Боковое электрическое зондирование

По результатам замеров кажущегося сопротивления с одним или двумя зондами оценку величины истинного сопротивления в большинстве случаев, возможно, произвести лишь приближенно. Для этой цели служат специаль­ные палетки (Дахнов,).

Для более точного определения удельного сопротивления применяют специальную методику — боковое электрическое, или ка­ротажное, зондирование (сокращенно БЭЗ или БКЗ). Эта методика заключается в измерении кажущегося сопротивления с помощью нескольких (5—7) градиент-зондов или, реже, потенциал-зондов различной длины. Чем больше длина зонда, тем больше радиус его исследования.

Применение комплекта зондов различной длины позволяет исключить влия­ние бурового раствора на величину кажущегося сопротивления, изучить характер изменения сопротивления от стенок скважины в глубь пласта определить глубину проникновения фильтрата бурового раствора в пласт и найти истинное сопротивление пласта. Одновременно с БЭЗ обычно определяют диаметр скважины и удельное сопротивление бурового раствора.

Размер зондов изменяется от 1 —2 до 20—30 размеров диаметра скважины. Однако конкретный выбор зондов зависит от характера разреза и обычно производится опытным путем. Часто применяют следующий комплект после­довательных градиент-зондов:

1) А0,4М0,1N; 2) А1,0М0,1N; 3) А2,0М0,5N; 4) А4,0М0,5N; 5) A8,0M1,0N;

дополнительным зондом в этом комплекте яв­ляется обращенный градиент-зонд N0,5M4,0A, служащий для уточнения границ пластов. Или, реже, — комплект обращенных градиент-зондов:

1) N0,1M0,4A; 2) N0,1M1,0A; 3) N0,5M2,0A 4) N0,5M4,0A; 5) N1,0М80,А и в дополнение к нему — после­довательный градиент-зонд A4,0M0, 5N. При определении удельного сопротивления мощных пластов весьма высокого или весьма низ­кого удельного сопротивления может быть использовано потен­циал-зондирование. Рекомендуется следующий комплект потенциал-зондов:

1) А0,1М 2) А0,25М; 3) А0,5М; 4) А1,0М; 5) А2,0М; 6) А4,0М.

 

Рис. 11. Пример отсчета среднего, максимального и оптимального значений кажущегося сопротивления на кривой последовательного градиент-зонда.

При этом электрод В в зондах взаимного питания (или N в зондах пря­мого питания) должен быть удален от электрода М на расстояние, превы­шающее мощность исследуемого пласта высокого сопротивления (практи­чески 30—40 м).

По данным измерений с каким-либо из этих комплектов зондов строят наблюденные кривые зондирования, представляющие собой зависимость кажущегося сопротивления против данного пласта от длины зонда, вычерчен­ную на бланке двойной логарифмической бумаги. Отсчет величины кажу­щегося сопротивления для намеченного к обработке пласта производят опре­деленным образом. При интерпретации градиент-зондирований используют средние, максимальные и оптимальные значения кажущегося сопротивления (рис. 11).

В пластах большой мощности, не отличающихся достаточной однород­ностью, наблюденные кривые зондирования наиболее часто строят по сред­ним значениям, ; в пластах малой мощности — по максимальным, и в мощных, достаточно однородных пластах невысокого и высокого сопро­тивлений — по оптимальным,

Построенные кривые зондирования сопоставляют с расчетными или модельными кривыми (палетками), для которых уже известны удельное со­противление пласта и глубина проникновения фильтрата бурового раствора.

Для того чтобы сделать возможным сопоставление наблюденной кривой с определенной расчетной кривой на палетке, на бланке наносят оси кривой зондирования. Горизонтальная ось должна соответствовать удельному сопро­тивлению глинистого раствора, вертикальная — диаметру скважины. Точка пересечения осей называется крестом кривой зондирования.

Различают четыре основных типа кривых бокового электрического зондирования, получаемых в различных условиях (рис. 12). Соответственно различается и методика интерпретации каждого типа кривой.

