒磁石の二つの反対の極の間の間隙内に位置さ
れている。この場合、該コイルの磁力線は、棒磁石の磁
界を垂直に交差し、それは核磁気歳差運動を誘起するの
に最適な角度である。

１９７２年５月３０日に発行された米国特許第３．６６
７．０３５号（Ｃ，Ｐ、　　５ｌ）ｉｃｈｔｅｒ）は、
２個の同軸状に整合させた棒磁石とこれらの磁石の反対
の極の間の間隙内に位置したＲＦコイルからなる同様の
構成を示している。尚、本明細書においては、「棒磁石
」という用語は、反対の方向に面して一つのＮ極と一つ
のＳ極とのみを有する任意の磁石のことを意味しており
、それは永久磁石であっても又は電磁石であってもよい
。Ｓ、１）ｉｃｈｔｅｒの構成及びＳｃｈｕｓｔｅｒの
構成の両方共、電磁石を使用しており、それは数千フィ
ートもの長い電気的ケーブルを介して検層用ゾンデへ大
きなりＣ電流を送信せねばならないという不便さがある
。

１９７０年９月８日に発行された米国特許節３゜５２８
．０００号（Ｈ，Ｆ、　　Ｓｃｈｗｅｄｅ）は、第８図
及び第９図においてＮＭＲ検層装置の一つのタイプを示
しており、その場合、永久磁石が固定した強度の第一磁
界を発生し、且つ誘導コイルが選択した範囲に亘って周
波数が変化する振動用磁界を発生する。第一磁界は並置
して位置された二つの反対の磁極（一方がＮ及び他方が
Ｓ）によって発生されるので、その磁界は均一なもので
はなく、且つその磁界の空間勾配は地層内の全ての点に
おいて明らかにゼロではない。更に、第−磁界及び第二
磁界は地層内においてのみならず、穿孔内においても交
差するので、穿孔流体内の水又は炭化水素を構成する陽
子はＲＦコイルによって検知される信号に貢献を与え、
真実の地層測定が所望される場合には、それを電子的に
除去するか又は穿孔流体を化学的に処理することによっ
て除去されねばならないことが明らかである。

例えば、１９７１年８月３日に発行された米国特許節３
，５９７，６８１号（Ｗ、　　　Ｂ、　　　Ｈｕｃｋａ
ｂａｙ）に示される如く、検層用ゾンデ内に同軸的に整
合して永久棒磁石を設けこれらの磁石の間の間隙内に検
知コイルを位置させたその他のＮＭＲ検層装置が提案さ
れている。

別の永久磁石形態のものは、１９８２年９月２１日に発
行された米国特許節４，３５０，９５５号（Ｊ、　　Ａ
、　　　Ｊａｃｋｓｏｎ）に記載されており、その場合
、２個の磁石の二つの同一の極の間の間隙内にＲＦ検知
コイルが位置されるように２個の永久棒磁石が同軸的に
整合されている。同様に、１９８４年１２月１２日に出
願公開された英国特許出願箱２，１４１，２３６−Ａは
、磁石の間の間隙内に検知コイルを位置させた同軸的に
配列した棒磁石を有する同様な構成を示している。

このタイプの構成は、均一な磁界からなる環状領域を発
生し、その中で核磁気共鳴を測定することが可能である
。しかしながら、これらの装置は、装置が穿孔の一方の
壁に寄り掛かる傾向となる大きな又は方向の逸れた穿孔
において穿孔流体からの信号によって悪影響を受けるこ
とがある。装置本体から遠く離れた環状領域を発生する
ように装置が構成されている場合には、そのようにして
形成される磁界はかなり弱いものとなり、その結果得ら
れる信号は著しく弱いものとなる。この様な構成は、更
に、測定信号の振動電磁波を阻止しないような構成体に
よって検知コイルアンテナを包囲することを必要とする
。例えば、グラスファイバやその他の非金属物質が通常
使用されるが、この様に構造的に弱体化したリンクは、
装置の構造的一体性を低下させ、且つ辛辣な穿孔条件下
においてその有用性は著しく低下したものとさせる。

磁気スピンを持った水素原子核以外の粒子のＮＭＲ測定
も提案されている。１９６９年４月１５日に発行された
米国特許節３，４３９，２６０号（Ｇ、　　　Ｊ、　　
　Ｂｅｎｎ　　ｅｔ　　ａ（１，）は、例えば、地層に
おける炭素１３原子核の磁気共鳴を測定する技術を開示
している。

ＮＭＲ検層装置及び技術に関して発行されたその他の代
表的な米国特許としては、米国特許節３゜０４２　８５
５号ＣＲ−Ｊ、　　Ｓ、　　Ｂｒｏｗｎ）、米国特許節
３，５０８，４３８号（Ｒ。

Ｐ、　　　Ａｌｇｅｒ　　ｅｔ　　ａｌ）、）、米国特
許節３．４８３，４６５号（Ｊ、　　Ｈ８Ｂａｋｅｒ。

Ｊｒ、）、米国特許節３．５０５，４３８号（Ｒ。

Ｐ、　　Ａｆｌｇｅｒ　　ｅｔ　　ａ、ｌ）、）、米国
特許節３，５３８，４２９号（Ｊ、　　Ｈ，Ｂａｋｅｒ
、Ｊｒ、）、米国特許節４，０３５，７１８号（Ｒ，Ｎ
、　　　ＣｈａｎｄＪｅｒ）などがある。

上述した如き従来のＮＭＲ検層装置の各々は実際上の間
顆点を有している。これらの全てのものは、油井内にお
いて検層を行なう場合の典型的な温度、圧力及び物理的
な辛辣な条件下においてこの様な種類の繊細な測定を行
なうことの基本的な困難性の問題を取扱わねばならない
。更に、穿孔内の水素原子核の濃度は、何れの岩石地層
内における濃度よりも一層高いので、穿孔内で発生する
不所望のＮＭＲ信号は、周囲の地層からの信号よりもか
なり高いものである場合がある。この様な問題点を緩和
するために、穿孔流体を例えば磁鉄鉱などのような常磁
性物質で処理し、且つ検層動作を行なう前にその処理済
みの流体を穿孔を介して循環させ、その結果穿孔内の水
素原子核の緩和時間が短縮されて、それがＮＭＲ測定に
影響を与えることがないようにすることが当該技術分野
において従来公知である。この様な穿孔流体の前処理は
高価であり、且つ時間がかかるものである。

この様な前処理は、更に、穿孔を介して隣接する透過性
の地層内へ同一の化学物質を導入させ、従って測定結果
に歪を発生する場合がある。

検層装置を介して流れる高いパワーの電流は、特に穿孔
内の高温度環境条件下においては、例えばスイッチなど
のような種々の電子部品を不可避的に破壊する傾向とな
り、従って強力な電磁石を必要とするこの様なＮＭＲ検
層装置は信頼性が欠落する傾向を有するものであること
が認識されている。従来の検層装置の全ては、ＡＣ信号
の検知を可能とするために、ゾンデ乃至はパッド本体を
、例えばグラスファイバや、合成ゴム又はテフロンなど
のような非金属物質から構成することを必要としていた
。これらの物質は、他のタイプの検層装置を製造する場
合に通常使用される合金金属よりもかなり弱いものであ
る。ＮＭＲ検層装置を製造する場合に強力な金属性の超
格子構造を使用することが不可能であるので、業界にお
いて比較的不人気である原因の−っである。

従来のＮＭＲ検層装置は典型的に、測定を行なうことを
可能とするために、分極用磁界パルスを遮断した後で且
つ送信コイルが十分に減衰される前に、「不動時間」と
呼ばれる約２０−３０ミリ秒を必要としている。この不
動時間の期間中、磁気緩和のかなりの情報が不可避的に
喪失され、且つＳ／Ｎ比が著しく劣化される。

市販されているＮＭＲ検層装置は、スピン−スピン緩和
時間Ｔ２を直接的に測定することが可能なものではない
。その代わりに、現存する市販の検層装置は、自由流体
インデックス（ＦＦＩ）及び観測可能な位相ズレ緩和時
間Ｔ２　　　（自由誘導崩壊時定数とも呼称される）を
測定する。例えば、Ｃ，Ｈ，Ｎｅｕｍａｎ及びＲ，Ｊ、
　　　Ｓ。

Ｂｒｏｗｎ共著の「地層評価のための核磁気検層の適用
（ＡｐｐｆＩｉｃａｔ　ｔｏｎｓ　　ｏｆ　　Ｎｕｃｌ
）ｅａｒ　　Ｍｈｎｅｔｉｓｍ　　Ｌｏｇｇｉｎｇ　　
ｔｏ　　Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ　　Ｅｖａｊ７ｕａｔｔｏ
ｎ）Ｊ、ジャーナル・オブ・ベトローリエム・テクノロ
ジ、１９８２年１２月、２８５３−２８６０頁の文献及
び前掲したＨｅｒｒｉｃｋ　　ｅｔ　　ａｌ、の文献に
記載されているようなその他の有用な情報を派生するた
めに種々の検層解釈技術を使用することが可能である。

解釈 穿孔内においてＮ　Ｍ　Ｒ１１定を行なう基本的な目的
は、その穿孔の周囲における地層構成要素の情報を得る
ことである。この様な情報は、典型的には、水及び炭化
水素中の水素原子核の磁気緩和時間に関係しているが、
それは、又、地層中のその他の物理的パラメータ又はそ
の他の粒子に関係する場合もある。

分極用磁界の印加及び除去した後に、水素原子核乃至は
プロトン（陽子）のポピユレーションが、前掲の文献に
記載される如く、幾つかのモードで緩和を行なうことが
知られている。Ｈｅ　ｒ　ｒ　ｉ　ｃｋ　　ｅｔ　　ａ
ｌｌ、の文献に説明される如く、ＮＭＬ装置は、強力な
りＣ分極用磁界ｓｐｏ地層へ印加させて地球の磁界Ｂｌ
！に対してほぼ垂直に陽子スピンを整合させる。この装
置の「通常モード」動作の期間中、分極用磁界は、はぼ
Ｔ１の５倍の期間に亘って印加されて、地層の陽子を飽
和状態に分極させる。大きな分極用電流（ＩＫＷの程度
のパワー）を遮断し、且つ、コイルが完全にダンプ即ち
減衰した後に（約２５ミリ秒を必要とする）、測定回路
が該コイルへ結合されて、地球の磁界ＢＥの周りを自由
に歳差運動する地層内の陽子のポピユレーションによっ
て該コイルの中に誘起される信号を検知する。この自由
誘導崩壊信号は、ｒＦ　ＩＤＪ信号と呼称され、それは
第２０図に示した如く、約２ｋＨｚである地球の磁界内
のラーモア周波数ωＬに等しい周波数を有している。初
って基本的なＮＭＲ測定は、穿孔内に位置されｔ、導電
性フィル内の誘起された電圧である。この１圧信号の振
幅、周波数及び位相は、二次的パラメータと相関されて
、陽子の測定されたポピユレーションの磁気的特性、即
ちＴ、、Ｔ２．Ｔ２’１．：関する情報が得られる。有
用なこれらの二次的エラメータを解釈方法へリンクさせ
、測定した地層の水切り、流体多孔度、粘度、透磁率な
どのよそな所望の情報が得られる。

第２０図を参照すると、２ｋＨｚの自由誘導崩壊信号の
崩壊包路線を測定し、次いでその包絡斜を分極用パルス
ＢＰが遮断された初期時間ｔ。＾外挿することは従来公
知である。初期時間ｔ。ＩＳおける電圧振幅は、特定の
装置の設計パラメータに依存するキャリブレーション定
数によって乗調されると、自由流体多孔度（Φｌ）と呼
ばれる「由流体インデックス（ＦＦＩ）を発生する。Ｆ
ＩＤ崩壊曲線は、観測可能な位相ズレ時定数Ｔ２と関連
していることが知られている。

ＮＭＬ装置は、更に、「Ｔ１静止モード」動作において
使用することも可能であり、その場合、複数個の非飽和
分極パルスが地層へ印加され、方検層装置は穿孔内のそ
の測定深さに静止状態のまま止どまる。第２１図を参照
すると、自由誘導崩壊信号が測定され且つ、前述した如
く、分極用パルスがシャットオフされた初期時間ｔ。に
おける地層磁化を外挿するために崩壊包路線が推定され
、且つこのことが分極の各期間ａ、ｂ、ｃ、ｄに対して
逐次的に行なわれる。分極期間が大きければ大きいほど
、より多くの地層陽子が分極用磁界Ｂ、と整合され、且
つより高い正味の磁化が得られる。これらの分極パルス
は、非飽和型のものとすべきである。なぜならば、最大
磁化Ｍ　（ｔ　ｏ　）及び飽和パルスに追従するＦＩＤ
曲線は同一であり且つ冗長だからである。次いで、分極
用磁化をシャットオフした直後における磁化の外挿値Ｍ
（ｔｏ　）を、分極期間に対してプロットし、Ｔビルド
アップ曲線を形成する。その曲線は、縦緩和時間Ｔ１に
等しい特性時定数を有している。従来の解釈方法におい
ては、通常、Ｔ１は、Ｔ１ビルドアップ曲線を、市販の
「最小二乗あてはめ」コンピュータプログラムを使用し
て、指数崩壊関数に対してあてはめることによって推定
されていた。

