Градиент зонд и потенциал зонд

Типы зондов КС

Те из электродов, которые имеют одно и то же назначение, мы будем называть парными.

Зонды КС принято обозначать сверху вниз, указывая между буквенными обозначениями электродов расстояние между ними в метрах. Такое обозначение называют символом зонда. Например, N 0,10 M 0,95 A.

Зонды, у которых сближены парные электроды, называются градиент-зондами; а зонды, у которых сближены непарные электроды -потенциал-зондами.

Точка записи 0, т. е. та точка зонда, к которой относятся результаты измерения, всегда располагается посредине между сближенными электродами, т. е. у градиент-зонда — между парными, а у потенциал-зонда — между непарными электродами.

Так, зонды, у которых парные электроды располагаются выше непарного, называются обращенными, а те, у которых парные ниже непарного — последовательными зондами. Зонды с одним питающим электродом называются однополюсными или зондами прямого питания, а зонды с двумя питающими электродами — двуполюсными или зондами взаимного питания. И последний термин из описания зондов — длина зонда L. У градиент-зонда за его длину принимают расстояние от удаленного электрода до середины расстояния между сближенными; у потенциал-зонда — расстояние между сближенными электродами, т. е. для потенциал-зонда всегда L=АМ, а для градиент-зонда L=АО или L=МО.

Рис. 1.2. Градиент и потенциал зонды КС

Кроме градиент- и потенциал-зондов существуют еще так называемые «специальные зонды». Так, зонд АМN, укоторого АМ=МN, с равным основанием может быть отнесен и к потенциал-, и к градиент-зондам. Такой зонд называется симметричным, за точку записи принимают точку М. Зонд МANN1M1AM2N2 представляет собой комбинацию обращенного и последовательного градиент-зондов и называется двойным градиент-зондом. Он хорошо дифференцирует высокоомный разрез. Существуют также одноэлектродные зонды, в которых один и тот же электрод играет роль и питающего и приемного. Такие зонды удобны для одножильного каротажного кабеля.называется дифференциальным зондом Альпина. Зонд

Рис. 1.3. Специальные зонды КС

Форма кривых КС

Рис.1.4. Формы кривых над мощным пластом высокого сопротивления для обращенного градиент-зонда в случае отсутствия (а) и при наличии (б) влияния скважины

Рис. 1.5. Форма кривых КС над мощным пластом высокого сопротивления для последовательного градиент-зонда в случае отсутствия (а)

и при наличии (б) влияния скважины.

Рис. 1.6. Форма кривых КС над мощным пластом высокого сопротивления для потенциал-зонда в случае отсутствия (а) и при наличии (б) влияния скважины.

Рис 1.7. Форма кривых КС для тонких пластов высокого сопротивления для обращенного градиент-зонда в случае отсутствия (а) и при наличии (б) влияния скважины.

Рис 1.8. Форма кривых КС для тонких пластов высокого сопротивления для потенциал-зонда в случае отсутствия (а) и при наличии (б) влияния скважины

Рис 1.9. Форма кривых КС над мощным пластом низкого сопротивления для обращенного градиент-зонда в случае отсутствия (а)

и при наличии (б) влияния скважины

Рис 1.10. Аномалии КС над пластами средней мощности высокого (а)

и низкого (б) сопротивления

Рис. 1.11. Форма кривых КС над пачкой тонких пластов для обращенного

градиент-зонда

3. Инклинометрия определяет пространственное положение ствола буровой скважины с помощью измерения инклинометрами. По данным получены измерений (глубина ствола, угол наклона и азимут) строится инклинограмма — план проекции скважины на плоскости, а также профиль — проекция на плоскости магнитного меридиана.

При наличии необходимых координат скважин инклинометрия позволяет судить о качестве бурения скважины, определять с высокой точностью места пересечения данной скважиной различных геологических разрезов. Это указывает на то, правильно ли установлено бурение в том или ином направлении и каковы запасы месторождений на данной территории. Инклинометр — это специальный датчик, который применяется при измерении наклона различных объектов, относительно к гравитационному полю планеты (т.е. инклинометрии).

В состав стандартного набора для инклинометрических измерений входят:

· инклинометрический зонд (предназначение — ручное измерение отклонений от оси труб, которые смонтированы в скважину);

· специализированный измерительный кабель;

· портативное считывающее устройство.

Существует два типа инклинометров:

· гироскопический;

· электрический.

Гироскопические инклинометры используют при исследовании обсаженных скважин. Данный инклинометр работает на основе свойств гироскопа, а именно — сохранении оси вращения неподвижной. Инклинометр имеет два гироскопа, один из которых предназначен для измерения азимутов, а второй — для измерения угла наклона.

Электрические инклинометры применяются при обследовании необсаженных металлическими трубами скважин. Основой данного прибора является рамка, которая подвешена в корпусе и расположена горизонтально относительно отвеса. На рамке расположены стрелка буссоли и указатель угла наклона. Они поочередно подключены к источнику тока и отвечают за обеспечение передачи с реохордов необходимого напряжения .

Применение инклинометрии незаменимо при измерении скважин наклонного бурения, так как точность измерения углов около 30 градусов.

