RU2645909C1 - Method of nuclear magnetic voltage and a device for its implementation - Google Patents

Method of nuclear magnetic voltage and a device for its implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2645909C1
RU2645909C1 RU2016151184A RU2016151184A RU2645909C1 RU 2645909 C1 RU2645909 C1 RU 2645909C1 RU 2016151184 A RU2016151184 A RU 2016151184A RU 2016151184 A RU2016151184 A RU 2016151184A RU 2645909 C1 RU2645909 C1 RU 2645909C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
magnetic field
permanent magnets
magnets
logging
coils
Prior art date
Application number
RU2016151184A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Дмитриевич Скирда
Дарья Леонидовна Мельникова
Артём Сергеевич Александров
Михаил Михайлович Дорогиницкий
Владислав Марксович Мурзакаев
Алексей Викторович Брагин
Original Assignee
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУ ВО КФУ)
Общество с ограниченной ответственностью "ТНГ-Групп" (ООО "ТНГ-Групп")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУ ВО КФУ), Общество с ограниченной ответственностью "ТНГ-Групп" (ООО "ТНГ-Групп") filed Critical федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУ ВО КФУ)
Priority to RU2016151184A priority Critical patent/RU2645909C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2645909C1 publication Critical patent/RU2645909C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
    • G01V3/14—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with electron or nuclear magnetic resonance

Abstract

FIELD: mining.
SUBSTANCE: using for well logging using nuclear magnetic resonance (NMR). Summary of the Invention is moving along the well of the logging tool, in which two basic coaxial permanent magnets oriented with the same poles to each other create a constant magnetic field polarized in the perpendicular direction to the longitudinal axis of the magnets in the remote investigated region in the rock stratum, in the same region a radio frequency pulse train is created at the frequency of nuclear magnetic resonance by the radio frequency receiving and transmitting coil, forming an alternating magnetic field polarized perpendicular to the constant magnetic field, using the same coils, in the intervals between radio frequency pulses, the signals of the spin NMR echo are detected, the amplitude of the echo signals is calculated from the time spectra of the transverse and longitudinal relaxation times and the characteristics of the underground formations are calculated, in order to ensure that it is possible to exclude the effect on the amplitude of the echo signals of the temperature dependence of the magnetic field produced by the main permanent magnets, directly in the course of the logging by changing the current in two bias coils, an additional magnetic field is created so that the values of the resulting magnetic field in the investigated zone remain constant, at which the conditions for obtaining the maximum of the NMR signal and the depth of investigation are observed.
EFFECT: ensuring the possibility of compensating the temperature dependence of the residual induction of permanent magnets without degrading the depth profile of the study.
2 cl, 3 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области исследования или каротажа скважин с помощью ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Может быть использовано преимущественно в устройствах, применяемых для ЯМР каротажа скважин. Прежде всего заявленное техническое решение относится к способам и устройствам каротажа скважин, в которых постоянные магниты используют для формирования фокусированного магнитного поля.The present invention relates to the field of research or well logging using nuclear magnetic resonance (NMR). It can be used mainly in devices used for NMR well logging. First of all, the claimed technical solution relates to methods and devices for logging wells, in which permanent magnets are used to form a focused magnetic field.

Из исследованного уровня техники заявителем выявлено изобретение по патенту RU №2495458 «Устройство ядерно-магнитного каротажа», заключающееся в том, что осуществляют перемещение вдоль скважины с заданной скоростью устройство для каротажа, в состав которого входят катушки, через которые пропускают большой ток для создания во внешнем пространстве значимой величины поляризующего магнитного поля, ориентированного перпендикулярно силовым линиям магнитного поля земли, затем выключают ток и посредством этих же катушек регистрируют сигнал ядерного магнитного резонанса на частоте, соответствующей условию (1) для значения B0 поля земли. Последовательность действий повторяют с заданным периодом непосредственно в ходе движения прибора по стволу скважины.From the studied prior art, the applicant revealed the invention according to patent RU No. 2495458 "Nuclear magnetic logging device", which consists in moving along a well with a given speed a logging device, which includes coils through which a large current is passed to create the external space of a significant magnitude of a polarizing magnetic field oriented perpendicular to the lines of force of the earth’s magnetic field, then the current is turned off and the poison signal is recorded through these coils black magnetic resonance at a frequency corresponding to condition (1) for the value of B 0 the field of the earth. The sequence of actions is repeated with a given period directly during the movement of the device along the wellbore.

Недостаток известного технического решения состоит в малом (порядка 1-3 кГц) значении частоты резонанса сигнала ЯМР вследствие малости значения B0 поля земли, что позволяет регистрировать только те компоненты, которые обладают большими временами релаксации. Второй существенный недостаток заключается в том, что регистрируемый сигнал ЯМР представлен суперпозицией относительно слабого полезного сигнала, получаемого от удаленных областей пространства (от флюида в породе) и большого сигнала от ближней зоны, где обычно находится буровой раствор, вследствие чего использование изобретения по назначению является малоэффективным.A disadvantage of the known technical solution is the small (of the order of 1-3 kHz) value of the resonance frequency of the NMR signal due to the small value of B 0 of the earth field, which allows recording only those components that have long relaxation times. The second significant drawback is that the NMR signal is represented by a superposition of a relatively weak useful signal received from remote areas of the space (from the fluid in the rock) and a large signal from the near zone where the drilling fluid is usually located, as a result of which the intended use is ineffective .

Из исследованного уровня техники заявителем выявлены технические решения, которые наиболее кардинально решают проблему повышения эффективности каротажа скважин с помощью ядерного магнитного резонанса (ЯМР) путем использования устройств для каротажа с постоянными магнитными системами (патенты USA №4710713 [2], USA №4350955 [3]), общей сущностью которых является то, что в окружающем пространстве одним или несколькими постоянными магнитами генерируется относительно сильное магнитное поле, значение которого существенно больше величины магнитного поля земли. Для возбуждения и регистрации сигнала ЯМР используют приемно-передающую антенну, в которой радиочастотными импульсами на частоте f0 возбуждают спиновую систему, а в промежутках между импульсами регистрируют сигналы ЯМР, которые называются сигналами спинового эха. Обычно для этих целей используют стандартную последовательность, называемую последовательностью (далее - КПМГ), которая состоит из одного 90°-го и последующей серии 180°-ых радиочастотных импульсов. Первый импульс возбуждает сигнал ЯМР, а серия последующих предназначена для формирования в промежутках между 180°-ми импульсами сигналов спинового эха. По скорости уменьшения амплитуд сигналов эха от времени судят о временах поперечной релаксации, а по амплитуде сигнала в начальный момент формирования последовательности - об общем количестве в исследуемой зоне вещества, содержащего ядра, на которые настроена частота резонанса ЯМР. Как правило, это ядра водорода, имеющие высокую распространенность в природе и наибольшее значение гиромагнитного отношения γ. При этом магнитная система и приемно-передающая антенна должны иметь такое взаимное расположение, чтобы магнитное поле B0 постоянного магнита и магнитное поле B1, создаваемое в момент радиочастотного импульса, в исследуемой зоне были взаимно перпендикулярны и подчинялись так называемому условию резонанса:From the investigated prior art, the applicant identified technical solutions that most radically solve the problem of increasing the efficiency of well logging using nuclear magnetic resonance (NMR) by using permanent magnetic logging systems (US Pat. No. 4,710,713 [2], USA No. 4,350,955 [3] ), the general essence of which is that in the surrounding space one or more permanent magnets generates a relatively strong magnetic field, the value of which is significantly greater than the magnetic Proportion of land. To excite and register the NMR signal, a transmit-receive antenna is used in which the spin system is excited by radio frequency pulses at a frequency f 0 , and NMR signals, called spin echo signals, are recorded between the pulses. Usually for these purposes a standard sequence is used, called a sequence (hereinafter - KPMG), which consists of one 90 ° and a subsequent series of 180 ° radio frequency pulses. The first pulse excites the NMR signal, and a series of subsequent pulses is designed to generate spin echo signals in the intervals between 180 ° pulses. The time of transverse relaxation is judged by the speed of decreasing the amplitudes of the echo signals from time, and by the amplitude of the signal at the initial moment of the sequence formation, the total amount of the substance containing nuclei in the studied zone is tuned for which the NMR resonance frequency is tuned. As a rule, these are hydrogen nuclei having a high prevalence in nature and the greatest value of the gyromagnetic ratio γ. In this case, the magnetic system and the transmitting and receiving antenna must be so arranged that the magnetic field B 0 of the permanent magnet and the magnetic field B 1 created at the time of the radio frequency pulse are mutually perpendicular in the studied area and obey the so-called resonance condition:

Figure 00000001
Figure 00000001

Таким образом, в общем случае, по обоим приведенным выше изобретениям значение величины B0 в устройствах с постоянными магнитами является функцией расстояния от магнитной системы. Это дает принципиальную возможность выбирать для резонансной частоты f0 такое значение, при котором величина B0, удовлетворяющая условию (1), будет находиться на достаточном удалении от магнита так, чтобы сигнал ЯМР формировался только из прискважинной зоны. При этом как ближние, так дальние области пространства, для которых по условию (1) требуются более высокие или, наоборот, более низкие значения частоты резонанса, вклад в сигнал ЯМР не дают. Таким образом, задавая конфигурацией магнитной системы ту или иную пространственную зависимость B0 и выбирая соответствующее значение частоты резонанса, можно задавать область исследования на заданном расстоянии от оси устройства или от внешней стенки его корпуса. Принято этот параметр называть глубинностью исследования и он является одной из значимых характеристик устройств для ядерного магнитного каротажа.Thus, in the general case, for both of the above inventions, the value of B 0 in permanent magnet devices is a function of the distance from the magnetic system. This makes it possible in principle to choose a value for the resonant frequency f 0 such that a value of B 0 satisfying condition (1) is located at a sufficient distance from the magnet so that the NMR signal is formed only from the borehole zone. In this case, both near and far regions of space, for which, according to condition (1), higher or, conversely, lower values of the resonance frequency are required, do not contribute to the NMR signal. Thus, by specifying the spatial dependence of B 0 by the configuration of the magnetic system and choosing the appropriate value of the resonance frequency, one can set the study area at a given distance from the axis of the device or from the outer wall of its housing. This parameter is called the depth of research and it is one of the significant characteristics of devices for nuclear magnetic logging.

Из исследованного заявителем уровня техники выявлены изобретения, имеющие особенности в конструкции магнитов по виду пространственного распределения магнитного поля в исследуемой зоне устройства для ядерного магнитного каротажа с постоянными магнитами, которые можно разделить на два, представленных далее, класса.From the prior art examined by the applicant, inventions have been identified that have features in the construction of magnets by the type of spatial distribution of the magnetic field in the studied area of the device for nuclear magnetic logging with permanent magnets, which can be divided into two classes, presented below.

