Способ диэлектрического индуктивного каротажаскважин

О П И,С А Н И ЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 206735 союз Советскик Социалистических РеспубликКомитет по делом изобретений н открытий при Совете Министров СССРАвтор изобретения Заявитель Д, С. Гаев Московский геологоразведочный институт им. Серго ОрджоникидзеСПОСОБ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ИНДУКТИВНОГО КАРОТАЖА СКВАЖИНСпособы электрического каротажа, применяемые в промысловой геофизике, направлены в основном ца изучение удельното сопротивления (или проводности) пород, слагающих разрез скважины. В то же время электрические свойства пород характеризуются двумя параметрами - проводимостью у и диэлектрической проницаемостью з. 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 опрсделенное расстояние датчиков возбуждают и измеряют переменное магнитное поле.В этих способах фактически регистрируется не кривая изменения диэлектрической проницаемости з вдоль ствола скважины, а графики изменения высокочастотного поля, отражающие совместное влияние удельного сопротивления и диэлектрической проницаемости. По следняя определяется путем дальнейшей обработки результатов измерений с помощью номограмм или счетных машин.Необходимость обработки исходных данных с помощью номограмм приводит к получению в только в отдельных точках разреза, требует дополнительной затраты времени и связана с внесением в результат определения е дополнительных погрешностей.Предлагаемый способ отличается от известных тем, что он позволяет осуществить непо средственные измерения пород, слагающихразрез скважины, и тем самым избавиться ог указанных недостатков. Результаты измерений практически свободны от влияния удельного сопротивления пород в широких пределах из менения последнего. Это достигается путемизмерения разности фаз Лгр высокочастотного магнитного поля между двумя приемными катушками, удаленными на разное расстояние от генераторной рамки.15 На фиг. 1 схематически изображен снаряд,с помощью которого осуществляются измере. ния предлагаемым способом; на фиг. 2 - зависимость Лр от диэлектрической проницаемости пород; на фиг. 3 - зависимость созЬгр 20 от диэлектрической проницаемости пород.По описываемому способу в скважине возбуждается переменное магнитное поле высо.кой частоты (порядка десятков мегагерц). Поле возбуждается с помощью генера торной 25 катушки 1, соосной со скважиной. Под действием переменного электромагнитного поля в окружающих породах индуцируются вихревые токи, коаксиальные скважине. Вихревые токи в среде слагаются из двух компонентов - то ков смещения, пропорциональных диэлектри.(4) о/ ефЛр = (г,-гз) -с 60 Таким образом, при достаточно высокой ча. стоте действительная часть волнового числа 65ческой проницаемости пород, и токов прово. димости, пропорциональных проводимости среды, Вихревые токи являются источником вторичного магнитного поля, которое в общем случае зависит от диэлектрической проницаемости и проводимости,пород. 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 надлежа. щем выборе частоты практически не зависит от их удельного сопротивления,Рассмотрим на примере однородной среды как зависит фаза и разность фаз осевой составляющей магнитного поля магнитного диполя от параметров среды и частоты поля.Фаза магнитного поля магнитного диполя на его оси, в точке на расстоянии г от диполя, .определяется следующим выражением; пде а и Ь - действительная и мнимая частиволнового числа, равные соответственно вфла62 о)42 + + щ 2;.