Каротаж сопротивления нефокусированными зондами

Под каротажем сопротивления нефокусированными зондами понимают электрический каротаж, основанный на измерении кажущегося удельного сопротивления горных пород трех электродными нефокусированными зондами.

Для определения удельного сопротивления горных пород в скважине используется источник тока, создающий в окружающей среде электрическое поле.

Электрическое поле характеризуется напряженностью Е, которая является вектором имеющим величину и направление, в системе СИ (В/м).

Величина , характеризующая быстроту изменения потенциала при перемещении в направлении, перпендикулярном к эквипотенциальным поверхностям в сторону его увеличения, называется градиентом потенциала и обозначается gradU. Напряженность поля – градиент потенциала с обратным знаком, т.е.

Е=-qradU, (62)

знак минус указывает, что напряженность Е направлена в ту сторону, в которую действует сила на положительный заряд, т.е. в сторону убывания потенциала.

Для замера сопротивления пород, пересеченных скважиной, используют 4-х электродную установку AMNB. Три электрода этой установки (A,M,N или M, A, B), присоединены к концам кабеля и опускаемые в скважину, представляют каротажный зонд. Четвертый электрод В или N (заземление) устанавливают на поверхности вблизи устья скважины.

2.4.1.Измерение кажущегося удельного сопротивления обычными зондами

Для замера сопротивления пород, пересеченных скважиной, используют 4-х – электродную установку AMNB. Три электрода этой установки (A, M, N или M, A, B), присоединенные к концам кабеля и опускаемые в скважину, представляют собой каротажный зонд. Четвертый электрод В или N (заземление) устанавливают на поверхности вблизи устья скважины

(рис.

Рис. 1.

Через электроды А и В или (M и N) согласно принципу взаимности, пропускают ток J, создающий электрическое поле в породе; (А и В называются токовые электроды) при помощи измерительных электродов M и N регистрируют разность потенциалов ΔU между двумя точками этого электрического поля.

Потенциал в точке М:

(63)

потенциал в точке N:

(64)

Для точечных электродов зонда, разность потенциалов между его измерительными электродами M и N будет равна

(65)

где

AN - AM = MN.

Тогда

(66)

Из (66) удельное сопротивление однородной среды

(67)

Разность потенциалов выражается в (мВ) милливольтах, сила тока в миллиамперах (мА), расстояния между МN, АМ и AN в метрах (м), а удельное сопротивление в ом-метрах (Ом·м).

Формулу (67) представив в виде в котором она выражается в практике электрического каротажа.

Для этого

(68)

получим

(69)

где k – коэффициент зонда, зависящий от расстояний АМ, AN и взаимного расположения электродов; ΔU/J представляет собой сопротивление части среды, заключенной между двумя эквипотенциальными поверхностями, проходящими через точки M и N.

Выражение (69) справедливо для вычисления истинного удельного сопротивления ρ изотропной и однородной среды. При этом условии значение удельного сопротивления должно оставаться постоянным при любых расстояниях АМ и АN.

При каротаже всегда имеем дело с неоднородной средой, состоящей из пластов различного удельного сопротивления и промывочной жидкости, заполняющей скважину. В этих условиях результат (69) является условным (фиктивным) и назван кажущимся удельным сопротивлением (ρ_к). Кажущееся удельное сопротивление зависит от следующих факторов: удельного сопротивления и мощности пластов, против которых находится каротажный зонд, диаметра скважины и удельного сопротивления заполняющей ее промывочной жидкости, глубины проникновения фильтрата промывочной жидкости в пласт, характера взаимного залегания и сопротивления смежных пластов, типа и размера зонда, которым проводят измерения.

При каротаже применяют зонды двух типов: градиент – зонды и потенциал – зонды.

Градиент зондами называют зонды, у которых расстояние между парными электродами M и N или А и В мало по сравнению с расстоянием непарных электродов А и М или М и А. Замер кажущихся сопротивлений этим зондом сводится к измерению градиента – потенциала электрического поля электрода А. При бесконечно малом MN формулу (67) можно записать так:

(70)

где Е - составляющая напряженности электрического поля по оси z в точке 0 или градиент потенциала с обратным знаком.

Потенциал-зондами называются те, у которых расстояние АМ мало по сравнению с расстоянием между парными электродами М, N (А, В). Расстояние

АМ является размером потенциал – зонда. Замер кажущегося сопротивления

относится к середине АМ. Тогда кажущееся сопротивление в этом случае будет

Потенциал – зонд с электродом N, удаленным в бесконечность, называется идеальным. Если АN = , MN= , U_M = 0, то

(72)

Кажущееся сопротивление при использовании потенциал – зонда определяется потенциалом электрического поля в точке М. Поэтому зонды такого типа и называют потенциал – зондами.

