Низкочастотный индукционный метод
Индукционные методы, основанные на изучении в скважинах электромагнитного поля низкой и высокой частоты. Простейший двухкатушечный зонд. Формирование сигнала в измерительной катушке. Геометрический фактор, кривые низкочастотного индукционного метода.
Рубрика | Физика и энергетика |
Вид | курсовая работа |
Язык | русский |
Дата добавления | 03.12.2015 |
Размер файла | 380,2 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
"НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ"
Факультет - ИПР
Кафедра - геофизики
Курсовая работа
Низкочастотный индукционный метод
Ислямов И.Ш.
Томск
2011
Оглавление
- Введение
- 1. Простейший двухкатушечный зонд
- 1.1 Формирование сигнала в измерительной катушке
- 1.2 Геометрический фактор
- 2. Кривые низкочастотного индукционного метода
- Заключение
- Приложение
- Литература
- Введение
- Индукционные методы, основанные на изучении в скважинах переменного электромагнитного поля низкой и высокой частоты, разработаны достаточно детально. Низкочастотными индукционными методами изучают электромагнитное переменное поле ультразвуковой частоты 20-60 кГц, высокочастотными - переменные поля частотой 1-10 МГц. скважина электромагнитный двухкатушечный низкочастотный
- В группу низкочастотных индукционных методов входят обычный индукционный метод с продольным датчиком, индукционный метод с поперечным датчиком, индукционный метод переходных процессов, частотный индукционный метод. К высокочастотным индукционным методам относятся обычный высокочастотный метод, волновой метод проводимости, высокочастотное индукционное изопараметрическое зондирование.
- Обычный низкочастотный индукционный метод основан на изучении электромагнитного поля продольного (вертикального) датчика, ось которого совпадает с осью скважины. В этом случае вихревые токи, индуцированные первичным полем, расположены в плоскостях, перпендикулярных к оси скважины, и не пересекают поверхностей раздела горизонтальных слоев. На результаты измерений простейшим двухкатушечным зондом с целью определения истинного удельного сопротивления пласта значительное искажающее влияние оказывают скважина, зона проникновения и вмещающие породы, а также прямой сигнал от генераторной катушки. Для уменьшения влияния указанных факторов и исключения прямого сигнала X. Г. Долль предложил многокатушечные фокусирующие зонды.
- 1. Простейший двухкатушечный зонд
- Сущность метода заключается в следующем. При проведении индукционного каротажа (ИК) изучается удельная электрическая проводимость горных пород посредством индуцированных (наведенных) токов. Для этого в скважину опускается прибор (зонд) имеющий в своем составе генераторную (Г) и измерительную (И) катушки. Расстояние между генераторной и измерительной называется длиной зонда.
- При пропускании через излучающую катушку переменного тока частотой, вырабатываемого генератором, вокруг катушки и в окружающей среде создается переменное магнитное поле. Это поле создает в свою очередь в окружающей среде переменные токи.
- При проведение измерений в генераторной катушке с помощью переменного тока устанавливается переменное магнитное поле. Согласно закону Фарадея, в это время в горной породе возникает электромагнитные вихревые токи, которые фиксируются измерительной катушкой зонда. Величина вихревых токов возникающих в горной породе зависит от величины её удельной электропроводности.
- Чем выше электропроводность среды, тем больше величина ЭДС вихревых токов. В свою очередь, магнитное поле вихревых токов индуцирует в приемной катушке скважинного прибора ЭДС, представляющую собой векторную сумму активной составляющей, совпадающей по фазе с током питания генераторной катушки, и реактивной составляющей, сдвинутой на 90 градусов относительно питающего тока. С ростом электропроводности среды ЭДС активного сигнала увеличивается медленнее и по более сложному закону. Нарушение пропорциональности между активным сигналом и электропроводностью среды связано со взаимодействием вихревых токов. Это явление называется скин-эффектом. Чем выше частота тока и электропроводность среды, тем значительнее взаимодействие вихревых токов и, следовательно, существеннее влияние скин-эффекта на показания индукционного метода.
