Методы кажущегося сопротивления

Размещено на http://www.allbest.ru

ВВЕДЕНИЕ

Целью данной курсовой работы является более подробное изучение методов КС, используемых при геофизической разведке скважин. Искусственные электрические поля исследуют методами кажущегося сопротивления КС, в которых электрические поля образуются контактным путем, т. е. пропусканием тока через электроды. К методам КС относят метод обычных зондов, боковое электрическое зондирование (БЭЗ), микрозондирование (МКЗ) и резистевиметрия.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

1) установление физических основ метода КС;

2) описание техники и методики работ;

3) описание принципов обработки и интерпретации диаграммных материалов. кажущийся сопротивление геологический скважина



1. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТОДА КС

Методы кажущегося сопротивления основаны на изучении распределения искусственного стационарного и квазистационарного электрических полей в горных породах. Обычно кажущееся удельное сопротивление среды, окружающей зонд, определяется по наблюденным значениям U, разности потенциалов ДU или напряженности электрического поля Е, созданного источником тока силой I. Связь между удельным электрическим сопротивлением (электропроводностью) изотропной среды, плотностью тока, напряженностью и потенциалом поля выражается соотношением

(1.1)

где r -- расстояние между источником тока и точкой, в которой определяется потенциал или напряженность электрического поля.

В случае однородной изотропной среды величина р в формуле (1.1) есть ее истинное удельное сопротивление, а в случае неоднородной среды -- кажущееся удельное сопротивление рк.

Бескерновое изучение разрезов скважин по величине удельного электрического сопротивления горных пород основано на изменении его в весьма широких пределах - от долей омметра до сотен тысяч омметров. Удельное электрическое сопротивление горных пород определяется рядом факторов: их минеральным составом, пористостью, температурой, давлением, минерализацией пластовых вод, извилистостью поровых каналов, соотношением воды и углеводородов (нефти, газа) в поровом пространстве и др. следовательно, по значению удельного электрического сопротивления можно установить литологию разреза, структуру пород, содержание в разрезе полезных ископаемых (нефти, газа, руд, углей и пр.), оценить величину нефтеотдачи.

1.1 Удельное электрическое сопротивление

1.1.1 Удельное сопротивление водонасыщенных пород

Удельное сопротивление породы прямо пропорционально удельному сопротивлению воды, заполняющей ее поровое пространство, т.е. в естественных условиях - пластовой воды. Содержание солей в пластовых водах весьма различное от долей грамма на 1 литр в пресных водах до сотен граммов на 1 литр в сильноминерализованных водах. В соответствии с этим наблюдается большой диапазон значений удельного сопротивления пород. Так, пески, насыщенные сильноминерализованной водой, имеют удельное сопротивление несколько десятых долей омметра, а те же пески, содержащие пресную воду,- несколько десятков и даже сотен омметров.

Главные породообразующие минералы горных пород относятся к классу изоляторов и не проводят электрического тока. Электропроводность же горных пород в условиях естественного залегания обеспечивается присутствующей в порах пластовой водой и прямо пропорциональна ее удельному сопротивлению и занимаемому объему, т.е. пористости. Удельное сопротивление пластовых вод изменяется от 10-2 до 101 Ом·м. Оно тем меньше, чем больше солей растворено в них. В зависимости от химического состава солей сопротивление пластовых вод изменяется, что обусловлено электропроводностью каждой из солей в отдельности. В пластовых водах нефтяных и газовых месторождений от 70 до 95 % общего количества растворенных солей составляет хлористый натрий (NaCl), поэтому при определении удельного сопротивления пластовых вод для приближенных расчетов допускают, что в растворе содержится только соль NaCl.

С повышением температуры сопротивление водных растворов понижается (около 2% на 1°С). Удельное сопротивление раствора или пород при незначительном диапазоне изменения температур (в пределах 30°) подсчитывают, пользуясь упрощенной формулой

(1.2)

где pt - сопротивление раствора при температуре t; p₁₈ - удельное сопротивление раствора или породы при t = 18°С; б -- температурный коэффициент электропроводности, показывающий относительное изменение р при изменении температуры на 1°С (числовое значение для NaCl - 0,022ч0,025°С^-1).

В процессе бурения скважины под действием гидростатического давления в проницаемые горные породы фильтруется глинистый раствор, образуя в зоне близлежащей к стенкам скважины область, заполненную фильтратом раствора с удельным сопротивлением р_ф. Удельное сопротивление фильтрата раствора р_ф находят по удельному сопротивлению глинистого раствора р_р, которое также зависит от концентрации солей, температуры и плотности глинистого раствора.

Обозначив через р_вп удельное сопротивление полностью водонасыщенной породы, получим

(1.3)

где Р -- относительное сопротивление породы, зависящее от ее пористости и структуры порового пространства; р_в - сопротивление пластовой воды.

В общем случае эмпирическая зависимость между относительным сопротивлением Р и коэффициентом пористости k_п имеет вид

(1.4)

где а и m - параметры, зависящие от литологического состава и структуры порового пространства породы.

Для оценки пористости породы на практике используют расчетные и экспериментальные зависимости Р=f(k_п), полученные по результатам исследований образцов горных пород (рис. 1).

Рис.1. Зависимость относительного сопротивления Р от коэффициента пористости k_п для песчано-глинистых пород (по В.Н.Дахнову)

Пропорциональность между удельными сопротивлениями воды и породы, начиная с некоторых значений минерализации насыщающей породу воды, нарушается для глинистых пород.

