Методы кажущегося сопротивления (КС)

Петрофизические основы методов КС. Как известно, электрическая проводи- мость горных пород может иметь электронный и ионный характер (см. гл.4). 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 kn и удельного сопротивления пластовой воды ρв, которое приблизительно обратно пропорционально ее минерализации. Измерив удель- ное электрическое сопротивление водонасыщенной породы ρвп и зная сопротивление ρв, можно определить kn, воспользовавшись эмпирической зависимостью:

ρвп / ρв =Pn = αn / knm ≈ 1 / kn2 , (7.2)

где Pn — параметр пористости; αn , m — константы для конкретного типа пород, определяемые, как правило, на основе исследования керна. Для глин и сильно глини- стых пород формула (7.2), в принципе, не выполняется, так как ионы диффузного слоя обеспечивают высокую удельную проводимость водонасыщенных глин и при малой минерализации пластовых вод (удельное сопротивление глин не превосходит обычно

30 Ом м).

В нефтегазонасыщенных породах только часть порового пространства занята во- дой, поэтому их удельное сопротивление больше, чем у пород водонасыщенных. Это увеличение оценивают параметром насыщения

Pn = ρнп / ρвп ,

где ρнп—удельное электрическое сопротивление нефтенасыщенной породы. Зная корреляционную зависимость между Pn и коэффициентом нефтегазонасыщенности knг или водонасыщенности kв (kв =1— knг) для данного района, можно, измерив ρвп и ρнп, найти knг. Для ориентировочных расчетов Pn = 1 / kв2.

Полезные ископаемые с электронной проводимостью (руды, графит, антрацит) идентифицируют по минимумам удельного сопротивления, а их содержание оценива- ют по соответствующим корреляционным зависимостям.

Электрическое поле в однородной среде. В гл.4 получены выражения для расче- та удельного электрического сопротивления однородного полупространства. Для од- нородного пространства формулы расчета получают таким же образом, но коэффици- енты установок должны быть в 2 раза больше. Это объясняется тем, что для получения той же разности потенциалов ΔU между приемными электродами MN в однородной

Рис. 7.6 Виды зондов КС.

а — градиент-зонды;

б — потенциал-зонды

среде с ρп в питающую линию АВ следует подавать ток I в 2 раза больший, чем в полу-

пространство с тем же ρп.

В частности, удельное электрическое сопротивление, измеренное трехэлектрод-

ной установкой AMN, рассчитывают по формуле (3.4), в которой вместо 2π берут 4π:

r=4pAM ×AN ×DU.

(7.3)

п MN I

Трехэлектродную установку AMN, предназначенную для измерения ρп, называют зондом КС. Четвертый электрод В размещают на поверхности (рис. 7.5).

мер: А1,0М0,1N — последовательный граднент- зонд с L=1,05 м; N1,0M0,1A—обращенный потен- циал-зонд с L=0,1 м.

Кажущееся электрическое сопротивление. Выше среда считалась однородной. Практически же она всегда имеет границы, искажающие вид поля. Например, наличие скважины, удельное сопротив- ление в которой ρс < ρп , деформирует поле (рис.

7.7). Поэтому удельное электрическое сопротивле-

ние, рассчитанное по формуле (7.4),—не истинное

удельное сопротивление породы ρп , а кажущееся удельное сопротивление ρк . Следовательно, кажу-

Рис.7.7 Характер распреде- ления токовых линий при наличии скважин с ρс < ρп

Рис. 7.8 Диаграммы удельного электрического сопротивления: истинного (1) и кажущегося для потенциал-зонда (2) и градиент- зонда (3) в пласте высокого со- противления большой мощности

щееся удельное электрическое сопротивление сре-

ды можно рассматривать как истинное удельное

электрическое сопротивление фиктивной однород-

ной среды, в которой при данных геометрических

размерах зонда, т.е. при данном коэффициенте зон-

да k и данном токе I, создается такая же разность

потенциалов ΔU, как в изучаемой неоднородной среде (см. п. 4.1).

В общем случае ρп ≠ ρк из-за влияния скважи- ны, вмещающих пород, зоны проникновения и т. д. Суть метода КС заключается в том, чтобы зареги- стрировать одну или несколько диаграмм ρк и, воспользовавшись методами интерпретации для учета влияния названных выше факторов, опреде- лить истинное значение удельного электрического сопротивления ρп .

Вид диаграмм КС в пластах высокого сопро- тивления большой мощности приведен на рис.7.8. Видно, что диаграмма градиент-зонда отличается от диаграммы потенциал-зонда своей асимметрично- стью, позволяющей более надежно идентифициро- вать кровлю и подошву пластов.

Зонды КС применяют для литологического расчленения разрезов, выделения полезных иско-

паемых — руд, водоносных и нефтегазоносных коллекторов. В благоприятных услови- ях (ρп ненамного превосходит ρс и мощность пласта h>>L) они позволяют найти ρп , и определив Рн и Рп, оценить коллекторские свойства пластов.

