книги из ГПНТБ / Даев Д.С. Высокочастотные электромагнитные методы исследования скважин

Рис. 59. Кривые разности фаз против пластов с высокой диэлектрической про­ ницаемостью.

Зонд И0,2Н0,8Г, /=60 МГц, е* =20, рп =20 Ом ■м, е*^ = 5, рим=50 Ом • м, а— /7= 0.25 м:

6— //=0,3 м; в — /7= 1 м, пунктир — кривая Дер па частоте 30 МГц: г — /7=2 м

130

Выше кровли на интервале, равном длине зонда, за вычетом мощности пласта значения Дер сохраняются постоянными, а затем постепенно приближаются к показаниям, соответствующим одно­ родной среде с параметрами, равными параметрам пласта.

Основные особенности поведения кривых профилирования на частотах десятки мегагерц, как и в предыдущем случае, можно объяснить исходя из представлений об интерференции прямых волн и волн, отраженных от подошвы и кровли пласта.

Сравнивая фазовые кривые против одиночных пластов для ча­ стот 1 и 60 МГц, отметим следующие особенности кривых для частоты 60 МГц. На высокой частоте пласт отмечается более четко, конфигурация кривой Дф больше соответствует идеальной верти­ кальной характеристике зонда. Ниже кровли и ниже подошвы пласта па расстоянии, равном приблизительно '/-і длины волны в среде, на кривой наблюдаются небольшие максимумы и миниму­ мы— следствие интерференции прямой волны и волны, отражен­ ной от кровли или подошвы пласта.

Необходимо отметить чрезвычайно высокую, по существу пре­ дельную для принятых в настоящее время масштабов записи, раз­ решающую способность кривых Дф, получаемых с трехкатушечным зондом метровой длины и базой 0,2 м. Действительно, как видно из рис. 59, пласт мощностью 0,25 м четко отмечается на кривой Дф, причем ширина максимума на половине его высоты примерно равна мощности пласта. При масштабе записи 1:200 ширина мак­ симума па диаграмме составит 1 мм.

, Кривые Дф против пластов с малой диэлектрической проницае­ мостью, залегающих в сильно поляризующейся среде, по форме обратны графикам Дф для пластов с высокой поляризуемостью. Кривые Дф для пластов с малой диэлектрической проницаемостью, за исключением самых тонких пластов, также хорошо отражают истинное распределение изучаемого параметра.

Рассмотрим влияние длины зонда п его базы на форму кри­ вых Дф при частотах, равных десяткам мегагерц. Расчеты пока­ зывают, что на высоких частотах конфигурация кривых Дф почти не зависит от длины зонда. Влияние этого фактора проявляется здесь еще меньше, чем на частоте 1 МГц. Если учесть, что длина волны па частоте 60 МГц намного короче, чем на частоте 1 МГц, это следует считать вполне закономерным.

Расстояние между приемными катушками (база зонда Дг) также мало сказывается на форме рассматриваемых кривых, если оно меньше мощности пласта (Дz<H). Результаты расчетов, под­

база зонда равна или превышает мощность пласта, конфигурация и амплитуда кривой против пласта в сильной мере зависят от со­ отношения база — мощность пласта. На рис. 60, а хорошо видно,

как уменьшаются показания против маломощного пласта с уве­

остается справедливым при изменении электрических параметров пласта и вмещающих пород в довольно широких пределах.

Отметим еще одно важное обстоятельство. Изменение частоты поля в 2—3 раза не меняет существенно форму кривых против пластов ограниченной мощности (см. рис. 59, б). Влияние длины зоцда и его базы иа результаты измерения с изменением частоты остается примерно таким же, как на частоте 60 МГц. Материалы, приведенные в настоящем разделе* характеризуют особенности кривых профилирования не только на частоте 60 МГц, но практи­ чески во всем частотном диапазоне, используемом при измерении диэлектрической проницаемости.

Как будет показано в разделе 6, существующая в настоящее время аппаратура волнового диэлектрического каротажа не позво­ ляет измерять непосредственно разность фаз Аср, а обеспечивает измерение sin(Acp/2). Аппаратура диэлектрического каротажа АДК-1, разрабатываемая в Киевском ОКБ геофизического прибо­ ростроения, рассчитана на измерение cos Аср. Возникает вопрос о том, насколько материалы о форме кривых ВДК, приведенные

cos Аср имеют обратную конфигурацию по сравнению с кривыми Аср. Повышенным значениям на кривых Аср соответствуют участки пони­ женных значений cos Аср и наоборот. Изменив полярность напря­ жения, подаваемого со скважинного снаряда на регистратор, можно получить кривые, соответствующие по форме кривым Аср.

Обратимся теперь к рассмотрению формы кривых амплитуды вторичного поля |Лг,—hZ2\ против одиночного пласта. На рис. 62 приведены соответствующие графики для пластов разной

133

форма нх по сравнению с фазовыми кривыми значительно услож­ нена. В первую очередь это относится к пластам малой мощности. "Если значения амплитуды вторичного поля в средней части пла­ стов, мощность которых превышает длину зонда, близки к пока­ заниям в однородной среде с параметрами, равными параметрам пласта, то в маломощных пластах значения |//г,—hZa\ могут су­ щественно отличаться от этого уровня. Кривые против маломощ­ ных пластов резко асимметричны. По конфигурации они напоми­ нают кривые кажущегося сопротивления для кровельного гради­ ент-зонда.