1.1.2 Удельное сопротивление глинистых пород

На поверхности частиц (зерен), слагающих горную породу, образуется двойной слой ионов, обладающий электрической проводимостью. В отличие от проводимости по всему сечению поровых каналов эту проводимость называют поверхностной.

Поверхностная проводимость тем больше, чем больше удельная поверхность породы. Последняя в свою очередь находится в обратной зависимости от размеров частиц, слагающих горную породу. Наибольшей удельной поверхностью обладают глинистые материалы, частицы которых имеют очень небольшой размер. В соответствии с этим поверхностная проводимость наиболее значительна у глинистых пород и затем у пород, содержащих глинистый материал, рассеянный по породе в виде цемента или залегающий в виде прослоев. При малой минерализации насыщающей воды поверхностная проводимость этих пород начинает играть значительную роль в общей электропроводности и приводит к заметному снижению удельного сопротивления по сравнению с аналогичными неглинистыми породами.

Вследствие влияния поверхностной проводимости в породе, содержащей глинистый материал, начиная с некоторых значений минерализации насыщающей породу воды, пропорциональность между удельным сопротивлением воды и удельным сопротивлением породы нарушается: с ростом удельного сопротивления воды удельное сопротивление породы будет возрастать значительно медленнее. Относительное сопротивление при этом уже не будет оставаться постоянным - оно будет уменьшаться с ростом удельного сопротивления воды, насыщающей породу. Уменьшение относительного сопротивления будет наблюдаться при тем большей минерализации воды, насыщающей породу, и будет тем значительнее, чем больше относительное содержание глинистого материала в породе.

Нарушение пропорциональности между удельным сопротивлением породы р_вп и удельным сопротивлением насыщающей воды р_пв и снижение относительного сопротивления наблюдаются для сравнительно чистых пород при р_пв более нескольких ом-метров, для пород с глинистым материалом - при р_пв от десятых долей ом-метра и более, для глинистых пород - при еще меньших значениях р_пв.

В породах, содержащих глинистый материал, характерным значением относительного сопротивления следует считать то, которое получается при высокой минерализации воды, заполняющей породу.

1.1.3 Удельное сопротивление нефтегазонасыщенных пород

Нефть и газ практически не проводят электрического тока, поэтому, находясь в поровом пространстве породы, они частично замещают воду и снижают проводимость породы. Удельное сопротивление нефтегазоносной породы зависит от процентного содержания в порах нефти или газа и воды, минерализации пластовых вод, пористости, структуры порового пространства и т.п.

Содержание воды в нефтегазоносном пласте характеризуется коэффициентом водонасыщенности k_в пласта - отношением объема пор, заполненных водой, к общему объему порового пространства породы.

Отношение объема пор, занятых нефтью (газом), к общему объему пор называется коэффициентом нефтенасыщенности k_н (газонасыщенности k_г) пласта. Очевидно, что

k_н + k_в =1, откуда k_н =1- k_в.

Нефтенасыщенность (газонасыщенность) породы оценивают отношением удельного сопротивления породы при ее частичном заполнении нефтью (газом) р_нп к удельному сопротивлению этой же породы при полном заполнении ее пор водой р_вп:

(1.5)

где Р_н - параметр насыщения - коэффициент увеличения электрического сопротивления пласта.

В общем случае между параметром насыщения Р_н и коэффициентом водонасыщения k_в существует обратная степенная зависимость:

(1.6)

где а - некоторая постоянная; n - показатель степени, зависящий от литолого-петрографического характера пород и физико-химических свойств нефти и воды.

Зависимость Р_н = f( k_в) приведена на (Рис.2.) На практике зависимость Р_н = f( k_в) применяют для определения коэффициента нефтегазонасыщенности пород.

Рис 2. Зависимость параметра насыщения Рн от коэффициентов водонасыщенности кв и нефтенасыщенности кн для песчано-глинистых и карбонатных пород (по В.Н.Дахнову). Породы; 1 - гидрофильные, 2 - слабогидрофильные, 3 - гидрофобные, 4 - карбонатные

1.2 Электрическое поле в однородной изотропной среде

Пусть в однородном изотропном пространстве, заполненном средой удельного сопротивления р, находиться точечный источник тока А силой I. Второй полюс В источника тока расположен в бесконечности и влиянием его на электрическое поле среды вблизи электрода А можно пренебречь.

Необходимо определить потенциал электрического поля в любой точке изучаемой среды на расстоянии r от источника тока, исключая точку А. Совместим начало координат с точкой, где находиться источник тока А, и опишем вокруг него сферу произвольного радиуса r (рис.3).

Так как среда однородна и изотропна, то ток будет равномерно распределен по поверхности сферы и, следовательно, его плотность

(1.7)

где - S = 4рr² -площадь поверхности сферы.

Из уравнения (1.6) следует:

(1.8)

Подставив (1.7) в (1.8) получим:

или

(1.9)

В соответствии с формулой (1.9) потенциал в точках изучаемой среды

Постоянная интегрирования С находиться из граничного условия равенства потенциала нулю на бесконечном расстоянии от источника тока, т.е. I=0 при r>?, поэтому необходимо принять С=0. Итак, выражение для потенциала в однородной изотропной среде, созданного точечным электродом А, излучающим ток силой I, в любых точках изучаемой среды на расстоянии r от источника А имеет следующий вид:

Принимая во внимание, что Е = -gradU и формулу (1.10) напряженность электрического поля в однородном пространстве

Если потенциалы электрического поля определяются в точках М и N, расположенных соответственно на расстояниях r₁=AM и r₂=AN от электрода А и на одной с ним прямой, то разность потенциалов между любыми точками М и N изучаемого пространства на основании (1.12) и (1.13) определяется выражением

При бесконечно сближенных электродах М и N (MN>0) в соответствии с (1.11) напряженность поля

Е=рI/4рr(АО)² (1.15)

где АО - расстояние между электродами А и серединой О бесконечно близко расположенных электродов М и N.

