RU2230345C1

RU2230345C1 - Method of nuclear magnetic resonance logging and device for its realization

Info

Publication number: RU2230345C1
Application number: RU2003101271/28A
Authority: RU
Inventors: В.П. Стариков (RU); В.П. Стариков; Р.Х. Садыков (RU); Р.Х. Садыков
Original assignee: Стариков Владислав Петрович
Priority date: 2003-01-17
Filing date: 2003-01-17
Publication date: 2004-06-10

Abstract

FIELD: examination of materials with use of nuclear magnetic resonance. SUBSTANCE: method is based on change of gap between main permanent magnets and usage of lugs on main magnets in order to expand investigation area at highest rate of build-up of nuclear magnetic resonance spectrum. Main magnets in device can move along longitudinal axis. Device incorporates additional magnets, which carry magnetization coils to change gap between main magnets. Permanent magnets are positioned between additional magnets and carry lugs in the form of ball segments in gap between them. EFFECT: expanded examination field. 2 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области исследования материалов с помощью ядерно-магнитного резонанса.The invention relates to the field of materials research using nuclear magnetic resonance.

Известно устройство, описанное в патенте US 5705927, опубл. 06.01.1998, включающее два соосных постоянных магнита с намагниченностью вдоль продольной оси, ориентированных одноименными полюсами друг другу, приемопередающую катушку между магнитами. Недостатком зонда является малая область исследования.A device is known, described in patent US 5705927, publ. 01/06/1998, including two coaxial permanent magnets with magnetization along the longitudinal axis, oriented by the same poles to each other, transceiver coil between the magnets. The disadvantage of the probe is a small area of research.

Прототипом заявленного изобретения является устройство для каротажа, описанное в работе Стариков В.П., Садыков Р.Х. Результаты испытаний макетного образца анализатора углеводородных топлив. Материалы научно-практической конференции “Коммерческий учет энергоресурсов”, 3-5 декабря 2002, С.-Петербург, стр.380-385. Устройство содержит постоянный магнит, радиочастотную катушку, электронный блок, включающий генератор частот, программатор импульсов, передатчик, антенный переключатель, предварительные усилители ЯМР сигнала, ЯМР детекторы, процессор, модуль для определения проводимости породы, источник питания. Недостатком устройства является малая область исследования.The prototype of the claimed invention is a logging device described in the work of Starikov V.P., Sadykov R.Kh. Test results of a prototype hydrocarbon fuel analyzer. Materials of the scientific-practical conference “Commercial metering of energy resources”, December 3-5, 2002, St. Petersburg, pp. 380-385. The device contains a permanent magnet, an RF coil, an electronic unit including a frequency generator, a pulse programmer, a transmitter, an antenna switch, preliminary NMR signal amplifiers, NMR detectors, a processor, a module for determining rock conductivity, a power source. The disadvantage of this device is the small area of research.

Задачей изобретения является увеличение области исследования подземных формирований.The objective of the invention is to increase the field of research of underground formations.

Это достигается тем, что в способе изменением зазора между основными постоянными магнитами и применением наконечников на основных магнитах увеличивают область исследования при наибольшей скорости набора спектра ЯМР. В устройстве постоянные основные магниты подвижны вдоль продольной оси, использованы дополнительные магниты для изменения зазора между основными магнитами. Постоянные основные магниты имеют наконечники в зазоре между собой в форме шаровых сегментов, которые обеспечивают большую область исследования, по сравнению с применением магнитов с наконечниками других форм.This is achieved by the fact that in the method by changing the gap between the main permanent magnets and the use of tips on the main magnets, the study area is increased at the highest speed of acquisition of the NMR spectrum. In the device, permanent main magnets are movable along the longitudinal axis, additional magnets are used to change the gap between the main magnets. Permanent main magnets have tips in the gap between them in the form of spherical segments, which provide a large area of study, compared with the use of magnets with tips of other shapes.

