Метод діелектричної проникності

Абсолютна діелектрична проникність середовища є фізичною характеристикою породи, що показує, у скільки разів напруженість електричного поля E в даному діелектрику є меншою за напруженість поля індукції D у вакуумі: . В методі діелектричної проникності (ДМ – діелектричний метод) розглядається відносне значення цього параметру, що дорівнює відношенню величини даного середовища до значення абсолютної діелектричної проникності у вакуумі: . Відносна діелектрична проникність головних породоутворюючих мінералів складає 4-10, води – 81, нафти 2–2.7. Діелектрична проникність гірських порід, що являються в загальному випадку багатофазними багатокомпонентними системами, визначається їх мінеральним складом, структурою, співвідношенням твердої, рідкої та газоподібної фаз, типом флюїду, температурою і частотою електромагнітного поля.

Апаратура методу діелектричної проникності являє собою трикотушковий свердловинний прилад, що реєструє параметри електромагнітного поля з частотою 15-60 МГц (що на кілька порядків більше, ніж у низькочастотному індукційному методі). Прилад діелектричного методу включає дві зближені генераторні й одну приймальну котушки (або одну генераторну і дві приймальні).

Застосовують дві модифікації ДМ: діелектричний індуктивний метод (ДІМ) та хвильовий діелектричний метод (ХДМ).

Апаратура ДМ призначена для вимірювання амплітудних (ДІМ) і/або фазових характеристик високочастотного електромагнітного поля (ХДМ). Зазвичай визначають відносні фазові характеристики – різницю фаз у двох точках, розташованих на різній відстані від генераторної котушки ; а також відносні амплітудні характеристики – різницю або відношення амплітуд зареєстрованих сигналів , , . Усі перераховані характеристики визначаються відносною діелектричною проникністю ( ) та питомим електричним опором середовища ( ).

Апаратура і методика ДІМ

В діелектричному індуктивному методі, як було зазначено, вимірюється абсолютне значення амплітуди вторинного магнітного поля. Для дослідження розрізів свердловин використовують трикотушкові зонди: з двома приймальними та одною генераторною котушкою (П₁0.2П₂0.8Г) або з одною приймальною та двома генераторними котушками (П0.8Г₁0.2 Г₂) (рис. 44). Відстань між парними котушками є базою зонда , а середина цієї відстані умовно прийнята за точку запису кривої ДІМ.

Рис. 44. Схеми трикотушкових зондів діелектричного каротажу: а) – з двома вимірювальними (приймальними) котушками; б) – з двома генераторними котушками; О – точка запису; ∆z = |z₁ – z₂| – база зонда.

Від високочастотного генератора в геологічному середовищі індукуються вихрові струми, що являють собою суму струмів зміщення, щільність яких визначається діелектричною проникністю порід ( ), і струмів провідності, щільність яких залежить від електропровідності порід ( ). Ці струми наводять у приймальних котушках е.р.с., величини котрих є пропорційними зазначеним параметрам. Виміряні е.р.с. реєструється наземною апаратурою, де визначаються абсолютні значення амплітуди вторинного поля та їхні фази (різниця фаз). Перехід від виміряної різниці фаз до діелектричної проникності виконується за допомогою спеціальних палеток, котрі дозволяють виправити виміряний сигнал за вплив електропровідності середовища (рис. 45). Величина електропровідності може бути встановленою за даними методів БЕЗ або ІМ.

Рис. 45. Співвідношення між вимірюваною в діелектричному каротажі величиною та відносною діелектричною проникністю речовини.

Крім абсолютного значення амплітуди вторинного поля, може бути зареєстрована різниця амплітуд:

, (84)

де , .

Тут , – осьові складові напруженості магнітного поля диполю (зонду) на відстанях z₁ і z₂ від генераторної котушки відповідно; – вертикальна компонента магнітного поля у повітрі.

В двочастотному варіанті ДІМ амплітуда вторинного поля вимірюється на двох частотах – 32 і 64 МГц або 1 і 32 МГц. За результатами вимірів ДІМ на двох частотах з трикотушковим сфокусованим зондом окремо визначаються за допомогою спеціальних номограм діелектрична проникність і електропровідність середовища.

При вимірах одночастотною апаратурою ДІМ використовується трикотушковий зонд П0.8Г₁0.2 Г₂, що складається з основної генераторної (Г₂) і фокусуючої генераторної (Г₁) котушок і одної вимірювальної (П) котушки. Фокусуюча котушка призначена для виключення впливу сигналу прямого поля на вимірювальну котушку. Довжина зонду дорівнює 1 м (відстань між головними котушками П та Г₂). Вимірювана напруга по двом жилам каротажного кабелю поступає на поверхню до реєструючого приладу.

Одночастотна апаратура ДІМ дозволяє виконувати виміри діелектричної проникності в діапазоні 5-40 відносних одиниць в породах з питомим опором від 4 Ом∙м та вище при температурі до 90ºС і тиску до 40 МПа.