Способ диэлектрического каротажа

Способ диэлектрического каротажа

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Оп ИСАНИЕ

И306РЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союв Советских

Социалистических

Реслублни (((«840781 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено19.07.78 (21) 2647013/1725 (51)Н. Кл. с присоединением заявки М

G 01 1 3/18

Гееудеретееииый кемитет

СССР да делам изебретеиий и открытий (23) Приоритет

ОпУбликовано 23.06.81. Бюллетень рщ «3

Дата опубликования описаиия23.06.81 (53) УД Ê550.832 (088.8) 1 СЦЩ)((." .;.„: !

Ю. H. Антонов, Л. A. Табаровский и И. M. Панич, ИдТ1((;.

1 - "

» ЕХИИ(;.. ;,.;.

t ) и» (j -. 4 Ф »:; ", Институт геологии и геофизики Сибирского отдепения

AH СССР (72) Авторы изобретения (7I ) Заявитель (54) СПОСОБ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОГО КАРОТА7КА

Изобретение относится к геофизическим исследованиям методами индукционного каротажа и может быть использовано для определения диэлектрической проницаемости пластов, пересеченных скважиной.

Известны способы и устройства индукS ционного диэлектрического каротажа, основанные на измерении характеристик магнитного поля вертикального магнитного диполя Г17.

Однако все эти способы отличаются друг от друга по виду регистрируемых характеристик магнитного поля .(амплитуды, фазы и различные функции этих величин), по количеству регистрируемых ха15 рактеристик поля и числу геяераторных и измерительных элементов, входящих в состав устройства, и по применяемому методу фокусировки.

В известном устройстве дпя диэлектрического каротажа, с целью одновременного измерения диэлектрической проницае мости и удельного сопротивления пластов регистрируются амплитуды поля двумя зондамн различной алины (базы наблюдений), генераторные катушки которых питаются токами различных частот, Известен способ диэлектрического индуктивного каротажа, в котором с целью исключения влияния уаельного сопротивления на результаты измерения производят определение диэлектрической проннцаемооти пород путем регистрации разности фаз и косинуса разности фаэ межау значениями высокочастотного, порядка десятков мегагерц, магнитного поля, измеряемого разнесенными на определенное растоя- ние приемными катушками Г2).

Известен также способ диэлектрическоl го электромагнитного каротажа, заключающийся в возбуждении в скважине электромагнитного поля на частоте порядка десятков мегагерц и измерении разности . фаз поля в двух его точках, с целью повышения точности определения электрических свойств горных пород, дополнительно измеряют отношение амплитуд поля в тех

840781

3 же точках и по результатам измерений вычисляют значения диэлектрической про-, ницаемости и сопротивления горных пород (3 .

Яэвесте также способ волнового ди5 электрического каротажа, заключающийся в том, что в скважине возбуждают высокочастотное электромагнитное поле частотой порядка десятков мегагерц и измеряют разность фаз поля в двух его точках. щ

Для повышения точности определения электрических свойств горных пород дополнительно измеряют отношение разностной амплитуды к амплитуде поля в единой точКе и по результатам измерений вычисляют значения диэлектрической проницаемости и сопротивления горных пород Г4).

Известен способ диэлектрического каротажа, заключающийся в измерении разности фаз и определенных функций амплитуды поля который отпичается использованием сверхвысоких частот (1500 МГц) и небольшой длиной зонда. Регистрация магнитного поля осуществляется датчиками неиндукционного типа - щепевыми волково- 25 дами. Способ предназначается, главным образом, для микрокаротажа промытой зоны вокруг скважины (5 j.