Формулы (1.12), (1.14) и (1.15) позволяют по результатам измерений потенциала U, разности потенциалов ДU и напряженности электрического поля Е при постоянном значении I и заданных расстояниях AM, AN и АО между электродами зонда определить удельное сопротивление однородной среды:

где K_U=4рАМ; ; КЕ =4р(АО)² - коэффициенты зондов, численные значения которых зависят только от расстояний между зондами.

Поскольку при измерениях величин электрического поля обычно регистрируется разность потенциалов между измерительными электродами М и N, наиболее часто используется формула (1.17). В ней разность потенциалов выражается в милливольтах, сила тока - в миллиамперах, коэффициент зонда - в метрах, величина удельного сопротивления - в омметрах.

В случае однородной изотропной среды удельное электрическое сопротивление, рассчитанное по формуле (1.17), соответствует его истинному значению. Однако фактически среда, окружающая зонд в скважине, не является однородной и изотропной. Удельное сопротивление среды изменяется как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях. Удельное электрическое сопротивление неоднородной среды, рассчитанное по формуле (1.17), представляет собой кажущееся удельное электрическое сопротивление

Из формул (1.17) и (1.19) следует, что кажущееся удельное электрическое сопротивление среды можно рассматривать как истинное удельное электрическое сопротивление фиктивной однородной изотропной среды, в которой при постоянных расстояниях между электродами зонда и силе тока создается такая же разность потенциалов, как в изучаемой неоднородной среде. Поскольку регистрируемая величина ДU пропорциональна р_к, кривая, записанная при постоянной силе тока, представляет собой кривую кажущегося сопротивления в масштабе К/I, поэтому диаграмма КС - это кривая изменения кажущихся сопротивлений пород по разрезу скважины. [1]



1.4 Связь между кажущимся и истинным сопротивлениями среды

Кажущееся сопротивление р_к, измеренное потенциал-зондом в точке М неоднородной среды, отличается от его истинного значения во столько раз, во сколько потенциал в этой точке U'_М превышает потенциал в точке М однородной среды U_М с удельным сопротивлением р_м:

Связь р_к, замеренного потенциал-зондом, с истинным удельным сопротивлением среды через плотность токов определяется формулой

где j'_пр и j_пр - плотности тока проводимости в неоднородной и однородной изотропной средах соответственно. В этой формуле произведение (j 'np/ jnp )*р_м? берется как среднее значение в интервале от точки М до бесконечности. Фактически определяющее влияние на это произведение оказывают участки неоднородной среды, расположенные от токового электрода А на расстоянии, не превышающем 5-10 размеров зонда.

Связь р_к, измеренного градиент-зондом, с истинным удельным сопротивлением среды устанавливается на основании формулы (1.18). Преобразуем эту формулу:

где L_гз =АО.

На основании j_пр=уE

где p_MN - истинное значение удельного сопротивления среды между электродами М и N.

Согласно (1.7) плотность тока в однородной изотропной среде

Подставив (1.22) и (1.23) в (1.21), получим:

Из формул (1.20) и (1.24) следует:

кажущиеся сопротивления, измеренные потенциал- и градиент-зондами, пропорциональны истинному удельному сопротивлению среды, в которой находятся измерительные электроды;

величина КС изменяется пропорционально плотности тока между измерительными электродами;

3)при пересечении поверхности раздела сред потенциал зондом величина КС изменяется плавно, так как р_м и U_M убывают или возрастают скачком при переходе электрода М из одной среды в другую; при пересечении поверхностей раздела сред градиент-зондом КС изменяется скачком пропорционально p_MN, причем отношение jґnp/jnp остается практически постоянным.

2. ТЕХНИКА И МЕТОДИКА РАБОТ

2.1 Метод обычных зондов КС

Для замера сопротивлений пород, пересеченных скважиной, используют четырехэлектродную установку AMNB. Три электрода этой установки (A, M, N или М, А, В), присоединенные к концам кабеля и опускаемые в скважину, представляют каротажный зонд. Четвертый электрод В или N (заземление) устанавливают на поверхности вблизи устья скважины (Рис.4).

Рис. 4. Схема измерения кажущегося удельного сопротивления.

А, В и М, N -- токовые и измерительные электроды; П -- измерительный прибор; К -трехжильный кабель; Е - источник тока; R - сопротивление для установки силы тока в цепи питания: mА - миллиамперметр.

Через электроды А и В, называемые токовыми, пропускают ток I, создающий электрическое поле в породе; при помощи измерительных электродов М и N регистрируют разность потенциалов ДU между двумя точками этого электрического поля, пропорциональную току I и удельному сопротивлению пород р. Электроды связаны с породами через глинистый раствор, заполняющий ствол скважины. При каротаже сопротивления выполняется принцип взаимности, который гласит, что при сохранении расстояния между электродами зонда и взаимной замене их назначения (т.е. если пропускать ток через электроды М и N, а разность потенциалов измерять между заземлениями А и В) величина кажущегося удельного сопротивления не измениться. [5]

2.1.1 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 р_к для них определяется формулой (1.19). Установка названа потенциал-зондом потому, что в точке М измеряется потенциал электрического поля.

