Физические основы ядерно-магнитного метод. Принцип измерения

Основан на изучении ядерно-магнитных св-в г.п. Ядра хим эл-тов обладают собственно магнитным или механическим моментом μ и S. Оси их совпадают, а их отношение называется гидромагнитным. γ _гидр= μ/S. Наибольшая величина свойственна ядрам Н. В Я-м методе изучается иск магнитное поле, возникающее в результате взаимодействия магн и мех моментов ядер с постоянным магн полем Земли. Под действием внешнего поля Земли ядра хим эл-тов стремятся сориентировать свои моменты в направлении магн поля Земли. Этому препятствует тепловое движение молекул => ядра совершают вращение, т.е. прецессируют.

Если приложить другое поле, ориентированное под большим углом (70-90⁰), то возникнет результирующее поле, ядра будут стремиться ориентировать свои магн моменты в направлении нового суммарного поля, орбразуя вектор ядерной намагниченности М. Если затем достаточно быстро выключить это магн поле, чтобы вектор М не успел изменить своего направления, то ядро будет стремиться вернуться в свое состояние.

Круговая частота прецессии (ламоровая частота) ω= γ _гидрН_З

Наибольшей величиной ω среди ядер хим эл-тов Н 2 кГц. После приложения внешнего магн поля, ориентированного под большим углом, к магн полю Земли поглощение Е этого поля будет осуществляться ядрами тех эл-тов, у которых частота прецессии совпадает с частотой этого магн поля, данное явление носит название ядерного магнитного резонанса.

При быстром выключении поля, под действием магн поля земли, ядра стремятся вернуться в первонач состояние, прецессируя вокруг внеш магн поля земли. Эту прецессию называют свободной прецессией ядер.

Применяемый в скважинной геофизике ЯММ основан на явлении ядерно-магнитного резонанса и измерении свобод прецессии ядер водорода.

Принцип измерения.

В скв опускают катушку, ч/з которую идет ток, созд в окруж простр-ве эл-магн поле ядра стремятся сориентироваться в направлении магн поля. В течение времени магн моменты ядер увелич до опред величны М₀. Закон изменения ядерн намагн-ти: М_t= М₀(1-e^-t/Т1).Т₁- время продольной релаксации, хар-ет скорость нарастания ядерной намагниченности. Кроме катушки в скв нах-ся комутатор, кот поочередно подключает катушку то к источнику тока (сила 2-3 А), то к усилителю. Ток выключается не сразу, сначала до величины I_ост, t_ост, а затем полностью выкл. Магн момент уменьшается, но не сильно.

В момент выключения поля векторы возвращаются в свое первонач состояние, прецессируя вокруг магн поля земли. При этом поперечная составляющая вектора М (М перпендик) пересекает ветки катушки в разных направлениях, создает в катушке переменную ЭДС с частотой f=2кГц. Возникающий сигнал имеет синусоидал форму и затухает по экспоненц закону Е_ссп=Е₀sinωte^-t/Т2 Т₂- время поперечной релаксации, хар-ет скорость затухания сигнала. ЭДС сигнала свободной прецессии ч/з усилитель подается на наземную панель, там дополнительно усиливается, выпрямляется и регистрируется, при этом момент подключения катушки к усилителю во времени сдвинут на величину τ. Регистрируемый сигнал предст-ет собой огибающую сигнала свободной прецессии, его величина U=U₀е^-t/Т2 Наиболее значимыми параметрами для изучения ядерных св-тв гп явл: U₀, Т₁ и Т₂. U₀ – начальная амплитуда сигнала свободной прецессии. Для определения величины U₀ производят несколько измерений величины U ч/з различные промежутки времени. Расчет U₀ производят по ф-ле:

Из всех ядер хим эл-ов, слагающих гп только ядра водорода обладают достаточно большими величинами магн и мех момента (μ и S), которые создают под действием внеш магн поля дост-но сильные ЭДС, кот удается зарегистрировать в условиях скв. Наиболее сильные сигналы свободной прецессии поступают от ядер водорода, кот создаются в подвижных молекулах, т.е. в свободной воде, нефти, газе. Ядра Н, входящие в состав неподвиж ж-ти (связ вода) или тв УВ (асфальтены, битумы) в рез-те свободной прецессии образуют быстрозатух ЭДС, кот практ-ки не возможно зарегист-ть. Поэтому в рез-те исслед магн м-да величина U₀ пропорц-на числу ядер Н, входящих в состав подвижных флюидов и содерж-ся в поровом пр-ве, т.е. пропорц-но величине эфф. пористости U₀≈К_п.эф, К_п.эф,=К_по(1-К_в.св). Поэтому ЯММ – метод определения эффективной пористости пород.

В результате измерений ЯММ записывают ряд кривых U при разных временах t₁, t₂, t₃.

При исследовании ЯММ записывают 2-3 кривые сигнала прецессии (ССП) при разных временах t₁, t₂, t₃ и постоянных t_п (поляризации) и t_ос (остаточный ток). Диаграммы ССП часто калибруют в у.е., назвыанных индексом свободного флюида ИСФ. ИСФ опр-ся как отношение нач амплитуды сигнала СП, измеренной на образце породы, к нач амплитуде ССП, измеренной на дистиллированной воде, занимающей тот же объем, что и образец породы. 100 ИСФ соответствуют сигналу в воду. ИСФ можно рассматривать как К_{п эф}. Кривые симметричны середины пласта, границы пластов опр-ся по серединам аномалий. Хар-ные показания снимают протв середины пласта.