vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
протекает ток Iэ той же полярности, но такой силы, чтобы разность потенциалов между электродами М1 и N1 или М2 и N2 равнялось 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 K 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 интервале 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.
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
На рис. 24 дано схематическое изображение распределения токовых линий из электрода А0, расположенного против пласта высокого сопротивления при обычном методе КС (рис. 24, а) и БК
(рис. 24, б).
аб
Рис. 24. Распределение токовых линий, выходящих против середины пласта высокого сопротивления электрода А0 обычного зонда (а) и зонда бокового каротажа (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
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
токовых электрода В1 и В2, симметрично расположенных относительно центрального А0 (рис. 23, 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 удельное 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.
Кривые сопротивления, получаемые при БК, аналогичны кривым, регистрируемым в обычном каротаже потенциал-зондом, улучшение результатов измерений достигается благодаря фокусировке тока. На рис. 25 показаны характерные кривые сопротивления, записанные трехэлектродным зондам БК. Как видно, при одинаковом удельном сопротивлении вмещающих пород кривые КС против однородных пластов высокого сопротивления отмечаются максимумами, которые принимают формы острой пики против тонких пластов (h ≤ 4dс); против мощных пластов (h > 16dс) наблюдается горизонтальный интервал в средней части. Если порода, подстилающая пласт и перекрывающая его, имеет различное сопротивление, максимум против пласта высокого сопротивления становится асимметричным, наблюдается снижение сопротивления со стороны породы меньшего сопротивления.
Границы пластов по кривым зонда БК-3 соответствуют точкам на спаде кривой с определенным значением кажущегося удельного сопротивления (граничного сопротивления ρк.гр), величина которого зависит в общем случае от ρвм, а для понижающего проникновения – еще и от диаметра зоны проникновения D. Определить местоположение точки с сопротивлением ρк.гр визуально трудно, т. к. эта точка не является характерной для кривой сопротивления. При измерениях трехэлектродным зондом бокового ка-
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
ротажа достаточно большого размера (зонд АБК-3) влияние ограниченной мощности пласта с большим удельным сопротивлением определяется в основном соотношением мощности пласта и диаметра скважины.
Рис. 25. Кривые сопротивления против одиночного пласта высокого сопротивления, полученные трехэлектродным зондом бокового каротажа
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).
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Микробоковой каротаж. Под микробоковым каротажем (МБК) понимают микрокаротаж с фокусировкой тока. На практике применяют четырехэлектродный, двухэлектродный и трехэлектродный микрозонды (рис. 26). Электроды зонда смонтированы на резиновом башмаке с рабочей кривизной поверхности
200 мм.
Рис. 26. Схема двухэлектродного бокового микрозонда
ихарактер распределения токовых силовых линий:
1– башмак микрозонда; 2 – изучаемая среда. Заштрихованы области фокусировки тока
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 потенциалов между электродами М и N была равна нулю. Кажущееся удельное сопротивления получают путем измерения потенциалов одного из электродов М или N относительно удаленного измерительного электрода.
Малые расстояния между электродами в МБК обусловливают небольшую глубину исследования. Однако благодаря наличию
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
экранного электрода Аэ ток из электрода А0 распространяется по пласту вблизи скважины пучком, практически перпендикулярным к ее стенке. Вследствие этого заметно уменьшается влияние глинистой корки и пленки промывочной жидкости между башмаком и стенкой скважины. Практически влиянием глинистой корки толщиной менее 8 мм можно пренебречь. Измеряемое кажущееся сопротивление вычисляется по формуле, а коэффициенты зондов определяются экспериментально.
Интерпретация диаграмм МБК заключается главным образом в оценке удельного сопротивления промытой части пласта ρпп. В карбонатном разрезе по характеру дифференцированности кривой сопротивления ρк МБК различают плотные и трещино- вато-кавернозные породы (против трещиновато-кавернозных пород кривая ρк БКЗ характеризуется резкой дифференцированностью). На показания МБК высокопроводящая (высокоминерализованная) промывочная жидкость оказывает незначительное влияние, поэтому данный метод является неотъемлемой частью комплекса геофизических работ, выполняющихся в скважинах, которые бурятся на соленом растворе. Для учета влияния на показания МБК глинистой корки и слоя бурового раствора используются палетки.
Т. к. данные МБК дают возможность измерять значения удельных сопротивлений пород в зоне их непосредственного прилегания к стенке скважины, то по данным ρпп можно определить пористость или остаточную нефтенасыщенность пород. Из-за малых размеров зонда экранирование тока на границах пластов существенно снижается, что способствует детальному расчленению разрезов скважин и четкой отбивке границ пластов. Обычно измерения кривых МБК сопровождаются замерами dс микрокаверномером, что облегчает выделение коллекторов и разделение их на гранулярные и трещинные, ведет к уточнению литологии и интерпретации диаграмм сопротивления, полученных микрозондами с фокусировкой тока.
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
3.10. Индукционный каротаж
Индукционный каротаж (ИК) является электромагнитным методом, основанным на измерении кажущейся удельной электрической проводимости горных пород. ИК выгодно отличается от каротажа обычными зондами и от БК тем, что применим не только в скважинах, заполненных промывочной жидкостью (проводящей ток), но и в скважинах с непроводящей жидкостью (нефтью или промывочной жидкостью, приготовленной на нефтяной основе), воздухом или газом.
