Метод кажущегося сопротивления. Боковое электрическое зондирование. Микрозондирование. Резистивиметрия

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

Метод кажущегося сопротивления (КС). Боковое электрическое зондирование (БЭЗ). Микрозондирование (МКЗ). Резистивиметрия

Зонды для работ методом КС. Простейшим зондом для измерения силы тока, проходящего в буровом растворе и окружающих скважину породах, служит одноэлектродный зонд. В этом виде исследований, называемом токовым каротажом, один электрод заземлен неподвижно, вблизи устья скважины, а второй - закреплен на кабеле (рисунок 1). В результате перемещения зонда по скважине регистрируется кривая изменения силы тока.

На рисунке 2 показана схема записи диаграмм КС с автоматической каротажной станцией. Схема включает в себя токовую и измерительную цепи. Токовая цепь питается от источника (Ген.) переменного синусоидального тока. Таким источником может служить электромашинный усилитель или электронный генератор. Последовательно с питающими электродами включены: переменное нагрузочное сопротивление, миллиамперметр (мА) и набор контрольных шунтов. Измерительная цепь включает разделительный конденсатор Ср, не пропускающийна вход измерительного канала медленно меняющуюся разность потенциалов самопроизвольной поляризации ПС, выпрямитель (Выпр) и сглаживающий фильтр выпрямленного сигнала Сф. Чаще всего при работах методом КС используются трехэлектродные зонды, в которых три электрода располагаются в скважине (четвертый электрод заземляется на поверхности, вблизи от скважины).

Б - батарея или другой источник питания, R - реостат для регулировки силы тока, I - прибор, измеряющий силу тока, MN - приемные измерительные электроды, ?U - прибор для измерения (регистрации) разности потенциалов, О - точка записи, к которой относят результаты замеров

Рисунок 1.Различные зонды для электрического каротажа скважин: А, В - питающие электроды М, N - приемные (измерительные) электроды.

Рисунок Схема записи диаграммы КС на трехжильном кабеле.

Трехэлектродный зонд, состоящий из одного питающего А и двух приемных M и N электродов, называется однополюсным. Трехэлектродный зонд, состоящий из одного приемного М и двух питающих А и В электродов, называется двухполюсным.

В обоих случаях расчет КС (с_к) ведется по формуле метода сопротивления:

,

где к - коэффициент, зависящий от расстояния между электродами в зонде; ?U - разность потенциалов между приемными электродами M к N; I - сила тока в питающей цепи АВ). В трехэлектродном зонде

k = 4р•AM•AN/MN

или

k = 4р•AB•NB/MN,

где AM, AN, MB, NB - расстояния в метрах между соответствующими электродами. Название зонда складывается из обозначения электродов, расположенных в скважине сверху вниз и расстояний между ними. Например, в зонде A2M0,05N сверху расположен питающий электрод А, далее в двух метрах - приемный электрод М, а в пятидесяти сантиметрах от последнего - электрод N. Различают потенциал- и градиент-зонды (рисунок 3). В потенциал-зонде расстояние между приемными MN или питающими АВ (их называют парными) электродами превышает расстояние от непарного электрода N или М до ближайшего парного. Точка записи, к которой относится измеренное кажущееся сопротивление, располагается посередине AM (точка О). В градиент-зонде расстояние между парными электродами в пять-десять раз меньше расстояния до непарного электрода. Точка записи находится посередине MN. Если парные электроды располагаются выше непарного, то зонд называется кровельным (или обращенным), а если - под питающим, то подошвенным (или последовательным). Расстояние AM у потенциал-зонда и АО (или МО) у градиент-зонда называется размером зонда. Радиус исследования градиент-зонда примерно равен размеру зонда и примерно в 2 раза больше длины для потенциал-зонда.

Метод кажущихся сопротивлений аналогичен электропрофилированию в полевой электроразведке. В скважине производят измерения с четырех электродной установкой AMNB, один из электродов которой (В или N) заземляют на поверхности у устья скважины и его действием пренебрегают. Оставшиеся 3 электрода перемещают по скважине с сохранением неизменного расстояния между ними и называют зондовой установкой или просто зондом КС. Электрод, заземленный на поверхности, на профессиональном жаргоне каротажников называется "рыбой".

