Апаратура ядерно-магнітного каротажу

Рисунок 13.2 – Криві ефективної магнітної сприйнятливості гірських порід при різній товщині

Границі шарів достатньої потужності (h>21_с)визначаються точками, де величина сигналу дорівнює половині його максимального значення Δχ_max/2, тобто потужність таких пластів визначається шириною аномалії на рівні половини її максимального значення Δχ_{п max}. З зменшенням потужності пластів точки з координатами Δχ_{п max}/2 зміщаються щодо границь пласта в бік вміщуючих порід.

13.8 Області застосування методу МС

Метод магнітної сприйнятливості найбільш ефективний при дослідженні розрізів свердловин, пробурених на магнетитових і титаномагнетитових родовищах. Його можна застосовувати також для виявлення в розрізах свердловин скупчень бокситів, марганцевих, хромітових, нікелевих, сидеритових і олов’яних руд.

Основні геологічні задачі, розв’язувані методом МС при вивченні розрізів свердловин, складаються в літологічному розчленовуванні розрізів і їх кореляції, виділенні рудних зон, визначенні змісту заліза в магнетитових рудах, одержанні даних про величину магнітної сприйнятливості порід для інтерпретації аномалій магнітного поля, відзначених магніторозвідкою.

Літологічне розчленовування розрізів свердловин за методом МС базується на різній магнітній сприйнятливості порід. Найбільші величини χ_П характерні для магнетиту і титаномагнетиту, за ними йдуть ультраосновні породи (габро, діабази, порфірити й ін.), потім кислі породи (граніти, гранодіорити). Найнижчими значеннями χ_п володіють карбонатні і гідрохімічні осадки .

Виділення в розрізах руд базується на їх високій, порівняно з вміщуючими породами (глинами, піщаниками, карбонатами), магнітної сприйнятливості. Процентний вміст заліза в рудах визначається по залежності величини магнітної сприйнятливості від кількості, що міститься в них магнетиту.

13.9 Ядерно-магнітний каротаж

Ядерно-магнітний каротаж (ЯМК) базується на вивченні штучного електромагнітного поля, яке утворюється в результаті взаємодії магнітного моменту та спіну ядра хімічних елементів і зовнішнього магнітного поля.

Усі елементарні частинки та ядро хімічних елементів, крім маси і порядкового номера (заряду), характеризуються величиною власного моменту кількості руху (спіну) P і величиною магнітного моменту m, а також гіромагнітним відношенням, яке представляє собою функцію від ділення магнітного моменту ядра на його момент кількості руху:

. (13.8)

В стабільному зовнішньому полі ядра орієнтуються своїми магнітними моментами вздовж поля. Внаслідок теплового руху молекул стан ядра постійно порушується. Вони, стараючись заново прийняти напрямок вздовж поля, уподібнюються зарядженим дзиґам, які обертаються навколо власної осі, що орієнтується в напрямку магнітного поля Землі, із визначеними значеннями P і m для кожного конкретного хімічного елемента (Рис.13.3, а).

m_з – магнітний момент Землі

Рисунок 13.3 – Поведінка вектора намагніченості ядер m (за С.М.Аксельродом) до поляризації (а), підчас поляризації (б), на початок вільної прецесії (в)

Якщо в пласті, що досліджується, створити сильне магнітне поле напруженістю H_п, яка перпендикулярна полю Землі H_з, то ядра атомів при наявності спіну та магнітного моменту будуть орієнтуватись у напрямку сумарного поля поляризації H_cум і поля Землі, створюючи при цьому вектор ядерної намагніченості (магнітний момент) m (Рис. 13.3, б). При цьому проходить аномальне поглинання енергії поля тими ядрами, для яких ларморова частота при заданій напруженості постійного магнітного поля співпадають із частотою змінного поля. Дане явище називається ядерно-магнітним резонансом.