(2)г где е - диэлектрическая проницаемость;р в удельн сопротивление;р - магнитная, проницаемость среды;со - частота поля. Из выражений 1 - 3 следует, что в общем случае а и Ь, а, следовательно, и р, 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, выражения для а и Ь приобретают следующий вид,где еф= -- относительная диэлектрическаяопроницаемость; с - скорость света,1881Ь= 5 10 15 го г 5 80 З 5 40 45(фазовая постоянная) а не зависит от прово. димости пород, а мнимая часть (коэффициент поглощения) Ь - от частоты. Соответственно с повышением частоты поля уменьшается зависимость фазы ср от проводимости окружающих пород поскольку, как видно из выражения (1), фаза поля на высокой частоте в ос новном определяется перовым членом аг. Так и при частоте 64 мгц на расстоянии в 1 м от источника фаза поля диполя в однородной среде практически не зависит от удельного сопротивления пород, начиная с е" =5, р= =50 ом/л и ваше. В то же время при измерении амплитуды повышение частоты поля не уменьшает зависимости от удельного сопротивления среды, поскольку 1 в выражении для амплитуды всегда входит экспоненциальный- бгсомножитель еТаким 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 целесооб. разны и возможны по следующим причинам. Наличие ствола скважины, заполненного бу. ровым 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 катуш ки к измерительным цепям. На высоких частотах (50 - 70 Мгц) устройство линии для подачи опорной фазы, проходящей между генераторной и 1 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 сиважины и удаленных на расстоянии г 1 и г, от генераторной рамки. Разность ,фаз ари однородной среде будет определяться следую. щим выражением: Лр - у ра=а (г 1 - г 2)- агс 1 д а (г 1 - га) (6) (1 -1- бг,) (1+ бг ) + а 2 г,г где ср, и сра - фазы сигнала в приемных катушках, удаленных от генераторной катушки на расстояния г, и г., или, подставляя ввыражение (6) выражение (4) и (5), для а и Ь имеем;206735 20 05 Для разности фаз, как это видно из выражений (6) и (7), характерна еще меньшая зависимость от удельного сопротивления окружающих пород, чем для фазы.Другой принципиально важной особенностью способа является наличие фокусировки поля и исключение влияния скважины. Проводящий буровой раствор примерно одинаково влияет на 1 и г. Естественно, что при измерении разности фаз влияние скважины исчезает. Наконец, при;измерении разности фаз отпадает необходимость устройства линии, связывающей генераторную,цепь с измерительной.Для пояснения показана зависимость Лр от диэлектрической проницаемости, пород для частоты 64 Мги. Зонд, имеющий одну генераторную катушку и две приемные удаленные от генераторной на 1:и 0,8 м находится в скважине, заполненной буровым раствором, с р=1 ом/м и вам=80.Наряду с измерением разности фаз аналогичные результаты могут быть достигнуты пу. тем измерения косинуса разности фаз. Естест. венно, что соз Л, а так же как и , тесно связан со значением диэлектрической проницаемости пород и мало зависит от их удельного сопротивления.Регистрация сов Л позволяет получить почти линейную зависимость между измеряемым параметром и диэлектрической проницаемостью среды.Кроме того, можно добиться большушей точности измерений, а следовательно, и увеличить точность определения е. Для пояснения лока.зана зависимость сов Ьр от диэлектрическойпроницаемости пород,при разных значенияхудельного сопротивления среды. Размеры зон 5 да, частоты поля, параметры скважины те же,что в случае, изображенном на фиг, 2.Последовательность операций,при,измерениях предложенным способом сводится к сле.дующему:10 1) с помощью вертикального магнитногодиполя в скважине возбуждают высокочастот.ное магнитное, поле порядка десятков мегагерц;2) при,перемещении снаряда в скважине15 непрерывно регистрируют разность фаз магнитного поля или соз Лр, величина которойпропорциональна диэлектрической проницаемости окружающих пород,П редмет изобретения Способ диэлектрического индуктивного каротажа скважин, при котором в скважине с помощью разнесенных на определенное рае стояние датчиков возбуждают и измеряют переменное магнитное поле, отличающийся тем, что, с целью исключения влияния удельного сопротивления на результаты измерений, про изводят определение диэлектрической прони- ЗО цаемости пород путем регистрации разностифаз или косинуса разности фаз высокочастотного, порядка десятков мегагерц, магнитного ,поля между разнесенными приемными катушками.20 Б 735ог з/Р2 йпм, -05Составитель Э. Тереховаактор Н, Джарагетти Техред Т. П. Курилко Корректор Л. А. ИголкиЗаказ 2510/2 Тираж 480 Подписно ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР Москва, Центр, пр. Серова, д. 4ипография, пр, Сапунова, 2