2.3. Резистивиметрия

Заключается в определении удельного электрического сопротивления промывочной жидкости, заполняющей скважину (_С). Данные о _С необходимы для интерпретации результатов электрического и других видов каротажа. Они представляют интерес и при контроле технического состояния скважины.

Широко используются два типа резистивиметров: гальванические (с электродной измерительной установкой) и индукционные с бесконтактным способом измерения.

Г альванические резистивиметры имеют различную конструкцию, но все они представляют собой фактически микрозонд КС, заключенный в цилиндрический изолятор, который ограничивает электрическое поле питающего электрода А внутренней полостью резистивиметра. Это исключает влияние на результаты измерений стенок скважины.

Измерение удельного электрического сопротивления жидкости выполняется по той же схеме, что в при измерении обычными зондами КС, чаще всего по схеме однополюсного зонда. Через токовые электроды А и В пропускают ток и измеряют разность потенциалов между электродами М и N. Тогда удельное сопротивление промывочной жидкости рассчитывается по формуле:

_К=К*U_MN/I_AB

где К - коэффициент резистивиметра, который получают экспериментально в растворе электролита с известным удельным сопротивлением.

И ндукционный резистивиметр - обеспечивает измерение удельного электрического сопротивления бурового раствора бесконтактным способом. Его измерительная установка состоит из двух катушек индуктивности, расположенных одна под другой внутри отрезка трубы из изоляционного материала. Одна из которых является генераторной. вторая - приемной.

Генераторная катушка питается переменным током и создает магнитное поле во внутренней полости измерительной установки. Это первичное магнитное поле индуцирует вихревой ток, протекающий внутри установки вдаль ее оси. Вихревой ток вызывает вторичное магнитное поле, индуцирующее в приемной катушке ЭДС, пропорциональную электропроводности промывочной жидкости (ПК), заполняющей скважину.

 к = 1/к = Е/R

где Е - е.д.с. вторичной обмотки, К - коэффициент зонда (также определяется экспериментально).

2.4. Боковой каротаж (бк)

Метод БК является разновидностью каротажа КС и в то же время имеет принципиальное отличие.

При каротажа КС изучается электрическое поле точечного заземления А. Если разрез сложен высокоомными породами, а также если скважина заполнена минерализованной промывочной жидкостью, эффективность обычных зондов КС резко уменьшается. Это вызвано тем (см. рис. а), что ток с электрода А через буровой раствор будет растекаться в проводящие порода. На рис. б представлена эквивалентная схема разреза скважины с рис. а. Анализируя ее можно сделать вывод, что е сли ₂ велико, то ток в основном будет протекать через ₁ и ₀. Таким образом, величина ₂ (изучаемого пласта) будет сильно искажена влиянием скважины и вмещающих пород.

Чтобы избавиться от эффекта растекания тока и направить его в радиальном направлении (т.е. перпендикулярно оси скважины) применяют способы фокусировки тока.

Широкое распространение получал способ фокусировки тока с помощью специальных экранирующих электродов (рис. в) A₁ и А₂. Для этого обеспечивается равенство их электрического потенциала потенциалу питающего электрода А₀. В этом случае (рис. в) токовые линии электрода А₀ будут направлены перпендикулярно оси скважины (т.е. "в бок") отсюда боковой каротаж и получал свое название.

Зонды бокового каротажа.

В практике ГИС получили распространение трехэлектродный зонд с цилиндрическими (линейными) электродами а также семи- и девятиэлектродные зонды с точечными электродами.

1) Трехэлектродный зонд БК.

Зонд состоит из небольшого центрального электрода А₀ и двух симметрично расположенных сверку и снизу длинных электродов A₁ и А₂. Электрод А₀ - питающий, электрода A₁ и A₂ - экранирующие.

Конструктивно зонд оформлен в виде стержня, разделенного изолирующими прокладками на три части. Трещина изолирующих прокладок около 1 см.

От длины электродов A₁ и А₂ зависит глубина фокусировки тока - расстояние, на которое проникает в изучаемый пласт узкопараллельный токовый пучок питающего электрода. Причем, чем больше длина экранирующих электродов, тем больше глубина фокусировки, а, следовательно, и глубинность исследований.

С уменьшением диаметра зонда d_З возрастает влияние скважины на показания зонда, поэтому значение d_З не должно быть меньше четверти диаметра скважины.

Острота фокусировки - толщина токового слоя центрального электрода - зависит от длины L₀, а также от величины межэлектродных промежутков Х. С уменьшением длины L₀ улучшается расчленяющая способность зонда, т.е. снижается влияние на показания метода вмещающих горных пород. Однако при L₀ < 0.3*d_c резко уменьшается точность измерений.

