RU2679630C1

RU2679630C1 - Method of nuclear magnetic voltage and a device for its implementation

Info

Publication number: RU2679630C1
Application number: RU2018118572A
Authority: RU
Inventors: Владимир Дмитриевич Скирда; Артем Сергеевич Александров; Дарья Леонидовна Мельникова; Михаил Михайлович Дорогиницкий; Олег Иванович Гнездилов; Владислав Марксович Мурзакаев; Алексей Викторович Брагин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ТНГ-Групп" (ООО "ТНГ-Групп")
Priority date: 2018-05-21
Filing date: 2018-05-21
Publication date: 2019-02-12

Abstract

FIELD: physics.SUBSTANCE: using for nuclear magnetic well logging. Core of the invention is that before the start of the action of the pulse sequence the difference of currents is set in the magnetizing coils while maintaining the total value, so that the study area, namely, the zone in which the conditions of nuclear magnetic resonance are fulfilled is axially displaced relative to a plane passing through the center of the gap between the magnets perpendicular to the axis of the magnets, in the direction of movement of the device by the ∆Zo value, equal to half the product of the specified logging speed V and time T of the CPMG pulse sequence, then, during the time of the pulse sequence, the value of the difference of currents in the coils changes linearly with such a rate that by the end of the pulse sequence action the research zone is axially displaced relative to the plane passing through the specified geometric center of the magnetic system, in the direction opposite to the direction of movement of the device by ∆Zo value, synchronously with the beginning of the next cycle of the pulse sequence of radio-frequency pulses, the sequence of actions the control of currents in the coils is repeated with a period equal to the specified period of the pulse sequences, while the initial and final values of the current, as well as the direction and rate of change of current in the coils in the linear dependency section, are determined based on the requirement of immutability, during the entire duration of the pulse sequence of coordinates of the investigated area relative to the well itself, taking into account the specified values of the logging speed V and the duration of the pulse sequence T, and the total value of the current in the bias coils, providing compensation for the temperature dependence of the magnetic induction of permanent magnets, during the data acquisition process, they are kept constant or changed asynchronously with respect to the pulse sequence, based on data such as telemetry.EFFECT: providing the ability to compensate for the effect of the speed of movement of a nuclear magnetic logging device along the wellbore on the recorded relaxation time spectra and to ensure the possibility of expanding the range of logging speeds while maintaining the ability of regulation in the logging process, the values of the focused magnetic field in the study area, as well as to ensure the possibility of compensating for the temperature dependence of the residual induction of permanent magnets without degrading the characteristics of the depth of the study.2 cl, 3 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области исследования и/или анализа материалов 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, в которых постоянные магниты используют для формирования тороидального фокусированного магнитного поля, используемого для ЯМР каротажа скважин.The present invention relates to the field of research and / or analysis of materials 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 in which permanent magnets are used to form a toroidal focused magnetic field used for NMR well logging.

Из исследованного уровня техники заявителем выявлены технические решения по патентам USA №4710713 [1] и USA №4350955 [2], которые направлены на повышение эффективности каротажа скважин с помощью ядерного магнитного резонанса (ЯМР) путем использования устройств для каротажа c постоянными магнитными системами. Общей сущностью известных изобретений является то, что в окружающем пространстве одним или несколькими постоянными магнитами генерируется относительно сильное магнитное поле, значение которого может быть существенно больше величины 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 эхо. Обычно для этих целей используют стандартную последовательность, называемую последовательностью Карра – Парселла – Мейбума -Гилла (далее КПМГ), которая состоит из одного 90°-ного и последующей серии 180°-ных радиочастотных импульсов. Первый радиочастотный импульс возбуждает сигнал ЯМР, а серия последующих импульсов предназначена для формирования в промежутках между 180°-ми импульсами сигналов спинового эхо. По скорости уменьшения амплитуд сигналов эхо во 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 исследуемой зоне в момент радиочастотного импульса, были взаимно перпендикулярны, и выполнялось так называемое условие резонанса: From the studied prior art, the applicant identified technical solutions for US patents No. 4710713 [1] and USA No. 4350955 [2], which are aimed at improving the efficiency of well logging using nuclear magnetic resonance (NMR) by using a device for logging with permanent magnetic systems. A common essence of the known inventions is that in the surrounding space one or more permanent magnets generates a relatively strong magnetic field, the value of which can be significantly greater than the magnitude of the earth's field. 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. Typically, a standard sequence is used for these purposes, called the Carr-Parsell-Maybum-Gill sequence (hereinafter KPMG), which consists of one 90 ° and a subsequent series of 180 ° RF pulses. The first radio frequency 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 speed of decreasing the amplitudes of the echo signals in time is used to judge the times of transverse relaxation, and the amplitude of the signal at the initial moment of formation of the sequence is used to determine the total amount of the substance containing nuclei in the studied zone that the NMR resonance frequency is tuned to. 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 such that the magnetic field B _{0 of the} permanent magnet and the magnetic field B ₁ created in the studied area at the time of the radio frequency pulse are mutually perpendicular, and the so-called resonance condition is fulfilled:

f₀ = γB₀/2π. (1)f ₀ = γB ₀ / 2π. (one)

В общем случае, значение величины B₀ в устройствах с постоянными магнитами является функцией расстояния от магнитной системы. Это дает 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 и 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.In the general case, the value of B ₀ in permanent magnet devices is a function of the distance from the magnetic system. This makes it possible to choose a value for the resonant frequency f ₀ at which the value B ₀ satisfying condition (1) will be 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 setting the magnetic system with a particular spatial dependence of B ₀ and choosing the appropriate value of the resonance frequency, you can set the study area at a given distance from the axis of the device, or from the outer wall of its body. This parameter is called the depth of research and it is one of the significant characteristics of devices for nuclear magnetic logging.

В целом, способ ядерного магнитного каротажа в устройствах с постоянными магнитами 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 спиновых эхо ЯМР. По зависимости амплитуд сигналов эхо от времени в течение действия последовательности судят о временах или спектрах времен поперечной релаксации (Т₂), а по зависимости амплитуд сигналов эхо от периода времени между последовательностями - о временах или спектрах времен продольной (Т₁) релаксации. По полученным данным могут быть построены как одномерные (1D), так и двумерные (2D) карты распределения времен релаксации, по которым рассчитывают характеристики подземных формирований. In general, the method of nuclear magnetic logging in permanent magnet devices consists in moving along a borehole at a predetermined speed of the logging device, in which one or more permanent magnets create a constant magnetic field in the region of interest that is external to the device in the rock mass , in the same region of a radio-frequency transceiver coil at a frequency of nuclear magnetic resonance create a series of radio-frequency pulses forming a polarized perpendicular the constant magnetic field alternating magnetic field and using the same coil in the intervals between radio frequency pulses recorded signals spin echo NMR. By the dependence of the amplitudes of the echo signals on time during the course of the sequence, the times or spectra of the transverse relaxation times (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 longitudinal (T ₁ ) relaxation times 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.

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 [1], сущность которого состоит в том, что аппаратура ядерного магнитного резонанса содержит, как минимум, один постоянный 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, и 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. Положительным качеством такой магнитной системы является то, что резонансные условия формируются автоматически, так как в градиентном магнитном поле всегда может быть найдена область пространства, в которой для заданной частоты резонанса выполняется условие (1). В таких устройствах температурная зависимость индукции магнитного поля также не вызывает напрямую проблем, связанных с необходимостью поддерживать резонансные условия во время каротажа. Однако 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, в конечном счете, может привести к неправильной трактовке измеренных данных. Кроме того, 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. 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, но допускают проведение каротажа со скоростями порядка 100 ÷200 м/час.So, for example, from the prior art investigated by the applicant, the invention according to USA patent No. 4710713 [1], the essence of which is that the nuclear magnetic resonance apparatus contains at least one permanent magnet, designed to generate a constant magnetic field in a remote research area containing the test materials; the specified at least one magnet has a magnetization perpendicular to the longitudinal axis of the specified magnet, and creates a radially inhomogeneous (gradient) external magnetic field, which is a decreasing function in the entire, external to the device, area of space, including area intended for research. A positive quality of such a magnetic system is that resonance conditions are generated automatically, since a region of space can always be found in a gradient magnetic field in which condition (1) is satisfied for a given resonance frequency. In such devices, the temperature dependence of magnetic field induction also does not directly cause problems associated with the need to maintain resonant conditions during logging. However, as B ₀ decreases with increasing temperature, the research area shifts toward the nuclear magnetic logging device itself. In other words, with increasing temperature in the well, the depth parameter of the survey decreases, which, ultimately, can lead to incorrect interpretation of the measured data. In addition, 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. 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, devices for nuclear magnetic logging with such magnetic systems have poor spatial resolution along the borehole, on the order of 1 m, but allow logging at speeds of the order of 100–200 m / h.

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.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.