При бурении вертикально расположенных скважин инклинометрия вычисляет ось наклона с 0.3 градуса. Особым преимуществом оборудования современного образца является возможность их приспосабливания и интеграции в другие виды техники. К примеру, вполне возможно использовать гироскопический инклинометр в составе любой каротажной станции. Это позволяет эффективно проводить исследования любых типов скважин: вертикальных, наклонных, с включениями из ферромагнетиков, обсаженных и так далее.

Таким образом можно сделать вывод, что инклинометрия включает в себя все современные разработки и оборудование из областей гироскопического приборостроения, электроники, обработки цифровых сигналов и так далее.

Каротаж сопротивления (КС) — наряду с каротажем ПС распространенный электрический метод геофизических исследований скважин, только основан на изучении не естественных, а искусственных электрических полей. Метод показывает кажущееся удельное сопротивление пластов (Омм – ом*метр).

Сущность каротажа КС

Удельное сопротивление горных пород варьируется в очень широких пределах, что обеспечивает возможность детального исследования пород. Для решения задач применяются потенциал-зонд и градиент-зонд (А, B – парные токовые электроды M, N – парные измерительные электроды, O – точка записи, АМ – длина зонда). Существуют последовательные (расположение парных ниже непарного электрода) и обращенные зонды (расположение парных выше непарного электрода):

Это зонд, где L – расстояние между А и МЭто зонд, где L – расстояние между А и М > М и N Регистрируемые кривые характеризуются строгой асимметричностью, границы пластов выделяются точками максимума и минимума для пласта высокого сопротивления средней и большой

Интерпретация метода КС

Границы пласта

Основные приемы определения границ пласта показаны на рис 1. Последовательные зонды – по максимуму отбивают подошву пласта обладающим высоким сопротивлением. Обращенные зонды — по максимуму отбивают кровлю пласта.

Рис. 1. Кривые КС для однородных пластов разной мощности высокого (А и В) и низкого (Б и Г) сопротивлений. А, Б – последовательный градиент-зонд; В, Г — обращенный потенциал-зонд. Rк – сопротивление кажущееся; Rп – сопротивление пласта (истинное); Rр – сопротивление бурового раствора; Rвм – сопротивление вмещающих пород; H – толщина пласта; Dс – диаметр скважины.

Тип насыщения

Пластам насыщенным водой присущи низкие сопротивления. Нефтенасыщенные и газонасыщенные пласты-коллектора обладают высокими значениями кажущегося удельного сопротивлениями.

Определение водонасыщенности

Водонасыщенность пород по данным каротажа КС можно определить с помощью следующих формул.

Уравнение Арчи (для чистых песчаников):

Уравнение Poupon (для слоистых глин):

Уравнение Simandoux (для рассеянных глин):

Уравнение Indonesian (для рассеянных глин):

Уравнение Waxman-Smit:

где B = 4.6 — 2.76 Exp(-0.77 · σw), Qv = 2.8 · Vsh · 0.2 / φeff , F = φeff -1.8;

Rw – Сопротивление пластовой воды, Rt –сопротивление пласта, Rsh – сопротивление глин; а – коэффициент связи, изменяющийся от 0,4-1,6; m- коэффициент цементации, обычно равен 2 – 2,15; Vsh – коэффициент глинистости; σw — обратная величина сопротивлению пластовой воды; σt — обратная величина сопротивлению пласта; φeff – эффективная пористость.

Что влияет на показания?

Геометрия пор в породе и пластовая температура оказывают влияние на показания каротажа кажущегося сопротивления.

Установки и зонды в методе КС

⇐ ПредыдущаяСтр 24 из 26

А, М и N на многожильном кабеле опускают в скважину, В заземляют на поверхности.

При перемещении зонда по скважине Δ U изменяется в зависимости от изменения УЭС горных пород. Чтобы на измеренное Δ U не оказывали влияние естественные потенциалы, через питающие электроды пропускают квазипостоянный ток частотой от десятков до сотен герц. По известной из теории ВЭЗ формуле вычисляется ρк, где к = 4π АМ·АN/MN – коэффициент скважинного зонда. Установку, в которой АМ>>MN называют градиент-зондом. Точку О, расположенную посередине между М и N принимают за точку записи. Длиной градиент зонда называют расстояние от точки О до непарного электрода. Когда АМ >> MN установку называют потенциал-зондом. За точку записи принимают точку О, расположенную посередине между А и М. за длину зонда расстояние между А и М. Зонды называют подошвенными, если парные электроды располагаются ниже непарного, а кровельными (обращенными), если наоборот. Размеры зондов записываются по обозначениям электродов в порядке их расположения сверху вниз, указывая между ними расстояния в метрах: А1,0 М0,1N – градиент-зонд, длина 1,05м. Радиус исследования градиент-зонда примерно равен его длине, а потенциал-зонда в несколько раз больше.

Кривые КС

По кривым КС потенциал зондов отбивается пласт, а по градиентным – подошва и кровля пласта – соответственно. Форма фактической кривой зависит не только от типа зонда, но и от значений диаметра скважины (dc), диаметра зоны проникновения фильтра бурового раствора(D), мощности пласта(h), сопротивления бурового раствора, зоны проникновения и пр. Поэтому для изучения коллекторов используют спецметод БКЗ.