第２１図においては僅かに四つの点のみが示されている
に過ぎないが、高々へつの別々の組のＦＩＤ測定を行な
い且つ最大磁化の対応する値Ｍ（１）を得ることが公知
である。Ｔ１を抽出することの動機は、例えば、Ａ、　
　Ｔｉｍｕｒ著の「砂石の多孔度、可動流体及び透磁率
のパルス型核磁気共鳴研究（Ｐｕｇｓｅｄ　　Ｎｕｃｉ
ｌ　ｅａｒＭａｇｎｅｔｉｃ　　Ｒｅ５ｏｎａｎｓｅ　
　５ｔｕｄｉｅｓ　　ｏｆ　　Ｐｏｒｏｓｉｔｙ、Ｍｏ
ｖａｂｆＩｅ　　ＦＮ　ｕｉｄ　　ａｎｄ　　Ｐｅｒｍ
ｅａｂｉｌ　ｉ　ｔｙ　　ｏｆ　　５ａｎｄ　　５ｔｏ
ｎｅｓ）Ｊ、ジャーナル・オフ・ベトローリエム拳テク
ノロジ、１９６９年６月、７７５−７８６頁の文献に記
載される如く、ｋとＴ１との間のある種の既知の相関を
使用して、流体流れ透磁率ｋを決定することが所望され
ているということに基づいている。

各測定したＴ２′崩壊信号のＳ／Ｎ比は非常に高くはな
いので、分極用パルスをシャットオフした後の最初の２
０−３０ミリ秒の期間中の陽子の歳差運動はｎ１定する
ことができないという問題と結合されて、ｔｏにおける
磁化の推定値にはかなりのエラーが導入される場合があ
るということが理解される。データに対してあてはめた
結果得られるｔｌビルドアップ曲線は、大きなエラーを
有する場合があり、且つ抽出したパラメータＴ　は信頼
性のないものとなる傾向がある。

上述した理由の多くに対して、従来の検層装置及び解釈
方法は、業界において完全に許容されるものとなるよう
な十分な精度及び信頼性を持って地層の特性を決定する
ことが可能なものではなかった。

目　　的 本発明は、以上の点に鑑みなされたものであって、上述
した如き従来技術の欠点を解消し、従来技術よりも一層
正確に且つ一層信頼性を持って地層の磁気的特性を決定
することが可能な改良型装置及び方法を提供することを
目的とする。

本発明の別の目的とするところは、ボアホール即ち穿孔
によってトラバース即ち横切られる地層の核磁気緩和時
間、自由流体多孔度（ｆｒｅｅｆｌｕｉｄ　　ｐｏｒｏ
ｓｉｔｙ）、透磁率、関連する細孔流体特性を決定する
ための装置及び方法を提供することである。

本発明の更に別の目的とするところは、穿孔流体を磁性
物質で前処理する必要性なしに、地層特性を正確に測定
することが可能であり且つ高い信頼性を持って穿孔の条
件下において再現性を持って動作することが可能であり
強力な金属性物質から構成することが可能である磁気共
鳴測定用の穿孔装置を提供することである。

本発明の別の目的とするところは、ボアホール即ち穿孔
によってトラバース即ち横切られる地層の核磁気緩和時
間、自由流体多孔度（ｆｒｅｅｆｌ）ｕｉｄ　　ｐｏｒ
ｏｓｉｔｙ）、透磁率、関連する細孔流体特性を決定す
るための装置及び方法を提供することである。

本発明の更に別の目的とするところは、穿孔流体を磁性
物質で前処理する必要性なしに、地層特性を正確に測定
することが可能であり且つ高い信頼性を持って穿孔の条
件下において再現性を持って動作することが可能であり
強力な金属性物質がら構成することが可能である磁気共
鳴測定用の穿孔装置を提供することである。

本発明の更に別の目的とするところは、簡単で頑強な構
成を有しており、且つ穿孔を検層する場合に容易に且つ
便利にテストし、キャリプレートし且つ使用することが
可能なＮ　Ｍ　Ｒ１ｕｌｌ定用の磁石構成を提供するこ
とである。

本発明の更に別の目的とするところは、穿孔によってト
ラバースされる地層の縦緩和時間Ｔ２を直接的に測定す
ることが可能な磁気共鳴検層装置を提供することである
。

本発明の更に別の目的とするところは、ＮＭＲ検層装置
の測定した自由誘導崩壊信号がら透磁率及び同様なパラ
メータを決定するための改良した方法を提供することで
ある。

本発明の更に別の目的とするところは、穿孔の周りの地
層における粒子の測定したポピユレーションの磁気緩和
時間を決定する改良した方法を提供することである。

構成 本発明によれば、検層装置の１側部上において地層内へ
合焦した静的及び実質的に均一な磁界を発生する装置が
提供される。所定の構成の磁石により結合した磁界を指
向させ且つ形成させることにより、磁石から離隔した位
置に所定領域を発生させ、その領域内において、空間磁
界勾配が実質的に消失しており、その際に前記領域に亘
って磁界が高度に均一であることを確保している。好適
な形態においては、これらの磁石はスキッド（敷き板）
乃至は検層用パッドに装着されており、静止磁界が該パ
ッドの面を介して隣接する地層内へ指向され、且つ実質
的に均一な磁界の領域が、通常、穿孔壁を裏打ちするマ
ツドケーキ層の後側の地層の所定の体積内に位置されて
いる。従って、地層の所定体積上に、地球の磁界よりも
数百倍強い均一な磁界を印加乃至は「合焦」させること
が可能である。

本発明の１側面においては、ＲＦアンテナが検層装置の
金属性構成体の外側上に装着されており、従って装置本
体は、該本体後側の共振条件によって発生されることの
ある信号、特に穿孔流体からの強力な共振信号に対して
自然的なシールドとして作用する。好適形態においては
、該アンテナは、その信号を、該パッド面がら均一磁界
を持った地層の所定体積内へ半径方向外側へ合焦させる
べく構成され、その際に穿孔効果によって測定信号に歪
が発生することを更に減少させている。本発明のこの独
特の特徴の結果として、従来技術と異なり、検層装置を
強力な金属合金から構成すること力呵能であり、且つ本
測定技術は、実際に、金属ゾンデのシールド効果を有利
に使用して、ＮＭＲ測定のＳ／Ｎ比を向上させている。

穿孔効果は、二重合焦構成によって排除されているので
、穿孔流体を常磁性化学物質で前処理することは必要で
はない。

本発明の好適実施形態によれば、長尺状の溝アンテナが
パッド面上に設けられており、それは穿孔軸と平行であ
り且つ隣接する地層中の実質的に均一な静止磁界の長尺
状の体積と平行である。均一な静止磁界の体積の幾何学
的形状をアンテナからのＲＦフィールドのパターンと重
ね合わせることにより、はぼ最適な共振（共鳴）条件を
形成することが可能である。好適実施例においては、こ
の静止磁界は、前記体積内へ放射方向に指向されており
、−一方このＲＦフィールド（磁界）は、円周方向に指
向され、従って検査体積内の均一な静止磁界に対して垂
直な方向である。この溝アンテナの長さは、好適には、
検査体積の長さとほぼ等しい長さである。

本発明によれば、穿孔を取巻く地層内の磁気共鳴を高速
パルスで測定するための方法及び装置が提供され、特に
スピン−スピン緩和時間Ｔ２を直接的に測定することが
可能であり、それにより地層の特性を決定することが可
能である。

本発明の別の側面によれば、送信用アンテナは、更に、
磁気共鳴信号を受信するためにも使用され、且つ電力を
シャットオフした後にアンテナ内に発生するリンギング
電流を非常に迅速に減衰させるために特別の回路が使用
されている。この特別の回路は、Ｑスイッチと呼称され
、それは従来の装置よりも約１０００倍速く分極用アン
テナ電流を減衰させ、且つ短い時間期間中に地層内へ相
次いで多数のパルスを注入することが可能である。

単位時間当りの測定サイクル数を著しく増加させること
により、本発明は、検層装置が、（１）全体的なｎ１定
データセツトのＳ／Ｎを増加させ、その際により高速の
検層レート又は連続的な検層を行なうことを可能とし、
且つ（２）原子核が岩石細孔内で拡散するＮＭＲ測定時
間を減少させ、その際にこの様な拡散による不所望の磁
気的効果を減少させることを可能としている。

本発明の別の側面によれば、主要な磁気輪郭が地層近く
に到達する前に所定の地層体積を予備分極させるための
付加的な装置が提供される。この予備分極磁界は、好適
には、主要磁石形態のものよりもかなり強いものであり
、且つＢ。ベクトル方向に整合される陽子のポピユレー
ションを増加させるべく作用し、従って磁気歳差運動信
号レベルを更に増加させる。

本発明の更に別の側面によれば、小さな電流が測定装置
の近傍に導入されて、測定サイクルの一部の期間中に静
止磁界を変化させ、これらの局所的な領域からの信号を
スポイル即ち無効なものとさせる。好適実施例において
は、この小さな電流は、アンテナの開口をカバーしてお
り且つ検層装置の壁と係合する面と平行に取付けられた
ループとして構成されたワイヤを介して流れる。この構
成は、アンテナ表面の直ぐ近くに隣接する穿孔泥水又は
マッドケーキによって発生される共振（共鳴）信号を著
しく減少させるか又は除去すべく作用し、従って不所望
な信号を実質的に減少させる。

これらのフィールド（磁界）不均一性の空間的範囲及び
磁気的効果は、ワイヤの隣接セクタの間隔、電流、及び
その他の関連する寸法を選択することによって注意深く
制御することが可能である。本発明の異なった側面にお
いては、該ワイヤ又はその均等物は、測定共鳴体積内に
延在する磁界勾配を発生するために使用することが可能
であり、そのことは他の有効な磁気的測定を行なうこと
を可能とする。

本発明の別の側面においては、例えば透磁率などのよう
な地層有孔流体特性の値を決定するために、例えば自由
誘導崩壊信号、パルスシーケンス型磁化曲線、及びその
他の磁気共鳴測定などのような測定データを解釈するた
めの方法が提供されている。

実施例 以下、添付の図面を参考に、本発明の具体的実施の態様
について詳細に説明する。

図面を参照し、特に第１図を参照すると、ボアホール即
ち穿孔１０が、特性を決定すべき地層１１．１２に隣接
して示されている。穿孔１ｏ内には、地表における装置
７ヘワイヤライン８を介して接続されているロギングツ
ール即ち検層装置１３が位置されている。検層装置１３
は、好適には、最小のギャップを持って穿孔壁と緊密に
接触すべく形状構成された１面１４を有している。検層
装置１３は、更に、後退可能なアーム１５を有しており
、該アーム１５は、動作されると、検層動作期間中、検
層装置１３の本体を穿孔壁に対して押圧し、前記１面１
４が壁表面に押圧される。

第１図に示した好適実施例においては、検層装置１３は
単一体として示されているが、この検層装置は、明らか
に、例えばカートリッジ、ゾンデ、又はスキッドなどの
ような別体の部品を有することが可能であり、且つ検層
装置は当業者にとって明らかな如く、他の検層装置と結
合させることが可能である。同様に、ワイヤライン８は
、本発明にとって好適な形態の物理的支持体であり通信
リンクであるが、その他の代替物を使用することも可能
であり、且つ本発明は、例えば、ワイヤラインを必要と
することがないような遠隔システムの形態を使用して、
ドリルステム内に組込むことが可能である。

地層１１．１２は、地層のタイプ、多孔度（ｐｏｒｏｓ
ｉｔｙ）、透磁率（ｐｅｒｍｅａｂｉ、７７ｉｔｙ）及
び石油含有量などのような個別的な特性を有しており、
その様な特性は、本検層装置によって採取される測定値
から決定することが可能である。地層１１．１２の穿孔
壁上には、典型的に、マッドケーキ層１６が付着形成さ
れており、それは、穿孔流体濾過液が地層内へ自然的に
浸透することによって穿孔壁上に付着形成される。

第１図に示した好適実施例においては、検層装置１３は
、磁石アレイ１７及び磁石アレイ１７と壁係合面１４と
の間に位置されたアンテナ１８を有している。磁石アレ
イ１７は、検層装置１３を取巻く全領域に静止磁界Ｂ。

を発生する。アンテナ１８は、選択した時間において、
振動磁界Ｂ。

を発生し、それは地層１２内へフォーカス即ち合焦され
、且つ面１４に対向する地層の部分内における静止磁界
Ｂ。上に重畳される。第１図に点線で示した本検層装置
の検査体積（即ち、検査されるべき所定の体積）は、装
置面１４の直前に位置した垂直方向に長尺状の領域であ
り、その領域内において、磁石アレイ１７によって発生
される磁界は、実質的に均一であり、且つその空間的勾
配は約ゼロである。

点線で示した予備分極用磁石１９を、本発明の修正した
実施例においては、アレイ１７の直上に位置させること
が可能であり、その修正形態については別に説明する。

検層装置１３は、振動磁界Ｂ、のパルスで地層１２内の
粒子の原子核スピンを磁気的に傾斜させ、次いで所定の
時間期間に亘って、該検査体積内の静止した均一な磁界
Ｂ。内における傾斜させた粒子の歳差運動を検知するこ
とによって測定を行なう。第１図に示される如く、この
検査体積は、従来の検査装置におけるように壁係合面１
４の表面とオーバーラツプしておらず、且つ穿孔壁上の
マッドケーキ１６ともオーバーラツプすることがない。

パルスエコー型の測定においては、例えば前掲したＦａ
ｒｒａｒ及びＢｅｃｋｅｒ共著の文献に詳細に説明され
る如く、ＲＦ電流のパルスがアンテナ１８を介して通過
されて、ＲＦ磁界Ｂ、のパルスを発生し、その場合該Ｒ
Ｆ周波数は、該検査体積内の磁界Ｂ。に等しい静止磁界
に露呈される水素原子核のみ共鳴させるべく選択されて
いる。