В методах индукционного каротажа, в частности диэлектрического индукционного квротажа, широко распространены различные приемы фокусировки, преспедуюшие своей целью искщочить или ослабить влияние на измеряемые величины помех гео= электрического характера. В совокупности условий, обеспечивающих фокусировку, важнейшим фактором, общим практически дпя всех фокусирующих систем является одинаковая зависимость величин, регистрируемых отдельными элементами установк 40 от параметров исключаемой помехи. При этом если вклад помехи в сигнал аддитивен, то измеряют разностные величины, если исключающее влияние имеет мультипликативный характер, то измеряют отно- 45 ситепьные величины. Например, в известных способах диэлектрического каротажв, использованы оба приема фокусировки. Известно, что при определенных условиях (высокая частота, большая длина зонда) 5о вертикальная компонента поля Н вертикального.магнитного дипопя в скважине, пересекающей пласт неограниченной мощности, может быть представлена в виде н;н, («„Ц/т рс,а), {<) где: Р=-ОРЕ р-ifñÐ „=- р - )„l

H — вертикальная компонента поля

7 вертикального магнитного диполя в однородной среде с параметрами пласта;

u) — круговая частота поля; й. — магнитная проницаемость среды« — диэлектрическая проницаемость скважины;

E — диэлектрическая проницаемость и пласта; — проводимость скважины; у — проводимость пласта; ц — радиус скважины; — длина зонда (.расстояние от генервторного диполя до точки измерения поля);

- модифицированная функция Бесо селя первого рода нулевого порядка.

Очевидно, величину Н» определяемую соотношением (1), можно представить в виде н () )/ (, -Ч,„) / (к )/ о гд М =Аг (Н (< L)

=Argд1(< д)

Фаза 4 не зависит от электрических и

4 геометрических параметров скважины и совпадает с фазой ноля двухквтушечного зонда в однородной среде и параметрами пласта Вп и,)и Функция Чд определяется параметрами скважины и не зависит от длины зонда. Как следует из (2), величина « при измерении фазы поля является аддитивной помехой. Поэтому в известном Г2) способе определяется разность фаз gg измеренных двумя зондами различной длины ,«.4(н, ь,Ц-ЛЩ (н,(ьД=ч, — а, Очевидно, величина Ь зависит только от параметров пласта и легко может быть проинтерпретирована.

При измерении модуля поля помеха, связанная с искажающим влиянием скважины, является мультипликативной, поэтому в известном способе диэлектрического каротажв ГЗ ) определяется отношение амплитуд полей, измеренных зондами различной длины. Очевидно, этв величина не зависит от параметров скважины

1н(ь„) 1н; (к„ „)(1н.(,)1 1н . (,,)1

Наряду с геологическими помехами в виде скважины и эоны проникновения, ко5 840781 6

Ырые различными приемами фокусировки часть магнитного поля, обусловленную тэудается в той ипи иной мере исключить, ками смещения. Относительный вклад тово всех известных способах диэлектричес- ков смещения по сравнению с токами про кого каротажа присутствует помеха физи- водимости в суммарное магнитное поле ческого характера, которая известными 5 определяется, согласно (10)-(11), соотприемами фокусировки не устраняется и ношением

-Р(1- i)

Ъ (p) («-у)) +Я единственным известным в настоящее время способом преодоления которой является повышение частот. Такой помехой являются токи проводимости. Возможность 10 повышения частоты ограничивается двумя обстоятель твами. Во-первых, использование черезмерно высоких частот приводит в силу скин-эффекта к сильному затуханию полей. Во-вторых, на частотах порядка

100 МГц возникают трудности в технической реализации способов диэлектрического каротажа, в частности становятся првктйчески неприемлемыми индукционные датчики магнитного поля, выполненные в виде катушек.

Рассмотрим выражение для поля мвгн итного диполя Н в однородной среде с

2) проводимостью г магнитной проницаемость,р.- и диэлектрической постоянной а М о н =

ttP= е ((coo n (1 +m)+ n own rl +i(- есенин(1 ге)е1 е е11

30 () где М - момент диполя;

) (5)

35 (6) р =).Ьр 5; (т)

1=а 2,ибь2! х, (8)

Чувствительность или разрешающая способность поля по отношению к диэлектрической проницаемости среды определяется, очевидно, относительными приращениями величины Ъ при изменении в

45 (с а, (9) р2. то из (4)-(6)-следует =Ъо(р).) Р (10) где Ье(p)=e ((cosittp)+pntnpJ+

+ 1(pcoьpt(ttp) on op)(, (tt)

При условии (9) величину 4g можно понимать как часть магнитного поля, порождаемую токами проводимости, в второе слагаемое в правой части (10) - как

Из (12) следует, что при малых значениях безразмерного параметра (низкие частоты небольшие значения диэлектрической проницаемости, невысокие удельные сопротивпения пород) чувствительность известных способов диэлектрического каротвжв к иоследуемой характеристике среды становится слабой.

