13. Боковой каротаж (бк). Зонды, виды диаграмм, решаемые задачи и ограничения метода

Под боковым каротажем (БК) понимают каротаж сопротивления зондами с экранными электродами, через которые пропускают ток в том же направлении, что и через основной токовый электрод. Наличие экранных электродов препятствует растеканию тока от основного электрода по скважине и обеспечивает направление его (фокусирование) непосредственно в пласт.

ЗОНДЫ БОКОВОГО КАРОТАЖА

Различают боковой каротаж, выполняемый трехэлектродным и многоэлектродными (семь, девять электродов) зондами (рис. 35)

ТРЕХЭЛЕКТРОДНЫЙ БОКОВОЙ КАРОТАЖНЫЙ ЗОНД (БК-3)

Этот зонд состоит из трех электродов удлиненной формы (рис. 35,а). Центральный (основной) электрод A0 и расположенные симметрично относительно него два экранирующих электрода А1 и А2 представляют собой металлические цилиндры, разделенные между собой тонкими изоляционными прослойками.

Через электроды пропускают ток, который регулируется так, чтобы потенциалы всех трех электродов поддерживались одинаковыми. Это достигается двумя способами путем соединения основного электрода А0 с экранными через малое сопротивление (г0 = 0,01 Ом), которое используется также для измерения силы тока через центральный электрод; с помощью автокомпенсатора, регулирующего ток через экранные электроды так, чтобы ток I0 через центральный электрод сохранился неизменным. Трехэлектродный зонд можно рассматривать как единое проводящее тело, в котором потенциалы всех электродов равны (UА1 = UA0= UА2), а токовые линии основного электрода вследствие экранирования собираются в почти горизонтальный слой, имеющий форму диска (рис. 36,а).

Кажущееся удельное сопротивление определяется по разности потенциалов ΔUКС между любым из электродов зонда и удаленным от них электродом N и рассчитывается по формуле (II.5). Результат измерения зондом бокового каротажа относят к середине электрода А0.

В отечественной аппаратуре трехэлектродного БК разных видов применяется один и тот же зонд, который характеризуется следующими данными: длина зонда L = 0,18 м, длина центрального электрода А0; общее размеры зонда L = 3,2 м (расстояние между внешними концами экранирующих электродов А1 и А2); диаметр зонда dз = 0,07 м; ширина изоляционного промежутка 0,03 м. Коэффициент такого зонда К=0,24 м.

Коэффициент трехэлектродного зонда К рассчитывают, определяя потенциал поля удлиненного эллипсоида вращения в однородной среде, соответственно К=2πL/ln(2Lобщ/dз) = 2,73L/lg(2Lобщ/dз).

Распределение токовых линий зонда БК-3 в однородной среде показано на рис. 36, а.

В современной отечественной и зарубежной аппаратуре многоэлектродного БК используются семи- и девятиэлектродные зонды.

Семиэлектродный боковой каротажный зонд состоит из центрального электрода А₀, двух пар измерительных электродов М₁, М₂ и N₁, N₂ и одной пары токовых экранирующих электродов А₁ и А₂ (рис. 35,6). Электроды каждой пары соединены между собой и симметрично расположены относительно электрода А₀. Через этот центральный электрод А₀ пропускают ток I₀, который поддерживается постоянным в процессе регистрации. Через экранирующие электроды А₁ и А₂ пропускают ток I_Э той же полярности, который автоматически регулируется с таким расчетом, чтобы разность потенциалов между электродами М₁ и N₁ или (что одно и то же) М₂ и N₂ равнялась нулю. Это равносильно размещению в скважине выше и ниже электрода А₀ изоляторов толщиной MN, ограничивающих распространение тока вдоль ствола скважины и ближайших к ней участков разреза. При этом ток I₀ распространяется в радиальном направлении на значительное расстояние слоем толщиной, приблизительно равной длине зонда L, обычно 0,6 м (см. рис. 36, б). Напряжение, измеряемое между одним из измерительных электродов М₁, М₂ или N₁, N₂ и электродом N, удаленным на значительное расстояние от токовых электродов, представляет собой падение потенциала от скважины до удаленной точки по пласту. Кажущееся удельное сопротивление пород ρ_к рассчитывают по данным замера разности потенциалов ΔU_KC и тока I₀ через основной электрод А₀ по (II.5). Коэффициент зонда К определяют путем моделирования.