Магнитное поле, создаваемое постоянными цилиндрическими магнитами, описывается точными аналитическими выражениями только в некоторых частных случаях, например вдоль продольной оси. Поэтому нижеприведенные аналитические выражения являются приближенными и описывают лишь тенденцию изменения величины напряженности магнитного поля системы постоянных магнитов. Напряженность магнитного поля цилиндрического магнита на расстояниях r>>R, где R определяет размеры магнита:The magnetic field created by permanent cylindrical magnets is described by exact analytical expressions only in some special cases, for example along the longitudinal axis. Therefore, the following analytical expressions are approximate and describe only the tendency to change the magnitude of the magnetic field of a system of permanent magnets. The magnetic field strength of a cylindrical magnet at distances r >> R, where R determines the size of the magnet:

где D - диаметр магнита, a h - его длина,where D is the diameter of the magnet, a h is its length,

для системы координат в центре магнита приблизительно описывается выражениемfor the coordinate system in the center of the magnet is approximately described by the expression

Мы рассматриваем случай из двух магнитов. Тогда для расчета мы должны перенести центр координат в точку а (центр зазора между магнитами), тогда указанные выражения будут выглядеть следующим образом:We are considering a case of two magnets. Then, for the calculation, we must transfer the center of coordinates to point a (the center of the gap between the magnets), then these expressions will look like this:

для магнита, находящегося левее центра координат, и

for a magnet to the left of the center of coordinates, and

для правого магнита.for the right magnet.

Суммарное поле будет суперпозицией двух магнитов. Так как оба магнита направлены навстречу друг другу одноименными полюсами, компоненты векторов складываются следующим образом:The total field will be a superposition of two magnets. Since both magnets are directed towards each other by the same poles, the components of the vectors are added as follows:

илиor

В плоскости, пересекающей ось Z под прямым углом в точке z=0, компоненты вектора напряженности будут иметь следующие значения:In the plane crossing the Z axis at a right angle at the point z = 0, the components of the tension vector will have the following values:

Таким образом, вектор магнитной индукции в указанной плоскости перпендикулярен к оси Z магнитной системы.Thus, the magnetic induction vector in the indicated plane is perpendicular to the Z axis of the magnetic system.

Зона исследования представляет собой тор толщиной несколько миллиметров. Приемопередающую катушку размещают соосно между основными магнитами на одинаковом расстоянии от них. В таком случае напряженность переменного магнитного поля в интересующей нас области описывается формулойThe study area is a torus several millimeters thick. The transmitter-receiver coil is placed coaxially between the main magnets at the same distance from them. In this case, the intensity of the alternating magnetic field in the region of interest to us is described by the formula

В плоскости, перпендикулярной оси при z=0, компоненты вектора напряженности будут иметь видIn the plane perpendicular to the axis at z = 0, the components of the intensity vector will have the form

H1_x=0;H1 _x = 0;

Таким образом, векторы напряженности статического магнитного поля и радиочастотного поля взаимно перпендикулярны.Thus, the vectors of the strength of the static magnetic field and the radio frequency field are mutually perpendicular.

На фиг.1 представлена общая схема прибора.Figure 1 presents the General diagram of the device.

На фиг.2 представлена схема электронного блока.Figure 2 presents a diagram of an electronic unit.

На фиг.3-5 представлены зависимости частоты резонанса в радиальном (а) и аксиальном (б) направлениях при цилиндрической (фиг.3), конической (фиг.4) и сферической (фиг.5) формах наконечников.Figure 3-5 presents the dependence of the resonance frequency in the radial (a) and axial (b) directions with cylindrical (figure 3), conical (figure 4) and spherical (figure 5) shapes of the tips.

