Промысловая геофизика учебное пособие

вариантах: в виде трехэлектродных нефокусированных стандартных зондов и зондов с радиальной фокусировкой (экранированные микрозонды). В первом случае на изолирующей пластине (башмаке) размещают три электрода на расстоянии 25 мм один от другого.

Рис. 17. Принципиальная схема измерений микрозондами: а – общий вид микрозонда: 1 – электроды, 2 – башмак, 3 – кабель; б – схема записи: Г1, Г2 – приборы для регистрации кривых

Их используют для одновременной регистрации диаграмм двух

зондов (рис. 18) микроградиент-зонда (МГЗ) А0,025

Nс размером АО = 37 мм и микропотенциал-зонда (МПЗ) А0,05 М с АМ = 50 мм. Регистрируемое микрозондом кажущееся сопротивление вычисляется по формуле ρ = K (∆U/I ), а коэффициент микрозонда К определяется экспериментально. Радиус исследования для МГЗ равен его длине (примерно 4 см), а для МПЗ – удвоенной длине зонда (10–12 см).

По диаграммам МГЗ и МПЗ выделяются породы трех типов (см. рис. 18). Типы пород определяются характером контакта башмака микрозонда с породой, что, в свою очередь, зависит от состояния стенки скважины.

41

К третьему типу относятся глины, которые набухают и размываются при контакте с буровым раствором, образуя значительное увеличение диаметра скважины. Показания МПЗ и МГЗ в этих интервалах практически совпадают и равны сопротивлению бурового раствора.

Границы пластов уверенно выделяются по кривым МЗ по наиболее крутому подъему кривых. Диаграммы экранированных микрозондов (см. ниже метод МБК) также позволяют выделять границы пластов с большой точностью.

Для оценки удельного сопротивления проницаемой части пласта (промытой зоны ρпп) по результатам измерений МЗ используются специальные палетки, которые составлены на основании модельных расчетов.

Резистивиметрия скважин и определение ρс по палеткам БКЗ. Под резистивиметрией понимают измерение удельного электрического сопротивления жидкости ρс, заполняющей скважину, с помощью скважинного резистивиметра. Значения сопротивления промывочной жидкости необходимы при вычислении истинных уд. сопротивлений пород на основании кажущихся.

Сопротивление жидкости замеряют и при определении места притока воды в скважину (см. главу 12). Поскольку удельное сопротивление ρс сильно зависит от температуры, измерение удельного сопротивления сопровождается измерением температуры жидкости.

Скважинный резистивиметр представляет собой обычный каротажный зонд малых размеров (расстояние между электродами 2–3 см). Электродная установка резистивиметра в наиболее простом случае помещается в трубу из изолирующего материала с открытыми торцами, по внутренней поверхности которой расположены три кольцевых электрода А, М и N, образующих однополюсный гради- ент-зонд.

При перемещении резистивиметра по скважине жидкость свободно циркулирует через трубу, которая служит изолирующим экраном, исключающим влияние среды за пределами определенного объема жидкости (стенки скважины, обсадной колонны). Измерения резистивиметром выполняют по схеме, аналогичной замеру при

43

обычном электрическом каротаже методом сопротивления. Для более точного определения сопротивления бурового раствора ρс используют данные электрозондирования (БКЗ). Для этого в разрезе выбирают пласт, для которого кривая зондирования является заведомо двухслойной (плотная порода). Желательно, чтобы мощность такого пласта была велика (h/dс > 16) и сопротивление существенно отличалось от сопротивления бурового раствора.

На бланк, где построена кривая этого пласта, наносят линию диаметра скважины, которую затем совмещают с линией диаметра двухслойной палетки. Бланк перемещают вверх или вниз относительно оси ординат палетки до тех пор, пока точки интерпретируемой кривой не согласуются с кривыми двухслойной палетки. При фиксированном положении кривой на бланке определяют положение ее левой и правой асимптот (ρк = ρс и ρк = ρп). Величину ρк = ρс дает крест палетки, перенесенный на бланк, а ρк = ρп определяется как точка пересечения интерпретируемой кривой с кривой А. Аналогично для определения ρс по данным БКЗ могут быть использованы палетки ЭКЗ, если кривые кажущегося сопротивления данного пласта ограниченной мощности не искажены экранированием.

1.2.6. Диаграммы экранированных зондов

Боковой каротаж (БК). Под боковым каротажем понимают каротаж сопротивления зондами с экранными электродами и фокусировкой тока. Он является разновидностью каротажа по методу сопротивления с использованием зондов, в которых электрическое поле является управляемым. Различают боковой каротаж, выполняемый многоэлектродными (семь, девять электродов) и трехэлектродным зондами (рис. 19).

Трехэлектродный зонд (БК-3) состоит из трех электродов удлиненной формы. Центральный (основной) электрод А0 и расположенные симметрично ему два экранирующих А1 и А2 представляют собой металлические цилиндры, разделенные между собой тонкими изоляционными прослойками. Через электроды пропускают ток, который регулируется так, чтобы потенциалы всех трех электродов поддерживались одинаковыми. Это достигается путем соединения

44

основного электрода А) с экранными через малое сопротивление (r = 0,01Ом), которое используется также для измерения силы тока через центральный электрод. Такой зонд можно рассматривать как единое проводящее тело, в котором потенциалы всех электродов равны (UА1 = UА0 = UА2), а токовые линии основного электрода вблизи зонда перпендикулярны к его оси.

