МЕТОД ЭКРАНИРОВАННОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ (БОКОВОЙ КАРОТАЖ)

Изучение разрезов скважины методом экранированного зазем­ления также основано на различии удельных электрических со­противлений горных пород. В научной литературе известно не­сколько модификаций метода. В производстве получили распро­странение измерения по методу экранированного заземления с автоматической фокусировкой тока или, как часто называют, по методу бокового каротажа. Наиболее широко используют две модификации метода экранированного, заземления: измерения по схеме с семиэлектроным зондом и измерения по схеме с трехэлектродным зондом.

В семиэлектродном зонде (рис. 19) электроды смонтированы на гибком кабеле или на изолированной трубе. Зонд имеет три однополярных токовых электрода (А₀, А₁, А₂) и две пары измерительных электродов (MN₁, MN₂). Через центральный электрод А₀ и через фокусирующие электроды А₁ и А₂ пропускают ток одной полярности. Сила тока, протекающего через фокуси­рующие электроды, регулируется так, чтобы независимо от со­противления горных пород и сопротивления бурового раствора обеспечить равенство потенциалов электродов ­А₀, А₁ и А₂ при неизменном токе I₀, текущем через центральный электрод. Условие сохранения равенства потенциалов между токовыми элек­тродами будет выполняться, если разность потенциалов между двумя парами измерительных электродов MN₁, MN₂ поддерживать равной нулю путем изменения силы экранного тока. Поскольку при этом потенциалы электродов ­А₀, А₁ и А₂ окажутся равны, ток не сможет течь вдоль скважины и направится фоку­сированным пучком в горную породу (рис. 19, а).

В методе экранированного заземления измеряют кажущееся или эквивалентное удельное сопротивление горных пород, кото­рое имеет такой же физический смысл, как и кажущееся сопро­тивление, измеренное с обычным зондом. Кажущееся сопротив­ление вычисляют по формуле

,                                                                       (1.21)

где К - коэффициент зонда, определяемый по специальным фор­мулам; ΔU - разность потенциалов между одним из измери­тельных электродов (M₁ или N₁) и удаленным электродом N; I₀ — сила тока, текущего через центральный электрод А₀.

Трехэлектродный зонд (рис. 19,6) в методе экрани­рованного заземления пред­ставляет собой длинный цилиндрический электрод, разде­ленный двумя изолирующими
промежутками на три части: небольшой пошлине центральный_электррд_А₀ и два длинных симметричных экранных электрода А₁ и А₂. Так же, как и в семиэлектродном зонде, че­рез электроды А₀, А₁ и А₂ пропускают электрический ток одной полярности. Силу тока, те­кущего через экранные элек­троды, регулируют так, чтобы разность потенциалов между
тремя электродами была равна нулю¹.

¹ Имеется и другая возможность для достижения этого условия — замкнуть между собой центральный и экранный электроды через малое сопротивление, служащее для измерения силы тока.

Определение кажущегося сопротивления также производится с помощью уравнения (1.21), где ΔU будет разность потенциа­лов между одним из токовых электродов и удалённым электро­дом N.

Характерными размерами семиэлектродного зонда являются его длина L = О₁O₂ — расстояние между серединами интервалов M₁N₁ и M₂N₂ и общий размер L_об = A₁A₂. Для трехэлектродного зонда характерными размерами являются его длина L, равная расстоянию между серединами изолирующих промежутков, и его общая длина L_об.

Точкой записи кривых в зондах экранированного заземления является середина центрального электрода. Соотношение дли­ны L и общего размера L_об семиэлектродного зонда определяет параметр фокусировки зонда q = (L_об - L) / L. С увеличением па­раметра фокусировки q уменьшается влияние ближней зоны (скважины и зоны проникновения фильтрата бурового раствора), но возрастает влияние мощности пласта на кажущееся со­противление. Можно привести два примера для семиэлектродных зондов, применяемых на практике: зонд с большим радиу­сом исследования A₁l,lN₁0,2M₁0,2A₀О, 2M₂0,2N₂1,1A₂, имеющий q = 4, и зонд с меньшим радиусом исследования A₁0,5N₁0,2M₁0,ЗА₀О, 3M₂0,2N₂0,5A₂, имеющий q = 1,5.

Рис. 20. Кривые кажущегося сопротивления против пластов высокого сопротивления ограниченной мощности, полученные на моделях пластов.

При измерениях: а - с семиэлектродным зондом; б - с трехэлектрод­ным зондом: 1 -  пласт; кривые: 2 — ρ_к/ρ_р, 3 — ρ_п/ρ_р.

На рис. 20 показаны типичные кривые ρ_к, полученные по ме­тоду экранированного заземления на модели одиночных пластов высокого удельного сопротивления.

