Форми кривих ефективного опору

Криві r _е, які записані зондами БК навпроти одинарних пластів високого і низького опору, при рівному опорі вміщуючих порід симетричні відносно середини пласта (Рис. 6.4). У випадку значно потужних пластів h ³16 d _св на кривій r _е навпроти середини пласта спостерігається зона занижених значень ефективного опору. Заниження величини r _е не перевищує 10-15% від максимального його значення (Рис. 6.4). На кривих r _е, які отримані дев’ятиелектродним зондом, таке заниження ефективного опору не спостерігається.

Якщо загальний розмір зонда L _заг>6 d _св, то свердловина, яка заповнюється високомінералізованим розчином, дає досить малий вплив на результати вимірювань r _е (майже не впливає). При цьому, у випадку відсутності проникнення фільтрату промивної рідини в пласт, величина r _е близька до дійсного значення r _п.

Границі пластів високого опору на кривих r _е, які отримані трьохелектродним фокусуючим зондом, визначають за початком максимального зростання r _е. У випадку багатоелектродних зондів місце границь пласта встановлюють за точками з максимальним градієнтом r_е, які приурочені приблизно до половини висоти аномалії r _е напроти пласта. Від даних точок відкладають в напрямку низького значення r _вм відстань L / 2 у масштабі глибин. Відповідно потужність пласта буде рівною ширині аномалії кривої r _е на половині її висоти плюс довжина зонда.

В якості характерних значень r _е напроти одинарних однорідних пластів приймають екстремальні відхилення кривої r _е – максимальне, у випадку високого опору пласта, мінімальне – при низькому опорі пласта. Напроти неоднорідного знімають середнє значення r _еф.

5.4 Області застосування та задачі, що вирішуються

БК призначений для вивчення високоомних розрізів свердловин, які заповнені соляними промивними рідинами (r _р<0.1¸0.5 Ом·м). При проникненні в пласт рідини високої мінералізації опір свердловинної зони пласта понижується, що практично не впливає на покази r _е, яке зареєстроване зондами БК. У випадку проникнення фільтрату промивної рідини (підвищення опору пласта) використання даних ефективного опору для визначення дійсного питомого опору пласта стає малоефективним.

Досить задовільні результати отримують при дослідженні фокусуючими зондами малопористих порід, для яких відмічаються високі значення відношення питомого опору пласта до опору рідини. У таких розрізах фокусуючі зонди дозволяють отримати достатньо диференційовану криву r _е, а ефективний опір лінійно залежить від дійсного значення r _п.

За допомогою дев’ятиелектродного фокусуючого зонда можна визначити параметри зони проникнення, оскільки радіус дослідження досить великий.

При достатньо мінералізованих промивних рідинах і чергуванні пластів, питомий опір останніх визначають тільки за даними r _е методів БК з фокусуванням струму.

Результати методів БК з автоматичним фокусуванням струму дозволяють більш детально проводити літологічне розчленування геологічних розрізів, визначати його літологію, виділяти пласти-колектори та уточнювати їх будову, визначати параметри зони проникнення фільтрату промивної рідини та дійсне значення питомого опору пластів.

 

5.5 Мікробоковий каротаж

Метод мікрозондів бокового каротажу (МБК) вперше був запропонований Дахновим для детального дослідження тонкошаруватих розрізів і неоднорідних продуктивних пластів. У МБК із фокусуванням струму використовуються замкнуті електроди кільцевої або прямокутної форми, які змонтовані на ізоляційному башмаку, що притискається до стінки свердловини. Фокусуючий метод МБК має декілька модифікацій, які відрізняються кількістю електродів: 2, 3, 4.