Рис. 12. Типы кривых бокового электрического зондирования 1 — двухслойные кривые: а — сопротивление пласта выше сопротивления бурового раствора, б—сопротивление пласта ниже сопротивления бурового раствора 2- трехслойная кривая при проникновении бурового раствора, повышающем сопротивление пласта; 4- кривая в пласте высокого удельного сопротивления ограниченной мощности (тонкий пласт) при наблюдениях с градиент-зондами.

Рис. 13. Пример интерпретации двухслойной кривой БЭЗ (сплошная кривая) двухслойной палетке БЭЗ (пунктирные кривые) Наружные оси – шкалы бланка; внутренние оси – шкалы палетки. Удельное сопротивление бурового раствора ; диаметр скважины dc = 0,3 м. Кривые сопоставлены с палеточной кривой, имеющей модуль . Найденное значение удельного сопротивления пласта .

Первый тип кривых — двухслойные кривые зондирования — наблюдают в непроницаемых или весьма слабопроницаемых пластах боль­шой мощности, удельное сопротивление которых выше (см. рис. 12, а) или ниже (там же, 1, б) удельного сопротивления бурового раствора.

Литологически такие пласты представлены: плотными глинистыми известняками, гидрохимическими осадками, глинами, весьма плотными песчаниками, плотными метаморфическими породами и т.п. Довольно часто двухслойные кривые наблюдаются в нефтенасыщенных коллекторах, когда удельное сопротивление смеси фильтрата бурового раствора, нефти и пласто­вой воды в зоне проникновения близко к удельному сопротивлению смеси нефти и пластовой воды в незатронутой проникновением раствора части пласта. Интерпретацию кривых проводят с помощью двухслойных палеток бокового электрического зондирования. На рис. 13 изображен пример истолкования двухслойных кривых.

Второй тип кривых трехслойные кривые наблюдают в пластах большой мощности при проникновении бурового раствора, понижающем сопротивление пластов. В этом случае сопротивление пласта в зоне проникновения бурового раствора меньше истинного сопротивления пласта .

Литологически такие пласты могут быть представлены проницаемыми нефтегазоносными породами. Кроме того, подобный тип кривых наблюдается для проницаемых и водоносных пластов, если удельное сопротивление фильтрата бурового раствора меньше удельного сопротивления пластовой воды. Интерпретацию производят с помощью комплекта трехслойных палеток БЭЗ, либо, с большим приближением, с помощью палетки ЭК-2. На рис. 14 изображен пример истолкования трехслойной кривой этого типа с помощью палетки ЭК-2 (нижняя палетка), которая совмещена с обычной двухслойной палеткой (верхняя палетка). По положению креста наблюденной кривой зондирования на палетке ЭК-2 можно приближенно оценить относительный диаметр зоны проникновения фильтрата бурового раствора в пласт Dld_С (цифры на палетке в квадратных скобках) и относительное сопротивле­ние пласта в зоне проник­новения (цифры на палетке в круглых скоб­ках).

Третий тип кри­вых — трехслойные кри­вые — наблюдают в пла­стах большой мощности при проникновении буро­вого раствора, повыша­ющем сопротивление пла­ста ().

Литологически такие пласты могут быть пред­ставлены проницаемыми водоносными песчаниками, песками, известняками и т.п., а также очень плотными малопористыми известняками при наличии тонкой, опресненной буровым раствором, части пласта, имеющей весьма высокое удельное сопротивление. В некоторых случаях кривая третьего типа может наблюдаться и в нефтенасыщенных пористых породах при небольшой нефтенасыщенности и пресном буровом растворе. Интерпретацию кривых этого типа при неглубоком проникновении бурового раствора производят с помощью палеток БКЗ-U или, в более общем случае, с помощью трех­слойных палеток. Палетки БКЗ-U могут применяться для интерпретации трехслойных кривых с повышающим проникновением, если D/dc для пла­стов с не превышает значений:

Пример интерпретации трехслойной кривой, отвечающей случаю проникновения фильтрата раствора, повышающего сопротивление пласта, изображен на рис. 15.

Рис. 15. Пример интерпретации трехслойной кри­вой БЭЗ при проникновении бурового раствора, повышающем сопротивление пласта (по Комарову).