Радиус исследования зонда – радиус сферы в однородной среде неограниченной мощности, оказывающей на показания зонда такое же влияние, как и та часть сферы, которая, которая расположена за ее пределами. Таким образом, радиус исследования градиент – зондом совпадает с его размером АО, а потенциал – зондом соответствует его удвоенному размеру, т.е. 2АМ. При одинаковом размере зондов радиус исследования потенциал зонда примерно в 2 раза превышает радиус исследования градиент зонда.

Зонд с одинаковым питающим электродом и двумя измерительными называется однополюсным (или зондом прямого питания), а с двумя питающими электродами и одним измерительным – двух полюсным (или взаимного питания). Коэффициент k при 2-х полюсном зонде вычисляется по формуле:

(73)

Пример обозначения зонда: М 2,5 А 0,25 В – обозначает градиент зонд двух полюсный подошвенный, у которого верхний электрод является измерительным; 2,5 м ниже него расположен первый токовый электрод А и на расстоянии 0,25 м от первого токового электрода – второй токовый В электрод. Длина зонда АО = 2,625 м.

Кривые кажущегося удельного сопротивления против ограниченной мощности

Величина кажущегося удельного сопротивления, определяющая форму кривой КС, зависит от мощности пласта, типа и размера зонда, его положения относительно границ пласта. Принято считать пласт мощным, если его размер превышает размер зонда, тонким, если его мощность меньше или равна его размерам. Если удельное сопротивление пласта соответственно больше или меньше удельного сопротивления вмещающей среды, то пласт квалифицируют как пласт высокого или низкого сопротивления.

Градиент – зонд.

Пласт высокого сопротивления.

На кривой КС такой пласт отмечается асимметричным максимумом. При замерах подошвенным градиент – зондом кровля пласта соответствует минимальному, а подошва – максимальному сопротивлению. В действительности для реального зонда граница подошвы пласта фиксирует ниже максимума на половину расстояния между сближенными электродами. Тонкому пласту соответствует максимум со слабо выраженной асимметрией. Кровля его находится против точки наиболее крутого подъема кривой, а подошва – ниже максимума. Ниже подошвы пласта на длину зонда наблюдается повышение сопротивления, вызванное экранным максимумом. (рис. 1).

Пласт низкого сопротивления.

Мощный пласт фиксируется на кривой сопротивления асимметричным минимумом. При замерах подошвенным градиент – зондом кровля пласта приблизительно отмечается максимумом, а точнее – ниже него на половину расстояния между сближенными электродами, подошва – минимумом. Для тонких пластов подошва на кривой КС фиксируется по переходу кривой сопротивления от пониженных значений к максимальным (рис. 1, в).

При измерениях кровельным градиент – зондом кривые сопротивления являются зеркальным отражением кривых, полученных подошвенным градиент – зондом. Определение границ пласта кровельным градиент – зондом производится по тем же правилам, что и в случае подошвенного, но с учетом обратного хода кривой.

Потенциал – зонд.

Пласт высокого сопротивления.

Пласт мощный отмечается на кривой КС максимумом, симметричным относительно середины пласта. Его границы проводятся симметрично относительно максимума, кровля – на половину длины зонда выше точки перехода от плавного к более крутому подъему кривой, а подошва – на ту же величину ниже этой точки.

Тонкий пласт высокого сопротивления фиксируется снижением сопротивления; некоторое повышение последнего наблюдается выше кровли и ниже подошвы пласта на расстояниях, равных половине длины зонда из – за экранных явлений (рис. 1, б).

Рис. 1. Кривые сопротивления для однородного пласта с большим (а, б) и малым (в, г) сопротивлениями

а, в – подошвенный градиент-зонд; б, г – потенциал-зонд

Пласт низкого сопротивления.

Такой пласт на кривой кажущегося сопротивления отмечается минимумом, симметричным относительно середины пласта. Его границы проводятся по точкам перехода от крутого спада к плавному пониженному участку кривой с учетом того, что эти точки смещены относительно кровли и подошвы на половину длины зонда. Таким образом, ширина минимума превышает мощность пласта на длину зонда.

Выделение границ тонкого пласта малого сопротивления в этом случае затруднительно (см. рис. 1, г).

При чередовании пластов, имеющих различные сопротивления, обычное распределение плотности пока в скважине нарушается, происходит перераспределение силовых линий тока и возникают явления экранирования, которые оказывают влияние на величины кажущихся сопротивлений и должны учитываться при интерпретации кривых кажущихся сопротивлений.

Боковое каротажное зондирование

Сущность бокового каротажного зондирования (БКЗ) заключается в измерении кажущихся удельных сопротивлений градиент- и потенциал-зондами различной длины против исследуемого интервала. БКЗ проводят для определения истинного удельного сопротивления пластов и выявления проникновения глинистого раствора (его фильтрата) в пласт. Для того чтобы достаточно точно определить удельное сопротивление пластов, необходимо замерить кажущиеся сопротивления на исследуемом участке скважины большим числом каротажных зондов различной длины.

На практике обычно пользуются градиент-зондами, размеры которых соответствуют 1—30 диаметрам скважины.

