173118. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés fúrólyukakat körülvevő talajrétegek vizsgálatára
9 173118 10 hordozó tag tartalmazhat elektródákat, illetve hasonló kiegészítő eszközöket a környező' talajrétegek kutatásához. A szonda ätal mért eredményekre jellemző elektronikus jelek a 33 kábelen keresztül mennek a 85 számítóegységbe és a 95 rögzítő berendezésbe, amik a föld felszínén helyezkednek el. Az 1. ábrán látható azon speciális eszközök, amelyek az antennákat a fúrólyuk falával érintkezésben tartják vázlatosak, és nyilvánvaló, hogy más megfelelő eszközök, például hidraulikus eszközök is alkalmazhatók. A 2. és 2a. ábrák egyszerűsített formában mutatják az 1. ábra berendezése segítségével mérni kívánt elektromágneses hullámok terjedésének természetét. A 2. ábrán a 37 hordozó tag látható, amint a 32 fúrólyuk falával érintkezik, amely utóbbi fúróiszappal van töltve. Általában a folyadék nyomás azon rétegekben, amelyeken a fúrólyuk áthalad, kisebb, mint a fúrólyukbeli fúró iszap hidrosztatikus nyomása, úgyhogy az iszap, illetve annak szűrt része behatol a rétegekbe. A rétegek a fúróiszapban szuszpendált kis részecskéket kiszűrik, így iszaplepény alakul ki a fúrólyuk falánál. Az iszaplepény vastagsága s réteg paramétereinek, pl. a réteg áteresztőképességének függvénye, de legalább egy nagyon vékony iszaplepény rendszeresen jelen van a fúrólyuk falánál. A 2. ábrán a 37 hordozó tag a 40 iszaplepénnyel érintkezik, ami az ábrázolhat óság kedvéért az ábrán túlzott vastagságú. A T adóantenna mikrohullámú elektromágneses energiát sugároz, a rétegbe, amit A nyíl jelez. Azért, hogy megérthessük a vevők felé terjedő hullám természetét, átmenetileg a 2a. ábrára utalunk, ahol 10 határfelület látható, az alsó, dielektromos állandójú veszteséges féltér és a felső, e2 dielektromos állandójú veszteségmentes féltér között. Kimutatható, hogy az az enrgia, amit a dipólus gerjesztett, S forrásból a megfigyelési 0 pont felé halad, olyan hullámként definiálható, ami három alkotórészből áll, a közvetlen 11 hullámból, a visszavert 12 hullámból és a hosszirányú 13 hullámból. A hosszirányú hullám képezi a mezőnek a határfelület közelében a domináns részét különösen, amikor az S forrás és az O pont közötti távolság nagy a 10 határfelülettől mért távolsághoz képest. A hosszirányú hullámok a veszteséges közegben elhelyezett forrásból kiindulva a határfelületig olyan irányban haladnak, amit az alábbi összefüggés szerinti kritikus 0 szög határozza meg: A hullám a határfelület mentén, a veszteségmentes közegben halad és folyamatosan visszatáplál energiát a veszteséges közegbe. A közvetlen és a visszavert hullámok teljesen a veszteséges közegben haladnak. Ezek a hullámok exponenciális függvény szerint csillapodnak, amely sokkal gyorsabb, mint az algebrai függvény szerint csillapodó hosszirányú hullám csillapodása. A 2a. ábra idealizált helyzetének elvei alkalmazhatók olyan esetre is, amikor a felső féltér viszonylag kis veszteségű kőzet, feltéve, hogy a felső féltér dielektromos állandója kisebb, mint az alsó fdtéré. A 2. ábrán a hosszirányú hullámok gerjesztésének szükségszerű feltételei általában jelen vannak, amikor vízbázisú fúróiszapot alkalmazunk. A vízbázisú fúróiszapok viszonylag nagy vezetőképességüek és a belőlük kialakult iszaplepény várhatóan viszonylag nagy dielektromos állandóval rendelkezik (a nagy víztartalomnak tulajdoníthatóan), valamint viszonylag nagy vezetőképességgel. így az iszap lepényt vehetjük a veszteséges alsó fdtémek és a mellette levő réteget tekintjük a viszonylagosan kisveszteségű felső féltérnek. Mivel azt várjuk, hogy az iszaplepény dielektromos állandója jóval nagyobb, mint a mellette levő rétegé, a kritikus 0 szög (az a szög, amellyel a hosszirányú hullám energiája belép a rétegbe) viszonylag kicsi lesz. A rétegben terjedő hosszirányú hullámot a B nyíl és annak meghosszabbítása, a C nyíl jelzi. Amint korábban megállapítottuk, a hosszirányú hullámok folytonosan visszatáplálnak energiát a nagyobb veszteségű közegbe, és azon energia hányadokat, amelyek az RÍ és R2 vevőantennák közelítő helyén vannak visszatáplálva, D és E nyilak jelzik. Ha a D és E nyilakkal jelzett úthosszákat lényegileg azonosnak tételezzük fel, látható, hogy az úthosszákban a különbség az Rl-nél felfogott energiában (az A-B-D nyilakkal jelzett úton) és az R2-nél felfogott energiában (az A-B-C-E nyilakkal jelzett úton) azzal a távolsággal jellemezhető, amit C nyíl jelöl, azaz a vevőantennái távolságával. Ezek szerint a differenciális vevőelrendezés lehetővé teszi a réteg azon részének vizsgálatát, ami körülbelül az RÍ és R2 vevőantennák közötti szakasszal szemben helyezkedik el. A 2. ábra egyszerűsített esetében nem vettük figyelembe a fúrólyukbeli iszaplepényt körülvevő „elárasztott” vagy „átjárt” zónát. Amint jól ismert, az átjárt zóna a fúróiszapból az iszaplepényen és a környező rétegekbe beszivárgott folyadékot tartalmaz. Ezen zóna behatolási mértéke általában körülbelül 25 mm-től néhányszor 30 cm-ig változhat olyan tényezőktől függően, mint a fúróiszap tapasztó képessége és a réteg kőzetfelépítése. Amikor az átjárt zóna mélysége viszonylag nagy, pl 30 cm vagy nagyobb, a hosszirányú hullám általában ezen a zónán halad át a 2. ábra kapcsán ismertetett módon. A mérőberendezéssel így meghatározott dielektromos állandó ekkor az átjárt zónáé és ezt az információt felhasználhatjuk más adatokkal együtt a rétegparaméterek, pl. porozitás, kőzetfajták meghatározásához, amikor az átjárt zóna mélysége viszonylag kicsi, pl. 5 cm,jelentékeny hosszirányú hullám alakítható ki a „tiszta” rétegben, ami az átjárt zónán kívül fekszik. Ezt a helyzetet mutatja egyszerűsített formában a 3. ábra. amikor vízalapú fúróiszapot alkalmazunk, a 41 átjárt zóna folyadéktartalma általában lényegesen nagyobb vezetőképességet és dielektromos állandót biztosít a zónában, mint a tiszta rétegé. Ennéfogva a 3. ábrán a 41 átjárt zónát tekinthetjük a veszteséges alsó fátérnek és a mellette levő tiszta réteget a viszonylag kis veszteségű alsó féltémek a 2a. ábra anaiogonjaként. Hosszirányú hullám alakítható így ki a tiszta rétegben az átjárt zóna határánál, amint azt 42 nyíl mutatja. Annak érdekében, hogy a tiszta rétegben a 3. ábrához hasonlóan jelentékeny hosszirányú hullám alakuljon ki, a T adóantenna és az RÍ vevőantenna közötti távolságnak nagynak kell lennie a behatolás mélységhez képest. Amint ezután tárgyalni foguk, az adóantenna és a vevőantennák közötti távolságban gyakorlati korlátok vannak, amelyeken belül a tárgyalt típusú berendezéseket alkalmazhatjuk. Ugyancsak nyilvánvaló lesz, hogy még akkor is, ha jelentős hosszirányú hullámot tudunk kialakítani a tiszta 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 5
