Фізичні основи індукційних методів
Практична частина.
Розрахувати коефіцієнт для послідовного градієт- зонду двополюсного.
Індукційні методи.
Індукційні методи, засновані на вивченні в свердловинах змінного електромагнітного поля низької і високої частоти, розроблені достатньо детально. Низькочастотні індукційні методи вивчають електромагнітне змінне поле ультразвукової частоти 20-60 кГц, високочастотні методи - змінні поля частотою 1-2 Мгц.
В практиці геофізичних робіт найбільше поширення набули низькочастотні індукційні методи з подовжнім датчиком, а високочастотні знаходяться у стадії дослідно-конструкторських розробок.
Низькочастотні індукційні методи включають звичайний індукційний метод з подовжнім датчиком, індукційний метод з поперечним датчиком, індукційний метод перехідних процесів, частотний індукційний метод і ін. До групи високочастотних індукційних методів входять звичайний високочастотний індукційний метод (ВІМ) (амплітудний метод) і хвильовий метод провідності (ХМП) (фазовий метод).
Фізичні основи індукційних методів.
Індукційні методи застосовуються для дослідження вторинного електромагнітного поля середовища, е.р.с. якого прямо пропорційна електропровідності гірських порід. Вторинне електромагнітне поле виникає в навколишньому середовищі за рахунок вихрових струмів, які індуковані катушкою, що живиться від генератора змінного струму, розташованого у свердловині.
Індукційні методи принципово відрізняються від всіх методів стаціонарного і квазістаціонарного електричного поля перш за все тим, що для створення вторинного електромагнітного поля в гірських породах не вимагається безпосереднього (гальванічного) контакту зондової установки з навколишнім середовищем. Якщо в методах КС, СЗ, ТМ і ВП електричний струм розповсюджується в гірські породи від живлячих електродів через шар провідної рідини (промиваючої), то в індукційних методах електроди, як такі, не використовуються і вторинне електромагнітне поле формується в гірських породах за рахунок індуктивного зв'язку первинного електромагнітного поля з середовищем, що оточує зонд. Отже, індукційні методи дозволяють вивчати розрізи сухих свердловин і свердловин, пробурених з промивальною рідиною на нафтовій або іншій основі, погано провідною електричний струм, а також свердловин, заповнених нафтою.
Іншою особливістю індукційних методів є характер розподілу вторинних струмів, індукованих генераторною катушкою в гірських породах. Їх струмові лінії лежать в площинах, перпендикулярних до осі генераторної катушки.
В однорідному середовищі лінії вихрових струмів є кола з центрами на осі приладу. При такому характері розподілу струмових ліній можна більш точно визначити істинний питомий опір пластів, а вплив електропровідності вміщуючих порід на свідчення індукційних методів істотно зменшується.
Найпростіший зонд індукційного методу може бути складений з двох катушок (генераторної і приймальної), опущених в свердловину. Відстань між серединами генераторної і приймальнею катушок є довжина індукційного зонда Lі. Генераторна катушка зонда підключена до генератора змінного струму ультразвукової частоти 20-60 кГц і живиться стабілізованим по частоті і амплітуді струмом. Приймальна катушка зонда через підсилювач і фазочутливий елемент підключена за допомогою кабелю до реєструючого приладу, розташованого на поверхні. Змінний струм, що протікає по генераторній катушці, створює змінне магнітне поле (пряме і первинне), яке у свою чергу індукує в середовищі, що оточує зонд, вихрові струми, що формують вторинне змінне магнітне поле тієї ж частоти, що і первинне поле.
Первинне і вторинне змінні магнітні поля індукують е.р.с. в приймальній катушці. Безпосередня дія первинного поля на приймальну катушку не пов'язана з гірськими породами, тому е.р.с., індукована прямим полем, компенсується стрічної е.р.с., рівної першої по величині і протилежної по фазі, за допомогою додаткових катушок або спеціальних електронних пристроїв.
Електрорушійна сила, що генерується вторинним полем в приймальній катушці, складається з двох складових - активної і реактивної. Реєструючим приладом фіксується сигнал активної становлячої е.р.с., тісно пов'язаного з електропровідністю навколишнього середовища.
У разі малої провідності середовища е.р.с. активній складовій прямо пропорційна її електропровідності. Із зростанням електропровідності середовища е.р.с. активного сигналу збільшується повільніше по складнішому закону. Порушення пропорційності між величиною активного сигналу і електропровідністю середовища пов'язано з взаємодією вихрових струмів. Це явище називається скін-ефектом. Чим вище частота струму і електропровідність середовища, тим значніше взаємодія вихрових струмів і, отже, істотніше вплив скін-ефекту на свідчення індукційного методу.
Активний сигнал фіксується на поверхні вимірювальним пристроєм у вигляді кривої, що відбиває зміну електропровідності порід по розрізу свердловини. Точкою запису кривої є середина відстані між центрами генераторної і приймальнею катушок. Одиницею вимірювання електропровідності порід є Сіменс на метр (См/м) - величина, зворотня ом-метру (Ом-м). Проте на практиці щоб уникнути дробових одиниць провідності використовують тисячну частку сіменса на метр - міллісіменс на метр (мСм/м).
При індукційних методах вимірюється ефективна питома електропровідність Йеф, залежна від провідності пласта, промивальної рідини, зони проникнення фільтрату промивальної рідини, вміщуючих порід, діаметра свердловини, потужності пласта, а також розміру і конструкції зонда. У зв'язку з цим ефективна електропровідність Йеф в загальному випадку відрізняється від істинної питомої електропровідності пласта, що вивчається Йп.