Физические основы методов КС

Метод кажущихся сопротивлений аналогичен электропрофнлированию в полевой электроразведке. В скважине производят измерения с четырехэлектродной 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=(Iρ/4π)*(1/r)

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

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, 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 E.4) приобретает вид: ρk=K(ΔU/I)

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

Метод КС обычных зондов.

Для измерения сопротивления пород, пересеченных скважиной, применяют четырехэлектродную установку AMNB. Три электрода A, M, N (M, A, B) опускают на кабеле в скважину, а четвертый электрод B (N) заземляют на поверхности вблизи устья скважины. Через электроды А и В, называемые токовыми, пропускают ток I, создающий электрическое поле в породе. С помощью измерительных электродов M и N измеряют разность потенциалов U между двумя точками данного электрического поля.

Кажущееся сопротивление зависит от следующих факторов:

1) УЭС и мощностей пластов, против которых находится каротажный зонт;

2) диаметра скважины и УЭС ПЖ;

3) характера проникновения фильтрата ПЖ в пласт;

4) типа и размера применяемого зонда;

На практике в качестве зондов применяют градиент- и потенциал-зонды.

Градиент-зонд – зонд, у которого расстояние между парными (сближенными) электродами (M и N) мало по сравнению с расстоянием от непарного (удаленного) до первого парного электрода. Замер сопротивления градиент-зондом сводится к измерению градиента потенциала электрического поля электрода А, т.е. приращения потенциала на единицу длины.

Градиент-зонд, у которого сближенные парные электроды расположены под непарным электродом, называют подошвенным (последовательным). При обратном расположении электродов получим кровельный (обращенный) градиент-зонд.

Градиент-зонд с бесконечно малым расстоянием между парными электродами называется идеальным (MN стремится к нулю).

Потенциал-зонд – зонд, у которого расстояние от непарного до первого парного электрода мало по сравнению с расстоянием между парными электродами. Расстояние между сближенными электродами называется размером потенциал-зонда. Точка записи кажущегося сопротивления относится к середине сближенных электродов.

Кажущееся сопротивление при измерении потенциал-зондом определяется потенциалом электрического поля в точке М, поэтому зонд такого типа получил название потенциал-зонда.

Для условной оценки глубины исследования зондом применяют термир радиус исследования зонда, под которым понимаю радиус сферы в однородной среде неограниченной мощности, влияющей на показания зонда так же, как и та часть среды, которая расположена за пределами данной сферы.

Зонд с одним питающим электродом и двумя измерительными называется однополюсным или зондом прямого питания. Зонд с двумя питающими электродами и одним измерительным называется двухполюсным или зондом взаимного питания. На практике чаще используют двухполюсные зонды, которые позволяют одновременно вести запись кривых КС и ПС (потенциалов самопроизвольной или собственной поляризации).

Метод КС обычным зондом на практике применяется для определения УЭС пород околоскважинного пространства, определение их пористости и нефтенасыщенности, а также для корреляции разрезов скважин (в комплексе с методом ПС).

Зонды метода КС.

Стандартный зонд КС – это зонд среднего размера, который выбирается на практике экспериментально. При его выборе необходимо учитывать несколько противоречивых требований:

1) выбираемый зонд должен иметь хорошую вертикальную характеристику, т.е. должен наиболее уверенно расчленять геологический разрез по вертикали, не пропуская при этом даже пласты малой мощности (первые десятки сантиметров);

2) на диаграммах этого зонда должны четко отбиваться границы пластов;

3) величина кажущегося сопротивления, снятого против интерпретируемых пластов, должна быть близка к величине их истинного сопротивления.

Зонд малого размера обладает хорошей вертикальной характеристикой, но величина кажущегося сопротивления против зарегистрированных пластов будет сильно отличаться от их истинного сопротивления из-за сильного влияния скважины и вмещающих пород на результаты измерений.

Зонд большого размера имеет низкую расчленяющую способность по вертикали, т.е. способен пропустить пласты малой мощности, однако снятое с его диаграммы кажущееся сопротивление против интерпретируемых пластов будет близко к их истинному сопротивлению. При этом форма кривой кажущегося сопротивления на границах пластов может быть искажена экранным влиянием соседних пластов.

Т.о., стандартный зонд КС позволяет выделять в разрезах скважин максимальное количество пластов, а величина их кажущегося сопротивления будет близка к их истинному сопротивлению.

Обычно на практике для терригенных разрезов используют градиент-зонды, а в карбонатном разрезе – потенциал-зонд, длиной 0,50 – 075м. На практике стандартные зонды КС используют для литологического расчленения разрезов скважин (в комплексе с методом ПС) для проведения всевозможных геологических построений. Изучают характер замещения и выклинивания пластов, разделяют нефтенасыщенную и водонасыщенную части пласта.