Файл: Даев Д.С. Высокочастотные электромагнитные методы исследования скважин.pdf

5

ВЛИЯНИЕ ОГРАНИЧЕННОЙ МОЩНОСТИ ПЛАСТА НА РЕЗУЛЬТАТЫ ВЫСОКОЧАСТОТНОГО КАРОТАЖА

Одной из главных задач теории электромагнитного каротажа

влюбой его модификации является исследование поведения поля

вприсутствии горизонтальных поверхностей раздела, разграничи­ вающих среды, с разными электрическими параметрами. В полной мере это относится к высокочастотному электромагнитному каро­ тажу. В качестве основной модели рассматривается пласт конеч­ ной мощности. Как и в предыдущих разделах, вначале будут рас­ смотрены зависимости для двухкатушечного зонда, а затем поведение характеристик поля, измеряемых с помощью трехкату­ шечного зонда. Поскольку аналитические выражения, описываю­

четов. Как и ранее, для физического истолкования наблюдаемых явлений используются волновые представления.

Двухкатушечный зонд при наличии пласта ограниченной мощности

Токи проводимости значительно превышают токи смещения

{юе,-/у,-<1).

А. Пласт низкого сопротивления (рп<Рві[). На рис. 54, а приве­ дены графики профилирования для пластов разной мощности'. Когда мощность пласта Н превосходит длину зонда г (кривая 2), значения фазы постепенно возрастают от уровня, соответствую­ щего вмещающим породам, до значений, характерных для одно­ родной среды с электрическими параметрами пласта. Наблю-1

1 На рис. 54 it далее наряду с фазовыми и амплитудными кривыми Для сравнения ломаными пунктирными линиями изображены значения соответ­ ствующих характеристик в однородной среде с электрическими параметрами, равными параметрам пласта и вмещающих пород.

119

дается почти линейное изменение фазы на интервалах, равных длине зонда, при расположении генераторной п приемной катушек по разные стороны верхней, а затем нижней границы пласта. Кровля и подошва пласта совпадают с серединой этих интервалов.

Рис. 54. Форма фазовых и амплитудных кривых для двухкатушечиого зонда против пластов ограниченной мощности.

Q — і= 1 МГц; б — Г= 60 МГц; z = i м. 1 — Ы = 0.5 м; 2 — 11= 2м

Если мощность пласта меньше длины зонда (кривая 1), значения фазы в средней части кривой меньше показаний, соответствующих пласту бесконечной мощности. В этом случае границы пласта со­ ответствуют концам участка с постоянными значениями фазы, расположенного в средней части кривой.

120

Амплитудные графики также существенно зависят от соотноше­

заниям в однородной среде с проводимостью, равной проводимо­

отметить, что амплитудные кривые в большей мере, чем фазовые, подвержены влиянию ограниченной мощности пласта. Так, в рас­ сматриваемом примере (/У = 0,5 z) значения амплитуды в середине пласта составляют примерно 30% от ее величины в однородной среде с параметрами, равными параметрам пласта, а фазы — 50%.

амплитудных кривых — максимумом. Все отмеченные закономерно­ сти сохраняются в данном случае, разумеется, с учетом обратной конфигурации кривых.

Токи смещения соизмеримы с токами проводимости или превы­ шают их (сое,7ун>0,2). При высокой частоте поля характер фазо­ вых кривых существенно не изменяется (рис. 54,6). Кривые про­ филирования имеют симметричную форму. При H > z значения фазы меняются от величины, соответствующей вмещающим поро­ дам, до значений, характерных для однородной среды с парамет­ рами, равными параметрам пласта. Участок перехода от срвм до срп, как и в случае частоты 1 МГц, примерно равен длине зонда. Сходный вид имеют кривые на разных частотах и при мощности пласта, меньшей длины зонда. Таким образом, частота поля не оказывает существенного влияния на форму кривой. Степень от­ личия кажущихся значений фазы, от истинного распределения этого параметра при разных положениях зонда в основном опреде­ ляется соотношением между длиной зонда и мощностью пласта.