Таким образом, устройства ядерного магнитного каротажа, основанные на использовании магнитных систем, формирующих в зоне исследования радиально неоднородное (градиентное) магнитное поле, характеризуются следующими недостатками: зависимость глубинности исследования от температуры; чувствительность устройства к вибрации и поперечным колебаниям; влияние на спектр времен релаксации диффузионного вклада и плохое (порядка 1 м) пространственное разрешение вдоль ствола скважины.Thus, nuclear magnetic logging devices based on the use of magnetic systems that form a radially inhomogeneous (gradient) magnetic field in the study zone are characterized by the following disadvantages: dependence of the research depth on temperature; sensitivity of the device to vibration and lateral vibrations; the effect on the spectrum of relaxation times of the diffusion contribution and poor (about 1 m) spatial resolution along the wellbore.

Выявленное заявителем из исследованного уровня техники техническое решение по патенту USA №4350955 [2] содержит магнитную систему второго типа, состоящую, как минимум, из двух соосных магнитов, намагниченных вдоль оси и расположенных одноименными полюсами друг к другу, которые генерируют в удаленной тороидальной области пространства относительно однородное (фокусированное) магнитное поле. В этой области функция радиального распределения магнитного поля проходит через максимум, а аксиального распределения – через минимум. Приемо-передающая антенна, выполненная например, в форме соленоида, располагается между магнитами.The technical solution of USA patent No. 4350955 [2], identified by the applicant from the investigated prior art, contains a second type magnetic system consisting of at least two coaxial magnets magnetized along the axis and located by the same poles to each other, which are generated in a remote toroidal region of space relatively uniform (focused) magnetic field. In this region, the radial distribution function of the magnetic field passes through the maximum, and the axial distribution passes through the minimum. The transmit-receive antenna, made for example in the form of a solenoid, is located between the magnets.

Преимуществом этого типа магнитных систем является 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 из-за диффузионного вклада повлиять на спектр времен релаксации. Кроме этого, устройства ядерного магнитного каротажа с таким типом магнитных систем имеют существенно меньшую чувствительность ЯМР сигнала к поперечным колебаниям и вибрации, а также существенное улучшение (до 0.1 м и меньше) характеристики пространственного разрешения вдоль ствола скважины. Еще одним преимуществом магнитных систем такого типа является то, что 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 [3]). Одним из главных недостатков является температурная зависимость индукции магнитного поля в таких устройствах, которая даже при использовании магнитов из материала с малым температурным коэффициентом (SmCb), представляет большую проблему, так как при изменении температуры условие резонанса (1) перестает выполняться одновременно для всей исследуемой зоны. Это первый общий недостаток устройств для ядерного магнитного каротажа с указанным типом магнитных систем. The advantage of this type of magnetic system is the 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, and due to the fact that the signal is recorded in the absence of a strong magnetic field gradient, which can affect the diffusion contribution on the spectrum of relaxation times. In addition, nuclear magnetic logging devices with this type of magnetic system have a significantly lower sensitivity of the NMR signal to transverse vibrations and vibrations, as well as a significant improvement (up to 0.1 m or less) of the spatial resolution characteristics along the wellbore. Another advantage of magnetic systems of this type is that 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 [3]). One of the main drawbacks is the temperature dependence of the magnetic field induction in such devices, which even when using magnets made of a material with a low temperature coefficient (SmCb) is a big problem, since when the temperature changes, the resonance condition (1) ceases to be satisfied simultaneously for the entire studied zone . This is the first common drawback of nuclear magnetic logging devices with the indicated type of magnetic systems.

Второй общий недостаток устройств для ядерного магнитного каротажа с указанным типом магнитных систем состоит в необходимости проводить каротаж с малыми скоростями (не более 30 м/час), так как из-за эффектов движения устройства вдоль оси скважины регистрируемый в течение времени действия импульсной последовательности спектр времен релаксации искажается, причем тем больше, чем больше значения времен релаксации и больше скорость каротажа. The second common drawback of devices for nuclear magnetic logging with the indicated type of magnetic systems is the need to log at low speeds (not more than 30 m / h), because due to the effects of the device moving along the axis of the well, the spectrum of times recorded during the duration of the pulse sequence the relaxation is distorted, and the more, the greater the values of the relaxation times and the greater the logging speed.

В выявленных заявителем технических решениях по патентам RU №2230345 [4] и RU №2645909 [5] проблема температурной зависимости индукции магнитного поля в устройствах ядерного магнитного каротажа решается путем компенсации температурных изменений магнитной индукции основных магнитов, генерирующих в удаленной тороидальной области пространства относительно однородное (фокусированное) магнитное поле, в процессе каротажа за счет введения дополнительных элементов конструкции, таких, как дополнительные магниты и/или подмагничивающие катушки.In the technical solutions identified by the applicant for patents RU No. 2230345 [4] and RU No. 2645909 [5], the problem of the temperature dependence of the magnetic field induction in nuclear magnetic logging devices is solved by compensating for temperature changes in the magnetic induction of the main magnets that are relatively uniform in the remote toroidal region of space ( focused) magnetic field during the logging process due to the introduction of additional structural elements, such as additional magnets and / or magnetizing coils.

Так в техническом решении по патенту RU №2230345 [4] для достижения технического результата в устройство введены 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 патенте RU №2230345 [4] достигается тем, что путем изменения тока в катушках 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. So in the technical solution according to the patent RU No. 2230345 [4] to achieve a technical result, two additional axially magnetized magnets are introduced into the device, which are mounted coaxially from the outer 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 the patent RU No. 2230345 [4] is achieved by the fact that by changing the current in the coils provides a change in the gap between the poles of the main magnets, which leads to a change in the value of the magnetic field in the maximum region 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, the data acquisition speed increases to obtain a spectrum of relaxation times.

К недостаткам технического решения по патенту RU №2230345 [4] относятся сложность его реализации, а также то, что при изменении зазора между магнитами изменяется не только значение магнитного поля на максимуме его радиальной функции распределения, но и радиальное положение этого максимума. Таким образом, применение для компенсации температурной зависимости магнитного поля постоянных магнитов технического решения по патенту RU №2230345 [4] сопровождается уменьшением параметра глубинности исследования, что сказывается на качестве получаемой в результате проведения каротажа информации.The disadvantages of the technical solution according to patent RU No. 2230345 [4] include the difficulty of its implementation, as well as the fact that when the gap between the magnets changes, not only does the magnetic field at the maximum of its radial distribution function change, but also the radial position of this maximum. Thus, the use for compensating the temperature dependence of the magnetic field of permanent magnets of the technical solution according to patent RU No. 2230345 [4] 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.

При этом недостаток, связанный с влиянием скорости каротажа на качество проводимых измерений в патенте RU №2230345 [4], также не решается.However, the disadvantage associated with the influence of the logging speed on the quality of the measurements in the patent RU No. 2230345 [4] is also not solved.

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, и в этой 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 эхо ЯМР. По зависимости амплитуд сигналов эха от времени в течение действия последовательности судят о временах или спектрах времен поперечной релаксации (Т₂), а по зависимости амплитуд сигналов эха от периода времени между последовательностями - о временах или спектрах времен продольной (Т₁) 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, and in this region, a radio-frequency transceiver coil at a nuclear magnetic frequency p resonances 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.

Итак, 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 °С до +100 °С, 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%.So, a common drawback of devices for nuclear magnetic logging with permanent magnets 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 ° С to +100 ° С, leads to a decrease in the magnetic field by 4 percent or more, which is a significant drawback. 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%.

Для устройств ядерного магнитного каротажа с магнитными системами второго типа, генерирующими в удаленной тороидальной области пространства относительно однородное (фокусированное) магнитное поле, еще одним существенным и общим недостатком является ограниченный диапазон скоростей каротажа из-за влияния на спектр регистрируемых времен релаксации эффектов смещения зоны исследования относительно устройства во время его движения.For nuclear magnetic logging devices with magnetic systems of the second type, which generate a relatively uniform (focused) magnetic field in a remote toroidal region of space, another significant and general drawback is the limited range of logging velocities due to the influence on the spectrum of recorded relaxation times of the effects of the displacement of the study zone relative to devices while it is moving.

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 RU №2645909 [5], «Способ ядерного магнитного каротажа и устройство для его реализации».The closest to the essence of the stated purpose of the claimed invention, as well as the largest number of matching features and purpose, as a prototype, the applicant chose the technical solution according to patent RU No. 2645909 [5], "Method of nuclear magnetic logging and device for its implementation".

Сущность способа заключается в том, что осуществляют перемещение устройства для каротажа вдоль скважины, 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 эхо от времени вычисляют спектры времен поперечной и продольной релаксаций и рассчитывают характеристики подземных формирований. The essence of the method lies in the fact that the logging device is moved along the well, 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 studied region in the rock mass , in the same area of a radio-frequency transmitter-receiver coil at a frequency of nuclear magnetic resonance create a series of radio-frequency pulses forming polarizations This is perpendicular to the constant magnetic field, an alternating magnetic field, and using these same coils in the intervals between the radio frequency pulses, the signals of the NMR spin echo are recorded. The time spectra of transverse and longitudinal relaxation are calculated from the amplitude of the echo signals versus time and the characteristics of the underground formations are calculated.