Так, например, из исследованного заявителем уровня техники выявлено изобретение по патенту USA №4710713 [2], сущность которого состоит в том, что аппаратура ядерного магнитного резонанса, содержащая как минимум один магнит, предназначенный для того, чтобы генерировать постоянное магнитное поле в удаленной области исследования, содержащей исследуемые материалы; указанный как минимум один магнит имеет намагниченность, перпендикулярно направленную к продольной оси указанного магнита, средство для создания радиочастотного магнитного поля в указанной удаленной области исследования для возбуждения ядер исследуемых материалов и включающий как минимум одну катушку, намотанную так, что витки катушки лежат в плоскостях, по существу параллельных к указанному направлению намагниченности и указанной продольной оси; и средство для приема сигналов ядерного магнитного резонанса от возбужденных ядер, обеспечивающее установление (индикацию) свойств исследуемых материалов, аппаратура скважинного каротажа для геофизических исследований скважин, содержащая: средства для создания постоянного магнитного поля в окрестности ствола скважины, включающие как минимум один постоянный магнит, ось намагниченности которого расположена по существу перпендикулярно оси ствола скважины, для создания постоянного магнитного поля, по существу перпендикулярного оси ствола скважины в области, окружающей ствол скважины, которая содержит исследуемые материалы, средства для генерации радиочастотного магнитного поля в указанной области в направлении, по существу перпендикулярном как к оси ствола скважины, так и направлению постоянного магнитного поля для возбуждения ядер исследуемых материалов, средства приема для приема сигналов ядерного магнитного резонанса от возбужденных ядер и получение информации о свойствах исследуемых материалов. Аппаратура ядерного магнитного резонанса, содержащая: как минимум один ферритовый постоянный магнит, предназначенный для создания постоянного магнитного поля в удаленной области исследования, содержащей исследуемые материалы, указанный как минимум один постоянный магнит имеет в основном цилиндрическую форму и продольную ось, в целом длина указанного как минимум одного ферритового постоянного магнита вдоль указанной продольной оси существенно больше, чем его размеры перпендикулярно этой оси, и больше, чем удвоенное расстояние между продольной осью и указанной удаленной областью исследования, где указанный как минимум один ферритовый постоянный магнит имеет по существу однородную намагниченность вдоль продольной оси и направление намагниченности, по существу перпендикулярное указанной продольной оси, средства для генерации радиочастотного магнитного поля в указанной удаленной области исследования для возбуждения ядер исследуемых материалов; указанные средства для генерации включают как минимум одну катушку, намотанную на поверхность указанного как минимум одного ферритового магнита, причем витки катушки лежат в плоскостях по существу параллельных указанному направлению намагниченности и указанной продольной оси; средства приема при помощи указанной как минимум одной катушки сигналов ядерного магнитного резонанса от исследуемых материалов и получения информации о свойствах исследуемых материалов.So, for example, from the prior art investigated by the applicant, the invention according to USA patent No. 4710713 [2] was revealed, the essence of which is that nuclear magnetic resonance equipment containing at least one magnet, designed to generate a constant magnetic field in a remote area research containing research materials; the specified at least one magnet has a magnetization perpendicular to the longitudinal axis of the specified magnet, a means for creating a radio frequency magnetic field in the specified remote research area to excite the nuclei of the studied materials and comprising at least one coil wound so that the turns of the coil lie in planes, substantially parallel to the specified direction of magnetization and the specified longitudinal axis; and means for receiving nuclear magnetic resonance signals from excited nuclei, providing establishment (indication) of the properties of the studied materials, well logging equipment for geophysical research of wells, comprising: means for creating a constant magnetic field in the vicinity of the wellbore, including at least one permanent magnet, axis the magnetization of which is located essentially perpendicular to the axis of the wellbore, to create a constant magnetic field essentially perpendicular to the axis of the the well’s ox in the region surrounding the wellbore, which contains the test materials, means for generating a radio frequency magnetic field in the indicated region in a direction substantially perpendicular to both the axis of the wellbore and the direction of the constant magnetic field to excite the cores of the test materials, reception means for receiving signals of nuclear magnetic resonance from excited nuclei and obtaining information about the properties of the investigated materials. Nuclear magnetic resonance equipment, comprising: at least one ferrite permanent magnet, designed to create a constant magnetic field in a remote research area containing the materials to be studied, said at least one permanent magnet has a generally cylindrical shape and a longitudinal axis, in general, the length of the specified at least one ferrite permanent magnet along the specified longitudinal axis is significantly larger than its dimensions perpendicular to this axis, and more than twice the distance between the native axis and the indicated remote area of study, where the specified at least one ferrite permanent magnet has a substantially uniform magnetization along the longitudinal axis and a direction of magnetization substantially perpendicular to the specified longitudinal axis, means for generating a radio frequency magnetic field in the specified remote area of study to excite the nuclei of the studied materials; said generation means include at least one coil wound on the surface of said at least one ferrite magnet, the coil turns lying in planes substantially parallel to said direction of magnetization and said longitudinal axis; means for receiving, using said at least one coil of nuclear magnetic resonance signals from the materials being studied, and obtaining information about the properties of the materials being studied.

Метод ядерного магнитного резонанса включает следующие шаги: Обеспечивают как минимум один постоянный магнит, имеющий продольную ось и имеющий по существу однородную намагниченность вдоль продольной оси и направление намагниченности перпендикулярное продольной оси; Создают при помощи указанного как минимум одного магнита постоянное магнитное поле, в основном одинаковое в удаленной области, содержащей исследуемые материалы; указанное магнитное поле имеет направление, перпендикулярное указанной продольной оси в указанной удаленной области; Генерируют радиочастотное магнитное поле в указанной удаленной области для возбуждения ядер исследуемых материалов, и направление этого радиочастотного магнитного поля по существу перпендикулярно как к указанной продольной оси, так и указанному направлению постоянного магнитного поля; Принимают сигналы ядерного магнитного резонанса от возбужденных ядер и получают в ответ на принятые сигналы ядерного магнитного резонанса информацию о свойствах исследуемых материалов.The nuclear magnetic resonance method includes the following steps: Provide at least one permanent magnet having a longitudinal axis and having a substantially uniform magnetization along the longitudinal axis and a magnetization direction perpendicular to the longitudinal axis; Using a specified at least one magnet, a constant magnetic field is created, basically the same in a remote area containing the materials to be studied; said magnetic field has a direction perpendicular to said longitudinal axis in said remote region; A radio-frequency magnetic field is generated in the indicated remote region to excite the nuclei of the test materials, and the direction of this radio-frequency magnetic field is substantially perpendicular to both the indicated longitudinal axis and the indicated direction of the constant magnetic field; The nuclear magnetic resonance signals are received from the excited nuclei and information on the properties of the materials under study is received in response to the received nuclear magnetic resonance signals.

Метод скважинного каротажа с использованием ядерного магнитного резонанса заключается в том, что: Создают постоянное магнитное поле, по существу перпендикулярное оси скважины в области окружающей скважину, которая содержит исследуемые материалы; Создают радиочастотное магнитное поле в указанной области в направлении, по существу перпендикулярном как к оси скважины, так и направлению постоянного магнитного поля, для возбуждения ядер от исследуемых материалов; Принимают сигналы ядерного магнитного резонанса от возбужденных ядер.The method of borehole logging using nuclear magnetic resonance is that: Create a constant magnetic field, essentially perpendicular to the axis of the borehole in the area surrounding the borehole, which contains the studied materials; A radio frequency magnetic field is generated in the indicated region in a direction substantially perpendicular to both the axis of the well and the direction of the constant magnetic field to excite the nuclei from the materials being studied; Receive nuclear magnetic resonance signals from excited nuclei.

Метод ядерного магнитного резонанса, заключающийся в том, что: Обеспечивают как минимум один не проводящий постоянный магнит в основном цилиндрической формы, имеющий продольную ось, в целом длина указанного магнита вдоль указанной продольной оси больше, чем его размеры перпендикулярно указанной продольной оси, и больше, чем удвоенное расстояние между указанной продольной осью, обозначенный постоянный магнит имеет по существу однородную намагниченность вдоль продольной оси и направление намагниченности, перпендикулярное указанной продольной оси; Создают с помощью указанного магнита постоянное магнитное поле одинаковой амплитуды, которое в основном аксиально-симметрично по отношению к указанной продольной оси и представляет собой цилиндрическую область с центром вдоль указанной продольной оси, указанная область содержит исследуемый материал, указанное магнитное поле имеет направление, перпендикулярное к указанной продольной оси в указанной удаленной области исследования, и имеет градиент амплитуды магнитного поля, который направлен по существу вдоль радиальной оси по отношению к указанной продольной оси и который, по существу, аксиально-симметричен относительно указанной продольной оси; Генерируют радиочастотное магнитное поле, в основном одинаковое и аксиально-симметричное в указанной области для возбуждения ядер в исследуемых материалах и имеющее направление, по существу перпендикулярное указанной продольной оси и указанному направлению постоянного магнитного поля; Принимают сигнал ядерного магнитного резонанса от исследуемых материалов; Получают в ответ на принятые сигналы ядерного магнитного резонанса информацию о свойствах исследуемых материалов.The method of nuclear magnetic resonance, which consists in the following: Provide at least one non-conductive permanent magnet of a generally cylindrical shape having a longitudinal axis, in general, the length of the specified magnet along the specified longitudinal axis is greater than its dimensions perpendicular to the specified longitudinal axis, and more than twice the distance between the specified longitudinal axis, the designated permanent magnet has a substantially uniform magnetization along the longitudinal axis and a direction of magnetization perpendicular to the specified longitudinal axis; Using a specified magnet, a constant magnetic field of the same amplitude is generated, which is basically axially symmetric with respect to the indicated longitudinal axis and is a cylindrical region centered along the indicated longitudinal axis, the indicated region contains the material under study, the indicated magnetic field has a direction perpendicular to the specified the longitudinal axis in the specified remote area of study, and has a gradient of the amplitude of the magnetic field, which is directed essentially along the radial axis in relation to relation to the specified longitudinal axis and which is essentially axially symmetric with respect to the specified longitudinal axis; A radio frequency magnetic field is generated that is substantially the same and axially symmetric in the indicated region for exciting nuclei in the materials under study and having a direction substantially perpendicular to the indicated longitudinal axis and the indicated direction of the constant magnetic field; Receive a nuclear magnetic resonance signal from the test materials; Receive in response to the received signals of nuclear magnetic resonance information about the properties of the investigated materials.

Таким образом, в целом из вышеуказанного можно сделать следующие выводы.Thus, in general, the following conclusions can be drawn from the above.

В изобретении по патенту USA №4710713 [2] использован постоянный магнит, расположенный вдоль оси устройства для ядерного магнитного каротажа, с магнитным полем, направленным перпендикулярно оси устройства. Такая система создает радиально неоднородное (градиентное) внешнее магнитное поле, которое представляется убывающей функцией во всей внешней по отношению к устройству области пространства, в том числе и в области, предназначенной для исследования, и является относительно однородным вдоль оси устройства. Используется также средство для создания радиочастотного магнитного поля в указанной удаленной области для возбуждения ядер исследуемых материалов и включающее как минимум одну катушку, намотанную по существу на указанный постоянный магнит так, что витки катушки лежат в плоскостях, по существу параллельных к указанному направлению намагниченности постоянного магнита и указанной продольной оси магнита, и средство для приема сигналов ядерного магнитного резонанса от возбужденных ядер и обеспечивающее установление (индикацию) свойств исследуемых материалов. Принимают сигнал ядерного магнитного резонанса от исследуемых материалов и получают в результате анализа принятых сигналов ядерного магнитного резонанса информацию о свойствах исследуемых материалов.In the invention of US patent No. 4710713 [2], a permanent magnet is used located along the axis of the nuclear magnetic logging device, with a magnetic field directed perpendicular to the axis of the device. Such a system creates a radially inhomogeneous (gradient) external magnetic field, which appears to be a decreasing function in the entire space region external to the device, including the region intended for research, and is relatively uniform along the device axis. Means are also used to create a radio-frequency magnetic field in the specified remote region for exciting the nuclei of the materials under study and comprising at least one coil wound essentially on the specified permanent magnet so that the turns of the coil lie in planes essentially parallel to the specified direction of magnetization of the permanent magnet and the specified longitudinal axis of the magnet, and means for receiving nuclear magnetic resonance signals from excited nuclei and providing the establishment (indication) of properties investigated materials. A nuclear magnetic resonance signal is received from the materials being studied and information about the properties of the materials being studied is obtained by analyzing the received nuclear magnetic resonance signals.