Графики амплитуды поля на высоких частотах, напротив, весь­ ма сильно отличаются от аналогичных кривых на частоте 1 МГц. На расстоянии от поверхности раздела, равном половине длины зонда, здесь наблюдаются четко выраженные экстремумы. Их по­ явление можно истолковать как результат интерференции волны, приходящей в точку приема непосредственно от источника, и вол­ ны, отраженной от поверхности раздела пласт — вмещающие по­ роды, т. е. интерференции прямой и отраженной волн.

С помощью формулы (2.82) нетрудно определить, что при дан­ ных р и е пласта и окружающих пород и при расположении источ­ ника поля во вмещающих породах фаза коэффициента отражения близка к 180° Следовательно, в тех случаях, когда зонд распола­ гается во вмещающих породах вблизи поверхности раздела, отра­ женная волна будет находиться практически в противофазе с пря­ мой волной. В результате их сложения возникает область пони­ женных значений амплитуды поля. Относительная роль отраженной

121

волны будет возрастать по мере приближения к поверхности раз­ дела. Максимальное влияние отраженной волны будет наблю­ даться при расположении одной из рамок двухкатушечного зонда непосредственно у поверхности раздела. При этом точка записи—•

хорошо видно из рис. 54, б, находится минимум на амплитудной

длины зонда, интерференционных максимумов в пласте, естествен­ но, не наблюдается. Если параметры вмещающих пород и пла­ ста поменять местами, то |/гп|<|&вм| и из (2.82) вытекает, что фаза отраженной волны близка к нулю и во вмещающих породах на расстоянии, равном половине длины зонда, на амплитудных кривых будут наблюдаться максимумы, а внутри достаточно мощ­

при преобладании в пласте и вмещающих породах токов прово­ димости, отражения и интерференция волн разных типов, разу­ меется, тоже происходят. Однако там эти явления приводят к уве­ личению интервала, в котором происходит переход от значений амплитуды, соответствующих вмещающим породам, до значений, характеризующих пласт, т. е. они сглаживают кривую. Это спра­ ведливо лишь для вертикального магнитного диполя. Если в каче­

Связь между амплитудой поля и мощностью пласта при сим­ метричном расположении двухкатушечного зонда относительно поверхностей раздела исследована в работе [15]. Установлено, что отсчеты против середины пласта соответствуют отсчетам в одно­ родной среде с параметрами пласта при Я/ z ^ 2—3.

Можно сделать вывод о том, что фазовые кривые более благо­ приятны по форме, чем амплитудные, особенно на частотах в десятки мегагерц. Сложная форма амплитудных кривых делает практически невозможным истолкование результатов измерений с двухкатушечным зондом на высоких частотах.

Трехкатушечный зонд при наличии пласта ограниченной мощности

Токи проводимости много больше токов смещения (mej/'Yi'd) •

Вначале исследуем форму кривых Аф против пластов ограниченной мощности.

122

Рис. 55. Кривые разности фаз против пластов малого сопротивления разной мощности.

ются. Вначале повышение происходит плавно, затем круто. Далее скорость подъема кривой резко уменьшается и следует интервал с относительно медленным увеличением Дф. Точка перехода от крутого подъема к участку с плавным повышением совпадает с подошвой пласта. На расстоянии от кровли, равном примерно Ѵв длины волны, в пласте на кривой наблюдается максимум. Зна­ чения разности фаз в этой точке соответствуют показаниям в од­ нородной среде с параметрами, равными параметрам пласта. Да­ лее наблюдается довольно интенсивный спад кривой, который сме­ няется участком с плавным уменьшением Дф. Точка перехода от крутого спада к пологому участку примерно соответствует кровле пласта. Выше кровли пласта на интервале, равном длине зонда, значения Дф постепенно снижаются и приближаются к показаниям, соответствующим вмещающим породам. В целом, кривая Дф, не­ смотря на асимметричную форму, неплохо отражает истинное рас-1

1 Здесь и на рис. 57—61 значения разности фаз выражены относительно разности фаз в однородной среде с параметрами, равными параметрам пласта.

123