Фізичні основи мікрокаротажу

Мікрокаротаж полягає в детальному вивченні уявного опору присвердловинної частини розрізу зондами дуже малої довжини (мікрозондами). Мікрозонд змонтований на зовнішній стороні башмака із ізоляційного матеріалу. Для виключення впливу свердловини на результати вимірювань башмак притискається до стінки свердловини притискним пристроєм, який може бути або ресорним, або керуючим важелем. У першому випадку мікрозонд представляє собою штангу з муфтами, до яких прикріплені під кутом 120° три шарнірно з’єднані ресори, які утворюють “ліхтар” (Рис. 2.13,а). На ресорах закріплені три башмака, на одному з яких змонтовані електроди мікрозонда. Ресори, які переміщуються по штанзі, змінюють розмір “ліхтаря” в залежності від діаметра свердловини.

У мікрозонді з керуючим важільним притискним пристроєм башмак з електродами шарнірно закріплюється на одній із двох пар важелів, які притискаються спіральною пружиною до стінки свердловини будь-якого діаметру (Рис. 2.13,б), пристрій опускається у свердловину в закритому стані, а в інтервалі запису відкривається за командою з поверхні. Поряд з кривими мікрокаротажу даний пристрій дозволяє реєструвати мікрокавернограму.

Електроди мікрозонда виготовлені з латунного стержня діаметром 10 мм і вмонтовані в гуму башмака, яка забезпечує їх ізоляцію одного від іншого, від корпуса та промивної рідини. Відстань між електродами становить 2.5 см.

На практиці промислово-геофізичних робіт для дослідження розрізів свердловин переважно використовують потенціал-мікрозонд A 0.5 M ₂ і градієнт-мікрозонд A 0.025 M ₁0.025 M ₂.

Радіус дослідження градієнт-мікрозонда приблизно дорівнює – 3.75 см, а глибина дослідження потенціал-мікрозонда в 2-2.5 рази більша і складає 10-12 см. Між електродами зонда і породою знаходиться проміжний шар, який представлений глинистою кіркою або плівкою промивної рідини. За рахунок впливу даного шару r _у буде відрізнятись у загальному випадку від дійсного значення питомого електричного опору породи.

 

1 – башмак; 2 – ресора; 3 – важіль; 4 – штанга; 5 – пружина;

6 – електроди

Рисунок 2.13 – Схеми конструкцій мікрозондів з ресорним (а) і керуючим важільним (б) притискними пристроями

Вимірювання УО градієнт- і потенціал-мікрозондами може бути здійснено окремо або одночасно за допомогою багатожильного або одножильного кабелю. В даний час широко розповсюджена двоканальна апаратура мікрозондів для роботи з одножильним і багатожильним кабелем, яка базується на використанні телевимірювальної системи з частотною модуляцією та частотним поділом каналів. Дана апаратура дозволяє одночасно реєструвати дві криві r _у –градієнт-мікрозонда і потенціал-мікрозонда.

Точкою запису кривої r _у градієнт-мікрозонда є середина між електродами M ₁ і M ₂, а кривої r _у потенціал-мікрозонда є електрод M ₂, в якості електрода N в останньому випадку використовується корпус мікрозонда. Криві УО мікрозондів у нафтових і газових свердловинах реєструють в інтервалі проведення БКЗ у масштабі глибин 1:200. Омічний масштаб кривих вибирають від 0.5 до 2 Ом·м/см, при цьому відхилення кривих від нульової лінії повинне бути не менше 0.5 см.

Швидкість реєстрації кривих r _у мікрозондів залежить від диференціації розрізу за величиною питомого електричного опору та переважно не перевищує 1500-2000 м/год.

Перед і після заміру перевіряється ізоляція мікрокаротажу. Її опір між електродами мікрозонда та його корпусом повинен бути не менше 1-2 МОм.

Області застосування мікрокаротажу

Метод мікрокаротажу використовується для дослідження свердловин, які заповнені відносно слабомінералізованою рідиною, з метою детального вивчення будови пластів, отримання кількісних і якісних фізичних характеристик порід.

Результати мікрокаротажу використовуються для детального розчленування розрізу свердловин, чіткого відбивання границь пластів і визначення їх потужності, уточнення літології розрізу, виділення прошарків, виділення пластів-колекторів та оцінки ефективної товщини продуктивних горизонтів, визначення пористості та тріщинуватості порід, виділення продуктивних пластів і оцінки їх нафтогазонасиченості та нафтовіддачі.

Мікробоковий каротаж

Метод мікрозондів бокового каротажу (МБК) – це мікрокаротаж з фокусуванням струму. Він вперше був запропонований В.М. 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, яких може бути двох, трьох або чотириелектродний.

Двохелектродний мікрозонд БК – це гумовий прямокутний башмак розміром 200х120 мм, на зовнішній стороні якого розміщені – центральний електрод А ₀ і екрануючий електрод А _е (Рис. 2.14).

 

 

 

1 – башмак мікрозонда; 2 – середовище, яке вивчається

Рисунок 2.14 – Характер розподілу струменевих ліній у середовищі, що вивчається, при використанні звичайного мікрозонда (а) і двохелектродного зонда мікробокового каротажу (б)

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, розраховується 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. 2.15), 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 до нуля. 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 експериментально в баці з розчином електроліту відомого питомого опору. Номінальне значення двохелектродного мікрозонда – 0.015 м.

 

Рисунок 2.15 – Блок-схема апаратури КМБК-3

 

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.

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.

З метою визначення електричного опору промивних рідин, які заповнюють свердловину, в промисловій геофізиці, в основному, використовується метод резистивіметрії. Відомості про питомий електричний опір промивних рідин необхідні для інтерпретації даних бокового каротажного зондування, мікрокаротажу, бокового каротажу, бокового мікрокаротажу, індукційного каротажу та каротажу самочинної поляризації.

 

Резистивіметрія