Известен способ диэлектрического индукционного каротвжа, заключающийся в измерении двух характеристик высокочастотного поля, в котором с целью раздельного опреденения диэлектрической проницаемости и удельного сопротивления пород измеряют с помощью фокусирующего трехкатушечного зонда амплитуду второго попя на двух частотах. Частота поля влияет нв соотношение между токами смещения и токами проводимости, поэтому характеристика поля, измеренная на низкой частоте, более чувствительная к изменению удель ного сопротивления, а высокочастотная характеристика позволяет более уверенно определять диэлектрическую проницаемость среды (6).

Однако вместе с тем во многих геоло го-геофизических ситуациях (низкоомные породы, невысокие значения диэлектрической проницаемости) известный способ не позвопяет устранить опредепяющее влияние токов проводимости на результаты из мерений и поэтому обладает низкой разрешающей способностью по отношению к диэлектрической проницаемости. Отмеченный недостаток характерен и для других известных способов диэлектрического каротажа.

Цель изобретения — уменьшение влияния токов проводимости HB измеряете характеристики поля и, как следствие, повышение точности измерения диэлектрического индукционного квротажа по отношению к диэлектрической проницаемости rop ных пород.

Поставленная цель достигается тем, что в способе,:основанном на возбуждении и измерении нв двух базах электромагнит ного поля двух частот в скважине, возбуж»

30 очевидно, н Нн;,с )(=

7 - 8407 дение и измерение поля производят на.частотах, отношение которых обратно пропорционапьно квадрату баэ, с отношением магяитньц моментов, возбуждающих магнитное лоле, равное кубу отношения баз, и опре-. депяют разность между измеренными параметрами поля, ло которым судят о параметрах исследуемых горных пород.

Этот прием фокусировки позволяет ис-. ключить большую часть магнитного поля, обусловленного токами проводимости, Рассмотрим два двухэлементных зонда разной алины Ь„и Ь,2 в котовых генераторные диполи с моментами М., и М, питаются токами раэпичной частоты uu„a св.2,, Подчиним моменты, частоты и длины условиям в ) р д

20 (,1.

Если при условиях (13), (14) опредепить разность характеристик поля, измеренных каждым зондом (например, разность амплитуд, фаз ипи любых других одинаковых 25 функций поля}, то эта разность пропорциональна вепичине())„- 1) ),а спедовательно и электрической проницаемости среды E.

Действительно, при соблюдении условий (13), (14) выполняются соотношения

Р„=Р 4„„44,, м1

2Л L 2ТЬ I 2. означающие, что в точках расположения измеритепьных элементов каждого зонда вкпады токов проводимости в суммарное магнитное поле одинаковы, а вклады токов смещения различаются между собой. Поэтому при образовании разности любых одинаковых функций попей Но (ce„, Ь„) и

Ц (Ж2, 4,) ) слагаемые, связанные с магнитным полем токов проводимости, взаимно уничтожаются, что пегко доказывается

15 в каждом конкретном случае соответствующим разпожением рассматриваемых функций в ряды Тейлора по параметрам 1 и

41. Например, рассмотрим спучай, когда измеряется разность амплитуд

М=/Н, С „сД- Н,(,, ф l ), 81

Р;(-i ).

Ур ;(ss)

9О<=Агс (u ); (19)

Ю =Ая (Y;)>- 1 (2-0)

Из условий (13)-(14} следует, что

lvÄ )=lul ()„= н

q U„= OVAL.