ＲＦパルスに続いてアンテナ１８内に誘起される信号は
、前記検査体積内の核磁気歳差運動及び崩壊の測定値を
表わしており、磁界強度Ｂ。が異なる穿孔流体、マッド
ケーキ、又は地層の周囲部からの好ましくない影響は自
動的に排除される。

本発明の好適実施例を開発するに際し、本発明者らは、
測定プロセスの信号対雑音（Ｓ／Ｎ）比を最適化しよう
とした。当業者によって理解される如く、以下の説明は
、本発明の好適実施例を構成する場合に検討されるべき
主要なパラメータについて理解するのに有用なものであ
る。

第２図及び第３図を参照すると、隣接する地層１２内に
おいて検層装置１３によって行なわれる核磁気共鳴測定
の信号強度を考察する場合、アンテナ１８の該地層の磁
気モーメントとの相互作用を、相反定理を適用すること
が可能な単一の４端子回路網の一部として取扱うことが
有用である。

入力インピーダンス２゜を待った回路網２０は、無損失
マツチング回路２１及び単に抵抗とインダクタンスとを
直列接続したものとして示しであるＲＦプローブ乃至は
アンテナ２２を有している。

周波数ωの振動電流１１がＲＦプローブ２２を介して流
れると、テストループ２３内の区域を包含する地層内に
振動磁界Ｂ１を発生する。電流１１を印加する結果とし
てテストループ２３内に誘起される電圧は次式で与えら
れる。

Ｖ２−２２１１１−　　ｉωＡ　−Ｂ　、　　　　（１
）尚、ｚ２．は、アンテナ電流とテストループ２３内に
誘起された電圧との間の交差インピーダンスである。

このテストループに電流Ｉ２を印加し、且つマツチング
回路２０の端子において次式で表わされる電圧ｖｌが誘
起されるものと仮定する。

Ｖ＋　−２１２１２（２） 尚、２１２は、テストループ電流とアンテナ２２内に誘
起された電圧との間の交差インピーダンスである。相反
定理を適用すると、Ｚ　１２”＝　２２１であるから、
次式が得られる。

ループ２３の磁気モーメントはｍ−１２Ａであるカラ、
体積ｄｖの磁化ｄＭは、ｄＭ−１２ＡｄＶである。全地
層からの正味の信号は、上のことから派生することが可
能であり、それは次式の如く表わすことが可能である。

尚、積分は、共鳴条件Ｂ。−ω／γが充足される体積に
関して取られる。本ＮＭＲ装置の測定し面積ＡＭ及び長
さしを有しており、且つ積分値は面積Ａ、及び長さしを
有しており、且つ積分値はこの体積内においては一定で
あると仮定することが可能である。実際上、この様な過
程が極めて良好な近似であることが判別した。上の式に
おいてω−γＢ、及びＭ−χＢ、／μ。で代入すると、
次式が得られる。尚、γは回転磁気比であり、μ。

は自由空間の透磁率であり、且つχは地層内の陽子の核
磁気磁化率である。

ここで、第１図に示した磁石アレイ１７の形態の如き実
際の磁石形態に対する面積Ａ８の寸法を推定することが
望まれるものとする。後述する如く、磁石アレイ１７は
、静止磁界Ｂ。を発生し、その均一な磁界領域の中心に
おける鞍部点は第１図におＪする検査体積９として示し
である。このフィールド（磁界）強度は、次式で示した
如く、テーラ−展開によって近似することが可能である
。

中心における値からの静止磁界の逸れであるＢ。

（ｘ、Ｖ）　　Ｂｏ　　（０，０）がＲＦ磁界Ｂ、の大
きさの半分よりも大きくない場合には、パルスＮＭＲに
おける共鳴条件が満足されるので、共鳴領域の面積は、
次式の如く近似することが可能である。

尚、その面積は正方形の断面を有しているものと仮定し
ている。この様な近似及びその他の近似は、本発明の基
となる原理をより簡単に説明するために行なうものであ
って、その他のより厳格な導出が可能であることを理解
すべきである。測定したＮＭＲ信号に対して上式（５）
を代入すると、次式が得られる。

上式（８）の定性的関係から明らかな如＜　、ＪＦ＋定
したＮＭＲ信号は、与えられた種々のパラメータを変化
させることによりよりよいものとするが又はより悪いも
のとすることが可能である。しかしながら、信号レベル
を増加することは十分ではなく、信号ｖＳと相対的に、
熱雑音レベルを可及的に低く維持することが極めて望ま
しい。自乗平均熱雑音は次式で表わされる。

ＶＮ　−（４ｘ　ＴＺｏΔｆ）”’　　　　　（９）尚
、Ｚｏはマツチング回路２０の入力インピーダンス（公
称的には５０Ω）であり、にはボルツマン定数であり、
且つ△ｆは測定帯域幅であり、それは地層内の共鳴され
た粒子のポピユレーションの帯域幅γＢ＋／２ｒｌと整
合されている。従って、自乗平均雑音に対するピーク信
号の次式の比が得られる。

式（１０）において、アンテナに供給される電力Ｐ１は
、Ｐ＋　＝１＋　２Ｚｏ　／２の関係を使用して電流に
対して代入しである。更に、ＮＫＳ単位におけるキュー
リーの法則磁化率の従来の定義を使用して、次式が得ら
れる。

最終的に、信号対雑音（Ｓ／Ｎ）比に対する次式％式％ 上式（１２）において、最初のカッコで括られた部分は
、例えば流体の陽子スピン密度Ｎ１多孔度Φ、及び絶対
温度Ｔなどのような環境条件パラメータに依存する。そ
の他の項におけるパラメータは、例えば、ブランクの定
数（２ｎに関し）ｈｌ及び陽子に対して１／２の値を有
する原子核スピンＩである。２番目のカッコで括った部
分は、検層装置の性能を最適化するための設計パラメー
タを有している。例えば、高静止磁界Ｂ。は二乗されて
おり、Ｓ／Ｎ比を顕著に改善することが可能である。

更に、アンテナのｒＱＪに関連する部分（Ｂ＋／　ｐ、
　ｌ／２　）　３／２は大きなものとすべきであること
が分かる。しかしながら、Ｓ／Ｎは、Ｂｌ／ｐ、ｌ／２
を増大することによって無限に増大することはできない
。なぜならば、式（１０）及び（１２）は、帯域幅がγ
Ｂ＋／２１１によって制限されている場合にのみ有効な
ものであり、例えばＱ＜Ｂ。／　Ｂ　＋の場合にあては
まるからである。

一方、Ｑ＞ＢＯ／Ｂｌの場合、帯域幅はΔＦ−γＢ　ｏ
　／　２０Ｑであり、且つ式（１２）は次式の如設定し
たアンテナ幾何学形状及び測定点に対し、Ｂ　＋　／　
Ｐ　＋　”２の量はＱ１／２に対して直接的に比例する
ことが知られている。上のことから理解される如く、Ｑ
＞Ｂｏ／Ｂ１の点を超えてアンテナの損失を更に減少さ
せることは、Ｓ／Ｎを増加させることにはならない。

第１図及び第３図を参照すると、磁石アレイ１７は、３
個のサマリウムコバルト永久磁石２４゜２５．２６から
構成されており、それらの磁石は金属合金本体２７内に
互いに平行に装着されている。磁石２４．２５．２６は
、穿孔の長手軸方向に伸長されており、且つ好適実施例
においては１２インチの長さである。これらの磁石の磁
極は、棒磁石の端部として一般的に考えられる、スラブ
の最も小さな面上ではなく、磁極はスラブ磁石の二つの
対向端部上に表われており、且つそれぞれ、第１図及び
第３図の両方において、左側及び右側へ指向している。

従って、地層１２内において、これらの磁石を取巻く磁
界Ｂ。は、穿孔軸の長平方向に沿ってはほぼ一定状態を
維持する。

磁石２４，２５．２６は、実際上可及的に強力なものと
すべきであり、且つ分解することなしに物理的衝撃を耐
えることが可能なものとすべきである。これらのサマリ
ウムコバルト磁石は、好適には、磁石が欠けたり又は破
壊したりする場合に破片が飛散ることを防止するために
堅牢な真鍮性のケーシング内に収納することが望ましい
。これらの磁石は、市販されており、且つ典型的に１０
゜５００ガウスの残留磁束密度を有している。当業者に
とって明らかな如く、このサマリウムコバルト磁石の代
わりにその他の磁石を置換することが可能であり、且つ
スラブ磁石は、好適実施例に示したものと異なった寸法
のものとすることも可能である。

穿孔軸に平行な２座標に沿ってかなりな距離りに亘って
一定な静止磁界を地層１２内に発生させるためには伸長
即ち長尺状のスラブ磁石を使用することが望ましい。Ｌ
が大きければＳ／Ｎが改善され、且つ２座標に沿っての
連続的なロギング即ち検層動作を容易とさせる。しかし
ながら、これらの磁石は、あまり長すぎて検層装置１３
を構造的に不格好なものとさせたり、又は洗流しゾーン
において係合面１４と穿孔壁との間に過剰な間隔が発生
するようなものとすべきではない。

磁石２４．２６は、本体２７の両側に対称的に装着され
ており、それらのＮ極は同一の方向を向いている。磁石
２５は、これら二つの磁石と平行で且つそれらの間に位
置されているが、そのＮ極は磁石２４．２６とは反対方
向に向いている。磁石２５は、磁石２４．２６と相対的
に、且つ係合面１４から多少シフトされている。第３図
に示した如く、磁石２４．２６のＮ極は検層装置の係合
面１４の方向に指向しており、一方磁石２５のＮ極は係
合面１４から離れる方向に指向している。

しかしながら、この形態は、明らかに、反転させること
が可能であり、その場合にも尚且つ同様の結果を得るこ
とが可能である。

第４図乃至第６図を参照すると、磁石２４．２６の二つ
のＮ極を係合面１４に指向させ且つ地層１２がそれを超
えた位置に存在するような形態とすることにより、磁石
アレイ１７は、大きな距離においては磁極Ｎのように表
われる。しかしながら、磁石２５の極性を反転して位置
させであるので、地層１２への近くの距離及び中間の距
離においては磁界を実質的に変更している。中間距離に
おいては、この好適な磁石アレイ１７の形態は、検層装
置表面１４の直前における独特の画定した体積内に興味
のある且つ重要な磁界の異常部分を発生する。第５図乃
至第７図により詳細に示される如く、磁界が実質的に一
定な良好に画定された体積が存在しており、そこにおい
ては、Ｂｏの空間的勾配は実質的に消失している。これ
は、ＮＭＲＩＩＦＩ定用の主要共振（共鳴）領域であり
、第１図に示した検査体積に対応している。

第８図は、検層装置の面１４から約１インチのところに
おける断面積内における磁力線に沿ったベクトル矢印を
示しており、各ベクトル矢印の長さは磁界強度に比例し
ており、且つ各ベクトル矢印の方向は磁力線に一致して
いる。磁界Ｂ。は、地層内に放射方向乃至は半径方向に
放出されており、且つこの区域に亘って極めて一様であ
り、且つ約２３２ガウスの実質的に一定な磁界強度を有
している。

最大の磁界均一性の体積は壁係合面１４から約４７５イ
ンチ離れた点の周りに中心を有するものであるが、この
実質的に均一な磁界の体積は、磁石２４．２６と相対的
な磁石２５の相対的位置決め、間隔及び磁界強度に依存
して、地層内へより短い距離又はより大きい距離にシフ
トさせることが可能である。更に、本発明の他の実施例
においては、状況に応じて、検査深さを変化可能とする
ために、本検層装置の動作期間中に、本体２７内におい
て磁石２５をシフトさせる構成とすることが可能である
。例えば、地層が高度に波状であったり又は極めて厚い
マッドケーキが存在するような場合には、第３図に示し
た如、く、オペレータが磁石２５の位置を右側へ所定距
離シフトさせることが可能であり、従って検査体積９は
地層内へ更に深くシフトされ、マッドケーキから不所望
の共振信号を採取することを回避することが可能である
。しかしながら、図示した好適実施例においては、結果
的に得られる検査体積９の位置は、既に、典型的な穿孔
の比較的薄いマッドケーキ層と実質的にオーバーラツプ
することを回避するようなものであるから、磁石２４，
２５．２６は固定した位置に装着されている。

再度第５図乃至第７図を参照すると、検査体積９の寸法
は、採取されるδｐ１定の性質、及び後述する如くアン
テナ］８によって送信されるＲＦパルスの強度に依存す
ることを理解することが可能である。

金属本体２７は、その正面側の面１４上において、半円
筒形状の空洞乃至はスロット２８を有しており、それは
係合面１４によって係合されている地層と対面している
。空洞２８は、後述する如く、ＲＦアンテナ１８を受納
すべく適合されている。しかしながら、既に明記した如
く、アンテナ１８は本検層装置の金属本体２７の外側に
位置されており、且つ本体２７の後側に存在する穿孔の
領域又は本体２７によって中断されている方向における
その他の地層の領域との電磁的通信から自動的にシール
ドされている。従って、アンテナ１８は、壁係合面１４
の前方から発生する磁界、例えばアンテナ１８の近傍に
おける面１４と接触するマッドケーキ又は泥水内又は地
層１２内から発生する磁界のみに応答する。アンテナと
金属本体２７との相対的な幾何学的位置決めを使用する
ことにより、他の手段によって除去することが困難であ
るような信号に対する不所望の影響を最小とすることが
可能である。好適実施例においては、本体２７は、金属
合金の外装体から構成されており、内部金属支持体へ固
着されており、回路、磁石アレイ１７、アーム１５の油
圧システムなどを包含するアンテナ１８以外の本検層装
置の構成要素のほとんどを包囲している。又、本体２７
を、全体的な構成が十分に強力であり、且つ磁気アレイ
１７の磁界が隣接する地層１２内へ浸透し且つ進入する
ことが可能である限り、例えば複合樹脂、スチールなど
のようなその他の物質の組合わせから構成することも可
能である。

