Индукционный каротаж интерпретация

Лекция 7. Индукционный каротаж

Для изучения электрических свойств (проводимости, диэлектрической проницаемости) наряду с электрическим каротажем применяется электромагнитный каротаж, основанный на измерении электромагнитного поля. Из разновидностей электромагнитного каротажа широкое практическое значение имеют диэлектрический и особенно индукционный каротаж.

Индукционный каротаж (ИК) предназначен для изучения удельной проводимости (удельного сопротивления) горных пород, пересеченных скважиной. Он основан на измерении напряженности переменного магнитного поля вихревых токов, возбужденных в породах полем опущенного в скважину источника.

Наиболее простой зонд состоит из двух катушек: генераторной и приемной, расположенных соосно на расстоянии, равном длине зонда L. Генераторная катушка питается от генератора переменным током частоты несколько десятков килогерц.

Создаваемое этим током первичное переменное магнитное поле возбуждает в окружающих породах вихревые токи. Эти токи создают вторичное переменное поле. Первичное и вторичное магнитные поля индуцируют в приемной катушке э.д.с. первичного поля компенсируется, вторичное поле пропорционально проводимости среды.

,

где: g — электропроводимость пласта ,м/м, rп – Ом м,Eв – В;

ku – коэффициент индукционного зонда.

,

где: f и I0 частота и амплитуда тока в генераторной катушке;

Sr и Sn площади витков генераторной и измерительной катушек;

nг и nn – число витков;

L длина зонда.

кажущаяся удельная электропроводность.

Зонды с фокусированными катушками называются фокусированными индукционными зондами. В каждом фокусированном зонде имеются главные катушки (генераторная и измерительная). Результаты измерений относят к середине.

Фокусирующие катушки могут располагаться внутри или снаружи зонда. Основные задачи внешней фокусировки – снижение влияния вмещающих пород, задачей внутренней фокусировки – снижение влияния скважины и ЗП.

Зонд ИК обозначают шифром, первая цифра – число катушек, вторая – длина зонда 6Ф1 – шесть катушек, L – 1 м.

Специальным зондом ИК является зонд индукционного каротажа поперечной проводимости. Катушки располагаются горизонтально. Предназначен для изучения анизотропных сред (пластов).

Для зонда с фокусирующими катушками сигнал равен алгебраической сумме сигналов всех возможных пар измерительных и генераторных катушек зонда.

В случае неоднородной среды, состоящей из отдельных областей А,В,…N с удельным электропроводностями -gа,gb,…gn

gк=gаGA+gвGB+…+gnGn,

GA,GB,…Gn – геометрические факторы отдельных областей.

Для пласта конечной мощности с учетом влияния скважины, зоны проникновения.

gк=gсGc+gзпGзп+gnGn+gBMGBM или

Таким образом, показания ИК являются суммой показаний от отдельных областей среды.

Зависимость геометрического фактора G бесконечного по длине цилиндра от его радиуса называется радиальной характеристикой зонда ИК.

Радиальные характеристики зондов индукционного каротажа. Пользуясь радиальными характеристиками ИК- зондов можно определить геометрический фактор скважины, ЗП и неизменной части пласта неограниченной мощности и затем для известного gк.

Зависимость геометрического фактора G от мощности пласта h называется вертикальной характеристикой ИК- зонда.

По вертикальной характеристике можно оценить влияние вмещающих пород ИК- зонда, когда середина зонда расположена против середины пласта.

Зонды ИК обладают (см. прошлую лекцию) большим радиусом исследования в случае повышающего проникновения фильтрата ПЖ.

При понижающем проникновении они уступают градиент – зондам большой и средней длины.

ИК применяют при исследовании проводящих жидкостей (на нефтяной основе), при бурении с продуктивным воздухом или газом, в сухих скважинах.

Кривые симметричны относительно середины пласта для зонда 6Ф1.

Форма кривых gк для других зондов ИК (8И1,4; 4И1; 4Ф1) несимметричны относительно середины пласта, т.к. точка записи не совпадает с серединой пласта.

В пластах высокого сопротивления значение gк заметно отличается от значения соответствующему пласту неограниченной мощности.

Основной задачей, решаемой при обработке данных ИК, является определение удельного сопротивления пластов.

Обработку производят в следующем порядке: выделение и отбивка границ пластов, отсчет существенных значений gк, определениеrп спомощью палеток ИК. Граница – половина высоты аномалии.

