Файл: Даев Д.С. Высокочастотные электромагнитные методы исследования скважин.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 29.06.2024
Просмотров: 101
Скачиваний: 0
части пласта с параметрами рп и &п. Наличие или отсутствие сква жины не меняет сути дела, поскольку трехкатушечные зонды пол ностью исключают ее влияние.
При наличии проникновения фильтрата сигнал к приемнику может прийти либо через пласт в виде боковой волны, либо непо средственно по зоне проникновения. В первом случае относитель ные характеристики поля, измеряемые трехкатушечным зондом, будут определяться электрическими параметрами пласта, во втором — параметрами зоны проникновения. Глубинность исследова ния будет, очевидно, соответствовать максимальному радиусу зоны
проникновения, |
при котором в |
точке 'приема |
ещё преобла |
дает боковая |
волна. Поэтому |
прежде всего |
следует выяс |
нить, при каких условиях боковая волна будет испытывать суще ственно меньшее затухание па пути от генератора к приемнику, чем волны, распространяющиеся непосредственно по зоне проник новения. Нетрудно видеть, что затухание будет зависеть от рас стояния, которое проходит волна, проводимости среды, по которой она распространяется, и при распространении по цилиндрической полости — от соотношения между длиной волны и диаметром цилиндра.
Будем различать два случая: 1) длина волны в зоне проникно
вения значительно |
превышает ее диаметр (лзпЗ>ГЗ). |
На частотах |
||
1—2 МГц и ниже |
это условие выполняется при любых реальных |
|||
параметрах зоны |
проникновения (см. рис. |
18); 2) |
длина |
волны |
меньше пли соизмерима с диаметром зоны |
проникновения |
(Я3п=^ |
||
^ D ) — этот случай характерен для частот 30—60 МГц при диа |
||||
метрах зоны проникновения больше 0,8—1 м (см. рис. 17).
Выше показано, что при длине волны, превышающей диаметр цилиндрической полости, прямая волна внутри цилиндра быстро затухает. Поэтому, если ХЗП> А основную роль должно играть со отношение между длиной зонда12 и диаметром зоны проникнове ния. При длине зонда, превышающей диаметр этой зоны (£>/?), поле будет приходить в точку приема в виде боковой волны. Если
же длина зонда меньше диаметра |
зоны проникновения |
(L<D), в |
||
точке приема |
преобладает |
волна, |
распространяющаяся |
по зоне |
проникновения. |
Таким образом, при ЯЗП> А в частности на часто |
|||
тах 1—2 МГц, |
решающим |
фактором, определяющим глубинность |
||
исследования, должна являться длина зонда. По мере ее увеличе ния будет, очевидно, возрастать глубинность исследования, по скольку с ростом L увеличивается максимальный диаметр цилин дра, при котором справедливо соотношение L>D — условие пре обладания в точке приема боковой волны. Однако эта зависимость
будет наблюдаться лишь в определенных пределах, пока |
7,3„^>D. |
|||
Поскольку последнее соотношение |
выполняется на частоте 1 МГц |
|||
|
1 При плавном изменении параметров |
в зоне проникновения под диаметром |
||
цилиндрической полости будем понимать D-.ш п . |
понимаем расстояние от |
удален |
||
|
2 Под длиной трехкатушечного зонда |
L |
||
ной |
катушки до середины интервала между |
сближенными катушками. |
|
|
8 |
Д . С . Даев |
|
|
113 |
почти при любых реальных параметрах зоны проникновения, оно справедливее на более низких частотах. Отсюда следует вывод о том, что глубинность исследования с трехкатушечным зондом определенного размера, измеряющим разность фаз или отношение амплитуд, должна сравнительно мало меняться в широком диапа зоне частот от десятков килогерц до единиц мегагерц.
Рис. 49. Зависимость глубинно |
Рис. 50. Зависимость |
глубинности |
исследо |
||||||||||||
сти |
исследования |
от |
длины |
|
|
вания от частоты поля. |
|
|
|||||||
|
|
зонда. |
|
|
|
Зонд 110,3111,7Г, Рс =1 Ом ■м, |
о=0,1 |
м. |
/ — пони |
||||||
/=1 |
МГц, |
база зонда — 0,3 м, Рс = |
жающее |
проникновение — рп п —5 |
Ом • м, |
р = |
|||||||||
= 1 |
Ом • м, а=0,1 м. |
/ — понижаю |
=40 Ом • м; |
2 — повышающее |
|
проникновение — |
|||||||||
щее |
проникновение— рпп =5 |
Ом • м, |
|
Рпп5***0 Ом • м, |
рп =5 |
Ом ■м |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
рп=40 Ом • м; 2 — повышающее про |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
никновение — рпп =40 |
Ом - м , |
рп— |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
=5 О м • м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Высказанные соображения подтверждаются результатами рас |
|||||||||||||||
четов. На рис. 49 приведена |
зависимость глубинности |
исследова |
|||||||||||||
ния от длины зонда при |
измерении Дер. |
Глубинность определена по |
|||||||||||||
методике, описанной выше, как радиус |
зоны |
проникновения, |
при |
||||||||||||
котором р,; отличается от р^ не более чем на 20%. |
На рис. |
49 видна |
|||||||||||||
четкая зависимость глубины |
исследования от длины зонда. В рас |
||||||||||||||
смотренных случаях глубинность в среднем равна |
(0,3-^0,35) L. |
||||||||||||||
Отметим, |
что глубинность |
при |
рПп= 40 |
Ом-м (кривая 2) несколь |
|||||||||||
ко выше, |
чем при |
рПц=5 |
Ом-м |
(кривая 1). |
Это |
обстоятельство |
|||||||||
вполне закономерно, поскольку длина волны в зоне проникновения в первом случае больше, чем во втором.