Поскольку детальность исследования определяется длиной зонда, можно, используя набор зондов разной длины провести зондирование среды в радиальном (боковом) направлении. Если пласт имеет достаточную мощность, то на показания зондов малой длины основное влияние будет оказывать УЭС околоскважинного пространства, а на больших зондах – УЭС неизмененной части пласта, В БКЗ используют градиент-зонды, т.к. их радиус исследования в 2-3 раза меньше, чем у потенциал-зондов и на них меньше влияют осадочные породы.

Обычно применяют комплект из 5 зондов: А0,4М0,1N; А1,0М0,1N; А2,0М0,5N; А4,0М0,5N; А8,0М1,0N. Этот набор дополняют зондом N0,5М4,0А, служащим для уточнения границ пластов, значением dc и кривой ρс по скважине. В результате для каждого исследуемого пласта по 5 зондам получаются значения ρкi. С помощью спецприемов их приводят к значениям ρкi для пласта бесконечной мощности. Далее строят кривую по 5 точкам ρк/ ρс = f(L/dc) c различными отношениями ρп/ ρс и фиксированными отношениями D/dc и ρзп/ ρс, ведется интерпретация и находятся искомые значения D, ρзп и ρп .

Задачи, решаемые методом КС

Чтобы иметь сопоставимые данные, все измерения во всех скважинах одного района проводят стандартным комплексом, который включает регистрацию кривой ПС и кажущихся сопротивлений потенциал и градиент-зондами. В стандартный комплекс входят потенциал-зонд А0,5М6,0N и градиет-зонд А2,0М0,5N. Стандартный каротаж – простейший комплекс ГИС, использующийся для литологического и стратиграфического расчленения, выделения пластов-коллекторов и определения ВНК.

С помощью БКЗ определяют количественные характеристики коллекторов: коэффициенты пористости, нефтегазонасыщенности, зольности. Метод также позволяет различить три вида проникновения фильтрата бурового раствора в пласт:1) повышающее проникновение, когда ρзп > ρп; 2) понижающее проникновение ρзп < ρп; 3) отсутствие проникновения ρзп = ρп. Наличие зоны проникновения характеризует проницаемость пласта. Метод БКЗ дает хорошие результаты при изучении мощных или уединенных тонких пластов плотных и пористых с межгранулярной пористостью пород.

Метод БКЗ не находит применения, когда: 1) ρп/ ρc>200, так как существенная часть тока ответвляется в сторону и погрешности определения ρп превышают допустимые; 2) пласт отличается малой мощностью и ρп/ρвм>20, так как значительная часть тока ответвляется во вмещающую породу. Поэтому для изучения пластов высокого сопротивления было предложено направлять ток в исследуемый пласт с помощью фокусировки. Эта идея реализована в боковом каротаже.

Боковой каротаж

Различают БК, выполняемый с 3-, 7- и 9-электродными зондами

3-электродный зонд состоит из 3 цилиндрических электродов удлиненной формы. Экранирующие электроды А1 и А2 располагаются симметрично относительно центрального эл-да А0. Между эл-дами располагается изолятор. Через эл-ды пропускают квазипостоянный ток так, чтобы потенциалы всех электродов были одинаковы (В заземлен на поверхности как обычно или расположен в скважине). Это часто достигают с помощью соединения А0 с электродами А1 и А2 через малое сопротивление (0,01 Ом), которое одновременно используется для измерения силы тока через центральный электрод. Так как потенциалы всех электродов равны, то токовые линии от центрального электрода образуют почти горизонтальный слой, имеющий форму диска. Разность потенциалов измеряется между электродом А0 и удаленным от зонда электродом N. Результат измерения относится к середине А0. ρк определяют по соответствующей формуле kΔU/I0.

На диаграммах БК пласты, в том числе маломощные, выделяются более четко. Влияние мощности пласта начинает сказываться при h = 4dc. Принципы отбивки границ пластов и снятия показаний те же, что и для нефокусированных потенциал-зондов. Кривые БК на диаграммах часто представляют в логарифмическом масштабе.

Задачи, решаемые БК

БК – более совершенный метод для разрезов с понижающим проникновением фильтрата в пласт, с заполнением скважины соленым раствором (ρс<0,1 Oм.м), для изучения разрезов, сложенных породами высокого сопротивления, а также при исследовании пластов малой мощности. Зонды БК обладают более высокой расчленяющей способностью. В результате удается хорошо обработать пласты толщиной до 1м.

Индукционный каротаж

ИК относится к элмагнитным методам ГИС и заключается в возбуждении в породах переменного элмагнитного поля частотой от десятков кГц до десятков МГц и последующей регистрации определенных параметров этого поля. Элмагнитные методы не требуют наличия проводящей промывочной жидкости (ПЖ), поэтому их можно применять в сухих скважинах, скважинах заполненных непроводящей жидкостью (пресная вода, РНО), и при обсадке пластиковыми трубами. Однако предполагается наличие немагнитной среды и корпуса приборов выполняют из немагнитного материала

