6.3 Методи позірного опору (по)

Цю групу методів складають стандартний електрокаротаж, бокове каротажне (електричне) зондування, метод мікрозондів (мікрокаротаж), пластова похилометрія, резистивіметрія.

6.3.1 Вимірювання позірного опору звичайними зондами

Електричний опір (ρ) гірських порід вимірюють за допомогою зонда, який опускається в свердловину на кабелі. Переважно для визначення питомого електричного опору гірських порід у свердловинах застосовується установка із чотирьох електродів A M N B.

Е лектричний струм I вводиться в породи через електроди живлення А і В. Між електродами М і N вимірюється різниця потенціалів ΔU, яка пропорційна величині струму І та питомому електричному опорові порід, у яких розміщується зонд що дає можливість за даними вимірів ΔU та I визначити ρ. Електроди А, М, N або А, В, М, що мають назву зонда, опускають на кабелі в свердловину на заданих віддалях один від одного. Четвертий електрод B, коли A, M, N у свердловині або N, коли B, A, M у свердловині розміщують близько гирла свердловини

Питомий електричний опір визначають за формулою:

(6.4), де К – коефіцієнт зонда, що залежить від взаємного розміщення електродів зонда і віддалі між ними.

Його обчислюють за такими формулами:

(6.5),

де - віддалі між відповідними електродами зонда в межах. Розмірність K_AMN – метри. Коефіцієнт зонда K_BAM в метрах, який залежить від віддалей MA, MB та AB між електродами:

(6.6)

Різниця потенціалів вимірюється в мілівольтах, сила струму в міліамперах. Тоді питомий опір буде в Омм.

Коефіцієнт зонда не змінюється в процесі реєстрації. Сила струму підтримується постійною. При цьому вимірювані різниці потенціалів відбивають характер зміни питомого опору середовища.

6.3.2. Зонди, що застосовуються для вимірювання позірного опору гірських порід.

Середовище, у якому проводяться виміри, неоднорідне. Зонд пересувається в свердловині, що заповнена буровим розчином, питомий опір якого відрізняється від питомого опору досліджуваного пласта.В результаті утворення зони проникнення питомий опір присвердловинної зони пласта може відрізнятися від питомого опору його незміненої частини. Вище і нижче пласта залягають породи зіншим питомим опором. Однак і в цьому випадку користуються формулою для однорідного середовища і визначають позірний опір:

(6.7).

Позірним опором (ПО) називають величину, отриману за результатами вимірювань зондом за формулою для однорідного середовища.

Позірний опір – функція багатьох величин: питомого опору, потужностей пластів, діаметру свердловини, бурового розчину; характеру змін у присвердловинній зоні пласта, типу і розміру зонда, яким проводять виміри.

Вимірювання позірного опору гірських порід у свердловині проводять за допомогою 2^х, 3^х, 4^х електродних вимірів електродних вимірних установок, які звуться зондами. Останні в залежності від співвідношення віддалей між електродами живлення і вимірними електродами поділяються на потенціал- і градієнт-зонди, а в залежності від вибору кола живлення на зонди прямого і взаємного живлення (однополюсні та двополюсні).

Потенціал-зонди – це такі зонди, в яких віддаль між парними електродами MN чи AB значно більша в порівнянні з віддалю між зближеними електродами (AM чи MA). Потенціал-зонд, у якого один із парних електродів віддалений на дуже велику віддаль (“нескінченність”) називають ідеальним.

Розмір такого зонда буде . При вимірюванні ідеальним потенціал-зондом, питомий опір визначається величиною потенціалу в т. М

A М

т.о т.о

М А

Прямого живлення (однополюсний). Взаємного живлення (двополюсний

Рисунок 3

Практично ідеальним потенціал-зондом вважають будь-який 3х електродний зонд, у якого за схемою прямого живлення потенціал т. N не перевищує 5% потенціалу U_M в т. М.