На рис. 50 дана зависимость глубинности исследования от ча стоты поля для зонда И0,ЗИ1,7Г. При изменении частоты в 20 раз от 50 кГц до 1 МГц глубинность меняется в небольших пределах. При повышающем проникновении (pim = 40 Ом-м, рП= 5 Ом-м) она уменьшается менее чем на 30%, при понижающем (рпп=5 Ом-м, Рп = 40 Ом-м)— остается практически неизмененной.
На рис. 51 приведены кривые зависимости рьот диаметра зоны проникновения для зондов волнового И0,ЗИ1,7Г и индукционного 6Ф1 каротажа. Рабочая частота в первом случае равна 1 МГц,.
114
во втором — 50 кГц. При понижающем проникновении глубинность
зонда И0,ЗИ1,7Г превосходит глубинность |
зонда |
6Ф1 |
на |
30%, |
||
при повышающем — на 20%. |
|
глубине |
исследова |
|||
Отметим, что заключение о значительной |
||||||
ния при соответствующем |
увеличении длины |
зонда опирается на |
||||
расчетные материалы для |
пластов бесконечной |
мощности. |
Если |
|||
же мощность пласта меньше длины зонда, |
эти выводы |
могут по- |
||||
Рис. 51. Зависимость показании зондов волнового (/) и
индукционного (II) |
каротажа от размеров зоны про |
||||
|
|
никновения. |
|
|
|
/ — понижающее |
проникновение — рПп =5 |
Ом • м, |
рп =20 |
Ом • м; |
|
2 — повышающее |
проникновение — рпп=20 |
Ом • м, |
рп =5 |
Ом • м. |
|
/ — зонд H0.3Wl.7r, |
f=l МГц; // — зонд 6Ф1. |
1= 50 |
кГц |
||
требовать известной корректировки, особенно в отношении коли чественной зависимости глубинности от диаметра зоны проникно вения. Для подобных случаев достаточно обоснованные оценки могут быть сделаны лишь на базе решения задачи для пласта
ограниченной мощности при наличии зоны проникновения и сква |
||
жины. |
теперь случай, когда |
При частотах 60— |
Рассмотрим |
||
40 МГц длина |
волны в зоне проникновения |
составляет 1—1,5 м. |
Следовательно, ситуация, когда Азп соизмерима с диаметром зоны проникновения или меньше него, совершенно реальна. Глубинность в этом случае должна быть тесно связана с характером проник новения.
При понижающем |
проникновении (рзп< р п) |
и заметном |
разли |
чии в значениях рзп и |
р, таком, чтобы затухание в среде |
с рзд |
|
достаточно отличалось |
от поглощения, в среде |
с рп будем |
иметь |
ситуацию, близкую к рассмотренной выше. При |
L>D поле в точке |
||
8 * |
5 |
приема будет определяться боковой волной' и увеличение длины зонда должно сопровождаться соответствующим увеличением глу бинности '. Этот вывод вытекает из очевидного факта, что при Рзп-Срп затухание прямой волны, распространяющейся по зоне проникновения, будет больше, чем затухание боковой волны, про ходящей основную часть пути по более высокоомным вмещающим породам.
Рис. 52. Зависимость разности фаз от радиуса зоны проник новения при измерениях с зондами разной длины.