Результат измерений зондом бокового каротажа относят к точке А₀. За длину зонда L принимают расстояние между серединами интервалов M₁N₁ и M₂N₂ (точками O₁ и O₂). Расстояние между экранирующими электродами А₁А₂ называют размером зонда L_общ. Кроме того, для характеристики зонда введено понятие параметр фокусировки q = L_общ/ L. При выборе зонда учитывают, что с увеличением L_общ и q радиус исследования зондом возрастает. На практике для определения сопротивления неизмененной части пласта с проникновением ПЖ рекомендуют применять зонды с q>3. В пластах без проникновения лучшие результаты получают при q≈1,5.

Размещение электродов в семиэлектродном зонде выражается следующей записью: AO,2M₁O,2N₁l,1A₁ что соответствует L_общ=3 м, L = 0,6 м, q = 5. На диаграмме такой зонд обозначается как L_a3q5.

Девятиэлектродный зонд состоит из девяти цилиндрических электродов, установленных на корпусе скважинного прибора (см. рис. 35,в). В отличие от семиэлектродного этот зонд имеет дополнительную пару экранных электродов А₁ и А2 той же полярности. Применяя в нем разные сочетания электродов, достигают возможности проведения измерения несколькими зондами БК с разным радиусом исследования. Большой размер зонда (L = 7÷8 м) достигается при пропускании через все пять электродов тока одной полярности.

Этим обеспечивается значительный радиус исследования при малом влиянии вмещающих пород на показания зонда (рис. 36, в, слева).

Для уменьшения радиуса исследования применяют дополнительные электроды В₁ В₂ обратной полярности, через которые замыкают цепь тока I₀ и I_Э, так называемый псевдобоковой каротаж БКМ. В результате токовые линии от центрального электрода A₀ не текут в глубь пласта, а растекаются в непосредственной близости от скважины (слой тока I₀ с удалением от скважины быстро расширяется). На этом участке происходит значительное падение потенциала, характеризуя в основном удельное сопротивление пласта, прилегающего к скважине (см. рис. 36,в, справа). Размещение электродов в зонде псевдобокового каротажа выражается записью: А₀О,2М₁0,2N₁O,2A₁O,9B₁, что соответствует L_общ=1,2 м, L = 0,6 м, q = 2. На диаграмме такой зонд обозначается L_B3L_Al,2q2.

Возможность проведения многоэлектродным зондом совместного замера несколькими зондами БК с разными радиусами исследований после соответствующего сочетания электродов в них является преимуществом этих зондов перед трехэлектродными.

Боковой каротаж используют для изучения разрезов скважин (в т.ч. заполненных минерализованным буровым раствором), представленных породами высокого сопротивления или частым чередованием пластов с разными параметрами. При бурении нефтяных и газовых скважин с минерализованным буровым раствором боковой каротаж применяют в комплексе с боковым микрокаротажем, при документации разрезов угольных скважин — в комплексе с методами радиоактивного каротажа. Основное преимущество бокового каротажа (по сравнению с другими видами электрического каротажа) — незначительное влияние бурового раствора и вмещающих пород на результаты бокового каротажа, что позволяет детальнее расчленять разрез, точнее определять удельное сопротивление пластов в широком диапазоне (1-105 Ом•м). Развитие бокового каротажа связано с разработкой новых зондов с более совершенной регулировкой поля.

Применение:

• литологическое расчленение разреза;

• определение удельного электрического сопротивления пластов и характера насыщения в комплексе с другими геофизическими методами.

• зоны частых чередований плотных непроницаемых пластов, глинистых прослоев и нефтегазонасыщенных пластов малой мощности;

• зоны аномально низких значений минерализации пластовых вод, где УЭС водонасыщенных и нефтенасыщенных пластов имеют высокие значений и широкие зоны перекрывающихся величин сопротивлений;

• интервалы в низах разреза, где преобладают тонкие чередования литологически различающихся разностей, преобладают высокие УЭС и контрастные переходы значений УЭС на границах литологических переходов и границ, обусловленных изменениями характера насыщения коллекторов.

Типовые условия применения (ограничения я думаю ну можно в лек посмотреть):

• применяется в необсаженных скважинах, заполненных пресным или минерализованным раствором.

Кривые кажущегося сопротивления БК против пластов конечной мощности. Форма кривых.

Кажущееся удельное сопротивление ρк, измеренное зондом бокового каротажа, зависит от типа и характеристики зонда (Lобщ, L, q), удельных сопротивлений пласта ρп, вмещающих пород рВм, зоны проникновения ρзп, промывочной жидкости ρс, а также от геометрических факторов этих сред. В цепь электрода А0 включены при этом последовательно ρс, ρзп и ρп.