Допустим, что у нас на поверхности заземлен электрод В. Токовый электрод А в первом приближении можно принять за точечный источник, расположенный в однородной среде. Токовые линии расходятся от него радиально, а эквипотенциальные поверхности имеют сферическую форму. Как известно из курса физики, потенциал поля точечного источника тока I на расстоянии г от него в однородной и изотропной среде с сопротивлением р равен:

U = (1)

Соответственно:

= *; = *;

Д = - = (*; (2)

Отсюда следует, что, измерив силу тока I стекающего с электрода А, и разность потенциалов ?U_MN между измерительными электродами М и N, можно вычислить сопротивление среды:

с = 4р * = K (3)

Нетрудно видеть, что множитель, стоящий перед отношением ?U/I, есть величина постоянная для данной зондовой установки, называемая коэффициентом зонда КС:

K = 4р * ; (4)

Для случая, когда на поверхности заземлен электрод N, а не электрод В, можно получить значение:

K = 4р * ; (5)

Нетрудно видеть, что при неизменном расстоянии между электродами и при изменении только их назначения, численная величина коэффициента К не изменяется. Это означает, что к измерениям сопротивления в скважинах применим принцип взаимности (принцип суперпозиции), который гласит, что результат измерения сопротивления среды не изменяется при смене назначения приемных и питающих электродов зонда.

В том случае, если измерения производятся в неоднородной среде, сопротивление, вычисленное по формуле (3), имеет смысл кажущегося сопротивления.

Оно равно сопротивлению такой фиктивной однородной среды, в которой при заданных размерах зонда и силе питающего тока в измерительной цепи создается такая же разность потенциалов, как и в данной неоднородной среде. Т.е. окончательно формула (3) приобретает вид:

= K ; (6)

Кажущееся сопротивление КС измеряется в Омм. По физическому смыслу Омм представляет собой сопротивление 1 м³ горной породы, измеренное в направлении, параллельном граням.

Как известно, электрическая проводимость горных пород может иметь электронный и ионный характер. Удельное электрическое сопротивление горных пород с ионной проводимостью зависит, главным образом, от количества содержащейся в них воды и степени ее минерализации, т.е. от коэффициента пористости породы Кn и удельного сопротивления пластовой воды с_в, которое приблизительно обратно пропорционально ее минерализации. Измерив удельное электрическое сопротивление водонасыщенной породы свп и зная сопротивление с_в, можно определить Кn, воспользовавшись эмпирической зависимостью:

(6)

где P_n - параметр пористости;

а_n , m - константы для конкретного типа пород, определяемые, как

правило, на основе исследования керна.

Для глин и сильно глинистых пород формула (6), в принципе, не выполняется, так как ионы диффузного слоя обеспечивают высокую удельную проводимость водонасыщенных глин и при малой минерализации пластовых вод. В нефтегазонасыщенных породах только часть порового пространства занята водой, поэтому их удельное сопротивление больше, чем у пород водонасыщенных. Это увеличение оценивают параметром насыщения:

(7)

где с_нп--удельное электрическое сопротивление нефтенасыщенной породы.

Зная корреляционную зависимость между Pн и коэффициентом нефтегазонасыщенности( К_нг) или водонасыщенности( Кв ) можно, измерив с_вп и с_нп, найти коэффициент нефтегазонасыщения.

Трехэлектродный зонд, состоящий из одного питающего А и двух приемных M и N электродов, называется однополюсным. Трехэлектродный зонд, состоящий из одного приемного М и двух питающих А и В электродов, называется двухполюсным. В обоих случаях расчет КС (ск) ведется по формуле 5, где К- коэффициент, зависящий от расстояния между электродами в зонде; ?U - разность потенциалов между приемными электродами M и N; I - сила тока в питающей цепи АВ). На рисунке 3 приведены зонды метода КС.

