Физические основы индукционного каротажа

Индукционный каротаж (ИК) предназначен для изучения удельной электропроводности горных пород, пересеченных скважиной. Он основан на измерении напряженности переменного магнитного поля вихревых токов, возбужденных в породах полем опущенного в скважину источника.

Индукционный метод принципиально отличается от других методов электрического каротажа прежде всего тем, что не требует непосредственного контакта зондовой установки с окружающей средой. Если в методах КС и СЭЗ электрический ток распространяется в горные породы от питающих электродов через слои проводящей жидкости, то в индукционном методе электроды как таковые вообще не используются. Поэтому индукционный каротаж позволяет изучать разрезы скважин, заполненных нефтью или жидкостью, плохо проводящей электрический ток. Другой особенностью индукционного метода является характер распределения токовых линий. В однородной среде они представляют собой окружности с центром на оси скважины.

Простейший зонд ИК состоит из двух катушек – генераторной (ГК) и приемной (ПК), расположенных на общей оси, совпадающей с осью скважины (рис.2.28). Расстояние между катушками L называется длиной зонда.

Генераторная катушка зонда питается стабилизированным по частоте и амплитуде током, частота которого выбирается в пределах 20-60 кГц. Приемная катушка зонда через усилитель и фазочувствительный элемент подключается к регистрирующему прибору, расположенному на поверхности.

кабель Переменный ток, протекающий по генера-

торной катушке, создает первичное маг-

нитное поле, которое возбуждает в окру-

жающих горных породах вихревые токи.

Эти токи в свою очередь создают вторич-

на ное магнитное поле той же частоты, что и

первичное. Первичное и вторичное пере-

ПК менные поля индуцируют ЭДС в приемной

катушке. ЭДС, индуцированная прямым

полем, компенсируется специальными

устройствами. ЭДС, индуцированная вто-

L ричным полем, передается по кабелю на

поверхность и регистрируется. Расчеты

показывают, что величина измеряемого

ГК при индукционном каротаже сигнала

Рис.2.28. Схема зонда ИК прямо пропорциональна удельной элект-

ропроводности среды: , где - удельная электропроводность пласта в См/м, Е -регистрируемая ЭДС, вольты, к - коэффициент зонда, зависящий только от его параметров: к , где f и I - соответственно частота и амплитуда тока, протекающего по генераторной катушке; S и - площади витков генераторной и приемной катушек; n и n - числа витков катушек; L - длина зонда. Эта формула, полученная для однородной среды, применяется и при измерении индукционным зондом в неоднородных средах. Измерив Е , определяют . По аналогии с методом КС величину называют кажущейся удельной электропроводностью. Эта формула справедлива лишь в случае, когда взаимное влияние вихревых токов в горной породе (т.е. эффект распространения электромагнитных волн в проводящей среде) не учитывается. Взаимодействием вихревых токов можно пренебречь, когда частота питающего тока и проводимость среды невелики. В противном случае пропорциональность величин нарушается. Это явление называется скин-эффектом. На рис.2.29 показана зависимость для зондов разных типов.

Рис.2.29. Палетка для исправления показаний индукционных зондов за скин-эффект

В результате индукционого каротажа получается кривая кажущейся электропроводности , записанная в линейном масштабе. Ей соответствует кривая , записанная в гиперболическом масштабе. Она отличается от кривой в обычном линейном масштабе тем, что часть ее, соответствующая низким значениям , сильно растянута, а часть, соответствующая высоким значениям, сжата. Таким образом, различие в показаниях против пластов низкого сопротивления подчеркнуто, а против пород высокого сопротивления сглажено.

На практике среда, окружающая зонд ИК, неоднородна, поэтому величины и различаются: на результаты измерений оказывают влияние вмещающие породы, соседние пласты, скважина и зона проникновения. Чем больше неоднородность среды, тем больше величина отличается от .

Дата добавления: 2014-11-06