Определению удельного электрического сопротивления пластов

(боковое электрическое зондирование)

По результатам замеров кажущегося сопротивления одним зон­дом мы можем определить границы пластов и лишь приближен­но судить о величине удельного электрического сопротивления горных пород. Для более точного определения удельного сопро­тивления пластов по кривым кажущегося сопротивления приме­няют специальную методику — боковое электрическое зондирование (сокращенно БЭЗ)¹. Эта методика заклю­чается в измерении кажущегося сопротивления с помощью не скольких пяти (семи градиент-зондов) или реже потенциал-зондов различной длины. Чем больше длина зонда, тем больше радиус его исследования. Применение комплекта зондов различ­ной длины позволяет при интерпретации учесть влияние бурово­го раствора на величину кажущегося сопротивления, найти ис­тинное сопротивление пласта, установить наличие проникнове­ния фильтрата бурового раствора в пласт, оценить удельное со­противление и глубину зоны проникновения раствора. Для ус­пешной интерпретации диаграмм по методу БЭЗ необходимо также иметь кривую изменения фактического диаметра скважи­ны с глубиной (кавернограмму) и кривую изменения удельного сопротивления бурового раствора по стволу скважины.

¹ Называют также боковым каротажным зондированием , или БКЗ.

Размер зондов, используемых для БЭЗ, изменяется от 1 - 2 до 20 - 30 диаметров скважины. Тип зондов для БЭЗ зависит от характера изучаемого разреза и выбирается опытным путем. Часто, например, применяют следующий комплект последова­тельных градиент-зондов: 1) А0,4М0,1N; 2) А1,0М0,1N; 3) А2,0М0,5N; 4) А4,0М0,5N; 5) А8,0М1N; 6) N0,5М4,0A. Последний зонд (обращенный градиент-зоил) служит для уточне­ния границ пластов.

При изучении разрезов скважин, сложенных мощными пластами очень высокого или очень низкого удельного сопротивле­ния, может в некоторых случаях оказаться эффективным боко­вое электрическое потенциал-зондирование следующим комплек­том зондов с размерами AM, равными 0,25; 0,5; 1; 2м 4 м. При этом электрод ./V должен быть удален от электрода М на рас­стояние, превышающее мощность исследуемых пластов (практи­чески на 30—40м).

По результатам измерения кажущегося сопротивления зон­дами разной длины строят в каждом изучаемом пласте наблю­денную кривую зондирования — зависимость кажущегося сопро­тивления от длины зонда, вычерченную в двойном логарифмиче­ском масштабе. При этом для отсчета кажущегося сопротивле­ния используют его средние, максимальные или оптимальные значения, найденные по определенным правилам в пределах изучаемой аномалии (рис. 13).

В пластах большой мощности, не отличающихся достаточной однородностью, наблюденные кривые зондирования чаще строят по средним значениям ρ_{к ср}, в пластах малой мощности — по максимальным ρ_{к max} и в пластах мощных, достаточно однород­ных— по оптимальным значениям ρ_{к опт}.

Построенные наблюденные кривые зондирования сопоставля­ют с модельными кривыми (палетками), для которых уже из­вестны расчетные удельное сопротивление пласта и глубина про­никновения фильтрата бурового раствора. Для этого сопостав­ления на бланке с наблюдаемой кривой наносят оси зондирова­ния, образующие так называемый «крест» кривой. Горизон­тальная ось должна соответствовать удельному сопротивлению бурового раствора против изучаемого пласта, а вертикальная ось — диаметру скважины.

Различают четыре основных типа кривых БЭЗ (рис. 14). Со­ответственно различается и методика интерпретации каждого типа кривой.

Первый тип кривых — двухслойные кривые зондирова­ния, наблюдаемые в непроницаемых или весьма слабо проницае­мых пластах большой мощности, удельное сопротивление кото­рых выше (рис. 14, кривая 1а) или ниже (рис. 14, кривая 16) удельного сопротивления бурового раствора.

