Геофизические методы исследования скважин, методы каротажа сопротивлений

Размещено на http://www.allbest.ru/

Основные понятия дисциплины ГИС, методы каротажа сопротивлений

Основные понятия и определения дисциплины ГИС. Содержательная часть модулей. Физико-геологические предпосылки каротажа на основе естественных и искусственных геофизических полей

Геофизические методы исследования скважин (ГИС) - один из разделов разведочной (прикладной) геофизики, совокупность физических методов, предназначенных для изучения горных пород в околоскваженном и межскваженном пространстве. К ГИС (ГИРС) также относят изучение технического состояния скважин и работы в скважинах (отбор проб из стенок скважин, перфорацию и торпедирование).

ГИС, согласно принятой терминологии, еще называют каротажем, а в нефтегазовых скважинах - промысловой геофизикой. Методы ГИС, служащие для изучения межскважнного пространства называются скважинной геофизикой.

Методы ГИС основаны на использовании тех же физических полей, что и методы полевой геофизики, т.е. это поля (гравитационное, магнитное, электроволновое (элетромагнитное), сейсмоволновое (сейсмо-акустическое), тепловые, радиационные и др. По отношению к полевым (наземным) методам, специфика ГИС в изучении геологических разрезов геологоразведочных скважин, где скважина выступает в качестве геофизического профиля, преимущественно вертикального по отношению к дневной поверхности, реже круто- и пологонаклонного и еще реже горизонтального. В таких условиях технология геофизических работ приобретает самостоятельное значение. Необходимо знание системы бурения скважин, их устройства и способов перемещения в них геофизических приборов (скважинных приборов). Следует учитывать, что скважина заполнена буровым раствором и с глубиной происходит рост давления и температуры. При спуске и подъеме приборов возникают механические столкновения их со стенкой скважин. Все это требует чтобы приборы были помещены в герметизированные механически прочные корпуса и не могли бы подвергаться обрыву. С этих приборов измеряемые параметры должны передаваться и регистрироваться на поверхности. Следовательно, должны быть специальные геофизические (каротажные) кабели и спускоподъемные механизмы. Для регистрации параметров на дневной поверхности должны существовать измерительные приборы. Схема выполнения ГИС приведена на рис. 1.

Рис. 1 Схема работ методами ГИС 1 - Скважинныйприбор, 2 - каротажный кабель, 3,4 -подвесной и наземный блок-балансы, 5 - каротажная лебедка, 6 - операторская подъемника, 7 - измерительный блок (модуль), 8 - операторская каротажной станции, 9 - соединительные провода

Для исследования скважин глубиной менее 1 км, каротажную лебедку и измерительную аппаратуру комплектуют на одном транспортном средстве. Мелкие (гидрогеологические, инженерно-геологические и геоэкологические) скважины исследуют с помощью переносной аппаратуры, включающую лебедку, блок-баланс, скважинные приборы и наземную регистрирующую аппаратуру.

В скважине геофизические датчики поля, помещенные в скважинные приборы как нигде (за исключением случаев наземных геофизических съемок на участках коренных невыветрелых пород) приближены к геологическим объектам, т.е. к пластам горных пород. И казалось бы регистрируемые параметры должны быть близкими к истинным. Однако это в большинстве случаев не так. Во-первых, влияет буровой раствор, заполняющий скважину. Во-вторых, под воздействием бурового инструмента частично изменяются физико-химические условия естественного залегания пород в прилегающем к стенке скважины пространстве. Изменяются также геостатическое давление и температура. В-третьих, в рыхлых, хрупких и трещиноватых породах под действием бурового инструмента и промывочной жидкости образуется каверны (увеличивается диаметр скважины). В-четвертых, под действием давления, превышающее пластовое, в пористые, проницаемые породы проникает промывочная жидкость притом, что в силу пор малого размера (от сотен до единиц микрометров) проникает не вся жидкость, а ее фильтрат Глинистые же частицы. оседают на стенке скважины, и образуется глинистая корка, которая препятствует разрушению породы и снижает дальнейшее поступление фильтрата жидкости в пласт. В зоне фильтрата физические свойства изменены, так как фильтрат вытесняет в значительной мере первоначальный флюид (воду, нефть, газ). Образуется так называемая промытая зона (рис. 2). В-пятых, размер измерительных датчиков не во всех случаях соответствует толщинам пластов и в этом случае наблюдается их взаимное воздействие на деформацию используемого при каротаже поля. Наконец на принятие параметров поля в скважине влияет наклон слоев и тем сильнее, чем больше углы падения. Таким образом, в скважине при каротажных исследованиях, как и в наземной геофизике регистрируют преимущественно кажущиеся параметры. Следовательно, процесс интерпретации, особенно количественный требует постановки и решения прямых и обратных задач.

