СПОСОБ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ИНДУКТИВНОГО КАРОТАЖАСКВАЖИН Советский патент 1968 года по МПК G01V3/18 

Способы электрического каротажа, .применяемые в промысловой геофизике, направлены в основном на изучение удельного сопротивления (или проводности) пород, слагающих разрез скважины. В то .же время электрические свойства пород характеризуются двумя параметрами - проводимостью у и диэлектрической проницаемостью е. Измерение диэлектрической проницаемости пород должно явиться источником ;цепной дополнительной информации о геологическом разрезе и расширить область применения электрического каротажа.

По известным способам диэлектрического индуктивного каротажа скважин в них с помощью разнесенных на определенное расстояние датчиков возбуждают « измеряют переменное магнитное поле.

В этих способах фактически регистрируется не кривая изменения диэлектрической проницаемости е вдоль ствола скважины, а графики изменения высокочастотного поля, отражающие совместное влияние удельного сопротивления и диэлектрической проницаемости. Последняя определяется путем дальнейшей обработки результатов измерений с помощью номограмм или счетных машин.

Необходимость обработки исходных данных с помощью номограмм приводит к получению Б только в отдельных точках разреза, требует дополнительной затраты времени и связана с

йНесениеМ в результат определения е Дополнительных погрешностей.

Предлагаемый способ отличается от известных тем, что он позволяет осуществить непосредственные измерения пород, слагающих разрез скважины, и тем самым избавиться or указанных недостатков. Результаты измерений практически свободны от влияния удельного сопрориюления пород IB широких пределах изменения последнего. Это достигается путем измерения разности фаз Дф высокочастотного магнитного поля между двумя приемными катушками, удаленньши на разное расстояние от генераторной рамки.

На фиг. 1 схематически изображен снаряд, с помощью которого осуществляются измерения предлагаемым способом; на фиг. 2 - зависимость Аф от диэлектрической проницаемости пород; на фиг. 3 - зависимость созАф

от диэлектрической проницаемости пород.

По описываемому способу в скважине возбуждается переменное магнитное поле высокой частоты (порядка десятков мегагерц). Поле возбуждается с помощью генераторной

катушки /, соосной со скважиной. Под действием переменного электромагнитного поля в окружаюш,их породах индуцируются вихревые токи, коаксиальные скважине. Вихревые токи в среде слагаются из двух компонентов - точеской проницаемости пород, и токов проводимости, Пропорциональных проводимости среды. Вихревые токи являются источником вторичного магнитного поля, которое в общем случае зависит от диэлектрической проницаемости и проводимости лород. Затем регистрируется разность фаз высокочастотного магнитного поля между двумя разнесенными приемными рамками 2, находящимися на разных расстояниях от генераторной катушки. Эта величина зависит от диэлектрической проницаемости окружающих пород и при надлежащем выборе частоты практически не зависит от их удельного сопротивления. Рассмотрим на примере однородной среды как зависит ф.аза и разность фаз осевой составляющей магнитного поля магнитного диполя от паралметров среды и частоты поля. Фаза магнитного поля магнитного диполя на его оси, в точке на расстоянии z от диполя, .определяется следующим выражением: 9 z аг - arctg где а и b-действительная и мни.мая части волнового числа, равные соответственно / / е2„,4,.. / т /a)2;j.2 1/ :±1Й11 о где е - диэлектрическая прони|цаемость; р -удельное сопротивление; (Л - магнитная проницаемость среды; (О - частота поля. Из выражений 1-3 следует, что в общем случае а и Ь, а следо1вательно, и ф, зависят от диэлектрической проницаемости среды, ее проводимости и частоты поля, а фаза, кроме того, - от расстояния до источника поля. С увеличением частоты при достижении соотношения-; 1, т. е. при преобладании в среде токов смещения, вырал ення для а и & приобретают следующий вид. а -- с