С учетом полного объема пространства, окружающего зонд, измеряемое кажущееся сопротивление против однородного мощного пласта

где Gc, Gзп, Gп — геометрические факторы соответствующих частей пространства, которые зависят от длины проводника и его сечения. Сумма всех геометрических факторов составляет полный объем изучаемого пространства и равна единице. Как видно, ρк в боковом каротаже, как и при замере нефокусированными зондами, зависит от ρп, ρс, dс, D, h, ρвм.

Характерными (существенными) значениями ρк против однородного пласта являются экстремальные (максимальные в пластах высокого сопротивления и минимальные в пластах низкого сопротивления). Для пачки чередующихся тонких прослоев, максимальное и минимальное сопротивления которых различаются не более чем в 2,5 раза, существенным является среднегармоническое (или продольное) сопротивление.

где h— мощность пласта (пачки); hi, рк i — соответственно мощность и кажущееся сопротивление прослоев пласта (пачки). При отношении максимальных и минимальных значений сопротивлений, меньшем 1,4, для упрощения расчета принимают ρк. ср г=ρк. ср. Величины рк. ср. г и ρк. ср определяют по кривой сопротивления БК, как это показано на рис. 37.

В показания ρк, полученные нецентрированным зондом псевдобокового каротажа при ρп>100 ρс и dc>0,2 м, вносят исправления за влияние эксцентриситета скважинного прибора с помощью специальной палетки [1].

На рис. 38 показаны характерные кривые сопротивления трехэлектродного бокового каротажа. Как видно, при одинаковом удельном сопротивлении вмещающих пород кривые КС против однородных пластов высокого сопротивления отмечаются максимумами, которые принимают формы острой пики против тонких пластов (h≤4dc); против мощных пластов (h>8dc) наблюдается горизонтальный интервал в средней части (рис. 38,а). Если породы, подстилающая пласт и перекрывающай его, имеют различное сопротивление, то максимум против пласта высокого сопротивления становится асимметричным, наблюдается снижение сопротивления со стороны породы меньшего сопротивления (рис. 38,б). При постепенном изменении сопротивлений отдельных пластов форма кривой принимает ступенчатый вид (рис. 38,в). Против пачки пластов, представленной породами разного сопротивления, кривая характеризуется чередованием симметричных максимумов и минимумов (рис. 38,г). Против проницаемых пластов с проникновением ПЖ форма кривых КС почти соответствует форме кривых для однородных пластов. С увеличением диаметра зоны повышающего проникновения наблюдается заметное увеличение сопротивления (рис. 38, д).

Г раницы пластов высокого сопротивления соответствуют точкам на спаде кривой с определенным значением кажущегося удельного сопротивления (граничное сопротивление ρк. гр). Величина ρк. гр с достаточной для практики точностью аппроксимируется выражением ρк. гр/ρк. вм = 2ρк/(ρк + ρк. вм). На практике границы таких пластов отбивают в начале крутого подъема.

Форма кривых КС для одиночных пластов, зарегистрированных многоэлектродными зондами, в основном такая же, как и в случае БК-3. Границы пластов высокого сопротивления на кривых КС многоэлектродных зондов отбивают на расстоянии L/2 выше середины подъема кривой (в кровле) и ниже (в подошве) пласта.

В неоднородном разрезе на показания БК кроме величин ρп и dc существенное влияние оказывают: зона проникновения (ρзп и D); мощность пласта h и удельное сопротивление вмещающей среды ρвм. Интерпретация диаграмм БК. Процесс обработки диаграмм БК проводится поэтапно:

а) проверка качества диаграмм. Заключается, прежде всего, в проверке записи нулевых и градуировочных сигналов, контрольных повторных замеров и перекрытий.

б) выделение объектов интерпретации. Особенности форм кривых сопротивления описаны в соответствующих руководствах.

в) снятие характерных значений ρк, проводят способами, зависящими от строения пласта. Если пласт однородный по ρ, то против пласта отсчитывают средневзвешенное по толщине кажущееся сопротивление ρк.ср. Если пласт считается неоднородным, то против пласта отсчитывают продольное кажущееся сопротивление ρкt. Принцип определения истинного удельного сопротивления основан на изучении характера распределения электрического поля экранированного зонда БК.

г) введение поправки за влияние эксцентриситета зонда в скважине. Ее вводят в показания экранированных зондов с малым радиусом исследования. Показания зондов БК со средним и большим радиусом исследования не зависят от положения прибора в скважине.

д) введение поправки за ограниченную толщину пласта.

е) введение поправки за толщину пласта.

ж) введение поправки за влияние скважины.

з) введение поправки за влияние зоны проникновения фильтрата ПЖ.

