Mélyfúrási geofizika Balázs László

A mai hatékonyan alkalmazható szondageneráció kifejlesztését több ötlet tette lehetővé. A fúrólyukhatását a szonda
excentrikus elhelyezésével és a rezonáns tér kis térfogatra való fókuszálásával oldották meg, a földi tér helyett
vízszintes polarizációjú permanens mágnest, alkalmaztak.
12.3. ábra. NMR berendezés elrendezése és a vizsgált kőzettérfogat. (Coates et al 1999)
A módszer időbeli felbontását lényeges javította az un. spin-echo módszer. A korábbi NMR méréseknél a mágneses
tér lokális inhomogenitásai a precessziót illetően Larmor-frekvencia fluktuációkhoz vezetet, mely a szinkronizáltan
precesszáló spinrendszer szinkronjának gyors szétfolyásához vezet. Így nem volt eldönthető, hogy az amplitúdó
csökkenés mögött tényleges relaxációs effektusok vagy a Larmor-frekvenciák fluktuációja áll. A szinkronizált
csomag szétfolyását akadályozza meg a spin-echo módszer. Ennek lényege, hogy a kezdeti szinkronizált precesszió
létrehozása után (90 fokos rezonáns gerjesztés), adott idővel (Te/2) egy teljes spinrendszer átfordítást végeznek a
rezonáns térrel és kétszer olyan hosszú gerjesztési idővel (180 fokos rezonáns gerjesztés). Így a precesszió iránya
megfordul az előre siető protonok hátrébb kerülnek, mintha különböző sebességű futókat hirtelen visszafordítanánk
a rajt felé. Így Te idő elteltével a fázis szerint rendbe hozott jelet mérhetjük. Az így mért jel csökkenése már csak
a kőzetfizikai okokra visszavezethető relaxációs folyamatoktól függ. (12.4. ábra)
101
NMR mérések
XML to PDF by RenderX XEP XSL-FO F ormatter, visit us at 
http://www.renderx.com/

---

12.4. ábra. Spinecho mérések alapstratégiája (Ellis 2007)
A T
2
relaxációs mechanizmusok 3 kategóriába sorolhatók:
• Az un. térfogati (bulk) relaxációs folyamat, amely a végtelen kiterjedésű folyadékban a szomszéd spin-spin
kölcsönhatásra bekövetkező relaxáció.
• Felületi relaxáció a kőzetalkotó ásványok felületén, többnyire paramágneses elemekkal való kölcsönhatás
eredményeképpen előálló relaxáció.
• Diffúzió hatására bekövetkező relaxáció, mely különösen akkor lényeges, ha a polarizáló mágneses tér változik.
A különböző relaxációs folyamatok egymástól függetlenül és érvényesítik hatásukat így az eredő relációs idő:
(12.10.)
.
Porózus kőzetekben a relaxációs mechanizmusok függnek a protont tartalmazó folyadék vagy gázfázis
viszkozitásától, kapilláris tulajdonságaitól. Az olajcseppek általában a pórustér közepén helyezkedik el, így a
meghatározó relaxációs folyamat a térfogati relaxáció, mely viszkozitás függő így az olajfázis T
2
eloszlás görbéje
viszonylag lokalizált. A víz esetében is szerepet kap a térfogati relaxáció, de általában legfontosabb a felületi
relaxáció. Mivel általában a víz nedvesít, így a T
2
eloszlás görbéje tükrözi a pórus struktúrát. A gáztartalom esetén
a gázmolekulák nagy mobilitása miatt a diffúziós tag meghatározó.
A különböző fluidum komponensek T2 eloszlás görbéi szuperponálódnak.
12.5. ábra. Tipikus T2 eloszlás görbe különböző fluidumokra, vízre nedvesedő kőzet esetén. A szabadvíz és kötött
víz elkülönítése mátrixtól függő küszöbérték alapján történik.
A T
2
görbék előállításához a T
2
időintervallumot diszkrét szakaszokra osztják, amelyek megfeleltethetők különböző
méretű pórusrészeknek, kötött víznek, kapillárisban levő víznek és szabad víznek, ahol a precesszió legtovább
folytatódhat. Homokkő esetén a szabadvíz-kötött víz határvonal 30 ms-nál húzható meg.
102
NMR mérések
XML to PDF by RenderX XEP XSL-FO F ormatter, visit us at 
http://www.renderx.com/