アンテナ１８は、地層１２内に分極用磁界を発生するた
めのＲＦ送信器として、且つ分極用磁界を終了した直後
に歳差運動を行なう陽子から発生するコヒーラントな磁
気信号を検知するために受信器用アンテナとしても使用
される。アンテナ１８は、地層内に磁界を発生する上で
極めて効率的な１個又はそれ以上の電流担持用ループか
ら構成することが可能である。それは、好適には％ＢＯ
に対して垂直な検査体積内に振動磁界Ｂ、を発生する電
流ループから構成する。好適な磁石アレイ１７のものと
は異なった静止磁界Ｂ。を待った本発明のその他の実施
例においてその他の電流ループの方位が有用な場合があ
る。

アンテナ１８は本体２７に取付けられており、且つスロ
ット２８内に嵌合されている。その効率は、スロット２
８内の電流密度が一様にされる場合に、理想的に最大と
させることが可能である。

実際上、「スキン効果」のような種々の電磁的寄生効果
、個々の電流ループ間の相互的誘導効果、及び個々の導
体内の電気的効果のために、最適なアンテナ効率を得る
ことは困難である。本発明に基づく好適なアンテナ１８
は、第９図に示した如く、溝乃至はスロットの形状をし
た単一の電流ループから構成されている。

第９図を参照すると、アンテナ１８は高度に導電性の半
円筒形状の空洞乃至は溝２９と、端部プレート３０．３
１と、半円筒形状の溝２９と平行であり且つそれに対し
て中心に位置しており一方の端部プレート３０から他方
の端部プレート３１へ延在するアンテナ要素３２とを有
している。満２９、端部プレート３０．３１、及びアン
テナ要素３２は、全て、好適には、極めて低い電気抵抗
を有する重いゲージの銅から構成されている。アンテナ
要素３２ｉ＄、非導電性ブッシング３３にょって端部プ
レート３０から絶縁されており、且つ端部プレート３０
の反対側の電気的マウント３４へ接続されている。アン
テナ要素３２は、その他方の端部が他方の端部プレート
３１に取付けられており、従って電流は端部プレート３
１を介して溝２９とアンテナ要素３２との間において自
由に通過する。電気的マウント３４は、第９図において
、増幅器３５及び検知器３６を包含する回路へ接続され
た状態で示しである。アンテナ１８における全ての接続
は、低抵抗性損失を確保するために、半田付は乃至は銀
ロウ付けされている。

ＲＦアンテナ１８は、特定した時間期間中に増幅器３５
によって駆動することが可能であり、そ（７）期間中、
それはＲＦアンテナ送信器としテ作用する。一方、他の
特定した時間においては、アンテナ１８は、電気的に検
知器３６へ接続されており、その期間中、それはＲＦ受
信用アンテナとして作用する。ある動作モードにおいて
は、アンテナ１８は、非常に迅速な頻度で交互に送信器
又は受信器として作用することが要求される場合がある
。

溝２９とアンテナ要素３２との間の空間は、好適には、
高い透磁率を持った非導電性物質３７で充填されている
。アンテナ感度を増加させるために、好適には、フェラ
イト物質が使用される。幾つかの同調用コンデンサ３８
がアンテナ要素３２のベースと溝２９との間に接続され
ており、それらの容量は、ＬＣ回路を発生すべく選択さ
れており、共振周波数はラーモア周波数ω、−γＢ。で
ある。

第１０図を参照すると、アンテナ１８の相対的寸法は、
アンテナ効率を最大とすべく選択されるべきである。ス
ロット要素半径Ｒは、実際的に可能な範囲において可及
的に大きなものとすべきであり、且つＲ−ｒの間隔は、
ｒがあまり小さすぎてアンテナインピーダンスを過剰に
増加することがないような条件下において最大とすべき
である。

フェライト充填物なしの１２インチの溝アンテナの場合
、Ｒ−０，７５インチ及びｒ−０，２インチに設定する
ことにより最適効率が発生することが判明した。Ｒ−０
，７５インチ及びｒ−０，３インチの寸法を持ったフェ
ライト充填型溝アンテナは、最適なものであることが判
明した。このアンテナの長さしは、磁石アレイ１７の長
さと同一のものとすることが可能であり、それは好適実
施例においては１２インチであるが、アンテナ１８は、
好適には、磁石アレイ１７によって地層内に発生される
共振（共鳴）領域とほぼ同一の長さであり、それは約４
乃至８インチの長さである。

アンテナ１８によって発生される磁界Ｂ１は、静止磁界
が約２３２ガウスである地層の感受性を持った体積内の
水素原子核の共鳴周波数に等しい周波数ｆを持った振動
磁界である。従って、ｆ−（７Ｂｏ　）　／　２　［１
−１，０ＭＨｚである。Ｂ、の強度は、次式の帯域幅公
式に従ってＢ、にょって共鳴状態とされる歳差運動を行
なう原子核の帯域幅に直接的な影響を有している。

Δｆ　−（Ｙ　Ｂｌ　）　／　２ｎ 静止磁界Ｂ。は、好適実施例においては、約２３２ガウ
スであり、且つ１インチにおいてアンテナによって発生
された磁界強度Ｂ１は３ガウスであるので、その結果所
望の体積内に発生するＢ。の帯域幅も３ガウスである。

感受性を持った体積内の８１磁界の強度は、Ｂ　、　／
　ｐ　、　Ｉ／２に従ってＳ／Ｎ比（式１２）に影響を
与える。尚、Ｂ、は静止磁界Ｂ。に対して垂直である。

第１３図は、１２インチの溝アンテナの前方におけるＢ
、／Ｐ＋　””の大きさのプロットを示しており、尚Ｐ
１はアンテナ１８の５ｏΩインピ一ダンスマツチング回
路へ印加される電力であり、且っＢ、は放射された磁界
の円周方向に分極された成分である。理解される如く、
約８インチの長手方向距離に亘って、１インチにおいて
磁界強度は極めて一定である。

第３図、第１０図及び第１１図を参照すると、アンテナ
１８は、スロット２８内に据え付けられており、且つフ
ェライト物質３７及びアンテナ要素３２を保護するため
に非導電性耐摩耗性物質がら構成される耐摩耗性プレー
ト３９で被覆されている。耐摩耗性プレート３９の下側
又はその内部の何れかに、薄い導電性ワイヤ４０を設け
ることが好適であり、・それは実質的に、アンテナ開口
を充填する。このワイヤ４０は、好適には、ループ形状
に配設され、ワイヤセグメント間の間隔Ｓは約１／２イ
ンチである。しかしながら、この様な寸法は、より大き
な又はより小さな厚さの局所的領域において磁気共鳴を
スポイル即ち失わせることが所望される場合には変更す
ることが可能である。〃ｊ定サイクル期間中に、選択し
た間隔て、小さなりＣ電流がワイヤ４０を介して通過さ
れ、局所的に不均一な磁界Ｂ２を発生し、その磁界はワ
イヤ４０のセグメント間の間隔Ｓにほぼ等しい距離に亘
って地層１２へ向けて延在する。この局所的磁界不均一
の領域内において、測定サイクルの一部の期間中に、核
磁気歳差運動が破壊され、且つそうでなければ、Ｂｏ及
びＢ、の相互作用によって発生される共鳴条件が実質的
に変更される。

ワイヤ４０は、局所的に不均一な磁界を発生させる手段
の一つの形態を構成するものであるが、その他の実施例
を使用することも可能である。例えば、複数個のワイヤ
、コイル、又は導電性グリッドを使用することが可能で
ある。

第１図乃至第８図に示した好適実施例の場合には、マッ
ドケーキ領域において共振（共鳴）磁界条件をスポイル
即ち破壊することは特に有利である。なぜならば、典型
的なマッドケーキは高濃度の水素原子核を有しており、
それはアンテナ１８からの印加したＲＦパルスと強く共
鳴する場合があるからである。アンテナ１８に隣接して
存在するマッドケーキは、地層１２内の検査体積９より
も一層強いＲＦ磁界Ｂ１が印加され、従ってＢ。

によって強く分極される場合がある。更に、第６図及び
第７図に示した如く、Ｂ、磁界強度が２３２ガウスの共
振（共鳴）周波数と等しい場合である面１４の１／２イ
ンチ以内に高い勾配点が存在する。

マッドケーキ領域内に不均一な磁界Ｂ２を印加させ、且
つその中における共振（共鳴）条件をスポイル即ち消失
させることにより、マッドケーキからの不所望のＮＭＲ
貢献度は除去される。

ワイヤ４０は、高い空間的勾配ｄ　Ｂ　２　／　ｄ　ｘ
を持った磁界Ｂ２．を発生し、且つ、一方、地層１２内
に磁界勾配型ＮＭＲ測定を行なうために使用することが
可能である。この場合、測定したＮＭＲ共鳴の領域が勾
配磁界Ｂ２とオーバーラツプするようにワイヤ４０の関
連する寸法を設定することが望ましい。

本検層装置１３は、静止磁界Ｂ。及び振動磁界Ｂ１の両
方を優先的に指向させ、即ち「フォー力ッシング（合焦
）」させることにより、特別の検査体積Ｑを形成して単
一の方向における測定を行なう。検査体積Ｑと検層装置
面１４との間の領域においてその領域内の共鳴を消失さ
せる付加的な局所化した磁界Ｂ２を印加することにより
、穿孔のマッドケーキ領域内から発生する信号を実効的
に除去した状態で測定を行なうことが可能である。

更に、検層装置１３の測定範囲（感度距離）はかなり制
限されているので、環境における磁気的効果を排除する
ために、本検層装置のテスト又はキャリブレーションの
期間中に、本検層装置を妥当な１法を有するキャリブレ
ーションセル内に包囲させることが可能である。その結
果、油井のロギング即ち検層動作のために本検層装置１
３を実効的に使用することが簡単化される。

エレクトロニクス 本検層装置１３用のエレクトロニクスは、本体２７に装
着するか、又は別体のカートリッジ乃至はゾンデ内に設
けることが可能である。第１２図に概略示した好適な回
路は、送信モード、ダンプ（減衰）モード、及び受信モ
ードの三つのモードで動作する。

送信モードにおいては、回路４１は、短い精密に同期さ
れた期間の間ＩＭＨｚのオーダーの周波数で約１ｋＷの
大きな電力を発生し、約１０マイクロ秒以内で非常に迅
速にこの電流をシャットオフし、このパワー回路の任意
の信号乃至は雑音を本検層装置１３内の他の検知回路と
の結合から分離させねばならない。

第１２図を参照すると、この送信回路は、２０ＭＨｚオ
シレータ４２及び２０ＭＨｚ＋ｆの周波数の正弦波信号
を発生するシンセサイザ４３を有しており、尚ｆ・は本
検層装置の所望の動作周波数である。両方のオシレータ
は、クロック４４によってリンクされており、且つ常時
同期状態に維持される。オシレータ４２の出力は、移相
器４５へ供給され、移相器４５はタイミング発生器４６
によって制御される。移相器４５は、本検層装置のオペ
レータによって所望される如く、０″、９０°、１８０
″、２７０″の位相シフトを発生することが可能であり
、且つメイブームージル（Ｍｅ　ｉ　ｂｏｏｍ−Ｇ　ｉ
ｇＤ　）シーケンスなどのような種々の測定手法の条件
に従ってこれらの位相シフトを発生させることが可能で
ある。この位相シフトされた信号は、ゲート４７を介し
て通過し、次いで混合器４８におけるシンセサイザ４３
から５１’）２０ＭＨｚ＋ｆ信号と結合される。この結
合された信号は、周波数ｆの信号のみを通過することを
許容するローバルフィルタ４９を介して供給される。混
合器４８もその出力において他の周波数成分を有してい
るが、これらの−層高い周波数成分はフィルタ除去され
る。周波数ｆの所望の動ｆ信号は、タイミング発生器４
６によりゲート４７の適宜の制御によって任意の時間に
おいてターニオン及びターンオフされることが可能であ
る。タイミング発生器４６は、４０ＭＨｚシンセサイ号
により該クロックと精密な同期状態に維持され３更に、
−層高い周波数を有するオシレータ４２゜４３は、周波
数ｆで動作する検知回路に何ら悪耽響を与えるという危
険性なしに、常時稼動状態に維持することが可能である
。

シフトされた位相の情報を維持するｆ信号は、振幅変調
器５０へ通過され、それは振幅を調節して該信号を所望
のパルス形状へ変化させる。変調器５０及びゲート４７
の両方は、回路４１内の他の部品と共に、タイミング発
生器４６によって制御され、一方タイミング発生器４６
はコンピュータ５２によって制御される。第１４図乃至
第１５図を参照すると、変調器５ｏ及びゲート４７によ
って形成される典型的なパルスは、第一の短い時間間隔
ｔ　（１）を有しており、その場合には、振幅は変調器
５０によって増加されており、且つ第二の短い時間間隔
ｔ　（２）を有しており、その期間中は振幅は増加され
ておらず、且つ第三の短い時間間隔ｔ（３）を有してお
り、その期間中は、振幅は増加され且つ信号の位相が反
転されている。

