Применение бокового каротажа
Боковой каротаж является более совершенным методом, чем БКЗ. Он имеет ряд преимуществ при изучении пластов средней и малой мощности, в случаях значительной дифференцированности разреза по сопротивлению и больших значениях ρп/ρр, когда пласты, вскрываемые скважиной, имеют высокое сопротивление при высокоминерализованной промывочной жидкости.
При не очень глубоком проникновении фильтрата минерализованного раствора (ρр/ρв ≤ 4) по данным БК удается определить положение водонефтяного контакта, если известно, что пласт нефтегазоносный.
При бурении скважины на высокоминерализованной промывочной жидкости, когда кривая ПС слабо дифференцирована, для расчленения разреза и оценки литологии целесообразно регистрировать одновременно с кривой сопротивления БК кривую гамма-каротажа. В связи с этим весьма рационально комплексирование аппаратуры бокового и радиоактивного каротажа.
При выборе семиэлектродного зонда БК руководствуются тем, чтобы на его показания не оказывали сильное влияние скважина и зона проникновения. Такой зонд должен обладать значительным общим размером. Однако увеличение размеров зонда ухудшает выделение тонких пластов и усложняет аппаратуру. Для исследования нефтегазовых скважин применяют семиэлектродный зонд размером 2-3м.
1.2 Боковое каротажное зондирование
Для замера сопротивления пород, пересеченных скважиной служит четырехэлектродная установка AMNB-каротажный зонд (рис. 5). Три электрода (N, M, A) присоединяются к концам кабеля и спускаются в скважину, четвертый электрод В (заземление) устанавливается на поверхности вблизи устья скважины.
Через электроды А и В, называемые токовыми, пропускают ток I, создающий электрическое поле в породе. При помощи измерительных электродов М и N измеряют разность потенциалов ΔU между двумя точками данного электрического поля.
Рис. 5 – Схема измерения кажущегося удельного сопротивления
зондами БКЗ: а – градиент-зонд двухполюсный; б – то же,
однополюсный; А и В – токовые электроды; M и N –
измерительные электроды; РП - регистрирующий прибор;
Г – источник тока; R – сопротивление для установки силы
тока в цепи питания; АО (МО) – длина зонда; О – точка
записи кажущегося сопротивления
Если считать электроды зонда точечными, то разность потенциалов между электродами М и N:
, (1.2.1)
где AN – AM = MN, следовательно,
(1.2.2)
По формуле (1.2.2) можно вычислить удельное сопротивление однородной среды:
, (1.2.3)
где ΔU — разность потенциалов между точками М и N, находящимися в скважине; АМ, АN, МN — расстояния между соответствующими электродами каротажного зонда.
Все величины, входящие в правую часть формулы (1.2.3), можно измерить и таким образом определить удельное сопротивление среды, что и является целью каротажа сопротивлений.
При каротаже разность потенциалов выражается в тысячных долях вольта — милливольтах (мВ), сила тока — в тысячных долях ампера — миллиамперах (мА), расстояния АМ, АN, МN — в метрах (м), а удельное сопротивление — в ом-метрах (Ом·м).
Приведем формулу (1.2.3) к виду, в котором она обычно применяется в практике электрического каротажа.
Для этого полагая:
(1.2.4)
получим
, (1.2.5)
где К — коэффициент зонда — постоянный множитель, зависящий от расстояний АМ, АN и взаимного расположения электродом; ΔU — сопротивление части среды, заключенной между двумя эквипотенциальными поверхностями, проходящими через точки М и N.
Выражение (1.2.5) справедливо для вычисления истинного цельного сопротивления ρ изотропной и однородной среды. При этом условии значение удельного сопротивления должно остаешься постоянным при любых расстояниях АМ и АN. Однако при каротаже всегда имеет место неоднородная среда, состоящая ил пластов с различными удельными сопротивлениями и глинистого раствора, заполняющего скважину, поэтому полученный по формуле (1.2.5) результат называют кажущимся удельным сопротивлением (КС, или ρк). Кажущееся сопротивление зависит от многих факторов: 1) удельного сопротивления и мощностей пластов, против которых находится каротажный зонд; 2) диаметра скважины и удельного сопротивления заполняющей ее промывочной жидкости; 3) характера проникновения фильтрата промывочной жидкости в пласт; 4) типа и размера зонда которым проводят измерения.