14. Микробоковой каротаж (МБК). Зонды, виды диаграмм, решаемые задачи и ограничения метода. Пластовая наклонометрия.

ИЗМЕРЕНИЕ КАЖУЩЕГОСЯ УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ МИКРОУСТАНОВКАМИ

Метод микрозондов не позволяет точно определить сопротивление промытых пород в скважинах, пробуренных на высокоминерализованном буровом растворе или тогда, когда толщина глинистой корки превышает 1,5 см.

Для таких случаев предложен микробоковой каротаж (МБК или БМК).

Микроустановки с малой глубиной исследования — микрозонды применяются для измерения сопротивления части пласта, непосредственно прилегающего к стенке скважины. Электроды микрозонда размещены на внешней стороне башмака из изолированного материала. При работе башмак с электродами прижимается пружинами к стенке скважины, чем достигаются экранирование зонда от промывочной жидкости и уменьшение влияния ее на результат измерений.

Между башмаком зонда и стенкой скважины имеется промежуточный слой, образованный в проницаемом пласте глинистой коркой и пленкой ПЖ, в непроницаемом — только пленкой. В результате ρк, измеряемое микрозондом, зависит в основном от удельных сопротивлений прилегающей к скважине части пласта ρп, удельного сопротивления слоя ρсл и его толщины hсл.

Применяемые на практике микрозонды делятся на обычные градиент- и потенциал-зонды с нефокусированными электродами и с фокусировкой тока. Каротаж обычными микрозондами называют микрокаротажем (МК), а каротаж микрозондами с фокусировкой тока — боковым микрокаротажем (БМК).

И з распределения токовых линий (рис. 44), выходящих из электродов А и А0 в обычном микрозонде (при МК) и в боковых микрозондах (при БМК), видно, в обычном микрозонде с нефокусированными электродами часть тока проходит вблизи стенки скважины, что обусловливает значительное влияние глинистой корки на величину замеряемого сопротивления. Это влияние возрастает с увеличением сопротивления пласта и толщины глинистой корки. При применении боковых микрозондов с фокусировкой тока токовые линии пересекают слой между башмаком и породой почти под прямым углом, что снижает влияние глинистой корки на кажущееся сопротивление. Этим облегчается задача определения удельного сопротивления части пласта, прилегающей к стенке скважины. Измеряемое кажущееся сопротивление для всех микрозондов вычисляется по (II.5); коэффициент микрозонда определяется экспериментально.

На практике применяются следующие разновидности БМК: двухэлектродный и трехэлектродный боковые микрозонды.

Двухэлектродный боковой микрокаротажный зонд. Этот зонд (рис. 44,6) состоит из двух электродов — центрального А0 и экранного Аэ, которые занимают всю рабочую поверхность башмака, исключая разделяющий их изоляционный промежуток шириной 5 мм, и обладают одинаковыми потенциалами и полярностью. Это достигается автоматическим регулированием тока Iэ, поступающего через электрод Аэ при постоянном токе I0, поступающем через электрод А0. Двухэлектродный зонд БМК является аналогом трехэлектродного зонда БК. Кажущееся сопротивление определяется путем измерения потенциала электрода Аэ(А0) относительно корпуса прибора БМК (рис. 44,6). Стандартные размеры башмака двухэлектродного микрозонда 200x102 мм. При измерениях двухэлектродным микрозондом влиянием промежуточного слоя толщиной до 10 мм практически можно пренебречь. Коэффициент зонда К, определяемый экспериментально, приблизительно равен 0,015 м.

Трехэлектродный боковой микрокаротажный зонд. Этот зонд имеет такие же по форме, как и в двухэлектродном микрозонде, центральный А0 и экранный Аэ токовые электроды, но в отличие от двухэлектродного микрозонда БМК между электродами А0 и Аэ расположен рамочный измерительный электрод М (рис. 44,в). Через основной электрод А0 пропускается постоянный ток I0, а через Аэ — ток Iэ, регулируемый так, чтобы разность потенциалов между А0 и М равнялась нулю. Измеряемое кажущееся сопротивление определяется потенциалом электрода М относительно корпуса прибора, и ρк = КUм/I0.

По условиям регулировки поля тока в данном зонде потенциалы электродов М и А0 сохраняются равными и потенциал экранного электрода Аэ превышает потенциал основного электрода A0. В результате форма токового пучка от электрода A0 вблизи башмака несколько сжимается, а при удалении расширяется. Особенность фокусировки тока и увеличение размеров башмака до 250x120 мм способствуют существенному росту глубинности исследования трехэлектродным микрозондом. Поэтому на его показания не оказывает влияния промежуточный слой толщиной до 20 мм, а замеренное им кажущееся сопротивление определяется удельным сопротивлением в пределах зоны проникновения. В связи с этим измерения, проводимые этим зондом, названы каротажем ближней зоны.