 

Ср = 2,9 ом • м; d_c = 0,3 м; О_п = 1,15 ом • м; параметр U — эквивалентности £7=13.

Определив по палеткам сопротивление пласта Q_n, параметр U-эквивалентности и приближенное значение сопротивления пласта в зоне проникновения бурового раствора , по формуле:

(11)

можно приближенно определить диаметр зоны проникновения фильтрата бурового рас­твора D. Формула (11) номографирована. Четвертый тип кривых на­блюдают в тонких пластах высокого удель­ного сопротивления при отсутствии или на­личии проникновения бурового раствора. Для интерпретации используют комплект палеток МКЗ (максимальные кривые зонди­рования). Этот тип кривых характерен для литологических разностей, удельное сопро­тивление которых выше удельного сопроти­вления бурового раствора и вмещающих пород. На рис. 16 показаны примеры ин­терпретации кривых БЭЗ в тонких пластах с помощью палеток МКЗ.

Рис. 16. Примеры интерпретации кривых БЭЗ в тонких пластах с помощью палеток МКЗ.

а — сопоставление наблюденной кри­вой БЭЗ (сплошная кривая) с кривыми палетки МКЗ-8-5 (пунктирные кривые) для пласта без проникновения бурового раствора: rp = 1,0 ом • м, dc = 0,3 м; сопротивление вмещающих пород r_ВМ = 5 ом • м; мощность пласта h = 2,4 м; найденное значение удельного сопро­тивления пласта rп = 25 r_П= 25 х 1,0 = 25 ом • м;

б — то же, для пласта с проникновением бурового раствора по палетке МКЗ-4-5 (кривые и крест палетки показаны пун­ктиром): Qp = 0,9 ом • м; dc = 0,3 м;

Овм = 6 ом • м; h = I м. Сопоставление правой и левой ветвей кривой БЭЗ производится раздельно. Совмещая основные кресты палетки и кривой БЭЗ, находим по левой ветви модуль кривой , откуда r_ЗП = 15 • 0,9 = 13,5 ом • м. Совмещая вспомогательные кресты палеток, по правой ветви кривой БЭЗ определяем модуль .

В пласте имеет место проникновение фильтрата бурового раствора, понижа­ющее сопротивление пласта.

 

Микрозондирование

В последнее время широкое применение нашли зонды особой конструкции — микрозонды. С помощью микрозондов также измеряется кажущееся сопротивление горных пород. Однако в отличие от измерений с обычными зондами измерение кажущегося сопротивления производят зондами весьма небольших (до 5 см) размеров. Зонды с помощью пружин (рессор) плотно прижимают к стенке скважины. Электроды устанавливают на изолирующей пластине (башмаке), которая отделяет зонд от бурового раствора, тем самым, уменьшая влияние последнего (рис. 16а). Благодаря этим особенностям конструкции микрозонд позволяет детально изучать разрезы, сложен­ные пластами как большой, так и малой мощности, выде­лять в разрезе коллекторы, детально изучать их строение и оценивать пористость.

В связи с небольшими размерами зондов метод микро­зондов имеет малую глубину исследования. Например, при изучении пород-коллекторов практически определяют удельное сопротивление части пласта, видоизмененной проникновением фильтрата бурового раствора. Поэтому по данным микрозондов нельзя получить представление об удельном сопротивлении коллекторов за зоной про­никновения, а следовательно, и о характере насыщен­ности пласта (нефть, газ, вода).

С микрозондом обычно записывают две кривые кажу­щегося сопротивления — кривые микропотенциал- и ми­кроградиент-зондов. Наличие двух кривых позволяет учесть влияние глинистой корочки на величину кажуще­гося сопротивления и более четко выявить коллекторы. Обязательными условиями использования кривых микро­зондов для количественной интерпретации, например, для определения пористости пород, являются необхо­димость одновременной регистрации обеих кривых микро­зонда с помощью специального трехколлекторного пуль­сатора, а также тщательное экспериментальное определение величины коэффициентов микрозондов.

