Индукционный каротаж. Физические основы метода, особенности применения, решаемые задачи

Изучение разрезов скважин индукционным методом основано на различии в электропроводности горных пород. Схема индукционного метода включает скважинный снаряд (зонд) и регистрирующий прибор. Зонд - система излучающих и приемных катушек, обладающих большой индуктивностью, генератор переменного электрического тока и выпрямитель. Система катушек, помимо излучения и измерения электромагнитного поля, 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 схему зонда с двумя главными индукционными катушками: излучающей и приемной (рисунок: 1 – зонд, 2 – излучающая катушка, 3 – приёмная катушка, 4 – генератор, 5 – усилитель и выпрямитель, 7 – регистрирующий прибор). Расстояние между центрами излучающей и приемной катушек называют размером зонда Lи; точка записи кривой — середина этого расстояния.

При пропускании через излучающую катушку переменного тока с частотой 20—50кГц (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. 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 при относительно небольших частотах ЭМ-поля влиянием электрических полей вихревых токов друг на друга (скин-эффект) можно пренебречь. И с достаточной точностью принять, что ЭДС активной составляющей, генерируемой вторичным полем Е, прямо пропорциональна электропроводности окружающей среды, а для однородного пространства можно записать: E = K_И·σ, где K_И — коэффициент индукционного зонда, зависящий от числа витков и диаметра генераторной и приемной катушек зонда, силы и частоты тока. Определим удельную электрическую электропроводность однородной среды: σ = E / K_И.

В неоднородной среде, если скважина перпендикулярна к плоскости пластов, вихревые токи не взаимодействуют между собой и не пересекают границы между отдельными участками среды (скважина, зона проникновения, пласт, вмещающие породы). Это значит, что (пренебрегая скин-эффектом) все среды включены в цепь кольцевых токов параллельно и наведенная в приемной катушке ЭДС - сумма сигналов, пришедших отдельно от каждого участка среды. Вводят понятие кажущейся (или эффективной) удельной электропроводности среды: σК = E’/K_И = σ_РB_Р + σ_ЗПB_ЗП + σ_ПB_П + σ_ВМB_ВМ, где σ - удельные электропроводности соответственно раствора, зоны проникновения, пласта и вмещающих пород; B - геометрические факторы тех же участков среды — числа, показывающие долю сигнала данной среды в общем сигнале (ΣB_i = 1).

Шкала диаграммы кажущейся электропроводности в индукционном методе линейная, диаграммы кажущегося сопротивления — гиперболическая, не имеющая нулевой линии. Рисунок - расчленения разреза индукционным методом: 1 - высокое сопротивление, 2 – среднее, 3 – низкое.

Кривые σ_к или ρ_к в одиночных пластах симметричные; границы пластов при мощности более 4м на кривых фокусированных зондов определяются по середине аномалии, где ее ширина равна мощности пласта. В пластах меньшей мощности определенная по этому правилу мощность оказывается меньше фактической — фиктивная мощность пласта. Достоверное выделение пластов малой мощности возможно лишь в случае, когда изучаемые пласты представлены породами более низкого сопротивления по сравнению с вмещающими породами, а их мощность превышает 1 —1,5 м.

На показания метода влияют скважина, вмещающие породы, зона проникновения фильтрата бурового раствора, сопротивление неизмененной части пласта, а также в определенной мере скин-эффект. Чтобы правильно определить сопротивление неизмененной части пласта, необходимо ввести соответствующие поправки в величину кажущейся электропроводности. Этой цели служат специальные палетки. Поправка на влияние скважины несущественна при использовании в качестве промывочной жидкости непроводящих растворов (РНО) или пресных глинистых растворов. Однако эта поправка становится существенной при удельном сопротивлении глинистого раствора ρ_Р < l Омм и ρ_П / ρ_Р > 20, d_С > 0,3 м. Влияние скин-эффекта на σ_К при работе с обычными низкочастотными индукционными зондами становится заметной в случае, если ρ_К < 2 Омм.

При исследованиях с шестикатушечным фокусированным зондом влиянием вмещающих пород можно пренебречь при определении σ_К в пластах с h > 2 м. Наличие повышающего проникновения фильтрата бурового раствора при глубине проникновения D < 4 d_С 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.

Индукционный метод применяется для исследования разрезов, сложенных породами низкого (до 50 Омм) удельного сопротивления. Может быть использован в скважинах, заполненных непроводящей электрический ток жидкостью. Эффективность использования индукционного метода снижается при исследовании скважин, заполненных соленым раствором (ρ_Р < 1 Омм), 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.

Решаемые задачи: выделение водо и нефтенасыщ интервалов, контроль положения ВНК и ГНК, выделение зоны проникновения; опред-е пористости; литолого-фац анализ.

На диаграммах инд.метода нет нулевой точки. Все ост – малые значения