Особенность способа состоит в том, что для исключения влияния на амплитуду сигналов эхо температурной зависимости магнитного поля, создаваемого основными постоянными магнитами, в двух катушках подмагничивания, конструктивно установленных так, что протекающий по ним ток может формировать в удаленной зоне исследования магнитное поле, дополнительное к полю основных магнитов, непосредственно в ходе каротажа изменяют ток так, чтобы значение результирующего магнитного поля в исследуемой зоне сохранялось таким, при котором соблюдаются наилучшие условия получения максимума сигнала ЯМР, и значение глубинности исследования. A feature of the method is that in order to exclude the influence on the amplitude of the echo signals of the temperature dependence of the magnetic field generated by the main permanent magnets, in two magnetization coils, which are structurally installed so that the current flowing through them can form a magnetic field in the remote study area, additional to the field of the main magnets, directly during the logging process, the current is changed so that the value of the resulting magnetic field in the studied area is maintained such that uchshie conditions obtain maximum NMR signal, and the value depth studies.

Сущность устройства по техническому решению патента RU №2645909 [5], содержащему 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 эхо 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 цифро-аналоговый преобразователь с процессором, и программатор импульсной последовательности, заключается в том, что с целью исключения влияния на амплитуду сигналов эха температурной зависимости магнитного поля, создаваемого основными постоянными магнитами, без ухудшения характеристики глубинности исследования и упрощения конструкции устройства катушки подмагничивания жестко фиксируют непосредственно на полюсах постоянных магнитов или наматывают на них так, чтобы создаваемые ими магнитные поля в зоне исследования суммировались и были параллельны магнитному полю постоянных магнитов, подключают последовательно или параллельно к усилителю тока, связанному через цифро-аналоговый преобразователь с процессором и регулируют ток, создавая дополнительное магнитное поле, компенсирующее температурное изменение значения магнитного поля основных магнитов без изменения характеристики глубинности исследования.The essence of the device according to the technical solution of patent RU No. 2645909 [5], which contains for receiving in the studied region 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, transmitting and receiving coil excitation of NMR spin echo signals and their reception during the action of a sequence of radio frequency pulses located in the gap between the magnets so that the magnetic component of the radio frequency field in the studied area 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-to-analog converter with a processor, and a pulse sequence programmer, consist in that, in order to exclude the influence of the temperature dependence of the magnetic field generated by the main permanent magnets on the amplitude of the echo signals without affecting the characteristics of The bins of investigation and simplification of the design of the magnetization coil device are rigidly fixed directly on the poles of the permanent magnets or wound on them so that the magnetic fields created by them in the study area are summed up and parallel to the magnetic field of the permanent magnets, connected in series or parallel to a current amplifier connected via digital an analog converter with a processor and regulate the current, creating an additional magnetic field that compensates for the temperature change in the value of ma main-magnetic field of the magnets without changing the characteristics of the depth of investigation.

Таким образом, в целом, в прототипе предложено техническое решение, представляющее собой магнитную систему, которая для генерации в удаленной тороидальной области пространства относительно однородного (фокусированного) магнитного поля содержит два соосных постоянных магнита, намагниченных вдоль оси и расположенных одноименными полюсами друг к другу, а также две подмагничивающих катушки, жестко фиксированные на полюсах постоянных магнитов или намотанные непосредственно на них так, чтобы при пропускании электрического тока через катушки в области исследования формировалось дополнительное магнитное поле, позволяющее компенсировать в процессе каротажа температурные изменения магнитной индукции постоянных магнитов путем регулировки тока в подмагничивающих катушках. Thus, in general, the prototype proposed a technical solution, which is a magnetic system, which for generating in a remote toroidal region of space a relatively uniform (focused) magnetic field contains two coaxial permanent magnets magnetized along the axis and located by the same poles to each other, and also two magnetizing coils, rigidly fixed at the poles of permanent magnets or wound directly on them so that when passing an electric current through the kata In the field of investigation, an additional magnetic field was formed, which made it possible to compensate for the temperature changes in the magnetic induction of permanent magnets during logging by adjusting the current in the magnetizing coils.

Технический результат в патенте RU №2645909 [5] достигается тем, что в подмагничивающих катушках, подключенных к усилителю тока, вход которого связан с выходом ЦАП, который по командам, поступающим с общей шины процессора, обеспечивает изменение тока в катушках так, чтобы суммарное магнитное поле постоянных магнитов и подмагничивающих катушек в зоне исследования сохранялась постоянным независимо от окружающей температуры. В результате для заданной резонансной частоты сохраняется условие резонанса (1), при котором амплитуда сигнала ЯМР и скорость набора данных для получения спектра времен релаксации максимальны. При этом, в отличие от патента RU №2230345 [4], техническое решение по прототипу RU №2645909 [5] решает данную задачу, сохраняя значение глубинности исследования постоянным.The technical result in the patent RU No. 2645909 [5] is achieved by the fact that in the magnetizing coils connected to the current amplifier, the input of which is connected to the output of the DAC, which, by commands from the common processor bus, provides a change in the current in the coils so that the total magnetic the field of permanent magnets and magnetizing coils in the study area was kept constant regardless of the ambient temperature. As a result, the resonance condition (1) is maintained for a given resonance frequency, under which the amplitude of the NMR signal and the speed of the data set to obtain the spectrum of relaxation times are maximum. In this case, in contrast to the patent RU No. 2230345 [4], the technical solution according to the prototype RU No. 2645909 [5] solves this problem, keeping the value of the depth of research constant.

Общий недостаток технических решений RU №2230345 [4] и прототипа RU №2645909 [5] заключается во влиянии скорости каротажа на регистрируемые спектры времен релаксации и связан с тем, что в течение времени регистрации сигналов ЯМР в импульсной последовательности КПМГ устройство ядерного магнитного каротажа в целом смещается вместе с магнитной системой относительно области пространства породы, в которой первым импульсом в последовательности был возбужден сигнал ЯМР. Так, например, при типичной скорости каротажа 100 м/час за время импульсной последовательности длительностью 1 сек происходит смещение зоны исследования на 3.6 см, что сравнимо с аксиальным размером (до 10 см) этой зоны. При этом на регистрируемый в течение времени действия последовательности радиочастотных импульсов КПМГ спектр времен релаксации влияют два основных фактора, обусловленных движением устройства вдоль ствола скважины:A common drawback of technical solutions RU No. 2230345 [4] and prototype RU No. 2645909 [5] is the influence of the logging speed on the recorded spectra of relaxation times and is associated with the fact that the whole nuclear magnetic logging device during the time of recording NMR signals in the KPMG pulse sequence is shifted together with the magnetic system relative to the rock space region in which the NMR signal was excited by the first pulse in the sequence. So, for example, at a typical logging speed of 100 m / h during the pulse sequence lasting 1 second, the research zone is shifted by 3.6 cm, which is comparable with the axial size (up to 10 cm) of this zone. In this case, the spectrum of relaxation times recorded over the course of the action of a sequence of radio frequency pulses of KPMG is influenced by two main factors due to the movement of the device along the wellbore:

выход части поляризованных и возбуждённых ядерных магнитных моментов из зоны чувствительности прибора;the exit of a part of polarized and excited nuclear magnetic moments from the sensitivity zone of the device;

дополнительная расфазировка эхо-сигналов в последовательности КПМГ за счет аксиальной неоднородности магнитного поля в области чувствительности прибора.additional misphasing of echoes in the KPMG sequence due to axial inhomogeneity of the magnetic field in the sensitivity region of the device.

Формально, первый фактор может быть учтен, так как его влияние линейно связано со скоростью каротажа. Второй же фактор не поддается простой корректировке, так как распределение напряженности магнитного поля в зоне чувствительности в аксиальном направлении нелинейно. В результате эффект движения устройства вдоль ствола скважины приводит к искажению спектра регистрируемых времен релаксации, так как искажение оказывается тем больше, чем больше времена релаксации и чем больше скорость каротажа. В конечном счете, это приводит к неверной трактовке данных каротажа. Для получения качественных результатов измерений скорость каротажа с использованием устройств ядерного магнитного каротажа с таким типом магнитных систем необходимо ограничивать значением порядка 30-50 м/час. Однако такое ограничение скорости увеличивает общее время исследования, особенно при исследовании больших горизонтов, так, что в ряде случаев само проведение каротажа может стать нерентабельным.Formally, the first factor can be taken into account, since its influence is linearly related to the logging speed. The second factor does not lend itself to simple adjustment, since the distribution of the magnetic field strength in the sensitivity zone in the axial direction is nonlinear. As a result, the effect of the device moving along the wellbore leads to a distortion of the spectrum of recorded relaxation times, since the distortion turns out to be the greater, the longer the relaxation times and the greater the logging speed. Ultimately, this leads to an incorrect interpretation of the logging data. To obtain high-quality measurement results, the logging speed using nuclear magnetic logging devices with this type of magnetic system must be limited to a value of about 30-50 m / h. However, such a speed limit increases the total time of the study, especially when exploring large horizons, so that in some cases the logging itself can become unprofitable.

Заявленное техническое решение направлено на устранение указанного недостатка прототипа, как по способу реализации каротажа, так и по устройству, используемому для каротажа в заявленном способе, а в целом, на выполнение эффективных исследований по каротажу в более широком диапазоне скоростей каротажа. The claimed technical solution is aimed at eliminating the indicated drawback of the prototype, both by the method of logging and by the device used for logging in the inventive method, and, in general, by performing effective logging studies in a wider range of logging speeds.

