Просторовий чинник елементарного кільця

В теорії Долля введення поняття просторового чинника елементарного кільця займає одне з центральних місць. Розглянемо його фізичне і геометричне значення.

Виразимо відстані від центрів генераторної і приймальні катушок до осі елементарного кільця через циліндрові координати r і z.

Таким чином, коефіцієнт індукційного зонда, можна, з урахуванням (1), можна виразити:

З (2) витікає, що величина просторового чинника елементарного кільця визначається тим, що його вертикальним розташовує щодо катушок і горизонтальною відстанню від осі зонда при фіксованій довжині зонда.

Мал. 2. Геометричні місця перетинів елементарних кілець з рівними просторовими чинниками при |sin У| = |sin (ћ - У)| (а) і sin ћ/2 = 1 (б).

1, 2, 3 - перетини кілець, з яких видний зонд під кутом ћ - У і ћ/2 відповідно.

Геометричний зміст просторового чинника Вк:

З (3) витікає, що просторовий чинник повністю визначається величиною кута у між сторонами L_r і L_n, під якими видно зонд з точок елементарного кільця. В цьому полягає геометричне значення просторового чинника. Отже, всі елементарні кільця, з точок яких видний зонд під одним і тим же кутом, мають однакові просторові чинники.

Геометричним місцем перетинів елементарних кілець з рівними просторовими чинниками є кола, що проходять через центри генераторної і приймальнею катушок. Значення просторового чинника змінюються від 0 до 1. Максимальну величину він має у разі, коли sin у = 1, тобто кут у = 90°. Перетини цих кілець лежать на колі з діаметром, рівним довжині зонда (мал. 2).

Представлення просторового чинника елементарним кільцем дозволяє одержати сигнал від різних ділянок середовища. У разі однорідного середовища величини е.р.с., створювані її ділянками, залежать тільки від їх просторових чинників. Фізичне значення просторового чинника елементарного кільця полягає в тому, що він визначає ту частку сигналу на виході вимірювальної катушки зонда, яку вносять різні ділянки середовища, що вивчається.

Звичайний низькочастотний індукційний метод з повздовжнім датчиком.

Звичайний низькочастотний індукційний метод заснований на вивченні електромагнітного поля поздовжнього (вертикального) датчика, вісь якого співпадає з віссю свердловини. В цьому випадку вихрові струми, індуковані первинним полем, розташовані в площинах, перпендикулярних до осі свердловини, і не перетинають поверхонь розділу горизонтальних шарів.

На результати вимірювань найпростішим двохкатушковим зондом з метою визначення істинного питомого опору пласта значний спотворюючий вплив мають свердловина, зона проникнення і вміщуючі породи, а також прямий сигнал від генераторної катушки. Для зменшення впливу вказаних чинників і виключення прямого сигналу Долль запропонував багатокатушкові фокусуючі зонди.

Зонди звичайного низькочастотного індукційного методу

Багатокатушковий зонд є системою катушок, укріплених на одному ізоляційному стрижні (мал. 2). Генераторна ГК і приймальня ПК катушки є основними або головними, решта катушок називається компенсаційними К і фокусуючими Ф в генераторній ФГ і приймальнею ФП ланцюгах. Компенсаційні катушки служать для виключення в приймальній катушці е.р.с. прямого поля, індукованого генераторною катушкою. Фокусуючі катушки призначені для зменшення впливу некорисних сигналів шляхом створення в приймальному ланцюзі е.р.с., зворотних по знаку е.р.с., викликаним вихровими струмами, які циркулюють в свердловині, зоні проникнення і вміщаючих породах.

Мал. 3. Схеми зондів індукційного методу.

а, б – трьохкатушечні зонди – фокусуючи катушки в генераторній і приймальних ланцюгах відровідно; в – п’ятикатушковий зонд.

Фокусуючу дію катушок досягається за допомогою підбору числа їх витків, розташовують і включення їх щодо головних катушок. Число додаткових катушок, їх взаємне положення і число витків повинні бути такими, щоб значною мірою виключити вплив свердловини, зони проникнення і вміщаючих порід, а вимірювана ефективна електропровідність була якомога ближче до істинного значення електропровідності пласта, Компенсаційні і фокусуючі катушки включаються послідовно з головними, але їх витки намотані протилежно виткам генераторної і приймальні катушок.

