Ядерно-магнитный каротаж

Ядра химических элементов, обладающие магнитными свой­ствами, стремятся ориентироваться своими магнитными момен­тами вдоль внешнего магнитного поля, в связи с чем возникает  явление ядерной намагни­ченности. Как только внеш­нее поле исчезает, начи­нает исчезать ядерная намагниченность и ядра прецессируют, т. е. свободно колеблются, возвращаясь к своей первоначальной ориентации, с амплитудой, затухающей во времени по экспоненциальному закону.

Ядерно-магнитный ка­ротаж (ЯМК) основан на изучении свободной пре­цессии ядер водорода. Принцип измерения со­стоит в следующем. В ис­следуемую среду помеща­ется датчик 4 в виде соле­ноида с сердечником пря­моугольного сечения зонда 1 (рис. 10 а).

При пропускании через соленоид постоянного тока силой 0,7 – 1,0 А вокруг него создается магнитное поле, под воздействием ко­торого ориентируются магнитные моменты ядер элементов ок­ружающей среды. При выключении тока поле поляризации исчезает и ядра элементов окружающей среды прецессируют, создавая свое электромагнитное поле. Напряженность этого поля измеряется этим же или другим соленоидом, в котором возникают электрические синусоидальные колебания, затухаю­щие во времени и называемые сигналами свободной прецессии (ССП).

Время t₁, характеризующее скорость нарастания ядерной намагниченности, называется временем продольной ре­лаксации (1), время t₂ – скорость затухания сигнала – назы­вается временем поперечной релаксации.

Амплитуда сигнала свободной прецессии Е₀ затухает (рис. 10 б) во времени по экспоненциальному закону.

На величину сигнала свободной прецессии (ССП) оказы­вают влияние только находящиеся в составе свободной под­вижной жидкости ядра водорода (вода, нефть), обладающие достаточно большим магнитным моментом, чтобы создать ЭДС, которая может быть измерена в скважинных условиях. Свя­занная вода, битум (2), асфальтены (3) образуют столь быстро зату­хающие ЭДС, что их присутствие в исследуемой среде на ре­зультаты измерений практически не влияет. Благодаря этому метод ядерно-магнитного каротажа помогает выделять в раз­резе скважины интервалы с эффективной пористостью (4).

Рис. 10 Блок-схема аппаратуры ЯМК (а) и характер изменения ССП (б)

Нижняя часть скважинного прибора аппаратуры ЯМК со­стоит из полихлорвиниловой трубы, заполненной маслом. Здесь размещаются основной и эталонировочный датчики 1 и 4 (см. рис. 10 а). В верхней – металлической части скважинного при­бора размещена электронная схема усилителя 2 и коммутации 3. Периодически с частотой 0,1 – 2,0 Гц основной датчик с по­мощью электронного коммутатора 3, 6 поочередно подключа­ется то к источнику тока 8 (сила тока поляризации составляет около 3 А), то к усилителю 2, усиливающему и передающему на поверхность сигналы свободной прецессии E_t. На поверх­ности после усиления 5 и выпрямления 7 сигнал регистрируется в виде кривой ЯМК в функции глубины регистра­тором 9 (рис. 10 а).

Величина Е₀ калибруется с помощью эталонировочного дат­чика в единицах, называемых индексом свободного флюида – ИСФ (отношение Е₀ образца породы к Е_д дистиллированной воды). Кривые ЯМК регистрируются в масштабе ИСФ – %.

В благоприятных условиях ЯМК обеспечивает решение сле­дующих геологических задач: выделение в разрезе коллекто­ров, оценка эффективной пористости и эффективной мощности пласта, определение характера флюида, заполняющего пласт (по времени продольной релаксации t₁, имеющем различные значения для газа, воды, нефти).

ЛЕКЦИЯ№2 РАДИОАКТИВНЫЕ КАРОТАЖИ