Лекція №3

Фізичні основи методів електричного каротажу. Класифікація Градієнт- і потенціал-зондів. Форми кривих для різних умов. Стандартний каротаж. Мікрокаротажне зондування. Фізичні основи, області застосування, апаратура. Резистивіметрія, області застосування. Визначення коефіцієнтів мікрозондів. Нахилометрія свердловин

3.1 Фізичні основи методів електричного каротажу

Здатність гірських порід проводити електричний струм є однією із їх властивостей, яка широко використовується для вивчення геологічного розрізу свердловин.

Величиною, яка характеризує здатність гірської породи пропускати електричний струм, є питомий опір r. Він може бути визначений за допомогою відомої формули для опору R провідника із однорідної речовини з сталою площиною січення S і довжиною l:

. (4.1)

На практиці електричного каротажу питомий опір r виражають в Ом·метрах (Ом·м).

Таким чином, питомий опір гірської породи – це опір між двома протилежними гранями куба породи з ребром в один метр.

Питомий опір може бути виражений і в інших одиницях, наприклад Ом·сантиметр (Ом·см).

Здатність породи проводити електричний струм можна охарактеризувати і питомою електропровідністю s, яка є величиною оберненою питомому опору

. (4.2)

Провідність вимірюється в сіменсах (См). У відповідності з цим питома електропровідність виражається в См/м. Переважно, щоб уникнути дробових чисел користуються тисячними частинами цієї одиниці – мСм/м. Таким чином маємо:

Питомий опір, Ом·м 1 10 10

Питома провідність, См/м 1 0,1 0,01

Питома провідність, мСм/м 1000 100 10

Гірські породи за величиною електропровідності займають проміжне місце між провідниками та ізоляторами. Їх питомий опір змінюється від долей Ом·м до десятків тисяч Ом·м. За його величиною, яка визначається за допомогою каротажу, можна судити, які породи насичені нафтою або газом або не насичені.

Мінерали, які складають гірські породи, в основному, погано проводять електричний струм; мінеральний скелет породи можна вважати не провідником. Електропровідність гірської породи обумовлена електропровідністю пластової води, яка заповнює пори.

3.2 Класифікація зондів

Уявний опір гірських порід переважно вимірюється за допомогою звичайних зондових пристроїв, у яких три електроди знаходяться в свердловині. Домовимось називати електроди парними, якщо вони включенні в одну ланку – живлячу (А і В) або вимірювальну (М і N), і непарними – електроди різних ланок. Електроди А і В, які служать для створення електричного поля в свердловині, називають струменевими або живлячими, електроди М і N, які використовуються для вимірювання величини електричного поля, – вимірювальними або приймальними.

За величиною електричного поля, що вимірюється, та розміщенням електродів зондові пристрої діляться на потенціал-зонди і градієнт-зонди (Рис. 5.1).

Потенціал-зондами називаються такі зонди, в яких відстань між непарними електродами АМ мала у порівнянні з відстанню між парними електродами (МN або АВ), тобто АМ<MN або АМ<AB. Якщо один із парних електродів (N або В) потенціал-зонда віддалений у нескінченність (N¥ або B¥), то такий зонд називається ідеальним потенціал-зондом (Рис. 5.1, а, I). В даному випадку величина УО, яка виміряна ідеальним потенціал-зондом, пропорційна потенціалу електричного поля в точці М, тобто:

. (5.3)

Пристрій називається потенціал-зондом тому, що в точці М вимірюється значення потенціалу електричного поля.

Переважно використовуються трьохелектродні потенціал-зонди (Рис. 5.1, а, II – IV). Величина r_к в даних зондах визначається за формулою:

. (5.4)

Використання для вимірювання r_к ідеальних двохелектродних потенціал-зондів на трьохжильному кабелі недоцільне, у зв’язку з виникненням значних електрорушійних сил індукції у вимірювальній жилі кабелю. Ці електрорушійні сили суттєво спотворюють величину потенціалу, а відповідно, і значення уявного опору.

Відстань між зближеними непарними електродами L_пз=АМ є розміром або довжиною потенціал-зонда. Точка до якої відноситься вимір, називається точкою запису та позначається буквою “O”. Точка запису в потенціал-зонда умовно розміщена посередині між електродами А і М. Розмір потенціал зонда L_пз=АМ визначає його глибинність дослідження та загальний вид кривої уявного опору.

Якщо допустити вимірювання величини УО з відносною похибкою 5 %, то в потенціал-зондах відстань АВ (або МN) необхідно брати рівною або більшою 10·АМ.

Градієнт-зонди – це зонди, в яких відстань між парними електродами (АВ або МN) мала в порівнянні з відстанню між непарними електродами (АМ), тобто MN<AM або АВ<AM (Рис. 5.1, б). Якщо відстань між зближеними електродами МN або АВ прямує до нуля, то такий зонд називається ідеальним градієнт-зондом (Рис. 5.1, б, I). Величина уявного опору, яка заміряна ідеальним градієнт-зондом, пропорційна градієнту потенціалу Е електричного поля в точці О, яка є серединою відстані між електродами М і N:

_. (5.5)

На практиці використовують трьохелектродні неідеальні градієнт-зонди, величина r_к яких пропорційна зміні різниці потенціалів на ділянці МN.

Переважно використовуються градіент-зонди з відстанями між електродами МN або АВ від 0.05 до 2 м. Використання ідеальних градієнт-зондів неможливе, так як, по-перше, не можна виготовити зонд з нескінченно близьким розміщенням електродів, а по-друге при нескінченно близьких один від одного електродів різниця потенціалів настільки мала, що її практично не можна виміряти.

Відстань L_гз=АО між непарним електродом і серединою парних електродів є розміром градієнт-зонда. Точка запису О кривої УО в градієнт-зонда розміщена посередині між парними електродами.

Якщо допустити вимірювання величини УО градієнт-зондом з відносною похибкою до 5 %, то відстань АО (або МО) необхідно брати рівною або більшою 10·МN (10·AB).

За призначенням електродів, які розміщені в свердловині, зонди можуть бути однополюсні або прямого живлення та двополюсні або взаємного живлення.

В однорідних середовищах величина УО залежить не тільки від типу зонда, але і від взаємного розміщення його електродів. У зв’язку з цим розрізняють послідовні та оберненні трьохелектродні потенціал- і градієнт-зонди. Послідовними називають зонди, в яких парні електроди (А i В або М i N) знаходяться внизу, оберненими – зонди, в яких парні електроди розміщені вище непарного.

Зонди позначаються наступним чином:

А2.0М0.25N – однополюсний послідовний градієнт-зонд: верхній електрод А – живлячий, нижче нього на відстані 2м розміщений електрод М і на відстані 0,25м від М – інший вимірювальний електрод N. Інший живлячий електрод В розміщений на значній віддалі від свердловинних електродів. Розмір зонда L_гз=2.125 м.