В устройствах с такими магнитными системами исследуемая зона представляет собой тонкий слой (толщина слоя порядка 0.1 см), что заметно уменьшает объем исследуемой области. В результате не только уменьшается амплитуда регистрируемого сигнала ЯМР, но и проявляется чувствительность к поперечным колебаниям устройства и вибрации, что может существенно снизить достоверность результатов исследований. Еще одним недостатком магнитных систем, генерирующих градиентное магнитное поле, является необходимость учета в регистрируемом спектре времен релаксации диффузионного вклада, который, в общем случае, неизвестен, так как неизвестны коэффициенты самодиффузии исследуемого флюида в пористой среде породы. Для получения сигнала ЯМР достаточной величины обычно в таких устройствах магнитная система и приемно-передающая антенна имеют большие размеры вдоль оси устройства. В результате устройства для ядерного магнитного каротажа с такими магнитными системами имеют плохое, порядка 1 м, пространственное разрешение вдоль ствола скважины.In devices with such magnetic systems, the studied zone is a thin layer (layer thickness of the order of 0.1 cm), which significantly reduces the volume of the studied region. As a result, not only the amplitude of the recorded NMR signal decreases, but also sensitivity to the transverse vibrations of the device and vibration is manifested, which can significantly reduce the reliability of the research results. Another disadvantage of magnetic systems generating a gradient magnetic field is the need to take into account the diffusion contribution in the recorded spectrum of relaxation times, which, in the general case, is unknown, since the self-diffusion coefficients of the studied fluid in the porous rock medium are unknown. To obtain a sufficient NMR signal, usually in such devices, the magnetic system and the transmit-receive antenna are large along the axis of the device. As a result, nuclear magnetic logging devices with such magnetic systems have poor spatial resolution along the borehole, on the order of 1 m.

Температурная зависимость индукции магнитного поля в таких устройствах не вызывает напрямую проблем, связанных с необходимостью поддерживать резонансные условия во время каротажа, так как резонансные условия формируются автоматически, поскольку в градиентном магнитном поле всегда может быть найдена область пространства, в которой для заданной частоты резонанса выполняется условие (1). Однако температурная зависимость индукции постоянного магнита оказывает опосредованное влияние на качество измерений через другую характеристику устройства - глубинность исследования. Причем по мере уменьшения значения B0 с ростом температуры зона исследования смещается в сторону самого устройства для ядерного магнитного каротажа. Другими словами, с ростом температуры в скважине уменьшается параметр глубинности исследования, что снижает качество измерений, в конечном счете может привести к неправильной трактовке измеренных данных.The temperature dependence of the magnetic field induction in such devices does not directly cause problems associated with the need to maintain resonance conditions during logging, since resonance conditions are generated automatically, since a region of space can always be found in a gradient magnetic field in which the condition is satisfied for a given resonance frequency (one). However, the temperature dependence of the induction of a permanent magnet has an indirect effect on the quality of measurements through another characteristic of the device - the depth of the study. Moreover, as the value of B 0 decreases with increasing temperature, the research zone shifts toward the device for nuclear magnetic logging. In other words, with increasing temperature in the well, the parameter of the depth of investigation decreases, which reduces the quality of measurements, and ultimately can lead to incorrect interpretation of the measured data.

Также заявителем выявлено техническое решение по патенту на изобретение USA №4350955 [3]. Сущность состоит в следующем. Аппаратура ядерного магнитного резонанса по патенту USA №4350955 включает в себя: Средство для создания тороидальной области однородного магнитного поля; Средство для передачи РЧ импульса в обозначенную тороидальную область однородного магнитного поля для возбуждения ядер в ней и средство для приема сигналов ядерного магнитного резонанса от обозначенных ядер в указанной тороидальной области однородного магнитного поля. Аппаратура ядерного магнитного резонанса, указанная в пункте 1, где указанное первое средство включает: Первый источник магнитного поля; Второй источник магнитного поля, соосно расположенный с первым указанным источником магнитного поля, первый и второй указанные источники магнитного поля направлены одноименными полюсами друг на друга. В аппаратуре ядерного магнитного резонанса, указанной в пункте 2, средство для приема и передачи радиочастотного поля расположено между указанными первым и вторым источниками магнитного поля. В аппаратуре ядерного магнитного резонанса, указанной в пункте 3, указанное средство для приема и передачи радиочастотного поля включает рамочную антенну, являющуюся частью приемно-передающих средств. В аппаратуре ядерного магнитного резонанса, указанной в пункте 4, обозначенные первый и второй источники магнитного поля включают в себя цилиндрические постоянные магниты. В аппаратуре ядерного магнитного резонанса, указанной в пункте 4, указанные первый и второй источники магнитного поля содержат соленоиды постоянного тока. Аппаратура ядерного магнитного резонанса, указанная в пункте 6, содержит средства, переводящие указанные соленоиды постоянного тока в сверхпроводящее состояние. Аппаратура ядерного магнитного каротажа включает в себя: Средства для создания тороидальной области однородного магнитного поля при скважинном пространстве; Антенну для передачи радиочастотного поля в указанную область тороидального магнитного поля и приема сигнала ядерного магнитного резонанса из этой области. Оборудование скважинного каротажа, указанное в пункте 8, средства для создания тороидальной области однородного магнитного поля содержат первый источник магнитного поля и второй источник магнитного поля, расположенный с первым соосно, причем первый и второй источники магнитного поля направлены одноименными полюсами друг к другу. В аппаратуре скважинного каротажа по пункту 9 приемник и передатчик радиочастоты соединены с указанной антенной. Аппаратура скважинного каротажа по пункту 10 содержит средство изоляции в цепи между указанными приемником, передатчиком и антеннами. Аппаратура скважинного каротажа по пункту 11, содержащая импульсный источник для модуляции обозначенного передатчика. Аппаратура скважинного каротажа по пункту 12 содержит средства регистрации для записи сигнала ЯМР от обозначенного приемника.The applicant also identified a technical solution for a patent for the invention of USA No. 4350955 [3]. The essence is as follows. Nuclear magnetic resonance equipment according to US patent No. 4350955 includes: Means for creating a toroidal region of a uniform magnetic field; Means for transmitting an RF pulse to a designated toroidal region of a uniform magnetic field to excite nuclei in it and means for receiving nuclear magnetic resonance signals from the indicated nuclei in said toroidal region of a uniform magnetic field. The nuclear magnetic resonance equipment specified in paragraph 1, wherein said first means includes: a first magnetic field source; The second source of the magnetic field coaxially located with the first specified source of the magnetic field, the first and second specified sources of the magnetic field are directed by the same poles at each other. In the nuclear magnetic resonance apparatus referred to in paragraph 2, means for receiving and transmitting a radio frequency field is located between said first and second magnetic field sources. In the nuclear magnetic resonance apparatus referred to in paragraph 3, said means for receiving and transmitting a radio frequency field includes a loop antenna, which is part of the transmitting and receiving means. In the nuclear magnetic resonance apparatus referred to in paragraph 4, the designated first and second sources of the magnetic field include cylindrical permanent magnets. In the nuclear magnetic resonance apparatus referred to in paragraph 4, said first and second magnetic field sources comprise direct current solenoids. The nuclear magnetic resonance equipment referred to in paragraph 6, contains means that translate these direct current solenoids into a superconducting state. Nuclear magnetic logging equipment includes: Means for creating a toroidal region of a uniform magnetic field in a borehole space; An antenna for transmitting a radio frequency field to a specified region of a toroidal magnetic field and receiving a nuclear magnetic resonance signal from this region. The downhole logging equipment specified in paragraph 8, the means for creating a toroidal region of a uniform magnetic field comprise a first magnetic field source and a second magnetic field source located coaxially with the first and second magnetic field sources directed to the same poles to each other. In downhole logging equipment according to paragraph 9, the receiver and the radio frequency transmitter are connected to the specified antenna. The borehole logging equipment of claim 10 comprises isolation means in the circuit between said receiver, transmitter, and antennas. The borehole logging equipment of claim 11, comprising a pulsed source for modulating the designated transmitter. The borehole logging equipment of clause 12 comprises registration means for recording an NMR signal from a designated receiver.

Итак, в целом по указанному изобретению возможно сделать следующие выводы. Особенность технического решения по патенту USA №4350955 [3] состоит в том, что магнитная система, состоящая из соосных магнитов, намагниченных вдоль оси, расположенных одноименными полюсами друг к другу, генерирует в удаленной тороидальной области пространства относительно однородное (фокусированное) магнитное поле. Именно в этой области функция радиального распределения магнитного поля проходит через максимум. Приемно-передающая антенна в форме соленоида располагается между магнитами. Преимуществами этого типа магнитных систем являются меньшая чувствительность ЯМР сигнала к поперечным колебаниям и вибрации, заметное улучшение характеристики (до 0,1 м и меньше) пространственного разрешения вдоль ствола скважины и улучшение качества сигнала ЯМР как с точки зрения его амплитуды, что достигается за счет увеличения объема исследуемой зоны, так и за счет того, что сигнал регистрируется в отсутствие сильного градиента магнитного поля, способного повлиять на спектр времен релаксации. Кроме того, в магнитных системах такого типа удаленность области исследования от центра магнитной системы задается длиной магнитов и величиной зазора между ними и не зависит от остаточной индукции самих магнитов (см. патент RU №2583881 [4]). Главный недостаток состоит в том, что при изменении температуры условие резонанса (1) перестает выполняться одновременно для всей исследуемой зоны и проявляется этот недостаток даже при использовании магнитов из материала с малым температурным коэффициентом (SmCo).So, in General, according to the invention, it is possible to draw the following conclusions. A feature of the technical solution according to USA patent No. 4350955 [3] is that a magnetic system consisting of coaxial magnets magnetized along an axis located by the same poles to each other generates a relatively uniform (focused) magnetic field in a remote toroidal region of space. It is in this region that the radial distribution function of the magnetic field passes through the maximum. A transmit-receive antenna in the form of a solenoid is located between the magnets. The advantages of this type of magnetic system are the lower sensitivity of the NMR signal to transverse vibrations and vibrations, a noticeable improvement in the spatial resolution characteristics (up to 0.1 m or less) along the wellbore, and an improvement in the quality of the NMR signal both in terms of its amplitude, which is achieved by increasing the volume of the studied zone, as well as due to the fact that the signal is recorded in the absence of a strong magnetic field gradient that can affect the spectrum of relaxation times. In addition, in magnetic systems of this type, the remoteness of the study area from the center of the magnetic system is determined by the length of the magnets and the size of the gap between them and does not depend on the residual induction of the magnets themselves (see patent RU No. 2583881 [4]). The main disadvantage is that when the temperature changes, the resonance condition (1) ceases to be satisfied simultaneously for the entire studied zone and this disadvantage manifests itself even when using magnets from a material with a low temperature coefficient (SmCo).

