Метод магнітної сприйнятливості

Магнітна сприйнятливість є одною з найбільш характерних магнітних властивостей порід, які значно диференційовані за цим параметром. Метод магнітної сприйнятливості (МС) заснований на вивченні штучного змінного електромагнітного поля гірських порід, величина е.р.с. котрого визначається їх магнітною сприйнятливістю.

Виміри магнітної сприйнятливості порід в розрізах свердловин може здійснюватися трьома різними способами: 1) двокотушковим зондом звичайного індукційного методу; 2) за зміною індуктивності дроселю; 3) з використанням коливального контуру.

Перший спосіб базується на відомій залежності е.р.с., що наводиться в приймальній котушці, від магнітної сприйнятливості порід ( ) та їх електропровідності ( ):

, (88)

де – коефіцієнт двокотушкового індукційного зонду.

З цього виразу випливає, що величина е.р.с. електромагнітного поля, наведеного у вимірювальній котушці при розміщенні зонда в магнітному середовищі, збільшується із збільшенням її магнітної сприйнятливості. Доля сигналу, що визначається величиною , залежить від відношення до електропровідності .

Електрорушійна сила, що виникає в низькочастотному змінному полі за рахунок магнітної сприйнятливості середовища, являє собою реактивну складову сигналу, фаза котрої утворює кут 90º із фазою струму генераторної котушки. Активна складова е.р.с., обумовлена електропровідністю середовища (див. §§22, 23), співпадає за фазою зі струмом живлення і зсунута відносно реактивної складової також на 90º. Реєструвати можна або одну складову сигналу – реактивну, або одночасно дві складові – реактивну й активну, отримуючи відомості як про магнітну сприйнятливість, так і про електропровідність порід.

Другий спосіб визначення із використанням однокотушкового зонду базується на реєстрації зміни індуктивності дроселю з сердечником із феромагнітного матеріалу. Зміна котушки залежить від ефективної магнітної сприйнятливості порід, котра є функцією та – величини індуктивності дроселю у повітрі. В загальному випадку , де і – коефіцієнти, що залежать від параметрів свердловини, тобто від її діаметру та магнітних характеристик бурового розчину.

Значення магнітної сприйнятливості безпосередньо гірських порід може бути знайдено за :

, (89)

де – коефіцієнт розмагнічування середовища, що залежить від його геометрії; при малих змінах діаметру свердловини його можна вважати постійним і рівним приблизно 10.9. Наведене співвідношення є справедливим для немагнітної слабкопровідної промивальної рідини.

В апаратурі типу КМК, що згадувалася вище, виміри магнітної сприйнятливості порід здійснюються за мостовою схемою, чутливим плечем котрої виступає дросель. Зміна величини гірських порід призводить до розбалансування мостику, що і фіксується на поверхні. Перехід від сигналу, що реєструється, до магнітної сприйнятливості здійснюється за даними еталонування апаратури шляхом вимірів на еталонних моделях, виготовлених з магнітних матеріалів. Вимірювальна схема апаратури настроюється таким чином, щоб у повітрі (при ) показання також дорівнювали нулеві.

Третій спосіб знаходження з використанням коливального контуру базується на вимірах приростів його резонансної частоти : , де – резонансна частота контуру в повітрі.

В комплексній апаратурі типу ТСМК-40 використана схема вимірів з коливальним контуром. Дросель включений в коливальний контур генератора, що має частоту генерації у повітрі 3.2 кГц. Різні значення магнітної сприйнятливості порід викликають зміну частоти струму генератора. Напруга зі свердловинного генератора поступає по каналу зв’язку в наземну панель, де цей сигнал порівнюється з частотою опорного генератора. Різність частот підсилюється, калібрується за амплітудою, випрямляється і подається на реєстратор. Одночасно з цією апаратурою також вимірюється зміна вертикальної складової магнітного поля (рис. 49).

Рис. 49. Приклад запису кривих магнітної сприйнятливості, вертикальної складової магнітного поля та питомого електричного опору в свердловині №5995 площі Ратна (УКЩ)

Масштаб глибин кривих при детальних дослідженнях розрізів рудних свердловин складає 1:50 або 1:25. Оптимальна швидкість запису кривих магнітної сприйнятливості – 1000-1500 м/год. Свердловинна апаратура стабільно працює при температурі до 60 ºС. Магнітна сприйнятливість реєструється в діапазоні від 1·10^-5 до 1 од. СІ.