Методи індукційного та діелектричного каротажу

Індукційні методи, базуються на вивченні в свердловинах змінного електромагнітного поля високої та низької частоти. В практиці геофізичних робіт найбільшого поширення отримали низькочастотні індукційні методи з поздовжнім датчиком.

Низькочастотні індукційні методи включають: звичайний індукційні метод з поздовжнім датчиком; індукційний метод з поперечним датчиком; індукційний метод перехідних процесів; частотний індукційний метод та ін.

Індукційні методи використовуються для дослідження вторинного електромагнітного поля середовища, електрорушійна сила (е.р.с.) яких прямо пропорційна електропровідності гірських порід. Вторинне електромагнітне поле в навколишньому середовищі виникає за рахунок вихрових струмів, які індуковані котушкою, що живиться від генератора змінного струму, який розміщений в свердловині.

Відповідно, індукційні методи дозволяють вивчати розрізи сухих свердловин і свердловин, які пробурені з промивною рідиною на нафтовій або іншій основі, яка погано проводить електричний струм, а також свердловин, які заповнені нафтою.

Метод індукційного каротажу

Найпростіший зонд індукційних методів складається з двох котушок (генераторної та приймальної), які опущені в свердловину. Відстань між серединами котушок є довжиною індукційного зонда (L _i). Генераторна котушка зонда підключена до генератора змінного струму ультразвукової частоти 20-60 кГц і живиться стабілізованим за частотою та напругою струмом. Приймальна котушка зонда живиться через підсилювач та фазочутливий елемент і підключена за допомогою кабелю до реєструючого пристрою, що розміщений на поверхні. Змінний струм, який протікає в генераторній котушці, створює змінне магнітне поле, яке в свою чергу індукує в середовищі, що оточує зонд, вихрові струми, які формують вторинне змінне магнітне поле такої ж частоти, що й первинне поле.

Електрорушійна сила (е.р.с.), що генерується вторинним полем у приймальній котушці, складається з двох складових – активної та реактивної. Свердловинним приладом реєструється сигнал активної складової е.р.с.. У випадку провідності середовища е.р.с. активної складової прямо пропорційне її електропровідності. З ростом електропровідності середовища е.р.с. активного сигналу збільшується повільно за більш складним законом. Порушення пропорційності між величиною активного сигналу та електропровідністю середовища пов’язане із взаємодією вихрових струмів. Чим більша частота струму та електропровідність середовища, тим значніша взаємодія вихрових струмів і, відповідно, суттєвіший вплив скін-ефекту на покази індукційного каротажу. Активний сигнал реєструється на поверхні у вигляді кривої, яка відбиває зміну електропровідності порід в свердловині. Точка запису кривої є середина відстані між центрами генераторної та приймальної котушок. Одиницею вимірювання електропровідності порід є См/м – величина, яка обернена питомому опору – Ом·м. Але на практиці в основному використовують мСм/м.

Звичайний низькочастотний індукційний метод з поздовжнім датчиком базується на вивченні електромагнітного поля поздовжнього датчика, вісь якого співпадає з віссю свердловини. В даному випадку вихрові струми розміщені в площинах, які перпендикулярні до осі свердловини і не перетинають поверхню розділу горизонтальних шарів. На результати вимірювання простим двохкотушечним зондом з метою вивчення дійсного питомого опору значно впливає свердловина, зона проникнення та вміщуючі породи, а також прямий сигнал від генераторної котушки. Для зменшення цих факторів і виключення прямого сигналу Долль запропонував багатокотушечні фокусуючі зонди.

Багатокотушечний зонд представляє собою систему котушок, які закріплені на одному ізольованому стержні (Рис. 2.18). Генераторна котушка ГК і приймальна котушка ПК є основними (головними), інші котушки називаються фокусуючими і компенсаційною. Фокусуючі котушки в генераторній ФГ і приймальній ФП ланках призначені для зменшення впливу некорисних сигналів, які викликані вихровими струмами, що циркулюють в свердловині в зоні проникнення та вміщуючих порід. Компенсаційна котушка К служить для виключення в приймальній котушці е.р.с. прямого поля, яка індукується генераторною котушкою.

Точкою, до якої відносяться результати вимірювання, є середина відстані між головними (генераторною ГК і приймальною ФП) котушками.

 

 

а, б – трьохкотушечні зонди; в – п’ятикотушечний зонд;

ФГ, ФП – відповідно, фокусуючі котушки в генераторній та приймальній ланках

Рисунок 2.18 – Схеми зондів індукційних методів

Фокусуюча дія котушок досягається за допомогою підбору числа їх витків, розміщення та включення їх відносно головних котушок. Число додаткових котушок, їх взаємне розміщення та число витків повинно бути таким, щоб, в значній мірі, виключати вплив свердловини, зони проникнення та вміщуючих порід, а ефективна електропровідність була як найближче до дійсного значення електропровідності пласта. Компенсаційні та фокусуючі котушки включаються послідовно з головними, але їх витки намотані обернено виткам генераторної та приймальної котушок.

У позначенні зондів перша цифра відповідає числу всіх котушок. Буква Ф означає, що зонд – фокусуючий. Остання цифра відповідає довжині зонда. Наприклад індукційний зонд 5Ф1.2 – п’ятикотушечний, фокусуючий, довжиною 1.2 м.

Багатокотушечний зонд повинен забезпечувати вимірювання питомої електропровідності порід у достатньо широкому діапазоні, суттєво знизити вплив свердловини, зони проникнення та вміщуючих порід, володіти значною глибинністю дослідження та відмічати на кривих s _еф малопотужні пласти.

Багатокотушечні зонди діляться на симетричні та несиметричні. Симетричними зондами називають такі, в яких спостерігається симетрія в розміщенні фокусуючих котушок відносно точки запису та рівність похідних моментів котушок для всіх симетрично розміщених фокусуючих пар. До симетричних зондів відносяться п’яти – та шестикотушечні зонди, а до несиметричних – трьох- та чотирьохкотушечні. Розрізняють зонди з внутрішнім фокусуванням (додаткові котушки, розміщені в зонді між головними), зовнішнім фокусуванням (додаткові котушки розміщені поза довжиною зонда) та із змішаним фокусуванням (додаткові котушки розміщені як і всередині, так і поза межами зонда).

Ступенем фокусування індукційного зонда називається відношення сигналу в однорідному середовищі Е _бк для багатокотушечного зонда до сигналу для двохкотушечного зонда Е _дк, тобто:

 

. (2.25)

 

Розрізняють зонди з слабким фокусуванням (K _Ф>0.3) і сильним фокусуванням (K _Ф<0.3).