Принимая во внимание приведенное выше, можно сделать заключение об общности идеи известных способов ядерного магнитного каротажа в устройствах с постоянными магнитами, которая заключается в том, что осуществляют перемещение вдоль скважины с заданной скоростью устройства для каротажа, в котором одним или несколькими постоянными магнитами создают постоянное магнитное поле во внешней по отношению к устройству исследуемой области в толще породы, в этой же области радиочастотной приемо-передающей катушкой на частоте ядерного магнитного резонанса создают серию радиочастотных импульсов, формирующих поляризованное перпендикулярно постоянному магнитному полю переменное магнитное поле, и при помощи этих же катушек в промежутках между радиочастотными импульсами регистрируют сигналы спинового эха ЯМР. По зависимости амплитуд сигналов эха от времени в течение действия последовательности судят о временах или спектрах времен поперечной релаксации (T2), а по зависимости амплитуд сигналов эха от периода времени между последовательностями - о временах или спектрах времен продольной (T1) релаксации. По полученным данным могут быть построены как одномерные (1D), так и двумерные (2D) карты распределения времен релаксации, по которым рассчитывают характеристики подземных формирований.Taking into account the above, we can conclude that the idea of known methods of nuclear magnetic logging in devices with permanent magnets is common, which consists in moving along the well at a given speed of the device for logging, in which one or more permanent magnets create a permanent magnetic field in the region of the rock external to the device in the rock mass, in the same region, by a radio-frequency transceiver coil at a nuclear magnetic frequency Resonance create a series of radio frequency pulses forming a polarized perpendicular to the static magnetic field, an alternating magnetic field and using the same coil in the intervals between radio frequency pulses recorded NMR spin echo signals. By the dependence of the amplitudes of the echo signals on time during the sequence, the times or spectra of the times of transverse relaxation (T 2 ) are judged, and by the dependence of the amplitudes of the echo signals on the time period between the sequences, the times or spectra of the times of longitudinal (T 1 ) relaxation are judged. Based on the data obtained, both one-dimensional (1D) and two-dimensional (2D) maps of the distribution of relaxation times can be constructed, according to which the characteristics of underground formations are calculated.

При этом следует обратить внимание на то, что общим недостатком устройств для ядерного магнитного каротажа с постоянными магнитами является температурная зависимость индукции магнитного поля. Магниты на основе NdFeBr имеют достаточно высокие значения индукции магнитного поля, однако эта величина существенно уменьшается с ростом температуры. Магнитные системы на основе SmCo несколько уступают по величине индукции магнитного поля, но характеризуются более высокой температурной стабильностью. Тем не менее, даже для магнитов, изготовленных на основе улучшенных материалов SmCo с наименьшим температурным коэффициентом, изменение температуры в скважине, например, от +20°C до +100°C приводит к уменьшению величины магнитного поля на 4 и более процентов, что является существенным недостатком. Так, например, в практике применения устройств для лабораторных исследований методом ЯМР допустимое отклонение магнитного поля от заданной величины не превышает обычно 0.01 или даже 0.00001%.It should be noted that a common drawback of permanent magnetic magnet logging devices is the temperature dependence of the magnetic field induction. NdFeBr based magnets have rather high values of magnetic field induction, however, this value decreases significantly with increasing temperature. SmCo-based magnetic systems are somewhat inferior in magnitude to the magnetic field induction, but are characterized by higher temperature stability. Nevertheless, even for magnets made on the basis of improved SmCo materials with the lowest temperature coefficient, a change in temperature in the well, for example, from + 20 ° C to + 100 ° C leads to a decrease in the magnetic field by 4 percent or more, which is significant disadvantage. So, for example, in the practice of using devices for laboratory research by NMR, the permissible deviation of the magnetic field from a given value does not usually exceed 0.01 or even 0.00001%.

Наиболее близким по существу поставленной цели заявляемого изобретения, а также по наибольшему количеству совпадающих признаков и назначению в качестве прототипа заявителем выбрано техническое решение по патенту на изобретение RU №2230345 [5], «Способ ЯМР каротажа и устройство для его осуществления». Сущность способа заключается в том, что способ ЯМР каротажа, заключающийся в том, что осуществляют перемещение устройства для каротажа вдоль скважины двумя соосными цилиндрическими основными постоянными магнитами, сориентированными одноименными полюсами друг к другу, создают постоянное магнитное поле, поляризованное в перпендикулярном направлении к продольной оси магнитов в исследуемой области в толще породы, в этой же области радиочастотной приемо-передающей катушкой создают переменное магнитное поле, поляризованное перпендикулярно постоянному магнитному полю, при помощи приемных катушек измеряют проводимость породы, в исследуемой области создают магнитный резонанс ядер, регистрируют сигнал ЯМР, набирают спектр времен поперечной и продольной релаксации и рассчитывают характеристики подземных формирований. Способ отличается тем, что для увеличения области исследования применяют наконечники, установленные на основных постоянных магнитах в зазоре между ними, представляющие собой шаровые сегменты, обращенные выпуклостями друг к другу, для обеспечения наибольшей скорости набора спектра ЯМР зазор между основными магнитами выполняют с возможностью изменения, для чего используют верхний и нижний дополнительные постоянные магниты с установленными на них катушками подмагничивания, обращенные одноименными полюсами к полюсам основных магнитов, основные магниты выполняют подвижными вдоль оси и соосными дополнительным, для обеспечения поперечной устойчивости основных магнитов в зазорах между дополнительными и основными магнитами на основных магнитах наконечники выполняют в виде шаровых сегментов, выпуклостями обращенных к опорным магнитам, а наконечники на дополнительных магнитах выполняют в виде цилиндров с углублением в форме шарового сегмента, в катушках подмагничивания при протекании в них тока создают поле, противоположное полю дополнительных магнитов, в электронном блоке вырабатывают ток катушек подмагничивания и изменяют его, обеспечивая изменение зазора, до тех пор, пока скорость набора спектра ЯМР не будет наибольшей.The closest to the essence of the goal of the claimed invention, as well as the largest number of matching features and the purpose of the prototype, the applicant chose the technical solution for the patent for invention RU No. 2230345 [5], "NMR logging method and device for its implementation". The essence of the method lies in the fact that the NMR logging method, which consists in moving the logging device along the borehole with two coaxial cylindrical main permanent magnets oriented by the same poles to each other, creates a constant magnetic field polarized in the perpendicular direction to the longitudinal axis of the magnets in the studied area in the rock mass, in the same area of the radio-frequency transceiver coil create an alternating magnetic field polarized perpendicular but constant magnetic field by means of the receiving coil measure the conductivity of the rock in the study area creates nuclei magnetic resonance, NMR recorded signal gain spectrum of transverse and longitudinal relaxation time, and calculate characteristics of underground formations. The method is characterized in that in order to increase the research area, tips installed on the main permanent magnets in the gap between them are used, which are spherical segments facing to each other, to ensure the highest speed of NMR spectrum acquisition, the gap between the main magnets can be changed, for which uses the upper and lower additional permanent magnets with magnetization coils mounted on them, facing the same poles to the poles of the main magnets, the main magnets are movable along the axis and coaxial with the additional, to ensure lateral stability of the main magnets in the gaps between the additional and main magnets on the main magnets, the tips are made in the form of spherical segments convex to the reference magnets, and the tips on the additional magnets are made in the form of cylinders with a recess in the form of a spherical segment, in the magnetization coils, when current flows in them, they create a field opposite to the field of additional magnets in the electron the unit generates the current of the magnetization coils and change it, providing a change in the gap, until the speed of the NMR spectrum is the highest.

Сущность устройства, на котором реализуется способ, заключается в том, что устройство для ЯМР каротажа, состоящее из электронного блока, включающего в себя генератор радиочастоты, выходы которого соединены с первыми входами программатора импульсов, передатчика, усилителей промежуточной частоты (далее - УПЧ) УПЧ1 и УПЧ2, третий вход которого соединен с выходом УПЧ1, а выход связан со вторыми входами первого и второго детекторов ЯМР, каждый из которых состоит из последовательно соединенных фазового частотного детектора, фильтра низкой частоты, усилителя, и аналого-цифровой преобразователь (далее - АЦП), программатор импульсов, выходы которого соединены с входом генератора радиочастот (далее - РЧ), управляющим входом антенного переключателя (далее - АП), вторыми входами передатчика, выход которого соединен с АП, усилителей УПЧ1 и УПЧ2, предусилитель, вход которого соединен с АП, а выход - с третьим входом УПЧ1, процессор, соединенный при помощи общей шины с генератором РЧ, программатором импульсов, усилителями УТТЧ1 и УПЧ2, детекторами ЯМР и приемником, модем, связанный с процессором, источник питания, связанный с общей шиной процессора, соосно расположенных верхнего и нижнего основных постоянных цилиндрических магнитов, намагниченных вдоль продольной оси и ориентированных одноименными полюсами друг к другу, приемо-передающей радиочастотной катушки, соосной постоянным магнитам, жестко установленной между магнитами на одинаковом расстоянии и соединенной с AII, модуля для измерения проводимости породы, включающего приемные катушки, которые связаны с приемником, состоящим из детектора, усилителя и АЦП, линии связи с наземным модулем, связанной с выходом модема, отличающееся тем, что дополнительно введены верхний и нижний дополнительные цилиндрические постоянные магниты с расположенными на них соосными соответственно верхней и нижней катушками подмагничивания, установленные в устройстве неподвижно и соосно с основными магнитами так, что основные постоянные магниты расположены между ними, основные постоянные магниты выполнены подвижными вдоль продольной оси, дополнительные и основные магниты ориентированы одноименными полюсами друг к другу, на торцах магнитов в зазорах между ними установлены наконечники, в зазоре между основными магнитами наконечники представляют собой шаровые сегменты, обращенные выпуклостями друг к другу, в зазорах между дополнительными и основными магнитами на основных магнитах наконечники представляют собой шаровые сегменты, выпуклостями обращенные к опорным магнитам, а наконечники на дополнительных магнитах представляют собой цилиндры с углублением в форме шарового сегмента, последовательно соединенные катушки подмагничивания связаны с усилителем тока, вход которого связан с выходом цифроаналогового преобразователя (далее - ЦАП), который связан с общей шиной процессора.The essence of the device on which the method is implemented is that the NMR logging device, consisting of an electronic unit including a radio frequency generator, the outputs of which are connected to the first inputs of the pulse programmer, transmitter, intermediate frequency amplifiers (hereinafter - UPCH) UPCH1 and UPCH2, the third input of which is connected to the output of UPCH1, and the output is connected to the second inputs of the first and second NMR detectors, each of which consists of a series-connected phase frequency detector, a low-pass filter s, an amplifier, and an analog-to-digital converter (hereinafter referred to as the ADC), a pulse programmer, the outputs of which are connected to the input of a radio frequency generator (hereinafter referred to as RF), the control input of the antenna switch (hereinafter referred to as AP), and the second inputs of the transmitter, the output of which is connected to the AP amplifiers UPCH1 and UPCH2, a preamplifier whose input is connected to the AP, and the output to the third input UPCH1, a processor connected via a common bus to an RF generator, a pulse programmer, amplifiers UTTCH1 and UPCH2, NMR detectors and a receiver, a modem associated with processor a power supply connected to the common bus of the processor, coaxially located upper and lower main permanent cylindrical magnets magnetized along the longitudinal axis and oriented by the same poles to each other, a transmitter-receiver radio frequency coil, coaxial to the permanent magnets, rigidly mounted between the magnets at the same distance and connected with AII, a module for measuring the conductivity of the rock, including receiving coils, which are connected to a receiver consisting of a detector, amplifier and ADC, a communication line with the ground module associated with the modem output, characterized in that the upper and lower additional cylindrical permanent magnets are additionally introduced with the upper and lower magnetizing coils located on them, respectively, mounted in the device fixedly and coaxially with the main magnets so that the main permanent magnets are located between them, the main permanent magnets are made movable along the longitudinal axis, the additional and main magnets are oriented by the same poles to each other, In the gaps between the magnets, tips are installed in the gaps between them, in the gap between the main magnets, the tips are spherical segments convex to each other, in the gaps between the additional and main magnets on the main magnets, the tips are spherical segments convex to the support magnets, and the tips additional magnets are cylinders with a recess in the form of a spherical segment, serially connected magnetization coils are connected to the amplifier and whose input is connected with the output of the digital to analog converter (hereinafter - DAC) that is associated with the common processor bus.