Рис. 2 Разрез околоскважинного пространства в месте пересечения продуктивного пласта 1 - известняк плотный, 2 - глина, 3 - песчаник проницаемый, 4 - зона проникновения фильтрата промывочной жидкости, 5 - промытая зона, 6 - глинистая корка d_с - диаметр скважины, d_к - диаметр каверны, d_зп - диаметр зоны проникновения, d_пп - диаметр промытой зоны, d_гк - толщина глинистой корки

Следует в заключении вводного раздела подчеркнуть, что при производстве ГИС требуется применение телеизмерительных систем, причем более сложных и громоздких, чем в полевой (наземной) геофизике. Эти системы соответственно включают: 1) датчик поля (скважинный прибор); 2) канал передачи информации (каротажный кабель); 3) электронные блоки (кодоимпульсные или частотно-модулированные, способные к одновременной регистрации нескольких параметров.

В практике геологоразведочных работ наибольшее применение, и соответственно разработку, получили электромагнитные и радиоактивные методы ГИС, несколько в меньшей степени акустические и еще в меньшей степени собственно магнитные и гравиметрические. Особое место занимают методы контроля технического состояния скважин и сопровождающие работы в скважинах.

Методы каротажа сопротивлений, регистрация диаграмм КС, их качественная и количественная интерпретация. Технология БКЗ

Как и в электроразведке, предпосылками методов электрического каротажа является возможность существования в геологической среде, окружающей скважину, электромагнитного поля, состоящего из суммы электрического и магнитного и приводящего к существованию в земной коре электромагнитных волн. Поле описывается уравнениями Максвелла и условно разделяется в зависимости от частоты поля на три модели: стационарную (постоянное электрическое поле, где частота стремиться к нулю), полустационарную (электромагнитное поле средних частот, или индукционное поле) и волновую (электромагнитное поле высоких и сверхвысоких частот).

Параметры поля:

Е - напряженность электрического поля.

Н - напряженность магнитного поля.

D - электрическая индукция.

В - магнитная индукция.

J - плотность тока в среде.

Электромагнитное поле возникает и взаимодействует с геологической средой в зависимости от ее электрических свойств, к которым относятся:

с - удельное электрическое сопротивление;

у = 1/с - удельная электропроводность;

е - диэлектрическая проницаемость;

м - магнитная проницаемость;

Е_д, Е_ф, Е_а - ЭДС (электродвижущая сила) поляризации вследствие диффузионно-адсорбиционных, фильтрационных и окислительно-восстановительных (электро-химических и электро-кинетических) процессов.

Исследование и изучение степени деформации (усиления или ослабления) электромагнитного поля в зависимости от дифференциации горных пород, включая целевые объекты (нефтегазовые, продуктивные горизонты, угольные пласты, рудные тела и пр.) и является основной целью электромагнитных методов ГИС.

Электрических методов ГИС очень много. Это преимущественно методы электрического профилирования по стволу скважины. Методы электрического зондирования (вторая модификация электроразведки) выполняются только в интервалах залегания целевых объектов, в частности в нефтегазовых пластах.

Классическим методом, появившимся на заре каротажных работ, является электрический каротаж методом КС (кажущихся сопротивлений). Исследования выполняются с использованием искусственно созданного поля, т.е. должен быть источник поля (генератор). Одновременно с методом КС производится регистрация потенциалов постоянного естественного электрического поля, т.е. потенциалов собственной поляризации (ПС). Последние в наземной электроразведке носят название потенциалов естественного электрического поля (ЕП). Схема электрического каротажа КС и ПС приведена на рис. 3.

