§ 11. Методы специальных зондов кажущегося сопротивления

К специальным зондам метода КС относятся: четырехэлек­тродный градиент-зонд, симметричный (сдвоенный) градиент- зонд, дифференциальные зонды, дипольный зонд, потенцнал- микрозонд Дахнова и др. (рис. 26). Их описание приведено в работе [7].

§ 12. Микрозондирование,

ПЛАСТОВАЯ НАКЛОНОМЕТРИЯ

Метод микрозонднрования (МКЗ) заключается в детальном исследовании кажущегося сопротивления прискважинной части разреза зондами очень малой длины — микрозондами.

Микрозонд смонтирован на внешней стороне башмака из изоляционного материала. Для исключения влияния скважин на результаты измерений башмак внешней стороной прижима­ется к стенке скважины устройством, которое может быть либо рессорным, либо управляемым рычажным. В первом случае микрозонд представляет собой штангу с надетыми на нее муф­тами, к которым прикреплены под углом 120° три шарнирно сое­диненные рессоры, образующие «фонарь» (рис. 27, о). На рес­сорах укреплены три башмака, на одном из них смонтиро­ваны электроды микрозонда. Рессоры, перемещаясь по штанге, изменяют размер «фонаря» в зависимости от диаметра сква­жины.

В микрозонде с управляемым рычажным прижимным уст­ройством башмак с электродами шарнирно укрепляется на од­ной из двух пар рычагов, которые прижимаются спиральной пружиной к стенке скважины любого диаметра с постоянным усилением (рис. 27, б). Прижимное устройство опускается в скважину в закрытом состоянии, а в интервале записи откры­вается но команде с поверхности. Одновременно с кривыми мик­розондов это устройство позволяет регистрировать кривую из­менения диаметра скважины с глубиной — микрокаверно- грамму.

Электроды микрозонда изготовлены из латунного стержня диаметром 10 мм и вмонтированы в резину башмака, которая обеспечивает изоляцию их друг от друга, от корпуса и промы­вочной жидкости. Расстояние между электродами 2,5 см.

у

Eh Г0Н 0EDi|—0~] г®-Щ г0~\

W///

'z

УУУУ

уууу.

-, 2/ Dir0n

РП

г^п

/У//.

у,

I ■ ■

У,

у,

У/

1. у

;

g

:

1

■v

;

у/////

У,

/.

'л

У. ⁴

Î

1

2

Рис. 26. Схемы измере­ния кажущегося со­противления горных пород п скважине че­тырехэлектродным гра- днент-зоидом (а): сим­метричным (сдвоенным) градиент-зондом (б); днфферешшаль н ы м и зондами А. М. Заборов- CKOÛO и Л. М. Альпина (в, г), дипольным зон­дом (д)

В практике промыслово-геофизических работ для изучения разрезов скважин обычно применяют потенциал-микрозонд Л0,5Мо и граднент-мнкрозонд А0,025М10,025М2. Радиус иссле­дования граднент-микрозонда приблизительно равен его длине (3,75 см), а глубина исследования потенциал-микрозондав2,0—

2,5 раза больше его длины, т. е. со­ставляет 10—12 см. Между электро­дами зонда и породой находится промежуточный слой — глинистая корка или пленка промывочной жидкости. За счет влияния этого слоя величина р,< будет отличаться в общем случае от истинного удель­ного электрического сопротивления породы.

А

Рис. 27. Схемы конструкций микрозондов с рессорным (а) и управлямым рычажным (б) прижимными устройствами.

/ — рессора; 2 — пружина; 3 — штанга; 4 — электроды: 5 — баш­мак; б — рычаг

ппаратура для регистрации кривых микрозондирования

Измерение КС градиент- и по- тенцнал-микрозондами можно про­водить раздельно или одновременно с помощью многожильного или од­ножильного кабеля. Варианты схем измерения р_к мнкрозондами с трех­жильным кабелем показаны на рис. 28.

П ри раздельной записи кривых р_ю градиент-микрозондом и потен­циал-микрозондом башмак переме­щается по стенке скважины в не­одинаковых условиях (различная толщина промежуточного слоя между башмаком и породой, раз­ная степень микрокавернозности пород и пр.), поэтому не всегда эти кривые сопоставимы. При записи кривой р,< потенциал-ми-

Рис. 28. Принципиальные схемы измерения кажущегося сопротивления по­род мнкрозондами с трехжильным кабелем.

а. 6— раздельная запись соответственно кривых граднент-микрозонда и потенциал- микрозонда: в — одновременная запись кривых граднент-микрозонда н потенцнал-ми- крозонда. ФЧВ — фазочувствительный выпрямитель: Б —башмак микрозонда

крозондом в качестве электро­да N используется корпус ми­крозонда.

В

■$

,!

