Боковой каротаж. Физические основы. Регистрируемые параметр, единица измерения, технические особенности, область применения, интерпретация данных каротажа.

По результатам замеров кажущегося сопротивления с одним или двумя зондами оценку величины истинного сопротивления в большинстве случаев, возможно, произвести лишь приближенно. Для этой цели служат специальные палетки. Для более точного определения удельного сопротивления применяют специальную методику — боковое электрическое, или каротажное, зондирование. Эта методика заключается в измерении кажущегося сопротивления с помощью нескольких (5—7) градиент-зондов или, реже, потенциал-зондов различной длины. Чем больше длина зонда, тем больше радиус его исследования. Применение комплекта зондов различной длины позволяет исключить влияние бурового раствора на величину кажущегося сопротивления, изучить характер изменения сопротивления от стенок скважины в глубь пласта определить глубину проникновения фильтрата бурового раствора в пласт и найти истинное сопротивление пласта. Одновременно с БК обычно определяют диаметр скважины и удельное сопротивление бурового раствора. Размер зондов изменяется от 1 —2 до 20—30 размеров диаметра скважины. Однако конкретный выбор зондов зависит от характера разреза и обычно производится опытным путем.

Часто применяют следующий комплект последовательных градиент-зондов:

А0,4М0,1N; 2) А1,0М0,1N; 3) А2,0М0,5N; 4) А4,0М0,5N; 5) A8,0M1,0N; дополнительным зондом в этом комплекте является обращенный градиент-зонд N0,5M4,0A, служащий для уточнения границ пластов.

Или, реже, — комплект обращенных градиент-зондов: 1) N0,1M0,4A; 2) N0,1M1,0A; 3) N0,5M2,0A 4) N0,5M4,0A; 5) N1,0М80,А и в дополнение к нему — последовательный градиент-зонд A4,0M0, 5N. При определении удельного сопротивления мощных пластов весьма высокого или весьма низкого удельного сопротивления может быть использовано потенциал-зондирование. Рекомендуется следующий комплект потенциал-зондов:

1) А0,1М 2) А0,25М; 3) А0,5М; 4) А1,0М; 5) А2,0М; 6) А4,0М.

Пример отсчета среднего, максимального и оптимального значений кажущегося сопротивления на кривой последовательного градиент-зонда представлен на рисунке.

При этом электрод В в зондах взаимного питания (или N в зондах прямого питания) должен быть удален от электрода М на расстояние, превышающее мощность исследуемого пласта высокого сопротивления (практически 30—40 м).

По данным измерений с каким-либо из этих комплектов зондов строят наблюденные кривые зондирования, представляющие собой зависимость кажущегося сопротивления против данного пласта от длины зонда, вычерченную на бланке двойной логарифмической бумаги. Отсчет величины кажущегося сопротивления для намеченного к обработке пласта производят определенным образом. При интерпретации градиент-зондирований используют средние, максимальные и оптимальные значения кажущегося сопротивления.

Для того, чтобы сделать возможным сопоставление наблюденной кривой с определенной расчетной кривой на палетке, на бланке наносят оси кривой зондирования. Горизонтальная ось должна соответствовать удельному сопротивлению глинистого раствора, вертикальная — диаметру скважины. Точка пересечения осей называется крестом кривой зондирования.

Первый тип кривых — двухслойные кривые зондирования — наблюдают в непроницаемых или весьма слабопроницаемых пластах большой мощности.

Литологически такие пласты представлены: плотными глинистыми известняками, гидрохимическими осадками, глинами, весьма плотными песчаниками, плотными метаморфическими породами и т.п. Довольно часто двухслойные кривые наблюдаются в нефтенасыщенных коллекторах, когда удельное сопротивление смеси фильтрата бурового раствора, нефти и пластовой воды в зоне проникновения близко к удельному сопротивлению смеси нефти и пластовой воды в незатронутой проникновением раствора части пласта. Интерпретацию кривых проводят с помощью двухслойных палеток бокового электрического зондирования.

Второй тип кривых трехслойные кривые наблюдают в пластах большой мощности при проникновении бурового раствора, понижающем сопротивление пластов. В этом случае сопротивление пласта в зоне проникновения бурового раствора меньше истинного сопротивления пласта.

