Ст. Марчак М.М.

Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу, Україна

Принцип вимірів у ядерно-магнітному методі

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 часу у досліджуваному середовищі виникає постійне магнітне поле напруженістю . Вектор цього поля складає деякий кут (зазвичай 90º) з вектором напруженості МПЗ і значно (приблизно на два порядки) перевищує його за величиною. Вектор ядерної намагніченості , що виникає при цьому, орієнтується в напрямку результуючого вектору .

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. 1):

, (1)

де – амплітуда вектору ядерної намагніченості при ; практично приймається рівним .

Рис. 1. 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 намагніченості прецесує навколо вектора з коловою частотою , поступово повертаючись до свого початкового значення . Вектор ядерної намагніченості по відношенню до вектора може бути розкладений на дві складові: повздовжню , що співпадає з напрямком вектору , і поперечну , перпендикулярну до (рис. 2).

Рис. 2. 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. 3):

(2)

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

Рис. 3. 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 амплітуди і (або і ), виміри яких виконані відповідно у час , і (35, 50 і 70 мс), аби за ними шляхом екстраполювання встановити амплітуду сигналу , за якою визначається так званий індекс вільного флюїду:

(3)

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 . Величина калібрується 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).

Рекомендована література

1. Дьяконов Д. И., Леонтьев Е. И., Кузнецов Г. С. Общий курс геофизических исследований скважин. – М.: «Недра», 1984.

2. Дахнов В. Н. Электрические и магнитные методы исследования скважин. – М.: Недра, 1981.

3. Итенберг С. С., Дахкильгов Т. Д. Геофизические исследования в скважинах. – М.: Недра, 1982.