Giáo trình ĐỊA VẬT LÝ GIẾNG KHOAN - Chương3

Ch-ơng 3 Các ph-ơng pháp điện từ tr-ờng3.1. Giới thiệu Trong địa vật lý giếng khoan, các ph-ơng pháp điện từ tr-ờng bao gồm rất nhiều phép đo khác nhau nhằm xác định giá trị điện trở suất/độ dẫn điện của đất đá ở thành giếng khoan. Các ph-ơng pháp trong nhóm này có các đặc điểm chung là qua các điện cực hoặc ống dây phát các tín hiệu (dòng điện hoặc tr-ờng điện từ) kích thích vào môi tr-ờng nghiên cứu rồi dùng các điện cực/ống dây khác đặt cách điểm phát một khoảng nhất định để thu...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình ĐỊA VẬT LÝ GIẾNG KHOAN - Chương3 CÆp ®iÖn cùc ch¾n HiÖu thÕ ®o HiÖu thÕ mµn ch¾n CÆp ®iÖn cùc ch¾n (a) (b) H×nh 3.23. S¬ ®å vi hÖ cùc héi tô cÇu MSFL a) Nguyªn t¾c ®o. b) S¬ ®å s¾p xÕp c¸c ®iÖn cùc (theo Schlumberger) H×nh 3.24. Zond MSFL g¾n trªn mét c¸nh ®ßn cña thiÕt bÞ ®o ®−êng kÝnh 3.4. C¸c ph−¬ng ph¸p ®iÖn tõ tr−êng Trong c¸c môc 3.2 vµ 3.3 ta ®∙ xÐt c¸c ph−¬ng ph¸p ®o ®iÖn trë cña ®Êt ®¸ trªnc¬ së ®o vÏ tr−êng ®iÖn cña c¸c nguån ®iÓm cã dßng nu«i lµ dßng mét chiÒu hoÆc xoaychiÒu tÇn sè thÊp. Trong môc nµy sÏ nghiªn cøu c¸c ph−¬ng ph¸p cã nguån lµ tr−êng®iÖn tõ tÇn sè kh¸c nhau. 3.4.1. Tr−êng ®iÖn tõ trong m«i tr−êng ®Êt ®¸ Sãng ®iÖn tõ lan truyÒn tõ nguån ph¸t ®i trong m«i tr−êng ®Êt ®¸ sÏ bÞ suy gi¶mlÖch pha, vµ ph¶n x¹ trªn c¸c mÆt ranh giíi bÊt ®ång nhÊt. Trong mäi tr−êng hîp ta cÇnnghiªn cøu sù ph©n bè cña tr−êng ®iÖn tõ trong giÕng khoan g¾n liÒn víi c¸c tÝnh chÊt®iÖn vµ tõ cña ®Êt ®¸. Nguån tr−êng sÏ lµ mét èng d©y ®−îc nu«i b»ng mét dßng biÕn ®æi cã tÇn sè nhÊt®Þnh, ®−îc coi nh− mét l−ìng cùc tõ biÕn ®æi cã momen ®Æt trïng víi trôc giÕng khoan. §Ó x¸c ®Þnh tÝn hiÖu sinh ra trong mét èng d©y thu h∙y b¾t ®Çu tõ hÖ ph−¬ngtr×nh Maxwell viÕt cho tr−êng ®iÖn tõ chuÈn dõng quen thuéc sau ®©y: 73 rot E = −iµω H rot H = c E (3.66) div E = 0 div H = 0 Tõ ph−¬ng tr×nh thø nhÊt vµ thø ba cña hÖ (3.66) ta cã thÓ viÕt: E = rot A (3.67) Víi A lµ thÕ vect¬ cña tr−êng ®iÖn tõ. MÆt kh¸c còng cã thÓ viÕt: rot A = iωµϕ (3.68) Víi ϕ lµ thÕ v« h−íng. §Ó t×m A vµ ϕ, cuèi cïng tÝnh E vµ H ta ®Æt ϕ = −div P (3.69) Trong ®ã P lµ vect¬ Hertz. Tõ hai ph−¬ng tr×nh (3.68) vµ (3.69) ta cã: A = −iωµ P (3.70) Khi chó ý tíi (3.67) ta sÏ cã: E = −iωµrot P (3.71) MÆt kh¸c còng tõ ph−¬ng tr×nh thø hai vµ thø t− cña hÖ (3.66), vµ dùa vµo (3.71)ta cã: rot H = −iωµcrot P = K 2 rot P HoÆc H = K 2 P − gradϕ (3.72) Trong ®ã: K2 = iωµc – Lµ b×nh ph−¬ng sè sãng (trong tr−êng hîp dßng dÞch nhá h¬n dßng dÉn) c - §é dÉn ®iÖn cña m«i tr−êng µ - §é thÈm tõ cña m«i tr−êng ω - VËn tèc gãc 74 Thay (3.69) vµo (3.72) ta cã biÓu thøc: H = K 2 P + graddiv P (3.73) KÕt hîp (3.71) víi (3.73) ta cã hÖ ph−¬ng tr×nh:  E = −iωµrot P   (3.74)  H = K 2 P + graddiv P  Tõ c¸c hÖ ph−¬ng tr×nh (3.66) vµ (3.74) ta cã: 1 H =− rot E (3.75) iωµ Thay E ë (3.74) vµo (3.75) ta cã: H = rot rot P = graddiv P − ∆ P (3.76) §ång nhÊt thµnh phÇn H ë c¸c ph−¬ng tr×nh (3.76) vµ (3.74) ta sÏ nhËn ®−îcph−¬ng tr×nh Helmholz: ∆P + K 2 P = 0 (3.77) 3.4.2. Tr−êng ®iÖn tõ cña mét èng d©y trong giÕng khoan Quy −íc cã mét èng d©y (ph¸t) nh− mét l−ìng cùc tõ biÕn ®æi cã momen M ®Ættrïng víi trôc Z cña giÕng khoan. Tr−êng ®iÖn tõ s¬ cÊp ph¸t ra tõ èng d©y lan truyÒn trong m«i tr−êng ®Êt ®¸ vµg©y ra dßng c¶m øng trong m«i tr−êng ®ã. C−êng ®é dßng c¶m øng tû lÖ víi ®é dÉn®iÖn cña ®Êt ®¸ xung quanh giÕng khoan, vµ chÝnh dßng nµy, ®Õn l−ît nã g©y ra tr−êng®iÖn tõ thø cÊp. Tr−êng ®iÖn tõ thø cÊp sÏ g©y ra trong mét èng d©y thu (®Æt c¸ch èngd©y ph¸t mét ®o¹n L trªn trôc Z) mét søc ®iÖn ®éng còng chÝnh lµ tÝn hiÖu thu. TÝn hiÖu trong èng d©y thu cã thÓ tÝnh ®−îc tõ nghiÖm cña ph−¬ng tr×nhHelmholz. Trong täa ®é trô, thµnh phÇn ®iÖn cña tr−êng ®iÖn tõ chØ cã thµnh phÇn tiÕptuyÕn Eϕ, cßn thµnh phÇn tõ th× cã Hr vµ HZ. C¸c thµnh phÇn nµy cã liªn hÖ hµm sè víivect¬ P nh− sau: ∂2P Hr = ∂z∂r ∂2P HZ = K 2P + (3.78) ∂z 2 ∂P Eϕ = iωµ ...