Для увеличения объема области исследования можно изменить плоскую форму вершины цилиндра на выпуклую, сферическую или коническую. Для выбора оптимальной формы наконечника были проведены расчеты численными методами. Расчет производился при диаметре постоянных магнитов 140 мм для скважины диаметром 164 мм, длине магнита, равной 2,5 диаметра, максимальном зазоре между основными магнитами 0,2 диаметра (зазор без наконечников). Область исследования представляет собой тор радиусом, равным диаметру магнита, т.е. точки с радиальной координатой r=1 и аксиальной z=0-0,2 диаметра магнита. Было установлено, что оптимальная высота конуса равна 20,4 мм, и при этом радиальный градиент в указанных точках равен dB/dr=-0,23 Тл/мм, а аксиальный градиент равен dB/dz=-0,18 Tл/мм на начальном участке (0-0,08 диаметра), dB/dz=-1,65 Тл/мм на среднем участке (0,8-0,15диаметра), dB/dz=-5,32 Тл/мм на конечном участке (0,15-0,2 диаметра) изучаемой области. Видно, что в зоне 0,03 диаметра имеются благоприятные условия для наблюдения ЯМР. В случае сферического наконечника его оптимальная форма представляет собой шаровой сегмент высотой 20,4 мм, диаметром основания, равным диаметру магнита, - 140 мм и радиусом шара 130 мм, при этом радиальный градиент в указанных точках равен dB/dr=-0,12 Тл/мм, а аксиальный градиент - dВ/dz=-0,97 Тл/мм на начальном участке, dB/dz=0,66 Tл/мм на среднем участке, dB/dz=-5,32 Tл/мм на конечном участке изучаемой области (границы участков как и в случае конуса). В зоне 0,2 диаметра имеются благоприятные условия для наблюдения резонанса. Несмотря на относительно большую величину градиента, его среднее значение на участке 0,2 диаметра магнита составляет -0,15 Тл/мм. Это значение лучше, чем для случая с коническим наконечником на начальном участке.To increase the volume of the study area, you can change the flat shape of the top of the cylinder to a convex, spherical or conical. To select the optimal tip shape, numerical calculations were performed. The calculation was carried out with a diameter of permanent magnets of 140 mm for a well with a diameter of 164 mm, a magnet length of 2.5 diameters, a maximum gap between the main magnets of 0.2 diameters (a gap without lugs). The study area is a torus with a radius equal to the diameter of the magnet, i.e. points with a radial coordinate r = 1 and axial z = 0-0.2 of the diameter of the magnet. It was found that the optimum cone height is 20.4 mm, and the radial gradient at these points is dB / dr = -0.23 Tl / mm, and the axial gradient is dB / dz = -0.18 T / mm per the initial section (0-0.08 diameter), dB / dz = -1.65 T / mm in the middle section (0.8-0.15 diameter), dB / dz = -5.32 T / mm in the final section ( 0.15-0.2 diameters) of the study area. It is seen that in the zone of 0.03 diameters there are favorable conditions for observing NMR. In the case of a spherical tip, its optimal shape is a spherical segment with a height of 20.4 mm, a base diameter equal to the diameter of the magnet, 140 mm and a ball radius of 130 mm, while the radial gradient at these points is dB / dr = -0.12 T / mm, and the axial gradient is dВ / dz = -0.97 T / mm in the initial section, dB / dz = 0.66 T / mm in the middle section, dB / dz = -5.32 T / mm in the final section the studied area (the boundaries of the plots as in the case of a cone). In the zone of 0.2 diameter there are favorable conditions for observing resonance. Despite the relatively large value of the gradient, its average value in the area of 0.2 of the diameter of the magnet is -0.15 T / mm This value is better than for the case with a conical tip in the initial section.

Способ ЯМР каротажа, заключающийся в том, что осуществляют перемещение устройства для каротажа вдоль скважины, двумя соосными цилиндрическими основными постоянными магнитами, сориентированными одноименными полюсами друг к другу, создают постоянное магнитное поле, поляризованное в перпендикулярном направлении к продольной оси магнитов в исследуемой области в толще породы, в этой же области радиочастотной приемопередающей катушкой создают переменное магнитное поле, поляризованное перпендикулярно постоянному магнитному полю, при помощи приемных катушек измеряют проводимость породы, в исследуемой области создают магнитный резонанс ядер, регистрируют сигнал ЯМР, набирают спектр времен поперечной и продольной релаксаций и рассчитывают характеристики подземных формирований. Особенность способа заключается в том, что для увеличения области исследования применяют наконечники, установленные на основных постоянных магнитах в зазоре между ними, представляющие собой шаровые сегменты, обращенные выпуклостями друг другу, для обеспечения наибольшей скорости набора спектра ЯМР зазор между основными магнитами выполняют с возможностью изменения, для чего используют верхний и нижний дополнительные постоянные магниты с установленными на них катушками подмагничивания, обращенные одноименными полюсами к полюсам основных магнитов, основные магниты выполняют подвижными вдоль оси и соосными дополнительным, для обеспечения поперечной устойчивости основных магнитов в зазорах между дополнительными и основными магнитами на основных магнитах наконечники выполняют в виде шаровых сегментов, выпуклостями обращенных к опорным магнитам, а наконечники на дополнительных магнитах выполняют в виде цилиндров с углублением в форме шарового сегмента, в катушках подмагничивания, при протекании в них тока, создают поле, противоположное полю дополнительных магнитов, в электронном блоке вырабатывают ток катушек подмагничивания и изменяют его, обеспечивая изменение зазора, до тех пор, пока скорость набора спектра ЯМР не будет наибольшей.The NMR logging method, which consists in moving the logging device along the well, with two coaxial cylindrical main permanent magnets oriented by the same poles to each other, creates a constant magnetic field polarized in the perpendicular direction to the longitudinal axis of the magnets in the study area in the rock mass , in the same area of the radio-frequency transceiver coil create an alternating magnetic field polarized perpendicular to the constant magnetic field, with The tips of the receiving coils measure the conductivity of the rock, create magnetic resonance of the nuclei in the studied area, record the NMR signal, collect the spectrum of transverse and longitudinal relaxation times, and calculate the characteristics of the underground formations. The peculiarity of the method lies in the fact that to increase the field of study, tips are used that are mounted on the main permanent magnets in the gap between them, which are spherical segments that are convex to each other, to ensure the highest NMR spectrum acquisition speed, the gap between the main magnets can be changed, why use the upper and lower additional permanent magnets with magnetization coils mounted on them, facing the same poles to the poles of the main of magnets, the main magnets are movable along the axis and coaxial with the additional, to ensure lateral stability of the main magnets in the gaps between the additional and main magnets on the main magnets, the tips are made in the form of spherical segments convex to the reference magnets, and the tips on the additional magnets are made in the form cylinders with a recess in the form of a spherical segment, in the magnetization coils, when current flows in them, create a field opposite to the field of additional magneto In the electronic unit generate the bias current and change its coils, providing a gap change, as long as the speed dial NMR spectrum will not be maximized.

