L&TD

a) Nguyên lý chung
Các phép đo cảm ứng trong giếng khoan hiện đang sử dụng đều có nguyên lý chung như sau:
Cuộn dây phát T được nuôi bởi một nguồn G phát dòng xoay chiều cao tần f. Cách T một khoảng L, người ta đặt cuộn dây thu R. Các cuộn dây T và R đặt thằng hàng và đồng trục tạo thành một Zond đo cảm ứng đơn giản (hình 3.25).

Khi được cung cấp một dòng xoay chiều tần số f, ống dây T trở thành một nguồn từ xoay chiều, nó tạo ra trong môi trường xung quanh giếng khoan một từ trường. Từ trường sơ cấp này khi lan truyền trong đất đá có độ dẫn C sẽ làm nảy sinh trong môi trường một dòng điện cảm ứng do hiệu ứng Foucault. Dòng điện cảm ứng sẽ truyền trong môi trường dẫn điện xung quanh cuộn dây ở những khoảng cách và bán kính thẩm thấu nhất định. Cường độ dòng cảm ứng tỷ lệ với độ dẫn điện của môi trường và lệch pha với dòng phát đúng bằng π/2 nhưng đồng pha với thành phần U_react.

Đến lượt nó, dòng cảm ứng cũng gây ra trong môi trường nghiên cứu một từ trường thứ cấp ngược pha với dòng phát. Từ trường xoay chiều thứ cấp sẽ được cảm ứng trong cuộn dây thu R một sức điện động (tín hiệu điện) tỷ lệ với độ dẫn điện của đất đá xung quanh giếng khoan.

Dựa trên nguyên lý chung nêu trên, phương pháp cảm ứng cho một mô hình được đơn giản hoá trong tính toán qua tham số “yếu tố hình học g”. Mô hình quy ước đó có các điều kiện sau:

- Môi trường có các mặt ngăn cách bất đồng nhất song song nằm ngang, giếng khoan cắt vuông góc với các lớp có điện trở khác nhau, đường sức dòng cảm ứng trong môi trường tập trung trong một lớp nằm ngang ở khoảng giữa các cuộn dây T và R.

- Tần số của dòng phát do nguồn G cung cấp không quá cao và độ dẫn của đất đá cũng không quá lớn do đó có thể bỏ qua các tương tác giữa các phần dòng cảm ứng trong môi trường, xem tín hiệu đo là tổng các tín hiệu của mọi phần trong môi trường.

- Môi trường được chia ra thành các vòng xuyến thành phần có tiết diện vuông rất nhỏ phân chia bởi các trụ đồng trục và các mặt nằm ngang. Một vòng xuyến bán kính r, chiều cao z có tiết diện ds = dr.dz thì gọi là vòng thành phần (hình 3.26).

- Kích thước của các ống dây đươc xem là nhỏ so với kích thước của các vòng thành phần, và khoảng cách (Dr, Dt) từ các vòng thành phần đến điểm giữa của các ống dây; nghĩa là trong tính toán xem các ống dây là các điểm. Các Zond đo cảm ứng trong thực tế, ngoài hai ống dây phát T và thu R còn được lắp đặt thêm các ống dây hội tụ nhằm giảm thiểu ảnh hưởng của cột dung dịch và các lớp đá vây quanh.

b) Yếu tố hình học
Với Zond đo cảm ứng đơn giản gồm hai cuộn dây đặt trong môi trường đồng nhất đẳng hướng (hình 3.26). Bỏ qua sự cảm ứng tương hỗ và tự cảm ứng của các đường dòng vòng tròn đồng trục, ta có thể xem tín hiệu e từ mỗi vòng thành phần tỷ lệ với độ dẫn của vòng đó theo một hệ sô gọi là “yếu tố hình học” phụ thuộc vào vị trí của vòng dưới góc nhìn γ tới các ống dây.

e = Kgc (3.92)

Trong đó:
e - Sức điện động trong ống dây R (volt)
g - Yếu tố giả hình học đối với vòng thành phần
c - Độ dẫn điện của vòng thành phần
K - Hệ số của Zond đo
K = πμ²f²IStSr/L (3.93)

với
μ - Độ thẩm từ của môi trường (henry/m)
f - Tần số của dòng nuôi (Hz)
I - Cường độ dòng nuôi (A)
L - Chiều dài Zond đo (khoảng cách T-R) (m)
St, Sr - Diện tích hiệu dụng của các ống dây T và R (m²).

Phép đo cảm ứng trong giếng khoan là đo tỷ số E/K, đại lượng này tỷ lệ với độ dẫn biểu kiến Ca của môi trường nghiên cứu bao gồm tất cả các đới A, B, C...

Ca = E/K = CaGa + CbGb + CcGc +….

với Ga + Gb +Gc + ... = 1

Ta thấy với cùng giá trị yếu tố hình học, độ dẫn của đới nào cao hơn thì đóng góp của đới đó vào tín hiệu toàn phần lớn hơn. Trong môi trường đồng nhất, các phần không gian có tỷ phần đóng góp vào tín hiệu chung của các đới quanh Zond đo được thể hiện trong hình 3.27. Giá trị đo Ca của Zond đo cảm ứng tính cho điểm O nằm chính giữa hai ống dây T và R - vì vậy điểm O gọi là điểm đo của hệ thiết bị đo cảm ứng hai cuộn dây.