整形されたパルスが既に以下に説明するＱスイッチによ
って適切にダンプ即ち減衰されている場合には、この第
三期間の位相反転が必要でない場合がある。期間ｔ　（
１）中における増加された振幅は、ＲＦアンテナ１８を
動作させるのにががる時間を減少させることに貢献し、
一方期間ｔ　（３）中における反転された位相の信号は
、パルスの終了においてアンテナ１８の動作を停止させ
ることに貢献する。従って、その結果得られる地層１２
内へ放射される磁界Ｂ１のパルスは、より一層方形パル
スに似た形状を有している。

振幅変調器５０からのパルス信号は、信号形状に歪を発
生させることなしに約１．２ｋＷを出力することが可能
なパワーアンプ３５によって増幅される。次いで、その
信号は、受信モード期間中に、活性化されない場合に増
幅器３５がら漏洩するＩＯＶ以下の程麿の低レベルノイ
ズを防止するエクステンダ５３を介して通過する。増幅
されたパルスは、次いで、ＲＦアンテナ１８へ供給され
、そこから磁界Ｂ１のパルスが放射され、地層内の原子
核スピンを共鳴させる。送信パルス間において、ＲＦア
ンテナ１８は、原子核スピン歳差運動の振動磁気信号を
受取る。

前述した如く、ＲＦプローブ及びマツチング回路の受信
システムは、Ｓ／Ｎ比を最大とするために高Ｑを有する
ように設計されている。この様な高Ｑシステムにおいて
は、アンテナは不所望に長い時間に亘ってリングする傾
向となり、且つ地層内において不所望の磁気スピン傾斜
動作を発生させる。アンテナが制御不可能であるように
リングすることが許容される場合、送信される磁界パル
スの帯域幅は実質的に減少される場合がある。このアン
テナのリンギング問題を最小とするために、Ｑスイッチ
５４は、送信パルスの終わりにおいて非常に迅速にアン
テナのリンギングを減衰させる好適な手段として、エク
ステンダ５３とアンテナ１８との間めラインに接続され
ている。Ｑスイッチ５４は、適宜の時間において回路を
閉成させ、そのことはＲＦプローブシステム（ＲＦアン
テナ１８を含む）のインピーダンスを変化させ、従って
該システムは臨界的にダンプ即ち減衰され、且つリンギ
ングエネルギは迅速に散逸される。

受信動作モード期間中において、Ｑスイッチ５４はスイ
ッチオフされ、且つ歳差運動を行なう原子核からの信号
はＲＦアンテナ１８によって受信され、且つ送受切換器
５５を介して受信器増幅器５６へ通過される。送受切換
器５５は、送信モード及び減衰（ダンピング）モード期
間中に、エクステンダ５３からＲＦアンテナ１８へ通過
する高パワーパルスから受信器増幅器５６を保護する。

受信モード期間中、送受切換器５５は、アンテナ１８を
受信器増幅器５６へ接続する単なる５ｏΩのケーブルと
して実効的に作用する。次いで、検知され且つ増幅され
た信号は、二相感応検知器５７へ送給され、それは、更
に、検知器５７の周波数感度を制御する基準信号も受取
る。

周波数ｆを持った基準信号が、オシレータ４２及びシン
セサイザ４３からの２０ＭＨｚ及び２０ＭＨｚ十ｆのそ
れぞれの出力を第二混合器５８において混合し、次いで
ローパスフィルタ５９を介して低周波数成分子を抽出す
ることによって発生される。ローパスフィルタ５９の出
力は周波数ｆの正弦波形態を有しており、検知器５７及
びパルス発生器６０の両方に対しての基準信号として使
用される。パルス発生器６０は、コンピュータ５２から
の制御及びトリガ信号に応答して適宜のパルス形状を発
生し、且つタイミング発生器４６をトリガする。

検知器５７は、この基準信号及び受信器増幅器５６から
の地層ＮＭＲ信号に応答して、所望の検査体積から周波
数ｆの測定したＮＭＲ共振（共鳴）信号を得、且つそれ
をデジタイザ８２へ供給する。

次いで、このデジタル化された信号は、コンピュータ５
２へ送給され、オペレータによって、所望の処理及び／
又はフォーマット化が行なわれる。

Ｑスイッチ 第１６図を参照すると、Ｑスイッチ５４は、図面の上半
分及び下半分に示した二つの対称的な回路６１及び６２
を有している。Ｑスイッチ５４の目的は、Ｒｃ　”　０
．５　（Ｌ　／Ｃ）　Ｉ／２の公式に従って、本回路を
臨界的に減衰させるために、コンデンサ３８（第９図参
照）と並列的に本アンテナ回路内に抵抗性要素を導入す
ることである。例えば、Ｌ−１，ｌＸｌ０−’Ｈてあり
且つＣ−２，３ｘｌＱ−’Ｆであり動作周波数がＩＭＨ
ｚであると仮定すると、アンテナ１８を臨界的にダンプ
即ち減衰させるために必要とされる付加的な抵抗はＲｏ
−０，３６Ωである。

Ｑスイッチ５４は、連続して接続した２個の電界効果ト
ランジスタ（ＦＥＴ）６３．６４を使用しており、それ
らは、閉成された場合に、約０゜３６Ωの抵抗を与える
。二つのＦＥＴが必要とされるのは、実効的内部ダイオ
ード６７に起因して一方の極性のみの高電圧に対して各
−つが抵抗を与えることが可能だからであり、且つアン
テナ１８のリンギングは双極性振動電圧だからである。

アンテナ１８を臨界的にダンプするために必要とされる
抵抗値がこれらＦＥＴ６３，６４の抵抗値よりも大きい
場合には、付加的な抵抗要素を直列的に挿入させること
が可能である。

ＦＥＴ６３，６４がスイッチされて開成されると、本回
路は、開放回路となり、且つアンテナ回路に何ら影響を
与えることはない。従って、Ｑスイッチ５４は、本回路
（第１２図）の送信モード期間中及び受信モード期間中
には開放状態であり、且つ第１４図及び第１５図におい
て時間期間ｔ（３）として示したダンピング（減衰）モ
ード期間中は閉成される。

第１６図における回路の残部は、アンテナ回路へ導入さ
れるノイズを最小に維持したままＦＥＴ６３．６４をオ
ン及びオフ状態にゲート動作させる手段を有している。

回路６１．６２は基本的に同一であるので、それらのう
ちの一方についてのみ以下に説明する。

送信モードの場合には、ＲＦパルスの期間中、２０ｎＦ
コンデンサ６５及び中間段トランジスタ６６のコレシタ
は、ダイオード６７と抵抗６８（５１Ω）とダイオード
６９とを有するラインを介して充電され、尚ダイオード
６７は下側の対称の回路６２のＦＥＴ６４の一部である
。トランジスタ６６のベースは、光学的カップラー７０
へ接続されており、カップラー７０はタイミング発生器
４６からのライン７１上の信号によって制御される。こ
の光学的カップラー７０は、好適には、本ＮＭＲ検層装
置と共に使用される。なぜならば、それはスイッチング
信号とアンテナ上の高電圧との間の分離を確保すること
を可能とするからである。

中間段トランジスタ６６のエミッタは、ダイオード７７
を介して、ＦＥＴ６３のゲート７２へ接続されている。

ゲート７２は、更に、１にの抵抗７３及び８．２ｎＦの
コンデンサ７４へ接続されており、それらは、ソースラ
イン７５へ接続されており、ゲート７２とソースライン
７５との間にＲ−Ｃ結合バイパスフィルタを構成してい
る。このＲ−Ｃフィルタは、ＲＦパルスの送信期間中に
ソース対ゲート電圧が決して過剰なレベルになることが
なく且つ自己ターンオフ時定数を与えることを確保して
いる。２０ｎＦのコンデンサ６５と並列接続されている
ツェナーダイオード７６は、光学的カップラー７０が過
剰な電圧によって損傷することを防止している。

ダンピング（減衰）モード期間中、タイミング発生器４
６からの信号がライン７１を介して通過され、光学的カ
ップラー７０を活性化させ、且つ中間段トランジスタ６
６のベースを充電する。トランジスタ６６がターンオン
され、ゲート７２へ電圧を印加させ、ＦＥＴ６３を導通
状態とさせ、且つアンテナ回路のダンピング即ち減衰を
与える。

検層装置１３の動作期間中、オペレータは実施すべき測
定シーケンスのタイプに関する情報をコンピュータ５２
内へ人力する。次いて、コンピュータ５２は、その測定
シーケンスを実施するために本装置にとって必要とされ
る電子的ステップのシーケンスを設定する。コンピュー
タ５２は、タイミング発生器４６を制御し、タイミング
発生器４６は回路４１の種々の構成要素へ制御信号を送
給し分極用パルス高さ、長さ、周波数、逐次的パルスの
相対的位相、受信モード期間、周波数、及びそれらのタ
イミングを制御する。

高Ｑアンテナ１８はｌｋＷのＲＦパルスを送信した後に
迅速にダンプ即ち減衰されることが可能であるので、検
層装置１３は、目的とする地層１２を短い時間で多数の
相次ぐパルスで共振（共鳴）させることが可能である。

送信したパルスと受信モードの開始との間の無駄時間は
約２５マイクロ秒であり、それは従来の市販されている
検層装置の無駄時間よりも約１０００倍短いものである
。

１００Ｗのビークパワーを使用すると、該パルスは約４
０マイクロ秒の期間を有することが可能であり、１秒継
続する測定サイクル内において高々１０００個のパルス
を有することが可能である。

前掲した文献に説明されている既存の市販されている検
層装置によって実施されるものとして従来知られている
ＮＭＲ測定に加えて、横緩和時間Ｔ２を測定するために
カー−パーセル（ＣａｒｒＰｕｒｃｅＤΩ）タイプの測
定も行なうことが可能である。このシーケンスは、又、
一般的には、１８０’　−９０’　シーケンスとして知
られており、ここでこれらの角度は測定プロセス期間中
に歳差運動を行なうプロトン（陽子）によって経験する
ティッピング（傾斜）の角度を表わしている。本装置に
よって実施することが可能なその他の測定シーケンスと
しては、例えば、メイブームージル（Ｍｅ　ｉ　ｂ　ｏ
　ｏｍ−Ｇ　ｉＮ　Ｄ　）シーケンスがあり、それは前
掲したＦｅｒｒａｒ及びＢｅｃｋｅｒの文献に記載され
ている。更に、Ｇ、　　　Ｇ、　　ＭｅＤｏｎａ、９ｄ
及びＪ、　　　Ｓ、　　　Ｌｅｉｇｈ、Ｊｒ。

共著［縦緩和測定用の新たな方法（Ａ　　ＮｅｗＭｅｔ
ｈｏｄ　　ｆｏｒ　　Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ　　Ｌｏｎｇ
ｔｔｕｄｊｎａΩ　Ｒｅｇａｘａｔ　ｔ。

ｎ）」、ジャーナル・オフ・マグネチック・レゾナンス
、ＶｏＮ、９．３５８−３６２頁、１９７３年の文献に
記載されているタイプの９０６−τ−９０°シーケンス
があり、それは縦緩和時間Ｔ１を測定する。更に、地層
の磁気的特性を有効に検査するだめに、本発明に基づい
て付加的なタイプの穿孔ＮＭＲδＩＩＩ定を考案するこ
とが可能である。

予備分極 検層装置１３の各測定を行なう場合に本検層装置を停止
させることなく連続的に検層動作を行なうために使用す
る場合、上に説明したことを超えてＳ／Ｎを更に改善す
るために、別の実施形態を使用することが好適である。

第１図を参照すると、予備分極用磁石１つが主要磁石ア
レイ１７の位置の上方において検層装置１３内に組込ま
れており、それは、磁石アレイ１７が測定を行なうため
に地層１１近くに到達する前に地層１１を磁気的に分極
させるものである。分極用磁石１９の磁界は、磁石アレ
イ１７のものと方位が同様なものであるが、好適には、
−層強力なものであって原子核のより多くのポピユレー
ション（集団）を分極することが可能なものである。検
層装置が穿孔内を上方へ移動されると、磁石アレイ１７
は地層１１の近くへ移動し、且つＲＦパルスを放射する
。しかしながら、予備分極のために、より多くの数の原
子核が実質的に均一な磁界の体積内において磁石アレイ
１７の磁界Ｂ。と整合され、且つ対応するより大きな信
号が発生される。

この予備分極磁石は、好適には、第１７図に示した如き
形態を有する磁石アレイてあって、図示例の場合には、
磁石９０，９１．９２を有しており、それらは地層内に
発生される磁界を最大とするために同極が同一方向に指
向して配列されている。明らかに、他の組合わせの磁石
によって同様の磁界を発せることも可能であり、且つ図
示した如く磁石アレイとする代わりに単一の磁石を使用
することも可能である。第１８図及び第１９図を参照す
ると、予備分極用磁石１９の磁界ＢＰは、測定時におい
て存在する静止磁界Ｂ。にのみ依存するＮＭＲ測定のＳ
／Ｎ乃至は帯域幅に悪影響を与えることなしに、磁石ア
レイ１７の磁界よりも実質的により均一性のないものと
することが可能である。

これらの好適実施例は、本発明の技術的範囲を逸脱する
ことなしに、当業者により種々の形態に修正することが
可能であることは勿論である。例えば、予備分極磁石は
、第１７図に示した如き磁石の形態に構成することは必
要ではなく、それを単一の磁石又はその他の配列構成と
することも可能である。スラブ磁石を使用しているのは
、それが脱磁化効果を最小とする傾向を有するスリムな
形状を有しているからであり、且つ比較的組立てが容易
だからである。該磁石は大型であり且つ非常に高いエネ
ルギ密度を有しているので、それらの磁石の取扱い及び
組立てが容易であるということは著しい効果をもたらす
ものであり、且つ本明細書に記載した簡単な構成は、種
々の観点から有利なものであることが判別した。しかし
ながら、本発明に基づいて、その他のタイプの磁石を使
用することも可能である。

