Различают низкочастотные (20-60 кГц) и высокочастотные (1-140 МГц) электромагнитные поля. Основное применение в практике нашел низкочастотный метод, получивший название индукционного.
Индукционный каротаж основан на изучении полейвихревых токов, индуцированных в горных породах электромагнитным полем ультразвуковой частоты и позволяет получить сведения об удельной электрической проводимости последних.
Генераторная катушка создает первичное электромагнитное поле, приводящее к возникновению в горных породах вихревых токов (токов Фуко). Схематически картина выглядит так, будто пространство заполняется
элементарными токовыми кольцами с центрами на оси скважины. Ток в каждом i-том кольце прямо пропорционален е.д.с. Еi, создаваемая первичным полем в области этого кольца и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению rП горных пород, составляющих кольцо. По закону Ома можно записать:
l,s — длина и поперечное сечение кольца, gП — удельная электропроводность горных пород.
1 — генераторная катушка; 2 — приемная катушка; 3 — i-тое токовое кольцо (разрезанное в плоскости чертежа); 4 — линии напряженности первичного магнитного поля; 5 — то же вторичного.
Вихревые токи индуцирует в приемной катушке е.д.с. Е2.Зависимость Е2 от Ii и, следовательно, от gП-прямопропорциональна. Поскольку зависимость между rП и gП обратно пропорциональная, то при малых rП метод обладают большой чувствительностью. Именно поэтому он способен, например, выделять мелкие прослои глин, залегающие среди мощных пластов высокого сопротивления.
Основной частью аппаратуры ИК является индукционный зонд, который в простейшем варианте состоит из двух катушек: генераторной 2 и приемной 3, расположенных соосно. Катушка 2 питается от генератора 1 синусоидальным током частотой 20 — 50 (до 150) кГц. При этом генерируется первичное магнитное поле, вызывающее вихревые токи в проводящих породах. Вихревые токи в свою очередь создают вторичное магнитное поле, которое и является предметом изучения в индукционном каротаже.
Очевидно, что е.д.с, возникающая в приемной катушке 3, будет обусловлена, как первичным, так и вторичным магнитными полями. Непосредственное воздействие первичного поля на измерительную катушку никак не связано с горными породами, поэтому е.д.с., индуцированную этим полем компенсируется встречной е.д.с., равной первой по величине и противоположной по фазе, с помощью дополнительной катушки или специальных электронных устройств. Настройка компенсирующих устройств производится при расположении зонда ИК в воздухе вдали от проводящих объектов.
В общем случае измеряемая е.д.с. состоит из активной Еа и реактивной Ер составляющих:
DЕ =Ер + I*Еа
Единицей измерения электропроводности (кажущейся) является сименс на метр; См / м = 1 /Ом*м.
При малой электропроводности исследуемой среда вторичное поле, как электрическое, так и магнитное, много меньше первичного. Плотность индуцируемых вихревых токов в этом случае прямо пропорциональна удельной проводимости среды. Согласно закону электромагнитной индукции максимальное значение плотности вихревых токов соответствует максимальной скорости изменения первичного магнитного поля и тока питания, т.е. моментам времени, когда ток в генераторной катушке обращается в нуль. Отсюда следует: при малой электропроводности среды между силой тока в генераторной катушке и плотностью тока в среде существует сдвиг фаз на угол 90°,
Если взять производную по времени от синусоидального тока (т.е. оценить скорость его изменения), то максимума производная достигает в точках, где I=0 (т.е. эта точка и есть точка максимальной скорости изменения тока).
Вторичная е.д.с., обусловленная магнитным полем вихревых токов, находится в фазе с током питания (еще один сдвиг на 90°) генераторной катушки, т.е. полезный сигнал ИК является активной составляющей е.д.с. (Еа).
С повышением электропроводности среда вихревые токи возрастают, и следовательно, повышается и вторичное магнитное поле. Оно может стать соизмеримым с первачом. При атом вихревые токи, индуцированные в различных участках среда, начинают взаимодействовать между собой посредством магнитных полей, т.е. наблюдается явление получившее название скин-эффект. В результате скин-эффекта и возникает реактивная составляющая Ер измеряемого сигнала, сдвинутая по фазе относительно активной Еа на 90 .
В индукционном каротаже используется активный сигнал. Он усиливается усилителем 4, отдаляется от реактивной составляющей с помощью фазочувствительного детектора 5 и по кабелю 6 подается на поверхность к регистрирующему прибору 7. На поверхности также находится источник питания 8.
Индукционный каротаж отличается от рассмотренных выше электрических методов ГИС тем, что для создания вторичного электромагнитного поля, несущего информацию о горных породах не требуется непосредственного (гальванического) контакта зондовой установки с окружающей средой. Поэтому ИК позволяет изучать электропроводность горных пород в сухих скважинах, а также в скважинах, заполняемых плохо проводящей жидкостью (промывочная жидкость на нефтяной основе).
Недостатком ИК является снижение его эффективности при заполнении скважин минерализованной жидкостью. Кроме того, наличие зоны проникновения в этом случае существенно снижает глубинность метода.
ИК используется для расчленений песчано-глинистых разрезов на месторождениях нефти и газа (по удельному электрическому сопротивлению горных пород), а также при разведке твердых полезных ископаемых с целью выделения сульфидных, железных руд и других объектов с хорошей электропроводностью.
Недостатком ИК является также небольшой диапазон доступных для измерений проводимостей, который ограничивается значениями r 50 Ом*м вторичная е.д.с. мала и практически не может быть измерена на фоне шумов и помех.
В целом диаграммы индукционного каротажа по сравнению с методом КС более дифференцированы, а полученные rК ближе к удельным r.
Ролик
