Способ радиоволнового каротажа

 

СПОСОБ РАДИОВОЛНОВОГО КАРОТАЖА заключающийся в измерении амплитуды и разности фаз электромагнитного поля посредством трех соосных катушек - генераторной и двух приемных: основной и опорной, отличающийся тем, что, с целью повы1иения точности определения волновых параметров среды в диапазоне частот 0,156-10 МГц при произвольном соотношении между токами смещения и проводимости, электромагнитное поле возбуждают противофазной системой из по меньшей мере двух генераторных катушек - основной и компенсирующей, добиваются в воздухе одновременной компенсации амплитуды и фазы электромагнитного поля в основной приемной катушке путем перемещения и последующей фиксации генераторных катушек и затем производят измерения в скважине амплитуды суммарного сигнала в основной приемной катушке и разности фаз между сигналами от основ (Л ной и компенсирующей генераторных катушек и по этим данным суднт о волновых свойствах среды. 4j. Lf IT Li HI

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

1(5Р С 01 Ч 3/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ . К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ б д

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3500045/18-25 (22) 15.10.82 (46) 15.03.84. Бюл. 9 10 (72) А.Д.Петровский, С.С.Кеворкянц, В..К.Томилин и A.Â.Kóëèêoâ (71) Центральный научно-исследовательский геологоразведочный институт цветных и благородных металлов (53) 550.83(088.8) (56) 1. Патент США 9 2582314, кл. 324-6, опублик. 1952.

2. Патент США Р 4107598, кл. 324-6, опублик. 1978 (прототип). (54) (57) СПОСОБ РАДИОВОЛНОВОРО КАРОЖАЖА, заключающийся в измерении амплитуды и разности фаз электромагнитного поля посредством трех соосных катушек — генераторной и двух приемных: основной и опорной, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с

„„SU„„ 1080!02 A целью повышения точности ойределения волновых параметров средч в диа пазоне частот 0,156-10 МГц при произвольном соотношении между токами смещения и проводимости, электромагнитное поле возбуждают противофаэной системой иэ по меньшей мере двух генераторных катушек — основной и компенсирующей, добиваются в воздухе одновременной компенсации амплитуды и фазы электромагнитного поля в основной приемной катушке путем перемещения и последующей фиксации генераторных катушек и затем производят измерения в скважине амплитуды суммарного сигнала в основной приемной катушке и разности фаз между сигналами от основ@ ной и компенсирующей генераторных катушек и по этим данным судат о волновых свойствах среды. С:

1080)02

Изобретение относится к геофизическим методам разведки, в частности к способам электромагнитного каротажа, и может быть использовано в целях повышения эффективности интерпретации результатов межскважинного радиопросвечивания (РП), проводимого на фиксированных частотах

Е диапазона 0,15б-10 МГц, а также в целях расчленения разрезов горных пород по электрическим и волновым параметрам.

Известен способ индукционного каротажа с трехкатушечным зондом, основанный на.измерении приемной . катушкой амплитуды осевой составляющей магнитного поля ° Этот способ позволяет определить величину удельного электрического сопротивления горных пород в случае, когда наведенные в них токи проводимости значительно преобладают над токами смещения, что соответствует условию

" много больше сиЕ, или же величи" ну диэлектрической проницаемости Я горных пород в случае, когда наведенные в них токи проводимости пренебрежимо малы по сравнению с токами смещения, т.е. когда р "много меньше u)E. у = 2ХЕ - круговая частота колебаний. Рабочие частоты выбираются так, чтобы для некоторого . заданного диапазона измеряемых пара-" метров выполнялось требуемое соотношение между Я - и сиЕ Г13.

Недостаток этого способа заключается в том, что при частотах указанного диапазона радиопросвечивания,он не позволяет определить совместно волновые параметры: коэффициент поглощения К" и длину волны Л, если горные породы имеют сопротивление порядка сотен и тысяч

Ом на метр, поскольку в укаэанных областях частот и сопротивлений пород токи смещения и токи проводимости соизмеримы (необходимость определения волновых параметров на фиксированных частотах радиопросвечи ванин диктуется зависимостью этих параметров от частоты).

Наиболее близким к предлагаемому является способ радиоволнового каротажа, включающий измерение амплитуды и разности фаз электромагнитного поля посредством трех соосных катушек — генераторной и дву приемных: основной и опорной. Этот способ позволяет посредством измерений на фиксированной частоте, порядка 40-60 мГц, одновременно определить коэффициент поглощения и длину волны f23.