Таким образом, в целом, в прототипе предложено техническое решение, представляющее собой магнитную систему, состоящую из двух соосных магнитов, намагниченных вдоль оси, расположенных одноименными полюсами друг к другу, и генерирующих в удаленной тороидальной области пространства относительно однородное (фокусированное) магнитное поле, позволяющее компенсировать в процессе каротажа температурные изменения магнитной индукции постоянных магнитов. Для достижения технического результата в устройство вводятся два дополнительных аксиально намагниченных магнита, которые устанавливаются соосно с внешних сторон основных магнитов так, что полюса основных и дополнительных магнитов направлены встречно. На дополнительные магниты намотаны катушки. При этом положения дополнительных магнитов и катушек фиксированы относительно корпуса устройства, а основные магниты выполнены с возможностью аксиального смещения. Технический результат в [5] достигается тем, что путем изменения тока в катушках, подключенных к усилителю тока, вход которого связан с выходом ЦАП, который связан с общей шиной процессора, обеспечивается изменение зазора между полюсами основных магнитов, что приводит к изменению значения магнитного поля в области максимума на функции его радиального распределения. В результате соотношение между резонансной частотой и значением поля начинает удовлетворять условию резонанса (1), амплитуда сигнала ЯМР увеличивается и тем самым увеличивается скорость набора данных для получения спектра времен релаксации.Thus, in General, the prototype proposed a technical solution, which is a magnetic system consisting of two coaxial magnets magnetized along the axis, located by the same poles to each other, and generating a relatively uniform (focused) magnetic field in the remote toroidal region of space, allowing compensate for temperature changes in the magnetic induction of permanent magnets during logging. To achieve a technical result, two additional axially magnetized magnets are introduced into the device, which are mounted coaxially on the external sides of the main magnets so that the poles of the main and additional magnets are directed in the opposite direction. Coils are wound on additional magnets. In this case, the positions of the additional magnets and coils are fixed relative to the body of the device, and the main magnets are made with the possibility of axial displacement. The technical result in [5] is achieved by the fact that by changing the current in the coils connected to the current amplifier, the input of which is connected to the output of the DAC, which is connected to the processor bus, the gap between the poles of the main magnets is changed, which leads to a change in the value of the magnetic field in the region of the maximum on the function of its radial distribution. As a result, the ratio between the resonant frequency and the field value begins to satisfy the resonance condition (1), the amplitude of the NMR signal increases and thereby increases the speed of data acquisition to obtain a spectrum of relaxation times.

Первым недостатком технического решения [5] является сложность его реализации.The first drawback of the technical solution [5] is the complexity of its implementation.

Второй, более существенный, недостаток прототипа [5] заключается в том, что при изменении зазора между магнитами изменяется не только значение магнитного поля на максимуме его радиальной функции распределения, но изменяется и положение этого максимума.The second, more significant, drawback of the prototype [5] is that when the gap between the magnets changes, not only does the magnetic field at the maximum of its radial distribution function change, but the position of this maximum also changes.

Таким образом, применение для компенсации температурной зависимости магнитного поля постоянных магнитов технического решения по патенту [5], заключающееся в уменьшении зазора между основными магнитами, сопровождается уменьшением параметра глубинности исследования, что сказывается на качестве получаемой в результате проведения каротажа информации.Thus, the use of a technical solution according to the patent [5] to reduce the temperature dependence of the magnetic field of permanent magnets, consisting in reducing the gap between the main magnets, is accompanied by a decrease in the depth parameter of the study, which affects the quality of the information obtained as a result of logging.

Заявленное техническое решение направлено на устранение указанных недостатков прототипа как по способу реализации каротажа, так и по устройству, используемому для каротажа в заявленном способе и обеспечения в целом возможности выполнять более эффективные исследования по каротажу.The claimed technical solution is aimed at eliminating the indicated disadvantages of the prototype, both by the method of logging and by the device used for logging in the inventive method and by providing in general the ability to perform more effective logging studies.

Целью предлагаемого изобретения является разработка способа ядерного магнитного каротажа и устройства для реализации указанного способа, при этом в отношении устройства требуется упрощение конструкции для его применения в заявленном способе каротажа, при этом устройство должно обладать возможностью регулирования в процессе каротажа значения магнитного поля в области исследования для компенсации температурной зависимости остаточной индукции постоянных магнитов без ухудшения характеристики глубинности исследования.The aim of the invention is to develop a method of nuclear magnetic logging and a device for implementing the specified method, while the device requires simplification of design for its use in the inventive method of logging, while the device must be able to control the value of the magnetic field in the study area to compensate the temperature dependence of the residual induction of permanent magnets without compromising the characteristics of the depth of study.

Цель достигается тем, что в заявленном способе ядерного магнитного каротажа осуществляют перемещение вдоль скважины устройства для каротажа, в котором двумя основными соосными постоянными магнитами, сориентированными одноименными полюсами друг к другу, создают постоянное магнитное поле, поляризованное в перпендикулярном направлении к продольной оси магнитов в удаленной исследуемой области в толще породы, в этой же области радиочастотной приемно-передающей катушкой на частоте ядерного магнитного резонанса создают серию радиочастотных импульсов, формирующих поляризованное перпендикулярно постоянному магнитному полю переменное магнитное поле, и при помощи этих же катушек в промежутках между радиочастотными импульсами регистрируют сигналы спинового эха ЯМР, по зависимости амплитуд сигналов эха от времени вычисляют спектры времен поперечной и продольной релаксаций и рассчитывают характеристики подземных формирований, способ характеризуется тем, что для обеспечения возможности исключения влияния на амплитуду сигналов эха температурной зависимости магнитного поля, создаваемого основными постоянными магнитами, непосредственно в ходе каротажа путем изменения тока в двух катушках подмагничивания создают дополнительное магнитное поле так, чтобы оставались постоянными значения результирующего магнитного поля в исследуемой зоне, при котором соблюдаются условия получения максимума сигнала ЯМР, и значение глубинности исследования.The goal is achieved by the fact that in the claimed method of nuclear magnetic logging, a logging device is moved along the borehole, in which two main coaxial permanent magnets oriented by the same poles to each other create a constant magnetic field polarized in the perpendicular direction to the longitudinal axis of the magnets in the remote investigated areas in the bulk of the rock, in the same area of the radio-frequency transceiver coil at a frequency of nuclear magnetic resonance create a series of radio frequencies pulses forming a polarized alternating magnetic field perpendicular to the constant magnetic field, and using the same coils in the intervals between the radio frequency pulses, the NMR spin echo signals are recorded, the time spectra of transverse and longitudinal relaxation are calculated from the amplitude of the echo signals and the characteristics of underground formations are calculated, The method is characterized in that in order to ensure that it is possible to exclude the influence of the temperature dependence of the magnetic Proportion generated main permanent magnets directly during logging by changing the current in the two coils produce additional magnetic bias field so as to remain constant values of the resultant magnetic field in the test zone, in which conditions for obtaining the maximum observed NMR signal, and the value depth studies.

Для достижения цели заявлено устройство для ядерного магнитного каротажа, содержащее для формирования в исследуемой области породы постоянного магнитного поля, поляризованного в перпендикулярном направлении к продольной оси, два основных соосных постоянных магнита, сориентированных одноименными полюсами друг к другу, приемно-передающую катушку для возбуждения сигналов спинового эха ЯМР и их приема во время действия последовательности радиочастотных импульсов, расположенную в зазоре между магнитами так, чтобы магнитная компонента радиочастотного поля в исследуемой области была перпендикулярна направлению постоянного магнитного поля, электронные блоки, включающие в себя передатчик, приемник, процессор, датчики телеметрии, две катушки подмагничивания, усилитель тока, связанный через цифроаналоговый преобразователь с процессором, и программатор импульсной последовательности, характеризующееся тем, что для обеспечения возможности исключения влияния на амплитуду сигналов эха температурной зависимости магнитного поля, создаваемого основными постоянными магнитами, без ухудшения характеристики глубинности исследования и упрощения конструкции устройства две катушки подмагничивания жестко фиксируют непосредственно на полюсах постоянных магнитов или наматывают на постоянные магниты, при этом катушки подмагничивания подключают последовательно или параллельно к усилителю тока, усилитель тока связывают через цифроаналоговый преобразователь с процессором с возможностью создания ими (катушками подмагничивания) магнитных полей в зоне исследования с обеспечением возможности суммирования магнитных полей, их параллельности магнитному полю постоянных магнитов и возможности создания дополнительного магнитного поля, компенсирующего температурное изменение значения магнитного поля основных магнитов без изменения характеристики глубинности исследования.To achieve the goal, a device for nuclear magnetic logging is claimed, comprising for the formation of a constant magnetic field polarized in the perpendicular direction to the longitudinal axis in the rock region under study, two main coaxial permanent magnets oriented by the same poles to each other, a transmitter-receiver coil for exciting spin signals NMR echo and reception thereof during the operation of a sequence of radio frequency pulses located in the gap between the magnets so that the magnetic component the adi-frequency field in the studied area was perpendicular to the direction of the constant magnetic field, electronic components including a transmitter, a receiver, a processor, telemetry sensors, two magnetization coils, a current amplifier connected through a digital-to-analog converter with a processor, and a pulse sequence programmer, characterized in that to ensure the possibility of eliminating the influence on the amplitude of the echo signals of the temperature dependence of the magnetic field created by the basic constants of the magnet without compromising the depth of study characteristics and simplifying the design of the device, two magnetization coils are rigidly fixed directly to the poles of the permanent magnets or wound on permanent magnets, while the magnetization coils are connected in series or parallel to the current amplifier, the current amplifier is connected through a digital-to-analog converter with a processor with the possibility of creating them (magnetization coils) of magnetic fields in the study area with the possibility of summing the magnet fields, their parallelism to the magnetic field of permanent magnets and the possibility of creating an additional magnetic field that compensates for the temperature change in the magnetic field of the main magnets without changing the characteristics of the depth of study.

Заявленное изобретение осуществляют, например, следующим путем.The claimed invention is carried out, for example, in the following way.

Способ ЯМР каротажа, заключающийся в том, что осуществляют перемещение устройства для каротажа вдоль скважины двумя соосными цилиндрическими основными постоянными магнитами, сориентированными одноименными полюсами друг к другу, создают постоянное магнитное поле, поляризованное в перпендикулярном направлении к продольной оси магнитов в исследуемой области в толще породы, в этой же области радиочастотной приемно-передающей катушкой создают переменное магнитное поле, поляризованное перпендикулярно постоянному магнитному полю, при помощи приемных катушек регистрируют сигнал ЯМР, амплитуда которого при прочих равных условиях определяется точностью настройки резонансных условий. Набирают спектр времен поперечной и продольной релаксаций и рассчитывают характеристики подземных формирований.The NMR logging method, which consists in moving the logging device along the borehole with two coaxial cylindrical main permanent magnets oriented by the same poles to each other, creates a constant magnetic field polarized in the perpendicular direction to the longitudinal axis of the magnets in the study area in the bulk of the rock, in the same region of the radio-frequency transmitter-receiver coil create an alternating magnetic field polarized perpendicular to the constant magnetic field, with the powers of the receiving coils register an NMR signal, the amplitude of which, all other things being equal, is determined by the accuracy of tuning the resonance conditions. A spectrum of transverse and longitudinal relaxation times is acquired and the characteristics of underground formations are calculated.

