СПОСОБ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ Советский патент 1969 года по МПК G01V3/18 

Изобретение относится к области геофизических методов исследования скважин, в частности, к электромагнитным методам изучения сопротивления горных пород.

Среди методов для определения удельного сопротивления (удельной проводимости) пород посредством электромагнитного поля наибольшее распространение получил индукционный каротал (А. А. Кауфман. Теория индукционного «аротажа. Изд-во «Наука СО АН СССР, 1965 г.). Одна1ко этот метод имеет ряд недостатков, основным из которых является существенная зависимость показаний индукционного зонда от удельного сопротивления (проводимости) различных зон пласта и вмещающих пород. Иными словами, при питании генераторных катушек гармонически меняющимся током Э.Д.С., возникающая в измерительных катушках, зависит от удельной проводимосги пласта, зоны проникновения и вмещающих иород. Для раздельного определения удельной проводимости этих зон используются сложные многокатушечные зонды или применяется комплексирование метода индукционного каротажа с другими электрическими методами. Это приводит к резкому усложнению аппаратуры как скважинной, так и наземной, а также методик проведения измерений и интерпретации получаемых результатов. Другим недостатком метода индукционного

каротажа, осложняющим проведение измерений и существенно усложняющим аппаратуру, является наличие э.д.с. прямого поля (э.д.с. непосредственной индуктивной связи между генераторной и измерительной катушками зонда), являющейся помехой при измерениях. Существует метод индукционного исследования скважин (патент США № 3.090.910 от 1963 г. по классу 324-6). В этом патенте

предлагается способ для измерения проводимости среды путем индукций, состоящий в том, что в среде создается магнитное иоле, интенсивность которого меняется от первоначальной величины до некоторой конечной величины, а измерения проводятся лишь в тот момент времени, когда напряжение достигает определенной, заранее выбранной величины. В этом методе изучается скорость процесса нарастания (становления) магнитного поля в

поздней стадии лишь в один определенный момент времени, так как измерение скоросги нарастания магнитного поля не может быть реализовано на более ранних стадиях из-за соизмеримости полезного сигнала с помехами,

возникающими вследствие нестабильности линейного характера изменения тока в генераторной катушке.

удельной проводимости зон пласта, расположенных на различном расстоянии от скважины - достигается тем, что измерения э.д.с. проводят в различные моменты времени после выключения источника магнитного поля.

На фиг. 1 показан вариант устройства, с помощью которого реализуется предложенный способ; на фиг. 2 - временные диаграммы тока и напрял ений, на фиг. 3 - дифференциальные радиальная и вертикальная характеристики двухкатушечного зонда; на фиг. 4 - результирующие радиальная и вертикальная характеристики; на фиг. 5 - варианты реализации способа временной фокусировки.

Устройство для реализации предложенного способа содержит источник 1 тока прямоугольной формы, зонд 2, состоящий из генераторной Г и измерительной Я катущек, преобразователь 3 измеряемого сигнала, систему 4 разделения, блок 5 питания скважинного прибора, относящиеся к скважинному прибору, и каротажный кабель, панель 7 управления, источник 8 питания, блок 9 регистрации, относящиеся к наземной аппаратуре.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.

В скважину опускают систему, состоящую из генераторной и приемной катушек, смонтированных на одной жесткой основе, и электронного блока. Расстояние между серединами катушек есть длина зонда L, (см. фиг. 1). По генераторной катушке пропускают ток постоянной величины /. При этом в измерительной катушке действует постоянная напряженность магнитного поля Н, а э.д.с. равна нулю. При выключении тока в генераторной катун1ке напряженность магнитного поля в окружающей проводящей среде падает до нуля не сразу.

Процесс спада происходит постепенно по определенному закону, а именно Я Я(а),

auL

,а

(Т - удельная электропроводимость среды;

|л - магнитная проницаемость среды;

L - длина зонда;

t- время в секундах.

То же наблюдается и в э.д.с., действующей в измерительной катушке. Форма тока в генераторной катушке /г, напряженности магнитного поля в окружающей проводящей среде Я и э.д.с. в приемной катушке „ в зависимости от времени изображены на фиг. 2.