Литологически такие пласты могут быть представлены проницаемыми нефтегазоносными породами. Кроме того, подобный тип кривых наблюдается для проницаемых и водоносных пластов, если удельное сопротивление фильтрата бурового раствора меньше удельного сопротивления пластовой воды. Интерпретацию производят с помощью комплекта трехслойных палеток бокового электрического зондирования.

Интерпретацию кривых при неглубоком проникновении бурового раствора производят с помощью палеток бокового электрического зондирования-U или, в более общем случае, с помощью трехслойных палеток.

Под боковым каротажем (БК) понимают каротаж сопротивления зондами с экранными электродами и фокусировкой тока. Он является разновидностью каротажа методом сопротивления с использованием зондов, в которых электрическое поле создаваемое ими, является управляемым. Различают боковой каротаж, выполняемый многоэлектродным (семь, девять электродов) и трехэлектродным зондами. Трехэлектродный зонд (БК-3) состоит из трех электродов удлиненной формы. Центральный (основной) электрод А и расположенные симметрично ему два экранирующих A₁и А₂ представляют собой металлические цилиндры, разделенные между собой тонкими изоляционными прослойками. Через электроды пропускают ток, который регулируется так, чтобы потенциалы всех трех электродов поддерживались одинаковыми. Это достигается путем соединения основного электрода А с экранными через малое сопротивление (r=0,01 Ом), которое используется также для измерения силы тока через центральный электрод. Такой зонд можно рассматривать как единое проводящее тело, в котором потенциалы всех электродов равны (U A₁ = UА = U А₂), а токовые линии основного электрода вблизи зонда перпендикулярны к его оси. Кажущееся удельное сопротивление определяется и рассчитывается по разности потенциалов DUкс между электродами А и N, расположенных на значительном расстоянии друг от друга. Результат измерения зондом БК относят к середине электрода А. Записывая изменение DUкс и поддерживая силу тока I в основном электроде постоянной, получают кривую КС. В трехэлектродном зонде ток, вытекающий из А, вследствие экранирования собирается в почти горизонтальный слой, имеющий форму диска, толщина которого приблизительно равна длине зонда Lз. Аппаратура АБКТ для трехэлектродного бокового каротажа является комплексной и помимо БК дает возможность проводить обычный электрический каротаж комплектом зондов БКЗ.37Границы пластов по кривым зонда БК-3 соответствуют точкам на спаде кривой с определенным значением кажущегося удельного сопротивления (граничного сопротивления rк.гр), величина которого зависит в общем случае от сопротивления вмещающих пород rв.м, а в случае понижающего проникновения еще и от диаметра зоны проникновения D.

3.2 Перечислите электрические методы, с помощью которых можно
определить истинное удельное сопротивление пластов; нарисуйте
принципиальные схемы этих методов.

Боковой каротаж проводят многоэлектродными (семь, девять электродов) и трехэлектродными зондами. Применяют многоэлектродные зонды с электродами небольшого размера (точечными) и с кольцевыми электродами, устанавливаемыми на изолированной трубе.

Трехэлектродный зонд бокового каротажа (см. рис. 1, а) представляет собой длинный цилиндрический электрод, разделенный изоляционными прослойками на три части: небольшой по длине центральный (основной) электрод А₀ и два расположенных симметрично по отношению к нему и соединенных между собой накоротко экранных электрода A₁ и А₂ . Через основной и экранные электроды пропускается ток одной полярности и обеспечивается равенство их потенциалов. Это может быть достигнуто одним из следующих способов.

1. Сила тока через экранные электроды автоматически регулируется так, чтобы разность потенциалов основного и экранных электродов была равна нулю.

2. Основной электрод накоротко соединяется с экранными электродами.

Схемы зондов бокового каротажа: а — трехэлектродного (БК-3); б —семиэлектродного (БК-7); в — девятиэлектродного (псевдобокового) каротажа (БК_М )

Практически в последнем случае основной электрод соединяют с экранным через небольшой резистор r, который используется для измерения силы тока через основной электрод. Величина резистора r берется такой, чтобы вносимая в результате введения этого резистора погрешность не вызывала заметного искажения результатов.

