Физическое моделирование зонда электромагнитного каротажа, предназначенного для определения коэффициента электрической анизотропии горных пород

Многим горным породам присуща анизотропия по удельному электрическому сопротивлению ρ и, соответственно, по удельной электропроводности σ=1/ρ. Параметры электрической анизотропии горных пород содержат важную геолого-геофизическую информацию о строении и свойствах таких пород.

Диссертационная работа основана на полученных её автором результатах физического моделирования для имеющего оригинальную конструкцию прототипа зонда электромагнитного каротажа. При выполнении определённых условий "показания" такого зонда зависят только от одного электрического параметра окружающей скважину среды - коэффициента электрической анизотропии n t     . Здесь ρn - поперечное удельное электрическое сопротивление по оси анизотропии n (ориентированной, например, по нормали к напластованию тонкослоистых пород), а ρt - продольное удельное электрическое сопротивление по любому направлению t, ортогональному оси n. Влияние электрической анизотропии на результаты геофизических исследований скважин (ГИС) в последнее время всё больше привлекает внимание специалистов-геофизиков. И если раньше стояла задача в простом учете эффектов анизотропии для более достоверного определения удельного электрического сопротивления, то в настоящее время признано, что определение коэффициента электрической анизотропии горных пород имеет важное значение. Это связано в первую очередь с тем, что электрически анизотропные горные породы являются благоприятной средой для локализации некоторых рудных полезных ископаемых.

Проведенные ранее научным руководителем автора диссертационной работы теоретические исследования показали, что для определения коэффициента анизотропии λ горных пород может быть применён имеющий оригинальную конструкцию зонд электромагнитного каротажа. У этого зонда, как у зондов индукционного каротажа (ИК), электромагнитное (ЭМ) поле возбуждает генераторная антенна Г в виде замкнутого витка гармонически меняющегося тока I или «катушка» из таких витков. При малых линейных размерах антенны Г по сравнению с расстояниями от неё до "измерителей  поля" (датчиков) И такую генераторную антенну можно аппроксимировать переменным магнитным диполем с магнитным моментом M. Если, как в методе ИК, датчик И аналогичен по конструкции генераторной антенне Г, то измеряемое напряжение электрического поля в датчике пропорционально компоненте магнитного поля B (точнее - скорости её изменения со временем) по оси датчика И. Но при возбуждении ЭМ поля при помощи переменного магнитного диполя датчиком может служить также короткая измерительная линия MN с электродами M, N, как, например, при каротаже сопротивления (КС). В этом случае напряжение электрического поля E в линии MN пропорционально компоненте поля E по направлению линии MN. Экспериментальные исследования, проведенные автором диссертационной работы, потребовали создания имеющих оригинальную конструкцию прототипов зондов электромагнитного каротажа и конструирования ряда моделей пройденных скважиной анизотропных пластов. Результаты экспериментальных исследований подтвердили, что результаты измерений с такими зондами позволяют определить коэффициент электрической анизотропии пройденных скважиной пород. <...>