Способ диэлектрического индуктивного каротажаскважин

 

О П И,С А Н И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

206735 союз Советских

Социэлистических

Республик

ВСЫОЮЗпдя

ПАТЕ11Т1 10

ТЕХНИЧЕСКдя

БИБ 1ИОТЕКА

Зависимое от авт. свидетельства ¹

Кл. 21@, 30/01;

5а, 18/30

Заявлено 01.IX.1966 (№ 1099814/26-25) с присоединением заявки ¹

Приоритет

Опубликовано 28.Ч.1969. Бюллетень ¹ 18

Дата опубликования описания 7.Х.1969

МПК Н 05d

Е 21b

УДК 550.837:622.241 (088.8) Комитет по делом изобретений н открытий при Совете Министров

СССР

Автор изобретения

Заявитель

Д. С. Гаев

Московский геологоразведочный институт им. Серго Орджоникидзе

СПОСОБ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ИНДУКТИВНОГО КАРОТАЖА

СКВАЖИН

Способы электрического каротажа, применяемые в промысловой геофизике, направлены в основном па изучение удельното сопроти вления (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 из вестным способам диэлектрического индуктивного каротажа скважин в них с помощью разнесенных на о прсделенное 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 непо5 средственные измерения пород, слагающих разрез скважины, и тем самым избавиться or указанных недостатков. Результаты измерений практически свободны от влияния удельного сопротивления пород .в .широких пределах изменения последнего. Это достигается путем измерения разности фаз ЛтР 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 Л Р от диэлектрической проницаемости nope; на фиг. 3 — зависимость созЛср

20 от диэлектрической проницаемости пород.

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

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 — то30 ков смещения, пропорциональных диэлектри208736

az

q = az — arctg

1+ bz

-)" с (4) o)Pa — (Zi <а) с

60 (,—;)

18 „ 18 „

=г, 1+, л, +

Таким образом, при достаточно высокой частоте действительная часть волнового числа 65 ческой 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,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 прони.цаемости окружающих пород и при надлежащем 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 z от диполя, .определяется следующим выражением: пде а и b — действительная и мнимая части волнового числа, равные соответственно о> р.

Р„>4,и + + „.„,г, (2) г где е — диэлектрическая проницаемость; р — удельное сопротивление; р — магнитная:проницаемость среды; а — частота поля.

Из выражений 1 — 3 следует, что в общем случае а и b, 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 b приобретают следующий вид. где е"= — — относительная диэлектрическая

ЯО проницаемость; с — скорость света, 188т

15 г0 г5

45 (фазовая постоянная) а не зависит от проводимости .пород, а мнимая часть (коэффициенI поглощения) b — 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 о пределяется перовым членом ая. 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 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 — Ьг сомножитель е

Таким образом, фазовые измерения принци пиально 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 нео бходимостью 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 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 сиважи ны и удаленных на расстоянии г1и г2 от генераторной рамки. Разность,фаз lIIpH однородной среде будет определяться следующим выражением:

Л р = р1 — р =a(zi — г2)— — агс1д a(z> г) ( (1+ bz,) (1 -+- bz ) -+- а2г,у где ср и q» — фазы сигнала .в приемных катушках, удаленных от генераторной катушки на расстояния zy и г2, или, подставляя IB выражение (6) выражение (4) и (5), для а и b имеем:

206735

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 ср . 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 Ау от диэлектрической проницаемости, пород для частоты 64 Мгц. 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 в"=80.

Наряду с измерением разности фаз аналогичные результаты могут быть достигнуты путем измерения косинуса разности фаз. Естественно, что сов Л, а так же как и ср, 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 большей точности измерений, а следовательно, и увеличить точность определения е. Для пояснения локазана зависимость coshq 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,измере. ниях предложенным способом сводится к следующему:

10 1) с помощью вертикального магнитного диполя в скважине возбуждают высокочастотное магнитное, поле порядка десятков мегагерц;

2) при,перемещении снаряда в скважине

15 непрерывно регистрируют разность фаз магнитного поля или cos Ay, величина которой пропорциональна диэлектрической проницаемости окружающих пород.

Предмет изобретения

Способ диэлектрического индуктивного каротажа скважин, при котором в скважине с помощью разнесенных на определенное рао25 стояние датчиков возбуждают и измеряют переменное магнитное поле, отличающийся тем, что, с целью исключения влияния удельного сопротивления на результаты измерений, про. изводят определение диэлектрической прони30 цаемости пород путем регистрации разности .фаз или косинуса разности фаз высокочастотного, порядка десятков мегагерц, магнитного ,поля между разнесенными приемными катушками.

206785

-05

Составитель Э. Терехова

Редактор Н, Джарагетти Техред Т. П. Курилко

Корректор Л. А. Иголкина

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 2510/2 Тираж 480 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Центр, пр. Серова, д. 4