Расстояние между сближенными непарными электродами L_пз = 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).

Градиент-зонды - это зонды, у которых расстояние между парными электродами (MN или АВ) мало по сравнению с расстоянием между непарными электродами (AM), т.е. MN<AM или АВ<АМ (Рис.5б) .

На практике применяют трехэлектродные градиент-зонды, величина р_к 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 L_гз = 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 L_гз =2,125м. [1]

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.[5]

2.1.2 Выбор зондов

От типа и размера зонда зависят радиус исследования метода КС, форма, амплитуда и дифференциация кривых, положение на кривой точек, соответствующих границам пласта, и т.д. поэтому для получения сопоставимых результатов в районе исследований измерения проводят с одним или двумя зондами, называемыми стандартными. Выбор стандартных зондов определяется следующими основными требованиями:

1) кривая КС должна быть достаточно дифференцирована по вертикали и, следовательно, должна выделить возможно большее число пластов в разрезе;

2) на кривой р_к должны достаточно четко отмечаться границы пластов разных удельных сопротивлений;

3) значения КС против отдельных пластов не должны значительно отличаться от их истинных удельных сопротивлений.

На практике в качестве стандартного зонда обычно применяют зонд средней длины, который позволяет получить наиболее оптимальные данные об изучаемом геологическом разрезе. В районах, разрезы которых сложены преимущественно песчано-глинистыми образованьями, в качестве стандартного зонда чаще всего используют последовательный градиент-зонд. Он позволяет наиболее уверенно разделить пласт на нефтегазоносную и водоносную часть, если в нем присутствует подошвенная вода. При выборе стандартного градиент-зонда важно установить расстояние между сближенными парными электродами. Обычно оно составляет 1/4-1/10 длины зонда. Увеличение разноса между парными электродами ведет к сглаживанию кривых сопротивления и снижению аномалий р_к, особенно против тонких высокоомных пластов.

В районах, разрезы которых представлены карбонатными высокоомными отложениями, в качестве стандартного зонда применяют потенциал-зонд 0,5-0,75 м. Получаемая потенциал зондом в высокоомных мощных пластах кривая сопротивления имеет симметричную форму, поэтому наиболее благоприятная для расчленения разреза, и р_к>р_пл.

Нередко в качестве стандартных зондов используют и градиент-зонд и потенциал-зонд, а в дополнение к последовательному градиент-зонду -обращенный градиент-зонд той же длины для более точной отбивки кровли высокоомных пластов.

Тип и размер стандартного зонда подбираются в зависимости от степени геолого-геофизической изученности района, особенно на стадии поисково-разведочных работ.

2.2 Боковое электрическое зондирование

Боковое электрическое зондирование может быть проведено как потенциал-зондами, так и градиент-зондами. Вид зондирования выбирается в зависимости от мощностей и удельных сопротивлений пластов. В промыслово-геофизической практике применяют главным образом градиент-зондирование, поскольку потенциал-зондами выделить тонкие пласты высокого сопротивления невозможно. Боковое электрическое зондирование проводится зондами одного типа - либо последовательными, либо обращенными. Для исследования разрезов глубоких нефтяных и газовых скважин наиболее часто применяют следующий набор градиент-зондов: AO,4M0,1N; A1M0,1N; A2M0,5N; A4M0,5N; A8M1N. Используются также обращенные градиент-зонды тех же размеров.

В комплект зондов БЭЗ входит и стандартный зонд A2M0,5N. Для учета явления экранирования и более точной отбивки границ пластов в дополнение к диаграммам р_к последовательных градиент-зондов БЭЗ записывают кривую КС обращенным градиент-зондом N0,5M4A или N0,5M2A. При значительной глубине проникновения фильтрата промывочной жидкости в пласт могут быть использованы зонды и больших размеров, например A16M2N.

Боковое электрическое зондирование проводится с помощью многоканальной аппаратуры, позволяющей одновременно регистрировать несколько кривых КС с использованием различных частот.

Масштаб записи кривых р_к выбирается таким, чтобы можно было по нему установить сопротивление с точностью до 5% от измеряемой величины КС, а отклонение кривой р_к от нулевой линии должно быть не менее 1см. по возможности при исследованиях зондами БЭЗ сохраняется единый масштаб записи, равный масштабу стандартного зонда.

Масштаб глубин диаграмм БЭЗ, как правило, 1:200, реже 1:500, 1:50.

2.3 Микрозондирование

Метод МКЗ заключается в детальном исследовании кажущегося сопротивления при скважинной части разреза зондами очень малой длины, так называемыми микрозондами.

Электроды микрозонда размещены на внешней стороне резинового башмака, который прижимается к стенке скважины рессорным или управляемым рычажным устройством. Так как при подъеме зонда башмак с электродами прижимается к стенке скважины происходит экранирование зонда от промывочной жидкости и уменьшение ее влияния на результат измерения.

Между башмаком микрозонда и стенкой скважины в проницаемом пласте имеется промежуточный слой, образованный коркой и пленкой промывочной жидкости, в непроницаемом - только пленка промывочной жидкости. В результате р_к измеренное микрозондом зависит в основном от удельного сопротивления прилегающей к стенке скважины части пласта р_п удельного сопротивления промежуточного слоя р_сл и его толщины Н.