Недостатком способа является его неприменимость для работы на частотах радиопросвечивания в сла бопогл 5щакбцих средах, поскольку при сопротивлениях изучаемых пород боль. ших 100-200 Ом м и частотах 0,15610 МГц фазовые изменения поля между точками расположения приемных катушек настолько малы, что измерять их при достижимой в настоящее время точности практически невозможно.

Цель изобретения — повышение точности определения волновых параметров среды в диапазоне частот 0,15610 10 МГц при произвольном соотношении между токами смещения и проводимости.

Для достижения укаэанной цели согласно способу радиоволнового

15 каротажа, заключающемуся в измерении амплитуды и разности фаз электромагнитного поля посредством трех соосных катушек — генераторнбй и двух приемных: основной и опорной, электромагнитное поле возбуждают противофазной системой из по меньшей мере двух генераторных катушек — основной и компенсирующей, добиваются в воздухе одновременной компенсации амплитуды и фазы электромагнитного поля в основной приемной катушке путем перемещения и последующей фиксации генераторных катушек и затем производят измерения в скважине амплитуды суммарного сигнала в,основной приемной катуш.1 ке и разности фаз между сигналами от основной и компенсирующей гене раторных катушек и по этим данным

35 судят о волновых свойствах среды.

Сущность способа заключается в том, что наряду с измерением в основной приемной катушке суммарной амплитуды осевых составляющих напряженности магнитного поля, возбуж40 даемого противофазной системой из двух (или большего числа) генераторных катушек — основной и компенсирующих (фокусирующих) — измеряется разность между фазами суммарных

45 полей, создаваемых в основной и опорной приемных катушках упомянутой системой генераторных катушек, причем предварительно в воздухе в основной приемной катушке достигается компенсация по амплитуде и фазе сигналов основной и компенсирующих генераторных катушек.

Фазовая компенсацйя в основной приемной катушке сигналов генераторных катушек в воздухе эквивалентна введению дополнительного фазового сдвига в измерительную фазовую систему, так как разница фаз полей генераторных катушек в основной и

60 опорной приемных катушек различна.

В результате вносимого сдвига фаз оказывается практически возможным ,с достаточной точностью вести одновременные измерения изучаемых волно65 вых параметров горных пород при

1080102

Устройство содержит две генераторные катушки, намотанные в противофазе — основную 1 и компенсирующую (фокусирующую) 2, автономное генераторное устройство 3, две приемные катушки — основную 4 и опорную 5, соединительный трехжильный кабель б и наземный измерительный пульт 7. Катушки 4 и 5 идентичны.

Общая длина зонда, представляющая расстояние между крайними катушками 1 и 5, составляет. 1-1,2 м.

Расстояние между приемными катушкаВеличина l6 hl является безразмерной величиной и с целью определения ее непосредственно из измерений произвольном соотношении между то- ми 0,15-0,25 м.Предусмотрена возками смещения и токами проводимости. можность перемещения фиксации полоПоследовательность операций в жения компенсирующей катушки при предлагаемом способе заключается в компенсации в воздухе амплитуды и следующем. фазы напряженности поля в основной

На поверхности земли в воздухе 5 и приемной катушке. с помощью системы из основной и Компенсирующая генераторная какомпенсирующих (фокусирующих) гене- тушка 2 расположена между катушками раторных катушек (компенсирующих 1 и 4 на расстоянии порядка 0,2катушек может быть одна или несколь- 0,25 м от катушки 1. Характер нано) в основной приемной катушке до- 10 мотки, число витков и расстояние стигается равенство амплитуд и сдвиг между катушками 1 и 2 подбираются фаз на 180 между сигналами основ- таким образом, чтобы при расположеной и компенсирующих катушек. За- нии зонда в воздухе амплитуды их тем в скважине измеряется амплитуда полей в основной приемной катушке 4 суммарного сигнала в основной катуш- 15 равнялись между .собой, а фазы быке и разность фаз суммарных полей в ли сдвинуты на 180, что равносильосновной и опорной катушках. Изме- но выполнению условия ренные величины с помощью следую- 1 — т — м

lYl tA щих из теории расчетных формул 1 2 М ()

I переводятся в значения К " и Л, ли- 2p g 3 g 3 бо р и . для реализации предложенного спо- где m< и m2 — магнитные моменты гесоба разработано устройство, содер- нераторных кат шек 1 жащее сменные автономные скважинные и 2; генераторы электромагнитных колеба- и 4 — расстояние между каний на фиксированные частоты радио- тушкой 4 и соответстпросвечивания в диапазоне 0,156- венно катушками 1 и 2.