Фізичні основи двохелектродного МБК

Двохелектродний мікрозонд БК – це гумовий прямокутний башмак розміром 200х120 мм, на зовнішній стороні якого розміщені – центральний електрод А ₀ і екрануючі електроди А _е (Рис. 9.1). Центральний електрод виготовлений у вигляді прямокутника та ізольований від екрануючого непровідним шаром шириною 5 мм. Через електроди А ₀ і А _е пропускається струм І ₀ і І _е однакової полярності. Умовою фокусування струму І ₀ є рівність потенціалів електродів А ₀ і А _е, що досягається або регулюванням сили струму І _е, або з’єднанням електродів через малий опір R ₀, R ₀=0.01 Ом. Рівність потенціалів електродів забезпечує розповсюдження струму з центрального електрода в межах пучка, який перпендикулярний до осі свердловини. Вимірюючи напругу між електродом А ₀ і віддаленим електродом N, а також силу струму І ₀ на приладі, що реєструє, фіксується величина ефективного опору, яка пропорційна відношенню напруги до І ₀. Струменевим електродом В служить металічний корпус зонда. Глибина дослідження двохелектродного мікрозонда БК більша ніж у чотирьохелектродного, але менша ніж у трьохелектродного, при умові однакових розмірів башмака.

Апаратура мікробокового каротажу (КМБК-3)

Дана апаратура призначена для одночасного вимірювання з будь-яким кабелем в нафтових і газових свердловинах ефективного питомого електричного опору і товщини глинистої кірки мікрокаверноміром. У ній використовується двохелектродний мікрозонд БК. Електроди зонда змонтовані на гумовому башмаку з робочою кривизною поверхні 200 мм, електрод А ₀ має розміри 208х102 мм.

Стабільність струму живлення І ₀ частотою 500 Гц забезпечується стабілізованим генератором Г1 (Рис. 9.2), а рівність потенціалів А ₀ і А _е – автокомпенсаційним підсилювачем АК. Екранований електрод живиться також струмом з частотою 500 Гц від АК. Сила даного струму підтримується такою, що різниця потенціалів на електродах А ₀ і А _е, яка є вхідною напругою компенсатора, завжди залишалась близькою нулю. Напруга, яка вимірюється між А _е та віддаленим електродом N пропорційна ефективному опору підсилювачем П і подається на центральну жилу кабелю та його обмотку або дві жили трьохжильного кабелю. Діаметр свердловини вимірюється за допомогою реостата R _к, який механічно зв’язаний з башмаком пристрою, що притискає електроди до стінки свердловини, тросом. Омічний датчик мікрокаверноміра живиться від окремого генератора Г2 струмом з частотою 10 кГц. Напруга, що знімається з R _к пропорційна діаметру свердловини та одночасно з сигналом ефективного опору подається по кабелю на поверхню. Дані сигнали потім за допомогою фільтрів розділяються за частотою та розподіляються у відповідні канали Р1 і Р2, де вони підсилюються та подаються на прилади реєстрації РП1 і РП2. Свердловинний прилад живиться постійним струмом від стабілізованого випрямляча ВС. Коефіцієнт зонда визначають експерементально в баці з розчином електроліту відомого питомого опору. Номінальне значення двохелектродного мікрозонда – 0.015 м.

Масштаб запису кривої ефективного опору при мінералізованій промивній рідині вибирають рівним 0.5 Ом·м/см, а при прісній 1.2 Ом·м/см. Швидкість реєстрації діаграми ефективного опору визначається геологічною будовою розрізу свердловини і складає 700-1000 м/год.

Області застосування МБК

На покази зондів методу МБК у значно меншій мірі впливає високомінералізована промивна рідина та глиниста кірка, ніж на покази звичайних мікрозондів. У зв’язку з цим метод МБК знайшов широке застосування при дослідженні свердловин з високомінералізованими промивними рідинами.

Криві ефективного опору МБК використовуються для точного визначення границь і потужності пластів, виділення прошарків, визначення літології розрізу та виділення колекторів. Результати МБК в комплексі з іншими геофізичними методами дають можливість оцінити пористість, глинистість і нафтогазонасиченість колекторів, отримати відомості про нафтовіддачу пластів за замірами параметрів промивної зони.

