УСТРОЙСТВО ЯДЕРНО-МАГНИТНОГО КАРОТАЖА
NUCLEAR-MAGNETIC LOGGING DEVICE

Изобретение относится к геофизическим методам исследования скважин, в частности к ядерно-магнитному каротажу (ЯМК), применяемому для исследования нефтяных и газовых скважин.
Известно устройство ядерно-магнитного каротажа (патент США №US 4710713, МПК G01N 24/00; G01N 24/08; G01R 33/44; G01V 3/28; G01V 3/32; H01F 7/20, опубл. 01.12.1987), состоящее из круглого цилиндрического магнита, выполненного из феррита и намагниченного перпендикулярно его длинной оси, и радиочастотной катушки, навитой непосредственно на магнит, причем витки катушки в основном лежат в плоскости, проходящей через ось магнита и в направлении его намагниченности, генератора радиоимпульсов, приемника сигналов ядерно-магнитного резонанса и согласующего устройства, на первый вход которого подключено начало радиочастотной катушки, конец которой соединен с общей точкой согласующего устройства, на второй вход которого подключен выход генератора радиоимпульсов, а выход согласующего устройства соединен с входом приемника сигналов ядерно-магнитного резонанса.
Недостатком является то, что с уменьшением диаметра зонда, например до 114 мм, уменьшается чувствительность зонда и радиус зоны исследования, что позволяет работать только в скважинах малого диаметра. Этот недостаток обусловлен тем, что в устройстве использован ферритовый непроводящий магнит круглой цилиндрической формы, а радиочастотная катушка намотана непосредственно на поверхность магнита.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство ядерно-магнитного каротажа (патент РФ №2181901, МПК G01V 3/32, G01R 33/20, опубл. 27.04.2002), содержащее, по крайней мере, один удлиненный магнит, намагниченный перпендикулярно его продольной оси и, по крайней мере, одну радиочастотную катушку, при этом витки катушки лежат в плоскостях, параллельных продольной оси магнита и направлению его намагниченности, согласующее устройство, генератор радиоимпульсов и приемник сигналов ядерно-магнитного резонанса, причем радиочастотная катушка соединена с первым входом согласующего устройства, на второй вход которого подключен генератор радиоимпульсов, а выход согласующего устройства соединен со входом приемника сигналов ядерно-магнитного резонанса, магнит выполнен из проводящего редкоземельного материала (в данном случае Nd-Fe-B) в виде удлиненного параллелепипеда, намагниченного перпендикулярно его широкой боковой поверхности, причем ширина магнита не менее чем в два раза больше его узкой стороны, а радиочастотная катушка намотана на цилиндрический каркас, диаметр которого не менее диагонали поперечного сечения магнита, находящегося внутри цилиндрического каркаса, причем витки катушки расположены в симметричных секторах, находящихся напротив широкой боковой поверхности магнита, а магнит снабжен устройством, компенсирующим радиочастотное поле в области магнита.
Недостатком устройства является то, что магниты из сплава Nd-Fe-B имеют плохую стабильность параметров при высоких температурах и низкую коррозионную устойчивость. Предельная рабочая температура таких сплавов не превышает 150-170 градусов. В условиях высоких забойных температур в скважинах проведение исследований становится невозможным, так как напряженность статического магнитного поля резко снижается. При этом при одной и той же резонансной частоте глубинность резко падает, или при одной и той же глубинности снижается резонансная частота, и, как следствие, снижается чувствительность прибора.
Общим недостатком вышеуказанных устройств с цилиндрическим слоем съема сигналов ядерно-магнитного резонанса (ЯМР) является обязательное центрирование в скважине и, как следствие, сильное влияние проводимости промывочной жидкости (или бурового раствора). При сопротивлении бурового раствора (или промывочной жидкости) порядка 0,05 Ом∗м и менее требуются дополнительные мероприятия по исключению такого влияния шунтирования радиочастотной антенны окружающей жидкостью.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение чувствительности и глубинности исследования при ядерно-магнитном каротаже зондами малого диаметра, а также исключение негативного влияния проводимости (сопротивления) промывочной жидкости (бурового раствора).
Технический результат достигается тем, что в устройстве ядерно-магнитного каротажа, состоящим из, по меньшей мере, одного длинного магнита, намагниченного перпендикулярно его продольной оси, и радиочастотной катушки для создания поля, перпендикулярного полю магнита, генератора радиоимпульсов, приемника сигналов ядерно-магнитного резонанса и согласующего устройства, на первый вход которого подключено начало радиочастотной катушки, конец которой соединен с общей точкой согласующего устройства, на второй вход которого подключен выход генератора радиоимпульсов, а выход согласующего устройства соединен с входом приемника сигналов ядерно-магнитного резонанса, новым является то, что магнит выполнен из проводящего редкоземельного материала SmCo в виде длинного цилиндра, намагниченного перпендикулярно его продольной оси и боковой поверхности, радиочастотная катушка намотана на цилиндре, диаметр которого не менее диаметра поперечного сечения магнита, находящегося внутри цилиндра, причем витки катушки лежат в плоскостях, параллельных длинной оси магнита и перпендикулярные его полюсам в симметричных секторах, находящихся напротив полюсов магнита, а поверх радиочастотной катушки расположено экранирующее устройство.