Особенность способа заключается в том, что компенсацию температурной зависимости остаточной индукции постоянных магнитов без ухудшения характеристики глубинности исследования осуществляют непосредственно путем регулирования тока в двух катушках подмагничивания, подключенных к управляемому усилителю тока и расположенных относительно постоянных магнитов таким образом, что создаваемые ими магнитные поля в зоне исследования суммируются с магнитным полем постоянных магнитов. Признаками необходимости такой регулировки могут быть: либо информация об изменении температуры магнитов, поступающая по каналу телеметрии, либо информация о частоте сигнала ЯМР, которая также может регистрироваться при измерении. При этом общим признаком является уменьшение амплитуды сигнала ЯМР, что непосредственно сказывается на качестве измерений. При наступлении указанных признаков ток в двух катушках, создающих дополнительное к основному магнитное поле, изменяют посредством управляемого усилителя тока так, чтобы результирующее значение магнитного поля в исследуемой зоне соответствовало начальному условию резонанса. Контроль осуществляется либо по наблюдению максимума сигнала ЯМР, либо по соответствию значения частоты регистрируемого сигнала ЯМР заданному значению. После настройки оптимального значения тока в катушках, при котором наблюдается максимум сигнала ЯМР, его фиксируют и продолжают проведение каротажа.The peculiarity of the method lies in the fact that the temperature dependence of the residual induction of permanent magnets without deterioration of the depth of study is compensated directly by adjusting the current in two magnetization coils connected to a controlled current amplifier and located relative to the permanent magnets in such a way that the magnetic fields created by them in the study area stacked with the magnetic field of permanent magnets. Signs of the need for such adjustment can be: either information about the change in the temperature of the magnets coming through the telemetry channel, or information about the frequency of the NMR signal, which can also be recorded during measurement. In this case, a common feature is a decrease in the amplitude of the NMR signal, which directly affects the quality of measurements. When these signs occur, the current in two coils, creating an additional magnetic field to the main one, is changed by means of a controlled current amplifier so that the resulting value of the magnetic field in the studied area corresponds to the initial resonance condition. Monitoring is carried out either by observing the maximum of the NMR signal, or by matching the frequency value of the recorded NMR signal to a given value. After setting the optimal current value in the coils, at which the maximum of the NMR signal is observed, it is fixed and the logging continues.

Сущность заявленного изобретения поясняется Фиг. 1-3.The essence of the claimed invention is illustrated in FIG. 1-3.

На Фиг. 1 представлен чертеж общего вида;In FIG. 1 shows a drawing of a General view;

На Фиг. 2 представлена блок-схема реализации способа;In FIG. 2 is a flow chart of a method;

На Фиг. 3 приведены функция радиального распределения магнитного поля в центральной плоскости между полюсами постоянных магнитов и коррекция ее температурной зависимости, демонстрирующая особенности заявленного технического решения и преимущества перед прототипом.In FIG. 3 shows the function of the radial distribution of the magnetic field in the central plane between the poles of the permanent magnets and the correction of its temperature dependence, demonstrating the features of the claimed technical solution and advantages over the prototype.

Устройство для ЯМР каротажа состоит из корпуса 13, двух аксиально намагниченных встречных постоянных магнитов 15 и 16, расположенной в зазоре между магнитами приемно-передающей катушки 1, электронного блока 14, включающего в себя блок питания 10, модем связи 9 с наземным модулем 12 посредством геофизического кабеля 11, процессора 4, на один вход которого поступают цифровые данные с выхода квадратурного АЦП 8, а второй двунаправленный вход соединен через шину данных с модемом связи 9, датчиками телеметрии 19 и с одним из входов программатора 3, второй вход которого соединен с выходом синтезатора 5, а выходы соединены с передатчиком 2 и с управляющими входами квадратурного АЦП 8, приемника 7 и предусилителя 6, на вход которого с приемно-передающей катушки 1 поступают сигналы ЯМР, полученные в результате генерации приемно-передающей катушкой 1 во время работы передатчика 2 переменного магнитного поля, направление которого в исследуемой среде ортогонально направлению магнитного поля постоянных магнитов 15 и 16, а также двух катушек подмагничивания 17 и 18, подключенных к усилителю тока 20 через ЦАП 21, соединенный с общей шиной процессора 4.The device for NMR logging consists of a housing 13, two axially magnetized counterpropagating permanent magnets 15 and 16, located in the gap between the magnets of the transmitter-receiver coil 1, an electronic unit 14 including a power supply unit 10, a communication modem 9 with the ground module 12 by means of a geophysical cable 11, processor 4, one input of which receives digital data from the output of the quadrature ADC 8, and the second bidirectional input is connected via a data bus to a communication modem 9, telemetry sensors 19 and to one of the inputs of the programmer 3, the second the path of which is connected to the output of the synthesizer 5, and the outputs are connected to the transmitter 2 and to the control inputs of the quadrature ADC 8, receiver 7 and preamplifier 6, the input of which from the transmitter-receiver coil 1 receives NMR signals resulting from the generation of the transmitter-receiver coil 1 during operation of the transmitter 2 of an alternating magnetic field, the direction of which in the medium under study is orthogonal to the direction of the magnetic field of the permanent magnets 15 and 16, as well as two magnetization coils 17 and 18 connected to the current amplifier 20 through the CA P 21 connected to the processor bus 4.

Особенностью заявленного устройства является то, что две катушки подмагничивания 17 и 18, подключенные последовательно (или параллельно) к двум выходам усилителя тока 20, вход которого соединен с выходной шиной данных процессора 4, располагаются на полюсах основных магнитов 15 и 16 или наматываются непосредственно на постоянные магниты 15 и16 так, чтобы создаваемые ими магнитные поля в зоне исследования складывались и были параллельны магнитному полю постоянных магнитов.A feature of the claimed device is that two magnetization coils 17 and 18, connected in series (or in parallel) to two outputs of the current amplifier 20, the input of which is connected to the data output bus of the processor 4, are located at the poles of the main magnets 15 and 16 or are wound directly on permanent magnets 15 and 16 so that the magnetic fields created by them in the study area are folded and parallel to the magnetic field of permanent magnets.

Устройство работает следующим образом. Все частоты, используемые для задания основной резонансной частоты f0, а также для формирования частот выборки амплитудно-цифрового преобразователя, частот дискретизации временных интервалов в импульсной последовательности и длительности радиочастотных импульсов, вырабатываются из одной частоты, формируемой с высокой температурной стабильностью в синтезаторе частот 5. Таким образом, все частоты и временные интервалы прибора когерентны, что позволяет при соответствующем выборе частоты fd дискретизации АЦП по отношению к значению f0 (например, fd=4 f0) осуществлять цифровой принцип квадратурного детектирования сигнала ЯМР. Программатор 3 формирует в соответствии с заданной программой радиочастотные импульсы необходимой длительности для активации работы передатчика 2, а также все интервалы между радиочастотными импульсами, включая и интервалы времени для измерения сигналов эха. На время измерения сигналов эха программатором вырабатываются управляющие импульсы для перевода в активный режим предусилителя 6 и приемника 7, а также формируются импульсы синхронизации работы АЦП 8 на частоте дискретизации fd. Измеренные данные с АЦП в цифровом виде поступают на вход процессора 4, в котором осуществляется их предварительная обработка, включающая, например, цифровую фильтрацию, Фурье-преобразование и т.д., а также подготовка (кодирование) для передачи данных через модем связи 9 по геофизическому кабелю 11 в наземный модуль 12.The device operates as follows. All frequencies used to set the main resonant frequency f 0 , as well as to generate the sampling frequencies of the amplitude-to-digital converter, sampling frequencies of time intervals in the pulse sequence and the duration of the radio frequency pulses, are generated from a single frequency formed with high temperature stability in the frequency synthesizer 5. Thus, all frequencies and time slots are coherent unit, which allows for the appropriate choice of frequency f ADC sampling d with respect to the value of f 0 ( For example, f d = f 0 4) to implement the principle of digital quadrature detection of the NMR signal. The programmer 3 generates, in accordance with a given program, radio-frequency pulses of the required duration to activate the operation of the transmitter 2, as well as all intervals between radio-frequency pulses, including time intervals for measuring echo signals. During the measurement of echo signals, the programmer generates control pulses for putting the preamplifier 6 and receiver 7 into active mode, and ADC 8 synchronization pulses are generated at the sampling frequency f d . The measured data from the ADC in digital form is fed to the input of the processor 4, in which they are pre-processed, including, for example, digital filtering, Fourier transform, etc., as well as preparation (encoding) for data transmission through a communication modem 9 through geophysical cable 11 to the ground module 12.

В наземном модуле поступившие данные анализируются и записываются, в то время как устройство для ядерного магнитного каротажа, двигаясь с заданной скоростью вдоль ствола скважины через определенный заданный промежуток времени между импульсными последовательностями, вырабатывает и подготавливает к передаче в наземный модуль следующую порцию данных. Все параметры импульсной последовательности, включая длительность самой последовательности или количество измеряемых сигналов эха, интервалы между радиочастотными импульсами, интервалы между самими импульсными последовательностями, а также программу или алгоритмы предварительной обработки данных, поступают в процессор 4 и далее в программатор 3, синтезатор частот 5.In the ground module, the received data is analyzed and recorded, while the device for nuclear magnetic logging, moving at a given speed along the wellbore after a certain predetermined period of time between the pulse sequences, generates and prepares the next piece of data for transmission to the ground module. All parameters of the pulse sequence, including the duration of the sequence itself or the number of measured echo signals, the intervals between the RF pulses, the intervals between the pulse sequences themselves, as well as the program or data preprocessing algorithms, are sent to processor 4 and then to programmer 3, frequency synthesizer 5.

В управляемом усилителе тока 20 начальное значение тока может быть равным нулю, если устройство перед каротажем было соответствующим образом подготовлено. То есть частота резонанса f0 была установлена в соответствии с условием резонанса (1) для магнитного поля B0, генерируемого в области исследования только за счет постоянных магнитов 15 и 16. В скважинах температура может сильно отличаться от нормальной, как правило, в сторону положительных значений, что будет приводить, соответственно, к уменьшению значения B0. С датчиков телеметрии 19, включающих, как правило, и датчики температуры магнитов, информация об изменении температуры магнитов поступает в процессор 4, где она может обрабатываться по соответствующему алгоритму, учитывающему температурную зависимость остаточной индукции постоянных магнитов, и поступать в виде команды на изменение тока в управляемый усилитель тока 20 через ЦАП 21. Ток проходит через подмагничивающие катушки 17 и 18 и создает тем самым дополнительное магнитное поле, компенсирующее температурный уход значения B0 постоянных магнитов (см. Фиг. 3).In the controlled current amplifier 20, the initial current value may be zero if the device was properly prepared before logging. That is, the resonance frequency f 0 was set in accordance with the resonance condition (1) for the magnetic field B 0 generated in the study area only due to the permanent magnets 15 and 16. In wells, the temperature can differ significantly from normal, usually towards positive values, which will lead, respectively, to a decrease in the value of B 0 . From telemetry sensors 19, including, as a rule, magnet temperature sensors, information about the change in the temperature of the magnets is sent to processor 4, where it can be processed according to the corresponding algorithm that takes into account the temperature dependence of the residual induction of permanent magnets and received as a command to change the current in a controlled current amplifier 20 through the DAC 21. The current passes through the magnetizing coils 17 and 18 and thereby creates an additional magnetic field that compensates for the temperature deviation of the value B 0 of constant ma gnite (see Fig. 3).

Более точную настройку поля можно осуществить из сравнения заданной частоты резонанса f0 и частоты измеряемого сигнала ЯМР, которая может быть определена в процессоре 4 по результату, например, Фурье-преобразования данных, получаемых с квадратурного детектора 8. Поскольку сигнал ЯМР в скважине, как правило, сильно меняется и на ряде участков может быть равным нулю, автоматический режим подстройки поля по этому варианту может привести к неустойчивости настройки. В этом случае предпочтительнее решение о необходимости подстройки принимать оператору по анализу данных, поступающих в наземный модуль 12. Тогда оператор, основываясь на данных телеметрии и/или частоты сигнала ЯМР, регистрируемого на участках скважины с хорошим сигналом, подстраивает условия резонанса посредством передачи команд на изменение тока в катушках до получения желаемого результата и далее значение тока фиксируется.A more accurate field setting can be made by comparing the given resonance frequency f 0 and the frequency of the measured NMR signal, which can be determined in processor 4 by the result, for example, of the Fourier transform of the data obtained from the quadrature detector 8. Since the NMR signal in the well is usually varies greatly and in some areas it can be equal to zero, the automatic field adjustment mode according to this option can lead to instability settings. In this case, it is preferable to make the decision on the need for the operator to analyze the data coming into the ground module 12. Then the operator, based on the telemetry data and / or the frequency of the NMR signal recorded in the well sections with a good signal, adjusts the resonance conditions by transmitting change commands current in the coils until the desired result is obtained and then the current value is fixed.