Измерения при индукционном каротаже производятся с помощью спускаемого в скважину глубинного прибора, состоящего в наиболее простом виде из двух катушек: возбуждающей, питаемой переменным током, и приемной (измерительной), снабженной усилителем и выпрямителем (рис. 27).
Электронная схема прибора обеспечивает питание генераторной катушки переменным током частотой 20–80 кГц, усиление и преобразование сигнала измерительной катушки. Переменный ток, протекающий по генераторной катушке, создает переменное магнитное поле (прямое или первичное), индуцирующее в окружающих породах вихревые токи. В однородной среде силовые линии тока представляют собой окружности с центром по оси скважины (если ось глубинного прибора совпадает с осью скважины). Вихревые токи в породах создают вторичное магнитное поле.
Первичное и вторичное переменные магнитные поля индуцируют ЭДС в приемной катушке. Индуцированная первичным полем ЭДС Е1 является помехой и компенсируется введением в цепь приемной катушки равной ей ЭДС и противоположной по фазе. Остающаяся в измерительной цепи ЭДС Е2, индуцированная вторичным магнитным полем вихревых токов, подается в измерительный преобразователь для усиления и преобразования, после чего посылается по жиле кабеля на поверхность, где записывается регистрирующим прибором.
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Рис. 27. Принципиальная схема прибора ИК:
а – пространственная схема; б – разрез вдоль оси скважины; 1 – генератор; 2 – генераторная катушка; 3 – усилитель
сприемной (измерительной) катушкой; 5 – преобразователь
сфазочувствительным элементом; L – длина зонда;
О– точка записи
Амплитуда тока в генераторной катушке в процессе замера поддерживается неизменной, а сила вихревых токов, возникающих в окружающей породе, определяется удельной электрической проводимостью (электропроводностью) породы. Соответственно ЭДС Е2, наведенная вторичным полем в измерительной катушке, в первом приближении пропорциональна электропроводности горных пород σп, следовательно, пропорциональна их удельному сопротивлению. Зарегистрированная по стволу скважины кривая должна характеризоватьизмененияудельнойэлектропроводностипородывразрезе.
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
В однородной изотропной среде с удельной электропроводностью σп, когда частота тока питания и проводимость среды невелики (взаимным влиянием вихревых токов можно пренебречь)
Е2 = Kз σп ,
где Kз – коэффициент зонда.
На практике измеряется не ЭДС Е2, а пропорциональная ей величина получаемого при индукционном каротаже сигнала:
Ес = С Е2 ,
где С – коэффициент пропорциональности. И далее получаем
σп = Е2 / Kз = Ес / C · Kз = Ес / Kс .
Здесь Kс – коэффициент для перехода от величины сигнала к удельной электропроводности.
Т. к. среда, окружающая прибор, неоднородна (прослои пород разного сопротивления, промывочная жидкость с сопротивлением, отличающимся от сопротивления окружающей среды, наличие зоны проникновения), то замеренная величина электропроводности характеризует кажущуюся проводимость σк аналогично кажущемуся удельному сопротивлению ρк. В результате измерений величину сигнала Ес определяют следующим образом:
σк = 1 / ρк = Ес / Kс.
Величина коэффициента Kс выбирается с таким расчетом, чтобы в однородной среде σк соответствовала σп.
Удельная электрическая проводимость выражается в сименсах на метр (См/м). Сименс – проводимость проводника, имеющего сопротивление в 1 Ом.
Зонд индукционного каротажа обычно обозначается шифром, первый элемент которого – цифра – соответствует числу катушек зонда, второй – буква (Ф, И или Э) – обозначает тип зонда, третий элемент – число – соответствует длине зонда (расстоянию в метрах между серединами главных катушек).
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Кривая кажущейся удельной проводимости, регистрируемая в ИК, практически линейно отражает изменение проводимости среды. Она соответствует перевернутой кривой кажущихся сопротивлений в практически гиперболическом масштабе сопротивлений. Благодаря этому усиливается дифференциация кривой против пород, имеющих низкое удельное сопротивление, и происходит сглаживание ее против пород с высоким удельным сопротивлени-
ем (рис. 28).
Для получения более точных данных об удельной электрической проводимости пород в зонд ИК, кроме двух главных катушек, включают несколько дополнительных генераторных и измерительных катушек, называемых фокусирующими. Назначение дополнительных катушек – в комплексе с главными уменьшить влияние промывочной жидкости, зоны проникновения и вмещающих пород на величину кажущейся проводимости, а также увеличить глубинность исследования. Точкой, к которой относятся результаты измерения, является середина расстояния между главными (токовой и измерительной) катушками (точка записи Она рис. 27).
Форма кривой и определение границ пластов при ИК зависят от характера токовых линий, образующих вокруг оси скважины замкнутые окружности, располагающиеся в плоскости, перпендикулярной к оси прибора. Влияние скважины на показания ИК в общем случае зависит от dс, ρс и отношения ρп / ρс. В случае высокоминерализованной промывочной жидкости (ρс < 1 Ом м) и достаточно высокого сопротивления удельных пород (ρп / ρс > 20) влияние скважины становится заметным и учитывается при интерпретации диаграмм ИК с помощью специальных палеток.
Влияние зоны проникновения на результаты ИК невелико при повышающем проникновении. Понижающее проникновение оказывает значительное влияние, начиная с проникновения промывочной жидкости на глубину, превышающую три диаметра сква-
жины (D > 3 dс).