Устройство для ЯМР каротажа состоит из электронного блока 19, включающего в себя генератор радиочастоты 9, выходы которого соединены с первыми входами программатора импульсов 10, передатчика 3, усилителя промежуточной частоты УПЧ1 5, усилителя промежуточной частоты УПЧ2 6, третий вход которого соединен с выходом УПЧ1, а выход связан со вторыми входами первого 7 и второго 8 детекторов ЯМР, каждый из которых состоит из последовательно соединенных фазового частотного детектора, фильтра низкой частоты, усилителя и АЦП, программатор импульсов, выходы которого соединены с входом генератора РЧ, управляющим входом антенного переключателя АП 2, вторыми входами передатчика, выход которого соединен с АП, усилителями УПЧ1 и УПЧ2, предусилитель 4, вход которого соединен с АП, а выход - с третьим входом УПЧ1, процессор 13, соединенный при помощи общей шины с генератором РЧ, программатором импульсов, усилителями УПЧ1 и УПЧ2, детекторами ЯМР и приемником 12, модем 14, связанный с процессором, источник питания 15, связанный с общей шиной процессора, соосно расположенных верхнего 16 и нижнего 17 основных постоянных цилиндрических магнитов, намагниченных вдоль продольной оси и ориентированных одноименными полюсами друг к другу, радиочастотной приемопередающей катушки 1, соосной постоянным магнитам, жестко установленной между основными магнитами на одинаковом расстоянии от них и соединенной с АП, модуля для измерения проводимости породы 18, включающего приемные катушки 11, которые связаны с приемником 12, состоящим из детектора, усилителя и АЦП, линии связи с наземным модулем, связанной с выходом модема.The NMR logging device consists of an electronic unit 19, which includes a radio frequency generator 9, the outputs of which are connected to the first inputs of the pulse programmer 10, transmitter 3, intermediate frequency amplifier UPCh1 5, intermediate frequency amplifier UPCh2 6, the third input of which is connected to the output of UPCh1, and the output is connected to the second inputs of the first 7 and second 8 NMR detectors, each of which consists of a series-connected phase frequency detector, low-pass filter, amplifier and ADC, pulse programmer, output s which are connected to the input of the RF generator, the control input of the antenna switch AP 2, the second inputs of the transmitter, the output of which is connected to the AP, amplifiers UPCH1 and UPCH2, preamplifier 4, the input of which is connected to the AP, and the output to the third input of UPCH1, processor 13, connected via a common bus with an RF generator, a pulse programmer, amplifiers UPCH1 and UPCH2, NMR detectors and a receiver 12, a modem 14 connected to the processor, a power supply 15 connected to a common processor bus, coaxially located upper 16 and lower 17 main posts of cylindrical magnets magnetized along the longitudinal axis and oriented by the same poles to each other, a radio frequency transceiver coil 1, coaxial with permanent magnets, rigidly installed between the main magnets at the same distance from them and connected to the AP, a module for measuring the conductivity of the rock 18, including receiving coils 11, which are connected with the receiver 12, consisting of a detector, an amplifier, and an ADC, a communication line with a ground module connected to the modem output.