---

12.6. ábra. NMR eredmények: T
2
eloszlásfüggvények a mélység függvényében. Jól láthatóak a jelentős kötöttvíz
tartalommal jellemezhető agyagos zónák és köztük a nagy szabadvíztartalmú tároló zóna.
A módszer egyik gyenge pontja, hogy a határértékek erősen litológia függőek. Pl. mészkő esetén a szabadvíz és
kötött víz régiót elválasztó kritikus érték 100 ms körül van, köszönhetően a mészkő kisebb paramágneses komponens
koncentrációjának. Az illesztendő görbe alakja, melyből a T
2
eloszlás származik:
(12.11.)
.
A T
2
eloszlásgörbék és a magokon higanyos telítéssel mért pórustorok eloszlás görbéi általában nagy hasonlóságot
mutatnak. Adott mátrix esetén elkülönített kötött víz (BVI) és szabad pórusvíz frakció (FFI) aránya viszonylag
pontos permeabilitás becslést tesz lehetővé (Coates 2007):
(12.12.)
.
További fejlesztésekkel és a mérési stratégia megválasztásával a lehetővé válik a szénhidrogén is víz elkülönítése.
Részben térben változó mágneses tér alkalmazásával, részben az echo idők, illetve a gerjesztési idők (T
1
) variálásán
alapuló méréssel lehetséges a fluidum komponensek elválasztása.
103
NMR mérések
XML to PDF by RenderX XEP XSL-FO F ormatter, visit us at 
http://www.renderx.com/

---

13. fejezet - Akusztikus módszerek
Rugalmas hullámok terjedésén alapuló módszerek a mélyfúrási geofizikában is használatosak. A hullámok terjedési
sebessége, amplitúdó csökkenése szoros kapcsolatban van a vizsgált közeg rugalmas tulajdonságaival, melyek
megfelelő kőzetfizikai modellekkel összeköthetők a kőzet tulajdonságaival, összetételével. Az akusztikus módszerek
eredményei fontos szerepet töltenek be a szeizmikus modellalkotásban, inverzióban, a szeizmikus és mélyfúrási
információk összekötésében.
A szeizmikus hullámok terjedési sebessége a kőzetekben néhány km/s. Ahhoz, hogy a mélyfúrási geofizikában
szükséges mélységfelbontást elérjük, a szeizmika frekvencia tartományánál lényeges nagyobb, 20-25 kHz frekvencia
szükséges.
A fúrásban is alkalmazható mérési geometriák mellett, a fenti frekvenciával gerjesztett rugalmas hullámok fajlagos
terjedési idejét tudjuk rögzíteni. Ebből, homogén tér feltételezése mellett effektív (látszólagos) sebességet és
rugalmas állandókat (nyírási modulusz, inkompresszibilitási modulusz stb.) származtathatunk.
A módszer alapjául szolgáló rugalmas hullámok terjedésének elmélete a Hooke-közelítésen alapul, azaz feltételezzük,
hogy a kőzetek deformációinak tartományában a kőzet tökéletesen rugalmasan viselkedik. Ez azt jelenti, hogy a
deformáció (ϵ) és feszültség (σ) tenzorok között lineáris összefüggés áll fenn, amely homogén izotróp közegben
két állandóval fejezhető ki (Landau Lifsic 1974):
(13.1.)
.
A deformáció a rugalmas közeg elmozdulás vektorával (u), annak differenciális változásaival fejezhető ki:
(13.2.)
.
A közeg térfogatelemére felületi (feszültség tenzorból származtatható) rugalmas erők és térfogati erők (F pl.
gravitáció) hathatnak, melyek a térfogat egyensúlyánál kielégítik az alábbi összefüggést:
(13.3.)
.
(Megjegyezzük, hogy a nyomás jellegű feszültség tenzorral felületi integrál formájában összegezhető a differenciális
térfogatra ható teljes felületen át ható erőrendszer, mely a Gauss-tétellel térfogati integrállá alakítható, innen ered
13.3.-ban a divergencia tag)
Ha rugalmas erő hatására elmozdulás és deformáció jön létre, a gyorsulására felírhatjuk a Newton-törvényt:
(13.4.)
.
Különböző irányú elmozdulások esetén (longitudniális és transzverzális) az alábbi hullámegyenleteket kapjuk pl.
x irányba haladó hullámok esetére.
P-hullámra:
(13.5a.)
,
és y irányba polarizált transzverzális hullámra:
104
XML to PDF by RenderX XEP XSL-FO F ormatter, visit us at 
http://www.renderx.com/

---