Боковой каротаж (БК). Зонды, виды диаграмм, решаемые задачи и ограничения метода
Под боковым каротажем (БК) понимают каротаж сопротивления зондами с экранными электродами, через которые пропускают ток в том же направлении, что и через основной токовый электрод. Наличие экранных электродов препятствует растеканию тока от основного электрода по скважине и обеспечивает направление его (фокусирование) непосредственно в пласт.
ЗОНДЫ БОКОВОГО КАРОТАЖА
Различают боковой каротаж, выполняемый трехэлектродным и многоэлектродными (семь, девять электродов) зондами (рис. 35)
ТРЕХЭЛЕКТРОДНЫЙ БОКОВОЙ КАРОТАЖНЫЙ ЗОНД (БК-3)
Этот зонд состоит из трех электродов удлиненной формы (рис. 35,а). Центральный (основной) электрод A0 и расположенные симметрично относительно него два экранирующих электрода А1 и 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 двумя способами путем соединения основного электрода А0 с экранными через малое сопротивление (г0 = 0,01 Ом), которое используется также для измерения силы тока через центральный электрод; с помощью автокомпенсатора, регулирующего ток через экранные электроды так, чтобы ток I0 через центральный электрод сохранился неизменным. Трехэлектродный зонд можно рассматривать как единое проводящее тело, в котором потенциалы всех электродов равны (UА1 = UA0= UА2), а токовые линии основного электрода вследствие экранирования собираются в почти горизонтальный слой, имеющий форму диска (рис. 36,а).
Кажущееся удельное сопротивление определяется по разности потенциалов ΔUКС между любым из электродов зонда и удаленным от них электродом N и рассчитывается по формуле (II.5). Результат измерения зондом бокового каротажа относят к середине электрода А0.
В отечественной аппаратуре трехэлектродного БК разных видов применяется один и тот же зонд, который характеризуется следующими данными: длина зонда L = 0,18 м, длина центрального электрода А0; общее размеры зонда L = 3,2 м (расстояние между внешними концами экранирующих электродов А1 и А2); диаметр зонда dз = 0,07 м; ширина изоляционного промежутка 0,03 м. Коэффициент такого зонда К=0,24 м.
Коэффициент трехэлектродного зонда К рассчитывают, определяя потенциал поля удлиненного эллипсоида вращения в однородной среде, соответственно К=2πL/ln(2Lобщ/dз) = 2,73L/lg(2Lобщ/dз).
Распределение токовых линий зонда БК-3 в однородной среде показано на рис. 36, а.
В современной отечественной и зарубежной аппаратуре многоэлектродного БК используются семи- и девятиэлектродные зонды.
Семиэлектродный боковой каротажный зонд состоит из центрального электрода А0, двух пар измерительных электродов М1, М2 и N1, N2 и одной пары токовых экранирующих электродов А1 и А2 (рис. 35,6). Электроды каждой пары соединены между собой и симметрично расположены относительно электрода А0. Через этот центральный электрод А0 пропускают ток I0, который поддерживается постоянным в процессе регистрации. Через экранирующие электроды А1 и А2 пропускают ток IЭ той же полярности, который автоматически регулируется с таким расчетом, чтобы разность потенциалов между электродами М1 и N1 или (что одно и то же) М2 и N2 равнялась нулю. Это равносильно размещению в скважине выше и ниже электрода А0 изоляторов толщиной MN, ограничивающих распространение тока вдоль ствола скважины и ближайших к ней участков разреза. При этом ток I0 распространяется в радиальном направлении на значительное расстояние слоем толщиной, приблизительно равной длине зонда L, обычно 0,6 м (см. рис. 36, б). Напряжение, измеряемое между одним из измерительных электродов М1, М2 или N1, N2 и электродом N, удаленным на значительное расстояние от токовых электродов, представляет собой падение потенциала от скважины до удаленной точки по пласту. Кажущееся удельное сопротивление пород ρк рассчитывают по данным замера разности потенциалов ΔUKC и тока I0 через основной электрод А0 по (II.5). Коэффициент зонда К определяют путем моделирования.
Результат измерений зондом бокового каротажа относят к точке А0. За длину зонда L принимают расстояние между серединами интервалов M1N1 и M2N2 (точками O1 и O2). Расстояние между экранирующими электродами А1А2 называют размером зонда Lобщ. Кроме того, для характеристики зонда введено понятие параметр фокусировки q = Lобщ/ L. При выборе зонда учитывают, что с увеличением Lобщ и q радиус исследования зондом возрастает. На практике для определения сопротивления неизмененной части пласта с проникновением ПЖ рекомендуют применять зонды с q>3. В пластах без проникновения лучшие результаты получают при q≈1,5.