В результате реализации заявленного технического решения компенсация температурной зависимости индукции постоянных магнитов обеспечивается путем установки необходимого значения тока в подмагничивающих катушках 17, 18. При этом введенные в прототипе для достижения аналогичной цели дополнительные постоянные магниты из конструкции устройства исключаются, а основные магниты так же, как и все остальные элементы конструкции устройства, жестко фиксированы относительно корпуса. Тем самым из устройства также исключаются все конструктивные элементы, обеспечивающие по прототипу возможность аксиального смещения основных постоянных магнитов. Дополнительный положительный результат заявленного технического решения состоит в том, что магнитное поле, создаваемое током в подмагничивающих катушках, суммируется с магнитным полем постоянных магнитов так, что значение параметра глубинности исследования сохраняется на уровне исходно заданного значения.As a result of the implementation of the claimed technical solution, the compensation of the temperature dependence of the induction of permanent magnets is ensured by setting the required current value in the magnetizing coils 17, 18. Moreover, additional permanent magnets introduced in the prototype to achieve a similar goal are excluded from the device design, and the main magnets are the same as all other structural elements of the device are rigidly fixed relative to the housing. Thus, all structural elements that provide the possibility of axial displacement of the main permanent magnets according to the prototype are also excluded from the device. An additional positive result of the claimed technical solution is that the magnetic field generated by the current in the magnetizing coils is summed with the magnetic field of the permanent magnets so that the value of the depth parameter of the study remains at the level of the initially set value.

Таким образом, в заявленном техническом решении для достижения заявленной цели не требуется, по сравнению с прототипом, изменять какие-либо геометрические размеры магнитной системы, и, что особенно важно, величину зазора между магнитами, значение которого доминирующим образом определяет положение экстремума на радиальной функции распределения магнитного поля - удаленность зоны исследования от оси устройства.Thus, in the claimed technical solution, to achieve the stated goal, it is not necessary, in comparison with the prototype, to change any geometric dimensions of the magnetic system, and, most importantly, the magnitude of the gap between the magnets, the value of which dominates the position of the extremum on the radial distribution function magnetic field - the remoteness of the study area from the axis of the device.

Как видно из Фиг. 3, применение для компенсации температурной зависимости магнитного поля постоянных магнитов технического решения по патенту [5], заключающееся в уменьшении зазора между основными магнитами, сопровождается уменьшением параметра D глубинности исследования (D').As can be seen from FIG. 3, the application for compensating the temperature dependence of the magnetic field of permanent magnets of the technical solution according to the patent [5], which consists in reducing the gap between the main magnets, is accompanied by a decrease in the parameter D of the research depth (D ').

Из этой же Фиг. 3 видно, что заявленное техническое решение, согласно которому компенсация ухода поля основных магнитов осуществляется путем суммирования его с магнитным полем дополнительных катушек, сохраняет значение параметра глубинности на исходном уровне (D0).From the same FIG. 3 shows that the claimed technical solution, according to which the compensation of the field drift of the main magnets is carried out by summing it with the magnetic field of additional coils, saves the value of the depth parameter at the initial level (D 0 ).

Таким образом, заявленное техническое решение характеризуется не только простотой исполнения, но и обеспечивает, по сравнению с прототипом, неизменность заданной исходными геометрическими размерами магнитной системы такой важной характеристики устройства, как глубинность исследования.Thus, the claimed technical solution is characterized not only by simplicity of execution, but also provides, in comparison with the prototype, the invariance of the initial geometric dimensions of the magnetic system of such an important characteristic of the device as the depth of study.

Таким образом, задача компенсации температурной зависимости индукции постоянных магнитов по предлагаемому техническому предложению решается, в отличие от прототипа, без ухудшения качества устройства в целом.Thus, the task of compensating the temperature dependence of the induction of permanent magnets on the proposed technical proposal is solved, in contrast to the prototype, without compromising the quality of the device as a whole.

Применение заявляемого способа ядерного магнитного каротажа и устройства его реализации способствует улучшению качества получаемых характеристик о фильтрационно-емкостных свойствах исследуемых пород и свойствах, насыщающих их флюидов.The use of the proposed method of nuclear magnetic logging and a device for its implementation helps to improve the quality of the obtained characteristics about the filtration-capacitive properties of the studied rocks and the properties that saturate their fluids.

Заявленное техническое решение удовлетворяет критерию «новизна», предъявляемому к изобретениям, так как при определении уровня техники не обнаружено средство, которому присущи признаки, идентичные (то есть совпадающие по исполняемой ими функции и форме выполнения этих признаков) всем признакам, перечисленным в формуле изобретения, включая характеристику назначения.The claimed technical solution meets the criterion of "novelty" presented to the invention, since when determining the level of technology there is no means that is characterized by features that are identical (that is, matching the functions performed by them and the form of execution of these features) to all the features listed in the claims, including a description of the destination.

Заявленное техническое решение способ ядерного магнитного каротажа и устройство для его реализации удовлетворяет критерию «изобретательский уровень», поскольку заявителем не выявлены технические решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками данного изобретения, и не установлена известность влияния отличительных признаков на указанный технический результат. Кроме указанного, заявленное техническое решение обеспечивает разрешение казалось бы неразрешимого противоречия, а именно для достижения заявленной цели не требуется, по сравнению с прототипом, изменять какие-либо геометрические размеры магнитной системы и, что особенно важно, величину зазора между магнитами, значение которого доминирующим образом определяет положение экстремума на радиальной функции распределения магнитного поля - удаленность зоны исследования от оси устройства. При этом одновременно обеспечивается возможность того, что заявленное техническое решение характеризуется не только простотой исполнения, но и обеспечивает, по сравнению с прототипом, неизменность заданной исходными геометрическими размерами магнитной системы такой важной характеристики устройства, как глубинность исследования. Таким образом, решение указанных задач посредством применения заявленного технического решения является не очевидным для специалиста.The claimed technical solution, the method of nuclear magnetic logging and the device for its implementation satisfies the criterion of "inventive step", since the applicant has not identified technical solutions having features that match the distinguishing features of this invention, and it is not known the influence of distinctive features on the specified technical result. In addition to the indicated, the claimed technical solution provides a solution to a seemingly insoluble contradiction, namely, to achieve the stated goal, it is not necessary, in comparison with the prototype, to change any geometric dimensions of the magnetic system and, most importantly, the magnitude of the gap between the magnets, the value of which is dominant determines the position of the extremum on the radial distribution function of the magnetic field - the remoteness of the study area from the axis of the device. At the same time, it is possible that the claimed technical solution is characterized not only by simplicity of execution, but also provides, in comparison with the prototype, the immunity of the important characteristics of the device, such as the depth of study, specified by the initial geometric dimensions of the magnetic system. Thus, the solution of these problems through the application of the claimed technical solution is not obvious to a specialist.

Заявленное техническое решение реализовано в промышленном производстве посредством изготовления опытного образца, устройства для ядерного магнитного каротажа в полевых условиях на предприятии реального сектора экономики Республики Татарстан, ООО ТНГ-Групп в процессе выполнения НИР «Создание комплекса технических средств и программных продуктов для эффективной разработки залежей нефти в сложнопостроенных карбонатных коллекторах с использованием горизонтальных скважин и гидроразрыва пласта», в рамках договора с Минобрнауки РФ 02.G25.31.0131 от 01.12. 2015 г. Указанное является доказательством соответствия критерию «промышленная применимость», предъявляемому к изобретениям.The claimed technical solution is implemented in industrial production by manufacturing a prototype, a device for nuclear magnetic logging in the field at an enterprise in the real sector of the economy of the Republic of Tatarstan, LLC TNG-Group in the course of the R&D “Creation of a set of hardware and software for efficient development of oil deposits in complex carbonate reservoirs using horizontal wells and hydraulic fracturing ”, under an agreement with the Ministry of Education and Science of the Russian Federation 02.G2 5.31.0131 dated 01.12. 2015. The above is evidence of compliance with the criterion of "industrial applicability" for inventions.

Источники информацииInformation sources

1. Патент RU №2495458 Российская Федерация, МПК G01R 33/44, G01V 3/32. УСТРОЙСТВО ЯДЕРНО-МАГНИТНОГО КАРОТАЖА / Дубровский B.C., Егоров А.В., Ежков М.Н., Мурзакаев В.М., Мухамадиев Р.С., Сайкин К.С., Скирда В.Д., Сотников А.Н.; заявитель и патентообладатель Общество с ограниченной ответственностью "ТНГ-Групп" (RU). - 2012101122/28; заявл. 11.01.2012; опубл. 10.10. 2013, Бюл. №28. - 8 с.: ил.1. Patent RU No. 2495458 Russian Federation, IPC G01R 33/44, G01V 3/32. NUCLEAR MAGNETIC LOGGING DEVICE / Dubrovsky BC, Egorov AV, Ezhkov MN, Murzakaev VM, Mukhamadiev RS, Saykin KS, Skirda VD, Sotnikov AN ; Applicant and patent holder TNG-Group Limited Liability Company (RU). - 2012101122/28; declared 01/11/2012; publ. 10.10. 2013, bull. No. 28. - 8 p.: Ill.

2. Патент US №4710713 США, МПК G01R 33/20. NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SENSING APPARATUS AND TECHNIQUES / Zvi Taicher, Shmuel Strikman; заявитель и патентообладатель Numar Corporation, Malvern, Pa.; Zvi Taicher. - 838 503; заявл. 11.03.1986; опубл. 1.12.1987.2. US patent No. 4710713 USA, IPC G01R 33/20. NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SENSING APPARATUS AND TECHNIQUES / Zvi Taicher, Shmuel Strikman; Applicant and Patent Holder Numar Corporation, Malvern, Pa .; Zvi Taicher. - 838 503; declared 03/11/1986; publ. 12/01/1987.

3. Патент US №4350955 США, МПК G01N 27/00. MAGNETIC RESONANCE APPARATUS / Jasper A. Jacksont, Richard K. Cooper; заявитель и патентообладатель The United States of America as represented by the United States Department of Energy, Washington, DC. - 195 968; заявл. 10.10.1980; опубл. 21.09.1982.3. US patent No. 4350955 USA, IPC G01N 27/00. MAGNETIC RESONANCE APPARATUS / Jasper A. Jacksont, Richard K. Cooper; Applicant and Patent Holder The United States of America as represented by the United States Department of Energy, Washington, DC. - 195 968; declared 10/10/1980; publ. 09/21/1982.