Боковой микрокаротаж основан на регистрации кажущегося удельного электрического сопротивления прискважинной зоны фокусированным микрозондом, установленным на прижимном изоляционном башмаке.

Типовые условия применения:

• скважины необсаженные, вертикальные и слабонаклонные, заполненные пресной или минерализованной жидкостью;

• ограничением в применении метода являются: существенное изменение диаметра и формы сечения ствола скважины, препятствующее плотному прилеганию башмака к стенке скважины, а также наличие раствора в скважине с удельным электрическим сопротивлением менее 0.05 Омּм.

Применение:

• расчленение разреза с высокой точностью;

• определение удельного электрического сопротивления промытой зоны;

• определение эффективной толщины пластов.

ПЛАСТОВАЯ НАКЛОНОМЕТРИЯ

21.1 Пластовая наклонометрия — вид каротажа, предназначенный для определения элементов залегания пород в разрезе скважины.

Результаты пластовой наклонометрии применяют для выделения и определения толщин и элементов залегания (углов и азимутов падения) пластов горных пород с различными литологическими и фильтрационно-емкостными характеристиками, фациального анализа и прогнозирования на этой основе структурных и комбинированных ловушек, оценки достоверности результатов сейсморазведки и выбора мест заложения скважин.

21.1.1 Пластовая наклонометрия может быть реализована в двух модификациях: на основе измерения направления геофизических полей, например электромагнитных (определенными возможностями располагает метод индукционной наклонометрии); на основе реализации метода координат.

Пластовая наклонометрия по методу координат основана на определении ориентации тонкого прослоя по координатам трех или большего числа точек, соответствующих сечению прослоя скважиной, и реализуется путем измерений прижимными датчиками, перемещающимися по нескольким различным образующим стенки скважины в плоскости, перпендикулярной оси скважины. В качестве датчиков используют микрозонды или боковые микрозонды, как наиболее эффективные по простоте, надежности, разрешающей способности, диапазону измеряемых характеристик и скорости измерения.

21.1.3 Ограничения метода — общие для прижимных скважинных приборов. Скорость проведения исследований — не более 800 м/ч.

21.2.1 Комплекс измеряемых и расчетных параметров пластовой наклонометрии должен включать характеристики пород и ствола скважины по глубине:

электрические характеристики пород в прискважинной зоне — значения кажущегося удельного электрического сопротивления к, вычисленные по измеренным потенциалу или току каждого датчика; азимутальное распределение кажущегося УЭС прискважинной зоны; интегральное значение кажущегося УЭС на данной глубине;

элементы залегания пластов — угол и азимут падения, которые рассчитывают с учетом данных о кривизне скважины;

элементы кривизны скважины — угол и азимут наклона, рассчитанные по ортогональным составляющим угла наклона и вектора магнитного поля Земли;

характеристики ствола скважины — радиусы по каждому направлению;

ориентированную форму сечения скважины на данной глубине.

21.2.2 Обязательные требования к скважинному прибору:

наличие не менее четырех прижимных датчиков;

измерение каждым датчиком не менее двух характеристик — электрической (кажущееся сопротивление, потенциал или сила тока) и механической (радиус скважины);

наличие инклинометрического блока (датчики угла и азимута);

согласованные по текущему времени измерения всеми датчиками;

конструкция датчиков должна обеспечивать измерения кажущихся удельных сопротивлений в диапазоне от 0,5 до 150 Ом•м при изменении УЭС промывочной жидкости от 0,05 до 5 Ом•м;

требования к датчикам МК, БМК, инклинометрии такие же, как для отдельно применяющихся приборов (модулей) этих методов (подразделы 14.4, 14.8, и раздел 20).

21.4 Форма представления данных на твердых копиях не регламентируется. Обязательно представление следующих результатов:

кривых измерений всеми электрическими микрозондами с нанесенными линиями основных корреляций;

кривых профилей скважины по данным измерения радиусов;

инклинограммы (угол и азимут кривизны скважины);

наклонограммы (углы и азимуты падения поверхностей раздела пластов по выделенным корреляциям);

обобщенных углов и азимутов падения для отдельных пластов.

На твердых копиях могут быть представлены другие результаты (ориентированные формы сечения скважины, схемы ориентированного положения микрозондов при измерениях, гистограммы, розы-диаграммы и др.).