Ядерно-магнітний томографічний каротаж
В
Введення
Метод ядерно-магнітного резонансу (ЯМР) є відносно молодим фізичним методом - явище ЯМР незалежно відкрили американські фізики Ф. Блох і Е.М.Парселл зі своїми співробітниками в 1946 р. (Нобелівська премія з фізиці 1952 р.). p> ЯМР швидко знайшов застосування в нафтопромислової геології - вже на початку 60 - х років був розроблений метод ядерно-магнітного каротажу (ЯМК) у поле Землі. Завдяки зусиллям організацій Москви (ВНІІЯГГ), Азербайджану ( Азінефтехім, ЮжВНІІгеофізіка), Татарії (Татнефтегеофізіка), Західного Сибіру (ЗапСібНІІгеофізіка) була створена вітчизняна технологія ЯМК в поле Землі [1,4], яка розвивається і в даний час. Найбільш широко, в рамках обов'язкового комплексу ГІС, ЯМК застосовується в "Татнефтегеофізіке". Результати за кільком тисячам свердловин підтвердили ефективність ЯМК при вирішенні ряду геологічних завдань [9,10] на основі аналізу величини індексу вільного флюїду (ИСФ), який, наприклад, в розрізах Волго-Уральської нафтогазоносної провінції прямо корелює з ефективною пористістю. В інших регіонах країни ЯМК в поле Землі застосовується епізодично. Метод має обмежені можливості при дослідженні порід з невеликими часом релаксації; практично складно отримати якісні результати за наявності в буровому розчині добавок нафти. p> Бурхливий розвиток фундаментальних теоретичних і експериментальних робіт в області ЯМР в останні десятиліття ХХ століття мало важливі прикладні застосування. Зокрема, розроблений метод магнітно - резонансної томографії (МРТ) вважається одним з найвидатніших медичних відкриттів XX століття (Р. Ернст - Нобелівська премія з хімії 1991 за досягнення в області імпульсних ЯМР і МРТ). p> Ці ідеї знайшли практичне втілення і стосовно до геофізичних досліджень свердловин (ГІС) - у 90 -І роки розроблено метод ЯМК в сильному полі (у полі постійних магнітів), апаратурно реалізований компаніями Numar (нині входить до складу компанії Hulliburton, MRIL - Magnetic Resonance Imaging Logging) і Schlumberger (CMR - Combine Magnetic Resonance).
Основною особливістю методу є розміщення в свердловину приладі постійних магнітів, що створюють в зоні дослідження магнітне поле, що значно перевищує напруженість магнітного поля Землі (практично впливом напрямку та величини магнітного поля Землі можна знехтувати).
Так, для приладу ЯМТК НВЦ В«ТверьгеофізікаВ» в зоні дослідження напруженість магнітного поля складає приблизно 175 Гс, тобто приблизно в 350 разів більше магнітного поля Землі. p> Переклад ЯМК в категорію методів В«Штучного поляВ» дозволив реалізувати переваги, пов'язані з можливістю контрольованого і спрямованого впливу на досліджуваний розріз. З технічному рівні з'явилася можливість реалізувати нові методики, забезпечують більш широкий діапазон вимірювань. У кінцевому підсумку це дозволило отримати принципово нові для практики ГІС характеристики порід, що відображають структуру порового простору і властивості флюїдів в зоні дослідження. Зазначені особливості сприяли бурхливому розвитку ЯМК в сильному полі за кордоном. p> У НВЦ В«ТверьгеофізікаВ» в 1998 р. почалася розробка вітчизняного свердловинного приладу ЯМК в сильному полі, яка завершилася до Наприкінці 2000 р. 12 лютого 2001 р. на Ново-медведковскої родовищі Оренбурзької області було проведено перше дослідження свердловини російським приладом ядерно-магнітного томографічного каротажу (ЯМТК) з використанням поля постійних магнітів. Розроблений свердловинний прилад працював на одній частоті.
Паралельно з проведенням робіт з одночастотним приладом з червня 2001 р почалася розробка трехчастотние приладу ЯМТК, який був випробуваний у виробничому режимі 3 квітня 2002 До вересень 2002 р. каротаж ЯМТК був виконаний вже в декількох десятках свердловин. br/>
1. Фізичні основи методу
У ЯМТК реалізований імпульсний метод формування ефекту ЯМР. Фізичні основи цього методу детально описані в літературі, тому обмежимося короткою зведенням основних понять. p> Ядра атомів, маючи електричний заряд, можуть володіти і певним магнітним моментом. Імпульсний ЯМР заснований на властивостях таких ядер поглинати енергію в радіочастотному (РЧ) діапазоні і випромінювати її після припинення впливу РЧ-імпульсу. Так, ефект ЯМР можна отримати, якщо помістити зразок у статичне магнітне поле і потім опромінити його електромагнітним полем з частотою, відповідної резонансної для даного типи ядер:
f = g * Н (1)
де f - частота радіочастотного поля; Н - напруженість статичного магнітного поля; g - гіромагнітне відношення (постійна), величина якого індивідуальна для різних ядер (зведення елементів, досліджуваних методом ЯМР, можна знайти в [11]). p> Як видно з (1), ЯМР є спектроскопическим методом - змінюючи частоту РЧ поля f або напруженість статичного магнітного поля Н, або і те й інше разом, можна створити умови резонансу для різних елементів, то...