Размещение электродов в семиэлектродном зонде выражается следующей записью: AO,2M1O,2N1l,1A1 что соответствует Lобщ=3 м, L = 0,6 м, q = 5. На диаграмме такой зонд обозначается как La3q5.
Девятиэлектродный зонд состоит из девяти цилиндрических электродов, установленных на корпусе скважинного прибора (см. рис. 35,в). В отличие от семиэлектродного этот зонд имеет дополнительную пару экранных электродов А1 и А2 той же полярности. Применяя в нем разные сочетания электродов, достигают возможности проведения измерения несколькими зондами БК с разным радиусом исследования. Большой размер зонда (L = 7÷8 м) достигается при пропускании через все пять электродов тока одной полярности.
Этим обеспечивается значительный радиус исследования при малом влиянии вмещающих пород на показания зонда (рис. 36, в, слева).
Для уменьшения радиуса исследования применяют дополнительные электроды В1 В2 обратной полярности, через которые замыкают цепь тока I0 и IЭ, так называемый псевдобоковой каротаж БКМ. В результате токовые линии от центрального электрода A0 не текут в глубь пласта, а растекаются в непосредственной близости от скважины (слой тока I0 с удалением от скважины быстро расширяется). На этом участке происходит значительное падение потенциала, характеризуя в основном удельное сопротивление пласта, прилегающего к скважине (см. рис. 36,в, справа). Размещение электродов в зонде псевдобокового каротажа выражается записью: А0О,2М10,2N1O,2A1O,9B1, что соответствует Lобщ=1,2 м, L = 0,6 м, q = 2. На диаграмме такой зонд обозначается LB3LAl,2q2.
Возможность проведения многоэлектродным зондом совместного замера несколькими зондами БК с разными радиусами исследований после соответствующего сочетания электродов в них является преимуществом этих зондов перед трехэлектродными.
Боковой каротаж используют для изучения разрезов скважин (в т.ч. заполненных минерализованным буровым раствором), представленных породами высокого сопротивления или частым чередованием пластов с разными параметрами. При бурении нефтяных и газовых скважин с минерализованным буровым раствором боковой каротаж применяют в комплексе с боковым микрокаротажем, при документации разрезов угольных скважин — в комплексе с методами радиоактивного каротажа. Основное преимущество бокового каротажа (по сравнению с другими видами электрического каротажа) — незначительное влияние бурового раствора и вмещающих пород на результаты бокового каротажа, что позволяет детальнее расчленять разрез, точнее определять удельное сопротивление пластов в широком диапазоне (1-105 Ом•м). Развитие бокового каротажа связано с разработкой новых зондов с более совершенной регулировкой поля.
Применение:
· литологическое расчленение разреза;
· определение удельного электрического сопротивления пластов и характера насыщения в комплексе с другими геофизическими методами.
· зоны частых чередований плотных непроницаемых пластов, глинистых прослоев и нефтегазонасыщенных пластов малой мощности;
· зоны аномально низких значений минерализации пластовых вод, где УЭС водонасыщенных и нефтенасыщенных пластов имеют высокие значений и широкие зоны перекрывающихся величин сопротивлений;
· интервалы в низах разреза, где преобладают тонкие чередования литологически различающихся разностей, преобладают высокие УЭС и контрастные переходы значений УЭС на границах литологических переходов и границ, обусловленных изменениями характера насыщения коллекторов.
Типовые условия применения (ограничения я думаю ну можно в лек посмотреть):
• применяется в необсаженных скважинах, заполненных пресным или минерализованным раствором.
Кривые кажущегося сопротивления БК против пластов конечной мощности. Форма кривых.
Кажущееся удельное сопротивление ρк, измеренное зондом бокового каротажа, зависит от типа и характеристики зонда (Lобщ, L, q), удельных сопротивлений пласта ρп, вмещающих пород рВм, зоны проникновения ρзп, промывочной жидкости ρс, а также от геометрических факторов этих сред. В цепь электрода А0 включены при этом последовательно ρс, ρзп и ρп.