Боковое каротажное зондирование. В общем случае значение ρк , как уже гово- рилось, зависит не только от ρп , но и от длины зонда L, его расстояния до границы пласта z, мощности пласта h, диаметра скважины d, диаметра зоны проникновения D, сопротивления скважинной жидкости ρс и некоторых других параметров. Изменяя дли- ну зонда, можно изменять степень влияния того или иного фактора на значение ρк . На- пример, для зонда очень малых размеров, в силу его малости и удаленности от стенок скважины, влияние ρп будет несущественным и ρк ≈ ρс. Для большого зонда влияние ρп будет значительно сильнее. Чем больше длина зонда L (или отношение L/dc), тем силь- нее влияние ρп и меньше влияние ρс (рис. 7.9).

Начиная с определенной оптимальной длины зонда L1, ρс практически перестает влиять на показа- ния, и для пласта с h>>L можно считать ρк = ρп (гра- фик μ1 на рис. 7.9). Дальнейшее увеличение длины зонда не изменяет картины. Если увеличить шунти- рующее влияние скважины, увеличив ρп и сохранив прежнее ρс , то для выполнения условия ρк ≈ ρп потре- буется зонд большей оптимальной длины L2 (график μ2). Семейство графиков, отражающих зависимость ρк от длины зонда L (точнее lg ρп/ρс от lg L/dc), называют палеткой. Шифр графика — отношение ρп/ρс = μ — именуют его модулем. При значениях μ >20 применять зонды оптимальной длины, как правило, не удается,

сти логарифма ρп/ρс от логарифма L/d.

так как они оказываются соизмеримы с мощностью пластов или больше нее. Однако для определения ρп достаточно провести измерения ρк несколькими зонда- ми разной длины, меньшей чем оптимальная. Получен- ные при этом точки с координатами lg ρк — lg L лягут

на тот график палеточного семейства зависимостей lg ρп/ρс — lg L/dc , модуль которого

μ соответствует искомому значению ρп . Определив μ , легко можно найти ρп: ρп = μρс.

Такую методику называют боковым каротажным зондированием (БКЗ).

Существуют альбомы палеточных зависимостей, предназначенные для интерпре- тации материалов в пластах большой и ограниченной мощности, а также при наличии зоны проникновения. Разработаны алгоритмы и программы, автоматизирующие про- цесс интерпретации БКЗ. Методом БКЗ исследуют разрезы с целью детального изуче- ния пластов и получения их количественных характеристик (в первую очередь kn и kнг). Обычно БКЗ проводят только в продуктивном участке разреза.

Микрометоды КС. Применяют три микрометода КС: резистивиметрию, микро-

зондирование, пластовую наклонометрию.

Резистивиметрию проводят с целью определения сопротивления скважинной жидкости и выполняют градиент-зондом столь малой длины, что влиянием стенок скважины можно пренебречь. Такой зонд называют резистивиметром.

Микрозондирование выполняют прижатым к стенке скважины градиент- микрозондом или потенциал-микрозондом. Оно служит для детального изучения ближней зоны. Поскольку радиус исследования градиент-зонда много меньше, чем по- тенциал-зонда, на его показания большое влияние оказывает глинистая корка, обра- зующаяся в коллекторах. Сопротивление глинистой корки меньше сопротивления по- роды, поэтому о ее наличии и, следовательно, о наличии коллектора свидетельствует занижение ρк , измеренного градиент-микрозондом, по отношению к ρк , измеренному потенциал-зондом. В непроницаемых пластах показания обоих зондов совпадают.

Пластовая наклонометрия заключается в проведении исследований несколькими микрозондами, расположенными таким образом, что их точки записи лежат в одной плоскости, перпендикулярной к оси скважины. При прохождении установкой горизон- тальной границы все микрозонды пересекут ее одновременно. Аномалии на каждой из диаграмм совпадут по глубине. Если граница наклонена, аномалии будут смещены од- на относительно другой на величины, пропорциональные углу наклона границы. В на- стоящее время в пластовых наклономерах чаще применяют микрозонды с фокусиров- кой тока. В целом нужно отметить большую информативность методов пластовой на- клонометрии.

Метод скользящих контактов (МСК). МСК основан на определении кажущего- ся удельного сопротивления пород путем измерения тока в цели питающего электрода А. Ток возрастает против пластов низкого сопротивления и падает против пластов вы- сокого сопротивления. Электрод состоит из одной или нескольких металлических ще- ток, которые прижимают к стенке скважины. Такая конструкция снижает влияние про- мывочной жидкости на величину регистрируемого сигнала, в связи с чем МСК можно применять в скважинах, заполненных пресной промывочной жидкостью и даже сухих. Он служит для выделения пластов антрацита, сульфидов, магнетитовых, медноколче- данных и других руд, обладающих низким удельным сопротивлением.