Каротаж на основе естественных и искусственно вызванных электромагнитных полей

Как и в электроразведке, предпосылками методов электрического каротажа является возможность существования в геологической среде, окружающей скважину, электромагнитного поля. Его исследование и изучение в зависимости от дифференциации горных пород, включая целевые объекты (нефтегазовые продуктивные горизонты, угольные пласты, рудные тела и пр.) и является основной целью электромагнитных методов ГИС с последующим решением поставленных геологических задач.

Как и в электроразведке, электрических методов ГИС очень много: десятки и даже первые сотни, если учитывать детализационные методы и специальные методы при работах в скважинах. Преимущественно это методы электрического профилирования по стволу скважины, притом, что продуктивные нефтегазовые интервалы или другие целевые объекты подвергаются электрическому (электромагнитному) зондированию.

Классическим электромагнитным методом, появившимся на заре каротажных работ, является электрический каротаж методом КС (кажущихся сопротивлений). Исследования выполняются с использованием искусственно созданного поля, т.е. должен быть источник поля (генератор). Одновременно с методом КС производится регистрация потенциалов постоянного естественного электрического поля, т.е. потенциалов собственной поляризации – ПС. Последние в наземной электроразведке носят название потенциалов естественного электрического поля – ЕП. Схема электрического каротажа КС и ПС приведена на рис. 118.

Рис. 118. Схема электрического каротажа КС и ПС

1 – генератор, 2,3 – фильтры,

А,В – питающие электроды,

М, N – измерительные электроды

Форма представления данных каротажа на примере теоретических кривых кажущегося удельного электрического сопротивления, полученных потенциал-зондом в пластах высокого сопротивления большой и ограниченной толщины, показана на рис. 119.

Рис. 119. Теоретические кривые кажущегося удельного электрического сопротивления, полученные потенциал-зондом в пластах высокого сопротивления большой (а) и ограниченной (б) мощности

Виды каротажа по методу сопротивлений включают: 1) 1. каротаж зондами кажущегося сопротивления (КС), 2) боковой каротаж (БК), 3) индукционный каротаж (ИК), 4) микрокаротаж (МКС). Основными электрическими методами являются КС и БК.

Метод КС выполняется посредством электропрофилирования по стволу скважины с помощью осевых электроразведочных установок. Последние представляют собой зонды КС. Они подразделяются на потенциал- и градиент-зонды (КС-ПЗ и КС-ГЗ).(рис. 120).

Рис. 120. Схемы последовательного (А) и обращенного (Б) зондов КС

I, II – однополюсные и двухполюсные, реальные (а) и идеальные (б) зонды

1 –электроды, 2 – точка записи

На каждом конкретном месторождении при записи кривых КС выбираются оптимальные условия их регистрации, то есть те, которые в наилучшей степени позволяют выделить границы пластов и охарактеризовать их литологическую принадлежность. Удельное электрическое сопротивление, как и в электроразведке, определяется по формуле (53).

Боковой каротаж – один из основных методов исследований нефтяных, угольных и др. скважин. Достоинство метода в фокусировке тока, что достигается специальной конструкцией зондов (рис. 121). Размер центрального электрода, как правило, первые сантиметры, следовательно можно выявлять очень тонкие пласты и пропластки при том, что метод глубинный и составляет три длины экранных электродов.

Рис. 121. Схема трехэлектродного зонда БК

Диаграммы бокового каротажа по своей конфигурации соответствуют кривым потенциал-зондов, что собственно они и представляют, но за счет фокусировки более точно отражают в разрезах скважин дифференциацию пород по удельному электрическому сопротивлению. Преимущество БК еще в том, что одновременно с кривой ρ_к регистрируется кривая удельной электропроводности σ_к (ед. изм. – сим/м).

На рисунке 122 сопоставлены кривые ρ_к и σ_к. Сопоставление кривых показывает, что тонкие пласты выделяются весьма уверенно.

Рис. 122. Сопоставление каротажных диаграмм, зарегистрированных зондом БК по скважине №7. Участок Садкинский-Северный (Восточный Донбасс)

1 – уголь; 2 – углистый сланец; 3 – аргиллит; 4 – алевролит; 5 – песчаник;

6 – известняк

Метод бокового каротажного зондирования (БКЗ) основан на измерении ρ_к в заданном интервале скважины зондами КС (градиент- или потенциал-) разной длины L. Цель БКЗ – определение истинных значений удельного электрического сопротивления (ρ_п) и мощности (h) продуктивных пластов. БКЗ в скважинах является квазианалогом метода ВЭЗ в электроразведке. Практика показывает, что наиболее эффективно БКЗ проводить градиент-зондами при L = 1 – 30 d_c, где d_c – диаметр скважины. Показатель L зондов увеличивается от зонда к зонду в геометрической прогрессии.

Индукционный каротаж (ИК) - электромагнитный метод, основанный на измерении кажущейся удельной электрической проводимости σ_к, то есть параметра σ_э = 1/ρ, который измеряется в единицах Сим/м (сименс – проводимость проводника с сопротивлением R = 1 Ом). Сущность метода в электромагнитном профилировании (ЭМП) по стволу скважины. Осевая установка ЭМП, состоящая из генераторной (Г_к) и приемной (И_к) катушек и представляет собой специальный конструкции зонд. Расстояние между катушками составляет длину зонда L. Зонд является составной частью скважинного прибора, содержащего электронную схему (рис.123).

Рис. 123. Схема скважинного прибора