Для определения границ пластов по кривым семиэлектродно­го зонда находят точки максимального градиента ρ_к (точки пе­региба кривой), которые приурочены примерно к половине вы­соты аномалий. От этих точек в масштабе глубин откладывают вниз и вверх расстояние, равное половине длины зонда. Параллельные прямые-линии,

проведенные на этих глубинах, укажут положение кровли и подошвы пласта (рис. 20, а).

Границы пласта по кривым трехэлектродного зонда опреде­ляют по началу наиболее крутого подъема и окончанию спада кривой ρ_к, т. е. на уровне основания аномалии (рис. 20, б).

Кривые на рис. 20 показывают влияние мощности пластов на величину аномалии ρ_к. При измерениях с семиэлектродными зон­дами влияние мощности необходимо учитывать в пластах с h < 2L_o6 (h<1,2÷6 м при L_o6 = 0,6÷3 м). При измерениях с трехэлектродным зондом влияние мощности существенно мень­ше и начинает ощущаться в пластах с h < 4d_c (h < 0,8÷1,2 м при d_c = 0,2÷0,3 м).

На рис. 21 изображены кривые зависимости между кажущимся и истинным сопро­тивлениями пласта для семиэлектродного зонда. Из рас­смотрения этих кривых следует, что при отсутствии проник­новения фильтрата бурового раствора в пласт (D/d_c = l) кажущееся сопротивление про­порционально истинному со­противлению пласта в широ­ком диапазоне изменения по­следних. Сравнительно мало влияет на кажущееся сопро­тивление наличие небольшой (D/dc<4) зоны понижающего проникновения раствора (ρ_зп<ρ_п). Это также благо­приятные условия для определения истинного сопротивления пласта. Повышающее проникновение раствора (ρ_зn>ρ_п) оказы­вает большое влияние на кажущееся сопротивление, а при глу­боких проникновениях ρ_к практически не зависит от удельного сопротивления пласта. Таким образом, в общем случае при на­личии зоны проникновения раствора по одной кривой экраниро­ванного заземления нельзя точно определить удельное сопро­тивление пласта. В этом случае необходимо для интерпретации привлекать данные измерений с другими зондами, отличающи­мися меньшим и большим радиусами исследований. Таким об­разом, метод экранированного заземления наиболее целесооб­разно применять при исследовании скважин, заполненных соле­ным раствором (ρ_р<0,1 Ом·м), а также для изучения разрезов, сложенных плотными горными породами с высоким удельным сопротивлением. В этих условиях метод позволяет более деталь­но, чем обычный метод КС, произвести расчленение разреза, точнее определить удельное сопротивление пластов.

ИНДУКЦИОННЫЙ МЕТОД

Изучение разрезов скважин индукционным методом основа­ло на различии в электропроводности горных пород - величине, обратной удельному электрическому сопротивлению. Первоначально метод разрабатывался для исследования скважин, заполненных не проводящим электрический ток буровым раствором (на нефтяной основе), в котором обычно метод КС или метод экранированного заземления, имеющие систему токопроводящих и измерительных электродов, применены быть не могут. Однако в последующем были обнаружены существен­ные преимущества индукционного метода при изучении геологи­ческих разрезов низкого сопротивления в скважинах, заполнен­ных обычным токопроводящим буровым раствором.

Принципиальная схема индукционного метода включает скважинный снаряд (зонд) и регистрирующий прибор. Скважинный снаряд имеет систему излучающих и приемных катушек, обладающих большой индуктивностью, а также генератор переменного электрического тока и выпрямитель.   

Система катушек, помимо излучёния и измерения электро­магнитного ноля, обеспечивает его фокусирование для повыше­ния глубинности метода, компенсацию прямых электромагнит­ных наводок в приемных катушках, измерение одновременно двумя зондами разной длины. Для уяснения принципа работы рассмотрим упрощенную схему зонда с двумя главными индук­ционными катушками: излучающей и приемной (рис. 22). Рас­стояние между центрами излучающей и приемной катушек на­зывают размером зонда L_н; точка записи кривой — середи­на этого расстояния.

При пропускании через излучающую катушку переменного тока с частотой 20—50 кГц (в зависимости от типа аппаратуры), вырабатываемого генератором 4, вокруг катушки в окружающей среде создаются переменные токи i. Величина ЭДС этих круго­вых токов тем больше, чем выше электропроводность среды. В свою очередь, эти переменные круговые токи индуцируют в приемной катушке зонда электродвижущую силу. Таким обра­зом, в приемной катушке зонда индуцируется ЭДС первичного электромагнитного поля излучающей катушки и ЭДС вторично­го электромагнитного поля круговых токов. ЭДС первичного электромагнитного поля зонда в реальных зондах компенсиру­ется :встречной, противоположной по фазе ЭДС, создаваемой до­полнительными катушками или специальными электронными устройствами.

