Файл: Даев Д.С. Высокочастотные электромагнитные методы исследования скважин.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 29.06.2024
Просмотров: 102
Скачиваний: 0
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
тверждающие этот тезис, приведены иа |
рис. 60, б. |
Увеличение Дг |
|
в 4 раза (с |
0,1 до 0,4 м) приводит лишь к незначительному выпо- |
||
лаживаншо |
кривой у подошвы и кровли |
пласта. |
В случае, когда |
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,
9 * |
131 |
132
как уменьшаются показания против маломощного пласта с уве
личением |
отношения Аz/H. |
|
|
|
|
Таким образом, разрешающая способность при измерении в |
|||||
значительной мере определяется |
величиной |
базы и |
практически |
||
не зависит от длины зонда. |
что при мощности |
пласта 0,8— |
|||
Из рис. |
59 можно заключить, |
||||
1 м и выше кажущиеся значения измеряемого |
параметра Аср в се |
||||
редине пласта близки |
к его истинным значениям. Расчетные ма |
||||
териалы, |
приведенные |
на рис. |
61, показывают, что |
этот вывод |
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
выше, соответствуют реальным кривым. |
|
|
||||
|
Конфигурация |
кривых |
sin (Дср/2) практически идентична кон |
|||
фигурации |
кривых Аср. Действительно, как |
можно видеть из дан |
||||
ных, приведенных на рис. |
14, величина Аср обычно меняется в пре |
|||||
делах от |
0,2 до |
1,6 рад. |
Следовательно, Аср/2 составляет 0,1— |
|||
0,8 |
рад. При таких значениях аргумента синус меняется практиче |
|||||
ски |
линейно. |
кривых |
cos Аср, то благодаря начальному |
сдвигу |
||
Что касается |
||||||
фаз, вводимому в измерительный канал |
и равному 45°, |
также |
||||
имеет место линейная связь между cos Аср'и Аср. Правда, |
кривые |
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
мощности и поляризуемости. |
кривых |
| hZl—hz.| |
про |
Характеризуя особенности поведения |
|||
тив одиночных пластов в поляризующихся |
средах, |
отметим, |
что |
133
Иг
И-
Рис. 62. Кривые ампли туды |/;;г,—Ііг„I против пластов с высокой и низ кой диэлектрической про ницаемостью.
Зонд П0.2ІІ0.8Г, /=С0 |
МГц. |
о, б — е * =20. рп =20 |
Ом • м. |
C i“ 5' РвмГ50 0м'' "• |
я ~ |
||
// =0,5 |
м: б —/■/«=2 м; |
й, |
3 — |
Е*=5. |
Рп =50 Ом • м, |
е* |
=20. |
п |
кп |
им |
|
р0М=2О Ом • м; в |
— //=0,5 м; |
г — //= 2 |
м |
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
мерении |
отношений I (hZt—hZl)/hZ | |
и |
\{hz —,hZl)'hz„\ мы |
имеем |
||
такие же |
благоприятные |
вертикальные |
характеристики, |
как |
и |
|
при регистрации разности |
фаз. Все |
выводы, сделанные |
ранее |
в |
-отношении влияния длины зонда, величины базы и т. п. на пове дение кривых, справедливы и для этих характеристик поля.
Можно упомянуть |
еще о параметре — отношении амплитуд |
\hzJhZ2\ - На частотах |
в десятки мегагерц эти кривые против пла |
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
ма в виде боковой волны при выполнении условия z > |
(3-=-4) |
а. |
||
При соблюдении дополнительного условия1 |йі|^>|&2І, |
где k\ |
и |
||
/г2— волновые |
числа скважины и окружающих пород, |
поле |
в |
|
двухслойной |
среде — скважина — пласт бесконечной |
мощности |
||
определяется |
простым выражением (3.22). Влияние скважины |
и |
||
влияние вмещающих пород на поле в точке приема |
здесь пол |
|||
ностью разделено. Влияние внешней среды описывается |
числите |
1 На практике это условие обычно выполняется.
135
лем, влияние |
скважины — знаменателем. |
Иными |
словами, |
рас |
пространение |
поля во внешней среде не зависит |
от параметров |
||
скважины. Этим обстоятельством можно |
воспользоваться |
для |
построения подобного решения в более сложных случаям, напри мер, для скважины в горизонтально-слоистой среде. При выпол
нении условий г > (3—4) а и |/гі|^>|/с2| |
структура |
решения долж |
|
на быть аналогичной |
(3.22). В числителе — член, |
описывающий |
|
распространение поля |
во вмещающей |
среде, в |
знаменателе — |
член, учитывающий влияние скважины. В случае пласта ограни ченной мощности будем иметь для двухкатушечпого зонда па осп скважины.
hz = hz (а, ссъ АД/Уо {!гха), |
(5.1) |
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
I и I ___ і |
Ih ( « ■ « 1 . А , - ) | . |
(5.2) |
|
Гг|— |
, |
||
|
|
*0 |
|
Ф = |
Ф («, |
«і, Ц + 2ßo. |
(5.3) |
где | / і г ( а , а і , А,-) | и ср(а, |
аь А,-) — амплитуда |
и фаза поля диполя |
|
при наличии пласта ограниченной мощности; |
£>0 и ßo— модуль и |
||
аргумент функций Кельвина. |
|
|
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
пород. Увеличение рс в таких |
пределах, когда |
сйв’/уо>0.2, ведет |
|
к завышению измеряемых значений |
jAZl—h2„|, |
более резким фор |
|
мам кривой. |
и (5.3) |
при известных значениях |
|
С помощью формул (5.2) |
удельного сопротивления бурового раствора и диаметра екважипы можно учесть искажающее влияние скважины, вводя в наблю денные значения соответствующие поправки.
136