- Для снижения влияния скважины, зоны проникновения и вмещающих пород на результаты индукционного метода используют фокусировку электромагнитного поля. Для этого применяют многокатушечные фокусирующие зонды, которые рассматриваются как совокупность двухкатушечных зондов, образованных всеми парами генераторных и измерительных катушек зонда. Основное преимущество метода состоит в том, что при его выполнении нет необходимости прямом электрическом контакте между измерительным зондом и горной породой, следовательно, метод эффективен при изучении скважин заполненных непроводящими буровыми растворами на нефтяной основе.
- 1.1 Формирование сигнала в измерительной катушке
- Решение прямой задачи индукционных методов состоит в получении зависимости измеряемой эдс электромагнитного поля от электропроводности среды, ее геометрии и параметров зонда. Приближенная теория низкочастотного индукционного метода впервые была разработана Х-Г. Доллем в 1949 г.. затем получила развитие в работах С. М. Аксельрода, Ю. Н. Антонова и других исследователей. В основе приближенной теории Долля лежат два допущения: 1) все индуцированные в окружающей среде вихревые токи имеют одну и ту же фазу, сдвинутую относительно фазы тока в генераторной катушке на 90°; это означает, что взаимодействие вихревых токов отсутствует, т. е. при решении прямой задачи явление скин - эффекта не принимается во внимание; 2) амплитуда плотности тока в любой точке среды рассчитывается но упрощенной формуле и определяется только пространственным фактором и удельной электропроводностью участка среды. Эти допущения справедливы лишь тогда, когда частота тока питания и электропроводность среды сравнительно невелики. При высокой частоте тока или большой электропроводности пород явление скин-эффекта существенно изменяет характер распространения электромагнитного поля, н в этом случае при решении прямой задачи необходимо использовать строгую теорию.
- Приближенная теория низкочастотных индукционных методов позволяет сравнительно просто установить зависимость эффективной удельной электропроводности изучаемого пространства от электропроводности отдельных сред, их размеров и положения относительно индукционного зонда, а также наглядно представить физическую сущность этого метода. С помощью приближенной теории можно путем элементарных расчетов решить прямую задачу описываемых методов для плоских и цилиндрических поверхностей раздела между средами. Формулы, полученные на основании этой теории, следует рассматривать как асимптотические, справедливые при электромагнитных волнах, очень длинных по сравнению с радиусом скважины, мощностью пласта и диаметром зоны проникновения фильтрата промывочной жидкости.
- Итак, имеем однородную изотропную среду удельной электропроводности а, абсолютной диэлектрической проницаемости у и магнитной проницаемости . На оси скважины расположен двухкатушечный индукционный зонд. Диаметр скважины . Центры генераторной и измерительной катушек расположены на обшей оси на расстоянии одна от другой. Ось генераторной катушки совпадает с осью скважины. Генераторная и измерительная катушки имеют соответственно высоты и, число витков и, радиусы которых и; плошали каждого витка
- ,
- ;
- общие плошали витков
- и.
- Условимся считать, что размеры катушек значительно меньше расстояния . Это допущение позволяет рассматривать катушки как точечные. Генераторную катушку можно заменить для упрощения расчетов магнитным диполем с переменным моментом. Генераторная катушка питается переменным током с амплитудой мгновенное значение которого
- (1)
- где ф -- время;
- -- угловая частота; -- циклическая частота.
- Упомянутый выше магнитный диполь, ось которого совпадает с осью генераторной катушки, создаст в окружающем пространстве электромагнитное поле. Необходимо определить величину эдс, которая наводится вихревыми токами в изучаемой среде, и установить связь между наведенной эдс и удельной электропроводностью однородной среды, частотой поля и параметрами зонда. Для решения задачи введем цилиндрическую систему координат, начало которой расположим в точке О, являющейся серединой расстояния между центрами генераторной и измерительной катушек. Разобьем все изучаемое пространство на элементарные тороиды. представляющие собой участки породы с горизонтальными поверхностями. Единичный тороид -- это горизонтальное кольцо радиуса с центром на оси скважины. Он назван X. Г. Доллем элементарным кольцом.
- С учетом (1) магнитный момент магнитного диполя
- (2)
- Магнитный диполь создаст в окружающем пространстве магнитное поле напряженностью
- (3)
- Где
- -- расстояние от центра генераторной катушки до рассматриваемой точки среды.