§

I*

настоящее время широко распространена двухканальная аппаратура микрозондов для работы с одножильным и трех­жильным кабелем, сконструи­рованная на основе телеизме­рительной системы с частотной модуляцией и частотным раз­делением каналов. Такая ап­паратура позволяет регистри­ровать одновременно две кри­вые КС градиент-мнкрозонда (рк гмз ) и потенциал-микро­зонда (р_к пмз)-

Схема двухканальной аппа­ратуры для микрозондирова­ния с одножильным кабелем МДО-3 показана на рис. 29.

Питание скважинного прибора обеспечивается стабилизиро­ванным переменным напряже­нием с частотой тока 300 Гц от генератора Г и выпрямите­ля В. В цепи электродов АВ протекает переменный ток си­лой 5 мА от блока питания БП Рис. 29. Блок-схема измерения ка- Через первичную обмотку ^жущЯп5? ^сопР°^{тивления} аппарату- трансформатора Тр1. Разность ^{рой мдо}'³ потенциалов Д6/ измеряется

между электродами М\ и М₂ (градиент-микрозонд), М₂ и N (по­тенциал-микрозонд). В качестве электрода N используется кор­пус скважинного прибора.

Одновременная передача сигналов от измерительных элек­тродов микрозондов по одножильному кабелю осуществляется по принципу частотного разделения каналов при частотной мо­дуляции измеряемых сигналов. С этой целью разность потен­циалов с электродов М\ и М₂ подается через трансформатор ТрЗ на частотный модулятор ЧМ1 с несущей частотой 7,8 Гц, а с электродов М₂ и N — через трансформатор Тр2 на частот­ный модулятор ЧМ2 с несущей частотой 14 кГц. Промодулиро- ванные по частоте сигналы поступают на сумматор (усилитель мощности) СУ и далее через согласующий трансформатор Тр4 и разделительную емкость С — на кабель и вход панели ИП. В панели ИП измеряемые сигналы разделяются по частоте и распределяются по соответствующим каналам, где они усили­ваются, демодулируются, а затем выпрямляются фазочувстви­

тельными выпрямителями ФЧВ и подаются на регистрирующие приборы РП1 и РП2.

Блок питания скважинного прибора обеспечивает питание цепи АВ переменным током, а питание частотных модуляторов, сумматора и блока коммутации БК — постоянным током. Блок питания подключается к кабелю через заградительную индук­тивность Др, которая предотвращает шунтирование высокоча­стотных сигналов от сумматора. Блок коммутации позволяет производить калибровку аппаратуры путем подачи нуль-сиг­нала и стандарт-сигнала. Напряжение стандарт-сигнала снима­ется с резистора У?, включенного через трансформатор Тр1 в цепь питания АВ. Глубина исследования аппаратурой МДО-3 — до 4000 м при температуре до 100 °С.

Точкой записи кривой р_к градиент-микрозонда является се­редина между электродами М\ и М₂, а кривой р_к потенциал- микрозонда — электрод т. с. точки записи кривых КС при обычных масштабах записи по глубине практически совпадают. Кривые КС микрозондов в нефтяных и газовых скважинах ре­гистрируются в интервале проведения БЭЗ в масштабе глубин

1. : 200. Омический масштаб кривых от 0,5 до 2 Ом • м/см, при этом отклонение кривых от нулевой линии должно быть не менее 0,5 см.

Скорость регистрации кривых р_к микрозондами зависит от степени дифференциации разреза по удельному электрическому сопротивлению и обычно не превышает 1500—2000 м/ч.

Перед замером и после него проверяется изоляция микро­зонда, сопротивление которой между электродами микрозонда и его корпусом должно быть не менее 1—2 МОм.

Определение

коэффициентов микрозондов

По формулам, полученным для обычных зондов, коэффици­енты микрозондов не могут быть рассчитаны, так как размеры электродов микроустановок соизмеримы с длиной микро- зондов.

Коэффициенты микрозондов определяются только экспери­ментальным путем. С этой целью микрозонд погружают в ме­таллическую ванну с электролитом известного удельного сопро­тивления (порядка 1—2 Ом • м) таким образом, чтобы расстоя­ние от башмака с электродами до стенок ванны было не менее 35—40 см. Удельное сопротивление электролита р_в измеряется лабораторным резистивиметром по обычным схемам. При этом электродом В служит корпус ванны. Перед измерениями элек­троды микрозонда зачищаются, например мелкой наждачной бумагой.

Коэффициент микрозонда

/С = р_в//Д£/.

Паспортные значения коэффициентов микрозондов 5МЗ-20 для градиент-микрозонда и потенциал-мнкрозонда соответ­ственно равны примерно 0,34 и 0,50 м.

Кривые КС микрозондов

Малые размеры микрозондов позволяют определять границы отдельных пластов и прослоев разного сопротивления с точ­ностью до 5—10 см по резким изменениям аномалий кривых КС. Кривые КС микрозондов можно рассматривать как симметрич­ные относительно середины пластов.