Зонд ИК состоит из двух катушек индуктивности – генераторной (Г) и приемной (П), расположенных на определенном расстоянии на непроводящем стержне. Расстояние между центрами Г и П катушек принимают за длину зонда (L), а точкой записи считается середина расстояния между ними. Электронная схема обеспечивает питание катушки переменным током частоты 20 – 50 кГц. Переменный ток, протекая по катушке Г, создает в окружающей среде первичное переменное магнитное поле. Оно порождает в окружающем пространстве вихревые токи (явление элмагнитной индукции). В однородной среде линии вихревых токов представляют собой окружности с центрами на оси прибора. Вихревые токи создают вторичное магнитное (явление самоиндукции). Т.о., первичное и вторичное поля создают в приемной катушке ЭДС. Созданная первичным полем ЭДС не несет информации о породах и ее компенсируют с помощью спецкатушки К(компенсационной), включенной навстречу П. На практике зонды ИК содержат большее количество катушек, обеспечивающих фокусировку поля в пласт. Зонды ИК обозначают как 6Ф1,0; 8И1,4, 4Ф1,0 и т.д. Первая цифра обозначает число катушек, вторя длину зонда. В результате зондами ИК измеряют удельную кажущуюся проводимость γ к = Е/Ки, где Е – величина ЭДС в приемной катушке, Ки – коэффициент зонда, зависящий от параметров катушек, силы и частоты тока и определяемый опытным путем, например в баке с водой.

Кривые ИК симметричны относительно середины пласта. Влияние вмещающих пород сказывается меньше, чем в других методах сопротивления. Значения γк определяют против середины пласта – минимальное или максимальное. Результаты измерений представляют в логарифмическом масштабе.

Метод ИК применяется при малых отношениях ρп/ ρc и повышающей зоне проникновения, а также при больших значениях ρ. Эффективность метода снижается в случае ρп>50 Ом.м, повышающем проникновении и ρc <0,1 Ом.м. В целом с помощью ИК детально изучают разрезы, сложенные породами низкого сопротивления : глины, песчаники и карбонаты, насыщенные сильноминерализованной пластовой водой, рудоконтролирующие и угленосные слои. Метод широко применяют для выделения и изучения нефтегазовых коллекторов в скважинах, пробуренных на слабоминерализованных и непроводящих ПЖ, обсаженных непроводящими трубами. Метод часто применяют в комплексе с обычными зондами КС или зондом БК.

Типы зондов

Электроды называются парными, если они включены в одну цепь — питающую (А и В) или измерительную (М и N), и непарными — электроды разных цепей.

По измеряемой величине электрического поля и расположению электродов зондовые установки делятся на потенциал-зонды и градиент-зонды (Рис.5)

Рис.5. Потенциал-зонды (а) и градиент-зонды (б). 1 — питающие электроды; 2 — приемные электроды; 3 — точки замера рк

Потенциал-зондами называются такие зонды, у которых расстояние между непарными соседними электродами AM мало по сравнению с расстоянием между парными электродами (MN и АВ), т.е. AM<MN или АМ<АВ (Рис.5а).

о—

¦А

Обычно применяют трехэлектродные потенциал-зонды (рис.5а, II-V). Величина рк для них определяется формулой (1.19). Установка названа потенциал-зондом потому, что в точке М измеряется потенциал электрического поля.

Расстояние между сближенными непарными электродами Lпз = АМ является размером или длиной потенциал-зонда. Точка, к которой относится замер кажущегося сопротивления или другого параметра, называется точкой записи и обозначается через О. Точка записи у потенциал-зонда условно расположена посередине между электродами А и М, хотя фактически потенциал фиксируется в точке М. Это связано с тем, что при таком переносе точки записи кривая КС потенциал-зонда получается симметричной относительно середины пласта, и в результате облегчается отбивка его границ. Размер потенциал-зонда определяет его глубинность исследования и общий вид кривой кажущегося сопротивления.

Если допустить измерение величины КС с относительной погрешностью до 5%, то в потенциал-зондах расстояние АВ (или MN) необходимо брать равным или большим 10AM (10MA).

На практике применяют трехэлектродные градиент-зонды, величина рк для которых, определяемая формулой (1.19), пропорциональна изменению разности потенциалов на участке MN. Установка названа градиент-зондом потому, что между точками М и N (Рис.5б, II-V) измеряется градиент потенциала электрического поля.

Расстояние Lгз = АО между непарным электродом и серединой сближенных электродов является размером градиент-зонда. Точка записи О кривой КС у градиент-зонда расположена посередине между непарными электродами. Размер градиент-зонда АО определяет его радиус исследования и общий вид кривой КС.

Если допустить измерение величины КС градиент-зондом с относительной погрешностью до 5%, то расстояние АО (или МО) необходимо брать равным или большим 10MN (10АВ).

По назначению электродов, находящихся в скважине, зонды могут быть однополюсные, или прямого питания (в скважине расположен один токовый электрод А и два измерительных — М и N) (рис.5, II.III) и двухполюсные, или взаимного питания (в скважине два токовых электрода А и В и один измерительный — М) (рис.5, IV. V). Согласно принципу взаимности при сохранении расстояний между электродами зонда заданного типа величина КС, зарегистрированная установками прямого и взаимного питания, будет одна и та же.

В неоднородных средах значение КС зависит не только от типа применяемого зонда, но и от взаимного расположения его электродов. В связи с этим различают последовательные и обращенные трехэлектродные потенциал- и градиент-зонды. Последовательными называют зонды, у которых парные электроды (М и N или А и В) находятся внизу (рис.5а, II, IV. б, II, IV), обращенными — зонды, у которых парные электроды расположены выше непарного (рис.5 а, III, V. б, III, V).