Рисунок 3. Градиент - и потенциал - зонды метода КС

Методика и техника проведения метода КС. При исследованиях методом КС может регистрироваться либо сила тока (токовый каротаж), либо разность потенциалов. В результате токового каротажа (в сухих скважинах он называется методом скользящих контактов, или МСК) получают токовые диаграммы, характеризующие изменение силы тока по стволу скважины. Основным видом скважинных электрических наблюдений является измерение КС (с_к) по стволу скважины с помощью стандартного зонда с постоянным в данных геологических условиях размером.

Стандартный, или оптимальный для изучаемого райна зонд обеспечивает наилучшее выделение по кривым КС слоев с разным удельным электрическим сопротивлением. Его вид и размеры зависят от поставленных задач и выбираются опытным путем. Чтобы получить кривую изменения КС по скважине, сила тока I на питающих электродах обычно поддерживается постоянной, а измеренная непрерывная кривая разностей потенциалов ?U на приемных электродах при постоянной длине зонда является фактически графиком изменения с_к. Для перевода кривой ?U (в милливольтах) в кривую с_к (в Омм) изменяется лишь масштаб записи с учетом величины коэффициента установки и силы тока. На рисунках 4-8 приведены диаграммы р_к для пластов различных мощностей и сопротивлений.

Рисунок 4.Кривые р_к над мощным пластом КГЗ.

Рисунок 5. Кривые р_к над мощным пластом, потенциал зонд

Рисунок 6. Кривые р_к над тонким пластом, КГЗ.

Рисунок 7. Кривые р_к над тонким пластом для ПЗ.

а б

в г

Рисунок 8. Кривые сопротивления для однородного пласта с большим (а, б) и малым (в, г) сопротивлениями: а, в - подошвенный градиент-зонд; б, г - потенциал-зонд

Боковое электрическое зондирование (БЭЗ). БКЗ (или БЭЗ), как один из методов кажущегося сопротивления (КС), основан на изучении искусственного электрического поля в горных породах. Кажущееся сопротивление пород определяется по измеренной разности потенциалов между приемными электродами зондовой установки (электродами M и N), созданной источником тока (электрод А).

Метод бокового каротажного зондирования состоит в измерении кажущегося сопротивления пластов по разрезу скважины набором однотипных зондов разной длины. Регистрация удельного электрического сопротивления несколькими измерительными зондами называется боковым каротажным зондированием (БКЗ). Измеряемая величина - кажущееся удельное электрическое сопротивление, Ом*м.

Показания малого зонда определяются главным образом удельным сопротивлением ближайшего к нему участка среды, т.е. скважинного и примыкающего к ней частью пласта.

На кажущееся сопротивление, замеренное большим зондом, основное влияние оказывает удельное сопротивление удаленных от зонда участков среды.

Кажущееся удельное сопротивление пласта, измеренное обычным зондом, отличается от истинного значения тем, что на его величину также оказывают влияние скважина (ее диаметр и удельное сопротивление промывочной жидкости), зона проникновения фильтрата промывочной жидкости (ее диаметр и удельное сопротивление), вмещающие пласт среды (удельные сопротивления покрывающих и подстилающих пород); кроме того, оно зависит от отношения длины зонда к мощности пласта и типа зонда.

При интерпретации данных БКЗ исключается влияние перечисленных факторов и определяется истинное сопротивление пласта. Обрабатывают материалы БКЗ путем сопоставления их с расчетными данными.

На основании теоретических формул построены палетки БКЗ для определения истинного удельного сопротивления пластов при отсутствии проникновения фильтрата промывочной жидкости (двухслойные палетки) и при его наличии (трехслойные палетки).

Для интерпретации данных БКЗ необходимо знать сопротивление промывочной жидкости и диаметр скважины.БКЗ применяют для исследования всех типов разрезов с целью определения:

- радиального градиента электрического сопротивления пород и выделения на этой основе пород-коллекторов, в которые происходит проникновение промывочной жидкости;

- удельных электрических сопротивлений (УЭС) неизмененной части пластов и зон проникновения;

- оценки глубины проникновения.