К недостаткам метода кажущихся сопротивлений следует отнести невозможность получения надежных результатов при исследовании сква­жин, заполненных очень соленым буровым раствором (за исключением микрозондирования), а также невозможность использования метода при изучении скважин, заполненных нефтью или раствором на нефтяной основе. Область применения метода: расчленение разрезов скважин по вели­чинам удельного и кажущегося сопротивлений пород; выделение реперов для корреляции разрезов; изучение литологического состава пород разреза; выделение полезных ископаемых в разрезах скважин; определение коэф­фициентов водонасыщенности, нефтенасыщенности, пористости и проницае­мости по данным удельных сопротивлений; в модификации микрозондов — детальное расчленение разрезов скважин, изучение коллекторов и определе­ние их пористости.

МЕТОД ЭКРАНИРОВАННОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ С АВТОМАТИЧЕСКОЙ ФОКУСИРОВКОЙ

ТОКА (БОКОВОЙ КАРОТАЖ)

 

Применение метода экранированного заземления с автоматической фокусировкой тока, так же как и метода КС, основано на изучении удельного сопротивления горных пород. В одной из модификаций метода измери­тельная установка (зонд) состоит из семи электродов: трех однополярных токовых (А₀, А₁и А₂) и двух пар измерительных (M₁, N₁ и M₂, N₂), смонтированных симметрично (рис. 17). Через центральный элек­трод А₀зонда, а также через электроды А ₁и A ₂, называемые фокуси­рующими, пропускают электрический ток. Сила тока, текущего через них, регулируется в процессе записи так, чтобы обеспечить равенство потенциалов электродов А₀, А₁ и А 2 независимо от удельного сопротивления пород, окружающих зонд. С этой целью специаль­ная электронная аппаратура в процессе записи автоматически поддерживает нулевую разность потенциалов между каждой парой элек тродов M₁, N₁ и M₂, N₂

Поскольку потенциалы электродов А₀, А₁ и А 2 равны, ток не может проходить между ними, что эквивалентно замещению скважины на этом участке изолятором. Ток, эмиссируемый централь­ным электродом А₀ растекается в породу фоку­сированным пучком по радиусу скважины. Такое устройство в значительной степени исключает влияние бурового раствора (скважины) при за­писи кривых, делает эти кривые более дифферен­цированными, уменьшает влияние мощности пласта.

При исследовании измеряют разность потен­циалов между одним из электродов М₁ или N₁ и удаленным электродом N. Кажущееся сопро­тивление определяют по формуле (8), где I = I₀, т. е. равен силе тока, теку­щего через центральный электрод А₀. Форма аномалий симметричная, гра­ница пластов отмечается весьма четко по участкам наиболее крутого на­клона кривых.

Метод экранированного заземления с фокусирующими электродами обладает значительным преимуществом перед обычным методом кажущихся сопротивлений, так как позволяет более точно определить сопротивление пластов высокого удельного сопротивления, пересеченных скважиной с сильно минерализованным буровым раствором.

Метод экранированного заземления может быть использован в модифи­кации микрометода — микро-СЭЗ, или микробоковой каротаж. С этой целью электроды зонда устанавливают на изолирующей пластине (башмаке), которая, так же как и в микрозонде, прижимается пружиной к стенке скважины. По сравнению с микрозондом, микро-СЭЗ по схеме с автоматической регулировкой экранного тока обеспечивает наилучшее расчленение разреза, более точное определение удельного сопротивления, так как в этом случае на показания меньше влияет изменение толщины глинистой корки. Недоста­ток метода — сложность автоматической аппаратуры.

Область применения метода: детальное расчленение разрезов скважин по величинам кажущегося и удельного сопротивлений пластов; изучение в разрезах скважин литологического состава, пористости и проницаемости пород; выделение нефтеносных, газоносных пород и других полезных иско­паемых; определение водонасыщенности и нефтегазонасыщенности пород.

 

ИНДУКЦИОННЫЙ МЕТОД

По индукционному методу в скважине изучают удельную электропроводность горных пород, — величину, обратную удельному электрическому сопротивлению.

