Звичайний високочастотний індукційний метод

Дослідження низькочастотним індукційним методом порід з питомим електричним опором понад 50 Омм неможливо із-за низького рівня отримуваного сигналу. Величина е.р.с. вторинного поля зростає зі збільшенням частоти електромагнітного поля, тому для розширення межі виміру опору середовища слід підвищити частоту струму в генераторній котушці. Розрахунки показують, що при мінімальному рівні корисного сигналу, рівного 1% від прямого сигналу, і опорі порід 150-200 Омм треба збільшити частоту поля до 1-3 Мгц. Проте з підвищенням частоти змінюється і мінімальна величина реєстрованого питомого опору. Так, для трьох котушкового зонда довжиною 1 м при частоті 1,5 Мгц вона складає 1,5-2,0 Омм. Для визначення питомого опору пластів в більш широкому діапазоні використовують дві частоти: 10-50 кгц для інтервалу опорів 0,3-20 Омм і 1-3 Мгц – для 10-200 Омм. Глибинність дослідження високочастотним зондом з поздовжнім датчиком в середовищі з ρ_п = 20 Омм складає 3,5 м, а при ρ_п = 80 Омм – більше 4 м. Діаметр зони виключення рівний 0,6 м.

Апаратура високочастотного індукційного методу (ВІК) розроблена в Центральному геофізичному тресті і в Інституті геології і геофізики Сибірського відділення Академії наук СРСР (ІГГ СО АН СРСР) (ВІК-100). Апаратура ВІК складається з трьох основних блоків: генератора, зонда і приймача. В приладі використаний трьох котушковий зонд 3ф1. Робоча частота приладу – 2,8 Мгц. Апаратура ВІК-100 має два канали, які працюють на частотах 1 і 32 Мгц. Канал з частотою 1 Мгц призначений для вимірювання електропровідності порід, канал з частотою 32 Мгц – для вимірювання електропровідності і діелектричної проникності порід. В апаратурі використаний зонд 4Ф1.

Хвильовий метод провідності

Способи вимірювання при хвильовому методі провідності (ВМП) засновані на хвильових уявленнях про розповсюдження електромагнітної хвилі в досліджуваному середовищі. Розглянемо розповсюдження електромагнітної хвилі в свердловині.

Електромагнітна хвиля, утворена генераторною котушкою Г, частково відбивається від стінки свердловини в промивну рідину, частково проникає в гірські породи (рис.8). В свердловині хвиля швидко затухає, а в гірських породах (бічна хвиля), ковзаючи вздовж поверхні розділу свердловина-порода розповсюджується на значну відстань від джерела випромінювання. Якщо довжина зонда у декілька разів більше діаметру свердловини, то величина сигналу в приймальній котушці визначається бічною хвилею. Хвиля від джерела поля до приймальної котушки И проходить шлях, що складається з ділянок АВ, ВС і СD. На цих ділянках відбувається загасання і фазове зрушення коливань. Корисний сигнал, пов’язаний з електричними властивостями порід, формується на ділянці ВС. На ділянках АВ і СD вплив свердловини на амплітуду і фазу поля в точці прийому може бути визначаючим, оскільки фазова постійна і коефіцієнт загасання хвилі в промивній рідині вищий, ніж в гірських породах, тому необхідно вибирати такий спосіб вимірювання вторинного поля, при якому вплив свердловини виключається.

При абсолютному способі вимірювання сигналу вплив свердловини усувається шляхом включення в ланцюг індуктивного зонда додаткових фокусуючих котушок. При відносному способі вимірювання застосовується трьохелектродний зонд з двома приймальними котушками И1 і И2, розташованими одна від одної на відстані ∆Z. Ця відстань називається базою зонда (рис.9, б). Шляхи хвилі від джерела поля до котушок И1 – АВD і И2 – ABF відрізняються на довжину ∆Z. Якщо вимірювати різницю фаз ∆φ хвилі між першою і другою котушками, то вплив свердловини усувається. Різниця фаз ∆φ визначається властивостями порід на ділянці довжиною ∆Z.

Рис.8. Схема розповсюдження електромагнітної хвилі в свердловині. а – двоелементний зонд; б – трьохелементний зонд. И, И1, И2 – вимірювальні котушки	Рис.9. Схеми трьохелементного високочастотного індукційного та діелектричного зондів з двома вимірювальними (а) і двома генераторними котушками (б). Г, Г2 – генераторні основні котушки, Г1 – фокусуюча генераторна котушка

Вплив свердловини можна виключити, якщо вимірювати відношення амплітуд в приймальних котушках. Відношення амплітуд характеризує згасання хвилі на ділянці ∆Z, величина якої залежить від провідності порід.

В даному методі спосіб реєстрації сигналу дозволяє зберегти фокусуючи властивості установки на частотах, рівних десяткам мегагерц, а також при солоних промивних рідинах. Вимірювання кута здвигу фаз або відношення амплітуд напруженості поля за допомогою зонда з двома приймальними котушками дозволяє визначати електропровідність σ_п або діелектричну проникність порід ε_п. При роботі на частотах 1-3 Мгц величина вимірюваного сигналу залежить головним чином від електропровідності середовища (переважають струми провідності). Цей метод дослідження розрізів свердловин отримав назву хвильового методу провідності.

У хвилевому методі провідності реєструється різниця ∆φ, або відношення амплітуд А_z1/A_z2, або відношення різниці амплітуд до однієї з амплітуд поля (A_z2 – A_z2) / А_z1. Ці відношення вільні від впливу свердловини і частково зони проникнення фільтрату промивної рідини.

Хвильовий метод провідності забезпечує достатню глибинність дослідження, яка визначається довжиною зонда – відстанню між генераторною котушкою і серединою приймальних котушок. Вертикальна характеристика залежить від реєструємо величини і бази зонда ∆Z. Породи, які знаходяться в інтервалі між генераторною і найближчою до неї приймальною котушками, на величину сигналу роблять незначний вплив, тому для підвищення глибинності зонда можна збільшувати його розмір до 2-3 м і більше.

Криві різниці фаз навпроти одиночних однорідних пластів обмеженої потужності і різного опору мають асиметричну форму (рис. 0). Відстань між точками переходу i крутого підйому до плавного і від крутого спаду до поступового зниження є дійсною потужністю пласта при довжині зонда меншої або рівнішої потужності пласта. Характерна особливість кривої – екстремальне значення ∆φ: максимальне у випадку пласта високої провідності, мінімальне – при низькій провідності пласта. Якщо потужність пласта менше довжини зонда, в його підошві відмічається максимум при високій провідності і мінімум – при низькій провідності.

Рис. 10. Криві відношення різниці фаз хвильового методу провідності зареєстровані проти пластів з високою діелектричною проникністю (по Д. С. Даєву). 1, 2 - в неоднорідному і однорідному середовищах; 3 - пласт. Зонд И₁0, 2И₂0, 8Г, f = 60 МГц; ε_п = 20; ρ_п = 20 Ом м; ε_вм = 5. ρ_вм = 50 Ом м. а - h = 0,25 м; б - h = 0,5 м; в - h = 1 м; г - h = 2 м. ∆φ' і ∆φ - різниця фаз в неоднорідному і однорідному середовищах.

Хвильовий метод провідності забезпечує вимірювання електропровідності порід в діапазоні 300 - 10 мСм/м (0,3 - 100 Ом м), глибинність дослідження середовища 0,7 - 0,8 м і виділення в розрізі пластів потужністю 0,5 м і більше. Використовувати слід зонди різної глибинності дослідження – И₁0,4И₂0,4Г; И₁0,4И₂1, 8Г при робочій частоті 1 МГц.