У випадку швидкого виключення поля поляризації під дією магнітного поля Землі ядра елементів повертаються в початкове положення (Рис. 13.3, в), прецесуючи навколо напрямку зовнішнього магнітного поля подібно дзизі в полі сил тяжіння з частотою біля 2 кГц (частотою Лармора), яка обумовлена напруженістю магнітного поля Землі (H_з»40 А/м) і гідромагнітними властивостями ядер. При своїй прецесії ядра під дією обертаючої поперечної складової вектора ядерної намагніченості m створюють змінні (які затухають у часі) електромагнітні поля, напруженість яких змінюється за допомогою приймальної котушки свердловинного приладу. В котушці виникає електричний синусоїдальний сигнал (сигнал вільної прецесії), який затухає за експонентою із сталою t₂, яка називається поперечною релаксацією:

. (13.9)

За отриманим сигналом вільної прецесії можна визначити E₀ – початкову амплітуду е.р.с., t₁ – час поздовжньої або термічної релаксації, який характеризує швидкість зростання ядерної намагніченості за напрямком прикладеного поля поляризації і t₂ – час поперечної релаксації, який є мірою швидкості розфазовування прецесії окремих ядер. Під часом релаксації розуміють час, протягом якого початкова амплітуда е.р.с. E₀ зменшується приблизно в 2.7 рази.

Встановлено, що із усіх елементів, які складають гірські породи, тільки ядра водню, що входять у склад вільної рідини (вода, нафта), володіють великим магнітним моментом і ядерним спіном, щоб створити під дією поляризованого магнітного поля е.р.с., яка може бути виявлена в умовах свердловини.

Апаратура ядерно-магнітного каротажу складається із свердловинного приладу та наземної панелі. Свердловинний прилад складається із двох частин. У нижній частині у циліндричному кожусі з поліхлорвінілової труби, яка заповнена маслом, розміщені два датчики – основний та допоміжний, у верхній частині в дюралевому кожусі змонтована електрична схема.

Основний датчик використовується для створення магнітного поля поляризації в пласті та спостереження сигналу вільної прецесії. Він представляє собою соленоїд із сердечником прямокутного січення, довша сторона якого паралельна головній осі приладу. Сила струму поляризації – 3А.

Допоміжний датчик має тороїдальну форму та служить для контролю роботи апаратури.

Після включення поляризуючого струму вектор ядерної намагніченості m встановлюється поступово протягом часу t_пол і асимптотично наближається до значення свого насичення (Рис. 13.4, б). На практиці час поляризації вибирається рівним (3-5)·t₁. Після даного часу струм поляризації ступенево знижується до нуля з метою виключення впливу перехідних процесів (Рис. 13.4, а). Після зупинення перехідних процесів швидко виключають залишковий струм I_зал комутатором свердловинного приладу, в свою чергу комутатор підключає котушку на вхід підсилювача для реєстрації сигналу вільної прецесії, тобто в даний інтервал часу основний датчик є приймачем. За час дії залишкового струмуt_зал величина вектора ядерної намагніченості тільки незначно зменшується (Рис. 13.4, в) і він практично не змінює свого напрямку. Частота дії комутуючого пристрою встановлюється в межах 0.1-2 Гц.

Сигнал вільної прецесії через підсилювач за допомогою каналу зв’язку надходить в наземну панель, де від додатково підсилюється, після чого випрямляється та реєструється. Внаслідок резонансного підсилення форма огинаючої сигнал вільної прецесії спотворюється (Рис. 13.4, г) у лівій частині та начебто зміщувалась на час t вправо. У зв’язку з цим для визначення початкової амплітуди сигналу вільної прецесії U₀ необхідно отримати принаймні два значення огинаючої е.р.с. – U₁ і U₂ або U₁ і U₃, які відповідають часам вимірювання t₁, t₂, t₃, які відраховані від моменту часу, що зміщений на величину t від початку прецесії.

Початкову амплітуду розраховують за наступною формулою:

, (13.10)

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Метод магнітної сприйнятливості	\|	Контрольні запитання

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.016 сек.