Для равномерного расположения точек на бумаге с логарифмическим масштабом увеличение размеров зонда производится по геометрической прогрессии с показателем, равным 2 или 2,5.

Один из зондов БКЗ является и стандартным. Сохранение стандартного зонда в комплексе зондов БКЗ позволяет одновременно получить стандартную каротажную диаграмму.

В интервале проведения БКЗ необходимо определить удельное сопротивление глинистого раствора резистивиметром и диаметр скважины каверномером, а также проводить измерение микрозондами.

Запись диаграммы ПС при БКЗ производится обычно дважды; один из замеров, являющийся контрольным, выполняется электродом, максимально удаленным от груза.

Изменение расстояний между электродами зонда (изменение длины зондов) при БКЗ осуществляется применением специального «раздвижного» зон да либо при помощи коробки (муфты) БКЗ.

Раздвижной зонд снабжен двумя передвижными электродами, которые присоединяются к жилам кабеля посредством изолированных проводов. Передвижные электроды могут быть установлены на различное расстояние один от другого и от третьего неподвижного электрода Переход от одного зонда к другому при раздвижном зонде требует подъема всей установки на поверхность. Это связано с непроизводительной тратой времени и является существенным недостатком данного способа выполнения БКЗ. Поэтому в настоящее время при выполнении БКЗ используют коробку БКЗ.

Коробка БКЗ предназначена для переключения жил кабеля с одного зонда на другой и состоит из глубинного прибора и многоэлектродного зонда.

В настоящее время в России разработаны и внедрены в промышленность безындукционные коробки БКЗ, выпускаемые заводами геофизических приборов.

Результаты расчета кажущегося удельного сопротивления для пласта неограниченной мощности представлены в виде кривых, выражающих зависимость ρ_к от различных определяющих его параметров: а) для непроницаемого пласта – от удельных сопротивлений пласта ρ_п и промывочной жидкости ρ_с, диаметра скважины d_с и длины зонда L_з ; б) для проницаемого пласта при наличии зоны проникновения, кроме перечисленных параметров, - от удельного сопротивления зоны проникновения r_зп и ее диаметра D. Эти кривые называются кривыми бокового каротажного зондирования (БКЗ). Такие кривые, сгруппированные по определенному признаку (двухслойные, трехслойные) и выражающие зависимость r_к/r_c от L/d_c для пласта неограниченной мощности, называются палетками БКЗ. Различают кривые БКЗ двух основных типов – 2-х слойные и трехслойные.

Двухслойные кривые БКЗ рассчитаны для условий, когда проникновение промывочной жидкости в пласт отсутствует. При этом важны следующие случаи: а) сопротивление промывочной жидкости, заполняющей скважину, меньше сопротивления пласта (r_с < r_п); б) сопротивление жидкости больше сопротивления пласта (r_с > r_п).

Двухслойные расчетные кривые БКЗ сгруппированы в палетки, обозначаемые БКЗ – 1А (при r_п > r_c) и БКЗ – 15 (при r_п < r_с), [рис.1а, б].

Как видно, кривые палеток БКЗ – 1 в своей правой части асимптотически приближаются к значениям удельного сопротивления пласта. Изображенная на палетке кривая А характеризует геоиетрическое место точек пересечения кривых БКЗ с их правыми асимптотами, кривая В – геометрическое место точек (максимумов и минимумов) кривых. Двухслойные кривые БКЗ обозначают одним относительным параметром r_п/r_c, который называется модулем кривой БКЗ и является ее шифром.

Трехслойные кривые БКЗ рассчитаны для случая проникновения промывочной жидкости в пласт. При этом в примыкающей к скважине части пласта образуется зона проникновения, условно принимаемая за цилиндрическую, диаметром D и удельным сопротивлением r_зп с промежуточным значением между r_с и неизменной части пласта r_п. Трехслойные кривые БКЗ определяются пятью параметрами r_п, r_зп, r_с, D и d_с. Их форма и положение на палетках зависят от трех относительных параметров r_зп /r_c, D/d_c, r_п /r_c.

При проникновении фильтрата промывочной жидкости в пласт возможны два случая: снижение удельного сопротивления (понижающее проникновения), увеличение его сопротивления (повышающее проникновение). Если r_п /r_зп < 1, то наблюдается повышающее проникновение, при r_п /r_зп > 1 – понижающее.

Каждая кривая на трехслойной палетке БКЗ изображает зависимость r_к /r_c от L_з/d_c при заданных параметрах D/d_c, r_зп /r_c и r_п /r_c, из которых два первых отражают шифр палетки, а третий – шифр кривой. Например, палетка БКЗ с шифром 4/20 означает, что на ней представлен набор кривых зависимости r_к /r_c от L_з/d_c при D/d_c= 4 и r_зп /r_c = 20 (рис. 3). При повышающем проникновении фильтрата промывочной жидкости в пласт удовлетворяется условие r_с<r_зп>r_п (рис.3, 1 ) при понижающем r_с<r_зп<r_п (см. рис.3, 2).

