Лекция 9. Ядерно – магнитный каротаж

Ядерно – магнитный каротаж (ЯМК) основан на измерении ядерной намагниченности горных пород в разрезе скважины. Благодаря наличию механического и магнитного моментов, ядра атомов многих элементов подобно намагниченному волчку ориентированы и вращаются (прецессируют) вокруг направления магнитного поля Земли.

Частота  прецессии определяется напряженностью H_З магнитного поля и магнитного поля и коэффициентом , характеризующим ядерно – магнитные свойства элемента Н_З

Коэффициент  называется гидромагнитным отношением, явление – ядерно – магнитный резонанс (ЯМР).

Величина ЯМР у ядер атомов разных элементов, образующих горные породы, различна.

Небольшая величина  и ЯМР свойственна водороду и в несколько раз превышает  других элементов, слагающих горные породы.

Поэтому, изучая явление магнитного резонанса, в разрезе скважин можно выявить скопления ядер водорода, входящих в состав воды, нефти и газа.

Если на среду действовать постоянным магнитным полем Н, направление которого отличается от направления магнитного поля Земли, ядра атомов изменяют свою ориентацию и в новом равновесном состоянии прецессируют вокруг направления суммарного магнитного поля Н+Н_З. После устранения поляризующего магнитного поля Н ядра атомов под действием постоянного магнитного поля Земли возвращаются в исходное положение равновесия.

Возвращение ядер атомов в положение равновесия происходит в течение промежутка времени называемым временем релаксации. Если в исследуемую среду или вблизи ее поместить катушку, в ней индуцируется э. д .с. синусоидальной формы, затухающая во времени (ССП). Амплитуда сигнала свободной процессии зависит от количества ядер водорода, участвующих в свободной процессии.

Отношение при наблюдаемой при ЯМК начальной амплитуды сигнала свободной процессии к начальной амплитуде сигнала в дистиллированной воде – индекс свободного флюида (ИСФ).

Общая пористость коллектора складывается из объема, занятого водой, и объема, занятого жидкостью, способной перемещаться в коллекторе под действием перепада давления. Этот последний объем составляет эффективную пористость коллектора k_эф и численно равен величине ИСФ ИСФ=k_эф.

ЯМК является методом, позволяющим выделять глинистые коллекторы. Содержание глинистого материала в породе и связанное с этим увеличение остаточной водонасыщенности не влияют на показания ЯМК.

Ядерно-магнитные свойства флюидов и насыщенных ими горных пород при 20С

Порода, флюиды	ИСФ, %	Т2, мс	Т1, мс
			Сильное поле (300 Гс)	Слабое поле (0,5 Гс)
Вода дистиллированная, содержащая растворённый воздух	100	500-1500	2300	2300
Вода, содержащая в 1 л: 200 г NaCl 0,4 г CuSO4	92 100	500-1500 50-100	1700 180	1650 180
Нефть	5-100	250-1200	250-1200	250-1200
Конденсат	100	500-1500	до 3500	До 3500
Песчаник водонасыщенный Песчаник нефтенасыщенный	0-40 0-40	30-100 30-200	100-1500 250-1200	150-1500 250-1200
Известняк водонасыщенный Известняк нефтенасыщенный	0-40 0-40	30-200 30-200	до 2000 250-1200	до 2000 250-1200
Глина	0	20	-	-

Область применения ЯМК.

Возможность оценивать характер флюидов в пластах, определять остаточную нефтенасыщенность.

Ограничения. Повышенная магнитная восприимчивость горных пород и промывочной жидкости, снижающая при æ20010^-5 СИ сигнал ССП до уровня помех.

Характеристика эффекта ЯМР на ядрах наиболее распространенных элементах

(по С.М. Аксельроду)

Изотоп	Гидромагнитн. отношение g/2 Гу/Гс	Отн. амплит. ССМ	Естеств. содерж. изотопа	Резонансная частота в поле Земли, кГц
^1Н	4257	1.000	99.98	2.178
^7Li	1655	1.294	92.57	0.827
^9Be	598.7	1.39·10^-2	100	0.299
^13C	1071	1.99·10^-2	1.11	0.503
^27O	577.2	2.91·10^-2	3.7·10^-2	0.288
^23Na	1126.7	9.27·10^-2	100	0.563
^25Mg	260.5	2.68·10^-2	10.05	0.130
^27Al	1110	0.207	100	0.554
^107Ag	131	6.69	61.35	0.086
^51V	1121	5.53	100	0.559
^55Mn	1056	0.178	100	0.527
^59Co	1011	0.281	100	0.506
^63Cu	1131	0.116	69.09	0.564
^87Rb	1397	0.177	27.2	0.696

С тандартная диаграмма ЯМК представляет собой комплекс кривых U₁,U₂,U₃,…U₀ в функции глубины скважины

Я МК заключается в регистрации амплитуды сигнала свободной прецессии (см. блок–схему).

РТ – реле остаточного тока;

К – коммутатор;

СУ – скважинный усилитель;

У – усилитель;

ИУ – измерительное устройство;

П – источник тока поляризации;

БУ – блок управления;

Д – детектор;

РП – регистрирующий прибор;

ВУ – вычислительное устройство.

Импульсная схема измерения ССП позволяет осуществлять непрерывные измерения ССП.