4. Вібір оптимальних зондів

При дослідженнях методом ПО може реєструватися або сила струму (струмовий каротаж), або різниця потенціалів. В результаті струмового каротажу отримують струмові діаграми, що характеризують зміну сили струму по стовбуру свердловини.

Основним видом електричних спостережень свердловин є вимірювання ПО ( ) по стовбуру свердловини за допомогою стандартного зонда з постійним в даних геологічних умовах розміром. Це аналог електропрофілізації (ЕП). Стандартний, або оптимальний для району, що вивчається, зонд забезпечує якнайкраще виділення по кривим ПО шарів з різним питомим електричним опором. Його вигляд і розміри залежать від поставлених завдань і вибираються дослідним шляхом. Щоб отримати криву зміни ПО по свердловині, сила струму І на живлячих електродах зазвичай підтримується постійною, а зміряна безперервна крива різниць потенціалів на приймальних електродах при постійній довжині зонда є фактично графіком зміни. Для перекладу кривої(у мілівольтах) у криву (ом м) змінюється лише масштаб запису з урахуванням величини коефіцієнта установки і сили струму.

Вибір того чи іншого зонду для досліджень залежить від геологічних умов, які характеризують розріз, який досліджується. Наприклад, потенціал-зонди найбільш ефективно використовувати у розрізах з потужними пластами високого, чи навпаки дуже низького питомого опору. Градієнт-зонди ефективні у тих розрізах, де необхідно дослідити пласти невеликої потужності.

Приклад кривих позірного опору, одержаних різними зондами наведено на рис.5.5. Як видно з рисунка, конфігурація кривих позірного опору залежить при усіх рівних умовах від типу зонда і співвідношення його розмірів з потужністю пластів. Відповідно до цього розрізняються і правила визначення меж пластів за кривими ПО.

Рис. 5.5. Криві позірного опору у пластах різної потужності і опору. Криві: 1- потенціал-зонду; 2- оберненого потенціал-зонду; 3- підошовного градієнт-зонду;

опір пластів: а-середній; в і д – високий опір пласта за потужністю більшого за розмір зонду; е-високий опір пласта меншого за розмір зонду; с-низький опір пласта більшого за розмір зонду; р- низький опір пласта меншого за розмір зонду

Для зменшення впливу низькоомного бурового розчину на величину ПО по обидві сторони від електродів зонда роблять потовщення з ізоляційного матеріалу - "буфера". Загальний вид буферного зонда представлений на мал. 5.6.

Щоб полегшити зіставлення отримуваних даних, при документації розрізів свердловин каротаж по методу опору зазвичай проводять одним стандартним зондом. Стандартний зонд повинен відповідати вимогам чіткого виділення пластів, а зміряні позірні опори по можливості повинні бути близькі або, принаймні, пропорційні питомому опору порід. З урахуванням розглянутих залежностей значень ПО від співвідношення між довжиною зонда і потужністю пласта, впливи свердловини і відстані між приймальними електродами підібрати один універсальний зонд, який задовольняв би всім вимогам, неможливо.Тому при виборі стандартного зонда прагнуть виконати вказані умови для більшості пластів, що представляють практичний інтерес.

Рис. 5.6. Загальний вигляд зонда ПО

Зазвичай стандартний зонд вибирають з урахуванням даних боокового каротажного зондування (БКЗ). Досвід проведення ПО в районах з різною геологічною будовою дозволяє прийти до наступного висновку.

При дослідженнях розрізів піщано-глинистих відкладень в свердловинах

діаметром 200 мм як стандартний найчастіше використовується градієнт-зонд М2А0,5В, що фіксує пласти потужністю h = 0,5 м, що достатньо для вирішення завдань розвідки нафтових і газових родовищ. Вибір послідовного градиент-зонда обумовлений тим, що він краще встановлює наявність підошовної води в нафтових пластах, а це має значення для експлуатації нафтових свердловин.

У свердловинах структурного буріння діаметром 80-150 мм застосовуються

зонди меншої довжини: градієнт-зонд з L = 0,1м (М1А0,1В) або потенціал-зонд

завдовжки близько 0,3 м (В4А0,25М).