В позначеннях зондів перша цифра відповідає числу всіх катушок, буква Ф означає, що зонд фокусуючий, остання цифра відображає довжину зонда. Наприклад, індукційний зонд 5Ф1,2 - п'ятикатушка, фокусуючий, завдовжки 1,2 м.

Ефективність вживання індукційного методу при вивченні розрізів свердловин значною мірою визначається вибором зонда багатокатушки з оптимальними параметрами. Багатокатушковий зонд повинен забезпечити вимірювання питомої електропровідності порід в достатньо широкому діапазоні, істотно понизити вплив свердловини, зони проникнення і вміщаючих порід, володіти значною глибинністю дослідження по горизонталі і відзначати на кривих Й_еф малопотужні пласти.

Існують трьох-, чотирьох-, п′яти- і зонди шестикатушок, а також семи- і восьмикатушечні. зонди багатокатушок діляться на симетричні і несиметричні. Симетричними зондами називаються такі, у яких наголошується симетрія в тому, що розташовує фокусуючих катушок щодо точки запису і рівність творів моментів катушок для всіх симетрично розташованих фокусуючих пар. До симетричних зондів відносяться п’яти- і шестикатушки, до несиметричних - трьох- і чотирьохкатушки.

Розрізняють зонди з внутрішнім фокусуванням (додаткові катушки розташовані в інтервалі між головними), із зовнішньою (додаткові катушки знаходяться поза довжини зонда) і із змішаною (додаткові! катушки розташовані як усередині головних катушок, так і не їх).

Ступенем фокусування індукційного зонда Кф називається відношення сигналу в однорідному середовищі Е_мн для багатокатушкового зонда до сигналу для зонда двохкатушкового Е_дв, тобто:

Розрізняють зонди із слабким фокусуванням (Кф>0,3) і сильним фокусуванням (Кф<0,3).

Найпростіший багатокатушковий зонд складається з трьох катушок - двох головних (ГК і ПК) і однієї фокусуючої. Фокусуюча катушка може бути включена або в генераторний ланцюг (мал. 2, а) і в цьому випадку позначається ФГ, або в приймальний ланцюг (мал. 2, б) і позначається ФП. Показники зондів будуть однаковими у зв'язку з рівністю їх магнітних моментів.

Раніше для вивчення розрізів нафтових і газових свердловин застосовувалися багатокатушкові зонди 4Ф0,75; 4Ф1; 5Ф1,2 і 6Ф1, за кордоном (фірма «Шлюмберже») - зонди 5FF27, 5FF4O і 6FF40 (остання цифра - розмір зонда в дюймах).

Глибинність дослідження зондів звичайного низькочастотного індукційного методу по вертикалі і горизонталі визначають їх радіальні і вертикальні характеристики, звані також графіками інтегрального радіального просторового чинника ш інтегрального вертикального просторового чинника. Ці характеристики одержані на підставі наближеної теорії Долля.

Радіальна характеристика визначає залежність інтегрального просторового чинника В_г нескінченного по довжині циліндра від його радіусу r. За допомогою цієї характеристики для пласта великої потужності можна встановити просторові чинники свердловини, зони проникнення і незміненої частини пласта, а отже, взнати за допомогою розрахунків ту частку сигналу, яку вносять ті або інші ділянки середовища в повний сигнал.

Вертикальна характеристика визначає залежність інтегрального просторового чинника В_z шару від потужності h у разі, коли середина зонда розташована в середній точці шару. За допомогою цієї характеристики можна приблизно оцінити вплив вміщаючих порід на свідчення описуваного методу.

Радіальні характеристики дозволяють:

1. встановити ті мінімальні діаметри циліндрів, які не роблять помітного впливу на сигнал, тобто діаметри зони виключення;

2. визначити ті максимальні діаметри циліндрів, при яких вплив зовнішнього середовища вельми незначний, тобто глибинність дослідження.

Вертикальні характеристики дають можливість:

1. встановити ту мінімальну потужність пласта, при якій він може бути зафіксований;

2. визначити ту граничну потужність пласта, при якій можна нехтувати впливом вміщаючих порід на величину повного сигналу.