1. Методы электрометрии для исследования разрезов скважин

Электрические и электромагнитные методы ГИС базируются на дифференциации горных пород по электромагнитным свойствам.

Методы электрометрии делятся на методы естественного и вызванного поля, электрические и электромагнитные (на квазипостоянном и переменном токе, соответственно) (Рисунок 58), а также на фокусированные и нефокусированные (устройство прибора предполагает или не предполагает фокусировку тока в интересующей области пространства) (Рисунок 59).

Рисунок 58. Классификация методов электрометрии по источнику поля

Рисунок 59. Классификация методов электрометрии по наличию фокусировки

Рассмотрим физические основы, устройство приборов и принципы обработки результатов для наиболее распространенных на российских месторождениях методов электрометрии, таких как метод собственного потенциала, измерения градиент- и потенциал-зондами (одиночное профилирование, боковое каротажное зондирование (БКЗ), микрозондирование), боковой каротаж и индукционный каротаж.

Метод собственных потенциалов (ПС) и его интерпретация описаны в пункте 6.6.

1. Характеристика объектов исследования в скважинах

При проходке скважины различные горные породы изменяются на контакте с буровым раствором (промывочной жидкостью) неодинаково.

При разбуривании плотных пород их свойства на контакте с буровым раствором обычно не претерпевают изменений (возможно осыпание и образование зоны трещиноватости, если породы хрупкие).

Глинистые породы на контакте с буровым раствором, как правило, набухают, размываются и выносятся буровым раствором, в результате чего диаметр скважины может увеличиться. Однако свойства оставшейся глины практически не меняются и остаются однородными в радиальном направлении.

Наибольшее изменение свойств прискважинной зоны обычно наблюдается при вскрытии пластов-коллекторов скважиной на глинистом растворе. Превышение скважинного давления над пластовым вызывает проникновение фильтрата промывочной жидкости из скважины в пласт, при этом на стенке скважины, как на фильтре, образуется глинистая корка, уменьшая диаметр скважины. В прискважинной области коллектора образуется зона проникновения, где пластовые флюиды смешиваются с фильтратом бурового раствора, при этом глубина проникновения обычно составляет 2–8 радиусов скважины. Характер проникновения называется повышающим, если ρ_зп>ρ_п (характерен для терригенных коллекторов, насыщенных водой или нефтью), и понижающим, если ρ_зп<ρ_п (характерен для терригенных коллекторов, насыщенных газом, и карбонатных коллекторов).

Таким образом, распределение сопротивления от центра скважины в радиальном направлении может быть упрощенно представлено в виде двух моделей (Рисунок 60) – двухслойной для непроницаемых пород (скважина – неизмененная порода) и трехслойной для коллекторов (скважина – зона проникновения – неизмененная порода).

а b

Рисунок 60. Горизонтальный и вертикальный разрезы двухслойной (а) и трехслойной (b) моделей радиального распределения сопротивления

2. Электрический каротаж нефокусированными зондами

Нефокусированные зонды электрического каротажа обычно состоят из двух питающих электродов (обозначаемых на схемах как А и B), один из которых (B) заземлен на поверхности, и двух приемных электродов (M и N). Электроды А и B питают переменным током низкой частоты (не превышает нескольких сотен Гц), что позволяет базировать теорию метода на законах постоянного тока. Измеряют разность потенциалов (напряжение) между приемными электродами, получая в итоге т.н. кажущееся сопротивление, равное

ρ_К = K ΔU/I, где K ˗ коэффициент зонда. (7.2)

Кажущимся наблюденное сопротивление называют из-за его зависимости не только от свойств изучаемого пласта, но и от свойств скважины, зонда, экранных эффектов горизонтальных границ и т.д.

Нефокусированные зонды электрического каротажа бывают двух типов ˗ градиент-зонд (измерительные электроды сближены) и потенциал-зонд (измерительные электроды отдалены друг от друга).

В соответствии с названием для градиент-зонда разность потенциалов между M и N близка к градиенту потенциала в точке записи, а для потенциал-зонда – к потенциалу в точке M.

На представленной схеме (Рисунок 61) можно видеть, кроме строения зондов, определение их длин и расположение точки записи (точки, к глубине положения которой относят результат измерения).

Расположение электродов оказывает влияние на радиус исследования (глубинность) зондов. Радиус исследования градиент-зонда приблизительно равен его длине, в то время как глубинность потенциал-зонда – 2–3 длины.

Кривые, записанные градиент- и потенциал-зондами напротив одного и того же пласта, различны по форме. Различны также и методики отбивки границ и снятия существенных значений.

Рисунок 61. Схемы расположения электродов, составляющих градиент- и потенциал-зонды

Отбивка кровли пласта высокого сопротивления по кривой градиент-зонда делается по минимуму, подошвы – по максимуму, а в виде существенных значений напротив пласта достаточной мощности следует снимать среднее значение в средней части пласта (Рисунок 62).

Отбивка границ пласта высокого сопротивления по кривой потенциал-зонда делается на расстоянии L_з/2 от начала крутого подъема кривой, а в виде существенных значений напротив пласта достаточной мощности следует снимать максимальное показание напротив середины пласта (Рисунок 62). Поскольку при наличии скважины и прискважинной области с измененным составом флюида (зоны проникновения) определить истинное сопротивление пласта при одиночном профилировании нефокусированными зондами невозможно, предложен метод одновременного замера, выполняемого несколькими градиент-зондами разной длины, размещенными на одном приборе. Длины зондов, включенных в прибор, обычно составляют от 0,45 до 8,5 м. Поскольку радиус исследования обусловлен длиной зонда, таким путем осуществляют зондирование среды в радиальном (боковом) направлении или боковое каротажное зондирование (БКЗ).

Напротив пластов с существенным радиальным изменением сопротивления (коллекторов, Рисунок 60) наблюдается расхождение показаний градиент-зондов разной длины (Рисунок 63), так как их радиусы исследования охватывают участки среды с разным сопротивлением – от скважины и зоны проникновения для коротких зондов до неизмененной части пласта для длинных зондов.

a b

Рисунок 62. Кривые, записанные градиент- и потенциал-зондом напротив пласта высокого сопротивления (a – градиент-зонд, b – потенциал-зонд)

Рисунок 63. Показания зондов БКЗ напротив коллекторов и неколлекторов

При интерпретации данных БКЗ для каждого исследуемого пласта строится фактическая кривая зондирования – зависимость показаний зонда (существенного значения кажущегося

Рисунок 64. Пример применения метода подбора. Модель трехслойная, с повышающим проникновением

сопротивления, снятого с кривой напротив пласта) от его длины ρк = f(Lз). Так как радиус исследования зонда прямо связан с его длиной, эта зависимость отражает распределение сопротивления в радиальном направлении (предполагается, что в осевом направлении сопротивления модели неизменны). Для решения обратной задачи БКЗ используется метод подбора (Рисунок 64, Рисунок 65) – прием совмещения кривой зондирования с палеточными кривыми (расчетными кривыми зондирования для заданных параметров модели среды).

Рисунок 65. Пример применения метода подбора. Модель трехслойная, с понижающим проникновением

Модель распределения сопротивления в среде, использованная для расчета наиболее подходящей палеточной кривой, принимается за модель изучаемого пласта. Результатом интерпретации данных БКЗ как зондирования является полное описание пространственного распределения сопротивления в рамках выбранной модели, то есть определение диаметра D и сопротивления ρзп зоны проникновения и сопротивления ρп неизмененной части пласта.