Лекція №6

Індукційний каротаж. Фізичні основи. Форми кривих і фактори, що впливають. Області застосування та задачі, які вирішуються. Фізичні основи та області застосування діелектричного каротажу

Індукційні методи, які базуються на вивченні в свердловинах змінного електромагнітного поля високої та низької частоти розроблені достатньо детально. В практиці геофізичних робіт найбільшого поширення отримали низькочастотні індукційні методи з поздовжнім датчиком.

Низькочастотні індукційні методи включають: звичайний індукційні метод з поздовжнім датчиком; індукційний метод з поперечним датчиком; індукційний метод перехідних процесів; частотний індукційний метод та ін.

Фізичні основи

Індукційні методи використовуються для дослідження вторинного електромагнітного поля середовища, електрорушійна сила (е.р.с.) яких прямо пропорційна електропровідності гірських порід. Вторинне електромагнітне поле в навколишньому середовищі виникає за рахунок вихрових струмів, які індуковані котушкою, що живиться від генератора змінного струму, який розміщений в свердловині. В індукційних методах електроди як струменеві не використовуються, та вторинне електромагнітне поле формується в гірських породах за рахунок індукційного зв’язку первинного електромагнітного поля середовища, що оточує зонд.

Відповідно, індукційні методи дозволяють вивчати розрізи сухих свердловин і свердловин, які пробурені з промивною рідиною на нафтовій або іншій основі, яка погано проводить електричний струм, а також свердловин, які заповнені нафтою.

Другою особливістю індукційних методів є характер розподілу вторинних струмів, які індуковані генератором з котушкою в гірських породах. Їх струменеві лінії лежать в площині, яка перпендикулярна до осі генераторної котушки.

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, 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 прямопропорційне 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 індукційний метод з поздовжнім датчиком

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.

Зонди звичайного низькочастотного індукційного методу

Багатокотушечний зонд представляє собою систему котушок, які закріплені на одному ізольованому стержні (Рис. 11.1). Генераторна котушка ГК і приймальна котушка ПК є основними (головними), інші котушки називаються фокусуючими Ф в генераторній ФГ і приймальній ФП ланках. Комплексні котушки служать для виключення в приймальній котушці е.р.с. прямого поля, яка індукується генераторною котушкою.

Фокусуючі котушки призначені для зменшення впливу некорисних сигналів шляхом створення в приймальній ланці е.р.с., які викликані вихровими струмами, що циркулюють в свердловині в зоні проникнення та вміщуючих порід.

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.

Ефективність дослідження індукційного каротажу при вивченні розрізів свердловин у значній мірі визначається вибором зонда з оптимальними параметрами. 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).

Степеню фокусування індукційного зонда називається відношення сигналу в однорідному середовищі Е _бк для багатокотушечного зонда до сигналу для двохкотушечного зонда Е _дк, тобто:

.                                                               (11.1)

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

Апаратура індукційного каротажу АІК-М

Апаратура індукційного методу АІК-М призначена для роботи з одножильним кабелем із зондом 6Ф1 (Рис. 11.2). 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 (ФГ ₁, ФГ ₂, ФП ₁, ФП ₂). З приймальної ланки зонда виходить сигнал через підсилювач П ₁, 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 П ₂ 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.

 

6.2 Форми кривих і фактори, що впливають

Криві r _еф для всіх зондів звичайного індукційного каротажу навпроти одинарних пластів у випадку рівності електропровідностей вміщуючих порід симетричні відносно середини пласта (Рис. 11.3). Границі пластів при їх середній і великій потужності визначають за серединою аномалії, де її ширина відповідає дійсній потужності пласта h. Для пластів малої потужності ширина аномалії на її середині представляє собою фіктивну потужність h _ф, яка є меншою від дійсної (h _ф< h).

Характерними показами r _еф напроти однорідного пласта кінцевої потужності є екстремальні значення ефективної провідності, напроти середини пласта – максимальні або мінімальні. У випадку неоднорідності пластів покази r _еф напроти його середини осереднюються. Для подальшої обробки індукційного каротажу використовують саме ці оптимальні значення r _еф.

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.