Существенное значение gк против пласта отсчитывают в интервале, уменьшенном на половину длины зонда со стороны кровли и подошвы пласта. При gк<10 мСм/м для ИК (кроме ВИК-1) gк не отсчитывается.

Интерпретация данных ИК производится по палеткам ИК аналогично с ЭК.

rвм=1 Ом м

Шифр кривых -rк¥ в Ом м.

Палетка для исправления показаний зонда 6Ф1 за влияние конечной мощности.

Диэлектрический каротаж.

Диэлектрический каротаж (ДК) предназначен для изучения диэлектрической проницаемости горных пород в разрезе скважин и основан на измерении характеристик высокочастотного магнитного поля, возбуждаемого зондом ДК.

Горные породы относятся к веществам, которые поляризуются. Поляризация является причиной возникновения дополнительного поля, складывающегося с первичным полем Е0.

Напряженность поля Е в веществе при наличии поляризации отличается от напряженности Е0 первичного поля

, где x – безразмерный параметр, определяющий электрическую поляризуемость среды, называется диэлектрической восприимчивостью.

Диэлектрические свойства вещества характеризуются абсолютной диэлектрической проницаемостью.

eа=e0(1+4px), где e0 – диэлектрическая постоянная, представляющую диэлектрическую проницаемость вакуума и являющаяся относительной единицей измерений.

e=eа/e0 – относительная диэлектрическая проницаемость.

Для основных породообразующих минералов e составляет 4-7. Для воды – 88., очень сильно зависит от температуры. С увеличением t от 273° до 373°К eв уменьшается с 88 до 55. eнефти изменяется от 2 до 3, у газа – близка к 1.

Диэлектрическая проницаемость горной породы определяется объемным содержанием и поляризуемостью минералов и пластовых флюидов (воды, нефти, газа), участвующих в строении породы.

Для нефтегазонасыщенных пород она изменяется от 4 до 12.

В чистых нефтегазонасыщенных породах (коллекторов) определяется в основном содержанием остаточной воды

Значительной диэлектрической проницаемостью обладают глины и аргиллиты (от 30 до 60).

ИНДУКЦИОННЫЙ КАРОТАЖ.

1234

Индукционный каротаж (ИК) – один из наиболее важных методов электрического каротажа. При ИК удельную электрическую проводимость горных пород, пересеченных стволом скважины, изучают с помощью специальной установки – зонда, принимающего сигналы, индуцированные вихревыми токами окружающей среды. Основные преимущества ИК — это относительно большая глубинность исследований при незначительном влиянии вмещающих пород, отсутствие гальванического контакта установки со средой, вследствие чего становится возможным исследование пустых и заполненных непроводящей промывочной жидкостью скважин, измерение КС с большой точностью в породах с малым значением удельных сопротивлений (менее 10 Ом*м).

Индукционный каротаж лучше применять в скважинах, заполненных промывочной жидкостью с не очень низким значением удельного сопротивления (0,3 Ом*м <rc) и с rп пластов не более 100 Ом*м. Метод ИК к изменению КС в пластах свыше 100 Ом*м менее чувствителен. Индукционный каротаж в комплексе с другими фокусированными методами с различной глубинностью исследований успешно решает задачи изучения разрезов по методу сопротивлений.

Индукционные методы отличаются также характером распределения вторичных токов, индуцированных генераторной катушкой в горных породах: их токовые линии лежат в плоскостях, перпендикулярных к оси генераторной катушки. В однородной среде линии вихревых токов представляют собой окружности с центрами на оси прибора. При таком распределении токовых линий можно более точно определить истинное удельное сопротивление пластов, а влияние электропроводности вмещающих пород на показания индукционных методов существенно уменьшается.

Простейший зонд индуктивного метода может быть составлен из двух катушек (генераторной и измерительной), опущенных в скважину. Расстояние между серединами генераторной и измерительной катушек есть длина Lи индукционного зонда. Генераторная катушка зонда подключена к генератору переменного тока ультразвуковой частоты 20-60 кГц и питается стабилизированным по частоте и амплитуде током. Измерительная катушка зонда через усилитель и фазочуствительный элемент подключена посредством кабеля к регистрирующему пробору, расположенному на поверхности. Перемещенный ток, протекающий по генераторной катушке, создает переменное магнитное поле (прямое и первичное), которое, в свою очередь, индуцирует в среде, окружающий зонд, вихревые токи, формирующие вторичное переменное магнитное поле той же частоты, что и первичное.