Рис. 3 Схема электрического каротажа КС и ПС 1 - генератор, 2 - измеритель, 3, 4 - фильтры, А,В - питающие электроды, М, N - измерительные электроды

Согласно приведенной схеме, метод КС по своей сущности аналогичен электрическому профилированию 3-х электродными осевыми установками, когда один из питающих или измерительных электродов отнесен в бесконечность. В таких установках, как известно, электроды А и В являются питающими (через них вводится электрический ток), а электроды М и N носят название измерительных (между ними измеряется разность потенциалов). «Бесконечностью» на скважине служит «зумф» (резервуар бурового раствора возле скважины). Электроды, помещённые в скважину, составляют зонд КС. Зонды выполняются из отрезков каротажного кабеля в шланговой оплетке, в котором электроды монтируются из пластин свинца, наименее подверженного процессам поляризации в жидкой среде (буровой раствор). Схема типового зонда КС приведены на рис. 4.

Рис. 4 Схема типового зонда КС

Результаты скважинных исследований регистрируются в аналоговой или цифровой форме в процессе подъёма или спуска зонда в форме кривой кажущегося удельного электрического сопротивления (с_к), которое, как и в электроразведке, определяется по формуле:

с_к = ДU/I*k (1), где

ДU - разность потенциалов, I - сила тока, k - коэффициент установки, рассчитываемый по формуле:

k = 2р*AM*AN/MN (2)

Если зонд КС находится в однородной и изотропной среде, то с_к соответствует истинному с_ист. Как и в электроразведке, для зондов КС справедлив принцип взаимности, согласно которому величина с_к не изменяется, если питающие и измерительные электроды меняются местами. Зонд с одним питающим электродом носит название однополюсного, а с двумя - двухполюсного (рис. 5).

Рис. 5 Однополюсный (а) и двухполюсный (б) зонды КС

И те и другие зонды, в зависимости от расстояния между парными (или питающими, или измерительными) электродами разделяются на потенциал- и градиент-зонды, притом, что в зависимости от положения этих электродов (вверху или внизу) они еще и разделяются на прямые (подошвенные) и обращённые (кровельные) (рис. 6.). Точка О является точкой записи, а расстояние L - размером зонда.

Рис. 6 Типы зондов метода КС Электроды: 1 - измерительный, 2 - питающий, 3 - точка записи

Физический смысл разделения зондов на потенциал- и градиент- в том, что для первых MN > ?, а для вторых MN > 0. Такие зонды называются идеальными, к которым должны приближаться применяемые на практике реальные зонды. Глубинность зондов КС зависит от их размеров. Для потенциал-зонда она примерно равна утроенной длине AM, а для градиент-зонда расстоянию АО, т.е. при равных длинах глубинность больше у потенциал-зондов. В то же время размеры зондов ограничиваются их разрешающей способностью, которая зависит от соотношения этих размеров с мощностью пересекаемых скважиной пластов. В силу этого пласты горных пород по отношению к размерам зондов разделяются на большой, средней и малой мощности, притом, что от указанного соотношения зависит степень приближения с-кажущегося к с-истиному (рис.7).

Рис. 7 Теоретические кривые кажущегося удельного электрического сопротивления, полученные потенциал- и градиент-зондами в пластах высокого сопротивления большой (а) и ограниченной (б) мощности

На каждом конкретном месторождении при записи кривых КС выбираются оптимальные условия их регистрации, то есть те, которые в наилучшей степени позволяют выделить границы пластов и охарактеризовать их литологическую принадлежность.

Интерпретация каротажных кривых КС, как и для других методов ГИС, состоит в: 1) обработке диаграмм; 2) геофизической интерпретации; 3) геологической интерпретации.

Обработка диаграмм сводится к приведению результатов к определенным глубинам и системе отсчетов, к учету и устранению аппаратурных и других помех, нахождению границ пластов и снятию показаний. Однозначно определяются толщины мощных пластов (длина зонда меньше мощности пластов). Для пластов малой мощности определение границ затруднено. С целью проведения последующей количественной интерпретации, снимают (определяют) «существенные значения» с_к, либо средние (с_к ^сред), либо максимальные (с_к ^мах), либо оптимальные (с_к ^опт) (рис.8).

Рис. 8 Определение существенных значений с_к для градиент-зонда: 1 -исследуемый пласт, 2- вмещающие породы

Геофизическая интерпретация проводится с целью определения с_п на основе решения обратной задачи, то есть методом подбора наблюденной кривой с теоретической с привлечением априорных данных. Условия, обеспечивающие единственность решения, зависят от модели среды.