В микрозонде с управляемым рычажным прижимным устройством башмак с электродами шарнирно укрепляется на одной из двух пар рычагов, которые прижимаются спиральной пружиной к стенке скважины любого диаметра с постоянным усилием. Прижимное устройство опускается в скважину в закрытом состоянии, а в интервале записи открывается по команде с поверхности. Одновременно с кривыми микрозондов это устройство позволяет регистрировать кривую изменения диаметра скважины с глубиной - микрокавернограмму.

Электроды микрозонда изготовлены из латунного стержня диаметром 10 мм и вмонтированы в резину башмака, которая обеспечивает изоляцию их друг от друга, от корпуса и промывочной жидкости. Расстояние между электродами 2,5 см.

В практике промыслово-геофизических работ для изучения разрезов скважин обычно применяют потенциал-микрозонд А0,5М2 и градиент-микрозонд A0,025M₁0,025M₂. Радиус исследования градиент-микрозонда приблизительно равен его длине (3,75 см), а глубина исследования потенциал-микрозонда в 2,0-2,5 раза больше его длины, т.е. составляет 10-12 см. между электродами зонда и породой находится промежуточный слой - глинистая корка или пленка промывочной жидкости. За счет влияния этого слоя величина р_к будет отличаться в общем случае от истинного удельного электрического сопротивления породы.

Коэффициенты микрозондов определяются только экспериментальным путем. С этой целью микрозонд погружают в металлическую ванну с электролитом известного удельного сопротивления (порядка 1-2 Ом*м) таким образом, чтобы расстояние от башмака с электродами до стенок ванны было не менее 35-40 см. удельное сопротивление электролита р_в измеряется лабораторным резистевиметром по обычным схемам. При этом электродом В служит корпус ванны. Перед измерениями электроды микрозонда зачищают, например мелкой наждачной бумагой. Коэффициент микрозонда:

2.4 Резистевиметрия скважин

Под резистевиметрией понимают измерение удельного электрического сопротивления жидкости, заполняющей скважину, с помощью скважинного резистевиметра. Если сопротивление жидкости определяются на поверхности, то применяют лабораторный резистевиметр. Значения сопротивления промывочной жидкости необходимы при вычислении истинных удельных сопротивлений пород на основании кажущихся. Сопротивление жидкости замеряют и при определении места притока воды в скважину. Удельное сопротивление жидкости сильно зависит от температуры. Поэтому измерение удельного сопротивления жидкости сопровождается измерением с температуры. Скважинный резистевиметр представляет собой обычный каротажный зонд малых размеров (расстояние между электродами (2-3 см).

Электродная установка резистевиметра в наиболее простом случае помещается в трубу из изолирующего материала с открытыми торцами, по внутренней поверхности которой расположены три кольцевых электрода А, М и N, образующих однополюсный градиент-зонд.

При перемещении резистевиметра по скважине жидкость свободно циркулирует через трубу, которая служит изолирующим экраном, исключающим влияние среды за пределами определяемого объема жидкости (стенки скважины, обсадной колонны). Измерения резистевиметром выполняются аналогично замеру при обычном электрическом каротаже методом сопротивления. Удельное сопротивление промывочной жидкости находят по формуле (1.17). В результате замера на каротажной ленте регистрируется диаграмма сопротивления промывочной жидкости скважины.

Отдельные пробы промывочной жидкости и водных растворов электролитов исследуют поверхностным лабораторным резистевиметром, которые представляет собой сосуд из изоляционного материала (эбонита, плексигласа) с четырьмя вмонтированными электродами - А, В, М и N. Электроды могут быть изготовлены из латуни, свинца, серебра или платины. Имеются различные конструкции поверхностных резистевиметров.

Удельное электрическое сопротивление жидкости или глинистого раствора рассчитывается по формуле

р_р = К_рез(ДU_MN/ДU₀)R₀

где Крез=1,5м; AU_MN, AU₀ - разности потенциалов для соответствующих электродов. В последнее время для определения удельного сопротивления промывочной жидкости широко используется переносной электронный резистевиметр ПР-1, который позволяет производить измерения при сопротивлении растворов от 0,03 до 50 Ом*м и температуре 10-40 °С.



З. ПРИНЦИПЫ ОБРАБОТКИ И ИНТЕРПРЕТАЦИИ ДИАГРАММНЫХ МАТЕРИАЛОВ

З.1 Кривые КС обычных зондов

Рассмотрим кривые КС для одиночных однородных пластов при различных соотношениях размера зонда и мощности пласта, удельного сопротивления пласта р_пл и вмещающих пород р_вм, истинное удельное сопротивление которых в кровле и подошве пласта равны. Кривые КС получены на основании теоретических и экспериментальных данных с учетом влияния скважины.

Кривые КС потенциал-зонда

1) Пласт мощный (h>L_ПЗ), высокого удельного сопротивления (р_пл>р_вм), выделяется максимумом р_к, симметричным относительно середины пласта (Рис.6а).