Стандартная технология БКЗ предусматривает регистрацию за одну спуско-подъемную операцию показаний пяти последовательных градиент-зондов - A0.4M0.1N; A1.0M0.1N; A0M0.5N; A4.0M0.5N; A8.0M1.0N,- одного обращенного градиент-зонда (обычно M0.5N0A), одного потенциал-зонда (обычно N6.0M0.5A или N11.0M0.5A), а также ПС и токовой резистивиметрии.

Модуль БКЗ может комплексироваться с любыми другими модулями. Техническим ограничением для комплексирования является длина скважинного прибора, включающего "косу" с измерительными электродами. Требования к скважинному прибору БКЗ: диапазон измерений - 0,2 - 5000 Ом*м.

Сечение скважины вертикальной плоскостью показано на рисунке 9.

Рисунок 9. Факторы, влияющие на величину р_п при измерении в скважине.

Микрозондирование (МКЗ). МКЗ относится к основным исследованиям, проводится во всех поисковых и разведочных скважинах, в открытом стволе, в тттинтервалах детальных исследований, совместно с комплексом БКЗ.

МКЗ решает следующие задачи:

- определение УЭС промывочной жидкости (по интервалам каверн) как подтверждающая информация при интерпретации комплекса БКЗ;

-при наличии глинистой корки и радиального градиента сопротивлений положительными приращениями на диаграммах МКЗ выделяются коллекторы с межгранулярной средней и высокой пористостью, при условии, что сопротивления, измеряемые микрозондами, превышают не более чем в 5 раз значения УЭС промывочной жидкости. Положительные приращения на диаграммах относятся к прямым качественным признакам проникновения фильтрата промывочной жидкости в пласты и подтверждают движение флюида в пласты, образование глинистых корок и радиальных градиентов сопротивлений;

-определение эффективной мощности коллекторов с достоверным выделением отдельных проницаемых прослоев толщиной от 0,4 м и выше, при разрешающей способности МКЗ ииии2 см;

-выделение плотных непроницаемых прослоев, в том числе в среде коллекторов;

-выделение размываемых глин-покрышек, дающих значительные каверны; зонд искусственный электрический горный

-выделение зон частого чередования участков разреза тонкослоистого строения с ухудшенными коллекторными свойствами, зонами глинизации или представленные неколлекторами;

-данные МКЗ используются при привязке керна к глубине;

-данные МКЗ используются как вспомогательный материал при детальных литостратиграфических расчленениях и других геологических построениях, при детальном изучении строения и свойств объекта.

Диапазон измерений УЭС от 0,05до 40,0 Ом*м. Метод микрозондирования заключается в детальном исследовании кажущегося сопротивления прискважинной части разреза зондами очень малой длины. В качестве зондовой установки служит резиновый "башмак", на котором установлены три точечных электрода на расстоянии 5 см друг от друга. Они образуют два зонда: микроградиентзонд (МГЗ) A0.025M0.025N и микропотенциалзонд (МПЗ) A0.05M, у которого электродом N служит корпус прибора. Радиус исследования МГЗ приблизительно равен 3-5 см, а глубина исследования МПЗ в 0-5 раза больше, т.е. составляет 10-12см, р_п/р_с <500, а для выделения коллекторов р_п/р_с <5. Поскольку радиус исследования МГЗ меньше, чем МПЗ, то на его показания оказывают большее влияние промывочная жидкость и глинистая корка, а на показания МПЗ - промытая зона скважины. Т.к. в наших условиях удельное сопротивление промытой зоны больше сопротивления глинистой корки, то против коллекторов показания МПЗ превышают показания МГЗ, т.е. пласты-коллекторы характеризуются положительными приращениями кажущегося сопротивления.

На рисунке 10 показана конструкция зонда (а) и упрощенная схема одновременной записи диаграмм КС микропотенциал - и микроградиент - зондов (б). На рисунке 11 приведен схематизированный геологический разрез (а) и диаграммы МКЗ (б).

а б

а - общий вид микрозонда:1 - электроды; 2 - башмак; 3 - кабель;

б - схема записи: Г1, Г2 - приборы для регистрации кривых

Рисунок 10.Принципиальная схема измерений микрозондами.

Рисунок 11. Геологический разрез (а), диаграммы МКЗ (б).

