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

в однородной среде, исходя из принципа двойственности [70], [82], могут быть получены из соответствующих формул для магнитного диполя. Для перехода от поля, создаваемого электрическим током, к полю, создаваемому аналогичным по геометрии магнитным то­ ком, достаточно, как показано в [82], произвести в соответствующих выражениях следующие замены:

/ -> V; іощ -> у — t'coe,

где V — магнитный ток в соленоиде, равный t'coßS; В — магнитная индукция; S — поперечное сечение тороида.

Произведя в формулах (2.7) —(2.9) требуемые подстановки, по­ лучаем выражения для поля магнитного кольцевого тока малых размеров в однородной среде:

метров окружающей среды с аналогичной зависимостью компонен­ ты Я : магнитного диполя. Поле тороида в относительных едини­ цах, долях поля квазнстационарного тороида в воздухе, будет

43

С П О С О Б Ы И З М Е Р Е Н И Я е И р П О Р О Д

К высокочастотным методам исследования будем относить спо­ собы изучения проводимости и диэлектрической проницаемости по­ род, использующие частоты от 0,5—1 МГц до нескольких десятков мегагерц. Необходимость использования высоких частот определя­ ется прежде всего тем, что диэлектрическая проницаемость, как показано выше, существенно влияет на результаты измерений лишь на частотах, равных десяткам мегагерц. С другой стороны, использование частот порядка сотен килогерц — единиц мегагерц позволяет в некоторых случаях расширить возможности электро­ магнитных методов каротажа при изучении проводимости пород. Таким образом, методы высокочастотного каротажа можно разде­ лить на две группы. К первой относятся способы, использующие частоты порядка 1 МГц п предназначенные для изучения прово­ димости пород. Ко второй следует отнести способы изучения ди­ электрической проницаемости горных пород, в которых использу­ ются частоты, равные десяткам мегагерц.

По принципу измерения высокочастотные методы можно раз­ делить на абсолютные и относительные. В первых измеряется ве-. личина сигнала на выходе измерительной цепи зонда. Именно ве­ личина сигнала несет здесь информацию о свойствах пород. Во вторых измеряются относительные величины— сдвиг фаз или от­ ношение амплитуд, содержащие информацию об изучаемых пара­ метрах среды.

Различный подход к способу измерения вытекает из разных способов фокусировки — исключения влияния скважины и близле­ жащей части пласта на результаты наблюдений. По аналогии с методом индукционного каротажа для улучшения пространствен­ ной характеристики при высокочастотных измерениях иногда мож­ но использовать фокусирующие зонды с включенными последова­ тельно в одну цепь разнополярными катушками. В этом случае осуществляются абсолютные измерения. С другойстороны, высо­ кая частота поля допускает волновую трактовку происходящих яв­ лений. Это позволяет обосновать новую эффективную методику ис­ ключения влияния скважины и изучения электрических свойств по­ род, основанную на относительных измерениях.

К волновой трактовке явлений в высокочастотном каротаже

При истолковании явлений, связанных с поведением перемен­ ного электромагнитного поля в Земле, можно использовать два подхода — индукционный и волновой. В индукционной интерпре­ тации поле в данной точке рассматривается как сумма полей, соз­ даваемых всеми токами, индуцированными в среде, и токам в ис­ точнике. Поэтому при объяснении поведения поля здесь приходится

45

исходить из анализа пространственного распределения наведенных токов. При волновом подходе поле в данной точке можно рассмат­ ривать как результат прихода волны, претерпевшей на пути от источника поглощение, фазовые сдвиги, отражение и преломление на поверхностях раздела сред с разными свойствами.

Относительно критериев, которыми следует руководствоваться при выборе той или иной трактовки и границ се применения, заме­ тим следующее. Индукционный подход целесообразно использовать в случаях, когда длина волны электромагнитных колебаний зна­ чительно превышает некоторый характеристический размер, напри­ мер размер установки, расстояние до поверхности раздела сред или рудного тела и т. п. Волновой подход к полю, напротив, целе­ сообразно применять, если характерный размер соизмерим с дли­ ной волны или больше нее. Иными словами, при работе в ближней зоне (|/гУ?|<СІ) можно исходить из индукционных представлений, при работе в дальней зоне (|/гТ ?|»1) следует пользоваться волно­ вой трактовкой наблюдаемых явлений.

В электромагнитных методах каротажа критерием при выборе волновой или индукционной трактовки наблюдаемых закономерно­ стей, по-вндпмому, должно являться соотношение между длиной волны в среде и длиной зонда.

Необходимо учесть, что данные критерии указывают пределы, в которых возможно построение приближенных решений электро­ динамических задач, но не определяют жестко границ области, в которой обязательна та или иная трактовка поля. Эти области пе­ рекрываются, и использование волновых представлений для физи­ ческой интерпретации результатов строгих расчетов возможно в более широких пределах, чем указано выше.

В способах, предназначенных для измерения диэлектрической проницаемости н использующих частоты, равные десяткам мега­ герц, длины волны в породе составляет обычно 1— 2 м, а длина волны в скважине 0,3—0,5 м (рис. 17). Длина зонда обычно с 0,6— 1,2 м. Целесообразность, а точнее необходимость, волнового подхо­ да здесь не вызывает сомнений. В высокочастотном каротаже, предназначенном для измерения проводимости пород (рабочая ча­ стота порядка единиц мегагерц), длина волны в скважине обычно равна 1—3 м, в низкоомных вмещающих породах 4—5 м, в высо­ коомных 20—30 м (рис. 18). При длине зонда 1,5—2 м наблюде­ ния проводятся в основном в промежуточной зоне генератора. Как будет показано ниже, волновой подход позволяет здесь хорошо объяснить наблюдаемые закономерности. Заметим, что особенности поведения поля магнитного диполя в однородной среде при изме­ нении параметров от малых до больших значений, рассматривае­ мые в теории индукционного каротажа как результат определен­ ного распределения реальной и мнимой компонент тока в среде [53], можно также объяснить с волновых позиций. Поведение реаль­ ной и мнимой, компонент поля, в частности, наличие экстремума на кривой мнимой компоненты, при pz= 1,57 находит четкое

46

I

истолкование. Возможность волновой интерпретации явлений в об­ ласти относительно небольших значений параметра не означает*.

47