ПопагаяЩ О,Ч -Мч; ФЛ72 и опуская инекс а o6oaHa e m U,Ч„V ., p попу1 П;)! ЧЗ ) чим (20) с точностью до членов первого порядка малости н,{и;,iq >I= lul(< zl cos(vu-u„)=lul+tu; l (<„Отсюда hb= (Щ-fUg)GOS(4 ) СЧ (2. )) и у —,— „, е ()„-Nz)cos(q„- „

Из соотношения (21) следует что разность модулей пропорциональна величине ())1 —.))) ). Аналогичное утверждение можно доказать при измерении любых других функций rloJIH Н

Рассмотрим, как осуществляется фокусировка магнитного поля токов проводимости в случае использования многоэлементных зондов. Будем рассматривать пинейные зонды, т.е. такие зонды в состав которых при наличии нескольких измерительных элементов входит только один генераторный диполь, либо при напичии не»скольких генераторов входит только один измерительный датчик. Для опредепенности положим, что зонд содержит один измерительный элемент и rn генераторов с мо1 ( ментами М, ..., М, . Будем обозначать такой зонд через 2„. Очевидно, что в составе зонда 2. „имеется п двухэлементных зондов, дпины (базы) которых обозначим через .„...>Ь, . Частота возбуждак щего тока во всех генераторах — ь, В

1 обозначениях измеряемых величин условимся указывать в качестве аргумента наименование зонда (Z ), отмечая тем самым зависимость этих величин от параметров (1) й) (.е) (1)

-1 ю I э ° ° э ) д, ум» марное магнитное попе в точке измерения можно представить следующим образом

1 N((") -o (1) (i) -У< (— ) где (<) (q щ„,р я(22) — j (2Ъ)

) 1

840781 10 среды, измеряемая в предлагаемом спосо бе характеристика поля, в отличие от характеристик измеряемых и извес 1кых спо собах диэпектрического каротажа, пропор

HHoHBBbHBQ диэлектрической проницаемости пласта 6 и обладает повышенной раз решакщей способностью по отношению к в „в широком диапазоне удельных со противлений ппаста.

ЯЕp,(Ь g 2

„(1) (14)

i= i) -1

Рассмотрим (m+ 1) — элементный зонд1 X2 у которого все линейные размеры изменены по сравнению с линейными размерами зонда L в с4 раз (г)

9 1 .-. 1

1,1

Зонды 2 и, будем называть геомет1 рически подобными, а величину в соответствии с общепринятой терминологией, будем называть коэффициентом подобия вто»

15 ,рого зонда относительно первого. Частоту возбуждаюшнх токов в зонде обозначаем через м, .В точке распопоження измерительного датчика зонда 2. магнит.2

20 ное поле определяется равенством

М

Ы 1 ()) а-P)-. 25

+ 4(2Ф У (1 7м

1;,Ц

Величины Ру (2), 1 (2) имеют вид, анаиогичный (23), (24), Если положить

М® З (=,...,тъ) (26)

М . — = a, (27)

2.

35 то нетрудно показать, что также, как и в случае двухэлементных зондов, разность любых двух одинаковых характеристик магнитного поля, измеренных каждым иэ геометрически подобных зондов с па«в раметрами, удовлетворяюшими условиям (26)-(27), пропорциональные диэлектрической проницаемости среды.

Во всем практически реальном диапазоне параметров, включая„ниэкоомные формула изобретения

Способ диэлектрического каротажа, в котором возбуждают и.измеряют в скв жине на двух базах электромагнитное по ле двух частот, о т и и ч а ю шийся тем, что, с цепью повышения точности иэ мерений, возбуждение и 93Мереппе поая производят на частотах, обратно пропор» цнональных квадратам баз, с отношением моментов, возбуждающих магнитное поае

Э равное кубу отношения, баз и определима разность между измеренными параметрами поля, по которой судят о параметрах ис следуемых горных пород.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1 . Авторское свидетельство СССР

l4 199284, an. 5 01 V 3/18, 1967.

2. Авторское свидетельство, СССР

¹ 206735, an. G 01У 3/18, 1967.

3. Авторское свидетельство СССР

% 272450 an. 5» 01Ч 3/18, 1970, 4. Авторское свидетельство СССР № 330245, an. Q 01Ч 3/18, 1972.

5. Патент США № 4063151 кл. 324-10, 1976.

6. Лаев Л. С. К определению диааек трической проницаемости горных пород Bl скважине. Известия ВУЗов, - Геология и разведка, 1967, Ж S, с. 73-76 (npeta тип) .

Составитель В. Зверев

Редактор Г. Волкова Техред А. Бабинец Корректор Л. Иван

Заказ 4755/66 Тираж 732 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-З5, Раушская наб, д. 4/5

Филиап ППП Патент, г. Ужгород, уп. Проектная, 4