Рис. 6. Кривые КС против одиночных однородных пластов разной мощности, полученные разными зондами (по С.Г. Комарову)

При значительном удалении зонда от подошвы пласта в нижнем полупространстве значение р_к близко к р_вм. При перемещении зонда с низу вверх и приближении его к пласту плотность тока в полупространстве от М до ? постепенно возрастает за счет экранирования тока высокоомным пластом, и согласно формуле (1.20) значение КС увеличивается, достигая максимума в середине пласта. По мере подхода зонда к кровле пласта плотность тока в области от М до ? уменьшается в связи с ответвлением все большей части тока в проводящую покрывающую среду, а р_к в соответствии с формулой (1.20) снижается. После пересечения электродами А и М кровли пласта величина КС продолжает уменьшаться за счет включения в полупространство М? низкоомной покрывающей среды.

Границы высокоомного пласта большой мощности на кривой потенциал-зонда отмечаются следующим образом: кровля - на L_ПЗ/2 = АМ/2 выше, а подошва - на L_ПЗ/2 ниже точек перехода от медленного к резкому изменению кривой р_к.

2) Пласт тонкий (h < L_ПЗ), высокого удельного сопротивления (р_к > р_вм). С приближением зонда к подошве пласта плотность ока возрастает в среде от М до ? за счет экранирования электрического поля заземления А высокоомным пластом, а р_к в соответствии с (1.20) увеличивается, достигая максимума на расстоянии АМ/2 от нижней границы пласта (Рис. 6а). После пересечения электродом А подошвы пласта и входа его в среду с сопротивлением р_пл плотность тока в среде с р_вм постепенно уменьшается, а р_к, следовательно, снижается, достигая максимума в середине пласта.

По мере приближения зонда к кровле пласта р_к увеличивается в связи с возрастанием плотности тока в области электрода М. Максимум р_к фиксируется в момент выхода электрода М из пласта на расстоянии АМ/2 от его кровли. С удалением зонда от пласта р_к асимптотически приближается к р_вм.

Минимум р_к в центре пласта тем ниже, чем выше р_пл. С уменьшением сопротивления пласта аномалии р_к экранных максимумов становятся менее выразительными, и выделить пласт по кривым КС потенциал-зонда весьма сложно. Это ограничивает применение потенциал-зондов при изучении маломощных высокоомных пластов.

Пласт мощный (h>L_ПЗ), низкого удельного сопротивления (р_пл< р_вм), выделяется максимумом р_к, симметричным относительно середины пласта (Рис. 6б). Границы пласта отмечаются на кривой р_к по аналогии с
определением границ для высокоомного пласта.

Пласт тонкий (h < L_ПЗ), низкого удельного сопротивления (р_пл < р_вм),
отмечается симметричным минимумом (рис.6 б).

Кривые КС градиент-зонда.

Форму кривых КС градиент-зонда для пластов различной мощности рассмотрим на примере последовательного зонда.

1. Пласт мощный (h>L_ГЗ), высокого сопротивления (р_пл > р_вм). Кривая КС асимметрична относительно середины пласта. При приближении зонда к пласту плотность тока в направлении электродов М и N постепенно возрастает за счет экранирования тока высокоомной покрывающей средой, и согласно (1.24) р_к увеличивается (рис.6 в).

В случае пересечения электродами М и N нижней границы пласта на кривой КС будет наблюдаться максимум, р_к которого с повышением р_пл стремится к удвоенному значению последнего. По мере удаления зонда вверх от подошвы пласта влияние нижней проводящей среды уменьшается, и плотность тока равномерно распределяется в пласте, т.е. значение р_к приближается к р_пл.

При приближении зонда к более проводящей покрывающей среде плотность тока в области измерительных электродов понижается вследствие распространения значительной его части во вмещающую среду, и согласно (1.24) р_к постепенно уменьшается. В кровле пласта отмечается самое минимальное значение КС, не превышающее р_вм. При входе зонда в порывающую среду и удалении его от кровли пласта КС постепенно стремится к р_вм.

Границы высокоомного пласта на кривой КС последовательного градиент-зонда отмечаются следующим образом: кровля - по минимуму кривой р_к, подошва - по максимуму, причем сама кривая смещается по глубине вниз на половину расстояния между сближенными электродами (MN/2).

2. Пласт тонкий (h < L_ГЗ), высокого сопротивления (р_пл > р_вм). Кривая КС асимметрична относительно середины пласта. В подстилающей среде на расстоянии L_ГЗ=AO отмечается экранный максимум (Рис.6в). При дальнейшем перемещении зонда вверх, когда токовый электрод А и электроды М и N будут находиться по разные стороны пласта, фиксируется минимальное значение КС - меньше р_вм. В этом случае сам пласт является экраном, ослабляющим плотность тока в области измерительных электродов. Подошва пласта отмечается основным максимумом р_к, кровля - пониженным значением р_к. При увеличении отношения L_ГЗ/h основные максимумы кривых КС смещаются к центру пласта, и кривые становятся более симметричными. Границы низкоомного пласта большой мощности на кривой КС последовательного градиент-зонда фиксируются следующим образом: кровля - по максимуму кривой р_к, подошва - по минимуму, смещенным по глубине вниз на MN/2 (Рис.6 г).

Кривые КС, получаемые обращенным градиент-зондом - зеркальное отображение кривых КС последовательного градиент-зонда. Границы высокоомного пласта большой мощности на кривой КС обращенного градиент-зонда отмечаются следующим образом: кровля - по максимуму кривой р_к, а подошва - по минимуму, смещенным по глубине вверх на MN/2. В низкоомном пласте подошва отмечается по максимуму, кровля - по минимуму, смещенным на MN/2 вверх. [1]

На измерения градиент-зондом значительное влияние оказывает соседний пласт высокого сопротивления, расположенный со стороны удаленного электрода. Если расстояние между серединами соседних пластов больше длины зонда, то происходит повышение кажущихся сопротивлений, а если меньше - понижение по сравнению с теми, которые наблюдались в случае одиночного пласта (Рис.7).