Литологически та­кие пласты могут быть представлены плотными непроницаемы­ми известняками, гидрохимическими осадками, глинами, аргил­литами, плотными непроницаемыми песчаниками, плотными метаморфизованными породами и т. п. Двухслойные кривые могут наблюдаться в коллекторах трещинного типа при наличии весь­ма глубокого проникновения бурового раствора в пласт по тре­щинам. Довольно часто двухслойные кривые отмечаются в нефтенасыщенных коллекторах, когда удельное сопротивление пла­ста в зоне проникновения пресного фильтрата бурового раствора близко к удельному сопротивлению Пласта в не затронутой про­никновением части.

Интерпретацию кривых первого типа проводят с помощью двухслойных палеток бокового электрического зондирования.

На рис. 15 изображен пример интерпретации двухслойной кри­вой зондирования. Наблюдаемая кривая зондирования совпала с палеточной кривой, имеющей модуль ρ_п/ρ_р=26. Найденное значение удельного сопротивления, отсчитанное на бланке по точке пересечения наблюденной кривой зондирования с линией А-А (геометрическим местом асимптот кривых), равно 17,4 Ом·м.

Второй  тип кривых — трехслойные кривые зондирова­ния, наблюдаемые при проникновении фильтрата бурового раствора, понижающего сопротивление пласта. Этот тип кривых характерен для мощных пластов-коллекторов, когда сопротивле­ние пласта в зоне проникновения фильтрата бурового раствора ρ_зп меньше истинного сопротивления пласта ρ_п (ρ_зп < ρ_п). Литологически такие пласты могут быть представлены проницаемы­ми нефтенасыщенными или газонасыщенными породами. Кро­ме того, этот тип кривых зондирования может отмечаться в про­ницаемых водоносных пластах, если удельное сопротивление фильтрата бурового раствора меньше удельного сопротивления пластовой воды.

Интерпретацию проводят с помощью комплекта трехслойных кривых БЭЗ либо с большим приближением с помощью двух­слойных кривых БЭЗ и специальной палетки ЭК-2. На рис. 16 изображен пример истолкования кривой этого типа с помощью палетки ЭК-2 (серия пунктирных кривых в нижней части рисунка), совмещенной с двухслойной кривой (серия пунктирных кривых в верхней части рисунка).

По положению креста наблю­денной кривой зондирования на палетке ЭК-2 можно приближенно оценить относительный диаметр зоны проникновения фильтрата бурового раствора в пласт D / d_c и относительное со­противление пласта в зоне проникновения ρ_зп/ρ_п.

Третий тип кривых — трехслойные кривые, наблюдае­мые при проникновении фильтрата бурового раствора, повы­шающего сопротивление пласта. Кривые характерны для мощ­ных пластов-коллекторов при условии, что сопротивление пла­ста в зоне проникновения фильтрата бурового раствора ρ_зп больше истинного сопротивле­ния пласта ρ_п (ρ_зп>ρ_п). Литологически такие пласты могут быть представлены проницае­мыми песчаниками и известня­ками с гранулярным типом пористости, насыщенными ми­нерализованной водой. Кри­вые третьего типа могут отме­чаться и при изучении нефте­газоносных пористых пластов при пресном буровом раство­ре и относительно невысокой их нефтегазонасыщенности.

В очень плотных низкопо­ристых известняках в некото­рых случаях наблюдаются трехслойные кривые третьего типа, обусловленные высоким сопротивлением опресненного тонкого слоя раствора пласта у стенки скважины. Интерпре­тацию кривых третьего типа проводят по трехслойным па­леткам БКЗ, а при относительно неглубоком проникновении фильтрата бурового раствора — по палеткам БКЗ-U. Пример интерпретации трехслойной кривой зондирования, отвечающей случаю проникновения фильтрата раствора, повышающего со­противление пласта, изображен на рис. 17. Определив по палет­кам сопротивление пласта ρ_п, параметр U-эквивалентности и по левой ветви кривой зондирования приближенное значение удельного сопротивления пласта в зоне проникновения фильтра­та бурового раствора ρ_зп по формуле

.                                                    (1.20)

можно приближенно оценить диаметр зоны проникновения буро­вого раствора D. Имеются специальные палетки для определе­ния D, рассчитанные по формуле (1.20).

