Зонд электромагнитного каротажа

Изобретение относится к промыслово-геофизической технике и может быть использовано в аппаратуре электромагнитного каротажа, предназначенной для измерения удельного электрического сопротивления и/или диэлектрической проницаемости горных пород в нефтегазовых скважинах. Сущность: зонд содержит генераторную катушку, ближнюю и дальнюю приемные катушки, расположенные от генераторной на расстояниях z₁ и z₂ соответственно и обладающие магнитными моментами М₁ и М₂ соответственно, такими, что Ближняя и дальняя приемные катушки имеют одинаковое число n витков и выполнены с диаметрами D₁ и D₂ соответственно, причем Длина (в мм) намотки дальней приемной катушки определяется соотношением где L - индуктивность (в мкГн) ближней приемной катушки. Ближняя и дальняя приемные катушки намотаны проводами с диаметрами d₁ и d₂ соответственно, причем Технический результат: повышение точности измерений за счет равенства импедансов приемных катушек зонда.

 

Изобретение относится к промыслово-геофизической технике и может быть использовано в аппаратуре электромагнитного каротажа, предназначенной для измерения удельного электрического сопротивления и/или диэлектрической проницаемости горных пород в нефтегазовых скважинах.

В электромагнитных методах каротажа в качестве первичных измеряемых параметров высокочастотного поля широко используются амплитудные относительные характеристики:

где h_z1, h_z2 - напряженности магнитного поля в первой и второй точках измерения на оси скважины.

(См., например, авторское свидетельство СССР №313966, G01V 3/18, опубл. 29.11.1971 г., бюл. №27. «Устройство для электромагнитного каротажа скважин.)

При использовании одноканальных схем измерения важно, чтобы выходные импедансы приемных катушек зондового устройства были одинаковы, а разностная амплитуда в воздухе была равна нулю.

Известен зонд индукционного (электромагнитного) каротажа (см. Н.Н.Кривко и др. Промыслово-геофизическая аппаратура и оборудование. М., «Недра», 1981 г., с.75-77). Зонд содержит три генераторные и три измерительные (приемные) катушки. Катушки в генераторной и приемной линиях зонда соединены последовательно. Катушки выполнены однослойными, диаметры и площади их витков одинаковы. Фокусирующие катушки выполнены так, что общее число витков в них равно числу витков соответствующих главных катушек зонда. Этим обеспечивается равенство моментов всех катушек по вторичному магнитному полю вихревых токов в массе провода, а также равенство индуктивности и активного сопротивления катушек, что существенно снижает нулевой уровень зонда и повышает его термостабильность. Однако этот зонд не позволяет регистрировать относительные характеристики электромагнитного поля.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является зонд электромагнитного каротажа, используемый в способе волнового диэлектрического каротажа (см. авторское свидетельство СССР №330245, МПК Е21В 47/00, G01V 3/18, опубл. 24.02.1972, бюл. №8), принятый за прототип.

Зонд содержит (см. фиг.1 описания прототипа) генераторную (возбуждающую) катушку, ближнюю и дальнюю приемные (измерительные) катушки, расположенные на расстояниях z₁ и z₂ от генераторной соответственно. Диаметры катушек одинаковы. При этом выполняется соотношение: где n₁ и n₂ - число витков в ближней и дальней приемных катушках соответственно (см. Даев Д.С. Высокочастотные электромагнитные методы исследования скважин. - М.: Недра, 1974, с.37-38).

Этот зонд позволяет регистрировать относительные амплитудные характеристики поля и обеспечивает равенство нулю разностной амплитуды в воздухе.

Однако тот факт, что приемные катушки имеют разные числа витков, приводит к тому, что они обладают неодинаковыми индуктивностями и омическими сопротивлениями. Это затрудняет и снижает точность измерения амплитудных относительных характеристик.

Задачей изобретения является повышение точности измерений.

Для этого в зонде электромагнитного каротажа, содержащем генераторную катушку, ближнюю и дальнюю приемные катушки, расположенные от генераторной на расстояниях z₁ и z₂ соответственно обладающие магнитными моментами М₁ и М₂ соответственно, такими, что выполняется условие ближняя и дальняя приемные катушки имеют одинаковое число n витков и выполнены с диаметрами D₁ и D₂, соответственно, причем длина l (в мм) намотки дальней приемной катушки определяется соотношением:

где L - индуктивность (в мкГн) ближней приемной катушки, а ближняя и дальняя приемные катушки намотаны проводами с диаметрами d₁ и d₂ соответственно, причем

Такое исполнение зонда обеспечивает равенство индуктивностей и омических сопротивлений ближней и дальней приемных катушек зонда с достаточной для практики точностью.

Как известно (см., например, Справочник по элементам радиоэлектронных устройств. М., «Энергия», 1977 г., с.303), индуктивность (в мкГн) однослойной катушки определяется выражением:

где D - средний диаметр катушки, мм;

n - число витков; l - длина катушки, мм.

Магнитный момент М приемной катушки равен произведению числа ее витков на площадь витка, поэтому условие компенсации прямого поля, обеспечивающее равенство нулю разностной амплитуды в воздухе, для предлагаемого зонда принимает вид и является основанием для выбора диаметров катушек.

Зная диаметры D₁ и D₂ и задаваясь числом витков n катушек и длиной ближней приемной катушки, определяют ее индуктивность, а затем по соотношению находят длину намотки дальней приемной катушки, что обеспечивает ей такую же индуктивность, как и ближней.

Равенство омических сопротивлений ближней и дальней приемных катушек обеспечивается выполнением условия которое следует из равенства

где R₁, R₂ - омические сопротивления ближней и дальней приемных катушек;

ρ - удельное электрическое сопротивление металла провода;

l₁, l₂ - длины одного витка ближней и дальней приемных катушек;

S₁, S₂ - площади сечений проводов ближней и дальней приемных катушек.

Отмеченные факторы позволили повысить точность измерения относительных амплитудных характеристик электромагнитного поля и, следовательно, электрических параметров исследуемых горных пород.

Разработаны рабочие чертежи зонда и изготовлен опытный образец, испытания которого подтверждают правильность предложенных технических решений.

Зонд электромагнитного каротажа, содержащий генераторную катушку, ближнюю и дальнюю приемные катушки, расположенные от генераторной на расстояниях z₁ и z₂ соответственно и обладающие магнитными моментами М₁ и М₂ соответственно, такими, что выполняется условие , отличающийся тем, что ближняя и дальняя приемные катушки имеют одинаковое число n витков и выполнены с диаметрами D₁ и D₂ соответственно, причем , длина l, мм, намотки дальней приемной катушки определяется соотношением

где L - индуктивность ближней приемной катушки, мкГн,
а ближняя и дальняя приемные катушки намотаны проводами с диаметрами d₁ и d₂ соответственно, причем .