Принципиальная схема индукционного метода включает в себя скважинный снаряд и регистрирующий прибор. Скважинный снаряд-зонд состоит из двух катушек, обладающих большой индуктивностью, высокочастотного генератора и усилителя (рис. 18). Одна из индукционных катушек 2 назы­вается генераторной, другая 3 — измерительной. При пропускании через катушку 2 переменного тока частотой (10—50 Кгц), вырабатываемого генератором 4 вокруг нее создается переменное электромагнитное поле' Это поле, пронизывая горные породы, окружающие скважинный снаряд, индуцирует в них переменные круговые токи i. Э.д.с. круговых токов зависит от электропроводности среды, в которой они возникают. В свою очередь, электромагнитное поле круговых токов индуцирует в измерительной катушке снаряда перемен­ную э. д. с., также пропорциональную электропровод­ности окружающей среды. Индуцированная э.д.с. усиливается усилителем 5 и подается по кабелю 6 на поверхность в регистрирующий прибор 7.

Индукционный метод позволяет получить хорошо расчлененные кривые электропроводности с симметрич­ными и весьма четкими аномалиями. Небольшое влия­ние мощности, а также глубинность исследований дают возможность определить истинное удельное сопро­тивление пластов. В Советском Союзе метод находится в стадии промышленного опробования.

Область применения метода: расчленение разрезов скважин, в том числе сухих и заполненных не про­водящим электрический ток раствором; изучение элект­ропроводности горных пород в разрезах скважин; выделение рудных включений.

ВИКИЗ

Метод высокочастотного индукционного каротажного зондирования предназначен для исследования электрических свойств горных пород в скважинах, бурящихся на нефть и газ. Содержит пять индукционных геометрически подобных зондов (3Ф0.5, 3Ф0.7, 3Ф1, 3Ф1.4, 3Ф2).По материалам ВИКИЗ определяются: коллекторы в скважинах, удельное электрическое сопротивления (УЭС) пластов, радиальные неоднородности в зоне проникновения, контакты нефть-вода, газ-вода, переходные зоны недонасыщения. Отличительная особенность метода является высокая пространственная разрешающая способность, что обеспечивает выделение в разрезе скважины маломощных прослоев. Метод и программный продукт эра-викиз разработан в институте Геофизики СО РАН, г. Новосибирск, 1987г.

 

МЕТОД СОБСТВЕННЫХ ПОТЕНЦИАЛОВ (СП)

По методу СП (или ПС) изучают электрическое поле, которое создается электродвижущими силами, возникающими в скважине под действием раз­личных физико-химических процессов. Главные из них: диффузионно-адсорб­ционные, фильтрационные и окислительно-восстановительные э. д. с. В сква­жинах нефтяных и газовых месторождений преобладают диффузионно-адсорбционные э. д. с.

Диффузионно-адсорбционные э. д. с. возникают на границе пластов в результате диффузии солей, растворенных в пластовой воде и буровом растворе.

Поскольку в водных растворах молекулы солей распадаются на ионы, диффузия сводится к проникновению ионов из раствора большей концентра­ции в раствор меньшей концентрации. Однако подвижность различных ионов в водных растворах неодинакова. Это обстоятельство приводит к тому, что определенные ионы перемещаются в раствор пониженной концентрации быстрее и скапливаются в этом растворе, сообщая ему избыточный электри­ческий заряд. Избыточное количество ионов противоположного знака в рас­творе повышенной концентрации сообщает ему избыточный заряд противо­положного знака. Между двумя растворами возникает электрическое поле.

Это электрическое поле, в свою очередь, действует на ионы, замедляя более подвижные и ускоряя менее подвижные. В результате устанавливается дина­мическое равновесие, характеризующееся для данных растворов и данной породы определенным диффузионно-адсорбционным потенциалом, или диффузионно-адсорбционной э. д. с. При свободном соприкосновении двух раз­веденных растворов какой-либо соли, без наличия горной породы, величина возникающей э. д. с. (которая в этом, частном случае носит название диффу­зионной э. д. с.) может быть определена уравнением Нернста:

(12)

где U и V — подвижности катионов и анионов; r — универсальная газовая постоян­ная (8,3 эрг/град • моль); F — число Фарадея (96 500 кул/моль); п — валентность ионов; Т — абсолютная температура, °К; Сб ^и См — соответственно большая и мень­шая концентрации растворов.