Четвертый тип кривых наблюдается в тонких плас­тах высокого удельного сопротивления при отсутствии или при наличии проникновения фильтрата бурового раствора в пласт. Таким образом, литологически это могут быть как плотные, так и проницаемые пласты. Для интерпретации этих кривых при­меняются палетки ЭКЗ (экстремальные кривые зондирования).

Палетки получены путем моделирования электрического по­ля на электроинтеграторе. На рис. 18 показаны примеры интерпретации кривых БЭЗ четвертого типа с помощью палетки ЭКЗ.

Рис, 18. Пример интерпретации кривых БЭЗ, полученных в тонких  пластах, с помощью палеток ЭКЗ.                       

Сопоставление наблюденной кривой БЭЗ (сплошная кривая) с кривыми палеток ЭКЗ: а - для пласта без проникновения фильтрата бурового раствора; б —для пласта с проникновением фильтрата бурового раствора. Шифр кривых — ρ_п/ρ_р

На рис. 18, а показано определение удельного сопротивления тонкого пласта без проникновения фильтрата раствора. Если ρ_р = 1 Ом·м, d_c = 0,3 м, сопротивление вмещающих пород ρ_вм = 5 Ом·м и мощность пласта h = 2,4 м, то найденное удельное сопротивление пласта по кривой с модулем ρ_п/ρ_р = 25 будет рав­но ρ_п = 25·1 = 25 Ом·м.

На рис. 18, б приведен пример интерпретации для пласта с проникновением фильтрата бурового раствора. Сопоставление палеточных кривых с левой и правой ветвями наблюденной кри­вой зондирования производится раздельно при условии: ρ_р = 0,9 Ом·м, d_c = 0,3 м, ρ_вм = 6 Ом·м и h =1 м.

Совмещая основные кресты палетки и кривой БЭЗ, находим по левой ветви модуль кривой μ = ρ_зп/ρ_р = 15, откуда ρ_зп = 15·0,9 =13,5 Ом·м. Совмещая вспомогательные кресты палеток, по кривой ветви кривой БЭЗ определим модуль μ = ρ_зп/ρ_п = 25. Со­противление пласта по кривой ветви вычислим по формуле  Ом·м, где  — относительное сопро­тивление вмещающих пород, для которых построена используемая палетка ЭКЗ. Отсюда следует, что имеется проникновение фильтрата бурового раствора, снижающего сопротивление пласта.

Определение удельного сопротивления пород методом БЭЗ получило широкое распространение в промышленности. Хоро­шие результаты получены при изучении мощных пластов плот­ных и пористых пород с межзерновой пористостью, а также при изучении уединенных тонких плотных и пористых пластов. Воз­никают большие затруднения при определении удельного сопро­тивления резко неоднородных пачек пластов, пластов высокого удельного сопротивления, а также при заполнении ствола сква­жины раствором низкого (<0,5 Ом·м) удельного сопротивления.

Все отмеченные выше ограничения метода БЭЗ связаны с весьма существенным влиянием скважины, заполненной прово­дящим буровым раствором, на показания зондов. Другими сло­вами, скважина как бы шунтирует ток, текущий между питаю­щими электродами, ослабляя тем самым полезное влияние ок­ружающих скважину горных пород. Шунтирующее влияние скважины можно уменьшить, если воспользоваться фокусирова­нием электрического тока. Эта идея была воплощена в методе экранированного заземления.