Ядерно-магнитный метод

Он основан на изучении искусственного электромагнитного поля, образующегося в результате взаимодействия магнитного момента ядер с внешним магнитным полем. В отсутствие внешнего магнитного поля моменты ядер направлены хаотично. В постоянном внешнем магнитном поле ядра стремятся ориентироваться своими магнитными моментами вдоль поля. Однако, благодаря наличию механического момента, ядра, подобно намагниченному вращающемуся волчку, ориентированы и вращаются (прецессируют) вокруг направления магнитного поля Земли. Энергия прецессии с течением времени переходит в тепловую энергию, и магнитные моменты устанавливаются вдоль поля.

Рассмотрим ядро, находящееся в земном магнитном поле Н_з. Если приложить сильное магнитное поле Н_п, перпендикулярное к полю Земли Н_з, то магнитные моменты ядер ориентируются в направлении суммарного поля Н , создавая вектор ядерной намагниченности . После выключения поля поляризации Н_п под действием магнитного поля Земли ядра атомов возвращаются в исходное положение, прецессируя вокруг направления земного поля. При своей прецессии ядра создают переменное, затухающее во времени, электромагнитное поле. ЭДС, индуцируемая этим полем в приемной катушке скважинного прибора, называется сигналом свободной прецессии. Возвращение ядер в положение равновесия происходит в течение промежутка времени, который называется временем релаксации.

Из всей совокупности элементов, слагающих горные породы, только ядра водорода обладают достаточно большим магнитным моментом, чтобы создать под действием поляризующего магнитного поля ЭДС, которая может быть обнаружена в условиях скважины.

 

N H

 

H

H

N

S P

S

Рис. 2.33. Поведение вектора ядерной намагниченности:

g - гиромагнитное отношение, s - собственный механический момент

Поэтому амплитуда сигнала свободной прецессии зависит от количества ядер водорода, присутствующих в исследуемом пласте. Отношение наблюдаемой при ЯММ начальной амплитуды сигнала свободной прецессии к начальной амплитуде сигнала в дистиллированной воде называют индексом свободного флюида - ИСФ. ИСФ= , где - поправки в пласте и в эталоне, учитывающие диаметры зонда и скважины, их взаимное расположение, режим работы аппаратуры и условия измерения. ИСФ равен объему пор, заполненных жидкостью, ядра водорода которой способны участвовать в свободной прецессии. Связанная вода, очень вязкая нефть, твердые и адсорбированные на поверхности породы углеводороды дают столь быстро затухающие ЭДС, что на показания ЯММ их присутствие в исследуемом разрезе не сказывается.

Для возбуждения и регистрации ЭДС сигналов свободной прецессии в скважине используется одна и та же катушка индуктивности, выполненная в виде прямоугольной рамки с размерами 850х100мм. Длина этого зонда 0.85м, сила тока поляризации составляет 3А. Из-за переходных процессов в катушке и резонансного усиления, измерение сигнала можно начать только спустя некоторое время после начала прецессии. Поэтому начальная амплитуда U₀ сигнала прецессии не может быть зарегистрирована. Для ее определения необходимо получить, по крайней мере, два значения огибающей ЭДС – U₁ и

U₂ или U₁ и U₃, которые соответст-

вуют временам измерений U

после включения поля. По этим значе-

ниям вычисляют начальную амплиту- U

U3

ду: или . U

0

Рис. 2.34. Сигнал ЯММ

При исследовании разреза скважины ядерно-магнитным методом обычно записывают две кривые сигнала свободной прецессии (рис.2.35). Кривые ЯММ симметричны относительно середины однородных пластов. Границы мощных пластов отбиваются в точках, расположенных на половине высоты аномалии. Для пластов малой мощности границы смещаются к максимуму кривой.

Особенность ЯММ заключается в том, что по его данным в разрезе выделяются только коллекторы независимо от их литологии. Поэтому ЯММ рекомендуется применять для выделения коллекторов в сложных разрезах, содержащих глинистые загипсованные пласты.

Для исключения влияния на показания ЯММ воды, содержащейся в промывочной жидкости, в нее дополняют магнетит - около 15 кг на 100 л раствора.