Особенность устройства заключается в том, что дополнительно введены верхний 20 и нижний 21 дополнительные цилиндрические постоянные магниты с верхней 22 и нижней 23 катушками подмагничивания, расположенные в устройстве неподвижно и соосно с основными магнитами так, что основные постоянные магниты расположены между ними, основные магниты выполнены подвижными вдоль продольной оси, дополнительные и основные магниты ориентированы одноименными полюсами друг другу, на торцах магнитов в зазорах между ними установлены наконечники, в зазоре между основными магнитами наконечники 24 и 25 представляют собой шаровые сегменты, обращенные выпуклостями друг другу, в зазорах между дополнительными и основными магнитами на основных магнитах наконечники 26 и 27 представляют собой шаровые сегменты, выпуклостями обращенные к опорным магнитам, а наконечники 28 и 29 на опорных магнитах представляют собой цилиндры с углублением в форме шарового сегмента, последовательно соединенные катушки подмагничивания связаны с усилителем тока 30, вход которого связан с выходом ЦАП 31, который связан с общей шиной процессора.A feature of the device is that the upper 20 and lower 21 additional cylindrical permanent magnets are introduced with the upper 22 and lower 23 magnetization coils located in the device motionless and coaxial with the main magnets so that the main permanent magnets are located between them, the main magnets are made movable along the longitudinal axis, additional and main magnets are oriented by poles of the same name to each other, tips are installed on the ends of the magnets in the gaps between them, in the gap between in the main magnets, the tips 24 and 25 are spherical segments facing convex to each other, in the gaps between the additional and main magnets on the main magnets, the tips 26 and 27 are spherical segments convex to the supporting magnets, and the tips 28 and 29 on the supporting magnets are cylinders with a recess in the form of a spherical segment, serially connected bias coils are connected to a current amplifier 30, the input of which is connected to the output of the DAC 31, which is connected to the common busbar oh processor.

Устройство работает следующим образом. Все частоты и длительности импульсов вырабатывают из одной частоты Fq генератора радиочастоты 9, стабилизированного кварцевым генератором с температурной стабильностью 10^-18.The device operates as follows. All frequencies and pulse durations are generated from the same frequency Fq of the radio frequency generator 9, stabilized by a crystal oscillator with a temperature stability of 10 ^-18 .

Таким образом, все частоты и временные интервалы прибора когерентны. Генератор вырабатывает частоты F0 для работы передатчика 3 с целью облучения породы в зоне исследования и работы приемника 12 модуля измерения электрической проводимости породы, F1 служит опорной частотой в смесителе усилителя УПЧ1, F2 - то же самое для усилителя УПЧ2, F3(0) и F3(90) - одинаковые частоты, имеющие сдвиг фазы 90°, которыми обеспечивают квадратурное детектирование ЯМР сигнала детекторами ЯМР 7 и 8. Частоты синтезируют в разные моменты времени. Это позволяет увеличить развязку между передатчиком 3 и предусилителем 4.Thus, all frequencies and time intervals of the device are coherent. The generator generates frequencies F0 for the transmitter 3 to irradiate the rock in the study area and the receiver 12 of the rock electric conductivity measuring module, F1 serves as the reference frequency in the mixer of the amplifier UPCH1, F2 - the same for the amplifier UPCH2, F3 (0) and F3 ( 90) are the same frequencies having a phase shift of 90 °, which provide quadrature NMR detection of the signal by NMR detectors 7 and 8. The frequencies are synthesized at different points in time. This allows you to increase the isolation between the transmitter 3 and the preamplifier 4.

Переключение осуществляют программатором 10 по линии F0/F1. Программатор импульсов вырабатывает импульсные последовательности согласно программе, которую загружают в него процессором 13, который задает необходимые интервалы времени. По линии G0 осуществляют клапанирование и фазовые манипуляции передатчика. По линии G1 переключают радиочастотную катушку при помощи антенного переключателя к передатчику или к предусилителю. По линиям G2 и G3 клапанируют и управляют фазой сигнала в усилителях УПЧ1 5 и УПЧ2 6 соответственно. Магниты 16 и 17 создают постоянное магнитное поле, поляризованное в перпендикулярном направлении к продольной оси зонда в исследуемой области в толще породы.Switching is carried out by the programmer 10 along the line F0 / F1. The pulse programmer generates pulse sequences according to the program, which is loaded into it by the processor 13, which sets the necessary time intervals. On the G0 line, valveing and phase manipulations of the transmitter are performed. On line G1, the radio frequency coil is switched using an antenna switch to the transmitter or to the preamplifier. Along the lines G2 and G3, the signal phase is valveed and controlled in amplifiers UPCH1 5 and UPCH2 6, respectively. Magnets 16 and 17 create a constant magnetic field polarized in the perpendicular direction to the longitudinal axis of the probe in the studied region in the bulk of the rock.