Теоретические кривые метода КС являются результатом решения прямой задачи и выражают зависимость с_к от следующих параметров:

с_п - УЭС пласта

с_с - УЭС промывающей жидкости (бурового раствора)

L_з - длина зонда (для градиент-зондов расстояние АО или ВО, а для потенциал-зондов - расстояние АМ)

d_c - диаметр скважины

с _зп - УЭС зоны проникновения

D - диаметр зоны проникновения

Если пласты не проницаемые, то последние два параметра не используются. Теоретические кривые для таких пластов являются двухслойными, а совокупное их группирование называется палеткой бокового каротажного зондирования (БКЗ). Палетки строятся в билогарифмическом масштабе. По оси абсцисс откладываются значения L/d, а по оси ординат с_к /с_с. Вид двухслойной палетки БКЗ приведен на рис. 9.

Рис. 9 Вид двухслойной палетки БКЗ А - кривая правых асимптотических кривых, В - кривая max и min кривых

Для проницаемых пластов, в которые происходит проникновение промывной жидкости, составлены (рассчитаны) трехслойные палетки БКЗ. Они представляют собой, как и двухслойные, последовательный набор графиков зависимости

с_к/с_с от L/d с шифром с_п/с_с (рис. 10), притом, что кривые каждой трёхслойной палетки отличаются по параметрам D/d_c и с_зп/с_с (D - диаметр зоны проникновения). Поэтому 2-х-слойная палетка одна, а 3-х-слойных палеток целый набор.

Рис. 10 Вид трёхслойной палетки БКЗ А - кривая правых асимптотических кривых, В - кривая max и min кривых

Цель БКЗ в определении истинного с_ист, то есть с_п. БКЗ заключается в измерении с_к в заданном интервале скважины несколькими однотипными зондами (градиент- или потенциал-), отличающимися по параметру L. Практика показывает, что наиболее эффективно проводить БКЗ градиент-зондами, в которых длины увеличиваются по геометрической шкале с показателем 2 или 2,5 в диапазоне L = 1 - 30 d_c. Примерная таблица зондов БКЗ, где один (A 2.0M 0.5N) является стандартным, следующая:

А 0,4М 0,1N

A 1.0M 0.1N

A 2.0M 0.5N

A 4.0M 0.5N

A 8.0M 1.0N

В интервале проведения БКЗ необходимо определять с_с и d_c. Кроме того, выполняют измерения микрозондами.

Обработка диаграмм заключается в выделении границ пластов, отсчете существенных значений с_к и построении кривых БКЗ. Пластами большой мощности считаются пласты с h > 15 - 20 м, а малой мощности - пласты с h < 6м. Если пласты большой мощности, то снимают средние или оптимальные значения с_к. Для пластов средней мощности и являющихся высокоомными используют с_к ^сред и с_к ^мах. Для пластов малой мощности с высокими значениями с_к снимают экстремальные значения. Кривые БКЗ, зарегистрированные в пластах средней и малой мощности, которые, как правило, преобладают в разрезах, приводят к кривым с_к для пластов неограниченной мощности.

Фактические кривые БКЗ строятся в том же масштабе что и теоретические. Процесс ручной количественной интерпретации аналогичен таковому в электроразведке методом ВЭЗ. То есть кривую с_к вначале накладывают и перемещают по 2-х-слойной палетке БКЗ, соблюдая параллельность осей координат. Если фактическая кривая совпадает с 2-х-слойной теоретической, или укладывается между двумя соседними расчетными кривыми БКЗ, повторяя их форму, то делается заключение, что анализируемый пласт непроницаемый. В случае наличия повышающего или понижающего проникновения, фактические кривые не совпадают с теоретическими 2-х-слойной палетки. В первом случае отмечается крутой спад фактической кривой, а во втором нарастающий подъём (рис. 11).

Рис. 11 Пример сопоставления наблюдённой и теоретической кривых БКЗ на 2-х-слойной палетке А), Б) - случаи повышающего и понижающего проникновения фильтрата бурового раствора в пласт

Как и для стандартных зондов КС, неблагоприятными условиями для использования БКЗ являются: 1) неоднородность разреза (тонкое чередование прослоев с различным с_п), 2) очень высокое или очень низкое с_п пластов.

На рис. 12 приведено сопоставление кривых БКЗ с диаграммами кавернометрии и резистивиметрии в нефтегазовой скважине. Пример количественной интерпретации приводится для интервалов продуктивных пластов (2510-2575 м), которыми являются песчаники. Им присвоены индексы 1 и 2. Интерпретация выполнялась в следующей последовательности:

1) Снимались оптимальные значения с_к, с_с, d_c, L и вычислялись параметры с_к/с_с и L/d_c (табл.1).