- Как известно, величина магнитного потока, пронизывающего замкнутую поверхность
- (4)
- Где
- -- вектор магнитной индукции;
- ц -- угол между нормалью к элементарной площадке и силовыми линиями магнитного ноля;
- ds -- площадь сечения элементарной площадки.
- Для элементарного кольца с радиусом, площадь которого магнитные силовые линии пересекают под углом 90(ц = 0), формула (4) имеет вид
- (5)
- Подставив (3) в (5) и проведя интегрирование, получим
- (6)
- Изменение магнитного потока Ф во времени создает эдс. электромагнитной индукции е в элементарном кольце.
- Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея величина
- (7)
- Знак минус в формуле (7) соответствует закону Ленца, согласно которому индукционный ток, взаимодействуя с магнитным полем, вызывает силу,
- направленную противоположно действию магнитного диполя.
- Взяв производную в соответствии с (6) от (7), имеем
- (8)
- Под действием этой эдс в единичном элементарном кольце возникает вихревой ток силой
- (9)
- Ток создает в окружающем пространстве магнитное поле. Напряженность этого поля равна
- (10)
- Величина вторичного магнитного потока, пронизывающего витки измерительной катушки, равна
- (11)
- Подставив в (11) выражение (10), получим
- (12)
- Окончательная формула для э.д.с. в измерительной катушке с учетом (12) равна
- (13)
- Одновременно с эдс изучаемой среды в измерительной катушке генерируется эдс прямого поля генераторной катушки. Поскольку величина эдс прямого поля не связана с параметрами среды, то она исключается с помощью специального устройства.
- Представим выражение для е' в следующем виде:
- -- коэффициент индукционного зонда;
- -- пространственный (геометрический) фактор элементарного кольца.
- 1.2 Геометрический фактор
- В теории Долля введение понятия пространственного фактора элементарного кольца занимает одно из центральных мест. Рассмотрим его физический н геометрический смысл.
- Выразим расстояния от центров генераторной и измерительной катушек до оси элементарного кольца через цилиндрические координаты r и z
- Получаем
- (14)
- Из (14) следует, что значение пространственного фактора элементарного кольца определяется его вертикальным расположением относительно катушек и горизонтальным расстоянием от оси зонда при фиксированной длине зонда.
- Выясним геометрический смысл пространственного фактора.
- Для треугольника ABC на основании теоремы синусов запишем
- (15)
- Из прямоугольного треугольника ADC следует
- (16)
- Подставив (16) в (15) найдем
- Получим
- (17)
- Из (17) следует,
- что пространственный фактор полностью определяется величиной угла г между сторонами и под которыми виден зонд из точек элементарного кольца. В этом состоит геометрический смысл пространственного фактора. Следовательно, все элементарные кольца, из точек которых виден зонд под одним и тем же углом, имеют одинаковые пространственные факторы. Геометрическим местом сечений элементарных колец с равным пространственными факторами являются окружности, проходящие через центры генераторной и измерительной катушек. Значения пространственного фактора изменяются от 0 до 1. Максимальную величину он имеет в случаях, когда sin г = 1, т. е. угол г = 90°. Сечения этих колец лежат на окружности с диаметром, равным длине зонда. Представление пространственного фактора элементарным кольцом позволяет получить сигнал от различных участков среды. В случае однородной среды величины эдс, создаваемые ее участками, зависят только от их пространственных факторов. Физический смысл пространственного фактора элементарного кольца заключается в том, что он определяет ту долю сигнала на выходе измерительной катушки зонда, которую вносят различные участки изучаемой среды.
- 2. Кривые низкочастотного индукционного метода
- Кривые для всех зондов обычного индукционного метода против одиночных пластов в случае равенства электропроводностей вмещающих пород симметричны относительно середины пласта (Приложение 1). Границы пластов при их средней и большой мощности определяются по середине аномалии, где ее ширина соответствует истинной мощности пласта h. Для пластов малой мощности ширина аномалии на ее середине представляет собой фиктивную мощность .