Мощный радиочастотный импульс от передатчика 3 через антенный переключатель 2 подают на приемопередающую радиочастотную катушку 1 и облучают породу вокруг скважины. Таким образом, создают условия для наблюдения ЯМР в области исследования, которая представляет собой тор, расположенный своим центром в центре зазора между основными магнитами и совпадающий осью симметрии с продольной осью постоянных магнитов. В катушке 1 наводится сигнал ЯМР, который через антенный переключатель поступает на вход предусилителя 4. На входы УПЧ1 5 подают усиленный сигнал ЯМР от предусилителя и опорную частоту F1 с генератора 9. После смешения в смесителе выделяют первую промежуточную частоту IF1, которую усиливают на коэффициент, устанавливаемый процессором по шине. На третий вход усилителя подают сигнал G2 от программатора импульсов, которым запирают усилитель в моменты, когда запускают передатчик 3. Усилитель УПЧ2 6 работает аналогичным образом.A powerful radio frequency pulse from the transmitter 3 through the antenna switch 2 is fed to a transceiver radio frequency coil 1 and the rock is irradiated around the well. Thus, the conditions are created for observing NMR in the research area, which is a torus located at its center in the center of the gap between the main magnets and coinciding with the axis of symmetry with the longitudinal axis of the permanent magnets. An NMR signal is induced in coil 1, which is fed through the antenna switch to the input of preamplifier 4. The amplified NMR signal from the preamplifier and reference frequency F1 from generator 9 are fed to the inputs of the PMC1 5. After mixing in the mixer, the first intermediate frequency IF1 is extracted, which is amplified by a factor installed by the processor on the bus. At the third input of the amplifier, a signal G2 is supplied from the pulse programmer, which locks the amplifier at the moments when the transmitter 3 is started. Amplifier UPCH2 6 operates in a similar way.

Далее сигнал подают в детекторы ЯМР 7 и 8, где на фазовых детекторах при помощи одинаковых частот, которые отличаются по фазе на 90°, выделяется комплексная низкочастотная составляющая ЯМР сигнала. Чисто условно можно считать сигнал детектора 7 реальной частью сигнала ЯМР, а детектора 8 мнимой частью сигнала ЯМР. Оба сигнала оцифровываются при помощи АЦП детекторов ЯМР и поступают в виде комплексного числа через процессор и модем по линии связи на компьютер наземного модуля для дальнейшей обработки и получения конечной информации о структуре породы. Радиочастотная энергия, возбуждаемая катушкой 1, достигает приемных катушек 11 через среду околоскважинной породы. Амплитуда и фаза сигнала, индуцированного в приемных катушках, зависят от расстояния между передающей и приемной катушками и от свойств среды. Амплитуду сигнала измеряют непосредственно после предварительного каскада приемника 12, а фаза измеряется при помощи фазового детектора приемника 12.The signal is then fed to NMR detectors 7 and 8, where on the phase detectors using the same frequencies, which differ in phase by 90 °, a complex low-frequency component of the NMR signal is extracted. Purely conditionally, we can consider the signal of detector 7 as the real part of the NMR signal, and detector 8 as the imaginary part of the NMR signal. Both signals are digitized by means of the ADC of the NMR detectors and are transmitted as a complex number via a processor and modem via a communication line to a ground module computer for further processing and obtaining final information about the rock structure. The radio frequency energy excited by the coil 1 reaches the receiving coils 11 through the medium of the near-wellbore rock. The amplitude and phase of the signal induced in the receiving coils depend on the distance between the transmitting and receiving coils and on the properties of the medium. The signal amplitude is measured immediately after the preliminary stage of the receiver 12, and the phase is measured using the phase detector of the receiver 12.

