ТЕМА: МЕТОДЫ ЯДЕРНОГО МАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА (ЯМР) Лекционный курс «Физические основы измерений и эталоны» Раздел ИССЛЕДОВАНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РЕЗОНАНСНЫХ ЯВЛЕНИЙ

Дополнительная литература на сайте

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, ….

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

УПРОЩЕННАЯ МОДЕЛЬ ЯМР Энергия взаимодействия атомных ядер с магнитным полем B 0 определяется вектором магнитного момента В0В0 Вектора магнитных моментов прецессируют вокруг линий поля

УПРОЩЕННАЯ МОДЕЛЬ ЯМР Для ядер 1 Н и 13 С со спином 1/2 возможны два значения (уровня) энергии : Энергия минимальна, когда вектора и В 0 примерно параллельны и максимальна, когда вектора и В 0 примерно антипараллельны В0В0

УПРОЩЕННАЯ МОДЕЛЬ ЯМР Разность энергий двух уровней : E = h B 0 - гиромагнитное отношение (для водорода = MГц / Тл )

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 B 0

Bo B 1 Катушка В.Ч. поля В 1 Катушка (электромагнит) постоянного поля В 0. e- Устройство ЯМР - приборов Образец

ЯМР-спектрометр BS TESLA Общий вид Электромагнит с образцом

ЯМР спектрометр-релаксометр Сверхпроводящий магнит В 0 =94000 Гаусс Блок управления ЭВМ В.Ч. поле до 400 МГц

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) Частота В.Ч. поля Поглощенная энергия В.Ч. поля Спектр ЯМР 1 Н в молекуле СН 2 СН 3

ЯМР - РЕЛАКСОМЕТРИЯ Частота В.Ч. поля постоянна и равна резонансной частоте ядер 1 Н или ядер 13 С 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=N 0 e -t/T T - время релаксации

ЯМР - РЕЛАКСОМЕТРИЯ Намагниченность образца M в направлении, параллельном линиям поля В 0 возрастает по закону : M = М 0 [1 - exp( -t/T 1 )] Намагниченность образца M в направлении, перпендикулярном линиям поля В 0 (параллельном линиям В.Ч. поля В 1 ) убывает по закону : M = М 0 exp( -t/T 2 )] ПРИ РЕЛАКСАЦИИ :

ЯМР - РЕЛАКСОМЕТРИЯ M M Время T1T1 T2T2 Т 1 - время продольной (спин-решеточной) релаксации Т 2 - время поперечной (спин-спиновой) релаксации

ЯМР релаксометрия смеси пластовых флюидов НЕФТЬ РАССОЛ НЕФТЬ + РАССОЛ Время релаксации Т 2 ( мс )

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

ЯМР релаксометрия флюидов в порах коллектора ЯМР релаксометрия флюидов в порах коллектора Связанная водаСвободная вода

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

Функции распределения времен поперечной ЯМР – релаксации на различных участках модели водосодержащего нефтяного пласта ЯМР релаксометрия дает сведения о формировании В/Н эмульсий внутри пористых коллекторов

ЯМР релаксометрия позволяет получать томографические изображения Т1 релаксацияТ2 релаксация

ЯМР - изображение распределения флюидов в поровом пространстве коллекторов

Прибор ЯМР - каротажа фирмы Schlumberger Материал - с сайта

Результаты ЯМР - каротажа фирмы Schlumberger глубина скважины - в футах (6410 футов 2 км) Материал - с сайта

КОНЕЦ ЛЕКЦИИ