3.3. Диэлектрический каротаж (дк).

В диэлектрическом каротаже исследуется диэлектрическая проницаемость горных парод в скважине с помощью измерения характеристик распространении высокочастотного электромагнитного поля.

Диэлектрическая проницаемость вещества зависит от его поляризуемости и определяет связь между вектором электрической индукции D и напряженностью электрического поля Е:

D = _а * Е

_а =  * ₀ - абсолютная диэлектрическая проницаемость, равная произведению относительной диэлектрической проницаемости  на диэлектрическую проницаемость вакуума ₀ = 1/(36)*10^-9 Ф/м.

Величина  относительной диэлектрической проницаемости среды показывает, во сколько раз сила взаимодействия между электрическими зарядами в данной среда меньше, чем в вакуума при прочих равных условиях.

Диэлектрическая проницаемость пород заметно влияет на поведение электромагнитного поля только на частотах в десятки мегагерц, когда плотность токов смещения становится соизмеримой с плотностью токов проводимости или превышает ее (j_cm/j_пр  0,2).

В диэлектрике, находящемся во внешнем поле, возникают токи смещения, т.е. расхождения электрических зарядов, что приводит к его поляризации. Поэтому в диэлектрическом каротаже используются частоты 30-50 МГц.

Диэлектрическая проницаемость основных породообразующих минералов составляет 3,5-8, причем кварц и полевые пшаты характеризуются небольшими значениями (3,5-5), а карбонатные минералы повышенными (7-9). У воды ее значение достигает 81, у нефти 2-2,7.

Диэлектрическая проницаемость горных пород зависит от состава и соотношения твердой, жидкой и газообразной фаз, участвовавших в ее строении. Поэтому диэлектрическая проницаемость пород, обладающих значительной пористостью, обычно осадочных, сильно зависит от их влажности. В плотных породах, в частности изверженных, пористость которых часто составляет доли процента, диэлектрическая проницаемость практически определяется их минералогическим составом и колеблется от 6 до 12.

Изучение диэлектрической проницаемости пород в скважине основано на измерении фазовых и амплитудных характеристик переменного электрического поля.

Для измерений в методе диэлектрического каротажа в скважину помещается зонд с тремя разнесенными катушками - одной генераторной и двумя приемными. Все катушки соосны скважине. С помощью генераторной катушки возбуждается высокочастотное электромагнитное поле. Волна, распространяющаяся от источника, частично отражается от стенок скважины, а частично проникает в окружающие порода. Прямая волна быстро затухает, поскольку диаметр скважины во много раз меньше длины волны. Хорошо проводящий буровой раствор также способствует затуханию прямой волны. Волна, проходящая в горной породе, напротив, может распространяться на значительное расстояние, определяемое электрическими параметрами пород. Проходящая волна, скользит вдоль поверхности раздела, образует в скважине преломленную (боковую) электромагнитную волну, скорость которой вдоль оси скважины равна скорости распространения электромагнитных колебаний во вмещающих породах.

Если длина зонда (расстояние от генераторной катушки до середины расстояния между приемниками) в несколько раз больше d₀, то поле в точке приема определяется боковой волной. Путь волны от источника (г) до приемника (И1, И2) слагается из участков ав, вс, cd,на каждом из которых происходит затухание и фазовый сдвиг колебании. Амплитуда и фаза поля в точке приема зависят от затухания и фазовых сдвигов на отдельных участках пути, пройденных волной. На участке вс они определяются электрическими параметрами пород, а набег фазы и затухания на участках ab и cd зависит от скважины. Поскольку фазовая постоянная и коэффициент затухания для бурового раствора обычно выше, чем для горной порода, влияние скважины на амплитуду и фазу поля в точке приема может быть значительным. От этого влияния можно освободиться, перейдя к измерению относительных величин - разности фаз  и отношения амплитуд h_z2/h_zl с помощью 3-х катушечного зонда с двумя измерительными катушками, разнесенными на расстояние z. В этом случае пути волны от генератора до первой и второй катушек будет различаться на величину z.Скважина вносит одинаковый фазовый сдвиг в сигнал, пришедший к первой и второй катушкам, поэтому в разности ее влияние исчезает и  будет определяться свойствами горных пород на отрезке скважины z.Подобное имеет место и при измерении другого относительного параметра отношения амплитуд и он характеризует затухание волны на отрезке z.