- Характерными показаниями кривой против однородного пласта конечной мощности являются экстремальные значения эффективной электропроводности, против середины пласта -- максимальные или минимальные.
- На показания индукционных зондов искажающее влияние оказывают: 1) скважина; 2) явление скин-эффекта; 3) ограниченная мощность пласта и вмещающие породы; 4) зона проникновения фильтрата промывочной жидкости. В значение эффективной электропроводности необходимо вносить соответствующие поправки за влияние указанных факторов. Влияние скважины может быть учтено по показаниям против высокого удельного сопротивления ( ), встречающихся в разрезе. Линия нулевой электропроводности должна проходить по кривой этих высокоомных пластов.
- Влияние скин-эффекта на показания учитывается с помощью графиков
- ,
- построенных по теоретическим формулам для однородной среды.
- Эти графики позволяют перевести значения электропроводности в величины удельного сопротивления пород.
- Влияние конечной мощности пласта и вмещающих пород на показания учитывается с помощью палеток поправочных коэффициентов. Наличие зоны проникновения при D3a/dc<4, повышающей сопротивление пласта, мало сказывается на показаниях импульсных методов.
- Заключение
- Этот метод получил широкое распространение при исследовании разрезов нефтяных и газовых скважин с промывочными жидкостями сравнительно низкой минерализации (>10Омм). Хроме того, он может использоваться при изучении скважин с непроводящей промывочной жидкостью (известково-битумные растворы и др.), заполненных нефтью и закрепленных трубами из диэлектриков (асбоцементные и полимерные обсадные колонны).
- Применение обычного низкочастотного индукционного метода ограничено в случае использования соленых промывочных жидкостей, наличия зоны проникновения фильтрата промывочной жидкости, понижающей сопротивление пласта, и при исследовании пород удельного сопротивления свыше 50 Ом * м.
- Обычный низкочастотный индукционный метод позволяет более детально расчленять разрезы скважин, сложенные породами низкого удельного сопротивления, выделять водоносные и нефтегазоносные пласты, изучать строение переходной зоны и уточнять положение контактов вода--нефть, вода--газ, определять истинное удельное сопротивление пород до 50 Ом * м.
- Литература
1. Дьяконов Д.И., Леонтьев Е.И., Кузнецов Г.С. Общий курс геофизических исследований скважин.- Учебник для вузов. Изд. 2-е, перераб.- М.: Недра, 1984.-432 с.
2. Итенберг С.С. Нефтепромысловая геофизика для геологов.- Учебник для вузов. Изд. 2-е, перераб.- М.: Гостоптехиздат, 1957.-392 с.
Приложение
Теоритические кривые индукционного метода.
- Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Применение индукционных методов для исследования вторичного электромагнитного поля среды. Подбор определенной длины зонда для генерирования максимально полезного сигнала в приемной катушке. Расчетная модель, методика проектирования, результаты расчетов.
курсовая работа [788,1 K], добавлен 11.02.2013Поля и излучения низкой частоты. Влияние электромагнитного поля и излучения на живые организмы. Защита от электромагнитных полей и излучений. Поля и излучения высокой частоты. Опасность сотовых телефонов. Исследование излучения видеотерминалов.
реферат [11,9 K], добавлен 28.12.2005Исследование физических параметров лавинной, поверхностной и вакуумной газоразрядной фотографии. Описание механизма применения газоразрядной фотографии для определения степени воздействия низкочастотного электромагнитного поля на биологические объекты.
дипломная работа [3,0 M], добавлен 09.10.2013Основные параметры электромагнитного поля и механизмы его воздействия на человека. Методы измерения параметров электромагнитного поля. Индукция магнитного поля. Разработка технических требований к прибору. Датчик напряженности электромагнитного поля.
курсовая работа [780,2 K], добавлен 15.12.2011Макроскопическое электромагнитное поле в сплошных неподвижных средах. Уравнения Максвелла в дифференциальной форме. Энергия электромагнитного поля и теорема Пойнтинга. Применение метода комплексных амплитуд. Волновой характер электромагнитного поля.