Обработка материалов БКЗ.

Боковое каротажное зондирование (БКЗ) проводят для определения истинного удельного сопротивления пластов и выявления проникновения фильтрата промывочной жидкости в пласт.

Для пластов большей мощности целесообразнее строить кривые зондирования по средним или оптимальным значениям КС. Для пластов средней мощности высокого сопротивления (6 < h < 20 м) используют средние и максимальные значения, а иногда для уточнения и оптимальные значения КС. Последние могут быть отсчитаны для зондов, размеры которых не превышают 0,8 мощности пласта. Для пластов малой мощности высокого сопротивления (h<6 м ) строят экстремальные кривые зондирования.

Различают теоретические или расчетные и фактические кривые БКЗ. Теоретическими называют кривые, построенные на основании расчетных данных при помощи сеточного моделирования или графоаналитическим методом (рис. 1, 2, 3). Фактическими называются кривые зондирования, построенные по средним или оптимальным значениям КС, отсчитанным на каротажных диаграммах против однородных пластов большей мощности (h>15–20м). Такие пласты приравниваются к пластам неограниченной мощности, и кривые зондирования для них соответствуют кривым БКЗ и интерпретируются путем непосредственного их сравнения с теоретическими кривыми БКЗ.

Для интерпретации БКЗ пластов средней мощности используют фактические кривые БКЗ, построенные по специальной методике, разработанной С.Г. Комаровым. Эти кривые отображают зависимость r_к=f(АО) для пластов, аналогичных по удельному сопротивлению исследуемым, но неограниченной мощности.

Для интерпретации кривых БКЗ в пластах небольшой мощности, сопротивление которых превышает сопротивление вмещающих пород, принимают теоретические максимальные и экстремальные кривые зондирования – палетки ЭКЗ.

При интерпретации БКЗ фактическую или экстремальную кривую зондирования сравнивают с теоретическими, среди которых находят кривую, соответствующую интерпретируемой. Это позволяет считать, что интерпретируемая кривая имеет те же параметры, что и теоретическая. На основании этого определяют удельное сопротивление пласта и оценивают наличие или отсутствие проникновения промывочной жидкости в пласт, а при благоприятных условиях устанавливают глубину ее проникновения в пласт.

Полученную фактическую кривую БКЗ сопоставляют в начале с кривыми двухслойной палетки БКЗ-1 (рис. 1, 2). При этом бланк с фактической кривой БКЗ накладывают на палетку так, чтобы начала координат осей кривой и палетки совпадали. Если при этом фактическая кривая совмещается с одной из палеточных кривых или укладывается между двумя соседними расчетными кривыми БКЗ, повторяя их форму, то в пласте нет проникновения промывочной жидкости, фактическая кривая БКЗ является двухслойной. Удельное сопротивление такого пласта определяется в точке пересечения фактической кривой БКЗ и кривой А палетки.

Если же фактическая кривая БКЗ не совмещается ни с одной из двухслойных кривых БКЗ, то следует предположить наличие проникновения (понижающего или повышающего) промывочной жидкости в пласт. Отличить фактическую кривую БКЗ с повышающим проникновением промывочной жидкости от кривой, характеризующейся понижающим проникновением, относительно легко, если мощность пласта велика. Кривая соответствующая повышающему проникновению, отмечается крутым спадом после максимума. В случае понижающего проникновения фактические кривые БКЗ с увеличением размера зондов пересекают двухслойные расчетные кривые, переходя от кривых с меньшими значениями и кривым с большими величинами удельных сопротивлений.

В благоприятных условиях (мощный пласт среднего и низкого сопротивления), погрешность определения r_п по БКЗ не превышает 10-20%. Неблагоприятными условиями для использования БКЗ являются: неоднородность разреза (тонкое чередование прослоев различного сопротивления); малое сопротивление ПЖ, когда r_п/r_c > 200 для мощных пластов и r_п/r_вм > 20 для тонких пластов.

Боковой каротаж.

Боковой каротаж является одной из разновидностей электрического каротажа по методу сопротивлений.

При боковом каротаже применяют семиэлектродные и трехэлектродные зонды (рис. 13, а и б).

Семиэлектродный зонд (рис. 13, а) состоит из центрального электрода А_о, двух пар измерительных электродов М₁ М₂, N₁ N₂ и одной пары токовых экранных электродов А₁ и А₂. Электроды каждой пары соединены между собой и симметрично расположены относительно электрода А_о. Через электрод А_о пропускают ток силы i, который поддерживается постоянным в процессе регистрации. Через экранные электроды A₁ и А₂ пропускают ток той же полярности, но такой силы, чтобы разность потенциалов между электродами M₁ и N₁ или, что одно и то же, M₂ и N₂ равнялась нулю. Замеряют разность потенциалов одного из измерительных электродов M₁, М₂ и N₁, N₂, относитёльно электрода N, удаленного на значительное расстояние от токовых электродов, чтобы избежать влияния электрического поля этих электродов. Выносить электрод N на поверхность нежелательно из-за влияния индуктивных помех.