Целью и техническим результатом предлагаемого изобретения является разработка способа ядерного магнитного каротажа и устройства для реализации указанного способа, применение которых должно обеспечивать возможность расширения диапазона скоростей каротажа при сохранении способности регулирования в процессе каротажа значения фокусированного магнитного поля в области исследования для компенсации температурной зависимости остаточной индукции постоянных магнитов без ухудшения характеристики глубинности исследования. The aim and technical result of the invention is the development of a nuclear magnetic logging method and a device for implementing this method, the application of which should provide the possibility of expanding the range of logging speeds while maintaining the ability to control the focused magnetic field in the study area to compensate for the temperature dependence of the residual induction of permanent magnets without deteriorating the characteristics of the depth of the study.

Цель и технический результат достигается тем, что заявлен способ ЯМР каротажа, заключающийся в том, что осуществляют перемещение устройства для каротажа вдоль скважины, двумя размещенными соосно цилиндрическими основными постоянными магнитами, сориентированными одноименными полюсами друг к другу, создающими постоянное магнитное поле, поляризованное в перпендикулярном направлении к продольной оси магнитов в исследуемой области в толще породы, в этой же области путем задания тока в подмагничивающих катушках создают дополнительное магнитное поле, компенсирующее температурную зависимость магнитной индукции постоянных магнитов и 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, в течение времени действия импульсной последовательности КПМГ набирают спектр времен поперечной и продольной релаксаций и рассчитывают характеристики подземных формирований, характеризующийся тем, что для обеспечения возможности компенсации влияния скорости движения устройства ядерного магнитного каротажа вдоль ствола скважины на регистрируемые спектры времен релаксации и обеспечения возможности расширения диапазона скоростей каротажа при сохранении способности регулирования в процессе каротажа значения фокусированного магнитного поля в области исследования, а также для обеспечения возможности компенсации температурной зависимости остаточной индукции постоянных магнитов без ухудшения характеристики глубинности исследования, непосредственно перед началом действия импульсной последовательности в подмагничивающих катушках задают разницу токов при сохранении суммарного значения, так, чтобы зона исследования, а именно зона, в которой выполняются условия ядерного магнитного резонанса - аксиально сместилась относительно плоскости, проходящей через центр зазора между магнитами перпендикулярно оси магнитов, в сторону движения устройства на величину ∆Zо, равную половине произведения заданных значений скорости каротажа V и времени T действия импульсной последовательности КПМГ, далее в течение времени действия импульсной последовательности линейно изменяют значение разницы токов в катушках с такой скоростью, чтобы к концу действия импульсной последовательности зона исследования аксиально сместилась относительно плоскости, проходящей через указанный геометрический центр магнитной системы, в обратную от направления движения устройства сторону на величину -∆Zо, синхронно с началом действия следующего цикла импульсной последовательности радиочастотных импульсов последовательность действий по управлению токами в катушках повторяют с периодом, равным установленному периоду следования импульсных последовательностей, при этом начальные и конечные значения тока, а также направление и скорость изменения тока в катушках на участке линейной зависимости определяют, исходя из требования неизменности, в течение всей длительности импульсной последовательности координат исследуемой зоны относительно самой скважины с учетом заданных значений скорости каротажа V и времени действия импульсной последовательности T, а суммарное значение тока в катушках подмагничивания, обеспечивающее компенсацию температурной зависимости магнитной индукции постоянных магнитов, в течение процесса набора данных сохраняют постоянным или изменяют асинхронно по отношению к импульсной последовательности опираясь на данные, например, телеметрии. The purpose and technical result is achieved by the fact that the declared method of NMR logging, which consists in the fact that the moving device for logging along the well, two coaxially arranged main cylindrical permanent magnets oriented by the same poles to each other, creating 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 by setting the current in the magnetizing coils create an additional a magnetic field that compensates for the temperature dependence of the magnetic induction of permanent magnets and in the same area of the radio-frequency receiving and transmitting coil create an alternating magnetic field polarized perpendicular to the constant magnetic field, using the receiving coils register the NMR signal, the amplitude of which, all other things being equal, is determined by the accuracy of the resonance conditions , during the duration of the KPMG pulse sequence, the spectrum of times of transverse and longitudinal relaxation and calculation there are characteristics of underground formations, characterized in that in order to compensate for the influence of the speed of the nuclear magnetic logging device along the wellbore on the recorded spectra of relaxation times and to provide the possibility of expanding the range of logging speeds while maintaining the ability to control the value of the focused magnetic field in the study area, as well as to enable compensation of the temperature dependence of the residual induction of permanent magnets without deteriorating the depth of study characteristics, immediately before the start of the pulse sequence in the magnetizing coils, they set the current difference while maintaining the total value, so that the research area, namely the area in which the conditions of nuclear magnetic resonance are satisfied, is axially shifted relative to the plane passing through the center of the gap between the magnets perpendicular to the axis of the magnets, in the direction of movement of the device by ∆Zо equal to half the product of the given values of the logging speed V and the time T of the action of the KPMG pulse sequence, then during the duration of the pulse sequence linearly change the value of the current difference in the coils at such a speed that by the end of the pulse sequence the research area is axially shifted relative to the plane passing through the indicated geometric center of the magnetic system, in the opposite direction from the direction of movement of the device by -ΔZо, synchronously with the beginning of the next cycle of impulse of the sequence of radio frequency pulses, the sequence of actions for controlling the currents in the coils is repeated with a period equal to the set period of the pulse sequences, the initial and final values of the current, as well as the direction and rate of change of current in the coils in the linear dependence section, are determined based on the requirement of immutability, throughout the duration of the pulse sequence of coordinates of the studied zone relative to the well itself, taking into account the specified values of speed k rotazha V T impulse and action time sequence, and the total value of the bias current in the coils, providing compensation of the temperature dependence of the magnetic induction permanent magnets within the dataset process remain constant or change asynchronously with respect to a pulse sequence based on data such as telemetry.

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 эхо 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 цифро-аналоговый преобразователь с процессором, программатор импульсной последовательности и две подмагничивающие катушки, жестко фиксированные непосредственно на полюсах постоянных магнитов или намотанных непосредственно на них, характеризующееся тем, что с целью обеспечения компенсации влияния скорости движения устройства ядерного магнитного каротажа вдоль ствола скважины на регистрируемые спектры времен релаксации и расширения диапазона скоростей каротажа при сохранении способности регулирования в процессе каротажа значения фокусированного магнитного поля в области исследования для компенсации температурной зависимости остаточной индукции постоянных магнитов без ухудшения характеристики глубинности исследования дополнительно введен второй управляемый генератор тока, соединенный через второй ЦАП с общей шиной процессора, и подключена одна из подмагничивающих катушек к выходам первого, а вторая – к выходам второго усилителя тока и осуществлено управление токами в подмагничивающих катушках, при этом суммарный ток в катушках обеспечивает компенсацию температурной зависимости магнитной индукции постоянных магнитов, а разностный ток и скорость его изменения во времени обеспечивают аксиальное смещение относительно корпуса устройства области выполнения условий ядерного магнитного резонанса синхронно с действием импульсной последовательности так, чтобы область породы, в которой в начале импульсной последовательности был создан сигнал ЯМР, оставалась постоянной (неподвижной) во время регистрации всей последовательности сигналов эхо, независимо от скорости движения устройства ядерного магнитного каротажа вдоль скважины.A device for nuclear magnetic logging, containing for the formation in the studied 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 receiving during the action of a sequence of radio frequency pulses located in the gap between the magnets so that the magnetic component of the radio frequency field in of the current 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-to-analog converter with a processor, a pulse sequence programmer and two magnetizing coils, were fixed directly at the poles of permanent magnets or wound directly on them, characterized in that in order to provide compensation for the influence of the speed of iznogo device nuclear magnetic logging along the wellbore on the recorded spectra of relaxation times and expanding the range of velocities of the logging while maintaining the ability to control during logging the value of the focused magnetic field in the study area to compensate for the temperature dependence of the residual induction of permanent magnets without compromising the depth of study additionally introduced a second controlled generator current connected through the second DAC with a common processor bus, and one of the magnetizing coils is connected to the outputs of the first, and the second to the outputs of the second current amplifier and currents in the magnetizing coils are controlled, while the total current in the coils compensates the temperature dependence of the magnetic induction of permanent magnets, and the difference current and its rate of change in time provide axial displacement relative to the device case of the nuclear magnetic resonance conditions fulfillment region synchronously with the action of the pulse sequence so that The rock mass in which the NMR signal was generated at the beginning of the pulse sequence remained constant (stationary) during the registration of the entire sequence of echo signals, regardless of the speed of the nuclear magnetic logging device along the well.