Зонды КС обозначаются буквами А, В, М, N в порядке расположения электродов сверху вниз, между буквами указываются цифрами межэлектродные расстояния в метрах. Например, A2M0,25N -однополюсный градиент-зонд последовательный: верхний электрод А является токовым, ниже на расстоянии 2м расположен измерительный электрод М и на расстоянии 0,25м от М — измерительный электрод N. Второй токовый электрод — В помещен на значительном удалении от скважинных электродов. Размер зонда Lгз =2,125м.

Для условной оценки глубины исследования зондом применяют термин радиус исследования зонда — радиус сферы в однородной среде неограниченной мощности, оказывающей на показания зонда такое же влияние, как и та часть сферы, которая расположена за ее пределам. Исходя из этого считают, что радиус исследования градиент-зондом приблизительно совпадает с его размером АО, а потенциал-зондом соответствует его удвоенному размеру, т.е. 2АМ. Следовательно, при одинаковом размере зондов радиус исследования потенциал-зонда примерно в 2 раза превышает радиус исследования градиент-зонда.

Конфигурация кривых кажущегося сопротивлении : кривые КС градиент- и потенциал-зондов для пластов высокого сопротивления большой и малой мощности

123

Метод кажущегося сопротивления: физические основы, принцип измерения КС в скважине (кажущееся сопротивление и его связь с истинным удельным сопротивлением горных пород; электрическое поле точечного источника в однородной изотропной среде).

AB – токовые электроды, MN – измерительные.

Кажущееся сопротивление: ρК = K·ΔU/I , где K – коэффициент зонда.

В однородной среде кажущееся сопротивление равно удельному сопротивлению среды. В скважине среда неоднородна и кажущееся сопротивление зависит от многих факторов.

Поле точечного источника в однородной изотропной среде.

Точечный электрод A излучает постоянный ток I в среде с удельным сопротивлением ρ. Электрод B удалён на бесконечность. Среда однородна, условия для протекания тока во всех направлениях одинаковы и плотность тока: j = I / 4πr2. Падение напряжения на элементарном участке dr: . Потенциал электрического поля в М, расположенной на расстоянии AM, найдём интегрированием:

. Аналогично для N: . Тогда разность потенциалов: . Также, в случае однородной изотропной среды напряжённость электрического поля E можно определить: , где r и AO – расстояние от источника до точки, где определяем E.

Итого, из всего вышенаписанного можем получить: . На практике измерить потенциал в одной точке сложнее, чем разность потенциалов. Поэтому используют четырёхполюсные установки AMNB, которые измеряют разность потенциалов электрического поля.

Зонды методов КС: основы теории зондов, их классификация, обозначение, наименование, точки записи, длина зонда (вывод выражения для потенциала электрического поля точечного источника в однородной среде; вывод выражения для коэффициента обычного зонда метода КС).

Потенциал зонды: расстояние между парными электродами больше.

1 – последовательный (кровельный) зонд (парные ниже непарных).

2 – обращённый (подошвенный) зонд (парные выше непарных).

Точка записи – середина AM.

Длина зонда – расстояние L между удалённым электродом и точкой записи.

Радиус исследования – двойной размер зонда.

Градиент зонды: расстояние между парными электродами меньше.

1 – последовательный (кровельный) зонд (парные ниже непарных).

2 – обращённый (подошвенный) зонд (парные выше непарных).

Радиус исследования – размер зонда.

Поле точечного источника в однородной изотропной среде.

Точечный электрод A излучает постоянный ток I в среде с удельным сопротивлением ρ. Электрод B удалён на бесконечность. Среда однородна, условия для протекания тока во всех направлениях одинаковы и плотность тока: j = I / 4πr2. Падение напряжения на элементарном участке dr: . Потенциал электрического поля в М, расположенной на расстоянии AM, найдём интегрированием: . Аналогично для N: . Тогда разность потенциалов: . Также, в случае однородной изотропной среды напряжённость электрического поля E можно определить: , где r и AO – расстояние от источника до точки, где определяем E.

Итого, из всего вышенаписанного можем получить: . На практике измерить потенциал в одной точке сложнее, чем разность потенциалов. Поэтому используют четырёхполюсные установки AMNB, которые измеряют разность потенциалов электрического поля.

Коэффициент зонда .

Конфигурация кривых кажущегося сопротивлении : кривые КС градиент- и потенциал-зондов для пластов высокого сопротивления большой и малой мощности.

Измеренное значение ρК зависит от удельного сопротивления изучаемого пласта, вмещающих пород, мощности пластов, диаметра скважины, бурового раствора, зоны проникновения и типа зонда.

Пласты высокого удельного сопротивления. а), б) — кровельный градиент-зонд; в) г) – потенциал-зонд.

Кровельный градиент зонд. Мощный пласт высокого сопротивления — асимметричный максимум (максимум – на кровле, минимум – на подошве). Тонкий пласт высокого сопротивления – симметричный максимум, но над пластом на расстоянии L экранный максимум и между ним и основным максимумом – экранный минимум (из-за явления экранирования тока пластом высокого сопротивления).