Коэффициент К трехэлектродного зонда БК рассчитывают по формуле:

К = 2.73 * L_О / (lg(2/d₃))

Тогда величину КС можно выразить формулой:

 _K = К * U_AON / I₀ ,

где

I₀ - сила тока, стекающего с электрода A₀,

U_AON - разность потенциалов между одним из электродов зонда (A₀,А₁ или А₂) и удаленным на достаточно большое расстояние электродом N. Это возможно благодаря равенству потенциалов электродов А₁ и А₂.

В различных видах отечественной аппаратуры применяется зонд L₀ = 0,18 м, L = 3,2 м и D_З= 0,07 м. Коэффициент такого зонда К = 0,24.

Принципиальные схемы измерения с трехэлектродным зондом БК

а) Схема с автоматическим изменением силы тока через экранирующие электроды.

б) схема с замкнутыми электродами ао и А1 ,А2 (классическая схем при R₀  0).

Г - генератор тока,

АК - автокомпенсатор.

2) Семиэлектродный зонд БК.

З онд состоит из основного питающего электрода A₀, двух пар измерительных электродов M₁N₁ и М₂N₂ и двух экранных электродов А₁ и А₂. Экранные электроды располагаются симметрично относительно основного электрода А₀ и закорочены между собой.

Д ля выполнения условия фокусировки тока электрода А₀ сила тока через экранные электрода A₁ и А₂ автоматически регулируется так, чтобы напряжение U между электродами M₁ и N₁ (или М₂ и N₂) было равно нулю. В этом случае и сила тока на участках скважины М1N1 и М₂­N₂ также равна нулю. Физически это равносильно тому, что скважина и ближайшие к ней участки разреза выше и ниже электрода A₀ заменяются тонкими слоями изолятора толщиной MN.

Таким образом, ток I₀ распространяется в радиальном направлении слоем, толщина которого примерно равна длине зонда L₀.

Под длиной зонда в данном случае понимают расстояние между срединами интервалов измерительных электродов M₁N₁ И М₂N₂. Еще одним характерным параметром зондов БК является их общая длина L_общ -расстояние между электродами А₁ и А₂. От L_общ зависят кривизна эквипотенциальных поверхностей экранирующего поля, а, следовательно, и степень фокусировки тока в различных направлениях. Чем больше L_общ, тем на большее расстояние от оси скважины ток растекается параллельно границам пласта, т.е. тем лучше он сфокусирован и наоборот. Глубину фокусировки принято характеризовать величиной

q = (L_общ - L_о)/ L_о.

Влияние скважины и зоны проникновения тем ниже, чем больше длина L_о. Поскольку чрезмерное увеличение L_о ухудшает выявление тонких пластов, то на практике применяют семиэлектродные зонды с L_общ не более 3 м (при L₀ = 0.5 - 0.8 м) и величиной q = 1,5.

Измеряют разность потенциалов U_M1N в окрестности приемного электрода, например М₁ относительно удаленного электрода N. Таким образом, семиэлектродный зонд по существу является сфокусированным потенциал-зондом.

Измеряемое напряжение представляет собой падение потенциала по токовому слою I. Поэтому оно в основном зависит от _П, а скважина и вмещающие горные породы оказывают на него небольшое влияние.

Кажущееся сопротивление рассчитывают как обычно:

_к = К * U_М1N / I₀.

3) Девятиэлектродный зонд БК.

В современной отечественной и зарубежной аппаратуре многоэлектродного БК используется зонд с девятью цилиндрическими электродами, установленными на корпусе скважинного прибора. Условие и способ измерения _К у этого зонда такие же как у семиэлектродного, но более сложная система фокусировки. Две пары экранирующих электродов: внутренняя (A₁ и А₂, B₁ и В₂) и внешняя (А₁ и A₂, и ) дают возможность существенно изменять его свойства.

При пропускании тока одной полярности через все пять токовых электрода получают нормализованный зонд (а). Его применяют для изучения удельного сопротивления неизмененной части пласта, для этого поддерживают постоянной амплитуду тока, стекающую с электродов и , а равенство нулю разности потенциалов между М₁ и N₁ обеспечивается регулировкой силы тока, протекающего через электрода А₁ и А₂. Такой зонд позволяет регистрировать величину _К, пропорциональную удельному сопротивлению пород до очень высоких значений последнего.

Для изучения зоны проникновения полярность тока, пропускаемого через внешние экранные электроды (В₁ и В₂), меняется на противоположную полярности электродов а₀, A₁ и А₂. Такой зонд называют псевдоэкранированным (б). В связи с малым расстоянием от обратных экранных электродов до зонда наблюдается основное падение потенциала основного электрода в непосредственной близости от скважины.

Девятиэлектродные зонды БК: нормализованный (а) и псевдоэкранированный (б).