Первичное и вторичное переменные магнитные поля индуцируют э.д.с. в измерительной катушке. Непосредственное воздействие первичного поля на приемную катушку не связанно с горными породами, поэтому э.д.с. индуцированная прямым полем, компенсируется встречной э.д.с., равной первой по величине и противоположной по фазе, с помощью дополнительных катушек или специальных электронных устройств.

Электродвижущая сила, генерируемая вторичным полем в измерительной катушке, состоит из двух составляющих – активной и реактивной. Регистрирующим прибором фиксируется сигнал активной составляющей э.д.с., наиболее тесно связанной с электропроводностью окружающей среды.

В случае низкой проводимости среды э.д.с. активной составляющей прямо пропорциональна ее электропроводности. С ростом электропроводности среды э.д.с. активного сигнала увеличивается медленнее и по более сложному закону. Нарушение пропорциональности между активным сигналом и электропроводностью среды связанно с взаимодействием вихревых токов. Это явление называется скин-эффектом. Чем выше частота тока и электропроводность среды, тем значительнее взаимодействие вихревых токов и, следовательно, существеннее влияние скин-эффекта на показания индукционного метода.

Активный сигнал фиксируется на поверхности измерительным устройством в виде кривой, отражающей изменение электропроводности пород по разрезу скважины. Точкой записи кривой является середина расстояния между центрами генераторной и измерительной катушек. Единицей измерения электропроводности пород является сименс на метр (См/м) – величина, обратная (ОМ*м). На практике используют тысячную долю сименса на метр – миллисименс на метр (мСм/м).

В индукционных методах измеряется эффективная удельная электропроводность sэф, зависящая от проводимостей пласта, промывочной жидкости, зоны проникновения фильтрата промывочной жидкости, вмещающих пород, от диаметра скважины, мощности пласта, а также размера и конструкции зонда. В связи с этим эффективная электропроводность о общем случае отличается от истинной удельной электропроводности изучаемого пласта sпл.

ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ИК

Основной задачей интерпретации ИК является определение удельного сопротивления пластов. При отсутствии проникновения фильтрата ПЖ в пласт определение rп по данным одной кривой ИК сводится к учету влияний скважины, скин-эффекта и ограниченной мощности пласта, это делается с помощью палеток.

При наличии зоны проникновения, когда rзп отличается от rп неизмеренной части пласта, показания ИК интерпретируют с помощью тркхслоиных однозондовых или комплексных палеток. Однозондовые палетки рассчитаны для пластов неограниченной мощности и представляют собой графики зависимости rк/rс от rп/rс для известных значений dc и rзп/rс. Палетка снабжена кривыми для фиксированных значений D/ dc и rс. Для выбора нужной палетки и определения по ней rп по кривой ИК требуется предварительное определение параметров D/ dc и rзп/rс. Это достигается проведением измерений ИК в комплексе с другими электрическими методами сопротивления.

Схема интерпретации сводится к отчету существенного значения sк, внесению исправлений за влияние скважины, скин-эффекта и оценки rк, приведению показаний к условиям пласта неограниченной мощности и нахождению по ординате палетки rп/rс.

Показания ИК для определения трех неизвестных величин rп, rзп и D интерпретируют обычно в комплексе с данными других зондов электрического каротажа с разными радиусами исследований. С этой целью разработаны комплексные приборы для одновременной регистрации кривых ИК, БК, потенциал- и градиент-зондов.

При понижающем проникновении определение rп, rзп и D затрудняется. Это вызвано уменьшением глубинности исследования зондов ИК и увеличением глубинности зонда БК при rп<rзп. В результате расхождение в значениях большого ИКБ и малого БКМ зондов прибора Э6 становится значительно меньше, чем в случае повышающего проникновения. В этих условиях комплекс зондов Э6 не дает возможности однозначно определять параметры rп, rзп и D, так как каждому сочетанию зафиксированных зондами значений rк соответствует несколько сочетаний определяемых параметров.

Индукционный каротаж (ИК)

Индукционный каротаж основан на измерении кажущейся удельной электропроводности горных пород при помощи индуцированных токов. геофизический метод исследования в скважинах, основанный на измерении магнитного поля вихревых токов, индуцированных в горных породах. Индукционный каротаж используется для изучения удельного электрического сопротивления горных пород, выявления в разрезе нефтеносных пластов, исследования тонкослоистых разрезов (наиболее эффективно в низкоомных разрезах до 50 Ом•м). Преимущество индукционного каротажа по сравнению с другими видами электрического каротажа в том, что питающие и приёмные устройства не требуют непосредственного контакта с буровым раствором и стенкой скважины, это позволяет применять его в сухих или с непроводящим буровым раствором скважинах (например, на нефтяной основе, пресной воде).