4. Патент RU №2583881 Российская Федерация, МПК G01V 3/14. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ЯДЕРНОГО МАГНИТНОГО КАРОТАЖА В ПОЛЕ ПОСТОЯННОГО МАГНИТА / Александров А.С., Дорогиницкий М.М., Гнездилов О.И., Архипов Р.В., Скирда В.Д., Тагиров М.С., Нургалиев Д.К., Мурзакаев В.М., Братин А.В.; заявитель и патентообладатель Общество с ограниченной ответственностью "ТНГ-Групп" (ООО "ТНГ-Групп") (RU), федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУ ВПО КФУ) (RU). - 2015101792/28; заявл. 31.12.2014; опубл. 10.05. 2016.4. Patent RU No. 2583881 Russian Federation, IPC G01V 3/14. DEVICE FOR IMPLEMENTATION OF NUCLEAR MAGNETIC LOGGING IN THE FIELD OF A PERMANENT MAGNET / Aleksandrov AS, Doroginitsky MM, Gnezdilov OI, Arkhipov RV, Skirda VD, Tagirov MS, Nurgaliev D. K., Murzakaev V.M., Brother A.V .; applicant and patentee TNG-Group Limited Liability Company (TNG-Group LLC) (RU), Kazan State (Volga Federal University) Federal State Autonomous Educational Institution of Higher Professional Education (RUE Federal State Autonomous Educational Institution of Higher Professional Education) (RU). - 2015101792/28; declared 12/31/2014; publ. 10.05. 2016.

5. Патент RU №2230345 Российская Федерация, МПК G01V 3/32. СПОСОБ ЯМР КАРОТАЖА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ / Стариков В.П., Садыков Р.Х.; заявитель и патентообладатель Стариков Владислав Петрович (RU). - 2003101271/28; заявл. 17.01.2003; опубл. 10.06. 2004.5. Patent RU No. 2230345 Russian Federation, IPC G01V 3/32. METHOD OF NMR LOGGING AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION / Starikov V.P., Sadykov R.Kh .; applicant and patent holder Starikov Vladislav Petrovich (RU). - 2003101271/28; declared 01/17/2003; publ. 10.06. 2004.

Claims (2)

1. Способ ядерного магнитного каротажа, заключающийся в том, что осуществляют перемещение вдоль скважины устройства для каротажа, в котором двумя основными соосными постоянными магнитами, сориентированными одноименными полюсами друг к другу, создают постоянное магнитное поле, поляризованное в перпендикулярном направлении к продольной оси магнитов в удаленной исследуемой области в толще породы, в этой же области радиочастотной приемно-передающей катушкой на частоте ядерного магнитного резонанса создают серию радиочастотных импульсов, формирующих поляризованное перпендикулярно постоянному магнитному полю переменное магнитное поле, и при помощи этих же катушек в промежутках между радиочастотными импульсами регистрируют сигналы спинового эха ЯМР, по зависимости амплитуд сигналов эха от времени вычисляют спектры времен поперечной и продольной релаксаций и рассчитывают характеристики подземных формирований, отличающийся тем, что для обеспечения возможности исключения влияния на амплитуду сигналов эха температурной зависимости магнитного поля, создаваемого основными постоянными магнитами, непосредственно в ходе каротажа путем изменения тока в двух катушках подмагничивания создают дополнительное магнитное поле так, чтобы оставались постоянными значения результирующего магнитного поля в исследуемой зоне, при котором соблюдаются условия получения максимума сигнала ЯМР, и значение глубинности исследования.1. The method of nuclear magnetic logging, which consists in moving along the well of the logging device, in which two main coaxial permanent magnets oriented by the same poles to each other create a constant magnetic field polarized in the perpendicular direction to the longitudinal axis of the magnets in the remote of the studied region in the bulk of the rock, in the same region of the radio-frequency receiving-transmitting coil at a frequency of nuclear magnetic resonance create a series of radio-frequency pulses forming an alternating magnetic field polarized perpendicular to the constant magnetic field, and using the same coils in the intervals between the radio frequency pulses, the NMR spin echo signals are recorded, the time spectra of transverse and longitudinal relaxation are calculated from the amplitude of the echo signals and the characteristics of the underground formations are calculated, differing in that to ensure the possibility of eliminating the effect on the amplitude of the echo signals of the temperature dependence of the magnetic field generated by GOVERNMENTAL permanent magnets directly during logging by changing the current in the two coils produce additional magnetic bias field so as to remain constant values of the resultant magnetic field in the test zone, in which conditions for obtaining the maximum observed NMR signal, and the value depth studies. 2. Устройство для ядерного магнитного каротажа, содержащее для формирования в исследуемой области породы постоянного магнитного поля, поляризованного в перпендикулярном направлении к продольной оси, два основных соосных постоянных магнита, сориентированных одноименными полюсами друг к другу, приемно-передающую катушку для возбуждения сигналов спинового эха ЯМР и их приема во время действия последовательности радиочастотных импульсов, расположенную в зазоре между магнитами так, чтобы магнитная компонента радиочастотного поля в исследуемой области была перпендикулярна направлению постоянного магнитного поля, электронные блоки, включающие в себя передатчик, приемник, процессор, датчики телеметрии, две катушки подмагничивания, усилитель тока, связанный через цифроаналоговый преобразователь с процессором, и программатор импульсной последовательности, отличающееся тем, что для обеспечения возможности исключения влияния на амплитуду сигналов эха температурной зависимости магнитного поля, создаваемого основными постоянными магнитами, без ухудшения характеристики глубинности исследования и упрощения конструкции устройства две катушки подмагничивания жестко фиксируют непосредственно на полюсах постоянных магнитов или наматывают на постоянные магниты, при этом катушки подмагничивания подключают последовательно или параллельно к усилителю тока, усилитель тока связывают через цифроаналоговый преобразователь с процессором с возможностью создания ими (катушками подмагничивания) магнитных полей в зоне исследования с обеспечением возможности суммирования магнитных полей, их параллельности магнитному полю постоянных магнитов и возможности создания дополнительного магнитного поля, компенсирующего температурное изменение значения магнитного поля основных магнитов без изменения характеристики глубинности исследования.2. A device for nuclear magnetic logging, containing for the formation in the study area of the rock a constant magnetic field polarized in the perpendicular direction to the longitudinal axis, two main coaxial permanent magnets oriented by the same poles to each other, a transmitter-receiver coil for exciting NMR spin echo signals and their reception during the operation of the sequence of radio frequency pulses located in the gap between the magnets so that the magnetic component of the radio frequency field is studied of the blown region was perpendicular to the direction of the constant magnetic field, electronic units including a transmitter, a receiver, a processor, telemetry sensors, two magnetization coils, a current amplifier connected through a digital-analog converter with a processor, and a pulse sequence programmer, characterized in that to enable excluding the influence on the amplitude of the echo signals of the temperature dependence of the magnetic field generated by the main permanent magnets, without deterioration the depth of the study and simplify the design of the device, two magnetization coils are rigidly fixed directly to the poles of permanent magnets or wound on permanent magnets, while the magnetization coils are connected in series or parallel to a current amplifier, the current amplifier is connected through a digital-to-analog converter with a processor with the possibility of creating them (magnetization coils) magnetic fields in the study area with the possibility of summing magnetic fields, their parallelism the total field of permanent magnets and the possibility of creating an additional magnetic field that compensates for the temperature change in the magnetic field of the main magnets without changing the characteristics of the depth of study.
RU2016151184A 2016-12-26 2016-12-26 Method of nuclear magnetic voltage and a device for its implementation RU2645909C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016151184A RU2645909C1 (en) 2016-12-26 2016-12-26 Method of nuclear magnetic voltage and a device for its implementation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016151184A RU2645909C1 (en) 2016-12-26 2016-12-26 Method of nuclear magnetic voltage and a device for its implementation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2645909C1 true RU2645909C1 (en) 2018-02-28

Family

ID=61568473

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016151184A RU2645909C1 (en) 2016-12-26 2016-12-26 Method of nuclear magnetic voltage and a device for its implementation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2645909C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2679630C1 (en) * 2018-05-21 2019-02-12 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУ ВО КФУ) Method of nuclear magnetic voltage and a device for its implementation
EA038050B1 (en) * 2019-01-30 2021-06-29 Общество с Ограниченной Ответственностью "ТНГ-Групп" Method of nuclear magnetic logging and device for its implementation
CN114994777A (en) * 2022-04-27 2022-09-02 吉林大学 Active suppression method for electromagnetic motion noise in ground-space frequency domain

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5471140A (en) * 1990-10-11 1995-11-28 Oxford Instruments Limited Magnetic field generating assembly
US5488342A (en) * 1993-02-12 1996-01-30 Oxford Instruments Limited Magnet assembly for NMR
US5739687A (en) * 1995-11-15 1998-04-14 Oxford Instruments (Uk) Limited Magnetic field generating assembly
RU2230345C1 (en) * 2003-01-17 2004-06-10 Стариков Владислав Петрович Method of nuclear magnetic resonance logging and device for its realization
RU117648U1 (en) * 2011-09-29 2012-06-27 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский (Приволжский) Федеральный Университет" (ФГАОУ ВПО КФУ) MAGNETIC SYSTEM FOR NUCLEAR MAGNETIC LOGGING USING CRYOGENIC TECHNOLOGIES
RU2495458C2 (en) * 2012-01-11 2013-10-10 Общество с Ограниченной Ответственностью "ТНГ-Групп" Nuclear-magnetic logging device

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5471140A (en) * 1990-10-11 1995-11-28 Oxford Instruments Limited Magnetic field generating assembly
US5488342A (en) * 1993-02-12 1996-01-30 Oxford Instruments Limited Magnet assembly for NMR
US5739687A (en) * 1995-11-15 1998-04-14 Oxford Instruments (Uk) Limited Magnetic field generating assembly
RU2230345C1 (en) * 2003-01-17 2004-06-10 Стариков Владислав Петрович Method of nuclear magnetic resonance logging and device for its realization
RU117648U1 (en) * 2011-09-29 2012-06-27 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский (Приволжский) Федеральный Университет" (ФГАОУ ВПО КФУ) MAGNETIC SYSTEM FOR NUCLEAR MAGNETIC LOGGING USING CRYOGENIC TECHNOLOGIES
RU2495458C2 (en) * 2012-01-11 2013-10-10 Общество с Ограниченной Ответственностью "ТНГ-Групп" Nuclear-magnetic logging device

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2679630C1 (en) * 2018-05-21 2019-02-12 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУ ВО КФУ) Method of nuclear magnetic voltage and a device for its implementation
EA038050B1 (en) * 2019-01-30 2021-06-29 Общество с Ограниченной Ответственностью "ТНГ-Групп" Method of nuclear magnetic logging and device for its implementation
CN114994777A (en) * 2022-04-27 2022-09-02 吉林大学 Active suppression method for electromagnetic motion noise in ground-space frequency domain

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10371853B2 (en) Nuclear magnetic resonance system with feedback induction coils
US4350955A (en) Magnetic resonance apparatus
US10768334B2 (en) Nuclear magnetic resonance apparatus, systems, and methods
US10197698B2 (en) Downhole nuclear magnetic resonance (NMR) tool with transversal-dipole antenna configuration
US4717877A (en) Nuclear magnetic resonance sensing apparatus and techniques
US4710713A (en) Nuclear magnetic resonance sensing apparatus and techniques
US8373412B2 (en) NMR-LWD imaging tool
US6018243A (en) NMR well logging apparatus and method
US10114142B2 (en) Imaging subterranean formations and features using multicoil NMR measurements
US9194830B2 (en) Correction for gain variation due to fast changing NMR sensor gain
US8324895B2 (en) MWD/LWD NMR imaging with long echo trains
RU2645909C1 (en) Method of nuclear magnetic voltage and a device for its implementation
NO882570L (en) NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SENSOR DEVICE.
US10996365B2 (en) RF flip angle adjustment in a downhole NMR tool
US20200319372A1 (en) Reverse circular polarization based antenna orientation
US8952690B2 (en) System and method to detect a fluid flow
RU2679630C1 (en) Method of nuclear magnetic voltage and a device for its implementation
EA038050B1 (en) Method of nuclear magnetic logging and device for its implementation
RU2583881C1 (en) Device for implementation of nuclear magnetic logging in field of permanent magnet
US10768335B1 (en) Saddle point nuclear magnetic resonance tool for measurements at multiple depths of investigation