Физическое обоснование каротажа сопротивления.

При каротаже сопротивлений (КС) скважинный турбогенератор используется в качестве источника зондирующего сигнала большой мощности (500-800 Вт.), что существенно повышает помехоустойчивость измерений. Простота изготовления геофизического модуля КС в сочетании с высокими энергетическими характеристиками зондирующего электрического поля позволила создать эффективный инструмент, способный надежно функционировать в самых сложных условиях бурения. Модуль КС успешно прошёл испытания при бурении горизонтальных скважин в различных регионах РФ.

Скважинный турбогенератор снабжает электроэнергией электронные схемы, датчики и канал связи с поверхностью. Информация передаётся на частотах 1-10 Гц в зависимости от глубины скважины по беспроводному ЭМКС. Частоты определяют огибающую модулированного радиоимпульсного сигнала, используемого для кодирования передаваемых по каналу связи данных. Сигнал в зоне электрического разделителя ЗТС имеет более сложную частотно- временную структуру по сравнению с сигналом, принимаемым на поверхности, что обусловлено большим затуханием высокочастотных составляющих сигнала передатчика ЗТС. Электрический каротаж проводится в диапазоне частоты, его оценивают при подключении передатчика ЗТС к электрическому разделителю (рис.3.30). Скважинный турбогенератор (ТГ) подключается к электрическому разделителю через семисторный мост, формирующий фазомодулированный сигнал передатчика ЗТС. Частота выходного напряжения ТГ находится в диапазоне 50-200Гц в зависимости от режима бурения. На выходе семисторного моста формируются кодированные сигналы радиоимпульсов в виде однополярных полуволн гармонического напряжения ТГ. Длительность полуволн напряжения изменяется от 2,5 до 10 мс. В первом приближении в частотном спектре сосредоточено не менее 90% энергии сигнала, его ширина 100-400 Гц. Электрический каротаж проводится в диапазоне рабочих частот с ТГ в качестве первичного источника зондирующего сигнала.

Влияние вариации частоты зондирующего сигнала модуля КС на точность измерения удельного электрического сопротивления разбуриваемой породы определяется частотной дисперсией электрических характеристик. Экспериментальные исследования показали, что в диапазоне частот 100Гц-1МГц имеет место сильнейшая частотная дисперсия диэлектрической проницаемости физических сред при незначительной дисперсии удельного сопротивления. В работе приведены результаты экспериментов по частотной дисперсии электрических характеристик в диапазоне частот от 100 Гц до микроволновой области. Исследовалась частотная зависимость диэлектрической проницаемости ε и удельной электрической проводимости σ для типичной суглинистой почвы со средним содержанием воды около 10% по массе (рис.3.31.).

На низких частотах диэлектрическая проницаемость почвы очень велика, что присуще большинству геологических материалов и не связано с влиянием измерительных электродов. Из графиков (рис.3.31, а и б) видно, что эквивалентная проводимость σ среды в области частот 100Гц -1МГц и эквивалентная проницаемости ε в диапазоне 10000000-1000000000 Гц практически не зависят от частоты. На частотах примерно до 1МГц эквивалентная проводимость постоянна, т.е. проводимость на постоянном токе в основном определяет потери в материале. Таким образом, разработанная схема электрического каротажа КС вполне обоснована и позволяет получить достоверную геофизическую информацию.