Кажущееся удельное сопротивление пород находят по данным замера разности потенциалов ∆U и силы тока i через основной центральный электрод А₀ при помощи обычной формулы (19).

Для определения коэффициента зонда исходят из известного положения, что в изотропной среде, измеренное сопротивление соответствует истинному.

Рис.13. Принципиальная схема бокового каротажа

а - семиэлектродный зонд; б – трехэлектродный зонд. 1 – устройство, регулирующее силу тока через экранные электроды; 2 – регистрирующий прибор; 3 – генератор переменного тока.

Согласно формуле (15) в однородной среде с удельным сопротивлением ρ_n потенциал точечных электродов М₁ и N₁ равен соответственно:

где i — сила тока через основной электрод; i_э — сила тока через каждый из экранных электродов такой величины, чтобы:

U_М1 - U_N1= 0

Следовательно, U_М1=U_N1 и после преобразования получим:

(26)

Если потенциал удаленной точки (электрод N) приравнять нулю, а постоянную величину в формуле (26) обозначить через Сэ, то:

(27)

где коэффициент зонда:

(28)

Разность потенциалов между электродами M₁N₁ и M₂N₂ равна нулю, следовательно, сила тока вдоль оси скважинына этом интервале также равна нулю.

При боковом каротаже благодаря наличию экранных электродов А₁и А₂ боковые линии распространяются горизонтально в пределах слоя толщиной, равной приблизительно O₁O₂ - расстоянию между серединами (M₁N₁ и М₂М₂) пар измерительных электродов (рис. 14, а).

Дело обстоит так, как будто скважина и прилегающие к ней участки пласта выше и ниже электрода А_о заменены пробками из изолирующего материала.

Измеряемый потенциал, а следовательно, и величина кажущегося удельного сопротивления определяются в основном удельным сопротивлением пород; влияние скважины на результаты измерений при боковом каротаже невелико.

Рис.14. Распределение токовых линий

а, б — при боковом каротаже в однородной среде соответственно для семиэлектродного и трехэлектродного зондов; в — для электрода а_о, расположенного против пласта большого сопротивления, при обычных методах каротажа (слева) и при боковом каротаже (справа). ρ_п — удельное сопротивление пласта; ρ_вм — удельное сопротивление вмещающих пород; ρ_с — удельное сопротивление бурового раствора

В этом существенное преимущество бокового каротажа перед обычным, когда токовые линии в пласте высокого сопротивления устре­мляются вверх и вниз по скважине во вмещающие более проводящие породы.

На рис. 14,в дано схематическое изображение распределения токовых линий из электрода А_о, расположенного против пласта высокого сопротивления при обычных методах каротажа и при боковом каротаже.

Величина кажущегося удельного сопротивления при боковом каротаже существенно зависит также от расстояний между электродами зонда. Наиболее характерными из них являются: а) длина зонда L = O₁O₁, равная расстоянию от средней точки между измерительными электродами M₁N₁ до средней точки между электродами М₂N₂; б) общий размер зонда L_o=A₁A₂, равный расстоянию между экранными электродами.

Отношение разницы расстояний общего размера зонда и его длины к длине зонда называется параметром фокусировки зонда или просто параметром зонда:

(29)

Зонд считают идеальным, если расстояние между измерительными электродами M₁N₁ и M₂N₂ стремится к 0, а электрод N удален в бесконечность. На практике работают с неидеальными зондами, у которых расстояние M₁N₁ или A_oN сравнимо с расстояниями между другими электродами.

Глубина исследования при боковом каротаже тем больше, чем больше расстояние между экранными электродами А₁А₂.

Точкой записи зонда бокового каротажа являетсяточка симметрии зонда - центральный электрод А_o.

Наряду с семиэлектродным зондом применяют и трехэлектродный зонд бокового каротажа, снабженный электродами удлиненной формы (рис. 13, б и 14, б).

Основным электродом зонда является центральный А_o, два экранных электрода A₁A₂ расположены симметрично по отношению к нему. Через электрод A_o пропускают некоторый ток; через A₁ и А₂ также пропускается ток, который регулируется так, чтобы разность потенциалов между средним A_o и крайними A₁ и А₂ равнялась нулю.

Кажущееся удельное сопротивление определяется по замеру разности потенциаловΔUмежду электродом А_о и электродом N, расположенным в удалении.

Кривая сопротивления получается в результате записи величины, представляющей отношение ΔU/i; коэффициент зонда, так же как и в семиэлектродном боковом каротаже, определяют в однородной среде с удельеым сопротивлением r_n, r_к = r_n.

В трехэлектродном зонде, как и в семиэлектродном, ток, вытекающий из электрода А_o вследствие экранирования, собирается в почти горизонтальный «слой» (пучок) мощностью, приблизительно равной расстоянию между точками 0'₁ и О'₂ (рис. 14, б), расположенными на серединах просветов, отделяющих основной электрод от экранных.

Расстояние между точками O'₁ и О'₂ в трехэлектродном зонде приблизительно соответствует расстоянию O₁O₂ семиэлектродного зонда.

Изменение радиуса исследования в трехэлектродном зонде достигается изменением длины центрального А_o и экранных А_э электродов.

Недостатком трехэлектродного зонда является то, что в нем возможно влияние контактного сопротивления заземления.

Кривые сопротивления при БК

Кривые сопротивления, получаемые при БК, аналогичны кривым, регистрируемым в обычном каротаже потенциал – зондом, улучшения результатов измерений достигается благодаря фокусировке тока.

Расчет r_к при БК сложен. При 7-ми электродном зонде необходимо определять после каждого из токовых электродов – основного и двух экранирующих, а также учитывать, что составляющая напряженности поля по оси скважины в области расположения измерительных электродов равна нулю. Электрическое поле 3-х - электродного зонда, представляющего собой поле длинного цилиндрического заземления, не менее сложно, поэтому кривые сопротивления БК и номограммы для определения удельного сопротивления строят по результатам моделирования на сеточной модели.

Кажущееся удельное сопротивление зависит от типа и характеристики зонда (L_общ, L_з, q), удельных сопротивлений пласта, вмещающих пород, зоны проникновения, промывочной жидкости, а также геометрических размеров этих сред.

Против однородного пласта характерными (существенными) значениями кажущегося удельного сопротивления являются максимальное (пласт высокого сопротивления) и минимальное (пласт малого сопротивления). Против неоднородного пласта и пачки пластов в качестве существенных значений принимаются среднее ρ_к.ср и продольное ρ_к.пр (или среднегармоническое) кажущиеся сопротивления:

(74)

(75)

где h₁, h₂…h_n – мощность отдельных прослоев; - максимальное и минимальное кажущиеся удельные сопротивления против прослоев.

Величина ρ_к.ср часто определяется по кривой сопротивления путем графического осреднения. Задача облегчается, если кажущееся сопротивление ρ_к против прослоев отличается между собой меньше, чем на 25%. Для получения продольного кажущегося сопротивления (когда сопротивления прослоев отличаются между собой более чем на 25%) используется выражение (75).

На рис. 1 показаны характерные кривые сопротивления, записанные 3-х электродным и 7-ми электродным зондами при боковом каротаже. Из рис. 1 видно, что при одинаковом удельном сопротивлении вмещающих пород кривые КС против однородных пластов высокого сопротивления отмечаются максимумами, которые принимают формы острого пика против тонких пластов (h ≤ 4d_c); против мощных пластов (h>16d_c) наблюдается горизонтальный интервал в средней части. Если порода, подстилающая пласт и перекрывающая

его, имеет различное сопротивление, max против пласта высокого сопротивления становится асимметричным, наблюдается снижение со стороны

Границы пластов по кривым сопротивления полученным зондом БК-3 (рис. 1, а) соответствуют точкам на спаде кривой с определенным значением кажущегося удельного сопротивления (граничного сопротивления r_к.гр) Величина r_к.гр зависит в общем случае от r_вм, а для понижающего

Рис. 1. Кривые сопротивления против одиночного пласта высокого сопротивления, получен-ные 3-х электродным (а) и 7-ми электродным (б) зондами бокового каротажа

а – L_общ=15d_c; L_з=0,75d_c; d_з=0,43d_c; б - L_общ=8,25d_c; L_з=2,37d_c; q=2,47

проникновения D. Определить местоположение точки с сопротивлением r_к.гр визуально сложно, так как эта точка не является характерной для кривой сопротивления.

Для получения r_к.гр применительно к кривым, записанным зондом аппаратуры АБК-3, используют график (рис. 2). При неодинаковом сопротивлении покрывающих и подстилающих пород r_к.гр определяют относительно для кровли и подошвы пласта. Если отношение r_п/r_вм или r_зп/r_вм меньше двух, кривая сопротивления (d_к) выполаживается, и указанную методику выделения границ пласта применять нельзя.

Рис.2. Зависимость граничных значений кажущегося удельного сопротивления ρ_к.гр от удельного сопротивления вмещающей среды r_вм. 1 - r_к.гр для пластов высокого сопротивления без проникновения и с повышающим проникновением; r_к.гр для пластов с понижающим проникновением: 2 – D = 2 d_c; 3 – D = 8 d_c.

Влияние проникновения фильтрата раствора на показания бокового каротажа зависит от характера и глубины проникновения его в пласт. Понижающее проникновение относительно мало сказывается на величине кажущегося удельного сопротивления и становится заметным лишь при больших (D/d_c > 6) глубинах проникновения. Значительно большее влияние на показания БК оказывает повышающее проникновение, которое возрастает с увеличением D/d_c и r_зп/r_п. При больших значениях этих величин (r_зп/r_п > 20 и D/d_c > 4) r_к определяется в основном влиянием зоны проникновения, которое, кроме того, возрастает с уменьшением мощности пласта. В случае повышающего проникновения, когда r_зп>r_п, ток, прежде чем достигнуть неизменной части пласта с сопротивлением r_п, должен преодолеть большое сопротивление в зоне проникновения, что вызывает значительное, часто преобладающее, падение потенциала на этом участке пласта. В результате зона повышающего проникновения оказывает на показания БК решающее влияние. Если r_зп мало по сравнению с r_п (понижающее проникновение), то падение потенциала не велико, и влияние зоны проникновения на показания бокового каротажа снижается.

Боковой каротаж является более совершенным методом, чем каротаж сопротивлений обычными зондами. Он имеет ряд преимуществ при изучении пластов средней и малой мощности, в случае значительной дифференцированности разреза по сопротивлению и больших значений r_п/r_c, когда пласты, вскрываемые скважиной, имеют высокое сопротивление, а также при высокоминерализованной промывочной жидкости.

Резистивиметрия скважины.

Под резистивиметрией понимают измерение удельного электрического сопротивления жидкости, заполняющей скважину, с помощью скважинного резистивиметра. Если сопротивление жидкости определяют на поверхности, то приеняют лабораторный резистивиметр. Значение сопротивления ПЖ необходимы при вычислении истинных удельных сопротивлений пород на основании кажущихся. Сопротивление жидкости замеряют и при определении места притока воды в скважину. Удельное сопротивление жидкости сильно зависит от температуры. Скважинный резистивиметр представляет собой обычный каротажный зонд малых размеров (расстояние между электродами 2-3 см).

При перемещении резистивиметра по скважине жидкость свободно циркулирует через трубы, которая служит изолирующим экраном, исключающим влияние среды за пределами определяемого объема жидкости стенки скважины, обсадной колонны. Удельной сопротивление ПЖ находят по формуле (69). В результате замера на каротажной ленте регистрируется диаграмма сопротивления промывочной жидкости вдоль ствола скважины.

Микрокаротаж

Под микрокаротажем (МК) понимают каротаж сопротивления обычными градиент- и потенциал-зондами малых размеров, расположенными на прижимном изоляционном башмаке. При работе башмак с электродами прижимается пружинами к стенке скважины,чем достигаются частичное экранирование зонда от промывочной жидкости и уменьшение влияния ее на результат измерений. В средней части башмака микрозонда смонтированы три электрода А, М и N на расстоянии 25 мм друг от друга. Градиент-зонд (микрозонд) имеет обозначения А0,025М0,025N и потенциал- микрозонд А0,05М.

r_к- рассчитывается по формуле (69), коэффициент микрозонда k определяется эксперементально. Глубина исследования для градиент-зонда 4 см и для потенциал-зонда 10-12 см. По замеру двух кривых сопротивления, зарегистрированных микрозондами с различными радиусами исследований, можно получить представление об удельном сопротивлении прилегающей к скважине части пласта и оценить влияние глинистой корки и слоя промывочной жидкости.

Интерпретация кривых МК заключается в детальном расчленении разреза, выделении в нем проницаемых и непроницаемых прослоев, определении удельного сопротивления промытой части пласта r_пп.

Если против проницаемого пласта образуется глинистая корка, кажущееся сопротивление, измеряемые потенциал - микрозондом с заметно меньшим радиусом исследования. Такое превышение сопротивления получило название положительного расхождения (приращения). Оно характерно для проницаемых пластов. Положительное расхождение кривых сопротивления наблюдается также против непроницаемых пластов. Положительное расхождение кривых сопротивления наблюдается также против непроницаемых пластов высокого сопротивления (r_п более чем в 25 – 30 раз превышает r_с) из-за влияния глинистой пленки, заключенным между башмаком микрозонда и стенкой скважины. Пласт можно считать проницаемым, если имеет место положительное расхождение и удельное сопротивление его части, прилегающей к скважине, превышает сопротивление ПЖ не более чем в 2,5 раз. Положительное расхождение отмечается чаще всего в проницаемых песчано-алевролитовых пластах с глинистой коркой небольшой толщины и ее сопротивлением, в несколько раз меньшим r_зп.

При наличии на стенке скважины толстой глинистой корки (свыше 2 см) КС, полученные обоими микрозондами, оказываются заниженными, близкими к сопротивлению глинистой корки, и положительно приращение не наблюдается.

В отдельных случаях сопротивления, измеренные градиент микрозондом, превышают сопротивления, полученные потенциал микрозондом, т.е. наблюдается отрицательное приращение, которое характерно для случаев, когда r_с > r_п.

Против глинистых пластов величины кажущихся сопротивлений, измеренные градиент – и потенциал – микрозондами, обычно совпадают и соответствуют удельному сопротивлению глин. При наличии против глинистого пласта каверн значительных размеров измеренные КС соответствуют чаще всего сопротивлению ПЖ.

Микрозонд — специальный каротажный зонд малой длины, электроды которого размещены на изолированном башмаке. При работе башмак с электродами прижимается пружинами к стенке скважины, чем достигается уменьшение влияния глинистого раствора на результат измерений. Общий вид микрозонда для измеренияКС изображен на рис. 11.

Основной частью микрозонда является средняя часть одной из пружин, снабженная башмаком со смонтированными на нем электродами AM₁N₁(M₂).

I — «коса»; 2 — головка; 3 — пружина; 4 — сборная муфта; 5 — рессора без электродов;

б — рессора с электродами микрозонда; 7 — элек­трод; 8 — башмак; 9 — обжимка; 10 —штанга; II — зажим; 12 — ось шарнира; 13 — палец; 14 — стопорный винт; 15 — муфта; 16 — хво­стовик; 17 — подвес груза.

На башмаке расположены три или четыре электрода, размещенные по одной линии на расстоянии друг от друга 2,5 см. Выводы от электродов подведены к кабелю при помощи соединительных муфт, служащих также для крепления зонда к кабелю.

Под влиянием стальных пружин диаметр фонаря соответствует диаметру скважины и башмак с электродами остается прижатым к стенке скважины.

Исследование скважин производится поочередно или одновременно двумя микрозондами: микропотенциал-зондом АО, 05М и микроградиент-вондом AO,025MO,025N по обычной схеме электрического каротажа.

При измерении микроградиент-зондом три жилы кабеля присоединяют соответственно к трем электродам зонда. При измерении микропотенциалзондом отсоединяют жилу кабеляот среднего электрода и подключают ее к корпусу глубинного прибора.

Кривые кажущегося сопротивления, записанные при помощи микро-зонда, позволяют детально расчленить разрез и выделить в нем тонкие прослои, которые не отмечаются на обычных диаграммах электрического каротажа. По одновременному замеру двух кривых микропотенциал - и микроградиент-зондами можно получить дополнительные сведения об удельном сопротивлении прилегающей к скважине части пласта.

Рис.12. Принципиальная схема одновременного измерения КС двумя микрозондами.

1, S — приборы для записи КС; 3 — батарея; 4 — трехколлекторный пульсатор; 5 — милли­амперметр; 6 — сопротивление для установки силы тока питания; A, Mi, М^, Ni, ns, В — электроды.

Измерение двумя микрозондами одновременно можно осуществлять при помощи трехколлекторного пульсатора по обычной схеме электрического каротажа (рис. 19).

При одновременном замере микропотенциал- и микроградиент-зондами для микропотенциал-зонда используется электрод N₂ на поверхности. При этом между измерительной и токовой цепями (каждая из них состоит из одной жилы) возникает большая индуктивная и емкостная связь. Это вызывает значительные индуктивные помехи и смещение кривой КС, снятой микропотенциал-зондом относительно нулевой линии. Получаемая погрешность учитывается введением поправки в положении нулевой линии следующим образом.

1. Выбирают участок сильно размытых глин, где башмак не касается стенок скважины и поэтому микропотенциал- и микроградиент-зонды отражают одно и то же сопротивление бурового раствора. Совмещая обе кривые, переносят нулевую линию с диаграммы микроградиент-зонда на диаграмму микропотенциал-зонда.

Неудобством этого метода является отсутствие в ряде разрезов сильно размытых пластов, где башмак заведомо не касается стенок скважин.

2. Наряду с микропотенциал-зондом снимают кривую сопротивления потенциал-зондом обычной длины (например, AM = 0,4 м); электроды N и В размещены на поверхности (идеальный или предельный потенциал-зонд).

На участках минимального сопротивления кривой КС, полученной предельным потенциал-зондом, результаты измерений определяются помехами; кажущимся сопро­тивлением против участков минимального сопротивления из-за их малостиможнопренебречь.

При измерениях потенциал - и микропотенциал-зондами с одинаковыми силой тока питания и постоянной по напряжению возникают одинаковые индуктивные помехи (отношение их к силе тока питания). Следовательно, внесение поправки сводится к проведению нулевой линии по минимуму диаграммы, полученной предельным потенциал-зондом и совмещением с ней нулевой линии диаграммы микропотенциал-зонда. Недостатком этого метода является необходимость дополнительного замера предельным потенциал-зондом.

Горизонтальный и вертикальный масштабы записи кривой сопротивления, полученной микрозондом, выбирают такими, чтобы была обеспечена соответствующая детальность записи. Наиболее распространены: горизонтальный масштаб — в 1 см — 2 Ом м, и вертикальный — в 1 см —200 м.

Во избежание искажения кривых, скорость перемещения микрозонда при автоматической записи не должна превышать 1000 м/час вместо 2000 м/час и более при записи КС - обычными зондами.