Характеризуя поведение кривых отношения амплитуд против одиночного пласта, отметим следующее.

Анализ расчетных данных позволяет утверждать, что при из­

-отношении влияния длины зонда, величины базы и т. п. на пове­ дение кривых, справедливы и для этих характеристик поля.

стов мощностью 0,5—2 м имеют настолько осложненный и изре­ занный вид, что совершенно не отражают истинного распределе­ ния этого параметра. Поэтому практическое использование дан­ ного параметра возможно только при большой мощности пластов.

Поле в пластах конечной мощности с учетом влияния скважины

В разделе 3 дано приближенное решение задачи о поле вер­ тикального магнитного диполя на осп скважины. На этой основе можно построить способ решения задач электромагнитного каро­ тажа для случая скважина — пласт ограниченной мощности. Фи­ зической предпосылкой данного способа является предположение о приходе сигнала в точку приема в виде боковой волны. Особен­ ность его заключается в том, что в отличие от способа расчета, основанного на теории малого параметра, здесь не накладывается ограничений на величину фазовых сдвигов в среде. Поэтому дан­ ный способ применим при низких и высоких частотах, в частности при частотах десятки мегагерц.

Как было показано ранее (3.22), поле приходит в точку прие­

1 На практике это условие обычно выполняется.

135

построения подобного решения в более сложных случаям, напри­ мер, для скважины в горизонтально-слоистой среде. При выпол­

член, учитывающий влияние скважины. В случае пласта ограни­ ченной мощности будем иметь для двухкатушечпого зонда па осп скважины.

где hz(a, 0 |, А,-) •— поле магнитного диполя при наличии пласта ограниченной мощности, определяемое выражениями (3.60) —(3.65).

Практические расчеты амплитуды и фазы поля при we*/ye'd удобно проводить по формулам

С помощью выражений (5.2) и (5.3) можно вычислить ам­ плитудные и фазовые кривые профилирования с двухкатушечным зондом, графики амплитуды вторичного поля |/іг,—/г2„| против пластов ограниченной мощности при разных параметрах сква­ жины.

На рис. 63 в качестве примера приведены расчетные кривые амплитуды вторичного поля на частоте 30 МГц при разных удель­ ных сопротивлениях бурового раствора и двух диаметрах сква­ жины— 0,2 и 0,3 м. На рис. 63 хорошо видно, насколько сильно искажаются кривые амплитуды вторичного поля при увеличении диаметра скважины, и изменении удельного сопротивления буро­ вого раствора. Уменьшение рг. ведет к выполажнванию кривых |/iZl—hz„|, занижению измеряемых значений |hZl—/;.7а| по срав­ нению с истинными как против пласта, так и против вмещающих

удельного сопротивления бурового раствора и диаметра екважипы можно учесть искажающее влияние скважины, вводя в наблю­ денные значения соответствующие поправки.

136

и (5.3), они не зависят от влияния скважины при любых ее пара­ метрах и любой частоте поля, если выполняются условия, при­ нятые при получении формул (3.22) и (5.1). Речь здесь, разу­ меется, идет об идеальной модели скважины без каверн.

Рис. 63. Кривые амплитуды |Лг, — hz.\ против пласта ограниченной., мощности с учетом влияния скважины.

Приведенные выше материалы позволяют сделать следующие* выводы.

1. При измерениях с трехкатушечным зондом наиболее благо­

степень соответствия измеряемых параметров их истинному рас­ пределению.

2. Форма кривых зависит, в основном, от соотношения между длиной волны в породах и мощностью пласта и соотношения между мощностью пласта и базой зонда, т. е. от расстояния меж­ ду приемными катушками.

3. Чем меньше длина волны в среде, т. е. чем выше частота поля, ниже удельное сопротивление, выше' диэлектрическая про­ ницаемость, тем четче выделяется одиночный пласт. В частности,

137

6

АППАРАТУРА ВЫСОКОЧАСТОТНОГО КАРОТАЖА

Основные параметры аппаратуры и зонда

Рассмотрим параметры аппаратуры, определяющие решение геофизической задачи: измеряемую характеристику поля, частоту, длину зонда, его базу. Требования к электронной части аппара­ туры (чувствительность, динамический диапазон и т. и.) рассмат­ риваются при описании отдельных видов скважинных приборов.

Параметры аппаратуры диэлектрического каротажа

При обосновании параметров аппаратуры будем исходить из следующих условии: а) аппаратура должна обеспечить возмож­ ность измерения диэлектрической проницаемости в породах с удельным сопротивлением 4—5 Ом-м и выше; б) глубинность се должна составлять не менее 0.3 м; в) на кривых должны фикси­ роваться пласты мощностью 0,4—0,5 м и выше. Эти условия учи­ тывают требования к геологическим результатам диэлектрическо­ го каротажа и, с другой стороны, отражают ограничения метода, связанные с использованием электромагнитных полей высокой частоты. Сформулированные условия вытекают из результатов анализа поведения высокочастотного поля в присутствии скважи­ ны, зоны проникновения и пласта ограниченной мощности.

Измеряемый параметр. Как показано в разделе 2, для измере­ ния диэлектрической проницаемости можно использовать разные

шинстве случаев требуется введение поправки на влияние сопро­ тивления. Необходимые данные обычно берутся с диаграмм элек-

139