§26. Другие низкочастотные индукционные методы

Индукционный метод с поперечным датчиком

В обычном индукционном методе с продольным датчиком ось генераторной катушки расположена на оси скважины и вихревые токи находятся в плоскостях, перпендикулярных к ней. При помещении в скважину горизонтальной генератор­ной катушки, ось которой оказывается перпендикулярна к оси скважины, вихревые токи располагаются в этом случае в вер­тикальных плоскостях, параллельных осп скважины. Теорию этого низкочастотного индукционного метода с поперечным датчиком разработал А. М. Каганскнй. Такая модификация индукционного метода позволяет измерять удельную электро­проводность пород о₀ф п в направлении, перпендикулярном к их напластованию. При этом отмечается минимальное влияние на результаты измерений электропроводности сьм, параллельной напластованию пород.

Регистрация электропроводности пород, перпендикулярной к их напластованию, и удельного сопротивления, параллель­ного напластованию и измеренного методами КС, СЗ и ИМ, позволяет определять коэффициенты микро- и макроанизотро- пнн пластов. Знание коэффициентов анизотропии необходимо при изучении коллекторских свойств пород и интерпретации диаграмм КС сверхбольших зондов.

Существуют три варианта метода индукционного бокового зондирования (ИБЗ): 1) использование зондов различной фик­сированной длины; 2) применение зонда с подвижной прием­ной катушкой; 3) частотное зондирование.

Метод ИБЗ с несколькими зондами различного размера ос­нован на повышении глубинности исследования среды в ради­альном направлении с увеличением размера индукционного зонда.

Другой вариант ИБЗ, предложенный Ю. II. Антоновым, заключается в использовании зонда с генераторной и двумя из­мерительными катушками, расположенными па некотором рас­стоянии относительно друг друга. Генераторная катушка пита­ется током фиксированной частоты. При неподвижном положе­нии зонда относительно исследуемого пласта одну из катушек зонда приводят в движение по направлению оси зонда; при этом регистрируется одна из относительных характеристик электромагнитного поля как функция движения катушки. Воз­можно также передвижение одновременно с генераторной ка­тушкой одной из двух измерительных с сохранением отноше­ния расстояний между измерительными катушками зонда и его общей длиной.

Указанные две модификации ИБЗ, как и обычный метод БЭЗ, относятся к геометрическому зондированию и позволяют изучать изменение электропроводности зоны проникновения фильтрата промьточиой жидкости в радиальном направлении.

С. М. Аксельрод предложил метод частотного индукцион­ного зондирования. Известно, что глубина проникновения тока в среду зависит от его частоты. Чем меньше частота тока, тем на большую глубину проникает сигнал, и наоборот. Используя различные частоты, можно в принципе осуществлять частотное зондирование разреза скважины. Глубинность исследования можно увеличить путем создания спектра различных частот в генераторной катушке зонда. Частотный индукционный метод позволяет исключить влияние скважины и зоны проникновения, пропуская через генераторную катушку одновременно ток двух частот. В измерительной катушке фиксируется разность э. д. с. между сигналом от дальней и ближней зон. Величина этой раз­ности э. д. с. зависит от электропроводности пласта. Частотный индукционный метод можно рассматривать как метод измере­ния активной компоненты вторичного поля, исключающий влия­ние токов в скважине и зоне проникновения.

Метод переходных процессов

Для повышения глубинности исследования пластов В. П. Со­колов предложил использовать индукционный метод переход­ных процессов по аналогии с методом становления поля в ближней зоне, применяющимся в электроразведке. Этот

метод основан на изучении нестационарного электромагнитного поля, возбуждаемого генераторной катушкой. Если в некото­рый момент времени выключить ток в генераторной катушке, то первичное электромагнитное поле изменится от некоторого конечного значения до нуля. Вследствие ступенчатого измене­ния момента генераторной катушки в окружающей среде будут индуцироваться вторичные токи, распределение которых та­ково, что они в первый момент времени (ранняя стадия станов­ления) стремятся сохранить неизменным первичное поле внутри проводящей среды, а затем (поздняя стадия становления) пе­рераспределяются в пространстве, удаляются от диполя и зату­хают вследствие тепловых потерь. В ранней стадии становле­ния поля токи сосредоточены в скважине, в поздней стадии все они практически находятся в пласте и их интенсивность опре­деляется почти целиком электропроводностью пласта. В связи с этим сигнал, фиксируемый измерительной катушкой в позд­ней стадии становления поля, не зависит от параметров сква­жины и зоны проникновения.

Из теории следует [первое уравнение Максвелла (1)], что в начальный момент времени источниками магнитного перемен­ного поля являются токи проводимости и токи смещения. Чем больше удельное сопротивление среды, тем шире временной интервал, в котором существенную роль играют токи смеще­ния. В поздней стадии становления поля в среде формируется квазнстацнонарное поле, т. е. токи смещения исчезают. Момент перехода переменного поля в квазистационарное поле насту­пает тем раньше, чем выше электропроводность горных пород.

Таким образом, применение индукционного метода переход­ных процессов для исследования скважин позволяет опреде­лять истинную удельную электропроводность пластов при из­мерениях в поздней стадии становления поля относительно не­большим зондом.

Разработан скважинный вариант метода переходных про­цессов для поисков месторождений сульфидных и магнетнто- вых руд, минерализованных вод, угля, графита и высококачест­венных глин. Глубинность исследования составляет 400—500 м при наблюдении поля на расстоянии 100—120 м от скважины. Векторные измерения поля в скважинах при зенитных углах не менее 5° позволяют определять направление на рудное тело. Для векторных исследований распределения поля переходных процессов по скважине имеется аппаратура МПП-4. Сила тока при максимальной мощности в импульсе 2 кВт составляет 2—20 А при длительности импульса 24 и 48 мс.

Методы скважинной индуктивной электроразведки

Существуют два основных варианта скважинной индуктив­ной электроразведки: дипольное электромагнитное профилирование скважин (ДЭМПС) и петлевой.

В первом варианте вдоль оси скважины перемещается уста­новка, состоящая из генераторной и измерительной рамок ан­тенн, расстояние между которыми составляет десятки—сотни метров. Момент генераторной рамки направлен по оси сква­жины. Расстояния между антеннами обычно выбирают рав­ными 25, 50, 75 и 100 м, шаг профилирования 5—20 м. Иссле­дуется околоскважинное пространство до глубины 1500 м.

В петлевом варианте источник электромагнитного поля на­ходится на поверхности, а приемник вторичного поля переме­щается вдоль ствола скважины. 11езаземленная петля имеет размеры 500x500 или 1000x1000 м. В средней части петли первичное магнитное иоле сравнительно однородно и направ­лено по вертикали, что благоприятно для выделения п#логоза- легающих рудных тел на глубине до 150—200 м.

В обоих вариантах измеряются составляющие вектора на­пряженности суммарного магнитного поля — первичного и ано­мального.

Для исследований ДЭМПС и петлевым вариантом разрабо­тана скважинная многочастотная индукционная аппаратура АСМИ-40М, предназначенная для обнаружения в околосква- жннном пространстве глубокозалегающих сульфидных и маг- нетитовых рудных тел на расстоянии до 40—80 м от ствола скважины. Эта аппаратура позволяет оценить размеры и форму рудных тел, определить элементы их залегания и про­странственное положение относительно исследуемой скважины. Используются рабочие частоты 125, 375, 1125 и 3375 Гц.