静的測定が所望される場合には、差動的スティッキング
及びその他の動的な穿孔効果によって検層装置１３がく
っついてしまう可能性がある。従って、この様な静的測
定を行なう場合には、所定の深さにおいて測定サイクル
を完了した後に、穿孔壁から検層装置係合面１４を離脱
させる手段を設けることが望ましい。例えば、第１図に
おいて点線で示した２個の離脱用ピストン９３．９４を
油圧によって動作させて、アーム１５を後退位置に後退
させた後に、検層装置１３を穿孔壁から強制的に離脱さ
せることが可能である。

解釈方法 上述した装置を使用して、例えば多孔度、細孔ゴ法、流
体流れ透過度などのような地層の特性を決定するために
、穿孔の周りの地層内の核磁気共鳴の測定を行なうこと
が可能である。従来公知なＮＭＲ検層データの種々の解
釈方法を本発明装置において使用することが可能である
。

測定したＮＭＲ崩壊データの従来の解釈方法は、最初に
Ｔ、などのような岩石地層特性を派生し、次いてそれを
例えば透磁率になどのような興味のあるその他の地層の
特性とリンクさせることを中心とするものであった。従
来の検層装置の観ΔＦＩした崩壊時定数７２１１はｋに
対して直接的にリンクさせること力（不可能であった。

なぜならば、Ｔ％は、地層細孔流体の水素原子核の真の
崩壊時定数をマスクするような環境と、穿孔と、検層装
置との間の種々の磁気的干渉に依存していたからである
。

第２０図を参照すると、ＦＩＤ波形即ち信号１０１は、
「連続モード」又は「静止モード」の何れかにおいて動
作させた従来の検層装置によって測定した信号を表わし
ており、且つ崩壊包路線１０２は、このＦＩＤ信号のピ
ーク値から得たものである。時間ｔ。における各分極用
パルスの終端に続く約２０−３０　ミリ秒の「無駄時間
」の期間中には何ら信号が受取られることはない。第２
１図には、この様な四つの崩壊包絡線］０２ａ、ｂ。

ｃ、ｄが示されており、ＦＩＤ信号１０１は、それぞれ
期間ｔ、。、（ａ）、ｔ、。ｓ　　（ｂ）、ｔ、。。

（ｃ）、ｔ、。、　（ｄ）を持った非飽和型分極用パル
スの後に測定される。注意すべきことであるが、第２１
図の包絡線１０２は、該信号内においてノイズを表わす
多数のジグザグの点を示しており、一方第２０図は、ノ
イズの影響を示すことのない簡単化した概略図であるか
ら滑らかなものとして見えるＦＩＤ包絡線１０２を示し
ている。

縦緩和時間Ｔ１を決定する従来の一つの方法においては
、次式の形態の指数崩壊あてはめ曲線１０３（第２１図
参照）を各包絡線１０２に対してあてはめる。

Ａ（ｔ、、。）　＝Ａｏ　ｅｘｐ（−ｔａｍｅ　／Ｔ２
　”　）　　（＾）尚、ｔ　ｄ＊ｃは崩壊時間であり、
且っＡ。は分極用パルスが初期的にシ十ットオフされて
いる時間Ｔｏにおける自由誘導崩壊信号の最大振幅であ
り、且つＡ（ｔａ−）は測定した振幅である。このあて
はめ方式は、ベストフィツト即ち最適あてほめを発生す
るＡ。及びＴ２′の値を抽出し、且つその結果得られる
Ａ。の値は、第２０図及び第２１図においてＦＦｌ０点
として示した、時間ｔ　ａ、ｅ（０）における外挿した
縦軸交点を表わしている。

従来の方法においては、第ニステップが必要とされ、そ
の場合外挿、した値を第２２図に示した如く振幅Ａ　（
ｔ、。、）対分極時間ｔｐｏｆの関係としてグラフにブ
ｄットし、それによりＴ１　ビルドアップ曲線１０４が
得られる。最後に、このＴ１ビルドアップ曲線１０４を
、典型的にΣＡｏ（１−ｅ　　ｌ　／　Ｔ　、　、　）
の形態を持った別の指数崩壊表示へあてはめて、Ｔ、に
対する値を抽出する。

上述した従来の公知の解釈技術と対照的に、本発明の好
適方法は、同時的に、測定データを、ＮＭＲ崩壊態様及
びその崩壊の前に初期的分極の程度における変化から発
生するその態様の変化を一体的に記述するモデルに対し
てあてほめを行なう。

この好適方法は、次式の形態のあてはめ量を最小とする
ことにより測定した振幅Ａの同時的なあてはめを与える
。

ΣΣ［Ａ（ｔ、。１．ｔ６゜、）−Ａ　ＲｇｐＲ（ｔ＋
＋。１　＋Ｌｅｃ　）］２（Ｂ） 尚、この表示は、振幅ＡＲＥＰＲがｔ６□とｔｐｏｆの
両方に同時的に依存することを可能とする。第２３図を
参照すると、複数個のＦＩＤ包絡線１０２ａ、１０２ｂ
、１０２ｃ、１０２ｄなどが示されており、その各々は
前述した第２０図及び第２１図における如く測定される
ものであるが、これらの包結線は数学的表示に対して個
別的乃至は別々にあてはめられるものではなく、且つ従
来技術において行なわれた如く、各包路線に対してＡ（
ｔｏ　）の中間外挿値を得る処理を行なうものでもない
。従って、従来技術における二つのステップにおける処
理と比較して、本好適方法においてはあてはめは単一ス
テップにおいて行なわれる。

測定データに対するベストフィツト即ち最良のあてほめ
を与えるモデルにおける振幅及びＴ１のパラメータが抽
出され、且つ該データを解釈するために直接的に使用さ
れる。このベストフィツトは、好適には、二乗したあて
はめ量（あてはめエラーとしても知られている）の反復
的数値最小化を行なう最小自乗型あてはめコンピュータ
プログラムによって得られる。例えば、当該技術分野に
おいて公知のｒＺＸＳＳＱＪという名称のプログラムが
テキサス州ヒユーストンのＩＭＳＬカンパニーから市販
されているが、そのプログラムを使用することが可能で
ある。このあてはめは、単一のステップにおいて（「グ
ローバル」アプローチ）　、ＮＭＲ崩壊応答と異なった
初期的分極（ｔ、ａ、）に起因する差動応答の両方に関
して同時的に達成されるので、抽出されたパラメータＡ
Ｉ及びＴ　１　ｌは、かなり安定したものであり信号ノ
イズによって影響を受けることが少ない。

以下に三つの代表例について説明するが、それは本発明
の好適なグローバル方法を示すものである。振幅とＴ１
のパラメータを包含するこれらの表示に対する一般式は
次式で表わされる。

Ａ（ｔｐ。ｔ　、Ｌ−ｃ） 一ΣＡ　＋　　［１−ｅＸＩ）（−Ｌ　　ｐｅｊ　　／
Ｔ＋　ｌコＯＸｐ　（−ｔａｍｅ　　／］’２１”　　
）（Ｃ） 尚、ｔｐｏｆは崩壊信号を測定する前に粒子の測定した
ポピユレーションの磁気スピンをチップ即ち傾斜させる
傾向のある地層の分極期間であり、Ｔ１．は測定した粒
子のｉ番目の種即ち成分の縦緩和時間であり、且っＴ２
♂はｉ番目の種即ち成分の観測緩和時間である。

特に、本発明のグローバルアプローチの第一の好適表示
として、ＦＩＤ信号１０１の測定した振幅は次式の如く
二つの指数項の和によって表わされる。

ＡＯ（ｔｐ。Ｊ　　、Ｌｄ。、） この２指数表示は、地層が二種のプロトン（陽子）を有
しており、各種が最大振幅Ａ。、縦緩和時間Ｔ、及び横
緩和時間Ｔ２′を有する個別的な崩壊成分を有するもの
との仮定に基づいている。付加的な神学ｉ−１，２は、
二つの成分を示しており、一方の成分はＴ、、Ｔ２”に
対する短い時定数によって特性付けられており、且つ他
方の成分は長い時定数によって特性付けられている。こ
の条件から、観測した崩壊時定数Ｔ２″が分極期間ｔ、
。、に依存するようになる。従って、このグローバル方
法は、Ｔ２′がｔｐｏｆの関数であり且つ包絡線１０２
ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄなどが平行ではなく
且つ第２３図において同一の曲率を有するものではない
場合があることを認識する。更に、中間的なあてはめス
テップ（従来技術における如く）を使用することなしに
、Ａ、及びＴ、ｌのパラメータを使用して全ての崩壊包
絡線を同時的にあてはめることによって、本発明方法は
、あてはめに貢献する情報量を増加しており、従って一
層安定しており且つデータ内のノイズによって影響を受
けることが少ないパラメータ値を得ることを可能として
いる。

本発明に基づく２番目の好適な表示においては、式（Ｄ
）の６個のパラメータを、次式で定義される共通パラメ
ータＴ　１ｆｉｈを介して各Ｔ　２１”に対する値が対
応するＴ、ｌに関係しているということを仮定すること
により五つに減少させている。

パラメータＴＩｏは、該表示の両方の種に共通する磁界
不均一性から発生する付加的な崩壊機構を表わす時定数
である。従って、式（Ｄ）の表示は次式に還元される。

Ａ　（ｔｐ。１　　、Ｌａｇ、） −ｅＸｐ（−Ｌａｅｅ　／Ｔ＋−ｈ　）［Ａｓ（１−ｅ
ｘｐ（−ｔ、。、　／Ｔ＋５）ｌｅｘｐ（−ｔａ、。　
／Ｔ’ｓ）＋Ａ１−　１−ｅｘｐ　　（ｔｏ。、　／Ｔ
＋Ｌ）ｌｅｘｐ（ｔ、−３／ＴＩＬ）］（Ｐ） この五つのパラメータ表示を使用して、Ａ１゜ＡＬ　、
　　Ｔ１５．　ＴＩＬの比較的安定な値を得ることが可
能であり、それは測定した地層の透磁率又はその他の所
望の特性に関する情報を与えることが可能である。多く
の場合、この五つのパラメータからなるモデルは、６個
のパラメータを有する最初のモデルと同じくデータにフ
ィツトする。

その他の表示をこのグローバルあてはめ方法に使用する
ことが可能であり、それは更にパラメータの数を減少さ
せ且つその際に比較的低い信号／ノイズを持ったデータ
を処理する場合に推定結果の信頼性を改善する。特に、
４個のあてはめパラメータのみを持った３番目の表示は
次式で与えられる。

Ａ（ｎ、Ｌ−ｃ　） −ｅＸｐ（（ｄｅｃ　／Ｔ；、ｈ　）Ａｏ　［（３Ｘｐ
Ｉ　（ｔ＋−ｅ　／Ｔ＋　）　’　１ｅＸｐｌ−（（Ｌ
−＋ｔ　ｐａ、）／Ｔ　＋　）　’　ｌ］　　　　（Ｇ
）尚、ＮＭＲ崩壊の完全な記述を得るためには四つのパ
ラメータ、即ちＡ　Ｔ）、ａ、　　Ｔｌｆｉｈか使用さ
れる。このモデルは、縦緩和動作は、次式で表わされる
「伸長型指数」形態によって記述される縦緩和動作を仮
定している。

Ａ　（ｔ　ｐｏＪ　）　−Ａｏ　ｅｘｐｌ−（ｔ　ｏ。

ｓ　／Ｔ＋　）　’この形式は、２番目のモデルにおけ
る如＜Ｔ２及びＴ、ｌとが相互に関係しているという仮
定がなされる場合に、核磁気が多数の個別的な種の磁気
粒子からの無限数の個別的指数の分布から構成される場
合に発生する。この「伸長型指数」表示は、ある場合に
は、他のモデルと同等の精度で緩和時間パラメータを抽
出することが可能であるが、データ内の低信号／雑音か
ら発生する問題に対してより大きな柔軟性を有している
という利点を持っている。本発明者らの知得したところ
によれば、この伸長型指数は、パラメータ項はより少な
いにも拘らず、２指数表示よりも研究室で測定した岩石
Ｔ、データを幾分より良好に記述するものである。

緩和時間Ｔ　＋　、　Ｔ　２及び／又はＴ２”の値を抽
出した後に、通常、これらの値を使用して例えば流体透
磁率になどのような測定した地層のその他の特性を決定
することが望ましい。ｋを決定するための幾つかの方法
が従来公知であり、従ってその説明は割愛する。例えば
、５ｅｅｖｅｒｓの提案によれば、ｋＯＣΦＴ２の形態
の透磁率の推定式を使用しており、尚Ｔ−（Ｔ、　　・
Ｔ＋　）／　（Ｔ。

−Ｔ、）であり、月つＴ、は細孔表面効果がない場合の
バルク流体の縦緩和時間である。これは、５ｅｅｖｅｒ
ｓ　　Ｄ、　　Ｏ，著「砂石の透磁率を決定するための
核磁気方法（Ａ　　Ｎｕｃ、ｌ）ｅａｒＭａｇｎｅｔｉ
ｃ　　Ｍｅｔｈｏｄ　　ｆｏｒ　　Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉ
ｎｇ　　ｔｈｅ　　Ｐｅｒｍｅａｂｉｌ　ｉｔｙ　　ｏ
ｆ　　５ａｎｄｓｔｏｎｅｓ）Ｊ、ソサエティ・オフ・
プロフェッショナル・ウェル・ログ・アナリスト・トラ
ンズアクションズ、１９６６年、ペーパーＬの文献に記
載されている。