2) Строились в билогарифмическом масштабе фактические кривые БКЗ (рис. 13).

3) Сопоставлялись фактические кривые с теоретическими 2-х слойной палетки БКЗ и выполнялась оценка пластов на предмет проницаемости (рис.14).

Рис. 12 Сопоставление каротажных диаграмм БКЗ в разрезе нефтегазовой скважины (Западная Сибирь)

Таблица 1

Данные для построения фактических кривых зондирования

№п/п	L	d	сk	сc	L/d	сk /сc
1	0,45	0,22	12	37	2,05	0,32
	1,05	0,22	14	37	4,77	0,38
	2,25	0,22	5,2	37	10,23	0,14
	4,25	0,22	2,7	37	19,32	0,07
	8,5	0,22	4	37	38,64	0,11
2	0,45	0,21	13	35	2,14	0,37
	1,05	0,21	19	35	5,00	0,54
	2,25	0,21	8,5	35	10,71	0,24
	4,25	0,21	4,8	35	20,24	0,14
	8,5	0,21	4	35	40,48	0,11

Рис. 13 Фактические кривые БКЗ

Рис. 14 Сопоставление фактических кривых БКЗ для пластов 1 и 2 с теоретическими двухслойной палетки 1А

В результате сопоставления установлено:

Пласт 1. Имеет место расхождение фактической кривой с двухслойной палеточной. Правая ветвь сечёт теоретические кривые и уходит вниз, что указывает на повышающее проникновение. Следовательно, пласт проницаемый. По сопоставлению левой ветви с теоретическими оценена зона проникновения, которая имеет параметры с_п/с_с = 5, что является основой для дальнейшей интерпретации кривой по трёхслойной палетке.

Пласт 2. Наблюдается также несоответствие фактической кривой с теоретической 2-х слойной палетки. Правая ветвь сечёт теоретические кривые и уходит вниз, что указывает на повышающее проникновение. Левая ветвь совпадает с теоретической двухслойной. Зона проникновения имеет параметры с_п/с_с = 10.

4) Производилось сопоставление фактических кривых с теоретическими трёхслойных палеток, для чего из набора существующих выбраны трёхслойные палетки с параметрами:

· пласт 1 - D/d_c = 2; с_?/с_с = 5

· пласт 2 - D/d_c = 2; с_?/с_с = 10

Результаты сопоставления представлены на рис. 15.

Рис. 15 Сопоставление фактических кривых БКЗ для пластов 1 и 2 с теоретическими трехслойных палеток 4А и 5А

Получены следующие количественные показатели:

· пласт 1 - с_п/с_с = 0,5; с_?/с_с = 5; D/d_c = 2; с_п = 18,5 Ом*м,

с_? = 185 Ом*м, D = 0,43 м и h = 7 м

· пласт 2 - с_п/с_с = 1; с_?/с_с = 10; D/d_c = 2; с_п = 35,0 Ом*м,

с_? = 350 Ом*м, D = 0,42 м и h = 9 м

Искомые значения с_п и h сведены в таблице 2.

Таблица 2

Результаты количественной интерпретации данных БКЗ

№ пласта	сп	h
1	18,5	7
2	35,0	9

Рассмотрение данных таблицы 2 показывает, что для пласта 1 с_п = 18,5 Ом*м соответствует УЭС водо-нефтенасыщенных пластов, а для пласта 2 с_п = 35,0 Ом*м - УЭС нефтенасыщенных пластов.

Геологическая интерпретация заключается в определении геологических характеристик разреза. Используются обе модификации КС: электропрофилирование одиночными зондами и электрозондирование, то есть БКЗ. Электропрофилирование применяют для нахождения границ пластов, а также в благоприятных условиях для литологического расчленения разрезов, выявления целевых объектов (нефте-, газо-, водоколлекторов, пластов угля, руд и т. д.). БКЗ используют для оценки проницаемости (наличие или отсутствие зоны проникновения) и определения количественных характеристик (коэффициентов пористости, нефтегазонасыщенности, зольности и т. д.). Ограничения метода КС:

· большое шунтирующее влияние скважины при с_п/с_с> 200 (столб бурового раствора служит шунтом)

· высокая погрешность в определении с_п пластов малой мощности при с_п/с_вм > 20 (ток ответвляется во вмещающие породы).