Рис. 7. Кривые сопротивления для двух пластов, мощность которых h меньше длины зонда, записанные подошвенным градиент-зондом (р_п=10р_с и р_вм=р_с) Мощность прослоя малого сопротивления соответственно равна для а-в-- h; l,5h; 4h (занижающее экранирование) г - 8h (завышающее экранирование); AM=7,5h; MN=h

Кажущееся удельное сопротивление различно против разных точек пласта. Для определения истинного удельного сопротивления необходимо выбрать наиболее характерные (существенные) значения КС. Существенными значениями кажущегося сопротивления принято считать среднее р_{к ср}, максимальное р_{к mах} или минимальное р_{к min} и оптимальное р_{к опт}.

Максимальное и минимальное значения КС (экстремальные сопротивления) отсчитывают для пластов, удельные сопротивления которых соответственно больше или меньше, чем у вмещающих пород.

По кривой сопротивления, полученной потенциал-зондом, максимальное и минимальное значения КС отсчитывают против средней части пласта. По кривым КС, полученным кровельным и подошвенным градиент-зондом, максимальное значение сопротивления отсчитывают соответственно в кровле пласта и его подошве, а минимальное - у границы пласта, расположенной со стороны удаленного электрода.

Оптимальное значение КС наиболее близко к истинному сопротивлению пласта. Оно соответствует величине р_к в точке, расположенной выше или ниже середины пласта приблизительно на половину длины зонда при использовании соответственно кровельного или подошвенного градиент-зонда. Величина кажущегося удельного сопротивления пласта конечной мощности зависит от его сопротивления, типа зонда, соотношения длины зонда и мощности пласта, а также расположения зонда относительно границ пласта. Для пласта высокого сопротивления наибольший интерес представляют средние и максимальные величины р_к, измеренные градиент-зондом, и максимальные - потенциал-зондом.

Фактические кривые сопротивления, записанные в скважине, имеют более сложную форму, чем расчетные или полученные на моделях. Сложность формы фактической кривой обусловлены неоднородностью пласта и вещающих пород, изменением диаметров скважины и зоны проникновения фильтрата промывочной жидкости в пласт, углом между осью скважины и плоскостью напластования.

Для получения представления о разрезе, вскрываемом скважиной (выделение пластов различного удельного сопротивления и определение их границ), необходимо выделить на фактической кривой сопротивления основные элементы, известные по расчетным кривым. Это можно сделать в том случае, если известны основные причины, вызывающие осложнение кривой КС, и особенности ее изменения под влиянием различных факторов.

На (Рис. 8) приведены кривые кажущихся сопротивлений КС, зарегистрированные в скважине градиент-зондами разного размера и потенциал зондом. Выделение границ пластов большого и малого сопротивлений выполнено в соответствии с изложенными выше положениями.

Рис.8. Фактические кривые КС, зарегистрированные градиент-

зондами разного размера и потенциал-зондом. 1 - глина; 2 - песчаник нефтеносный; 3 - песчаник глинистый нефтеносный; 4 -песчаник водоносный.

3.2 Кривые КС БЭЗ

Главная цель БЭЗ - определение истинного удельного сопротивления пластов.

Кажущееся удельное сопротивление пласта, измеренное обычными зондами, отличается от его истинного значения тем, что на величину р_к, кроме самого р_пл, оказывают влияние скважина (ее диаметр d_c и удельное сопротивление промывочной жидкости р_с), зона проникновения фильтрата промывочной жидкости (ее диаметр D_ЗП и удельное сопротивление р_зп), вмещающие пласт среды (удельное сопротивление покрывающих р_вм,в и подстилающих р_вм,н пород); кроме того, оно зависит от отношения длины зонда L к мощности пласта h и типа зонда т.е.

p_к=f(р_п, р_с, р_зп, р_вм, d_c, D, L/h, тип зонда).

Чтобы определить истинное удельное сопротивление пласта по величинам КС, необходимо исключить влияние перечисленных факторов на кажущееся удельное сопротивление пласта.

В пластах большой мощности (h»L) влияние удельных сопротивлений вмещающих пород пренебрежимо мало и показания рк практически не зависят от отношения L/h, т.е.

p_к=f(р_п, р_с, р_зп, р_вм, d_c, D, тип зонда).

Для такого случая есть аналитическое решение задачи Л.М.Альпина. результаты вычисления р_к для пласта неограниченной мощности представлены в виде кривых, выражающих зависимость р_к от различных определяющих его параметров: а) для непроницаемого пласта - от удельных сопротивлений пласта р_п и промывочной жидкости р_с, диаметра скважины d_c и длины зонда L₃; б) для проницаемого пласта при наличии зоны проникновения, кроме перечисленных параметров, - от удельного сопротивления зоны проникновения р_зп и ее диаметра D. Эти кривые называются кривыми бокового электрического зондирования (БЭЗ). Такие кривые, сгруппированные по определенному признаку (двухслойные, трехслойные) и выражающие зависимость р_к/р_с от L₃/d_c для пласта неограниченной мощности, называют палетками БКЗ. Различают кривые двух основных типов - двухслойные и трехслойные.