一方、Ｔｉｍｕｒ、Ａｒ石砂の多孔度、可動流体、及び
透磁率のパルス型核磁気共鳴研究（Ｐｕｇｓｅｄ　　Ｎ
ｕｃｊＪ　ｅａ　ｒ　　Ｍａｇｎｅ　ｔ　ｉ　ｃ　　Ｒ
ｅ５ｏｎａｎｃｅ　　５ｔｕｄｉｅｓ　　ｏｆ　　Ｐｏ
ｒｏｓｉｔｙ、Ｍｏｖｅａｂ、ｌ）ｅ　　Ｆｊ７　ｕｉ
ｄ、ａｎｄ　　Ｐｅｒｍｅａｂｉ、Ｑ　ｉｔｙ　　ｏｆ
　　５ａｎｄｓ　ｔｏｎｅｓ）Ｊ　、ジャーナル・オフ
・ベトローリエム・テクノロジ、１９６９年、７７５−
７８６頁の文献には、ｋｃｃΦΣＡ、Ｔ２て表わされる
推定式が提案されている。

しかしながら、本発明の方法によれば、縦緩和時間Ｔ、
の値が、１（ｏｃΦ’　Ｔ、ｌ”の形態の透磁率の推定
式において好適に使用され、その場合、指数ｍは約４で
あり、且つｎは約２である。例えば、伸長型指数表示に
関連して使用される場合、地層岩石の測定したサンプル
に対する最適な推定式は、ｍ＝５２−４．６１及びｎ−
ｓ、−２，０９である。又、本発明のグローバル方法は
、ここで定義した好適な推定式に関連して使用する場合
、従来の方法と比較して、測定した岩石の透磁率の顕著
に一層良好な決定を与えている。

本発明の別の側面は、以下においては「積分方法」と呼
称するが、それは（例えば連続的な検層動作を可能とす
るために）測定時間を最小とすることが所望される場合
において地層特性を決定する場合に関するものである。

この−様な場合、以下に説明する理由により、得られる
データから抽出されるべきパラメータの数を最小とする
ことが望ましい。好適な形態においては、第２４図を参
照すると、（磁化を表わす）振幅の値を、時間軸ｔ、。

、に関して積分し、ΦＴの単位を持った単一の積分量を
得る。

Ｔ　ビルドアップ曲線１０４又はＮＭＲ崩壊応答の同等
の表示において、曲線１０４を積分して、Ｔ、　ビルド
アップ曲線上側の面積を得、それは対応する崩壊曲線下
側の面積に等しい。この積分量は、ΦＴ、と等価な単位
を有しており、適宜の推定式に関係して使用され、透磁
率の測定値を得る。

好適には、この積分量は、二乗されて（ΦＴ１）２を得
、次いて（Φ１）”−２を乗算させる。

尚、Φ１は、例えば中性子多孔度装置として一般的に知
られているようなその他の公知の穿孔検層装置を使用し
て測定される多孔度である。前述した如く、その他の推
定式を同様に使用することが可能である。この積分量は
、得られる低Ｓ／Ｎデータのより安定した表示である。

なぜならば、それは、曲線１０４の正確な形状に対する
応答性は低く、従ってかなりのレベルのノイズを持った
ＮＭＲデータの数学的あてはめによって導入されるエラ
ーに対する応答性が低いからである。

曲線１０４の積分は、当該技術における当業者にとって
自明な種々の方法によって達成することが可能である。

第２４Ｂ図は、ΣＡｌ　・△ｔ、。。

の形態の別々の積を単純加算することにより得られる積
分の一例を示している。同様に、測定したＮＭＲ崩壊信
号を崩壊時間に関して積分し、信号雑音又はＮＭＲ崩壊
のその他の微細な特徴に対して比較的に免疫性のある地
層特性を表わす情報を有する積分量を得ることが可能で
ある。

振幅軸はＡの対数でスケールしてあり且つ時間軸は直線
的にスケールして示しであるが、この解釈方法は、デー
タの特定の表示方法に限定されるべきことを意図したも
のではない。別の実施例においては、本方法は、振幅と
時間に対し変更したスケールで実施することが可能であ
る。例えば、時間軸は平方根でスケールするか又はその
他の変換でスケールすることが可能である。

従来の検層装置によって得られたＦＩＤ信号に関連して
説明したグローバルあてはめ方法は、本発明のパルス型
ＮＭＲ装置で得られたデータへ適用することが可能であ
る。例えば、第２５図に示したカー−パーセル（Ｃａｒ
ｒ−Ｐｕｒｃｅｊ７にりシーケンスのようなパルス型ス
ピン−エコー型測定は、一連のパルスを発生し、その相
次ぐピークはＴ２緩和曲線を画定する。各シーケンスを
異なった程度の初期分極（１，。１）でもって幾つかの
この様なシーケンスの測定を行なうと、本発明に基づき
、縦緩和時間Ｔ１を決定することが可能である。従って
、グローバルあてはめ方法の好適表示の任意の一つを使
用して振幅及びＴ、の値を抽出することが可能であり、
且つこれらの抽出した値を使用して被測定地層のその他
の特性を決定することが可能である。

同様に、ｎｊ定時間を最小とすることが所望される場合
には、本発明装置から得られる測定信号をより良好に解
釈するために本発明の積分方法を使用することも可能で
ある。データセットが比較的低いＳ／Ｎを有する場合に
は、第２５図に示した如く、エコー信号の基で積分を行
ない且つ既に説明した態様で得られた面積に応答して透
磁率を決定することが望ましい。

本発明のＮＭＲ検層装置は、前述した如く、検査体積内
に静的な均一の磁界を発生し、且つ該検査体積内のプロ
トン（陽子）のスピンを共振的（共鳴的）にチップ（傾
斜）させるＲＦ磁界からなる振動パルスを重畳させる。

カー−パーセル（Ｃａｒｒ−Ｐｕｒｃｅ、Ｑ、Ｑ）シー
ケンスに従ってパルスＢ、を連続的に印加することによ
り、検層装置１３は、１２時定数を持ったＮＭＲ崩壊を
直接的に測定し、且つ従来の検層装置の場合に必要とさ
れていたようなＴ２’崩壊信号の中間測定値を得ること
なしに、この地層の細孔流体特性を直接的に測定するこ
とが可能である。

その他の地層特性を決定するためにＴ、の情報を使用す
る方法が存在するので、特性１２時定数を持ったＮＭＲ
崩壊信号を測定し、この様なΔ−１定値を変換子Ｆアを
使用してＴ１の仮想的な値へ変換し、次いでＴ、の値を
使用して被測定地層の透磁率ｋ又は同等の特性を決定す
ることが本発明の好適方法である。本発明者らの知得し
たところによれば、異なった井戸からの岩石サンプルの
研究室での測定によれば、第２６図及び第２７図に例示
した如く、Ｔｌ　＝ＣＸ　（Ｔ２　）が成り立ち、尚Ｃ
は各井戸に対する定数である。従って、例えばカー−バ
ーセル（Ｃａｒｒ−Ｐｕｒｃｅ、［９）シーケンスを使
用し、比例定数Ｃを決定し、次いで穿孔の残部を連続的
に検層してＴ２の高速測定を得ることにより、井戸内の
所定の深さにおいてＴ、及びＴ２の両方の静的測定を得
ることが望ましい。Ｔ２の値は、定数Ｃをむ１けること
によって１、Ｔ１の値へ変換される。最後に、本発明の
好適方法の一つ又は他の同等の方法と関連してＴ１の値
を使用して、Ｔ２測定の対応する深さの各々において地
層の透磁率を決定する。

本発明者らの知得したところによれば、低ＮＭＲ周波数
において、Ｔ１及びＴ２の値は収斂し、従って、十分に
低い測定周波数において８ｐｊ定したＴ２のデータを仮
想的な組のＴ１データと等しくさせ、且つ７１ＦＩ定し
たＴ２のデータを直接的にＴ推定式へ適用することによ
って透磁率を決定することが望ましい。更に、その他の
Ｔ１及びＴ２に関連する量は、同様に変換することが可
能である。

例えば、第２５図を参照すると、カー−バーセル（Ｃａ
ｒｒ−Ｐｕｒｃｅｐｐ）シーケンス〕０５の積分面積を
計算し、且っＴ１ビルドアップ曲線の積分面積の代わり
に使用して、前述した如く、透磁率を決定する。

尚、本発明の好適方法を、その大部分に亘って、透磁率
を決定することに関して特に説明したが、これらの方法
は、例えば流体粘度、水飽和及び多孔度などのような穿
孔によってトラバースされている岩石地層のその他の有
用な特性を決定するために同様に使用することか可能な
ものであることは勿論である。