Методы сопротивлений ГИРС помимо КС и БКЗ включают боковой (БК), микро- (МК), токовый (ТК) и дивергентный (ДК) каротажи.



Микромодификации метода КС. Токовый, дивергентный и боковой каротаж. Качественная и количественная интерпретация каротажных диаграмм этих методов

каротажный геофизический геологический диаграмма

Микрокаротаж (МК) - это исследования в скважинах градиент- или потенциал-зондами КС малого размера, которые расположены на прижимном изоляционном башмаке. Общий вид зонда МК и его принципиальная схема приведены на рис.16.

Рис. 16 Принципиальная схема измерений микрозондами а - общий вид микрозонда: 1 - электроды, 2 - башмак, 3 - кабель; б - схема записи

Расстояние между электродами А и М₁ и М₁ и М₂ в зонде МК, как правило, составляет 25 мм. Поэтому для микроградиент-зонда А 0,025М₁0,025М₂ его длина составляет 4 см, а для микропотенциал-зонда А 0,05М₂?N, соответственно 5 см. Таким образом глубинность исследования у микроградиент-зонда равна его длине и составляет 4 см и является меньшей чем у потенциал-зонда, у которого глубинность примерно в три раза больше длины и, следовательно примерно равна 15 см. Этот факт используется для изучения прискважинного пространства. В частности, по соотношению кривых с_к^мк оценивается влияние образуемой в интервалах проницаемых пластов глинистой корки и слоя промывной жидкости (рис.17). Положительным расхождением между значениями с_к^пз-мк и с_к^гз-мк называются случаи, когда над проницаемыми пластами с_зп > с_с, а над непроницаемыми с_п > 25с_с. Отрицательное расхождение между с_к^пз-мк и с_к^гз-мк происходит когда с_зп < с_с и с_с > с_п.

Рис. 17 Пример поведения кривых МК и кавернометрии (КВ) в интервале образования глинистой корки над продуктивным пластом 1 - песчаник, 2- глина песчаная, 3 - песчаник глинистый, 4 - песчаник газонасыщенный

МК относится к детализационным методам каротажа. Основная задача - расчленение продуктивных пластов на проницаемые и непроницаемые. Другие задачи - определение границ пластов и их эффективной толщины (мощности), определение с_зп и с_гк (толщины глинистой корки). Благоприятные условия для МК - слабоминерализированная промывная жидкость.

Резистивиметрия - метод ГИРС, предназначенный для измерениея УЭС промывных жидкостей. Для этих целей разработаны скважинные и поверхностные резистивиметры. Значения УЭС буровых растворов (с_с) необходимы при вычислении с_п методами БКЗ, ИК (индукционный каротаж), ВИКИЗ (высокочастотный индукционный каротаж изопараметрических зондирований) и др. Измерения с_с как правило сопровождаются и измерениями температуры (t), поскольку сильно зависит от её изменения.

Скважинный резистивиметр представляет собой зонд КС малого размера с кольцевыми электродами, который укреплён изоляторами в перфорированном корпусе с целью возможности свободной циркуляции бурового раствора через этот корпус при перемещении зонда по стволу скважины. Схема конструкции скважинного резистивиметра приведена на рис. 18.

Рис. 18 Электрическая схема измерения скважинным резистивиметром ЦИ - цилиндрический изолятор, П - переключатель полярности тока, Б -батарея, КП - компенсатор поляризации

Блок-схема поверхностного резистивиметра приведена на рис. 19. Этим прибором измерения с_с выполняют как в полевых, так и в лабораторных условиях. Для этого в емкость отбирают пробы промывной жидкости. Далее жидкость наливают в измерительный стакан, оборудованный питающими и измерительными электродами. Значения Электронные схемы скважинного и поверхностного резистивиметров сконструированы таким образом, что позволяют получать значения УЭС непосредственно в процессе измерений.

Рис 19 Блок-схема поверхностного резистивиметра ПР-1 1 - переключатель диапазонов; 2 - измерительный сосуд;3 - переключатель вида измерений;4 - измеритель (микровольтметр); 5 - регистрирующий прибор; 6 - источник питания; 7 - генератор «П» образного напряжения; 8 - регулировочное напряжение

Токовый каротаж (ТК) заключается в измерении силы тока (I) в цепи питающих электродов А и В. Блок-схема приведена на рис. 20. Сущность метода в том, что один из электродов, например В, неподвижен и его сопротивление заземления неизменно (R_B = const). Сопротивление заземления R_A подвижного электрода А изменяется когда он пересекает в стволе скважины разные по УЭС пласты пород. Следовательно, с изменением R_A изменяется и ток I_A в питающей цепи.