Рис. 19. Схемы зондов бокового каротажа. Зонды: а – семиэлектродный (БК-7), б – девятиэлектродный псевдобоковой (ПБК), в – трехэлектродный (БК-3)

Кажущееся удельное сопротивление определяется по разности потенциалов ∆Uкс между электродами А0 и N, расположенными в удалении, и рассчитывается по формуле ρ = K(∆U/I). Результат измерения зондом БК относят к середине электрода А0. Записывая изменение ∆Uкс и поддерживая силу тока I0 в основном электроде постоянной, получают кривую КС. Коэффициент трехэлектродного зонда определяют в однородной среде с удельным сопротивлением

45

ρп, считая ρк = ρп. Характерными для него константами являются длина зонда Lз, соответствующая расстоянию между серединами изолированных интервалов (приблизительно длине основного электрода А0), общая длина зонда Lобщ и его диаметр d3.

В трехэлектродном зонде ток, вытекающий из А0, вследствие экранирования собирается в почти горизонтальный слой, имеющий форму диска, толщина которого приблизительно равна Lз (рис. 20).

Семиэлектродный зонд состоит из центрального электрода А0, двух пар измерительных М1, М2, N1, N2 и одной пары токовых экранных электродов А1 и А2. Электроды каждой пары соединены между собой и симметрично расположены относительно электрода А0. Через последний пропускают ток силы I0, который поддерживается постоянным в процессе регистрации. Через экранные электроды А1 и А2 протекает ток Iэ той же полярности, но такой силы, чтобы разность потенциалов между электродами М1 и N1 или М2 и N2 равнялась нулю. Замеряют падение потенциала одного из измерительных электродов М1, М2 или N1, N2 относительно электрода N, удаленного на значительное расстояние от токовых электродов, чтобы избежать влияния их электрического поля. Выносить электрод N на поверхность нежелательно из-за индуктивных помех.

Результат измерений зондом БК относят к точке А0. За длину зонда Lз принимают расстояние между серединами интервалов М1 N1 и М2 N2 (точками О1 и О2). Расстояние между экранирующими электродами А1, А2 называют общим размером зонда Lобщ. Кроме того, для характеристики зонда введено понятие параметр фокуси-

ровки q = (Lобщ – Lз)/Lз.

Кажущееся удельное сопротивление пород находят по данным замера разности потенциалов ∆Uкс и силы тока I0 через основной электрод А0. Для определения коэффициента зонда К исходят из известного положения, что в однородной и изотропной среде измеренное сопротивление соответствует истинному. При боковом каротаже благодаря наличию экранных электродов А1 и А2 токовые линии распространяются горизонтально в пределах слоя толщиной, равной приблизительно длине зонда (О1, О2).

Разность потенциалов между электродами М1N1 и М2N2 равна нулю, следовательно, сила тока вдоль оси скважины на этом интер-

46

вале также равна нулю. Дело обстоит так, как будто скважина и прилегающие к ней участки пласта выше и ниже электрода А0 заменены пробками из изолирующего материала. Напряжение ∆Uкс, измеряемое зондом БК, представляет собой падение потенциала от скважины до удаленной точки по пласту. В связи с этим ρк зависит в основном от удельного сопротивления пород; влияние скважины и вмещающей среды на результаты измерений при БК снижается. Величины КС, зарегистрированные при БК, более близки к истинным значениям ρп по сравнению с КС, замеренными обычными зондами.

На рис. 20 дано схематическое изображение распределения токовых линий из электрода А0, расположенного против пласта высокого сопротивления при обычном методе КС (а) и БК (б).

Глубина исследования при боковом каротаже тем больше, чем больше расстояние между экранными электродами А1 и А2. БК имеет преимущества перед обычными электрозондами – даже тонкий пласт при неблагоприятных условиях (ρп/ρс =1000) четко выделяется на кривой БК и слабо выражен на кривых нефокусированных потенциал- и градиент-зондов.

Девятиэлектродный зонд псевдобокового каротажа (ПБК) обладает малой глубинностью исследования и применяется для изучения зоны пласта, прилегающей к скважине. Это семиэлектродный зонд, на внешней стороне которого находятся два обратных токовых электрода В1 и В2, симметрично расположенных относительно центрального А0 (см. рис. 19, б). Через электроды В1 и В2 замыкается цепь тока I0 и Iэ. В результате токовые линии от центрального электрода А0 не текут в глубь пласта, а растекаются в непосредственной близости от скважины (слой токовых линий I0 с удалением от скважины быстро расширяется). На этом участке происходит значительное падение потенциала, характеризуя в основном уд. сопротивление пласта, прилегающего к скважине.

Аппаратура АБКТ для трехэлектродного бокового каротажа является комплесной и помимо БК дает возможность проводить обычный электрический каротаж комплектом зондов БКЗ.

47

мерениях бокового каротажа трехэлектродным зондом достаточно большого размера (зонд АБК-3) влияние ограниченной мощности пласта с большим удельным сопротивлением определяется в основном соотношением мощности пласта и диаметра скважины.

В общем случае влияние ограниченной мощности пласта на результаты измерений трехэлектродного и семиэлектродного зондов тем больше, чем меньше ρвм / ρс. Из сказанного следует, что определение ρп по данным замера одним зондом БК затруднительно, за исключением тех случаев, когда промывочная жидкость не проникает в пласт или при наличии неглубокого понижающего проникновения (D/dс < 6).

Микробоковой каротаж (МБК). Под микробоковым карота-

жем понимают микрокаротаж с фокусировкой тока. На практике применяют четырехэлектродный, двухэлектродный и трехэлектродный микрозонды (рис. 22). Электроды зонда смонтированы на резиновом башмаке с рабочей кривизной поверхности 200 мм.

Электрод А0 имеет размеры 15×70 мм; длина экранного электрода Аэ 208 мм, ширина 102 мм. Через центральный электрод А0 протекает постоянный ток I, а через экранный электрод Аэ пропускают ток такой же полярности, как и через А0. Сила тока регулируется так, чтобы разность потен-

50