Принцип вимірів

Ядерно-магнітний метод заснований на реєстрації ефектів вільної прецесії ядер водню. З цією метою в свердловину спускають свердловинний прилад, в якому розміщується котушка видовженої прямокутної форми, підсилювач і перемикач, що поперемінно комутує виходи котушки то до джерела постійного струму (силою 3 А), то до входу підсилювача. При підключенні котушки до джерела постійного струму в оточуючому середовищі створюється постійне магнітне поле поляризації. При підключенні котушки до підсилювача наведена в ній під дією узгодженої прецесії ядер водню е.р.с. підсилюється і передається по кабелю на поверхню в наземну апаратуру, де і реєструється.

При пропусканні струму поляризації через котушку протягом часуу досліджуваному середовищі виникає постійне магнітне поле напруженістю. Вектор цього поля складає деякий кут (зазвичай 90º) з вектором напруженості МПЗі значно (приблизно на два порядки) перевищує його за величиною. Вектор ядерної намагніченості, що виникає при цьому, орієнтується в напрямку результуючого вектору(рис.6).

Вектор встановлюється не одразу після увімкнення струму, а протягом часу повздовжньої релаксації(часу встановлення рівноваги), що характеризує швидкість зростання ядерної намагніченості за напрямком прикладеного поля поляризації (рис. 6):

, (8)

де – амплітуда вектору ядерної намагніченості при; практичноприймається рівним.

Рис.6. Графік становлення ядерної намагніченості. Час повздовжньої релаксації Т₁ = 0.5 сек.

Після вимкнення струму поляризації у середовищі діє лише магнітне поле Землі, і вектор ядерної намагніченостіпрецесує навколо вектораз коловою частотою, поступово повертаючись до свого початкового значення . Вектор ядерної намагніченостіпо відношенню до вектораможе бути розкладений на дві складові: повздовжню, що співпадає з напрямком вектору, і поперечну, перпендикулярну до(рис. 7).

Рис. 7. Вектор сумарної намагніченості М, розкладений на дві взаємоортогональні складові.

Під дією вектора в котушці наводиться електричний синусоїдальний сигнал (змінна е.р.с.)– сигнал вільної прецесії, що відповідає амплітуді е.р.с. в момент часу, який пройшов з початку прецесії, і згасає за експоненційним законом із постійною часу поперечної релаксації(рис. 54):

(9)

Час поперечної релаксації характеризує швидкість загасання сигналу (зазазвичай приймається час, протягом якого начальна амплітудазменшується приблизно в 2.7 рази).– значення сигналу вільної прецесії в початковий момент часу.

Рис. 8. Загасання сигналу вільної прецесії із часом. Час поперечної релаксації Т₂ = 2 сек.

Сигнал вільної прецесії підсилюється і передається по каротажному кабелю на поверхню, де реєструючий пристрій фіксує амплітуду сигналу і його затухання в часі. Для вивчення розрізів свердловин найбільшу цікавість представляє величина , пропорційна кількості ядер водню, що входять до складу рухомого (вільного) флюїду – нафти або води. Оскільки СВП спадає за експоненційним законом, то достатньо мати два значення його амплітудиі(абоі), виміри яких виконані відповідно у час,і(35, 50 і 70 мс), аби за ними шляхом екстраполювання встановити амплітуду сигналу, за якою визначається так званийіндекс вільного флюїду:

(10)

Апаратура ЯММ дозволяє виконувати одночасну автоматичну реєстрацію двох або трьох каротажних кривих, що характеризують зміну амплітуд сигналу вільної прецесії з глибиною при фіксованих значеннях часу ,і. За цими даними оцінюється (або безпосередньо реєструється) величина– амплітуда СВП на момент вимкнення струму поляризації. Величинакалібрується в одиницях індексу вільного флюїду (ІВФ), що характеризує об’єм (у %) пор гірської породи, заповнений вільною рідиною, яка бере участь в утворенні СВП. Індекс вільного флюїду визначається, як відношення початкової амплітуди СВП, зареєстрованої на зразку гірської породи, до початкової амплітуди СВП, виміряної на дистильованій воді, що займає такий самий об’єм, як і зразок породи.

Криві ЯММ прийнято записувати в масштабі ІВФ (у %/см).