АЦП приемника оцифровывает оба типа сигнала и направляет через процессор и модем по линии связи на компьютер наземного модуля для расчета проводимости. При пропускании тока в катушках подмагничивания возникает поле, противоположное по направлению полю дополнительных магнитов, что приводит к изменению зазора между магнитами 16 и 17. Усилитель постоянного тока УПТ 30 принимает сигнал тока катушек подмагничивания с процессора через ЦАП 31 и вырабатывает ток в катушках подмагничивания, процессор определяет текущую скорость набора спектра ЯМР, подает сигнал на изменение тока катушек, изменяя зазор и скорость набора спектра. Процессор определяет наибольшую скорость набора спектра и при установлении наибольшей скорости устанавливает постоянную величину тока в катушках подмагничивания.The receiver ADC digitizes both types of signal and sends it through the processor and modem via a communication line to the computer of the ground module to calculate the conductivity. When passing current in the magnetization coils, a field appears that is opposite in direction to the field of additional magnets, which leads to a change in the gap between the magnets 16 and 17. The DC amplifier 30 increases the current signal of the magnetizing coils from the processor through the DAC 31 and generates a current in the magnetizing coils, the processor determines the current speed of acquisition of the NMR spectrum, sends a signal to change the current of the coils, changing the gap and speed of collection of the spectrum. The processor determines the highest speed of spectrum acquisition and, when establishing the highest speed, sets a constant value of the current in the magnetization coils.

Claims

1. Способ ЯМР каротажа, заключающийся в том, что осуществляют перемещение устройства для каротажа вдоль скважины, двумя соосными цилиндрическими основными постоянными магнитами, сориентированными одноименными полюсами друг к другу, создают постоянное магнитное поле, поляризованное в перпендикулярном направлении к продольной оси магнитов в исследуемой области в толще породы, в этой же области радиочастотной приемо-передающей катушкой создают переменное магнитное поле, поляризованное перпендикулярно постоянному магнитному полю, при помощи приемных катушек измеряют проводимость породы, в исследуемой области создают магнитный резонанс ядер, регистрируют сигнал ЯМР, набирают спектр времен поперечной и продольной релаксации и рассчитывают характеристики подземных формирований, отличающийся тем, что для увеличения области исследования применяют наконечники, установленные на основных постоянных магнитах в зазоре между ними, представляющие собой шаровые сегменты, обращенные выпуклостями друг к другу, для обеспечения наибольшей скорости набора спектра ЯМР зазор между основными магнитами выполняют с возможностью изменения, для чего используют верхний и нижний дополнительные постоянные магниты, с установленными на них катушками подмагничивания, обращенные одноименными полюсами к полюсам основных магнитов, основные магниты выполняют подвижными вдоль оси и соосными дополнительным, для обеспечения поперечной устойчивости основных магнитов в зазорах между дополнительными и основными магнитами на основных магнитах наконечники выполняют в виде шаровых сегментов, выпуклостями обращенных к опорным магнитам, а наконечники на дополнительных магнитах выполняют в виде цилиндров с углублением в форме шарового сегмента, в катушках подмагничивания, при протекании в них тока, создают поле, противоположное полю дополнительных магнитов, в электронном блоке вырабатывают ток катушек подмагничивания и изменяют его, обеспечивая изменение зазора, до тех пор, пока скорость набора спектра ЯМР не будет наибольшей.1. The NMR logging method, which consists in moving the logging device along the well, two coaxial cylindrical main 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 study area in thicker than the rock, in the same region of the radio-frequency transmitter-receiver coil create an alternating magnetic field polarized perpendicular to the constant magnetic field, at The power of the receiving coils measures the conductivity of the rock, creates magnetic resonance of the nuclei in the studied area, records the NMR signal, collects the spectrum of transverse and longitudinal relaxation times and calculates the characteristics of underground formations, characterized in that to increase the study area, tips installed on the main permanent magnets in the gap are used between them, representing spherical segments, convex to each other, to ensure the highest speed of collection of the NMR spectrum, the gap between the main magnets are made with the possibility of change, for which they use the upper and lower additional permanent magnets, with magnetization coils installed on them, facing the poles of the same name with the poles of the main magnets, the main magnets are movable along the axis and coaxial with the additional, to ensure lateral stability of the main magnets in the gaps between the additional and main magnets on the main magnets, the tips are made in the form of spherical segments, the bulges facing the supporting mag threads, and the tips on additional magnets are made in the form of cylinders with a recess in the form of a spherical segment, in the magnetization coils, when current flows in them, they create a field opposite to the field of additional magnets, in the electronic unit they generate the current of the magnetization coils and change it, providing a change in the gap until the speed of acquiring the NMR spectrum is greatest.