Наибольшая информация о разрезе может быть получена при одновременной интерпретации кривых р* градиент-микро­зонда и потенциал-мнкрозонда. Поскольку радиус исследова­ния градиент-микрозонда меньше, чем потенциал-мнкрозонда, то на его показания оказывают большее влияние промывочная жидкость и глинистая корка, а на показания потенциал-микро­зонда — промытая зона. Если минерализация пластовой воды выше, чем промывочной жидкости, то против проницаемого

Рис. 30. Кривые, полученные разными геофизическими методами.

/ — глина; 2 — песчаник нефтеносный: 3 песчаник водоносный; 4— песчаник навеет* копистый плотный; 5 — алевролит

пласта р_к гмз меньше рк.пмз (Р^нс- 30). В этом случае имеет ме­сто так называемое положительное приращение микрозондов Дрк= (рк.пмз—рк,гмз) >0. Показания р_к.гмз против водоносных и нефтегазоносных пластов не различаются, а значения р_к, пмз против продуктивных пластов выше, чем против водоносных пластов, за счет остаточного нефтенасыщения. Непроницаемые плотные породы выделяются весьма изрезанными кривыми КС, а р_к составляют (10—30) р_р. Глинистые породы отмечаются низ­кими значениями р_к, кривые КС против них носят пилообраз­ный характер (см. рис. 30).

По результатам измерений р_к микрозоидами можно также определить удельное сопротивление промытой зоны пласта и но специальным палеткам оценить толщину глинистой корки [17].

Области применения метода микрозондирования и решаемые им геологические задачи

Методом микрозондирования исследуются скважины, запол­ненные сравнительно слабо минерализованной промывочной жидкостью, с целью детального изучения строения пластов и получения количественных и качественных физических характе­ристик пород.

Данные микрозондирования служат для детального расчле­нения разреза скважин, четкой отбивки границ пластов и опре­деления их мощности, уточнения литологии разреза, выделения маломощных прослоев и пластов-коллекторов, оценки эффек­тивной мощности продуктивных горизонтов, определения порис­тости и трещиноватости пород, выделения продуктивных пла­стов и оценки их нефтегазонасыщения, оценки нефтеотдачи пла­стов.

Пластовая наклонометрия

Углы и азимуты падения пластов в скважине определяются пластовым наклономером. Пластовый наклономер со­стоит из трех электродных установок и инклинометра. Элек­тродные установки расположены под углом 120° по отношению друг к другу и таким образом, что их центры лежат в общей плоскости, перпендикулярной к оси прибора. В трех точках с помощью измерительных установок регистрируются кривые КС, СП и ГМ. В принципе любой параметр можно регистри­ровать тем или иным геофизическим методом. Электродная установка должна обеспечить достаточную дифференциацию разреза, поэтому целесообразнее применять микроустановки (микрозонды, микрозонд СЭЗ с автоматической фокусировкой тока).

Инклинометр позволяет определить угол и азимут искрив­ления оси скважины и положение в пространстве одной из элек­тродных установок относительно магнитного меридиана или

плоскости искривления скважины. Поскольку для определения элемен­тов залегания пластов необходимы сведения о диаметре скважины, то измерения пластовым на­клономером дополня­ются замерами каверно­мером.

П

Рис. 31. Пример определения залегания пласта по данным пластовой наклоно- метрии.

/, 2, 3 — точки записи электродных установок

ри пересечении зон­дом двух пластов с раз­ными физическими свой­ствами на кривой элект­рометрии отмечается аномалия. В связи с не­горизонтальным залега- яием пластов электродные установки пересекают плоскость напластования на глубинах Ни Я₂, Я₃. По кривым пластового наклономера определяют смещения ДН₂\ и Д//31 глубин Н\ и Я₂ характерных точек на кривых электрометрии ДЯ21—Я1—Я₂ и Д//₃₁ = #1—#₃ (рис. 31). По значениям ДЯ₂1 иДЯ₃ь углам ис­кривления и азимутам искривления скважины, по углу ориен­тации электродной установки и диаметру скважины с помощью номограмм или графическим путем определяют угол у ^и ази­мут (5 падения пласта [15].

Для определения элементов залегания пластов используется аппаратура НИД-1, с помощью которой регистрируются три кривые микрозондов СЭЗ. Одновременно фиксируются состав­ляющие зенитного угла, азимут ориентации скважинного при­бора относительно магнитного поля Земли и средний диаметр скважины. Телеизмерения выполняются многоканальной систе­мой с частотным разделением каналов и амплитудно-частотной модуляцией четырех несущих частот (7,8; 14; 25,7 и 45 кГц).

Измерения наклономером проводятся в незакрепленных ко­лонной скважиной глубиной до 5000 м и диаметром 130— 400 мм. Скорость записи до 1000 м/ч, масштабы записи кривых по глубине 1:10 или 1 : 20. Достаточно точные результаты при определении элементов залегания пластов получают при углах падения пластов более 8° и в наклонно-направленных скважи­нах с углом искривления до 20°.