реферат [272,7 K], добавлен 19.01.2011Анализ квантовой теории полей. Способ получения уравнения Клейна-Гордона-Фока для электромагнитного поля и его классическое решение, учитывающее соответствующие особенности. Процедура квантования (переход к частичной интерпретации электромагнитного поля).
доклад [318,7 K], добавлен 06.12.2012Приборы для измерения электромагнитного поля. Измерительные приемники и измерители напряженности поля. Требования к проведению контроля уровней ЭМП, создаваемых подвижными станциями сухопутной радиосвязи, включая абонентские терминалы спутниковой связи.
дипломная работа [613,2 K], добавлен 19.01.2015Характеристика вихрового электрического поля. Аналитическое объяснение опытных фактов. Законы электромагнитной индукции и Ома. Явления вращения плоскости поляризации света в магнитном поле. Способы получения индукционного тока. Применение правила Ленца.
презентация [3,4 M], добавлен 19.05.2014Единая геометрическая теория гравитации и электромагнетизма. Геометрия Римона-Картана с полностью антисимметричным кручением. Геометрическая интерпретация классического электромагнитного поля. Единый геометрический лагранжиан.
статья [239,9 K], добавлен 14.03.2007Концептуальное развитие основных физических воззрений на структуру и свойства электромагнитного поля в классической электродинамике. Системы полевых уравнений. Волновой пакет плоской линейно поляризованной электрической волны. Электромагнитные поля.
статья [148,1 K], добавлен 24.11.2008Способ измерения составляющих уравнения Пуассона, описывающих напряженность магнитного поля намагниченного ферромагнитного объекта в точке размещения чувствительного элемента индукционного компаса в зависимости от распределения токов в обмотках РУ.
статья [95,8 K], добавлен 23.09.2011Принцип действия расходомеров, их внешний вид. Явление электромагнитной индукции. Структурная схема электромагнитного преобразователя индукционного расходомера. Принцип работы счетчика жидкости с овальными шестернями. Коммерческая модель вольтметра.
курсовая работа [3,2 M], добавлен 04.04.2013Методы определения диэлектрических проницаемостей вещества, основанные на изучении поля стоячей волны в исследуемом диэлектрике. Определение параметров вещества путем спирального и диафрагмированного резонаторов. Методика электротехнических измерений.
дипломная работа [195,6 K], добавлен 07.08.2014Широкое применение схем уравновешенных и неуравновешенных мостов в измерительной технике. Исходные данные для расчета измерительной схемы автоматического потенциометра, обеспечение высокой чувствительности и линейности шкалы разрабатываемого прибора.
контрольная работа [126,5 K], добавлен 30.01.2015Импульсный метод измерения дальности и частоты сигнала. Оценка амплитуды детерминированного сигнала. Потенциальная точность измерения угловых координат. Задача нелинейной фильтрации параметров сигнала. Оптимальная импульсная характеристика фильтра.
реферат [679,1 K], добавлен 13.10.2013Общие характеристики, энергия и масса электромагнитного поля. Закон электромагнитной индукции в дифференциальной форме. Дивергенция плотности тока проводимости. Уравнения электромагнитного поля в интегральной форме. Сущность теоремы Умова-Пойнтинга.
презентация [326,8 K], добавлен 29.10.2013Расчет тока в катушке классическим и операторным методами для заданной электрической цепи с постоянной электродвижущей силой. Применение метода характеристического уравнения для определения вида свободной составляющей. Закон изменения тока в катушке.
курсовая работа [385,0 K], добавлен 02.11.2021Полевая концепция природы электричества является фундаментальной основой классической электродинамики. Поле электромагнитного векторного потенциала как физическая величина. Полевой эквивалент локальных характеристик микрочастицы. Электромагнитные поля.
реферат [70,5 K], добавлен 17.02.2008Уравнения, структура и параметры реального электромагнитного поля, состоящего из функционально связанных между собой четырех полевых векторных компонент: электрической и магнитной напряженностей, электрического и магнитного векторного потенциала.
статья [166,2 K], добавлен 25.04.2009Анализ физико-математических принципов аксиоматического построения первичных уравнений электромагнитного поля, физическое содержание которых представляет собой концептуально новый уровень развития полевой теории классического электромагнетизма.
статья [164,4 K], добавлен 22.11.2009