Резистивиметрия. Под резистивиметрией понимается определение сопротивления бурового раствора или воды в скважине. Работы проводят резистивиметром, который представляет собой зонд малых размеров, помещенный в трубку из изолятора. При перемещении зонда по скважине внутри трубки свободно проходит жидкость, заполняющая скважину, а влияние окружающих пород исключается стенками трубки. Регистрация проводится так же, как и в методе КС. Коэффициент резистивиметра определяется путем его эталонировки в жидкости с известным сопротивлением.Диапазон измерений УЭС 0,1-30 Ом*м.

Данные о сопротивлении бурового раствора или воды в скважине используются для обработки каротажных диаграмм (особенно при БКЗ) и для выявления мест подтока подземных вод разной минерализации. Кроме того, резистивиметрия применяется для изучения скоростей фильтрации подземных вод.

Литература

1. Кольский залив. Освоение и рациональное природопользование; Наука - , 2009. - 382 c.

2. Предмет №2. Освоение мира; Гуманитарная Академия, Издательство Фонда русской поэзии - Москва, 2008. - 559 c.

3. Андреев А. М. С чего начать? Освоение садового участка; Эксмо - Москва, 2010. - 224 c.

4. Багатаев Р. М., Роговой В. М. Геологическое изучение и освоение Никитовских ртутных месторождений Донбасса (Украина); Научный мир - Москва, 2011. - 184 c.

5. Басарыгин, Ю.М.; Булатов, А.И.; Проселков, Ю.М. Заканчивание скважин; М.: Недра - Москва, 2000. - 670 c.

6. Беньяш Ю. Л. Освоение персонального компьютера и работа с документами; Горячая Линия - Телеком - , 2001. - 580 c.

7. Будкер Д., Кимбелл Д., ДеМилль Д. Атомная физика. Освоение через задачи; ФИЗМАТЛИТ - Москва, 2010. - 400 c.

8. Геймбургер Флоренс , Барнеу Лиз Млекопитающие. Освоение космоса. Камни и металлы (комплект из 3 книг); Editions Atlas - Москва, 2008. - 151 c.

9. Гусев В. С. Освоение Internet. Самоучитель; Диалектика - Москва, 2004. - 304 c.

10. Добрецов В. Б. Освоение минеральных ресурсов шельфа; Недра - Москва, 1988. - 274 c.

11. Клецов В. А. Освоение ПК. Краткое руководство; Вильямс - Москва, 2007. - 336 c.

12. Ли Джеймс , Генри В. Никенс, Уэллс Майкл Эксплуатация обводняющихся газовых скважин. Технологические решения по удалению жидкости из скважин; Премиум Инжиниринг - Москва, 2008. - 384 c.

13. Медведев М. Ю. ПБУ 24/2011 "Учет затрат на освоение природных ресурсов"; ДМК Пресс - Москва, 2012. - 220 c.

14. Никитин Н. И. Освоение Сибири в XVII веке; Просвещение - Москва, 1990. - 144 c.

15. Никитин, Н.И. Освоение Сибири в XVII веке; М.: Просвещение - Москва, 1990. - 144 c.

16. Оборин, В.А. Заселение и освоение Урала в конце XI - начале XVII века; Иркутск: Иркутский университет - Москва, 1990. - 168 c.

17. Подольный Р. Г. Освоение времени; Издательство политической литературы - Москва, 1989. - 144 c.

18. Сван, Т. Освоение Borland C++ 5; К.: Диалектика - Москва, 1996. - 576 c.

19. Трубецкой К. Н., Чантурия В. А., Каплунов Д. Р., Рыльникова М. В. Комплексное освоение месторождений и глубокая переработка минерального сырья; Наука - , 2010. - 440 c.

20. Хомичевская В. Переходим на "1С:Бухгалтерию 8"! Быстрое освоение для пользователей "1С:Бухгалтерии 7.7"; 1С-Паблишинг - Москва, 2011. - 616 c.

21. Щукин, А.А. Строительство скважин; Томск; STT - Москва, 2005. - 588 c.

Размещено на Allbest.ru