Подошвенный градиент зонд. Кривые являются зеркальным отражением относительно горизонтальной плоскости, проходящей через середину пласта. Границы пласта определяют по основанию спада и подъёма кривой.

Потенциал зонд. Даёт кривые, симметричные относительно горизонтальной плоскости через середину пласта. Мощный пласт высокого сопротивления – симметричный максимум; границы пласта определяют по точкам изгиба кривой. Тонкий пласт высокого сопротивления – симметричный минимум, и по обе стороны есть два небольших максимума, удалённых от кровли и подошвы на ½ AM.

Условимся называть электроды зонда парными, если они включены в одну и ту же цепь — токовую или измерительную, а электрод, включаемый в одну цепь с электродом, находящимся на поверхности — непарным. В зависимости от расстояний между парными и непарными электродами различают два типа обычных зондов (рис.2.11).

Рис.2.11. Обычные зонды электрического каротажа.

Градиент зонд: I-кровельный, II-подошаенный, III и IV- потенциал зонды.

а — однополюсный зонд; б — двухполюсный зонд. А и В — токовые электроды;

М и N -измерительные электроды; 1 — точка записи кажущегося сопротивления;

2 — точка записи ПС

Потенциал-зонд — это зонд с раздвинутыми парными электродами. Если один из парных электродов удален на очень большое расстояние, получается идеальный потенциал-зонд. В этом случае и , AN » AM ®¥ и по формуле ; получим , т.е. величина KС оказывается пропорциональной потенциалу электрического поля в точке М.

Градиент-зонд — это зонд со сближенными парными электродами. Если расстояние между парными электродами уменьшить до бесконечно малой величины, получится идеальный градиент-зонд. При этом AM AN и . При MN отношение , следовательно, , т.е. измеренное сопротивление пропорционально градиенту электрического поля в точке М.

Однотипные трехэлектродные зонды отличаются друг от друга своей длиной L. Длиной потенциал-зонда называют расстояние между сближенными непарными электродами: L=AM, а длиной градиент-зонда расстояние от непарного электрода до середины между парными электродами: L=АО. От длины зонда зависит радиус его исследования и форма кривых КС.

Различают также последовательные и обращенные зонды. Последовательными называют зонды, у которых парные электроды находятся внизу, обращенными — зонды, у которых парные электроды расположены выше непарного. Последовательный градиент-зонд называют также подошвенным, а обращенный — кровельным. Точкой записи зонда является точка, находящаяся посередине между сближенными электродами. К этой точке относят измеренные значения кажущегося сопротивления. Зонд обозначается перечислением его электродов сверху вниз, между ними проставляют межэлектродные расстояния в метрах. Например, М2АО,5В — двухполюсный градиент-зонд, подошвенный, длиной 2,25 м, В7,5АО,75М — двухполюсный обращенный потенциал-зонд длиной 0,75 м.

Диаграмма КС для пласта высокого сопротивления (потенциал-зонд)

При исследованиях скважин методом кажущихся сопротивлений измеряют некоторый параметр, называемый кажущимся удельным сопротивлением (или кажущимся сопротивлением), величина которого зависит от удельных сопротивлений слагающих разрез пород, бурового раствора и ряда других факторов.

Вид диаграмм КС в пластах высокого сопротивления большой мощности показан на рисунке 2. Диаграмма градиент-зонда отличается от диаграммы потенциал-зонда своей асимметричностью, которая позволяет более надежно идентифицировать кровлю и подошву пласта.

Рисунок 1 — Диаграммы удельного электрического сопротивления истинного (1) и кажущегося для потенциал-зонда (2) и градиент-зонда (3) в пласте высокого сопротивления большой мощности

Для измерений в скважину на специальном кабеле опускают измерительную установку (зонд), состоящую, как правило, из трех электродов (заземлителей): А, М и N. Четвертый электрод В помещают на поверхности земли. Электроды А и В предназначаются для пропускания электрического тока (питающие или токовые электроды); электроды М и N — для измерения разности потенциалов между двумя точками среды в момент } протекания электрического тока (измерительные электроды). При перемещении зонда вдоль ствола скважины в зависимости от удельного электродами М и. N. Принципиальные схемы измерения кажущихся сопротивлений изображены на рисунке 2.

Рисунок 2 — Принципиальные схемы измерения кажущегося сопротивления горных пород в скважине: а — с зондом прямого питания; б — с зондом взаимного питания; А и В — питающие электроды; М и N-измерительные электроды; Б- источник тока; Р — реостат; П — прибор для измерения разности потенциалов (кажущегося сопротивления); АМ-прибор для измерения силы питающего тока

По взаимному расположению электродов различают потенциал- и градиент — зонды. Потенциал — зондами называют зонды, у которых расстояние между парными электродами, т. е. электродами одного назначения (АВ или MN), значительно больше расстояния от одного из этих электродов до ближайшего непарного, т. е. MN » AM или АВ > > AM. Расстояние между электродами А и М потенциал — зонда называют его размером, или длиной; измеряемое значение кажущегося сопротивления относят к средней точке отрезка AM (точке записи).

Градиент — зондами называют зонды, у которых расстояние между парными электродами (АВ или MN) значительно меньше расстояния от одного из них до непарного электрода, т. е. MN » AM или АВ » AM. Величину измеряемого кажущегося сопротивления относят к точке, расположенной на середине расстояния между парными электродами (точке записи). Размером, или длиной, зонда считают расстояния от удаленного электрода до точки записи.