Поверх экранирующего устройства расположен кожух зонда ядерно-магнитного каротажа.
Диаметр радиочастотной катушки максимально приближен к диаметру защитного кожуха.
Экранирующее устройство представляет собой соленоидальную катушку, витки которой с одной из боковых сторон разрезаны и не касаются друг друга, а с другой стороны - соединены вместе проводником, который, в свою очередь, соединяется с общей точкой землей.
Расстояние между соседними витками экранирующего устройства не превышает 3 см.
На магнит намотано компенсирующее устройство в виде короткозамкнутого витка из меди.
Новым в конструкции устройства ядерно-магнитного каротажа является то, что магнит выполнен из проводящего редкоземельного материала SmCo в виде длинного цилиндра, намагниченного перпендикулярно его продольной оси, а радиочастотная катушка намотана на цилиндре, диаметр которого не менее диагонали поперечного сечения магнита, находящегося внутри цилиндра, причем витки катушки лежат в плоскостях, параллельных длинной оси магнита в симметричных секторах, находящихся напротив его полюсов. Материал магнита позволяет работать в условиях высокой температуры окружающей среды (до 200°C). Напряженность магнитного поля на рабочем расстоянии (порядка 170-180 мм) больше, чем у такого же магнита из материала Nd-Fe-B, что позволяет при одном и том же соотношении сигнала к помехе принимать сигналы в области, лежащей дальше вглубь пласта (большая глубинность прибора), или при одной и той же глубинности иметь большее значение соотношения сигнала к помехе (большая чувствительность прибора).
Диаметр радиочастотной катушки максимально приближен к защитному кожуху в целях увеличения ее чувствительности. Увеличение диаметра радиочастотной катушки ведет к негативному влиянию окружающей промывочной жидкости (бурового раствора) на зонд, а точнее сопротивления этой жидкости (или проводимости промывочной жидкости), так как они расположены очень близко. Проводящий буровой раствор шунтирует добротность радиочастотной катушки, снижая тем самым ее чувствительность. Экранирующее устройство решает задачу сохранения добротности катушки в широком диапазоне проводимости бурового раствора.
Кроме того, новым является то, что экранирующее устройство представляет собой соленоидальную катушку, витки которой с одной из боковых сторон разрезаны и не касаются друг друга, а с другой стороны - соединены вместе проводником, который, в свою очередь, соединяется с общей точкой землей. Расстояние между соседними витками экранирующего устройства не превышает 3 см.
Устройство характеризуется фиг.1 и фиг.2.
На фиг.1 представлена общая схема устройства ядерно-магнитного каротажа.
На фиг.2 представлен зонд ядерно-магнитного каротажа.
Устройство ядерно-магнитного каротажа включает зонд ядерно-магнитного каротажа 1, согласующее устройство 2, генератор радиоимпульсов 3 и приемник 4. На второй вход согласующего устройства 2 подключен выход генератора радиоимпульсов 3, а выход согласующего устройства соединен с входом приемника 4.
Зонд ядерно-магнитного каротажа 1 состоит из длинного цилиндрического магнита 5, намагниченного перпендикулярно его продольной оси. На магнит 5 намотано компенсирующее устройство 6 в виде короткозамкнутого витка из меди. Магнит 5 вставлен в цилиндрический каркас 7, на который намотана обмотка радиочастотной катушки 8. Обмотка катушки находится в симметричных секторах по 120°, расположенных напротив полюсов магнита 5. На радиочастотной катушке 8 расположено экранирующее устройство 9, ребро которого, представляющее шину, к которой припаяны все витки соленоидальной катушки, расположено в окне радиочастотной катушки 8 и подсоединено к общей точке согласующего устройства 2. Поверх экранирующего устройства 9 расположен кожух 10 зонда ядерно-магнитного каротажа 1 для защиты от внешнего воздействия.
Устройство ядерно-магнитного каротажа работает следующим образом.
0
0
1
1
0
1
0
Магнит 5 генерирует плоскопараллельное статическое магнитное поле величины H на расстоянии r от оси магнита. Величина поля H постоянна по всей окружности радиуса r. Направление этого поля различно в различных точках окружности. Радиочастотная катушка 8, намотанная на цилиндрический каркас 7, с помощью согласующего устройства 2 подключается к генератору радиоимпульсов 3 и генерирует плоскопараллельное радиочастотное поле H, которое на радиусе r имеет также постоянную величину. Направление радиочастотного поля H в каждой точке окружности радиуса r перпендикулярно полю H. При совпадении частоты радиочастотного поля H с частотой прецессии ядер водорода в поле H в зоне исследования 11 наступает явление ядерно-магнитного резонанса. После этого согласующее устройство 2 подключает радиочастотную катушку 8 к приемнику 4 и тем самым регистрируются сигналы ядерно-магнитного резонанса. Короткозамкнутый виток 6 компенсирует влияние магнита на радиочастотную катушку 8. Экранирующее устройство 9 снимает зависимость добротности радиочастотной катушки от проводимости (сопротивления) бурового раствора (промывочной жидкости), который охватывает зонд 1.