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 размещёнными соосно цилиндрическими основными постоянными магнитами, сориентированными одноименными полюсами друг к другу, создающими постоянное магнитное поле, поляризованное в перпендикулярном направлении к продольной оси магнитов в исследуемой области в толще породы, в этой же области путем задания тока в подмагничивающих катушках создают дополнительное магнитное поле, компенсирующее температурную зависимость магнитной индукции постоянных магнитов и 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, далее 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 oriented to one another, creating a constant magnetic field polarized in the perpendicular direction to the longitudinal axis of the magnets in the thickness of the region under study rocks, in the same area by setting the current in magnetizing coils create an additional magnetic field that compensates for the temperature dependence of magnetic induction of permanent magnets and in the same area of the radio-frequency receiving and transmitting coil create an alternating magnetic field polarized perpendicular to the constant magnetic field, using the receiving coils register the NMR signal, the amplitude of which, ceteris paribus, is determined by the accuracy of the resonance conditions, then the time spectrum of the transverse and longitudinal relaxations and calculate the characteristics of underground formations.

Особенность способа заключается в том, что компенсацию влияния скорости движения устройства ядерного магнитного каротажа вдоль ствола скважины осуществляют путем регулирования синхронно с действием импульсной последовательности разностного тока в катушках подмагничивания, подключенных к двум управляемым усилителям тока, так, что суммарный ток в катушках обеспечивает компенсацию температурной зависимости магнитной индукции постоянных магнитов, а разностный ток в них обеспечивает смещение области выполнения условий ядерного магнитного резонанса синхронно с действием импульсной последовательности так, чтобы область породы, в которой в начале импульсной последовательности был создан сигнал ЯМР, оставалась постоянной и неподвижной во время регистрации всей последовательности сигналов эха, независимо от скорости движения устройства ядерного магнитного каротажа вдоль скважины. Для этого, непосредственно перед началом действия импульсной последовательности в подмагничивающих катушках задают начальную разницу токов ∆Io при сохранении суммарного, или задают его заново, так, чтобы зона исследования – зона, в которой выполняются условия ядерного магнитного резонанса - аксиально сместилась относительно плоскости, проходящей через центр зазора между магнитами перпендикулярно оси магнитов, в сторону движения устройства на величину ∆Zo, равную половине произведения заданных значений скорости каротажа V и времени T действия импульсной последовательности КПМГ, затем в течение времени действия импульсной последовательности линейно изменяют значение разницы токов в катушках так, чтобы к концу действия импульсной последовательности зона исследования аксиально сместилась относительно плоскости, проходящей через указанный геометрический центр магнитной системы, в обратную от направления движения устройства сторону на величину -∆Zo, синхронно с началом действия следующего цикла импульсной последовательности радиочастотных импульсов, последовательность действий по управлению токами в катушках повторяют с периодом, равным установленному периоду следования импульсных последовательностей, при этом, начальные и конечные значения тока, а также направление и скорость изменения тока в катушках на участке линейной зависимости определяют исходя из требования неизменности в течение всей длительности импульсной последовательности координат исследуемой зоны относительно самой скважины с учетом заданных значений скорости каротажа V и времени действия импульсной последовательности T, а суммарное значение тока в катушках подмагничивания, обеспечивающее компенсацию температурной зависимости магнитной индукции постоянных магнитов, в течение процесса набора данных сохраняют постоянным. Начальное значение ∆Io разницы токов в катушках подмагничивания предварительно вычисляют по соотношению: The peculiarity of the method lies in the fact that the compensation of the influence of the speed of the nuclear magnetic logging device along the wellbore is carried out by controlling synchronously with the action of the pulse sequence of the differential current in the magnetization coils connected to two controlled current amplifiers, so that the total current in the coils provides compensation for the temperature dependence magnetic induction of permanent magnets, and the differential current in them provides a shift in the area of fulfillment of conditions of nuclear magnesium resonance synchronously with the action of the pulse sequence so that the region of the rock in which the NMR signal was generated at the beginning of the pulse sequence remains constant and stationary during the recording of the entire sequence of echo signals, regardless of the speed of the nuclear magnetic logging device along the well. For this, immediately before the start of the pulse sequence in the magnetizing coils, set the initial current difference ΔIo while maintaining the total, or set it again so that the study area — the zone in which the conditions of nuclear magnetic resonance are satisfied — is axially shifted relative to the plane passing through the center of the gap between the magnets perpendicular to the axis of the magnets, in the direction of movement of the device by ΔZo equal to half the product of the specified values of the logging speed V and time T d the action of the KPMG pulse sequence, then during the duration of the pulse sequence the current difference in the coils is linearly changed so that by the end of the pulse sequence the study area is axially shifted relative to the plane passing through the indicated geometric center of the magnetic system, in the opposite direction from the direction of the device -ΔZo value, synchronously with the beginning of the next cycle of the pulse sequence of radio frequency pulses, the follower the actions to control the currents in the coils are repeated with a period equal to the set period of the pulse sequences, and the initial and final current values, as well as the direction and rate of change of current in the coils in the linear dependence section, are determined based on the requirement of invariance over the entire duration of the pulse the sequence of coordinates of the studied zone relative to the well itself, taking into account the specified values of the logging speed V and the duration of the pulse sequence T, and with the total value of the current in the magnetization coils, providing compensation for the temperature dependence of the magnetic induction of permanent magnets, is kept constant during the data acquisition process. The initial value ∆Io of the current difference in the magnetization coils is preliminarily calculated by the ratio:

2∆Io=К*Т*V , (2)2∆Io = K * T * V, (2)

где размерный коэффициент К является индивидуальной характеристикой практической реализации устройства, зависит от параметров (размеры, форма, количество витков) подмагничивающих катушек, а также от начальной магнитной индукции постоянных магнитов, их длины и зазора между ними. where the dimensional coefficient K is an individual characteristic of the practical implementation of the device, depends on the parameters (dimensions, shape, number of turns) of the magnetizing coils, as well as on the initial magnetic induction of permanent magnets, their length and the gap between them.

На практике коэффициент К предварительно определяется из измеренной для конкретной реализации устройства зависимости ∆Z от ∆I , аппроксимируемой выражением: In practice, the coefficient K is preliminarily determined from the dependence ΔZ on ΔI measured for a particular implementation of the device, approximated by the expression:

∆Z = К*∆I. (3) ΔZ = K * ΔI. (3)

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

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

На Фиг. 2 представлена блок-схема устройства и реализации способа; In FIG. 2 shows a block diagram of a device and method implementation;

На Фиг. 3 приведена временная диаграмма следования импульсных последовательностей и синхронизированные с ней функции времени для разностного тока в подмагничивающих катушках, а также для суммарного тока, предназначенного для компенсации температурной зависимости магнитной индукции постоянных магнитов. In FIG. Figure 3 shows the time diagram of the sequence of pulsed sequences and the time functions synchronized with it for the differential current in the magnetizing coils, as well as for the total current intended to compensate for the temperature dependence of the magnetic induction of permanent magnets.

Устройство для ЯМР каротажа состоит из следующих основных структурных элементов (Фиг. 1): 1- корпус; 2 -первый постоянный магнит; 3 -второй постоянный магнит; 4 - приемно-передающая катушка; 5 - блок электроники; 6- первая подмагничивающая катушка; 7 – вторая подмагничивающая катушка. Цифрой 8 –обозначена схематически показанная тороидальная область исследования, в которой за счет магнитов 2 и 3 формируются условия резонанса (1). Исходно, эта область лежит на плоскости 9, проходящей через центр зазора между постоянными магнитами перпендикулярно оси магнитов или устройства в целом. При введении в подмагничивающие катушки разницы токов ∆Io или -∆Io зона исследования смещается на величину ∆Zo (обозначено цифрой 8а) или -∆Zo (обозначено цифрой 8б).The device for NMR logging consists of the following main structural elements (Fig. 1): 1 - body; 2 - the first permanent magnet; 3 - second permanent magnet; 4 - transmit-receive coil; 5 - electronics unit; 6 - the first magnetizing coil; 7 - the second magnetizing coil. The number 8 indicates the schematically shown toroidal region of study in which the resonance conditions (1) are formed due to magnets 2 and 3. Initially, this region lies on a plane 9 passing through the center of the gap between the permanent magnets perpendicular to the axis of the magnets or the device as a whole. When current differences ΔIo or -ΔIo are introduced into the magnetizing coils, the study area is shifted by ΔZo (indicated by 8a) or -ΔZo (indicated by 8b).

Блок-схема (Фиг. 2) реализации способа и устройства для ЯМР каротажа содержит: 10 - передатчик; 11 – программатор импульсов; 12 - процессор; 13 - синтезатор частот; 14 - предусилитель; 15 - приемник; 16 - квадратурный АЦП; 17 - модем связи; 18 - блок питания; 19 - геофизический кабель; 20 - наземный модуль; 21 - датчики телеметрии; 22 – первый управляемый усилитель тока; 23 – первый ЦАП; 24 – второй управляемый усилитель тока; 25 – второй ЦАП.The block diagram (Fig. 2) of the implementation of the method and device for NMR logging contains: 10 - transmitter; 11 - pulse programmer; 12 - processor; 13 - frequency synthesizer; 14 - preamplifier; 15 - receiver; 16 - quadrature ADC; 17 - communication modem; 18 - power supply; 19 - geophysical cable; 20 - ground module; 21 - telemetry sensors; 22 - the first controlled current amplifier; 23 - the first DAC; 24 - the second controlled current amplifier; 25 - the second DAC.

