5. Фізичні основи електричного каротажу
Здатність гірських порід проводити електричний струм є однією із їх властивостей, яка широко використовується для вивчення геологічного розрізу свердловин.
Величиною,
яка характеризує здатність гірської
породи пропускати електричний струм,
є питомий опір . Він може бути визначений
за допомогою відомої формули для опору
R провідника із однорідної речовини з
сталою площиною січення S і довжиною l:
.
Ом·метрах (Ом·м) Таким чином, питомий
опір гірської породи – це опір між двома
протилежними гранями куба породи з
ребром в один метр. Ом·сантиметр
(Ом·см).Здатність породи проводити
електричний струм можна охарактеризувати
і питомою електропровідністю , яка є
величиною оберненою питомому опору
.Провідність
вимірюється в сіменсах (См). У відповідності
з цим питома електропровідність
виражається в См/м. Переважно, щоб
уникнути дробових чисел користуються
тисячними частинами цієї одиниці –
мСм/м. Гірські породи за величиною
електропровідності займають проміжне
місце між провідниками та ізоляторами.
Їх питомий опір змінюється від долей
Ом·м до десятків тисяч Ом·м. За його
величиною, яка визначається за допомогою
каротажу, можна судити, які породи
насичені нафтою або газом або не насичені.
Мінерали, які складають гірські породи, в основному, погано проводять електричний струм; мінеральний скелет породи можна вважати не провідником. Електропровідність гірської породи обумовлена електропровідністю пластової води, яка заповнює пори.
6. Класифікація зондів і їх характеристика
Уявний опір гірських порід переважно вимірюється за допомогою звичайних зондових пристроїв, у яких три електроди знаходяться в свердловині. Домовимось називати електроди парними, якщо вони включенні в одну ланку – живлячу (А і В) або вимірювальну (М і N), і непарними – електроди різних ланок. Електроди А і В, які служать для створення електричного поля в свердловині, називають струменевими або живлячими, електроди М і N, які використовуються для вимірювання величини електричного поля, – вимірювальними або приймальними.
За величиною електричного поля, що вимірюється, та розміщенням електродів зондові пристрої діляться на потенціал-зонди і градієнт-зонди . Потенціал-зондами називаються такі зонди, в яких відстань між непарними електродами АМ мала у порівнянні з відстанню між парними електродами (МN або АВ), тобто АМ<MN або АМ<AB. Якщо один із парних електродів (N або В) потенціал-зонда віддалений у нескінченність (N або B), то такий зонд називається ідеальним потенціал-зондом (Рис. 5.1, а, IГрадієнт-зонди – це зонди, в яких відстань між парними електродами (АВ або МN) мала в порівнянні з відстанню між непарними електродами (АМ).Якщо відстань між зближеними електродами МN або АВ прямує до нуля, то такий зонд називається ідеальним градієнт-зондом. На практиці використовують трьохелектродні неідеальні градієнт-зонди, величина к яких пропорційна зміні різниці потенціалів на ділянці МN. За призначенням електродів, які розміщені в свердловині, зонди можуть бути однополюсні або прямого живлення та двополюсні або взаємного живлення.
7 Криві уявного електричного опору звичайних неекранованих зондів.
Розглянемо криві УО для одинарних однорідних пластів при різних співвідношеннях розміру зонда L і потужності пласта h, питомого опору пласта п і вміщуючих порід вм, дійсні питомі опори яких в підошві і покрівлі рівні.
Форму кривих УО потенціал-зонда розглянемо для потужного і тонкого пластів.
1. Пласт потужний (h>Lпз), високого питомого опору (п>вм), виділяється максимум к, який симетричний відносно середини пласта
2. Пласт тонкий (h<Lпз), високого питомого опору (п>вм). З наближенням зонда до підошви пласта к збільшується, досягаючи максимуму на відстані АМ/2 від нижньої границі
3. Потужний пласт (h>Lпз) низького питомого опору (п<вм) виділяється мінімумом к, симетричним відносно середини пласта (Рис. 5.2, б). Границі визначаються за аналогією для високоомного пласта.
4. Тонкий пласт (h<Lпз) низького питомого опору (п<вм) відмічається симетричним
Форму кривих УО для градієнт-зондів розглянемо на прикладі послідовного зонда.
1. Пласт потужний (h>Lгз), високого опору (п>вм). Крива УО є асиметрична відносно середини пласта. При наближенні зонда до пласта к зростає (Рис. 5.2, в).
Границі високоомного пласта на кривій УО послідовного градієнт-зонда відмічаються наступним чином: покрівля – мінімум кривої к, підошва – максимум, причому сама крива зміщена за глибиною вниз на половину відстані між парними електродами (MN/2).
2. Пласт тонкий (h<Lгз), високого опору (п>вм). Крива УО асиметрична відносно середини пласта. Підошва пласта відмічається основним максимумом к, покрівля пониженим значенням к. При збільшенні відношення Lгз/h криві УО стають більш симетричними.
Криві УО, які отримані оберненим градієнт-зондом, мають дзеркальне відображення кривих УО, які отримані градієнт-зондом.
8. Фізична суть стандартного каротажу та задачі, що вирішуються за допомогою даного методу
Для порівняння між собою діаграм УО, які отримані в окремих свердловинах регіонів з специфічними умовами залягання порід, дослідження розрізів свердловин здійснюється зондом одних і тих же розмірів і типу, який називається стандартним. Вибір стандартного зонда здійснюється за наступними основними вимогами:
1. Крива УО повинна бути достатньо диференційована за вертикаллю і, відповідно, повинна виділяти як можна більше пластів в розрізі свердловини;
2. На кривій к повинні достатньо чітко відмічатись границі пластів різних питомих опорів;
3. Значення УО навпроти окремих пластів не повинні значно відрізнятись від їх дійсного питомого електричного опору.
При виборі стандартного зонда має значення не тільки його розмір, але і тип. Наприклад, в тонкошаруватому розрізі не слід застосовувати потенціал-зонд, так як за його кривими УО не можна виділити тонкі пласти високого опору.
На практиці в якості стандартного зонда переважно використовують зонд середньої довжини, який дозволяє отримати найбільш оптимальні дані про геологічний розріз, що вивчається.
Тип і розмір стандартного зонда може підбиратись в залежності від степені геолого-геофізичної вивченості району, особливо на стадії пошуково-розвідувальних робіт.