Лекционный курс «МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЙ»

1. Лекционный курс«МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЙ» ЛЕКЦИЯ 7 НАУКОЕМКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ МЕТОД ЯДЕРНОГО МАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА (ЯМР)

2. МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА АТОМНЫХ ЯДЕР Величина магнитного момента ядра  определяется значением спинового квантового числа («спина») J У ядер с четным массовым числом А и с четным зарядовым числом Z J = 0 и магнитные свойства не проявляются Ядра с четным массовым числом А но с нечетным зарядовым числом Z обладают целочисленным спином J = 1, 2, 3, ….

3. МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА АТОМНЫХ ЯДЕР У ядер с нечетным массовым числом А J = 1/2 Нефтегазовые среды исследуют, используя магнитные свойства ядер 1Н и 13С 99 % ядер углерода в природе составляют ядра 12С со спиномJ = 0

4.  В0 УПРОЩЕННАЯ МОДЕЛЬ ЯМР  Энергия взаимодействия атомных ядер с магнитным полем B0 определяется вектором магнитного момента  Вектора магнитных моментов прецессируют вокруг линий поля

5. УПРОЩЕННАЯ МОДЕЛЬ ЯМР Для ядер1Н и 13С со спином 1/2 возможны два значения (уровня) энергии : Энергия минимальна, когда вектора  и В0 примерно параллельны и максимальна, когда вектора  и В0 примерно антипараллельны В0

6. УПРОЩЕННАЯ МОДЕЛЬ ЯМР Разность энергий двух уровней : E = h  B0  - гиромагнитное отношение (для водорода  = 42.58 MГц / Тл )

7. УПРОЩЕННАЯ МОДЕЛЬ ЯМР Изменения ориентации ядер (переходы между уровнями энергии) возможны в результате поглощения квантов высокочастотного (В.Ч.) электромагнитного поля h Резонансное усиление поглощения В.Ч. поля происходит при совпадении энергии квантов с разностью уровней магнитной энергии hрез =h  B0

8. Устройство ЯМР - приборов Катушка (электромагнит) постоянного поля В0. B 1 Bo Катушка В.Ч. поля В1 e- Образец e-

9. ЯМР-спектрометр BS TESLA Общий вид Электромагнит с образцом

10. ЯМР спектрометр-релаксометр Блок управления ЭВМ В.Ч. поле до 400 МГц Сверхпроводящий магнит В0=94000 Гаусс

11. ЯМР - СПЕКТРОСКОПИЯ У ядер, входящих в молекулу вещества (жидкости) уровни магнитной энергии (значения резонансных частот рез) изменяются за счет взаимодействия с ядрами других атомов (химический сдвиг) Поглощенная энергия В.Ч. поля Спектр ЯМР 1Н в молекуле СН2СН3 Частота В.Ч. поля

12. ЯМР - РЕЛАКСОМЕТРИЯ Частота В.Ч. поля постоянна и равна резонансной частоте ядер 1Н или ядер 13С Создают короткие импульсы В.Ч. поля, переводящие систему ядер в возбужденное состояние После окончания В.Ч. импульса происходит переход ядер в основное состояние ( РЕЛАКСАЦИЯ) С течением времени число ядер в возбужденном состоянии убывает по закону : N=N0e-t/T T - время релаксации

13. ЯМР - РЕЛАКСОМЕТРИЯ ПРИ РЕЛАКСАЦИИ : Намагниченность образца M в направлении, параллельном линиям поля В0 возрастает по закону : M = М0 [1 - exp( -t/T1)] Намагниченность образца M в направлении, перпендикулярном линиям поля В0 (параллельном линиям В.Ч. поля В1) убывает по закону : M= М0exp( -t/T2)]

14. M T1 M T2 Время ЯМР - РЕЛАКСОМЕТРИЯ Т1 - время продольной (спин-решеточной) релаксации Т2 - время поперечной (спин-спиновой) релаксации

15. ЯМР релаксометрия флюидов в порах коллектора Исследуются керны, насыщаемые нефтями и пластовыми водами (рассолами)

16. ЯМР релаксометрия флюидов в порах коллектора ЯМР релаксометрия флюидов в порах коллектора

17. ЯМР релаксометриясмеси пластовых флюидов НЕФТЬ РАССОЛ НЕФТЬ + РАССОЛ Время релаксации Т2 ( мс )

18. ЯМР релаксометрия дает сведения о характере смачивания коллекторов СМАЧИВАНИЕ ВОДОЙ ВОДА НЕФТЬ ПОРОДА СМАЧИВАНИЕ НЕФТЬЮ

19. ЯМР релаксометрияпозволяет получать томографические изображения Т1 релаксация Т2 релаксация

20. ЯМР - изображениераспределения флюидов в поровом пространстве коллекторов

21. Прибор ЯМР - каротажа фирмы Schlumberger Материал - с сайта http://www.slb.com/seed/ru/watch/nmr/tool.htm

22. Результаты ЯМР - каротажа фирмы Schlumberger глубина скважины - в футах (6410 футов  2 км) Материал - с сайта http://www.slb.com/seed/ru/watch/nmr/log.htm