Если произвести взаимную замену токовых и измерительных электродов (А вместо М и В вместо N), т. е. источник тока поместить в точку М и определить потенциал в точке А, то величина ΔU выразится тем же уравнением (1.2.3). Это положение справедливо и для неоднородной среды и находит практическое применение в каротаже сопротивлений. Оно известно под названием принципа взаимности.
Существуют зонды различных типов и размеров. Для измерения ρк пород при каротаже сопротивлений обычными зондами применяются в основном градиент-зонды и потенциал-зонды (рис. 6).
Градиент-зондами называют зонды, у которых расстояние между парными электродами М и N или согласно принципу взаимности между А и В мало по сравнению с расстоянии АМ или МА.
Замер кажущихся сопротивлений этим зондом сводится к измерению градиента потенциала электрического поля электрода А, т.е. приращения потенциала на единицу длины.
Рис. 6 – Принципиальные схемы зондов БКЗ: а – градиент-зонд;
б - потенциал-зонд; I – однополюсный зонд (зонд прямого
питания); II - двухполюсный зонд (зонд взаимного питания);
1 – точка записи КС; 2 – точка записи ПС
Размером градиент-зонда является величина АО; О — точка записи, находящаяся посередине между парными (сближенными) электродами М и N (АВ).
Градиент-зонд, у которого сближенные парные электроды расположены под непарным электродом, называют последовательным или подошвенным. При расположении сближенных парных электродов над непарным зонд называют обращенным или кровельным градиент-зондом.
Градиент-зонд, у которого расстояние между парными электродами бесконечно мало, называется идеальным градиент-зондом.
Потенциал-зондами называются зонды, у которых расстояние АМ мало по сравнению с расстоянием между парными электродами МN (АВ).
Расстояние АМ является размером потенциал-зонда. Замер кажущегося сопротивления относят к середине сближенных электродов АМ. Замеренное потенциал-зондом кажущееся сопротивление.
Кажущееся сопротивление при применении потенциал-зонда определяется потенциалом электрического поля в точке М, поэтому зонды такого типа называются потенциал-зондами.
Для условной оценки глубины исследования зондом применяют термин радиус исследования зонда — радиус сферы в однородной среде неограниченной мощности, оказывающей на показание зонда такое же влияние, как и та частъ среды, которая расположена за пределами данной сферы. Исходя из этого, считают, что радиус исследования градиент-зонда приблизительно совпадает с его размером АО, а радиус исследования потенциал-зонда соответствует его удвоенному размеру 2АМ. Следовательно, при одинаковом размере зондов радиус исследования потенциал-зондом примерно в 2 раза превышает радиус исследования градиент-зондом.
Зонд с одним питающим электродом и двумя измерительными называется однополюсным (или зондом прямого питания), зонд с двумя питающими электродами и одним измерительным — двухполюсным (или зондом взаимного питания). В практике чаще применяют двухполюсные зонды, которые более удобны при одновременной регистрации кривой КС и кривой естественных потенциалов в скважине (ПС).
Коэффициент зонда К при двухполюсном зонде вычисляет по формуле
Зонды записываются по обозначениям электродов в порядке их расположения в скважине сверху вниз, проставляя между ними расстояния в метрах. Так, например, М2, 5АО, 25В обозначает градиент-зонд двухполюсный, подошвенный, у которого верхний электрод является измерительным; в 2,5 м ниже его расположен первый токовый электрод А и на расстоянии 0,25 м от первого токового электрода — второй токовый В. Длина зонда А0 равна 2,625м.
Результаты измерения КС пород изображаются в виде кривой изменения сопротивления пород вдоль ствола скважины.