Для раствора хлористого натрия при t = 18° С:

U = 40, F = 60; n = l;

, (13)

где К д— коэффициент диффузионной э.д.с.

Поскольку ион С1 в растворе NaCl имеет большую подвижность, чем ион Na, потенциал раствора пониженной концентрации более низкий.

При контактировании двух растворов различной концентрации через перегородку из горной породы характер диффузии существенно изменяется. Наблюдения показывают, что в первом приближении значение диффузионно-адсорбционной э.д..с.. Еда в этом случае может быть определено по формуле:

(14)

где Еда — коэффициент диффузионно-адсорбционной э.д.с. Или, по отно­шению к скважине:

(14')

где Св — концентрация пластовой воды; С_ф — концентрация фильтрата бурового раствора; Q_B — удельное сопротивление пластовой воды; rф — то же, фильтрата бурового раствора.

Иногда коэффициент К даназывают коэффициентом мембранного потен­циала (Км), или литологическим коэффициентом (К л ), поскольку его вели­чина связана с литологическим составом породы. Величина диффузионно-адсорбционной э.д.с. существенно зависит от содержания тонкодисперсного глинистого материала в горной породе. На рис. 19 представлена схематическая зависимость между коэффициентом К да и содержанием глинистого материала (Сгл) в песчано-глинистых породах.

Пористые горные породы, не содержащие глинистого материала (песча­ники, известняки), имеют К_ДА, весьма близкое к значению Кд при свобод­ном соприкосновении растворов без горной породы. Другими словами, пористые породы без примеси глинистого материала не оказывают существенного влияния на характер диффузии солей. Величина глинистых пород (глинистые пески, алевролиты) и тем более чистых глин существенно отличается от значения не только по величине но и по знаку. Изменение величины и знака диффузионной э. д. с. в тонкодисперсных средах с тонкими капиллярами, например в глинах, объясняется изменением подвижности ионов в этих породах. В весьма тонких капиллярах значительный объем пор заполнен адсорбированными породой ионам. Электрическое поле этих малоподвижных адсорбированных ионов изменяет соотношение подвижностей диффундирующих через такие перегородки ионов. Это приводит к тому, что при соприкосновении через глинистую перегородку растворов NaCl подвижность ионов С1 уменьшается настолько, что менее кон­центрированный раствор заряжается по­ложительно, а более концентрирован­ный — отрицательно. Плотные неглинистые известняки и доломиты имеют значение близкое к значению .

Фильтрационные э. д.с. возникают в скважине при перемеще­нии (фильтрации) жидкости в пласте-коллекторе под действием разности пластового давления и гидростатического давления столба бурового раствора

Возникновение фильтрационных э. д. с. связывают с наличием двойного адсорбционного слоя ионов в порах коллектора. Под действием перепада давлении внешняя обкладка адсорбционного слоя, имеющая обычно положи­тельный потенциал, смещается в направлении падения давления, что при­водит к нарушению электрического равновесия и к возникновению э. д. с. Наличие глинистой корки на стенке скважины значительно уменьшает фильтрацию жидкости, а следовательно, и величину фильтрационных э д с. Поэтому в обычных условиях фильтрационные э. д. с. не имеют существен­ного значения при измерениях СП.

Окислительно-восстановительные э. д. с. возникают в скважинах главным образом при вскрытии руд, каменных углей и антрацитов. При окислении горной породы кислородом, находящимся в буровом растворе, она теряет электроны и заряжается положительно; при восстановительных реакциях -отрицательно. На нефтяных и газовых месторождениях в обычных условиях этот вид э. д. с. не имеет существенного значения при измерениях СП.

Возникновение электрического поля в скважине за счет диффузионно-адсорбционных э д. с. пояснено на рис. 20. Скачок потенциала СП на границе двух сред (максимальная амплитуда аномалии СП) будет равен:

 

где - коэффициент диффузионно-адсорбционной э. д. с. песчаника; - то же, глин; -общий коэффициент э. д. с. СП, связанный с литологией пласта-коллектора и вмещающих пород (знак минус показывает, что за условный нуль кривой СП принят потенциал, наблю­даемый против глин).