где 8 относительная диэлектрическая

о проницаемость; с - скорость света. 6 188т t/ --

(of/S

1Ш I tуV

А --,(г,-,)(|фазовая постоянная) а не зависит от проводимости пород, а мнимая часть (коэффициент иотлощеиия) b - от частоты. Соответственно с повышением частоты поля уменьшается зависимость фазы -ф от проводимости окружающих пород поскольку, как видно из выражения (1), фаза поля на высокой частоте в основном определяется первым членом аг. Так и при частоте 64 мгц на расстоянии в 1 л от источника фаза поля диполя в однородной среде практически не зависит от удельного сопротивления пород, «ачиная с , р 50 ом/м и выше. В то же время при измерении амплитуды повышение частоты поля не уменьшает зависимости от удельного сопротивления среды, поскольку в выражении для амплитуды всегда входит экспоненциальный сомножитель е . Та.ким образом, фазовые измерения принципиально более благоприятны для определения диэлектрической проницаемости пород, чем измерение амплитудных значений поля. Однако в реальных условиях измерения непосредственной фазы поля вряд ли целесообразны и возможны по следующим причинам. Наличие ствола скважины, заполненного буровым раствором низкого удельного сопротивления, приводит к сильной зависимости фазы ПОЛЯ от проводимости раствора и диаметра скважины. Во-вторых, непосредственное измерение фазы связано с необходимостью подачи опорного напряжения от генераторной катушки к измерительным цепям. На высоких частотах (50-70 Мгц} устройство линии для подачи опорной фазы, проходящей между генераторной и приемными катушками, связано с появлением сильных паразитных наводок и связей. Однако можно ликвидировать эти трудности, измеряя не фазу поля в данной точке, а разность фаз между сигналами, наведенными в двух приемных катушках, расположенных на оси скважины и удаленных на расстоянии г и Zz от генераторной ра.мки. Разность фаз при однородной среде |будет определяться следующим выражением: Аф ф1-ф2 й(21-22) - a() - arctg (1 + bzi) (1 + bzz) -(- где ф1 и ф2-фазы сигнала в прйемных катушках, удаленных от генераторной катушки на расстояния z и Zz, или, подставляя в выражение (6) выражение (4) и (5), для а и 6 имеем: (Zi - 2)

Для разности фаз, как это из выражений (6) и (7), характерна еще меньшая зависимость от удельного сопротивления окружающих пород, чем для фазы.

Другой нриндипиально важной особенностью способа является наличие фокусировки поля и исключение влияния скважины. Проводящий буровой раствор примерно одинаково влияет на ф1 и ф2. Естественно, что при измерении разности фаз влияние скважины исчезает. Наконец, при измерении разности фаз отпадает необходимость устройства линии, связывающей генераторную день с измерительной.

Для пояснения показана зависимость Аф от диэлектрической проницаемости пород для частоты 64 Мгц. Зонд, имеющий одну генераторную катушку и две приемные удаленные от генераторной .на 1 я 0,8 м находится в скважине, заполненной буровым раствором, с р 1 ом/м и .

Наряду с измерением разности фаз аналогичные результаты могут быть достигнуты путем измерения косинуса разности фаз. Естественно, что cos Аф, а так же как и ф, тесно связан со значением диэлектрической проницаемости пород и мало зависит от их удельного сопротивления.

Регистрация созАф позволяет получить почти линейную зависимость между измеряемым параметром и диэлектрической проницаемостью среды.

Кроме того, можно добиться большей точности измерений, а следовательно, и увеличить

точность определения е. Для пояснения показана зависимость созАф от диэлектрической проницаемости пород при разных значениях удельного сопротивления среды. Размеры зонда, Частоты поля, параметры скважины те же, что в случае, изображенном на фиг. 2.

Последовательность операций при нзмерениях предлолсенным способом сводится к следующему:

1) с помощью вертикального магнитного диполя в скважине возбуждают высокочастотное магнитное поле порядка десятков мегагерц;2) при перемещении снаряда в скважине

непрерывно регистрируют разность фаз магнитного поля или cos Аф, величина которой пропорц-иональна диэлектрической проницаемости окружающих пород.

20

Предмет изобретения

Способ диэлектрического индуктивного каротажа скважин, при котором в скважине с помощью разнесенных на определенное расстояние датчиков возбуждают и измеряют переменное магнитное поле, отличающийся тем, что, с целью исключения влияния удельного сопротивления на результаты измерений, производят определение диэлектрической проницаемости пород путем регистрации разности фаз или косинуса разности фаз высокочастотного, порядка десятков мегагерц, магнитного поля между разнесенными приемными катушками.

Г

У-У,

Cos & Ч

128QoMk. 320 SO . 40

0,5Ю 2П SO V SO 60

0,5