以上、本発明の具体的実施の態様について詳細に説明し
たが、本発明は、これら具体例にのみ限定されるべきも
のではなく、本発明の技術的範囲を逸脱することなしに
種々の変形が可能であることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に基づいて構成された地層の
周りの測定を行なうためにボアホール内に位置されたＮ
ＭＲ検層装置を示した概略側面図第２図は第１図の検層
装置のｎｊ定システムを示した概念的概略図、第３図は
第１図に示した本発明の好適実施例において使用される
磁石アレイの拡大概略断面平面図、第４図は穿孔内に位
置された場合の第３図の磁石アレイの周りの矢印によっ
て表わされた磁力線を示した概略図、第５図は第３図及
び第４図に示した磁石アレイの磁界Ｂ。等強度ラインを
示した概略断面図、第６図は第１図に示した好適実施例
の検査領域を示すと共に第３図乃至第５図における如く
２３２ガウスの磁界Ｂ。 等強度ラインを示した概略図、第７図は第６図に示した
検査領域内の磁界Ｂ。等強度ラインを示した概略断面図
、第８図は第６図の検査領域内のＢｏのベクトル方向及
び大きさを示した磁力線の概略説明図、第９図は本発明
の一実施例に基づいて構成されたアンテナを示した概略
斜視図、第１０図は第９図に示したアンテナの拡大概略
断面側面図、第１１図は本発明の一実施例に基づくアン
テナ及び蛇行型ワイヤを示すために一部破断しており第
１図に示した検層装置の壁係合面を示した拡大概略正面
図、第１２図は第１図の検層装置内に好適に収納される
回路を示したブロック図、第１３図は第１図における如
く本発明のアンテナの好適実施例へ供給される電力Ｐ、
の平方根によって割った比Ｂ１を示したグラフ図、第１
４図は第９図及び第１２図に示した増幅器への信号入力
を表わす概略図、第１５図は第９図のアンテナによって
発生される例示的な振動磁界Ｂ１のパルス形状を示した
概略図、第１６図は本発明の一実施例に基づいて構成さ
れたＱスイッチを示した回路図、第１７図は本発明の別
の実施例に基づいて構成された３個のスラブ磁石を有す
る予備分極用磁石を示した拡大概略断面平面図、第１８
図は第１７図の予備分極磁石前方の検査領域内において
短い矢印で表わした磁力線を示した概略図、第１９図は
第１７図の検査領域内の等磁力ラインを示した概略図、
第２０図は従来の解釈方法に基づく簡単化した概略ＦＩ
Ｄ信号及びその崩壊包路線を示した概略図、第２１図は
従来の解釈方法に基づいてセミログスケールでプロット
した４組のＦＩＤ信号（不図示）の崩壊包路線を表わす
四つの曲線を示した説明図、第２２図は従来の解釈方法
に基づいて初期値へ外挿し且つＭ（ｔ、。、）面内にＴ
１ビルドアップ曲線を構成する複数組のＦＩＤ信号の三
次元表示を示した説明図、第２３図は本発明の好適解釈
方法に基づく８組のＦＩＤ正ピーク信号及びそれらの対
応するグローバルあてはめ曲線を示した説明図、第２４
Ａ図及び第２４Ｂ図は第２２図における如くＴＩビルド
アップ曲線を示しており且つ本発明の別の好適解釈方法
に基づいてその曲線の積分を示した各説明図、第２５図
は第１図乃至第１５図に示した本発明の好適装置によっ
て実施することの可能な一連のスピン−エコー１１ＦＩ
定を示すと共に本発明の別の好適解釈方法に基づいてそ
の曲線の解釈を示した説明図、第２６図は例示的な油井
によってトラバースされる異なった地層からの実際の岩
石サンプルのＴ、及びＴ２の研究室での測定値を示して
おり且つ各データ点が岩石サンプル内の内部的磁気的不
均一に起因するＴ２の測定値における相対的エラーを表
わす直線を示した説明図、第２７図は第２６図と同様な
ものであるが第二の例示的油井によってトラバースされ
る異なった地層がらの実際の岩石サンプルのＴ１及びＴ
２の研究室での測定値を示した説明図、である。 （符号の説明） １０：ボアホール（穿孔） １１，１２：地層 １３：検層装置 １４：係合面 １５：アーム １７：磁石アレイ １８：アンテナ １９：予備分極磁石 ２１：マツチング回路 ２２　：　ＲＦプローブ（アンテナ） ２３：テストループ ２７：本体 ２８：空洞（スロット） ２９：溝（トラフ） ３０．３１：端部プレート ３２：アンテナ要素 ３５：増幅器 ３６：検知器 ”、１）ｒ［（ｍｓＥｃ、） ｌ−１０と 吾４ ゝ（ ４０、ｏｏ　　６０．００　８０．００　１００．００
Ｔｌｋ［ＭＳＥＣ＋ｄｅｃ Ｆｉｏ、２Ｂ ＩＭＥ ｉａ Ｆｉｇ、２４△ ＋ｐｏｌ Ｆｉｇ、　２４Ｂ ０　　　　ｏ　　　　Ｏ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、穿孔によってトラバースされる地層の特性の検査装
   置において、前記穿孔内を長手方向に移動可能に適合さ
   れた本体を有しており、前記本体が、前記本体の１側部
   に向かった前記地層の実質的な体積内に静的且つ実質的
   に均一な磁界を発生する第一手段、前記地層体積を振動
   磁界で照射し且つ前記地層内の粒子のポピュレーション
   の核磁気歳差運動を表わす信号を検知する第二手段、を
   有することを特徴とする検査装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記本体は、更に
   、実質的に非磁性の金属性支持体を有しており、且つ前
   記穿孔壁に対して前記本体の前記１側部を当接する手段
   を有しており、且つ前記第二手段は、前記支持体の外部
   に前記本体の前記１側部上に装着したアンテナ手段を具
   備しており、前記アンテナ手段が前記金属性支持体によ
   って電磁的にシールドされていることを特徴とする検査
   装置。 ３、特許請求の範囲第２項において、前記アンテナ手段
   が、振動磁界を発生すると共に前記地層内の核磁気歳差
   運動を表わす信号を検知する両方のために動作可能であ
   ることを特徴とする検査装置。 ４、特許請求の範囲第１項乃至第３項のうちの何れか１
   項において、前記体積は前記穿孔に平行な軸に沿って伸
   長されており、且つ少なくとも前記穿孔壁上のマッドケ
   ーキの推定厚さだけ前記本体から離隔されていることを
   特徴とする検査装置。 ５、特許請求の範囲第１項乃至第４項のうちの何れか１
   項において、前記第一手段が、前記体積へ向けて指向さ
   れた磁極を持った第一棒磁石及び前記体積に向かって指
   向された同様の磁極を持った第二棒磁石を有することを
   特徴とする検査装置。 ６、特許請求の範囲第５項において、前記体積に向かっ
   て指向された反対極性の磁極を持った第三磁石が前記第
   一磁石と第二磁石との間に位置されていることを特徴と
   する検査装置。 ７、特許請求の範囲第５項又は第６項において、前記第
   一及び第二磁石が、前記穿孔に対して平行な方向に実質
   的に伸長されており且つ互いに平行であることを特徴と
   する検査装置。 ８、特許請求の範囲第１項乃至第７項のうちの何れか１
   項において、前記第一手段の前記均一な磁界に対して平
   行に配向され且つ前記第一手段から長手方向にオフセッ
   トして位置される静止磁界を発生する予備分極手段を有
   することを特徴とする検査装置。 ９、穿孔によってトラバースされている地層の特性の検
   査装置において、前記地層の所定体積内に静止しており
   且つ実質的に均一な磁界を発生する第一手段、前記地層
   の体積を振動磁界で照射する第二手段、前記均一な磁界
   と同様の方位であるがそれから物理的にオフセットされ
   た静止磁界で前記地層の体積を磁気的に予備分極させる
   第三手段、を有することを特徴とする検査装置。 １０、特許請求の範囲第２項又は第３項において、前記
   アンテナ手段が前記本体の前記１側部上であって前記地
   層壁に対面して導電性凹部を有すると共に、前記凹部内
   に導電性要素を有することを特徴とする検査装置。 １１、特許請求の範囲第１０項において、前記導電性凹
   部が、実質的に半円筒状空洞であり、且つ前記導電性要
   素が前記半円筒状空洞内に同軸的に位置された導電性ロ
   ッドを有することを特徴とする検査装置。 １２、特許請求の範囲第１０項において、スロット及び
   導電性要素が互いに平行で且つ穿孔軸に平行に実質的に
   伸長して設けられており、且つ前記スロットと導電性要
   素との間の空間は、高い透磁率を持った非導電性物質で
   実質的に充填されていることを特徴とする検査装置。 １３、特許請求の範囲第１項又は第２項において、前記
   第二手段が、アンテナ手段と、前記地層の体積内の粒子
   のポピュレーションのＮＭＲ歳差運動周波数近傍におけ
   る周波数で振動する振動磁界を発生するために前記アン
   テナ手段を駆動するための回路手段と、非常に高い値か
   ら低い値へ前記アンテナ手段のＱ値を迅速にスイッチン
   グするＱスイッチング手段とを有することを特徴とする
   検査装置。 １４、特許請求の範囲第１３項において、前記Ｑスイッ
   チング手段が、電界効果トランジスタを有すると共に、
   前記トランジスタをオン及びオフへスイッチングさせる
   光電手段を有することを特徴とする検査装置。 １５、特許請求の範囲第１項乃至第１４項のうちの何れ
   か１項において、前記本体と前記測定される地層との間
   の推定間隔に等しい深さへ延在し前記本体近傍の領域内
   に付加的な局所的磁界を重畳させる手段を有しており、
   前記領域内の粒子の核磁気共鳴が変更されることを特徴
   とする検査装置。 １６、特許請求の範囲第１５項において、前記付加的な
   局所的磁界を重畳させる手段が前記アンテナ手段と前記
   穿孔壁との間に位置されており、且つ前記領域の深さに
   ほぼ等しいワイヤセグメント間の間隔を持った複数個の
   ワイヤセグメントが設けられており、且つ前記ワイヤセ
   グメント内に電流を発生させる手段が設けられているこ
   とを特徴とする検査装置。 １７、穿孔内に位置させた装置を使用して穿孔によって
   トラバースされている地層内の粒子のポピュレーション
   の磁気的特性の検査方法において、前記装置の１側部上
   における前記地層の所定の体積内に放射方向に指向され
   且つ実質的に均一な磁力線を持った静的磁界を発生させ
   、前記地層の体積を振動磁界で照射し、前記体積内にお
   いて前記静的で且つ実質的に均一な磁界の影響下におい
   て前記粒子のラーモア回転数におけるＮＭＲ信号を検知
   する、上記各ステップを有することを特徴とする検査方
   法。 １８、特許請求の範囲第１７項において、前記体積を照
   射するステップにおいて、前記体積の方向へ合焦した振
   動磁界を照射するためにＲＦアンテナを使用することを
   特徴とする検査方法。 １９、穿孔によってトラバースされている地層の特性を
   決定する方法において、 （１）複数個の異なった磁気分極期間に従って前記地層
   内の粒子のポピュレーションの横（Ｔ＿２）又は観測（
   Ｔ＿２＾＊）磁気緩和を表わす核磁気共鳴崩壊信号を測
   定し、 （２）前記信号からなる一組の値を選択し、（３）前記
   一組の値を振幅Ａ及び縦緩和時間Ｔ＿１項を有しており
   且つ前記値に関連する崩壊時間ｔ＿ｄ＿ｅ＿ｃ及び分極
   期間ｔ＿ｐ＿ｏ＿ｆの両方に同時的に依存するＮＭＲ崩
   壊の表示に対して直接的に比較し、（４）前記比較した
   組の値と前記表示との間のあてはめを最適化する振幅及
   びＴ＿１パラメータの値を発生し、 （５）振幅又はＴ＿１の少なくとも一方の発生された値
   に応答して前記地層の特性を決定する、上記各ステップ
   を有することを特徴とする方法。 ２０、特許請求の範囲第１９項において、前記第三ステ
   ップにおいて、前記選択した信号値を次式の形態の表示
   と比較し、 Ａ（ｔ＿ｐ＿ｏ＿ｆ、ｔ＿ｄ＿ｅ＿ｃ） ＝ΣＡ＿１［ｉ−ｅｘｐ（−ｔ＿ｐ＿ｏ＿ｆ／Ｔ＿１＿
   １）］ｅｘｐ（−ｔ＿ｄ＿ｅ＿ｃ／Ｔ＿２＿１＾＊）尚
   、Ａ（ｔ＿ｐ＿ｏ＿ｆ、ｔ＿ｄ＿ｅ＿ｃ）は信号振幅で
   あり、ｔ＿ｐ＿ｏ＿ｆは与えられた測定に先行する分極
   磁界の期間であり、ｔ＿ｄ＿ｅ＿ｃは測定が行なわれる
   崩壊時間であり、ｉは磁気共鳴種のインデックスであり
   、Ａ＿１は与えられた種の信号振幅であり、Ｔ＿１＿１
   は与えられた種の縦緩和時間であり、且つＴ＿２＿１は
   与えられた種の横緩和時定数であることを特徴とする方
   法。 ２１、特許請求の範囲第２０項において、前記第三ステ
   ップにおいて、測定信号を次式で表わされる表示と比較
   し、 Ａ（ｔ＿ｐ＿ｏ＿ｆ、ｔ＿ｄ＿ｅ＿ｃ） ＝ｅｘｐ（−ｔ＿ｄ＿ｅ＿ｃ／Ｔ＿ｉ＿ｎ＿ｈ）［Ａｓ
   ｛１−ｅｘｐ（−ｔ＿ｐ＿ｏ＿ｆ／Ｔ＿１＿Ｓ）｝ｅｘ
   ｐ（−ｔ＿ｄ＿ｅ＿ｃ／Ｔ＿１＿Ｓ）＋Ａ＿Ｌ｛１−ｅ
   ｘｐ（−ｔ＿ｐ＿ｏ＿ｆ／Ｔ＿１＿Ｌ）｝ｅｘｐ（−ｔ
   ＿ｄ＿ｅ＿ｃ／Ｔ＿１＿Ｌ）］尚、脚字ＳはＮＭＲ崩壊
   の第一成分を示しており、ＬはＮＭＲ崩壊の第二成分を
   示しており、且つＴ＿ｉ＿ｎ＿ｈはあてはめパラメータ
   であることを特徴とする方法。 ２２、特許請求の範囲第２０項において、前記第三ステ
   ップにおいて、測定信号を次式で表わされる表示と比較
   し、 Ａ（ｎ、ｔ＿ｄ＿ｅ＿ｃ） ＝ｅｘｐ（−ｔ＿ｄ＿ｅ＿ｃ／Ｔ＿ｉ＿ｎ＿ｈ）Ａ＿Ｏ
   ［ｅｘｐ｛−（ｔ＿ｄ＿ｅ＿ｃ／Ｔ＿１）＾＊｝−ｅｘ
   ｐ｛−（（ｔ＿ｄ＿ｅ＿ｃ＋ｔ＿ｐ＿ｏ＿ｆ）／Ｔ＿１
   ）＾＊｝］尚、Ｔ＿ｉ＿ｎ＿ｈはあてはめパラメータで
   あり、且つαは指数パラメータであることを特徴とする
   方法。 ２３、穿孔によってトラバースされている地層の特性を
   決定する方法において、 （１）複数個の異なった磁気分極期間に従って前記地層
   内の粒子のポピュレーションの磁気緩和を表わすＮＭＲ
   崩壊信号を測定し、 （２）前記測定信号に応答して磁化と時間との関係にお
   いて粒子のポピュレーションの特性的緩和の表示を発生
   し、 （３）前記磁化と時間との表示を積分して積分値を得、 （４）前記積分値に応答して前記地層の特性を決定する
   、 上記各ステップを有することを特徴とする方法。 ２４、特許請求の範囲第２３項において、更に、複数個
   の異なった分極期間に従ってＴ＿２＾＊崩壊信号を測定
   し、前記測定信号から磁化と分極期間との関係でＴ＿１
   ビルドアップ曲線を決定し、前記ビルドアップ曲線を積
   分して前記積分値を得ることを特徴とする方法。 ２５、特許請求の範囲第２３項において、前記測定ステ
   ップにおいて、スピン−エコーシーケンスの測定を使用
   することにより前記粒子のポピュレーションの磁化を測
   定し、尚その際に前記スピン−エコー信号の相次ぐピー
   クは時定数Ｔ＿２と共に崩壊し、且つ前記積分値をＴ＿
   １緩和に関連する積分値へ変換し、且つ前記Ｔ＿１緩和
   に関連する積分値を使用して前記地層の特性を決定する
   ことを特徴とする方法。 ２６、穿孔によってトラバースされている地層の特性を
   決定する方法において、 （１）Ｔ＿２緩和時定数を示す前記地層内の粒子のポピ
   ュレーションの横緩和を表わすＮＭＲ崩壊信号を穿孔装
   置によって測定し、 （２）前記信号の第一表示を発生し、 （３）前記表示を前記粒子のポピュレーションの縦緩和
   時定数Ｔ＿１に関連する第二表示へ変換し、（４）前記
   第二表示に応答して前記地層の特性を決定する、 上記各ステップを有することを特徴とする方法。 ２７、特許請求の範囲第２６項において、前記穿孔内の
   所定の第一深さに静止して位置させた穿孔工具によって
   ＮＭＲ崩壊信号を測定し、前記ＮＭＲ崩壊信号に応答し
   て前記第一深さにおいて地層の縦緩和時間Ｔ＿１を表わ
   す値を発生し、前記穿孔内のその他の深さにおいて連続
   的に移動する前記穿孔装置によって付加的なＮＭＲ崩壊
   信号を測定し、前記付加的な信号に応答して前記その他
   のそれぞれの深さにおける地層の横緩和時間Ｔ＿２を表
   わす付加的な値を発生し、前記付加的な値及びＴ＿１を
   表わす値の両方に応答して前記その他のそれぞれの深さ
   における前記地層の特性を決定する、上記各ステップを
   有することを特徴とする方法。