14. Индукционный каротаж

ИК является электромагнитным методом, основанным на измерении кажущейся удельной электрической проводимости горных пород. Индукционный каротаж отличается от каротажа обычными зондами и БК тем, что применим не только в скважинах, заполненных промывочной жидкостью проводящей ток, но и в скважинах с непроводящей жидкостью (нефтью и ПЖ, приготовленной на нефтяной основе), воздухом или газом.

Скважинный прибор ИК состоит из 2-х катушек: генераторной (ГК) и приемной (ПК). Назначение ГК – индуцировать в породе вихревые токи. Переменный ток, пропускаемый ч/з ГК создает в породе переменное м.п., называемое первичным. Первичное м.п. индуцирует в окр. среде вихревые токи. Вихревые токи, возникающие в г.п., в свою очередь, формируют вторичное м.п. Первичное и вторичное поля наводят ЭДС, которую можно измерить.

У – усилитель (приемная кат.)

Г – генератор (генераторная кат.)

ЭДС, наводимая первичным полем, непосредственно не связана с г.п. ЭДС, наводимая вторичным м.п., пропорциональна плотности вихревых токов, а плотность

вихревых токов в свою очередь пропорциональна электропроводности среды.

г де σ – электропроводность; ρ – сопротивление пород. Конструктивно зонды ИК выполняются 2-х- и много-катушечными.

Длина зонда – расстояние между генераторной и приемной катушками.

Особенностью ИК явл-ся тот факт, что токи, индуцируемые в г.п. распространяются в слоях перпендикулярно к оси скважины, не пересекая границ пластов, но влияние вмещающих пород все равно имеется.

С целью исключения влияния вмещающих пород используются фокусирующие катушки. Обычно они вкл-ся последовательно с остальными, но положение витков обратно основным.

Результатом исследования ИК явл-ся кривая зависимости электропроводности от глубины. Ед. измерения: [См/м] – сименсы на метры, или [мСм/м]. В индукционном методе измеряется эффективная электропроводность, кот-я равна сумме: σ_эф=σ_р∙B_р+σ_кг∙B_кг+σ_зп∙B_зп+σ_вм∙B_вм+σ_п∙B_п

р – раствор; кг – глинистая корка; зп – зона проникновения; вм – вмещающие породы; п – порода.

B_р+B_кг+B_зп+B_вм+B_п=1 – это геометрические факторы, обозначающие долю сигнала для данного слоя в общем сигнале от среды.

Произведение электропроводящего участка на его геометрический фактор определяет вклад каждого участка в ЭДС приемной катушки. Что избавится от геометрических факторов применяются палетки (разнообразные зависимости). Например σ_зп∙B_зп=f(D_зп).

Кривые ИК симметричны относительно середины пласта. Границы пластов отбиваются по середине аномалии.

Область применения ИК. 1. Эффективен в разрезах с высоким сопротивлением; 2. В скважинах, заполненных непроводящей жидкостью (нефтью); 3. При геологической интерпретации в комплексе с обычными методами КС, БК, БКЗ используется для оценки характера насыщения.

15. Причины возникновения естественного электрического поля в скважине

Потенциал-физ-ая величина,характеризующая силовое поле в данной точке.

Диффузия- процесс взаимного проникновения молекул одного вещества между молекулами другого, приводящий к самопроизвольному выравниванию их концентраций по всему занимаемому объёму.

Способность горных пород поляризоваться под действием физико-химических процессов называется естественной электрохимической активностью.

В результате этих процессов возникают диффузионно-адсорбционные (Uда), фильтрационные (Ua) и окислительно-восстановительные (Uов) потенциалы.

Диффузионно-адсорбционные потенциалы: Возникновение в скважинах естественной электрохимической активности определяется в первую очередь процессами диффузии электролитов.

На контакте растворов электролитов пластовой воды концентрации Сн и фильтрата промывочной жидкости концентрации Сф не одинаковой минерализации и различного химического состава возникает диффузионная э. д. с. Ед=Кд*ln(Св/Сф). где Кд — коэффициент диффузионной э д с.

В случае реальных электролитов необходимо в выражении вместо концентраций Св и Сф использовать значения активностей ав = f1Св и аф = f2Сф, где f1 и f2— коэффициенты активности, учитывающие влияние сил взаимодействия между ионами в реальных растворах.

Дифкзилнно-адсорбционная активность: Ада=Кда-Кд=(Еда-Ед)/lg(ρф/ρв)

Для реальных растворов выражение примет вид

Ед = Кд*ln (ав /аф)

Физический смысл диффузионно-адсорбционной активности со стоит в том, что ее величина определяется разностью коэффициентов диффузионно-адсорбционной

э. д. с. горной породы и диффузионной э. д. с. данной пары растворов удельных сопротивлений рф и р„.

Фильтрац потенциалы.В случае течения жидкости через горные породы при определен­ных условиях возникают потенциалы фильтрации. Механизм возник­новения фильтрационных потенциалов (или потенциалов течения) в горных породах можно представить следующим образом. На поверхности раздела капилляра, моделирующего единичную пору породы, с раствором электролита формируется двойной электри­ческий слой. Внешняя часть его образована диффузным слоем ионов, толщина которого тем больше, чем меньше концентра­ция раствора. Если между концами капилляра создать разность давлений Δρ, то при течении через капилляр жидкость увлекает часть ионов диффузного слоя, в результате чего сам капилляр заряжается положительно, а на его конце с высоким давлением воз­никает отрицательный потенциал

Величина потенциала фильтрации через капилляр определяется: Еф=εа*ρж*ζ /(4*πή), где рж — удельное электрическое сопротивление жидкости; ζ — электрокинетический потенциал, равный разности потенциалов на границе подвижной и неподвижной частей двойного слоя и свобод­ного раствора; η — вязкость жидкости в капилляре. Наиболее значительные потенциалы фильтрации возни­кают при сравнительно пресных промывочных жидкостях (рф >> 5> 10 Ом-м) и однородной глинистой корке и достигают нескольких десятков милливольт.

Окислительно-восстановительные возникают в сква­жинах в результате химических реакций, происходящих между телами с электронной проводимостью и электролитами промывочной жидкости и пластовых вод. Окислительно-восстановительные э. д. с. могут возникнуть в сульфидах, каменных углях, графите и других горных породах. Процесс образования окислительно-восстанови­тельных потенциалов состоит в следующем. При окислении вещества происходит потеря электронов, и оно заряжается положительно.

В результате окисления угля в водной среде поверхность его заряжается отрицательно, а контактирующий раствор — положи­тельно. В случае восстановительной реакции картина обратная: твердая поверхность приобретает положительный заряд, а водный раствор — отрицательный.

Электродный потенциал Электродные потенциалы возникают при переходе катионов в раствор, который заряжается в этом случае положительно. Переход катионов в раствор обусловлен их взаимодействием с полярными молекулами воды. Избыточные электроны металла заряжают его поверхность отрицательно. В результате этих процессов между ионами металла, перешедшими в раствор, и поверхностью метал­лического электрода образуется двойной электрический слой. Этот слой препятствует дальнейшему растворению металла, и в системе металл - раствор устанавливается подвижное равновесие, харак­теризующееся равными скоростями растворения металла и осаждения ионов из раствора на поверхность металла. Разность потенциалов, образовавшаяся на поверхности раздела твердой и жидкой фаз, получила название электродного потенциала.