10 МГц и зонд, состоящий из гене- В однородной проводящей среде раторных катушек — основной и компен* осевая составляющая сУммаРного сирующей (фокусирующей), основной магнитного поля в точке располоприемной катушки для установления 30 жения основной приемной катушки 4, компенсации.и измерений амплитуды равна величине поля и опорной приемной катушку, М м которая вместе с основной служит,— (I -h(KL2)) 2 "

2iT для измерений разности между фазами суммарных полей системы генератор- 35 а в точке расположения опорной при.— емной катушки 5 — величине :"-"Д."", „,", „ ;.;,"""„ ;„ "„ „"„„"„, I» = —,"; (" И"И -"(, (l,I7=;,—, "

Фиг.2 — номогРамма зависимости " возбуждаемое в возд хе

2„, амплитуды суммарного поля Id hl в точке расположения основной приемной катушки, выраженной в относительных тушки 4.

I единицах — в долях кваэистационар- 45 L и Li — расстояния ме у опорйой ного поля, возбуждаемого в воздухе прие ной катушкой 5 и со- основной генераторной катушкой, и сдвига фаз ф между суммарными по- ответственно катушками 1 лями в основной и опорной приемных катушках, от модуля t К(, К вЂ” вол- ),(Кц е " (y; L) новое число, и аргумента Ч волно- (4) вого числа. (i, = i.„, tz, „,, )

Посредством скважинных измерений определяются величина /д Ь1, выражающая в долях М/2Л амплитуду осевой составляющей магнитного поля в катушке 4, и фазовый сдвиг между суммарными полями, фиксируемыми основной и опорной приемными катушками, равный Ф=йгg- H- arq H (5) 1080102 (6) (7) 10 где

М„=ar к

Я-((../(, ) -((. /ь, 15

5= — Ь „L — 1. (» фм21

ВНИИПИ Заказ 1331/47 . Тираж 711 Подписное

М ФУ Ю « °

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул.Проектная, 4 предполагается предварительная эталонировка измерительного устройства.

Имеют место следующие прибли женные выражения измеряемых величин в ближней зоне (JKf+ (< 1.) г,(а |-! (с„ -, } IKl

В(К! ЫпЯ

2 ф =2Чк-сагсф(т

4+6(к(соз2Ч

При приближении < к к своему верхнему пределу — 45О второй член в правой части выражения (7) становится пренебрежимо мал по сравнению с .-первым и

25 с погрешностью не превышающей 5-10%.

При стремлении Мк к О, Ф также стремится к О. Приближенно величина ф изменяется в интервале от О до 90 .

Из измеренных величин Bh и ф on-, 30

" ределяются К (и 9К либо путем рассчетов по приближенным формулам для ближней зоны (б) и (7), либо. с помощью монограмм, построенных на основе расчетов по строгим формулам, вытекающим из выражений (2), (3) и (4). На фиг.2 приведен пример конкретного выполнения такой номограммы для (. =0,74 м, .4 =0,57 м, 1,065 м, (, = 0,895 м и l К1=0,085-40

0,444 м

/И

Номограмма представляет собой совокупность ортогональных изолиний

IK и Ч„, построенных в плоскости прямоугольной системы координат с логарифмическим масштабом, по ординате которой отложены значения

fh hl, а по абсциссе — значения ф .

Применение номограмм необходимо нри измерениях полей за пределами ближней эоны.

Волновые и электрические парамет ры расчитываются иэ fK I и М„ по формулам

К =fKf si O „(3=2!((IKI cos Р ) ", p=wp (IKI вюп 2VJf, E= IKI сов2Ч (и ) где p. — магнитная проницаемость; а -.. круговая частота.

Технико-экономические преимущества предложенного способа каротажа перед базовым методом односкважинного просвечивания, проводимого с передающей и приемной антеннами длиной в 2-3 м, разнесенными на 15-25 м, заключаются в том, что он позволяет одновременно определять и коэффициент поглощения и длину волны, более детально расчленять по волновым свойствам разрезы скважин вплоть до выделения пластов мощностью 2-5 м, более точно определять коэффициенты поглощения пластов благодаря меньшему чем при односкважинном радиопросвечивании искажающему влиянию соседних пластов.

Для проведения скважинных измерений согласно предлагаемому способу требуется меньше времени, чем при измерениях по методу односкважинного радиопросвечивания, поскольку последний должен проводиться по меньшей мере при двух различных разносах.