Рис. 20 Схема измерения кривых ТК и МСК I, II, III - питающий, измерительный и компенсационный модули, А,В - питающие электроды, R_T, R₀, R_н, R_к регулировочное, эталонное, нагрузочное и компенсационное сопротивления, Б1,Б2 - токовые батареи, мА - микроамперметр, РП - регистрирующий прибор

ТК условно относят к методам КС. Существует два варианта. В первом используется обычный зонд КС, а во втором подвижный электрод устанавливается на прижимной рессоре, как и в микрозонде или же выполняется в форме проволочного ерша (щётки) для касания со стенками скважины, что при регистрации кривой I_A снижает влияние бурового раствора. Второй вариант ТК носит название метода скользящих контактов (МСК).

Методы ТК и МСК эффективны при расчленении разрезов скважин в которых присутствуют и чередуются пласты высокого и низкого УЭС, в том числе толщиной в первые сантиметры, так как очень четко отбиваются их границы. Такие соотношения часто встречаются на рудных (при выделении тонких сульфидных прожилков) и угольных (при выделении в электропроводящих пластах антрацита прослоев углистых и глинистых сланцев) месторождениях. Недостаток методов ТК-МСК в том, что зависимость между УЭС и I_A нелинейная. Пример изучения строения угольного антрацитового пласта по кривым методов МСК и ТК приведен на рис. 21.

Рис. 21 Пример изучения строения пласта антрацита методами МСК и ТК 1 - антрацит, 2 - углистый сланец, 3 - аргиллит, 4 - песчаник

Электрический каротаж с фокусированными зондами - это методы в которых осуществляется концентрация тока или же силовых линий электрического поля в заданной точке или в геологическом объекте. Различают две разновидности конструкций зондов: 1) с фокусированной системой измерительных электродов - основа дивергентного каротажа (ДВК); 2) с фокусируемой системой питающих электродов - основа бокового каротажа (БК).

Дивергентный каротаж основан на определенно-направленном распределении интенсивности геофизического (физического) поля в стволе скважины. Имеется в виду явление дивергенции, связанное со стеканием тока из скважины в породу при с_п >>с_c на расстоянии S>d_c, когда при этом изменяется потенциал U вдоль оси Z. Картина близка к той, которая имела бы место при дисковом питающем электроде (рис.22).

Рис. 22 Схема распределения тока точечного источника А в «дивергентной» среде

Согласно рисунку, на удалении от источника существуют осевой I_z и радиальный I_r токи, а также осевые R_z и радиальные R_r сопротивления участка скважины.

Схема зонда дивергентного каротажа включает два совмещённых в 4-х электродный градиент-зонда, в котором электроды А и М являются общими (рис. 23). При такой системе показания зависят от радиальной составляющей плотности тока и система считается фокусированной в радиальном направлении.

Рис. 23 Схема зонда ДВК

L-а=АО₁ - длина 1-го зонда

L+а=АО₂ - лина 2-го зонда

То есть показания в точках О₁ и О₂ равны напряжённостям Е₁ и Е₂ (первые производные U₁ и U₂), а их разность (E₁ - E₂ = J_а) - 2-ой производной U (U"), называемой дивергенцией. Условия существования последней в том, что если у_п = 0 (с_п = ?), скважина является проводником помещенным в изолятор и поэтому радиальная составляющая отсутствует (E₁ - E₂=0). Следовательно и U" = 0. Но если у_п > 0, то дивергенция появляется и U" тем больше, чем больше у_п.

Дивергентный каротаж в принципе позволяет осуществлять исследования сквозь обсадную колонку (электроды прижимают к трубе), так как обсадная колонка не идеальный проводник, а порода не идеальный изолятор. Недостаток ДВК - сильная зависимость от d_с.