В пластах песчаника, содержащих незначительное количество глини­стого материала, -60—70 мв при t = 20° С. При увеличении содержания глинистого материала в породе уменьшается. Из выражения (16) видно, что величина и знак аномалии СП в коллекторе зависят от соотношения минерализации пластовой воды и бурового раствора. В практике против пласта песчаника, залегающего среди глин, наблюдается отрицательная аномалия СП при СВ > Сф и положительная аномалия СП при Св<Сф, т. е. при насыщении пласта более пресными водами. В случае равенства минерализации пласто­вой воды и бурового раствора на кривой СП пласты-коллекторы не выделяются.

 

 

Использование формулы (16) лежит в основе методики определения минерализации пластовых вод Св (или ) по данным СП.

Помимо литологического фактора и соотношения концентраций раство­ров, на величину аномалий СП влияют мощность пласта, диаметр скважины, удельные сопротивления пласта и вмещающих пород и температура.

На рис. 21 изображены расчетные кривые СП, полученные для однород­ной по удельному сопротивлению среды. Из рис. 21 видно, что аномалии СП в однородных пластах имеют симметричную форму, а границы пластов мощностью h >4dc отмечаются по точкам перегиба, находящимся на середине аномалии. В пластах меньшей мощности границы пласта отмечаются по точкам, смещенным к вершине аномалии. При наличии неоднородной по Удельному сопротивлению среды, особенно в пластах высокого удельного сопротивления, влияние мощности пласта на величину аномалии СП значи­тельно возрастает (рис. 22).

В скважинах при регистрации кривой СП измеряют разность потенциа­лов собственной поляризации пород между электродом М, перемещающимся вдоль ствола, и неподвижным электродом N, установленным на поверхности и имеющим постоянный потенциал. Значение потенциала электрода N неиз­вестно. Поэтому в отличие от большинства геофизических методов кривая СП не имеет нулевой линии. Условно за нулевую линию обычно принимают значение СП для наиболее чистых глин, проводя вертикальную прямую через участки кривой с максимальным значением СП (линия глин). За аномалию СП какого-либо пласта принимают максимальное отклонение кривой СП в средней части пласта от линии глин. Величину аномалии опре­деляют в милливольтах (мв).

В практике регистрацию кривой СП часто производят одновременно с кривой КС стандартного зонда (за исключением работы на одножильной каротажной станции ОКС). Кривые КС и СП изображают на одной диаграмме известной под названием диаграммы стандартной элек­трометрии. Эта диаграмма служит одним из основных документов при расчленении и корреляции разрезов скважин.

Область применения метода: выделение в разрезах коллекторов; расчле­нение разрезов скважин; выделение реперов; определение минерализации пластовых вод; определение пористости песчаных коллекторов.

 

МЕТОД ПОТЕНЦИАЛОВ ВЫЗВАННОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ (ВП)

В методе потенциалов вызванной поляризации используют свойство горных пород поляризоваться при протекании через них постоянного поля­ризующего электрического тока. В горных породах после выключения поляризующего тока в течение некоторого времени наблюдается убывающее электрическое поле, известное под названием поля вызванных потенциалов.

Природа вызванных потенциалов хорошо не изучена. Однако большин­ство исследователей находят, что:

1) в горных породах, обладающих ионной проводимостью (практически все осадочные породы), вызванные потенциалы возникают за счет электро­кинетических явлений, происходящих на границе электролит — непро­водящая среда под воздействием электрического поля. Некоторые исследова­тели, считают, что возникновение поля связано с деформацией двойного электрического слоя на поверхности минеральных частиц под воздействием поляризующего тока, другие — с образованием микроскопических концентра­ционных элементов за счет изменения чисел переноса ионов в капиллярах разных сечений. Механизм этой поляризации довольно сложен, и обычно ее называют объемной поляризацией, поскольку поляризация захватывает объем породы, обработанный электрическим током; в горных породах, обладающих электронной проводимостью (желез­ные руды, некоторые сорта каменных углей), вызванная поляризация воз­никает в основном за счет электродных процессов, протекающих на границе электролит — проводящая среда;

2) в горных породах со смешанной проводимостью возникают одновре­менно как объемная, так и электродная поляризации.