Конфигурация кривых кажущихся сопротивлений зависит, при прочих равных условиях, от типа зонда и соотношения его размера с мощностью пласта. В соответствии с этим различаются и правила определения границ пластов по кривым КС, полученным с каким-либо конкретным зондом.

Потенциал-зонд в одиночных однородных пластах позволяет получить кривые кажущегося сопротивления, симметричные относительно середины паста. Кривые кажущегося сопротивления последовательного и обращенного потенциал-зондов по форме не различаются, если расстояние между электродами М и N (А и В) больше мощности пласта.

Границы мощного пласта отмечаются следующим образом: кровля — по началу наиболее интенсивного подъема кривой; подошва — по концу самого интенсивного ее спада.

Против тонкого пласта высокого сопротивления наблюдается симметричный минимум кривой кажущегося сопротивления потенциал-зонда с весьма небольшими максимумами над кровлей и под подошвой, от каждой на расстоянии 1/2 AM.

Электрические методы сопротивлений.

Метод кажущегося сопротивления КС.

Метод КС основан на изучении УЭС горных пород ρК , которое характеризует способность пород пропускать электрический ток и зависит от их минерального (химического) состава, структуры, пористости, проницаемости нефте-, газо-, водонасыщенности, физических факторов (температура, давление и др.), воздействующих на горные породы.

Для определения УЭС пород обычно используют четырехэлектродную установку АВМN (рис. 1).

Рис. 1

Схемы измерения кажущегося сопротивления горных пород в скважине обычными зондами разного типа:

Электрический ток вводится через электроды А и В, которые называют питающими. Чаще всего измеряют разность потенциалов ∆U между измерительными электродами М и N, расположенными от А и В на некотором расстоянии. Электроды, имеющие одинаковое назначение называют парными (А и В или М и N), электроды разного назначения – непарными (А и М или В и N). Обычно один электрод (В или N) устанавливают на поверхности около устья скважины, а три других (А М N или А В М) размещают в стволе скважины и перемещают от забоя до устья. Совокупность электродов А М N или А В М, расположенных в скважине на заданных расстояниях, называют обычными зондами КС (рис. 2).

Рис. 2 Зонды КС

Зонды КС обозначают буквами в порядке расположения электродов в скважине сверху вниз. Между буквами указывают межэлектродные расстояния в м.

Например, зонд с расстояниями между электродами А и М x(м), а между М и N у(м) обозначается А х М у N, а зонд с расстояниями между электродами В и А х(м), а между А и М у(м) – В х А у М.

Результаты измерений относятся к точке записи О.

УЭС пород определяют по измеренным величинам потенциала U, либо разности потенциалов ∆U, либо напряженности электрического поля Е, созданного током силой I.

Предположим, что в однородной изотропной среде с УЭС ρ находится электрод А, являющийся точечным источником тока силой I, а электрод В удален в бесконечность и его влиянием на поле электрода А можно пренебречь (рис.3). Потенциал U в любой точке среды на расстоянии r от электрода А согласно закона Ома:

(1.1) т.к. (1)

где R – электрическое сопротивление среды, ограниченной окружностью с радиусом

ℓ = r и представляющей сферу с площадью S = 4π r2

Поэтому потенциалы в точках М и N равны

; (1.3) ; (2)

Откуда УЭС породы равно

; (3)

Разность потенциалов ∆U между точками M и N

; (4)

Откуда УЭС породы равно

; (5)

Согласно закона Ома в дифференциальной форме напряженность электрического поля

; (6)

Т.к. r = АО – расстояние от электрода А до точки измерения Е, которая находится в середине между точками М и N (т.О).

Отсюда УЭС породы равно

; (7)

Реальные среды – неоднородны, поэтому измеряемое УЭС обычными зондами КС является кажущимся ρк и вычисляют его по формулам:

; ; (8)

; ; или

; (9)

; ; (10)

где , — коэффициенты зондов КС, измеряются в м.

Кажущееся сопротивление неоднородной среды равно УЭС фиктивной однородной среды, создающей при заданных расстояниях между питающим и измерительными электродами А, М, N и токе питания I такую же разность потенциалов ∆ U(либо потенциал U, либо напряженность Е), как и в однородной среде.

Наиболее яркий пример неоднородной среды – пласт коллектора, в поры которого проникает фильтрат промывочной жидкости (ПЖ), а на стенках образуется глинистая корка.

Кажущееся УЭС зависит (рис.3) от расстояний между электродами зонда, формы и размеров неоднородностей, окружающего зонд пространства, мощности пласта hпл, диаметра скважины dc, толщины глинистой корки hгк, диаметра зоны проникновения фильтрата промывочной жидкости (ПЖ) Dзп, УЭС ПЖ ρр, УЭС глинистой корки ρгк , УЭС зоны проникновения ρзп , УЭС исследуемых пород ρП, УЭС вмещающих пород ρвм.

Типы зондов.

Зонды, содержащие один питающий и два измерительных электрода, называютоднополюсными или зондами прямого питания.

Зонды, содержащие два питающих электрода и один измерительный, называют двухполюсными или зондами взаимного питания.