Таким образом, заявляемое устройства для ядерного магнитного каротажа состоит из корпуса 1, двух аксиально намагниченных встречных постоянных магнитов 2 и 3, расположенной в зазоре между магнитами приемно-передающей катушки 4, электронного блока 5, включающего в себя блок питания 18, модем связи 17 с наземным модулем 20 посредством геофизического кабеля 19, процессора 12, на один вход которого (вход а) поступают цифровые данные с выхода квадратурного АЦП 16, а второй двунаправленный вход (вход б) соединен через шину данных с модемом связи 17, с датчиками телеметрии 21 и с одним из входов (двунаправленный вход а) программатора 11, второй вход (вход б) которого соединен с выходом синтезатора 13, а выходы соединены (выход г) с передатчиком 10 и (выход в) с управляющими входами квадратурного АЦП 16, приемника 15 и предусилителя 14, на вход (вход а) которого с приемно-передающей катушки 4 поступают сигналы ЯМР, полученные в результате генерации приемно-передающей катушкой 4 во время работы передатчика 10 переменного магнитного поля, направление которого в исследуемой среде ортогонально направлению магнитного поля постоянных магнитов 2 и 3, а также двух катушек подмагничивания 6 и 7.Thus, the inventive device for nuclear magnetic logging consists of a housing 1, two axially magnetized counter permanent magnets 2 and 3, located in the gap between the magnets of the transceiver coil 4, the electronic unit 5, which includes a power supply 18, a communication modem 17 with ground module 20 through a geophysical cable 19, processor 12, one input of which (input a) receives digital data from the output of the quadrature ADC 16, and the second bidirectional input (input b) is connected via a data bus to the communication modem 17, from the dates Telemetry 21 and with one of the inputs (bi-directional input a) of the programmer 11, the second input (input b) of which is connected to the output of the synthesizer 13, and the outputs are connected (output d) with the transmitter 10 and (output c) with the control inputs of the quadrature ADC 16 , receiver 15 and preamplifier 14, to the input (input a) of which NMR signals are received from the transmitter-receiver coil 4, obtained as a result of the transmitter-receiver coil 4 being generated during operation of the transmitter 10 of an alternating magnetic field, the direction of which in the medium being studied is orthogonal to the direction The magnetic field of the permanent magnets 2 and 3, as well as two magnetization coils 6 and 7.

Особенностью заявленного устройства является то, что две катушки подмагничивания 6 и 7 подключены независимо к выходам усилителя тока 22 и дополнительно введенного усилителя тока 24, соединенных с общей шиной (на Фиг.2 выделено жирным) процессора 12 через соответствующие ЦАП 23 и дополнительно введенного ЦАП 25, что обеспечивает возможность независимого управления значениями тока в каждой из подмагничивающих катушек по командам, поступающим с общей шины процессора 12, которые могут быть синхронизированы с работой программатора импульсов 11, например, по линии связи процессора 12 с квадратурным АЦП. A feature of the claimed device is that two magnetization coils 6 and 7 are connected independently to the outputs of the current amplifier 22 and an additionally introduced current amplifier 24 connected to a common bus (shown in bold in FIG. 2) of the processor 12 through the corresponding DACs 23 and an additionally introduced DAC 25 that allows independent control of the current values in each of the magnetizing coils according to the commands received from the processor bus 12, which can be synchronized with the operation of the pulse programmer 11, on Example by processor communication line 12 to a quadrature ADC.

При задании значений токов в подмагничивающих катушках разными, зона исследования, в которой соблюдается условие резонанса (1), аксиально смещается в соответствии с (2) и (3) относительно перпендикулярной к оси устройства плоскости 9, проходящей через центр зазора между постоянными магнитами. Другими словами, путем задания разницы значений токов в подмагничивающих катушках достигается эффект аксиального смещения зоны исследования относительно магнитной системы и, следовательно, относительно всего корпуса устройства ядерного магнитного каротажа. When setting the values of the currents in the magnetizing coils different, the study area in which the resonance condition (1) is met is axially shifted in accordance with (2) and (3) relative to the plane 9 perpendicular to the device axis passing through the center of the gap between the permanent magnets. In other words, by setting the difference in the values of the currents in the magnetizing coils, the effect of the axial displacement of the study area relative to the magnetic system and, therefore, relative to the entire body of the nuclear magnetic logging device is achieved.

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 13. Таким образом, все частоты и временные интервалы прибора когерентны, что позволяет при соответствующем выборе частоты f_dдискретизации квадратурного АЦП 16 по отношению к значению f₀ (например, f_d=4f₀) осуществлять цифровой принцип квадратурного детектирования сигнала ЯМР. Программатор 11 формирует в соответствии с заданной программой заданное количество радиочастотных импульсов необходимой длительности для активации работы передатчика 10, а также все интервалы между радиочастотными импульсами, включая и интервалы времени для измерения сигналов эхо. На время измерения сигналов эха программатором вырабатываются управляющие импульсы для перевода в активный режим предусилителя 14 и приемника 15, а также формируются импульсы синхронизации работы АЦП 16 на частоте дискретизации f_d. Измеренные данные с АЦП в цифровом виде поступают на вход процессора 12, 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 17 по геофизическому кабелю 19 в наземный модуль 20. 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 generated with high temperature stability in the frequency synthesizer 13. Thus, all frequencies and time intervals of the device are coherent, which allows for a suitable choice of the sampling frequency f _d of quadrature ADC 16 sampling with respect to To the value of f ₀ (for example, f _d = 4f ₀ ) to implement the digital principle of quadrature detection of the NMR signal. The programmer 11 generates, in accordance with a predetermined program, a predetermined number of radio frequency pulses of the required duration to activate the operation of the transmitter 10, as well as all intervals between radio frequency pulses, including time intervals for measuring echo signals. At the time of measuring the echo signals, the programmer generates control pulses for putting the preamplifier 14 and receiver 15 into active mode, and synchronization pulses of the ADC 16 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 12, 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 17 via geophysical cable 19 to the ground module 20.

В наземном модуле поступившие данные анализируются и записываются, в то время как устройство для ядерного магнитного каротажа, двигаясь с заданной скоростью V 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 программа или алгоритмы предварительной обработки данных поступают в процессор 12 и далее в программатор 11, а также в синтезатор частот 13. In the ground module, the incoming data is analyzed and recorded, while the device for nuclear magnetic logging, moving with a given speed V 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 the processor 12 and then to the programmer 11 and also to the frequency synthesizer 13 .

В управляемых усилителях тока 22 и 24 начальное суммарное значение тока в подмагничивающих катушках 6 и 7 может быть задано 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 2 и 3. В скважинах температура может сильно отличаться от нормальной, как в правило, в сторону положительных значений, что будет приводить, соответственно, к уменьшению значения B₀. С датчиковтелеметрии 21, включающих, как правило, и датчики температуры магнитов, информация об изменении температуры магнитов поступает в процессор 12, где она может обрабатываться по соответствующему алгоритму, учитывающему температурную зависимость остаточной индукции постоянных магнитов, и поступать в виде команды на изменение в подмагничивающих катушках значения суммарного тока в управляемые усилители тока 22 и 24 через ЦАП 23 и ЦАП 25, соответственно. При одинаковых эффективностях катушек 6 и 7 значения токов по модулю в обеих катушках задаются одинаковыми, а их знаки определяются только полярностью подключения выводов катушек к выходам усилителя тока, так чтобы каждая из катушек создавала в удаленной зоне исследования одинаковое по знаку и величине дополнительное магнитное поле, в сумме компенсирующее температурный уход магнитной индукции постоянных магнитов. Заданное таким образом суммарное значение токов в катушках 6 и 7 формирует в зоне исследования суммарное дополнительное магнитное поле, компенсирующее температурный уход значения B₀постоянных магнитов, и может быть изменено только при поступлении соответствующей команды с процессора 12 на основании обработки данных телеметрии или непосредственно по команде оператора. Таким образом, команды на изменение суммарного тока в катушках 6 и 7 поступают асинхронно по отношению к работе программатора импульсов 11, формирующего с заданным периодом заданную длительность импульсной последовательности радиочастотных импульсов и импульсов активации квадратурного АЦП 16. При одинаковых токах в подмагничивающих катушках 6 и 7 значения создаваемых ими дополнительных полей имеют только радиальное распределение, но одинаковы в плоскости 9, лежащей перпендикулярно к оси устройства и проходящей через геометрический центр зазора между катушками. В этом случае создаваемое катушками 6 и 7 дополнительное магнитное поле не изменяет аксиальное положение зоны исследования 8 (Фиг. 1) относительно плоскости 9, проходящей через центр зазора между постоянными магнитами 2 и 3. In the controlled current amplifiers 22 and 24, the initial total current value in the magnetizing coils 6 and 7 can be set to zero if the device was properly prepared before logging. That is, the resonance frequency f₀ was established in accordance with the resonance condition (1) for the magnetic field B₀generated in the field of research only due to the permanent magnets 2 and 3. In wells, the temperature can differ significantly from normal, as a rule, in the direction of positive values, which will lead, accordingly, to a decrease in the value of B₀.With sensorstelemetry 21, which includes, as a rule, magnet temperature sensors, information about the change in the temperature of the magnets is sent to processor 12, 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 act as a command to change the values in magnetizing coils the total current to the controlled current amplifiers 22 and 24 through the DAC 23 and the DAC 25, respectively. With the same efficiencies of coils 6 and 7, the values of the currents modulo in both coils are set the same, and their signs are determined only by the polarity of the connection of the leads of the coils to the outputs of the current amplifier, so that each of the coils creates an additional magnetic field of the same sign and magnitude in the remote study zone, in total, compensating for the temperature departure of the magnetic induction of permanent magnets. The total current value set in this way in the coils 6 and 7 forms in the study zone a total additional magnetic field that compensates for the temperature deviation of the value of B₀permanent magnets, and can only be changed upon receipt of an appropriate command from the processor 12 based on the processing of telemetry data or directly at the command of the operator. Thus, commands to change the total current in coils 6 and 7 are received asynchronously with respect to the operation of the pulse programmer 11, which generates, with a given period, the specified duration of the pulse sequence of radio frequency pulses and activation pulses of the quadrature ADC 16. At the same currents in the magnetizing coils 6 and 7, the values the additional fields created by them have only a radial distribution, but are identical in a plane 9 lying perpendicular to the axis of the device and passing through the geometric center the gap between the coils. In this case, the additional magnetic field created by the coils 6 and 7 does not change the axial position of the study zone 8 (Fig. 1) relative to the plane 9 passing through the center of the gap between the permanent magnets 2 and 3.

При задании значений токов в катушках 6 и 7 разными, зона исследования, в которой соблюдается условие резонанса (1), аксиально смещается в ту или иную сторону относительно перпендикулярной к оси устройства исходной плоскости 9, проходящей через центр зазора между постоянными магнитами 2 и 3. Другими словами, путем задания разницы значений токов в катушках 6 и 7 достигается эффект аксиального смещения зоны исследования 8 относительно магнитной системы и, следовательно, всего корпуса устройства ядерного магнитного каротажа. When setting the values of the currents in coils 6 and 7 different, the study area in which the resonance condition (1) is met is axially shifted to one side or another relative to the original plane 9, perpendicular to the device axis, passing through the center of the gap between the permanent magnets 2 and 3. In other words, by setting the difference in the values of the currents in the coils 6 and 7, the effect of the axial displacement of the study zone 8 relative to the magnetic system and, therefore, the entire body of the nuclear magnetic logging device is achieved.

Для достижения заявляемого технического результата, а именно, исключения влияния эффектов движения устройства относительно исследуемых зон породы на спектры регистрируемых времен релаксации и расширения, тем самым, диапазона скоростей каротажа осуществляют следующие шаги. Перед началом импульсной последовательности по команде с процессора 12 в катушках 6 и 7 задается рассчитанная по (2) и (3) разница ∆Iо токов такой, чтобы зона исследования 8, в которой магнитное поле соответствует условию (1), оказалась смещена относительно плоскости 9 на расчетную величину ∆Zо (как показано на Фиг. 1, 8а), равную половине произведения заданного значения скорости V каротажа и заданной длительности T импульсной последовательности. Причем, смещение должно быть осуществлено, как показано на Фиг.1, в сторону направления движения со скоростью V всего устройства ядерного магнитного каротажа. Так если, например, устройство для каротажа движется вдоль скважины вверх и катушка 6 расположена выше катушки 7, то начальная разница токов ∆Iо определяется как ∆Iо =I_2о-I_1о , где I_1о – начальный ток в катушке 6, а I_2о - в катушке 7. Затем синхронно с началом действия импульсной последовательности командами от общей шины процессора изменяют (см. Фиг. 2 Б) значение разницы токов ∆I по линейной функции времени с такой скоростью, чтобы к концу импульсной последовательности с заданной длительностью T значение разницы токов стало равным -∆Iо. В результате зона исследования 8 к этому моменту времени аксиально сместится относительно плоскости 9, проходящей через геометрический центр зазора между постоянными магнитами, на величину -∆Zо (см. Фиг. 1, 8б), что будет соответствовать смещению зоны в обратную сторону по отношению к направлению движения устройства. Далее, в период времени между импульсными последовательностями вновь устанавливают начальное значение разницы токов ∆Iо, при котором зона исследования 8, в которой магнитное поле соответствует условию (1), оказывается смещенной относительно плоскости 9 на расчетную величину ∆Zо, равную половине произведения заданного значения скорости V каротажа и заданной длительности T импульсной последовательности, и далее все процедуру управления токами в подмагничивающих катушках повторяют в соответствии с заданным периодом следования импульсных последовательностей.To achieve the claimed technical result, namely, to eliminate the influence of the effects of the movement of the device relative to the studied zones of the rock on the spectra of the recorded relaxation and expansion times, thereby the logging speed range, the following steps are taken. Before the pulse sequence begins, by the command from the processor 12, in coils 6 and 7, the difference ∆Io of the currents calculated according to (2) and (3) is set so that the study zone 8, in which the magnetic field corresponds to condition (1), is shifted relative to plane 9 by the calculated value ΔZо (as shown in Figs. 1, 8a), equal to half the product of the specified value of the logging speed V and the given duration T of the pulse sequence. Moreover, the displacement should be carried out, as shown in Fig. 1, in the direction of the direction of movement with speed V of the entire nuclear magnetic logging device. So, if, for example, the logging device moves upward along the well and the coil 6 is located above the coil 7, then the initial current difference ΔIо is defined as ΔIо = I _2о -I _1о , where I _1о is the initial current in the coil 6, and I _2о - in coil 7. Then, simultaneously with the start of the pulse sequence, the commands from the common processor bus change (see Fig. 2 B) the current difference ΔI in the linear function of time at such a speed that, by the end of the pulse sequence with a given duration T, the difference currents became equal to -∆Io. As a result, the research zone 8 at this point in time is axially shifted relative to the plane 9 passing through the geometric center of the gap between the permanent magnets by -ΔZо (see Fig. 1, 8b), which will correspond to the zone shift in the opposite direction with respect to direction of movement of the device. Further, in the time period between pulse sequences, the initial value of the current difference ΔIо is again set, in which the study area 8, in which the magnetic field corresponds to condition (1), is shifted relative to the plane 9 by the calculated value ΔZо, equal to half the product of the set speed V logging and a given duration T of the pulse sequence, and then the entire procedure for controlling currents in magnetizing coils is repeated in accordance with a given pulse repetition period sequences.

Таким образом, в течение действия импульсной последовательности зона исследования 8, от которой регистрируется сигнал ЯМР, со скоростью, равной скорости V каротажа, аксиально смещается относительно плоскости 9 и, следовательно, относительно корпуса устройства 1, в обратном, по отношению к направлению движения устройства, направлении, но остается неподвижной относительно исследуемой породы ствола скважины и, следовательно, все эффекты, связанные с движением устройства каротажа во время измерения и набора данных, исключаются. Thus, during the action of the pulse sequence, the study zone 8, from which the NMR signal is recorded, with a speed equal to the logging speed V, is axially shifted relative to the plane 9 and, therefore, relative to the body of the device 1, in the opposite direction with respect to the direction of movement of the device, direction, but remains stationary relative to the studied rock of the wellbore and, therefore, all effects associated with the movement of the logging device during measurement and data acquisition are excluded.

При изменении скорости каротажа или изменении длительности импульсной последовательности в процессор 12 вводятся новые данные относительно необходимой начальной разницы токов ∆Iо в подмагничивающих катушках и скорости изменения этой величины во время действия импульсной последовательности. Например, для увеличенной скорости каротажа при неизменной длительности многоимпульсной последовательности T зависимость ∆I(t) будет иметь вид, показанный на Фиг. 2 Б жирной пунктирной линией. When changing the logging speed or changing the duration of the pulse sequence, new data is entered into the processor 12 regarding the necessary initial current difference ΔIо in the magnetizing coils and the rate of change of this value during the action of the pulse sequence. For example, for an increased logging speed with a constant duration of the multi-pulse sequence T, the dependence ΔI (t) will have the form shown in FIG. 2 B in bold dotted line.