С учетом полного объема пространства, окружающего зонд, измеряемое кажущееся сопротивление против однородного мощного пласта
где Gc, Gзп, Gп — геометрические факторы соответствующих частей пространства, которые зависят от длины проводника и его сечения. Сумма всех геометрических факторов составляет полный объем изучаемого пространства и равна единице. Как видно, ρк в боковом каротаже, как и при замере нефокусированными зондами, зависит от ρп, ρс, dс, D, h, ρвм.
Характерными (существенными) значениями ρк против однородного пласта являются экстремальные (максимальные в пластах высокого сопротивления и минимальные в пластах низкого сопротивления). Для пачки чередующихся тонких прослоев, максимальное и минимальное сопротивления которых различаются не более чем в 2,5 раза, существенным является среднегармоническое (или продольное) сопротивление.
где h— мощность пласта (пачки); hi, рк i — соответственно мощность и кажущееся сопротивление прослоев пласта (пачки). При отношении максимальных и минимальных значений сопротивлений, меньшем 1,4, для упрощения расчета принимают ρк. ср г=ρк. ср. Величины рк. ср. г и ρк. ср определяют по кривой сопротивления БК, как это показано на рис. 37.
В показания ρк, полученные нецентрированным зондом псевдобокового каротажа при ρп>100 ρс и dc>0,2 м, вносят исправления за влияние эксцентриситета скважинного прибора с помощью специальной палетки [1].
На рис. 38 показаны характерные кривые сопротивления трехэлектродного бокового каротажа. Как видно, при одинаковом удельном сопротивлении вмещающих пород кривые КС против однородных пластов высокого сопротивления отмечаются максимумами, которые принимают формы острой пики против тонких пластов (h≤4dc); против мощных пластов (h>8dc) наблюдается горизонтальный интервал в средней части (рис. 38,а). Если породы, подстилающая пласт и перекрывающай его, имеют различное сопротивление, то максимум против пласта высокого сопротивления становится асимметричным, наблюдается снижение сопротивления со стороны породы меньшего сопротивления (рис. 38,б). При постепенном изменении сопротивлений отдельных пластов форма кривой принимает ступенчатый вид (рис. 38,в). Против пачки пластов, представленной породами разного сопротивления, кривая характеризуется чередованием симметричных максимумов и минимумов (рис. 38,г). Против проницаемых пластов с проникновением ПЖ форма кривых КС почти соответствует форме кривых для однородных пластов. С увеличением диаметра зоны повышающего проникновения наблюдается заметное увеличение сопротивления (рис. 38, д).
Границы пластов высокого сопротивления соответствуют точкам на спаде кривой с определенным значением кажущегося удельного сопротивления (граничное сопротивление ρк. гр). Величина ρк. гр с достаточной для практики точностью аппроксимируется выражением ρк. гр/ρк. вм = 2ρк/(ρк + ρк. вм). На практике границы таких пластов отбивают в начале крутого подъема.
Форма кривых КС для одиночных пластов, зарегистрированных многоэлектродными зондами, в основном такая же, как и в случае БК-3. Границы пластов высокого сопротивления на кривых КС многоэлектродных зондов отбивают на расстоянии L/2 выше середины подъема кривой (в кровле) и ниже (в подошве) пласта.
В неоднородном разрезе на показания БК кроме величин ρп и dc существенное влияние оказывают: зона проникновения (ρзп и D); мощность пласта h и удельное сопротивление вмещающей среды ρвм. Интерпретация диаграмм БК. Процесс обработки диаграмм БК проводится поэтапно:
а) проверка качества диаграмм. Заключается, прежде всего, в проверке записи нулевых и градуировочных сигналов, контрольных повторных замеров и перекрытий.
б) выделение объектов интерпретации. Особенности форм кривых сопротивления описаны в соответствующих руководствах.
в) снятие характерных значений ρк, проводят способами, зависящими от строения пласта. Если пласт однородный по ρ, то против пласта отсчитывают средневзвешенное по толщине кажущееся сопротивление ρк.ср. Если пласт считается неоднородным, то против пласта отсчитывают продольное кажущееся сопротивление ρкt. Принцип определения истинного удельного сопротивления основан на изучении характера распределения электрического поля экранированного зонда БК.
г) введение поправки за влияние эксцентриситета зонда в скважине. Ее вводят в показания экранированных зондов с малым радиусом исследования. Показания зондов БК со средним и большим радиусом исследования не зависят от положения прибора в скважине.
д) введение поправки за ограниченную толщину пласта.
е) введение поправки за толщину пласта.
ж) введение поправки за влияние скважины.
з) введение поправки за влияние зоны проникновения фильтрата ПЖ.