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.