Двухслойные кривые БЭЗ рассчитаны для условий, когда проникновение промывочной жидкости в пласт отсутствует. При этом возможны следующие случаи: а) сопротивление промывочной жидкости, заполняющей скважину, меньше сопротивления пласта (р_с<р_п); б) сопротивление жидкости больше сопротивления пласта (р_с>р_п).

Двухслойные расчетные БЭЗ сгруппированы в палетки, обозначенные БЭЗ-1А (при р_с<р_п ) и БКЗ-1Б (при р_п<р_с ) (рис.9, 10). Как видно, кривые палеток БЭЗ-1 в своей правой части асимптотически приближаются к значениям удельного сопротивления пласта. Изображенная на палетках кривая А характеризует геометрическое место точек пересечения кривых БЭЗ с их правыми асимптотами, кривая В - геометрическое место точек (максимумов и минимумов) кривых. Двухслойные кривые БЭЗ обозначают одним относительным параметром р_п/р_с, который называется модулем кривой БЭЗ и является его шифром.

Трехслойные кривые БЭЗ рассчитаны для случая проникновения промывочной жидкости в пласт. При этом в примыкающей к скважине части пласта образуется зона проникновения, условно принимаемая за цилиндрическую, диаметром D и удельным сопротивлением р_зп, с промежуточным значением между р_с и неизменной части пласта р_п, трехслойные кривые БКЗ определяются пятью параметрами р_п, р_с, р_зп, р_вм, D и d_c. Но в связи с тем, что кривые БКЗ строятся в двойном логарифмическом масштабе, их форма и положение на палетках зависят от трех относительных параметров р_зп/р_с, D/d_c и р_п/_рс.

Данные БКЗ интерпретируются в следующем порядке

С кривых КС комплекта зондов БЭЗ снимают оптимальные р_{к опт} или экстремальные р_{к экстр} значения. Оптимальные значения снимают для пластов большой мощности в случае р_вм< р_п Для L_ГЗ?(0,7ч0,8) h и h/d_c >16ч25. экстремальные значения снимают для пластов малой мощности при L_ГЗ<(0,7ч0,8)h и h/d_c ?16. В случае р_п ? р_вм и достаточно большой мощности снимают средние значения р_{к ср}.

На билогарифмический бланк с модулем 6,25 см наносят точки с координатами по оси абсцисс - размер зонда L_ГЗ в м, по оси ординат - значения р_{к опт} или р_{к экстр} в Ом*м. По полученным точкам строится фактическая кривая зондирования, представляющая собой экспериментальную зависимость вида p_к=f(L_ГЗ), которая называется еще практической кривой. На этот же бланк наносится точка с координатами по оси абсцисс - d_c и по оси ординат - р_с. Пересечение линий d_c и р_с носит название крест фактической кривой зондирования. При интерпретации кривой зондирования в случае пластов малой мощности строится дополнительный крест, представляющий собой пересечение линий x=h и у=р_вм и носящий название точки учета мощности.

Из числа палеток БКЗ выбирают ту, на которой при совмещении крестов палетки и фактической кривой зондирования кривые палеточная и практическая совпадают наилучшим образом.

По совпадению практической кривой с одной из палеточных судят об истинном удельном сопротивлении пласта и других параметров среды (р_зп, D). Палеточные кривые имеют своим модулем отношение р_п/р_с=µ; зная р_с находят р_п=µр_с



3.3 Кривые КС микрозондов

Интерпретация кривых МКЗ заключается в детальном расчленении разреза, выделении в нем проницаемых и непроницаемых прослоев, определении удельного сопротивления промытой части пласта. Малые размеры микрозондов позволяют определять границы отдельных пластов и прослоев разного сопротивления с точностью до 5-10 см по резким изменениям аномалий кривых КС. Кривые КС микрозондов можно рассматривать как симметричные относительно середины пластов.

Наибольшая информация о разрезе может быть получена при одновременной интерпретации кривых р_к градиент-микрозонда и потенциал-микрозонда. Как было сказано выше, радиус исследования градиент-микрозонда меньше, чем потенциал-микрозонда, и, следовательно, на его показания оказывают большее влияние промывочная жидкость и глинистая корка, а на показания потенциал-микрозонда - промытая зона. Если минерализация пластовой воды выше, чем промывочной жидкости, то против проницаемого пласта р_к,_ГМЗ меньше р_к,ПМЗ (Рис.11).

Рис. 11. Кривые, полученные МКЗ. 1 - глина; 2 - песчаник нефтеносный; 3 - песчаник водоносный; 4 - песчаник известковистый плотный; 5 - алевролит

В этом случае имеет место так называемое положительное приращение микрозондов Др_к =(р_к,ПМЗ - р_к,ГМЗ)>0. Показания р_к,ГМЗ против водоносных и нефтегазоносных пластов не различаются, а значения р_к,ПМЗ против продуктивных пластов выше, чем против водоносных пластов. Уровень приращения против продуктивных пластов выше, чем против водоносных, за счет остаточного нефтенасыщения. Непроницаемые плотные породы выделяются весьма изрезанными кривыми КС, а р_к составляют (10-30)р_с. Глинистые породы отмечаются низкими значениями р_к, кривые КС против них носят пилообразный характер. Против глинистых пластов величины КС, измеренные градиент- и потенциал-микрозондами, обычно совпадают и соответствуют удельному сопротивлению глин. При наличии против глинистого пласта каверн значительных размеров измеренные КС соответствуют чаще всего сопротивлению промывочной жидкости.

...