ЗОНД ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО КАРОТАЖА
PROBE OF ELECTROMAGNET LOGGING

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:
z1
z2
где h, h - 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.
1
2
1
2
Зонд содержит (см. фиг.1 описания прототипа) генераторную (возбуждающую) катушку, ближнюю и дальнюю приемные (измерительные) катушки, расположенные на расстояниях z и z от генераторной соответственно. Диаметры катушек одинаковы. При этом выполняется соотношение:  где n и n - 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.
1
2
1
2
1
2
Для этого в зонде электромагнитного каротажа, содержащем генераторную катушку, ближнюю и дальнюю приемные катушки, расположенные от генераторной на расстояниях z и z соответственно обладающие магнитными моментами М и М соответственно, такими, что выполняется условие  ближняя и дальняя приемные катушки имеют одинаковое число n витков и выполнены с диаметрами D и D, соответственно, причем  длина l (в мм) намотки дальней приемной катушки определяется соотношением:
1
2
где L - индуктивность (в мкГн) ближней приемной катушки, а ближняя и дальняя приемные катушки намотаны проводами с диаметрами d и d 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.
1
2
Зная диаметры D и D 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
1
2
где R, R - омические сопротивления ближней и дальней приемных катушек;
ρ - удельное электрическое сопротивление металла провода;
1
2
l, l - длины одного витка ближней и дальней приемных катушек;
1
2
S, S - 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.