Скважинный снаряд для индукционного каротажа включает генераторную, фокусирующую и приёмную катушки, расположенные коаксиально. Переменный электрический ток частотой 10-20 кГц, пропускаемый по генераторной катушке, создаёт магнитное поле, которое индуцирует вихревые токи в горные породы, окружающие скважину. Под действием магнитного поля этих токов (вторичное поле) в приёмной катушке возникает ЭДС, величина которой зависит от удельной электрической проводимости горных пород. Для устранения влияния магнитного поля генераторной катушки на приёмную применяют компенсирующие элементы (например, катушки, магнитное поле которых направлено противоположно полю генераторной катушки). Полезный сигнал с приёмной катушки поступает на усилитель, расположенный в скважине, затем по кабелю на поверхность, где регистрируется.

Первичное и вторичное магнитные поля индуцируют ЭДС в измерительной катушке; ЭДС первичного поля компенсируется, а ЭДС вторичного подается на земную поверхность для регистрации. Измерив ЭДС вторичного поля Eинд и зная коэффициент зонда Kинд, определяют кажущуюся удельную электропроводность горной породы σк (См/м):


σк = 1/рк = Eинд/Kинд

Поскольку измерения проводятся в неоднородной среде, для снижения влияния скважины, вмещающих пород и зоны проникновения зонд ИК дополняется фокусирующими катушками.

ИК позволяет с высокой точностью определять электрическое удельное сопротивление пород в низкоомном разрезе. ИК можно использовать в сухих скважинах и в заполненных непроводящим раствором.

Боковой каротаж (БКЗ)

Это метод геофизических исследований в скважинах, основанный на изучении удельного электрического сопротивления горных пород при помощи зонда, обеспечивающего распространение тока перпендикулярно стенке скважины. Боковой каротаж предложен американским учёным Г. Дж. Доллом в 1950; в СССР получил развитие с 60-х годов и стал одним из эффективных видов электрического каротажа.

При боковом каротаже ток от источника, расположенного на поверхности, подаётся в скважинный прибор, через токовые электроды зонда поступает в скважину и окружающие её горные породы (рисунок).

Управление (фокусировка) полем зонда осуществляется при помощи экранных электродов, которые препятствуют растеканию тока основного электрода по скважине и направляют его в исследуемый пласт. Измеряются разность потенциалов между электродами (одним из экранных и удалённым измерительным) и сила тока через основной токовый электрод. Кажущееся сопротивление (частное этих величин) регистрируется при помощи каротажной станции, расположенной на поверхности.

В зависимости от числа электродов и условий управления полем различают трёх- или многоэлектродные зонды бокового каротажа. Трёхэлектродный зонд — цилиндр, разделённый изоляционными промежутками на электроды: короткий основной и два симметричных по отношению к нему экранных. Через электроды пропускается ток, сила которого регулируется таким образом, чтобы потенциалы были равны, что обеспечивает распространение токовых линий по радиусу. Многоэлектродный зонд бокового каротажа, кроме основного токового, состоит из двух пар измерительных электродов и несколько пар экранных. Одноимённые электроды расположены симметрично по обе стороны основного и попарно соединены накоротко друг с другом. Изменяя полярность электродов и размеры межэлектродных расстояний многоэлектродных зондов бокового каротажа, можно регулировать радиус исследования.

Боковой каротаж используют для изучения разрезов скважин (в т.ч. заполненных минерализованным буровым раствором), представленных породами высокого сопротивления или частым чередованием пластов с разными параметрами. При бурении нефтяных и газовых скважин с минерализованным буровым раствором боковой каротаж применяют в комплексе с боковым микрокаротажем, при документации разрезов угольных скважин — в комплексе с методами радиоактивного каротажа. Основное преимущество бокового каротажа (по сравнению с другими видами электрического каротажа) — незначительное влияние бурового раствора и вмещающих пород на результаты бокового каротажа, что позволяет детальнее расчленять разрез, точнее определять удельное сопротивление пластов в широком диапазоне (1-105 Ом•м). Развитие бокового каротажа связано с разработкой новых зондов с более совершенной регулировкой поля.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *