Метод індукційного каротажу

Найпростіший зонд індукційних методів складається з двох котушок (генераторної та приймальної), які опущені в свердловину. Відстань між серединами котушок є довжиною індукційного зонда (L_i). Генераторна котушка зонда підключена до генератора змінного струму ультразвукової частоти 20-60 кГц і живиться стабілізованим за частотою та напругою струмом. Приймальна котушка зонда живиться через підсилювач та фазочутливий елемент і підключена за допомогою кабелю до реєструючого пристрою, що розміщений на поверхні. Змінний струм, який протікає в генераторній котушці, створює змінне магнітне поле, яке в свою чергу індукує в середовищі, що оточує зонд, вихрові струми, які формують вторинне змінне магнітне поле такої ж частоти, що й первинне поле.

Електрорушійна сила (е.р.с.), що генерується вторинним полем у приймальній котушці, складається з двох складових – активної та реактивної. Свердловинним приладом реєструється сигнал активної складової е.р.с.. У випадку провідності середовища е.р.с. активної складової прямо пропорційне її електропровідності. З ростом електропровідності середовища е.р.с. активного сигналу збільшується повільно за більш складним законом. Порушення пропорційності між величиною активного сигналу та електропровідністю середовища пов’язане із взаємодією вихрових струмів. Чим більша частота струму та електропровідність середовища, тим значніша взаємодія вихрових струмів і, відповідно, суттєвіший вплив скін-ефекту на покази індукційного каротажу. Активний сигнал реєструється на поверхні у вигляді кривої, яка відбиває зміну електропровідності порід в свердловині. Точка запису кривої є середина відстані між центрами генераторної та приймальної котушок. Одиницею вимірювання електропровідності порід є См/м – величина, яка обернена питомому опору – Ом·м. Але на практиці в основному використовують мСм/м.

Звичайний низькочастотний індукційний метод з поздовжнім датчиком базується на вивченні електромагнітного поля поздовжнього датчика, вісь якого співпадає з віссю свердловини. В даному випадку вихрові струми розміщені в площинах, які перпендикулярні до осі свердловини і не перетинають поверхню розділу горизонтальних шарів. На результати вимірювання простим двохкотушечним зондом з метою вивчення дійсного питомого опору значно впливає свердловина, зона проникнення та вміщуючі породи, а також прямий сигнал від генераторної котушки. Для зменшення цих факторів і виключення прямого сигналу Долль запропонував багатокотушечні фокусуючі зонди.

Багатокотушечний зонд представляє собою систему котушок, які закріплені на одному ізольованому стержні (Рис. 2.18). Генераторна котушка ГК і приймальна котушка ПК є основними (головними), інші котушки називаються фокусуючими і компенсаційною. Фокусуючі котушки в генераторній ФГ і приймальній ФП ланках призначені для зменшення впливу некорисних сигналів, які викликані вихровими струмами, що циркулюють в свердловині в зоні проникнення та вміщуючих порід. Компенсаційна котушка К служить для виключення в приймальній котушці е.р.с. прямого поля, яка індукується генераторною котушкою.

Точкою, до якої відносяться результати вимірювання, є середина відстані між головними (генераторною ГК і приймальною ФП) котушками.

а, б – трьохкотушечні зонди; в – п’ятикотушечний зонд;

ФГ, ФП – відповідно, фокусуючі котушки в генераторній та приймальній ланках

Рисунок 2.18 – Схеми зондів індукційних методів

Фокусуюча дія котушок досягається за допомогою підбору числа їх витків, розміщення та включення їх відносно головних котушок. Число додаткових котушок, їх взаємне розміщення та число витків повинно бути таким, щоб, в значній мірі, виключати вплив свердловини, зони проникнення та вміщуючих порід, а ефективна електропровідність була як найближче до дійсного значення електропровідності пласта. Компенсаційні та фокусуючі котушки включаються послідовно з головними, але їх витки намотані обернено виткам генераторної та приймальної котушок.

У позначенні зондів перша цифра відповідає числу всіх котушок. Буква Ф означає, що зонд – фокусуючий. Остання цифра відповідає довжині зонда. Наприклад індукційний зонд 5Ф1.2 – п’ятикотушечний, фокусуючий, довжиною 1.2 м.

Багатокотушечний зонд повинен забезпечувати вимірювання питомої електропровідності порід у достатньо широкому діапазоні, суттєво знизити вплив свердловини, зони проникнення та вміщуючих порід, володіти значною глибинністю дослідження та відмічати на кривих s_еф малопотужні пласти.

Багатокотушечні зонди діляться на симетричні та несиметричні. Симетричними зондами називають такі, в яких спостерігається симетрія в розміщенні фокусуючих котушок відносно точки запису та рівність похідних моментів котушок для всіх симетрично розміщених фокусуючих пар. До симетричних зондів відносяться п’яти – та шестикотушечні зонди, а до несиметричних – трьох- та чотирьохкотушечні. Розрізняють зонди з внутрішнім фокусуванням (додаткові котушки, розміщені в зонді між головними), зовнішнім фокусуванням (додаткові котушки розміщені поза довжиною зонда) та із змішаним фокусуванням (додаткові котушки розміщені як і всередині, так і поза межами зонда).

Ступенем фокусування індукційного зонда називається відношення сигналу в однорідному середовищі Е_бк для багатокотушечного зонда до сигналу для двохкотушечного зонда Е_дк, тобто:

. (2.25)

Розрізняють зонди з слабким фокусуванням (K_Ф>0.3) і сильним фокусуванням (K_Ф<0.3).

Апаратура індукційного методу (АІК-М)

Дана апаратура призначена для роботи з одножильним кабелем із зондом 6Ф1 (Рис. 2.19). В генераторній котушці зонда від генератора збуджується змінне магнітне поле з частотою 50 кГц. Приймальна котушка фіксує активну складову е.р.с. вторинного магнітного поля. Для компенсації е.р.с. прямого поля, зменшення впливу свердловини та вміщуючих порід у ланці генераторної (ГК) та приймальної (ПК) котушок зонда включені по два фокусуючих електроди (ФГ₁, ФГ₂, ФП₁, ФП₂). З приймальної ланки зонда виходить сигнал через підсилювач П₁, поступає на амплітудний маніпулятор АМ. Напруга для амплітудного маніпулятора вибирається генератором низької частоти ГНЧ – 380 Гц. Високочастотний амплітудно маніпульований сигнал подається на фазочутливий детектор ФЧД, де перетворюється на напругу низької частоти, величина якого пропорційна активній складовій низькочастотного сигналу та знаходиться в одній фазі з опорною напругою. Фаза опорної напруги підбирається таким чином, щоб проходило детектування активної компоненти е.р.с. вторинного електромагнітного поля. Після детектування низькочастотного коливання через підсилювач П₂ подаються на вхід частотно модуляційного перетворювача ЧМП з несучою частотою 14 кГц. Частотно модульований сигнал і напруга низької частоти, яка необхідна для роботи фазочутливого детектора вимірювальної панелі ВП, поступає на вхід суматора СУ і по кабелю подаються на поверхню в блок керування БК, а потім на вимірювальну панель ВП, де сигнали розділяються за несучими частотами, а інформаційні сигнали демодулюються, випрямляються фазочутливим випрямлячем та подаються на реєструючий прилад РП.

Свердловинний прилад живиться постійним струмом від уніфікованого випрямляча УВК-1. Індукційний зонд, поміщений у склопластиковий кожух, який заповнений кремнійорганічною рідиною та оснащений компенсатором тиску. В нижній частині зонда у герметичному відсіку розміщений конденсатор С, який під’єднаний паралельно до генераторної лінії. За допомогою даного конденсатора лінія настроюється в резонанс із робочою частотою струму, що зменшує струм у живлячій ланці та підвищує стабільність зонда.

Апаратура АІК-М дозволяє вимірювати ефективну електропровідність в діапазоні 1500-2000 мСм/см (0.7-50 Ом·м). При максимальній температурі в свердловині 150 °С і максимальному гідростатичному тиску 10⁸ Па.

На покази r_еф індукційних зондів впливають:

1. свердловина;

2. явище скін-ефекту;

3. обмежена товщина пласта та вміщуючих порід;

4. зона проникнення фільтрату промивної рідини

Рисунок 2.19 – Блок-схема апаратури АІК-М із зондом 6Ф1

Даний метод використовується для вивчення розрізів свердловин із непровідною промивною рідиною, заповнених водою, сухих і обсаджених трубами з діелектриків. Індукційний каротаж дозволяє достатньо надійно визначати питомий електричний опір пластів у випадку промивної рідини низької мінералізації (r_р>1 Ом·м). Масштаб кривої r_еф розтягнутий в діапазоні малих опорів і стиснутий при великих опорах (Рис. 2.20).

Це дозволяє надійно розглядати розрізи свердловин із відносно малим питомим опором порід (глини, водоносні пісковики) і визначити їх дійсний питомий опір.

Вихрові струми, що індукуються в пласті, які перпендикулярні осі свердловини, практично не перетинають їх границі, що суттєво знижує вплив вміщуючих порід на покази звичайного індукційного каротажу.

Завдяки використанню фокусуючих пристроїв індукційні зонди мають добрі вертикальні та радіальні характеристики, що дозволяє частково виключати вплив свердловини, зони проникнення та вміщуючих порід на величину r_еф. Індукційний каротаж найбільш чутливий до прошарків підвищеної електропровідності та майже не фіксує прошарки великого питомого опору, тобто при замірах r_еф відсутні явища екранування.

Індукційні зонди порівняно великих розмірів (0.75-1.2 м) володіють значним радіусом дослідження, який перевищує майже в 4 рази радіус дослідження звичайних градієнт-зондів.

Низькочастотний індукційний каротаж дозволяє більш детально проводити розчленування розрізів свердловин, які складені породами низького питомого опору, виділяти водоносні та нафтогазоносні пласти, вивчати будову перехідної зони та уточнювати розміщення контактів вода – нафта, вода – газ, а також визначати дійсне значення питомого опору порід до 50 Ом·м.