Як додаткові застосовуються зонди більшого або меншого розміру в порівнянні із стандартним. При дослідженні пластів високого опору і тонкослоистых розрізів на нафтових і газових родовищах ПО доповнюють бічним каротажем і мікрозондовими модифікаціями.

Додаток до лекції 1

(Деякі питання детальніше)

Для визначення питомого опору гірських порід у свердловині (тобто при каротажі)використовують джерело струму, яке створює у середовищі електричне поле. На рис. 3.1 це електроди А і В. Електричне поле, створене у провідному середовищі електродами А і В, тотожно електростатичному полю зарядів електродів А і В у непровідному середовищі. Різниця полягає лише у тому, що у першому полі заряди рухаються, а у другому вони нерухомі.

При електричному каротажі вивчають питомий електричний опір, дифузійно-адсорбційну і штучно викликану электрохімічні активності порід і тому подібне. Для визначення питомого опору застосовують бічне каротажне зондування (вимірювання трьохелектродними градієнт-зондами різної довжини), бічний каротаж (вимірювання зондами з фокусуванням струму), мікрокаротаж і бічний мікрокаротаж. Відмінність в дифузійно-адсорбційній активності порід використовується в каротажі самочинної поляризації (СП), а здатність порід поляризуватися під дією електричного струму - в каротажі викликаної поляризації (ВП), заснованому на відмінності потенціалів, що виникають на поверхні контактів руд (наприклад, сульфідних), вугілля і ін. породами.

При електромагнітному каротажі вивчаються питомі електрична провідність (індукційний каротаж), магнітна сприйнятливість (каротаж магнітної сприйнятливості, КМС) і діелектрична проникність (діелектричний каротаж, ДК).

При магнітному каротажі вимірюються магнітна сприйнятливість порід і характеристики магнітного поля.

Електростатичне поле характерне напруженням у кожній його точці, яке є вектором. За законом Кулона сила F, яка діє на позитивний заряде₀ на відстаніrвід зарядуе, дорівнює:

, (3.1 )

Звідси, напруження у точці А буде:

, ( 3.2 )

Введемо поняття про лінію напруженості електричного поля, яку частіше називають силовою лінією. Це така лінія , у кожній точці якої вектор напруження має напрям дотичної до неї (рис . 3.2,в).

Рис.3.1. Схема вимірювання позірного опору породи у свердловині.

а – позитивний заряд; б – негативний заряд; в – силова лінія.

Рис.3.2. Напрямок напруження електростатичного поля:

Потенціал заряду еу точці на відстаніrдорівнює:

, ( 3.3)

Напруженість поля – це градієнт потенціалу зі зворотнім знаком:

, (3.4 )

Електричне поле, як і електростатичне, характеризується напруженістю, потенціалом і відображається у вигляді силових ліній – ліній току.

Сила току іє фізична величина, яка вимірюється кількістю електрики, перенесеної крізь конкретну ділянку в одиницю часу, незалежно від того у якому напрямку і під яким кутом рухаються частики, що несуть заряди. Щільність току jє відношення сили токуiдо площіS:

, ( 3.5 )

Відповідно до закону Ома щільність току у кожній точці провідника дорівнює напруженню електричного поля в цій точці, поділеного на питомий опір речовини:

, ( 3.6 )

Припустимо, що маємо однорідне ізотропне середовище із питомим опором .Введемо у це середовище точковийелектрод А, з якого витікає струм силою і.Другий електрод далеко і не впливає на електричне поле електроду А. Лінії струму при перетинанніїхплощиноюутворюютьколо з центром у точці А (рис.3.3). Потенціал у точці Мдорівнює:

, ау точці N - , (3.7)

N

Рис.3.3. Електричне поле у однорідному ізотропному середовищі.

Легко бачити, що коли поміняти місцями точки А і М, тобто джерело току перемістити у точку М, а потенціал визначати у точці А, то його величина визначається рівняннями (3.8). Це положення справедливе і для неоднорідного середовища і знаходить практичне використання при електричному каротажу, якпринцип взаємності.

Каротаж опору – електричний каротаж, оснований на вимірюванні уявного (позірного) питомого електричного опору, тобто на вивченні розподілу штучного стаціонарного і квазістаціонарного електричного поля в гірських породах. Він дає змогу за величиною питомого електричного опору встановити літологію порід, їх структуру, вміст в розрізах корисних копалин.