Когда достигается равенство потенциалов, в результате влияния поля экранирующих электродов ток, выходящий из основного электрода, на значительном расстоянии распространяется слоем, перпендикулярным к оси скважины, с толщиной, приблизительно равной длине основного электрода. Вследствие этого влияние скважины и вмещающих пород сказывается на результатах измерений значительно меньше, чем при обычных зондах.

Главная цель бокового электрического зондирования ( БЭЗ) заключается в определении истинного удельного сопротивления пластов. Кажущееся сопротивление пласта, измеренное обычными зондами, отличается от его истинного значения тем, что оно искажено влиянием скважины, зоны проникновения фильтрата промывочной жидкости, конечной мощностью пласта и удельным сопротивлением вмещающих пород. Чтобы определить истинное удельное сопротивление пластов по величинам их КС, необходимо исключить влияние перечисленных факторов на удельное сопротивление пласта.

Для более точного определения удельного сопротивления как раз и применяется специальная методика — боковое электрическое, или каротажное, зондирование. Эта методика заключается в измерении кажущегося сопротивления с помощью нескольких (5—7) градиент-зондов или, реже, потенциал-зондов различной длины. Чем больше длина зонда, тем больше радиус его исследования. Применение комплекта зондов различной длины позволяет исключить влияние бурового раствора на величину кажущегося сопротивления, изучить характер изменения сопротивления от стенок скважины в глубь пласта определить глубину проникновения фильтрата бурового раствора в пласт и найти истинное сопротивление пласта.

Рис. Принципиальая схема индукционного метода. 1-скважиный снаряд-зонд; 2-излучающая катушка; 3-приемная катушка; 4-генератор; 5-усилитель и выпрямитель; 6-кабель; 7-регистрирующий прибор

Рис. Принципиальная схема индукционного метода. 1-скважиный снаряд-зонд; 2-излучающая катушка; 3-приемная катушка; 4-генератор; 5-усилитель и выпрямитель; 6-кабель; 7-регистрирующий прибор

Изучение разрезов скважин индукционным методом основано на различии в электропроводности горных пород - величине, обратной удельному электрическому сопротивлению. Первоначально метод разрабатывался для исследования скважин, заполненных не проводящим электрический ток буровым раствором (на нефтяной основе), в котором обычно метод КС или метод экранированного заземления, имеющие систему токопроводящих и измерительных электродов, применены быть не могут. Однако в последующем были обнаружены существенные преимущества индукционного метода при изучении геологических разрезов низкого сопротивления в скважинах, заполненных обычным токопроводящим буровым раствором.

Измерения при ИК производятся с помощью спускаемого в скважину глубинного прибора, состоящего в наиболее простом виде из двух катушек: возбуждающей, питаемой переменным током, и приемной (измерительной), снабженной усилителем и выпрямителем. Электронная схема прибора обеспечивает питание генераторной катушки переменным током частотой 20–80кГц, усиление и преобразование сигнала измерительной катушки. Переменный ток, протекающий по генераторной катушке, создает переменное магнитное поле, индуцирующее в окружающих породах вихревые токи. В однородной среде силовые линии тока представляют собой окружности с центром по оси скважины. Вихревые токи в породах создают вторичное магнитное поле. Первичное и вторичное переменные магнитные поля индуцируют ЭДС в приемной катушке. Индуцированная первичным полем ЭДСЕ1 является помехой и компенсируется введением в цепь приемной катушки равной ей ЭДС, и противоположной по фазе. Остающаяся в измерительной цепи ЭДСЕ2, индуцированная вторичным магнитным полем вихревых токов, подается в измерительный преобразователь для усиления и преобразования, после чего посылается по жиле кабеля на поверхность, где записывается регистрирующим прибором.

Амплитуда тока в генераторной катушке в процессе замера поддерживается неизменной, а сила вихревых токов, возникающих в окружающей породе, определяется электропроводностью породы. Соответственно ЭДС Е2, наведенная вторичным полем в измерительной катушке, в первом приближении пропорциональна электропроводности горных пород и, следовательно, пропорциональна их удельному сопротивлению. Зарегистрированная по стволу скважины кривая должна характеризовать изменения удельной электропроводности породы в разрезе.