3) Для измерения вызванных потенциалов обычно используют четырех-электродный зонд (например, АО,04МО,04А5,ОВ). Раздвоенный электрод А и электрод В служат для пропускания электрического тока. Электрод М, покрытый слоем перфорированной резины для устранения помех за счет поляризации самого электрода, и обычный электрод N на поверхности слу­жат для измерения разности потенциалов. Стандартную измерительную аппаратуру, предназначенную для работы на трехжильном кабеле (станция АКС-51, АЭКС-900 и ПКС-400), путем несложных переключений в пуль­саторе легко приспособить для измерения вызванных потенциалов. Схема «станции перестраивается так, чтобы в скважину пропускался прерывистый электрический ток. В промежутках между импульсами тока пульсатор замы­кает цепь MN, и совместно с потенциалами собственной поляризации (СП) прибор Г1регистрирует вызванные потенциалы. Одновременно с этим второй прибор Г2 регистрирует омическую разность потенциалов, наблюдаемую между электродами М и N в момент протекания поляризующего тока (рис. 23).

В скважинных условиях против однородного поляризующегося пласта наблюдают симметричную аномалию вызванных потенциалов (ВП), амплитуда которой зависит от мощности пласта (рис. 24). Для пластов с h>12dc влиянием мощности можно пренебречь.

За меру вызванной поляризации наиболее часто принимают коэффициент вызванной электрохимической активности (или коэффициент поляри­зуемости) породы, который в однородном электрическом поле (лабораторные условия) определяется (17)

Для исключения влияния удельного сопротивления () насыщающей породу жидкости в рассмотрение иногда вводят приведенный коэффициент вызванной электрохимической активности: (18)

где — приведенный коэффициент вызванной электрохимической актив­ности.

Опыт показывает, что в песчано-глинистом разрезе наибольшей вызванной активностью обладают глинистые песчаники и алевролиты. Незаглинизированные пески и песчаники имеют низкую активность (рис. 25, а). Чистые глины также имеют низкую вызванную активность, обусловленную наличием в них высокоминерализованной воды. Против известняков и доломитов наблюдаются обычно высокие потенциалы вызванной поляриза­ции, обусловленные значительным удельным сопротивлением этих пород.

Кривые ВП, отражая содержание глинистого материала в породе, имеют хорошую расчленяющую способность и позволяют получить ряд дополнительных сведений о разрезе. Последнее особенно важно в усло­виях относительно пресных пластовых вод, где метод СП не дает четких результатов.

 

Рис. 25. Зависимость приведенного коэффициента вызванной электрохимической актив­ности А_В1 от содержания глинистого и карбонатного цемента (С_гл + С) девонских песчаников и от коэффициента проницаемости девонских песчаных коллекторов Татарии.

 

В некоторых районах между вызванными потенциалами и проницае­мостью песчаников К_ар наблюдается коррелятивная связь (рис. 25, б), которую можно использовать для приближенного определения коэффициента проницаемости.

Метод потенциалов вызванной по­ляризации используют также для выделения углей при изучении разрезов угольных скважин. Имеется положи­тельный опыт использования метода для выделения в разрезах скважин зон сульфидного оруденения.

Область применения метода: расчленение разрезов скважин; выделение коллекторов и определение их проницаемости; выделение в разрезе камен­ных углей и сульфидных руд.

II. РАДИОАКТИВНЫЕ МЕТОДЫ

Радиоактивные методы исследования скважин основываются на измере­ниях в скважинах естественного или искусственно вызванного радиоактив­ного излучения горных пород.

В зависимости от типа измеряемого излучения и от способа его созда­ния радиоактивные методы делятся на группы гамма- и нейтронных методов. В первую группу входят методы, основанные на измерениях естественного (метод естествен