База зонда 0,2 |
м, / —60 |
|
с |
|
|
|
а=0,1 |
м, |
е* |
с |
|
|
МГц, е*=80, р = 1 Ом *м, |
|
=20, |
|
|||||||||
рпп=20 Ом • м, |
еп =5, |
Рп =40 Ом ■м. |
/ — L= 0,5 |
м, |
2 — £ =0,7 м; |
|
||||||
3 ~ L —0,9 м, 4 — L —1,1 |
м, |
5 — L = 1.3 м. |
Стрелками |
показана |
глѵбші- |
|
||||||
ность исследования с зондами разной длины |
|
|
|
|||||||||
На рис. 52 показано изменение Дер в зависимости от DauJ2 для |
||||||||||||
зондов разной длины. |
Исследуется случай |
проникновения |
в про |
|||||||||
дуктивный пласт е*п=20, |
рпп = 20 Ом-м, |
е* =5, |
рп = 40 |
Ом-м. На |
||||||||
рисунке хорошо видно, как с увеличением |
длины зонда возрастает |
|||||||||||
глубина исследования. Отметим, что, |
несмотря на высокую часто |
|||||||||||
ту, глубинность характеризуется неплохими |
|
показателями — 0,3— |
||||||||||
0,4 м. Лишь для самого короткого зонда |
(L = 0,5 м) она снижается |
|||||||||||
до 0,27 м. |
|
проникновении |
(рзп> р п) и Хяп |
|
ситуация |
|||||||
При повышающем |
|
|||||||||||
значительно усложняется. |
При достаточно большой контрастности |
|||||||||||
в сопротивлениях зоны проникновения и пласта и |
малом |
сопро |
||||||||||
тивлении последнего |
зона |
проникновения |
может превратиться в |
|||||||||
своеобразный волновод. Затухание прямой волны, распространяю
щейся по зоне проникновения, |
будет гораздо меньше, чем затуха-1 |
1 Принципиальная возможность |
не всегда может быть реализована с по |
мощью имеющихся технических средств. Так, например, для обеспечения доста
точной глубинности при |
диаметрах зоны проникновения |
1,5—2 м требуются |
||
зонды длиной 2—3 м. Из-за сильного |
поглощения работать |
с |
такими зондами |
|
на частотах 40—60 МГц |
можно только |
в особо благоприятных |
условиях. |
|
116
ние боковой волны. В этом случае, независимо от соотношения между длиной зонда и диаметром зоны проникновения, в том числе и при L>D, в точке приема будет преобладать прямая волна.
Рис. 53 иллюстрирует возможность возникновения волноводного
эффекта. |
Приведена |
расчетная |
зависимость |
амплитуды |
поля |
||||||||||||||
(двухкатушечный зонд) |
от радиуса зоны проникновения. При при |
||||||||||||||||||
нятых |
УСЛОВИЯХ |
|
Я-яп =1,12 |
м. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Из |
рис. |
53 |
(кривая |
1) |
вид |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
но, |
что |
вплоть |
|
до |
D/2= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
= 0,55-4-0,6 |
м, |
т. е. |
|
до |
D/2« |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
« Хзп/2, |
|
поле в |
точке измерения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
близко к нулю. Это свидетельст |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
вует о том, что при X3„>D поле |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
не |
распространяется |
|
по |
зоне |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
проникновения. |
Ввиду большого |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
затухания в пласте интенсив |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
ность боковой волны здесь так |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
же исчезающе мала. Когда диа |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
метр |
полости становится |
близ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
ким к ЯЗІ1, поле начинает |
резко |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
возрастать. Все это находится в |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
полном |
согласии |
|
с |
представле |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
ниями, |
вытекающими из теории |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
волноводов (ем. раздел 2). При |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
увеличении D/2 е 0,55 до 0,75 м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
амплитуда поля в точке приема |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
увеличивается в сотни раз іи в |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
30—40 раз превосходит ампли |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
туду поля в воздухе. На том же |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
рисунке приведена кривая 2 |
для |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
тех же параметров зоны проник |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
новения и пласта, |
но при нали |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
чии скважины с рс=1 |
Ом-м. Этот |
Рис. 53. К возникновению волно |
|||||||||||||||||
расчет выполнен для того, |
чтобы |
водного эффекта при повышающем |
|||||||||||||||||
выяснить, |
не |
происходит |
ли |
в |
|
|
проникновении. |
|
|||||||||||
присутствии |
хорошо |
проводяще |
f=60 |
МГц, |
|
Е*п=20, |
Рзп=80 |
Ом -м. е* = |
|||||||||||
го цилиндра |
(скважины) |
кана |
=20, |
рп = |
2 |
Ом • м, |
е*=80, |
Р с=1 Ом ■м, |
|||||||||||
лизации |
поля по зоне |
проникно |
G—Or1 |
м. |
1 — без |
учета |
влияния |
сква |
|||||||||||
вения вне зависимости от |
часто |
жины; 2 — с учетом |
влияния скважины |
||||||||||||||||
ты поля. Иными словами, не яв |
скважина — зона |
проникновения |
|||||||||||||||||
ляется |
ли система |
низкоомная |
|||||||||||||||||
повышенного |
сопротивления — низкоомный |
пласт |
своеобразной |
||||||||||||||||
коаксиальной линией. Ход кривой 2 позволяет ответить на это предположение отрицательно. Снижение уровня поля при D/2> >Язп/2 на кривой 2 по сравнению с кривой 1 объясняется погло щением поля в скважине и отражением от поверхности раздела зона проникновения — скважина.
Таким образом, при и рзп>Рп глубинность практически
117