Если измерения проводят в моменты времени, когда ток в генераторной катушке отсутствует, то напряженность прямого магнитного ноля отсутствует, а величина измеряемого сигнала в однородной среде зависит от проводимости магнитной проницаемости горных пород и момента измерения. В неоднородной среде на величину напряженности магнитного поля после выключения тока в генераторной катушке и, следовательно, э.д.с., действующих в измерительной катушке, оказывает влияние расстояние, на котором находится цилиндрический слой горных пород определенной электропроводимости, и соотношение между электропроводностью отдельных цилиндрических слоев.

Для учета влияния различных зон окружающей среды на показания зонда при данном способе измерения следует рассмотреть пространственные характеристики дзухкатушечного зонда. Под дифференциальной радиальной характеристикой зонда понимается зависимосгь э.д.с., создаваемой отдельным цилиндрическим слоем от его радиуса, выраженного в единицах длины зонда rjL в однородной среде при различных параметрах t/f. Под дифференциальной вертикальной характеристикой зонда понимается зависимость э.д.с., дейсгвующей РЗ измерительной катушке зонда от тонкого слоя однородной среды, находящегося на расстоянии A/L от середины зонда при различных параметрах -r/f. Аналогично могут быть введены интегральные характеристики.

На фиг. 3 показаны дифференциальные радиальная и вертикальная характеристики. Радиус исследования двухкатушечного зонда нри

изучении нроцесса спада тем больше, чем меньше величина параметра т//. Так как удельная проводимость каждого цилиндрического слоя не зависит от времени, то при нроведении измерения в фиксированные моменты

времени можно учесть вклад любого цилиндрического слоя, находящегося на определенном расстоянии от оси зонда. То же самое можно сказать и по поводу учета влияния горизонтальных слоев, лежащих в окрестности

зонда. Таким образом, при проведении измерения напряженности ) или э.д.с. в процессе их спада в различные, специальным образом выбранные моменты времени, можно получать представления об удельной электрспроводимости различных зон окружающей скважину среды (зоны проникновения, окаймляющей зоны, незатронутой про11икновением части пласта, вмещающих пород). Исключить или учесть влияние отдельных зон можно путем вычитания или сложения сигналов, действующих в моменты ti и tJ. Эти моменты можно подобрать так, чтобы полученная радиальная характеристика имела вид близкий к характеристике, нрнведенной на фиг. 4. Все это

справедливо также и по отношению к вертикальным характеристикам исследования.

Описанный способ получения определенных пространственных характеристик исследования двухкатушечного зонда может быть назван

способом временной фокусировки. Этот снособ может быть реализован не только нутем измерения э.д.с. или напряженности поля в фиксированные моменты времени, но также путем измерения э.д.с. или напряженности

магнитного поля за определенные, специально выбираемые промежутки времени, как показано на фиг. 5.

тически любые пространственные характеристики исследования двухкатушечного зонда. Применяя зонды различной длины и проводя измерения в различные моменты времени и за различные интервалы времени процесса спада, можно увеличить глубинность метода и его разрешающую способность как по вертикали, так и по горизонтали.

Если измерения проводят на поздних стадиях процесса спада магнитного поля, измеряемый сигнал характеризует все более удаленные области окружающей скважину среды, так как в ближних областях процесс спада поля закончился.

При работе с однокатушечным зондом катушка в моменты времени, когда по ней течет

ток, служит источником магнитного поля, а после выключения тока - измерительной катушкой.

Предмет изобретения

Способ электромагнитного исследования в сквал ;инах, заключающийся в возбуждении в горных породах пульсирующего магнитного поля и измерении э.д.с., возникающей в приемной катушке под действием изменения этого поля, отличающийся тем, что, с целью изучения удельной проводимости зон, расположенных на различном расстоянии от скважины, измерения э.д.с. проводят в различные моменты времени после выключения источника магнитного поля.

(т)„

Фп

Фиг.З

96/2.

;

Ц

г fj « 5 ie

иг.5