В однорідному середовищі таким зондом буде зонд, коли . У звичайному потенціал-зонді віддаль до найближчого парного електроду в 7-12 раз перевищує віддаль між непарними електродами. Тому вимірювана різниця потенціалів визначається, в основному, потенціалом електроду М.

Потенціал-зонди бувають:

а) послідовними прямого живлення;

б) послідовними взаємного живлення;

в) оберненими прямого живлення;

г) оберненими взаємного живлення.

А М N B

М

А

N

В M

A A

M

Рисунок 4. О – точка реєстрації;

розмір зонда

Градієнт-зондом називають такий зонд, у якого віддаль між парними електродами M і N або A і B мала в порівнянні з віддалю між віддаленими електродами. За допомогою такого зонда вимірюють падіння потенціалу в точках, віддалених одна від одної на невеликих віддалях, тобто градієнт-потенціалу. Тому і називають зонд із зближеними парними електродами градієнт-зондом.

Градієнт-зонд з нескінченно-малою віддалю між парними електродами називають ідеальними. Для ідеального градієнт-зонда величина позірного опору пропорційна градієнту потенціалу електричного поля в т. О, розміщеній посередині між електродами M і N зонда.

Градієнт-зонди, з якими проводяться виміри в свердловинах, не є ідеальними з таких причин:

1. Не можна встановити електроди M і N (A і B) на нескінченно близькій віддалі один від одного.

2. При значному зближенні цих електродів вимірювана різниця потенціалів U зменшиться настільки, що одержання точних вимірів Uстає неможливим.

Практично ідеальним градієнт-зондом може вважатися той, у якого .

В однорідному середовищі ця умова зберігається при .

Розрізняють градієнт-зонди:

а) послідовний прямого живлення;

б) послідовний взаємного живлення;

в) обернений прямого живлення;

г) обернений взаємного живлення.

A M N B

M A

M A

N B A M

Рисунок 5. О – точка реєстрації; - розмір зонда у метрах.

Послідовні зонди ще називають підошовними а обернені покрівляними. Назви такі тому, що в пластах великої потужності високого опору ними відбивається максимумом опору: підошовними градієнт-зондами – підошва пласта, а покрівляними.

Результати виміру ПО відносять до середньої точки між зближеними електродами, точки реєстрації опору. При такому виборі точки реєстрації спостерігається найкращий зв’язок між кривою опору і геологічним розрізом.

Для позначення зонда записують буквенні назви його електродів у порядку розміщення їх у свердловині зверху вниз, вказуючи віддалі між ними в метрах.

A_0.5M_0.1N – послідовний градієнт-зонд прямого живлення.

N_7.0M_0.5A – обернений потенціал-зонд прямого живлення.

Для умовної оцінки глибини дослідження зондом застосовують термін “радіус дослідження”.Під “радіусом дослідження” умовно розуміють радіус сфери в однорідному середовищі, необмеженої потужності, яка впливає на покази зонда так, як і та частина середовища, яка розміщена за межами даної сфери.

Виходячи з цього вважають, що “радіус дослідження” градієнт-зондом співпадає з його довжиною, а потенціал-зондом в 2-3 рази більший за його довжину.

Таким чином “радіус дослідження” потенціал-зонда в 2-3 рази більший за “радіус дослідження” градієнт-зонда такого ж розміру.

Застосовувані зонди мають властивість взаємозамінності струмових та вимірних електродів.

Так при пропусканні струму через електроди A і B та вимірюванні різниці потенціалів між електродами M і N отримуємо деяке значення позірного опору (деяку криву опору). Якщо змінити призначення електродів, тобто пропускати струм через електроди, які раніше були вимірними (M і N), а вимірювати різницю потенціалів між бувшими струмовими електродами, то одержимо те ж саме значення позірного опору (ту ж криву опору). Це дає змогу вести теоретичні розрахунки для однополюсних зондів, а на практиці застосовувати однополюсні та двополюсні зонди, з врахуванням доцільності їх застосовування.