В средах с низкой электропроводностью, которой обычно ха­рактеризуются горные породы, при относительно небольших частотах электромагнитного поля, используемых в индукционных зондах, влиянием электрических полей вихревых токов друг на друга (скин-эффект) можно пренебречь и с достаточной точ­ностью принять, что ЭДС активной составляющей, генерируемой

Пропущена страница

Наличие повышающего проникновения фильтрата бурового раствора при глубине проникновения D<4d_c относительно мало сказывается на величине σ_к в пластах высокой электропроводно­сти. Наличие глубокой зоны понижающего проникновения фильтрата бурового раствора существенно затрудняет определе­ние истинной электропроводности пласта, заставляет прибегать к комплексному истолкованию кривых индукционного метода и кривых обычного метода КС или метода экранированного за­земления.

Таким образом, индукционный метод наиболее эффективно применяется для исследования разрезов, сложенных породами низкого (до 50 Ом·м) удельного сопротивления. Метод может быть использован в скважинах, заполненных не проводящей электрический ток жидкостью. Эффективность использования индукционного метода снижается при исследовании скважин, заполненных соленым раствором (ρ_р<1 Ом·м), и при наличии зоны проникновения фильтрата бурового раствора, понижающей сопротивление пласта.

Обычный низкочастотный индукционный метод позволяет детально изучить разрезы, сложенные породами низкого удельного сопротивления, выделить нефтеносные и водоносные породы, изучить строение переходной водонефтяной зоны и положение контактов нефть — вода и газ — вода.

При определении истинного удельного сопротивления пород эффективно применять индукционный метод в комплексе с обыч­ным методом КС или методом экранированного заземления.

МЕТОД МИКРОЗОНДОВ

При микрозондировавии в скважине измеряют кажущееся сопротивление, но в отличие от методов, описанных выше, это из­мерение проводится зондами весьма небольших размеров (обыч­но до 5 см). Благодаря этой особенности микрозонды обладают малой глубиной исследования и позволяют детально исследо­вать изменение удельного электрического сопротивления горный пород, непосредственно прилегающих к стенке скважины. Для уменьшения влияния бурового раствора на результаты измере­ния электроды зонда устанавливают на наружной стороне изо­лирующей пластины (башмака), которая специальной пружиной (рессорой) плотно прижимается к стенке скважины (рис. 24).

При исследовании пород-коллекторов на показания микро­зондов оказывает влияние удельное сопротивление части пласта, измененной проникновением фильтрата бурового раствора, а также удельное сопротивление и толщина глинистой корки. Поэтому по данным микрозондов трудно получить представле­ние о характере насыщения коллектора (нефтью, газом или во­дой).

Обычно применяют микрозонды двух размеров: градиент-микрозонд A 0,025M₁0,025M₂ и потенциал-микрозонд А0,05М₂.

Радиус исследования потенциал-микрозондом существенно боль­ше радиуса исследования градиент-микрозондом. Более полная информация получается в том случае, если исследования в скважине проводятся одновременно двумя микрозондами. Сов­ременная аппаратура на многожильном кабе­ле позволяет выполнить это условие (рис. 25).

По данным микрозондов хорошо выделя­ются породы-коллекторы, имеющие на своей поверхности глинистую корку. Однако глини­стая корка одновременно с этим отрицатель­но сказывается на результатах количествен­ных определений удельного сопротивления полностью промытой части коллектора. Для преодоления этой трудности применяют фоку­сированный микрозонд или, как его называ­ют, зонд бокового микрокаротажа.

Электроды этого зонда также смонтирова­ны на прижимном измерительном башмаке микрозонда и представлены центральным то­ковым А₀ и кольцевым или рамочными экран­ными А_э и управляющими М, N электродами (рис. 26). По принципу работы эти зонды очень похожи на семиэлектродный и трехэлектродный зонды в методе экраниро­ванного заземления (бокового каротажа). В отечественных приборах чаще используется принцип двухэлектродного зонда (рис. 26, б).

Рис. 25. Принципиальные схемы измерения кажущегося сопротивления по­род микрозондами.

Измерение: а - градиент-микрозондом; б - потенциал-микрозондом; в - одновремен­ная регистрация градиент-микрозонда и потенциал-микрозонда; г - то же, с компенса­цией индукционных наводок в линии потенциал-микрозонда; ФЧВ - фазочувствительный выпрямитель; Г - генератор тока; R - реостат; mА - миллиамперметр; РП - регистрирующий прибор; Б — батарея.

Фокусированный пучок тока, вытекающий из центрального электрода А₀ зонда бокового микрокаротажа, пересекает глини­стую корку по кратчайшему пути и тем самым уменьшает ее влияние. Удельное электрическое сопротивление промытой фильтратом раствора зоны коллектора удается измерить точнее.