2. Устройство для ЯМР каротажа, состоящее из электронного блока, включающего в себя генератор радиочастоты, выходы которого соединены с первыми входами программатора импульсов, передатчика, усилителей промежуточной частоты (УПЧ) УПЧ1 и УПЧ2, третий вход которого соединен с выходом УПЧ1, а выход связан со вторыми входами первого и второго детекторов ЯМР, каждый из которых состоит из последовательно соединенных фазового частотного детектора, фильтра низкой частоты, усилителя и АЦП, программатор импульсов, выходы которого соединены с входом генератора РЧ, управляющим входом антенного переключателя АП, вторыми входами передатчика, выход которого соединен с АП, усилителей УПЧ1 и УПЧ2, предусилитель, вход которого соединен с АП, а выход - с третьим входом УПЧ1, процессор, соединенный при помощи общей шины с генератором РЧ, программатором импульсов, усилителями УПЧ1 и УПЧ2, детекторами ЯМР и приемником, модем, связанный с процессором, источник питания, связанный с общей шиной процессора, соосно расположенных верхнего и нижнего основных постоянных цилиндрических магнитов, намагниченных вдоль продольной оси и ориентированных одноименными полюсами друг к другу, приемопередающей радиочастотной катушки, соосной постоянным магнитам, жестко установленной между магнитами на одинаковом расстоянии и соединенной с АП, модуля для измерения проводимости породы, включающего приемные катушки, которые связаны с приемником, состоящим из детектора, усилителя и АЦП, линии связи с наземным модулем, связанной с выходом модема, отличающееся тем, что дополнительно введены верхний и нижний дополнительные цилиндрические постоянные магниты с расположенными на них соосными соответственно верхней и нижней катушками подмагничивания, установленные в устройстве неподвижно и соосно с основными магнитами так, что основные постоянные магниты расположены между ними, основные постоянные магниты выполнены подвижными вдоль продольной оси, дополнительные и основные магниты ориентированы одноименными полюсами друг к другу, на торцах магнитов в зазорах между ними установлены наконечники, в зазоре между основными магнитами наконечники представляют собой шаровые сегменты, обращенные выпуклостями друг к другу, в зазорах между дополнительными и основными магнитами на основных магнитах наконечники представляют собой шаровые сегменты, выпуклостями обращенные к опорным магнитам, а наконечники на дополнительных магнитах представляют собой цилиндры с углублением в форме шарового сегмента, последовательно соединенные катушки подмагничивания связаны с усилителем тока, вход которого связан с выходом ЦАП, который связан с общей шиной процессора.2. A device for NMR logging, consisting of an electronic unit that includes a radio frequency generator, the outputs of which are connected to the first inputs of the pulse programmer, transmitter, amplifiers of intermediate frequency (UPCH) UPCH1 and UPCH2, the third input of which is connected to the output of UPCh1, and the output is connected with the second inputs of the first and second NMR detectors, each of which consists of a series-connected phase frequency detector, a low-pass filter, an amplifier and an ADC, a pulse programmer, the outputs of which are connected to the input g RF generator, controlling the input of the AP antenna switch, the second inputs of the transmitter, the output of which is connected to the AP, amplifiers UPCH1 and UPCH2, the preamplifier, the input of which is connected to the AP, and the output - with the third input of the UPCH1, the processor connected via a common bus to the RF generator , a pulse programmer, amplifiers UPCH1 and UPCH2, NMR detectors and a receiver, a modem connected to the processor, a power source connected to a common processor bus, coaxially located upper and lower main permanent cylindrical magnets, magnetized x along the longitudinal axis and oriented by the same poles to each other, a transceiver radio frequency coil, coaxial with permanent magnets, rigidly mounted between the magnets at the same distance and connected to the AP, a module for measuring the conductivity of the rock, including receiving coils that are connected to the receiver, consisting of a detector , amplifier and ADC, a communication line with a ground module connected to the modem output, characterized in that the upper and lower additional cylindrical permanent magnets are additionally introduced you with the upper and lower magnetizing coils located on them, respectively, mounted in the device motionless and coaxial with the main magnets so that the main permanent magnets are located between them, the main permanent magnets are movable along the longitudinal axis, the additional and main magnets are oriented with the same poles to each other friend, at the ends of the magnets in the gaps between them, tips are installed, in the gap between the main magnets, the tips are spherical segments, facing which are convex to each other, in the gaps between the additional and main magnets on the main magnets, the tips are spherical segments convex to the support magnets, and the tips on the additional magnets are cylinders with a recess in the form of a spherical segment, the magnetization coils connected in series to the amplifier current, the input of which is connected to the output of the DAC, which is connected to a common processor bus.