Боковой каротаж (БК) - метод с управляемой системой питающих электродов с целью фокусировки тока в пласт, один из основных методов исследований нефтяных, угольных и др. скважин. Различают 3-х, 7-ми и 9-ти электродные модификации. В специальной литературе и некоторых учебниках БК еще называют методом сопротивления экранированного заземления (СЭЗ). Сущность БК в том, что посредством равного потенциала экранирующих электродов, ток центрального электрода течет перпендикулярно к оси скважины. В этом случае на измерения меньше влияют мощность пласта, сопротивление вмещающих пород и бурового раствора, что и является преимуществом БК перед методом КС. Преимущество БК еще и в том, что одновременно с кривой с_к можно регистрировать кривую удельной электропроводности у_к (ед. изм. - сим/м). Размер центрального электрода в зондах БК, как правило, первые сантиметры, следовательно можно выявлять очень тонкие пласты и пропластки, при том что метод глубинный и составляет три длины экранных электродов. Схема трёхэлектродного зонда БК приведена на рис. 24.

Рис. 24 Схема трехэлектродного зонда БК

Удельное электрическое сопротивление, измеряемое при каротаже методом БК, соответствует в непроницаемых пластах истинному, носит название эффективного (с_эф) и оценивается по типовой формуле:

с_эф = k ДU/I (2)

k подбирается опытным путем из условия: с_эф = с_ист.

Глубина 3-х электродного зонда равна примерно трёхкратной длине экранизирующего электрода и достигает 3 - 4,5 м. Для 7-ми электродного зонда глубинность несколько меньше. Кривые БК по форме напоминают кривые КС-ПЗ, что собственно они и представляют, но только более отчетливо за счет фокусировки. Границы устанавливаются по точкам максимального градиента возрастания-убывания аномальных кривых с_эф. Пример определения границ и экстремальных значений с_эф приведен на рис. 25.

Рис. 25 Пример определения границ одиночного высокоомного пласта по точкам максимального возрастания-убывания кривых БК

На рисунке 26 сопоставлены кривые с_к и у_к, зарегистрированные в угольной скважине на месторождении антрацитов в Восточном Донбассе. Показана возможность уверенного выделения и определения мощности тонких пластов углей и известняков.

Рис. 26 Сопоставление каротажных диаграмм, зарегистрированных зондом БК по скважине №7. Участок Садкинский-Северный (Восточный Донбасс) 1 - уголь; 2 - углистый сланец; 3 - аргиллит; 4 - алевролит; 5 - песчаник; 6 - известняк

БК применяют также в варианте микрокаротажа, носящего название МБК. Электроды размещают на прижимном резиновом башмаке. Показания зондов МБК при исследовании интервалов образования глинистой корки менее искажены по сравнению с МКС за счёт более широкого диапазона измерений УЭС.

На основе МБК созданы пластовые наклономеры. Особенность их устройства в том, что по окружности прибора имеется несколько прижимных устройств, на каждом из которых размещен зонд МБК. По вертикальному сдвигу кривых МБК оценивается наклон пластов.



Литература

Основная:

1. Горбачев Ю.И. Геофизические исследования скважин. Учебник. М.: Недра, 1990. С. 3-43, 44-80.

2. Итенберг С.С., Дахкильгов Т.Д. Геофизические исследования в скважинах. М.: Недра, 1982. С. 3-7, 36-63, 101-119, 123-141.

3. Дъяконов Д.И., Леонтьев Е.И., Кузнецов Г.С. Общий курс геофизических исследований скважин. М.: Недра, 1977. С. 3-9, 17-29, 44-65, 68-79.

4. Техническая инструкция по проведению геофизических исследований и работ на кабеле в нефтяных и газовых скважинах. М.: Герс, 2001.

5. Правила геофизических исследований и работ в нефтяных и газовых скважинах. М.: НПП «ГЕРС», 1999. С. 6-51.

Дополнительная:

1. Геофизика: учебник/ Под ред. В.К.Хмелевского.М.: КДУ, 2007. С. 191-194, 203-207, 211.

2. Геофизические методы исследования. (Под редакцией В.К.Хмелевского). Учебное пособие. М.: Недра, 1988. С. 234-245.

3. Федынский В.В. Разведочная геофизика. Учебное пособие. М.: Недра, 1967. С. 568-592, 605-608.

4. Геофизические исследования и работы в скважинах. Геофизические исследования разрезов скважин. Каротаж. Термины, определения, буквенные обозначения, измеряемые физические величины. СТ ЕАГО- 046-01. М., 1998. 63 с.

5. Латышова М.Г. Практическое руководство по интерпретации диаграмм геофизических методов. М.: Недра, 1966. С. 23-74.

Размещено на Allbest.ru

...