В результате реализации заявленного технического решения исключение влияния скорости движения устройства на регистрируемые спектры времен релаксации и, следовательно, расширение диапазона скоростей каротажа обеспечивается путем синхронного с действием импульсных последовательностей изменения аксиального положения зоны исследования относительно плоскости, проходящей через геометрический центр основных магнитов или, что то же самое, относительно корпуса устройства в целом так, чтобы в течение действия импульсной последовательности и набора данных зона исследования была неподвижной относительно ствола скважины. Технический результат достигается заданием для изменения токов в подмагничивающих катушках соответствующих функций времени как показано на Фиг. 3. Б, синхронизированных с началом, длительностью и периодом действия импульсных последовательностей (Фиг. 3. А). При этом суммарное значение токов в подмагничивающих катушках, либо исходно устанавливается на уровне, требуемом для компенсации температурной зависимости магнитной индукции основных постоянных магнитов и изменяется только по соответствующим командам в промежутках между импульсными последовательностями, как показано на Фиг. 3 В жирной штрих-пунктирной линией, на основании данных телеметрии или команд оператора, либо может обнуляться на время между импульсными последовательностями так, как показано на Фиг. 3 В, поскольку в этих промежутках времени нет необходимости выполнять условия резонанса (1). Такой вариант является предпочтительным, так как он способствует в среднем уменьшению потребляемой энергии устройством. As a result of the implementation of the claimed technical solution, the elimination of the influence of the speed of the device on the recorded spectra of relaxation times and, therefore, the extension of the range of logging speeds is ensured by synchronous with the action of the pulse sequences changing the axial position of the study area relative to the plane passing through the geometric center of the main magnets or, what is the same most, with respect to the device as a whole, so that during the pulse minute and a set of research data zone has been fixed with respect to the borehole. The technical result is achieved by setting for changing the currents in the magnetizing coils of the corresponding time functions as shown in FIG. 3. B synchronized with the beginning, duration and period of action of the pulse sequences (Fig. 3. A). In this case, the total value of the currents in the magnetizing coils is either initially set at the level required to compensate for the temperature dependence of the magnetic induction of the main permanent magnets and changes only according to the corresponding commands between the pulse sequences, as shown in FIG. 3 In a thick dash-dotted line, on the basis of telemetry data or operator commands, it can either be zeroed for a time between pulse sequences as shown in FIG. 3 V, since in these time intervals there is no need to fulfill the resonance conditions (1). This option is preferred, as it contributes to an average reduction in energy consumption of the device.

Применение заявляемого способа ядерного магнитного каротажа и устройства его реализации решает проблему влияния эффектов перемещения устройства относительно исследуемой области пространства, что способствует улучшению качества получаемых характеристик о фильтрационно-емкостных свойствах исследуемых пород и свойствах, насыщающих их флюидов.The application of the inventive method of nuclear magnetic logging and a device for its implementation solves the problem of the effects of the movement of the device relative to the investigated area of space, which 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 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 характеризуется простотой и оригинальностью достижения технического результата в разрешении казалось бы нерешаемой проблемы, обусловленной влиянием скорости каротажа на регистрируемые спектры времен релаксации из-за эффектов смещения зоны исследования, в которой возбуждается первоначально сигнал ЯМР, относительно корпуса прибора в течение времени действия импульсной последовательности по набору данных. Заявленное техническое решение обеспечивает исключение эффекта движения устройства вдоль ствола скважины во время каротажа на достигаемые в результате исследований регистрируемый данные. Это позволяет значительно расширить диапазон скоростей каротажа для устройств ядерного магнитного каротажа с магнитными системами, составленными из аксиально намагниченных магнитов, сориентированных одноименными полюсами друг к другу, и тем самым обеспечивает расширение области применения таких устройств, имеющих преимущества по качеству сигнала ЯМР перед устройствами с магнитами, генерирующими градиентное магнитное поле. Таким образом, по мнению заявителя, решение указанных задач посредством применения заявленной совокупности признаков, приведенных в формуле, является не очевидным для специалиста.The claimed technical solution meets the criterion of "inventive step", since the applicant has not identified technical solutions having features that match the distinguishing features of this invention, and the popularity of the distinctive features on the specified technical result has not been established. In addition to the indicated, the claimed technical solution is characterized by the simplicity and originality of achieving a technical result in solving a seemingly unsolvable problem due to the influence of the logging speed on the recorded spectra of relaxation times due to the effects of the displacement of the study zone, in which the NMR signal is initially excited, relative to the instrument’s body over time actions of the pulse sequence for the data set. The claimed technical solution eliminates the effect of movement of the device along the wellbore during logging on the data obtained as a result of research. This allows you to significantly expand the range of logging speeds for nuclear magnetic logging devices with magnetic systems composed of axially magnetized magnets oriented by the same poles to each other, and thereby expand the scope of such devices having advantages in the quality of the NMR signal over devices with magnets, generating a gradient magnetic field. Thus, according to the applicant, the solution of these problems through the application of the claimed combination of features given in the formula is not obvious to the 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. Испытания опытного образца показали, что в результате применения заявленного технического решения верхняя граница диапазона скоростей каротажа может быть увеличена до 100-120 м/час даже для прибора с уникально высоким (менее 3 см) пространственным разрешением вдоль ствола скважины. В то же время, если опцию по исключению влияния скорости каротажа на регистрируемые спектры отключить, то аналогичное качество регистрируемых спектров времен релаксации достигается на этом же приборе только при снижении скорости каротажа, как минимум, до 30 м/час. Указанное является доказательством соответствия критерию «промышленная применимость», предъявляемому к изобретениям.The claimed technical solution is implemented in industrial production through the manufacture of 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, TNG-Group LLC, in the course of the R&D “Development of a set of hardware and software products for the 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 R F 02.G25.31.0131 dated 01.12. 2015. Tests of the prototype showed that as a result of the application of the claimed technical solution, the upper limit of the logging speed range can be increased to 100-120 m / h even for a device with uniquely high (less than 3 cm) spatial resolution along the wellbore. At the same time, if the option to exclude the influence of the logging speed on the recorded spectra is disabled, then the same quality of the recorded spectra of relaxation times is achieved on the same tool only if the logging speed is reduced to at least 30 m / h. The above is evidence of compliance with the criterion of "industrial applicability" to the invention.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES

1. 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. 1.12.1987.1. 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.

2. 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. 21.09.1982.2. 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.

3. Патент RU № 2583881.3. Patent RU No. 2583881.

4. Патент RU № 2230345.4. Patent RU No. 2230345.

5. Патент RU №2645909.5. Patent RU No. 2645909.

Claims

1. 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 oriented to each other, creating a constant magnetic field polarized in the perpendicular direction to the longitudinal axis of the magnets in the investigated areas in the rock bulk, in the same area by setting the current in magnetizing coils create an additional magnetic field that compensates for the temperature dependence magnetic induction of permanent magnets and in the same area of the radio frequency transmitting and receiving coil create an alternating magnetic field polarized perpendicular to the constant magnetic field, using the receiving coils register the NMR signal, the amplitude of which, other things being equal, is determined by the accuracy of the resonance conditions during the duration of the pulse KPMG sequences gain a spectrum of transverse and longitudinal relaxation times and calculate the characteristics of underground formations, distinguishing Keep in mind that in order to compensate for the influence of the speed of the nuclear magnetic logging device along the wellbore on the recorded spectra of relaxation times and to provide the possibility of expanding the range of logging speeds while maintaining the ability to control the value of the focused magnetic field in the study area, as well as to ensure compensating the temperature dependence of the residual induction of permanent magnets without compromising the depth characteristics On the research bridge, immediately before the pulse sequence in the magnetizing coils begins, the current difference is set while maintaining the total value, so that the research zone, namely the zone in which the conditions of nuclear magnetic resonance are satisfied, is axially shifted relative to the plane passing through the center of the gap between the magnets perpendicular to the axis magnets, in the direction of movement of the device by ∆Zо, equal to half the product of the specified values of the logging speed V and the time T of the action imp of the KPMG pulse sequence, then, during the duration of the pulse sequence, the current difference in the coils is linearly changed so that by the end of the pulse sequence the research area is axially shifted relative to the plane passing through the indicated geometric center of the magnetic system, in the opposite direction by -ΔZo, synchronously with the start of the next cycle of the pulse sequence of radio frequency pulses The steps taken to control the currents in the coils are repeated with a period equal to the set period of the pulse sequences, and the initial and final values of the current, as well as the direction and rate of change of current in the coils in the linear dependence section, are determined based on the requirement of immutability, over the entire duration the pulse sequence of coordinates of the studied zone relative to the well itself, taking into account the specified values of the logging speed V and the duration of the pulse sequence T, and the total current value in the magnetization coils, which compensates for the temperature dependence of the magnetic induction of permanent magnets, is kept constant during the data acquisition process or is changed asynchronously with respect to the pulse sequence, based on data, for example, telemetry.

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 the travel 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, a pulse sequence programmer, and two magnetizing coils, are directly fixed directly to poles of permanent magnets or wound directly on them, characterized in that in order to provide compensation for the influence of speed A device for nuclear magnetic logging along the borehole to the recorded spectra of relaxation times and widening of the range of logging speeds while maintaining the ability to control the focused magnetic field in the study area to compensate for the temperature dependence of the residual induction of permanent magnets without impairing the depth of field study has introduced a second controlled generator current connected through the second DAC to a common processor bus, and under one of the magnetizing coils is connected to the outputs of the first, and the second to the outputs of the second current amplifier and currents in the magnetizing coils are controlled, while the total current in the coils compensates the temperature dependence of the magnetic induction of permanent magnets, and the difference current and its rate of change in time provide axial displacement relative to the device case of the nuclear magnetic resonance conditions fulfillment region synchronously with the action of the pulse sequence so that the region s rock in which at the beginning of the pulse sequence was created NMR signal remains constant (fixed) during registration of all echo signals sequence regardless of the speed of nuclear magnetic logging device along the well.