Електричний каротаж Включає каротаж опорів: опору (ПО) – вимірювання позірного опору гірських порід; Бічний каротаж (БК) - різновид методу ПО екранованими електродами і їх мікрозондні модифікації (ПО МЗ і БК МЗ); Застосовуються різні види струмових каротажів .

До електричних можна віднести індукційний каротаж (ІК) вимірювання питомої провідності гірських порід за допомогою котушок індуктивності. Метод вимірювання і інтерпретації природних електричних потенціалів гірських порід в свердловинах або каротаж методом самочиннної поляризації(ПС).

Електричний каротаж - найбільш розвинений і розгалужений вид каротажу. Його призначення - диференціація розрізів свердловин по електричних властивостях і визначення цих властивостей.

Породи в процесі буріння в них свердловин піддаються значним змінам (розтріскуванню, утворюється зона проникнення бурового розчину), що приводять до зміни їх фізичних властивостей, на стінках свердловини утворюється глиниста кірка.

В результаті таких змін питомий електричний опір (ПЕО) напроти пласта колектора не залишається постійним в радіальному напрямі, причому характер його зміни неоднаковий у водонасичених і нафто-газонасичених пластах, як це показано на рис. 3.4. а і б.

Електричний каротаж - найбільш розвинений і розгалужений вид каротажу. Його призначення - диференціація розрізів свердловин по електричних властивостях і визначення цих властивостей.

Породи в процесі буріння в них свердловин піддаються значним змінам (розтріскуванню, утворюється зона проникнення бурового розчину), що приводять до зміни їх фізичних властивостей, на стінках свердловини утворюється глиниста кірка.

В результаті таких змін питомий електричний опір (ПЕО) напроти пласта колектора не залишається постійним в радіальному напрямі, причому характер його зміни неоднаковий у водонасичених і нафто-газонасичених пластах, як це показано на рис. 3.4. а і б.

Рис.3.4. Розподілення електричних опорів в радіальному напрямку для водонасиченого (а) і нафтонасиченого (б) пласта-колектора. (УЭС _рос. = ПЕО _укр.. – питомий електричний опір)

На цих рисунках введені наступні позначення: опори бурового розчину - ρ₀, глинистої кірки - ρ _гк; зони повністю промитих порід - ρ_пп; усереднений опір зони проникнення в цілому - ρ ', водонасиченого пласта – ρ_ВП , нафтогазонасиченого – ρ_НГ, діаметр свердловини – d; діаметр зони проникнення - D; товщина глинистої кірки - h_rK.

Як випливає з порівняння фігур а і б, і у водонасиченому, і в нафтонасиченому пластах при однакових значеннях ρ₀ близькі значення ρгк і ρпп а ось значення ρ' розрізняються. У нафтонасичених пластах дуже часто опір зони проникнення за межами повністю промитих порід перевищує ρ_пп і ρ_нг. Це пояснюється тим, що фільтрат бурового розчину, відтісняючи нафту із зони повністю промитих порід, збільшує її концентрацію за межами цієї зони, а оскільки нафта має дуже високий ПЕО, то вона збільшує і опір всієї зони проникнення в цілому. З тієї ж причини опір нафтонасиченого пласта значно (на декілька порядків) перевищення опір водонасиченого ρнг>ρвп.

Не дивлячись на те, що опір в зоні проникнення не залишається постійним, при теоретичних розрахунках приймають його за деяку постійну величину ρ', рівну середньому опору в цій зоні. Саме цей опір ρ' і визначають, наприклад, при інтерпретації тришарових кривих БКЗ.

При інтерпретації даних електричного каротажу слід враховувати, що ПЕО порід розрізу не залишається постійним - і у вертикальному напрямі, як це показано на рис. 3.5, і в загальному випадку зміряний опір залежатиме від цілого ряду електричних і геометричних параметрів:

(3.9)

З цієї причини зміряний в свердловині опір пласта буде не його дійсним опором, а уявним

(позірним) ПО, або ρ_по. З цієї ж формули видно, що для того, щоб по ρ_по визначити ρ_пл, потрібно виключити або врахувати вплив решти всіх параметрів.

Рис. 3.5. Фактори, що впливають на величину уявного (позірного) опору при вимірюванні в умовах свердловини.

13