Зонд прямого питания можно превратить в зонд взаимного питания и наоборот. Для этого надо поменять назначения электродов : А ↔ М; В ↔ N. Согласно принципу взаимности результат измерения при этом не изменится, если сохранить расстояние между электродами.

Зонды прямого питания позволяют исключить помехи от промышленных установок и поля Земли.

Зонды взаимного питания используют при одновременной регистрации кривых КС и СП (метода собственных потенциалов).

По взаимному расположению электродов различают:

1) потенциал-зонды (П-З), у которых расстояние между парными электродами больше расстояния от непарного электрода до ближайшего из парных АВ > АМ или

МN > АМ. Расстояние между парными электродами называют длиной П – З

LП = АМ, точка записи О находится в середине между непарными электродами;

2) градиент-зонды (Г-З), у которых расстояние между парными электродами меньше расстояния от непарного электрода до ближайшего из парных АВ < АМ или МN < АМ. Расстояние от непарного электрода до точки записи О, находящейся в середине между парными электродами называют длиной Г-З LГ = МО, АО = ОВ или LГ = АО, МО = ОN.

Зонды также делятся на:

1) последовательные потенциал-зонды или подошвенные градиент-зонды, у которых парные электроды расположены ниже непарного;

2) обращенные потенциал-зонды или кровельные градиент-зонды, у которых парные электроды находятся выше непарного.

Зонды также могут быть идеальными.

Идеальный потенциал-зонд отличается от обычного тем, что электрод N удален в бесконечность (может находиться на поверхности около устья скважины), а в скважине кроме питающего электрода А имеется только один измерительный электрод М, т. е. МN → ∞.

Разность потенциалов между электродами М и N

; (2.1)

т.е. измеряется потенциал электрода M – UM, отсюда название «Потенциал-зонд».

УЭС, измеряемое идеальным П – З,

; (2.2),

Где — длина идеального П-З

— коэффициент идеального П-З

Идеальный градиент-зонд отличается от обычного зонда тем, что расстояние между измерительными электродами стремится к нулю

УЭС, измеряемое идеальным Г –З, определяют по величине напряженности электрического поля Е

, (2.3)

т.е. измеряется градиент потенциала электрического поля между электродами М и N, отсюда название «градиент — зонд»

, (2.4)

поэтому

; (2.5)

Глубинность метода КС оценивается по радиусу исследования rи , под которым понимают радиус окружности c центром в питающем электроде А (рис.3)

для П –З

rи П = 2 LП = 2AM ; (2.6)

для Г – З

rи Г = L r = AO ; (2.7)

Рис. 3

Факторы, влияющие на кажущееся сопротивление

Радиальная характеристика среды

Недостаток метода КС: определение кажущегося УЭС ρк , которое может значительно отличаться от истинного УЭС ρП.

Если в плотных непроницаемых породах ρк ≈ ρП, то в межзерновых коллекторах, когда промывочная жидкость (ПЖ) является глинистым раствором в воде и давление ПЖ превышает пластовое давление, фильтрат ПЖ (вода) проникает в поры коллектора, а глинистые частички оседают на стенке скважины, образуя глинистую корку ГК. В коллекторе формируются следующие околоскважинные области: ПП – промытый пласт, в порах которого содержится фильтрат ПЖ; ЗП – зона проникновения фильтрата ПЖ, в порах которой имеется и фильтрат, и флюид; НП – неизменный пласт, в порах которого имеется флюид.

Поэтому в межзерновых коллекторах ρк изменяется в радиальном направлении r

неодинаково (рис.4). Неоднородность пласта в радиальном направлении называютрадиальной характеристикой среды. При насыщении пласта-коллектора водой возможны следующие ситуации:

1) ρр ≈ ρф > ρз П — кривая 1, когда фильтрат ПЖ пресный, а пластовая вода минерализованная СФ < СВ или ρф > ρв. Такое проникновение фильтрата ПЖ в пласт называютповышающим . Работая с зондами малой длины можно ошибочно выделить пласт, насыщенный минерализованной водой, как продуктивный;

Рис. 4

Радиальная характеристика коллектора

2) ρр ≈ ρф ≈ ρз П ≈ ρвП — кривая 2, когда фильтрат ПЖ и пластовая вода имеют одинаковые минерализации

СФ ≈ СВ ; ρв ≈ ρф ;

3) ρр ≈ ρф < ρз П < ρвП — кривая 3, когда фильтрат ПЖ соленый, а пластовая вода менее соленая или пресная, СФ > СВ или ρф < ρв.

Такое проникновение фильтрата ПЖ называют понижающим. Используя зонды малой длины, также можно ошибиться в определении типа насыщения коллектора.

При насыщении коллектора нефтью возможны следующие случаи:

1) ρр ≈ ρф > ρз П > ρнП — кривая 1/, когда фильтрат ПЖ пресный, а коэффициент газонефтенасыщения низкий. Наблюдается повышающее проникновение;

2) ρр ≈ ρф ≈ ρз П ≈ ρнП — кривая 2/, когда фильтрат ПЖ пресный, а коэффициент газонефтенасыщения средний. В этом случае продуктивный коллектор по КС не выделяется, т.к. он не отличается от плотного пласта.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *