Строгое решение этой задачи может быть получено методом зеркальных отображений Томпсона или непосредственным интегрированием дифференциального уравнения Лапласа. Мы же построим кривые КС приближенным методом на основе соотношения (5.12), воспользовавшись только некоторыми из результатов строгого решения.
Начнем построение для обращенного градиент-зонда ОА (рис. 5.7, а), двигая зонд снизу вверх, как это делается на практике.
В позиции 1, когда зонд находится далеко от контакта, влиянием последнего можно пренебречь, j = jo, ρк=ρ1- По мере приближения зонда к контакту вышележащая высокоомная среда начинает отталкивать токовые линии, плотность тока ниже электрода А возрастает, а выше -уменьшается, в позиции 2, когда точка О установится на контакт, Рк = Ркmin. Как только точка О переходит во вторую среду (позиция 3), сопротивление рш скачкообразно возрастает от рх до р2, что приводит и к скачку в значении рк.
Строгое теоретическое решение показывает, что все время, пока приемные и питающие электроды разделены контактом, т.е. на протяжении отрезка диаграммы, равного длине зонда, КС остается постоянным, равным
(5.13)
Когда электрод А войдет в среду р2 (позиция 4) и будет находиться вблизи контакта, нижележащая низкоомная среда будет втягивать значительную часть тока, и в области приемных электродов плотность тока j < j0 и рк < р2. Но, по мере удаления от контакта, влияние нижележащей среды уменьшается, и рк -> рг.
Таким образом, обращенный градиент-зонд "отбивает" подошву пласта высокого сопротивления точкой min КС.
Для последовательного градиент-зонда (рис. 5.7, б), по мере его приближения к контакту (позиция 2), вышележащая высокоомная среда начинает отталкивать токовые линии, увеличивая плотность тока ниже питающего электрода А, там, где находятся приемные электроды, j > j0 и рк превышает р, до тех пор, пока электрод А не встанет на контакт (позиция 3), точка записи при этом находится на длину зонда L ниже контакта. Так же, как и в предыдущем случае (рис. 5.7, а), пока питающий и приемные электроды разделены контактом, КС остается постоянным, равным р*к. Когда точка О переходит в верхнюю среду (позиция 4), ρmn претерпевает скачок, увеличиваясь от р1 до р2, а плотность тока остается j>jo из-за влияния нижней, низкоомной среды. Поэтому на контакте получается рmaxk > р2. По мере удаления от контакта его влияние уменьшается, j -> j0, а рк -> р2. Таким образом, подошва мощного пласта высокого сопротивления отмечается последовательным градиент-зондом точкой рmaxk.
Для идеального потенциал-зонда AM (электрод N настолько удален от М, что его влияние можно не учитывать) при приближении к контакту (позиция 2) КС растет из-за того, что верхняя высокоомная среда отталкивает токовые линии и увеличивает плотность тока в области точки М до тех пор, пока точка А не встанет на контакт. При пересечении контакта электродом А (позиция 3) - точка записи при этом на AM/2 ниже контакта - рк = р*к и остается постоянным, пока электрод М также не пересечет контакт. По мере удаления от контакта (позиция 4) в зонд MN включается все больший участок среды с сопротивлением р2 и Рmn → Р2 > кроме того, jmn → j0 и, когда удаленный электрод N пересекает контакт, становится pMN = р2 и рк = р2. Можно показать посредством аналогичных рассуждений, что для перевернутого потенциал-зонда МА кривая КС будет выглядеть точно так же, как и в случае 5.7, в, т.е. кривые КС для обращенного и последовательного потенциал-зондов не различаются. По этой причине нет смысла дифференцировать потенциал-зонды по местоположению парных электродов.
Контрольные вопросы
1. Почему электрическое сопротивление пласта-коллектора изменяется в радиальном направлении по мере удаления от оси скважины?
2. Почему УЭС нефтенасыщенного пласта больше, чем УЭС водонасыщенного?
3. Выведите формулу КС.
4. Какой зонд называется градиент-зондом и какой потенциал-зондом?
5. Дайте полную характеристику зонда по его символу А 0,5М 4,0А.
6. Из формулы коэффициента градиент-зонда получите формулу коэффициента потенциал-зонда, устремив электрод N или В в бесконечность.
7. Поясните назначение всех элементов в схеме регистрации диаграмм КС на рис. 5.6.
8. Выведите формулу, связывающую КС с плотностью тока.
9. Чему равно КС на площадках равного сопротивления?
10. Подсчитайте, чему равно р*к при р2 = ∞.
Лекция 6
Интерпретация диаграмм КС
Интерпретация диаграмм КС заключается в определении положения контактов пластов различного электрического сопротивления и в определении их истинного сопротивления.
Правила интерпретации зависят от типа зонда КС и соотношения между мощностью пласта и длиной зонда.
Мощные пласты высокого сопротивления. В методе КС пласт считается мощным, если при формировании кривой КС на одной его границе можно пренебречь влиянием другой границы. На практике пласт считается мощным, если h>5L.
Рассмотрим теоретическую форму кривой КС для обращенного градиент-зонда и для идеализированного случая, когда отсутствует влияние буровой скважины, т.е. тогда, когда условно можно полагать, что диаметр скважины d = 0 (рис. 6.1, а).
Поскольку при формировании кривой КС на нижней границе мощного пласта влиянием верхней границы можно пренебречь, то для отрисовки нижней половины кривой КС можно воспользоваться теми нашими рассуждениями, при помощи которых был построен рис. 5.7, а.
При дальнейшем подъеме зонда и приближении точки О к верхнему контакту (позиция 1) плотность тока в области приемных электродов начинает расти из-за втягивающего действия низкоомной перекрывающей среды, j > j0 и рк → рmaxk > р2. После перехода точки О в перекрывающую среду (позиция 2) рш скачком падает до уровня рх и, поскольку приемные и питающие электроды разделены контактом, КС остается постоянным рк = р*к до тех пор, пока точка А также не пересечет контакт. В позиции 3 (электрод А над контактом) плотность тока остается j > j0, а рк > p1, но по мере удаления от контакта j → j0, a рк → p1
Наличие бурового раствора в скважине приводит к сглаживанию реальных кривых КС, площадки равного сопротивления (р*к) на них, как правило, исчезают. Однако остаются точка рmaxk на кровле пласта и точка рmink - на его подошве. Бывает также хорошо заметна точка f - резкого возрастания кривой КС, расположенная на расстоянии L выше подошвы пласта (рис. 6.1, б).
Таким образом, на диаграммах обращенного градиент-зонда кровля мощного пласта ВС "отбивается" точкой максимума КС, а подошва -точкой минимума.
Обращенный градиент-зонд называется еще и "кровельным" зондом, т.к. наиболее уверенно (по точке max) "отбивает" кровлю пласта ВС.
На основании аналогичных рассуждений на рис. 6.2 построены диаграммы КС над мощным пластом высокого сопротивления для последовательного градиент-зонда. Этот зонд отчетливее всего по точке экранного максимума "отбивает" подошву пласта, благодаря чему он и получил название "подошвенного" зонда.
Величину истинного сопротивления высокоомного пласта можно считать примерно равной средневзвешенному рcpk по мощности кажущемуся сопротивлению в пределах между контактами пласта. Величина рcpk определяется графически так, как это показано на рис. 7.6.
Рассмотрим кривую КС над мощным пластом ВС для потенциал-зонда AM (рис. 6.3 а, б). Так же, как и в предыдущем случае, нарисуем нижнюю часть кривой, перенеся ее с рис. 5.7. При дальнейшем подъеме зонда и приближении электрода А к верхнему контакту (позиция 1) плотность тока начинает падать j < j 0 из-за втягивания тока перекрывающей низкоомной средой, и рк уменьшается (рк < р2) до тех пор, пока электрод А не встанет на верхний контакт (точка записи при этом на L/2 ниже верхнего контакта). В позиции 2 (между точками А и М находится контакт) выполняется условие рк = р*к до тех пор, пока электрод М не пересечет верхний контакт.
В позиции 3 в интервал между электродами М и N начинает включаться все больший участок перекрывающей среды с низким сопротивлением р1 и рк —> р1.
При наличии бурового раствора в скважине площадки равного сопротивления исчезают, но, как правило, заметны точки резкого возрастания кривой КС, отложив от которых АM/2 в стороны от максимума КС, можно найти положение контактов пласта.
Можно воспользоваться также правилом "удвоенного сопротивления вмещающих пород".
Если положить, что пласт имеет сопротивление p2 → ∞, то на площадках равного сопротивления, против середины которых располагаются контакты пласта,
Это означает, что КС на границах пласта не может быть больше удвоенного сопротивления вмещающих пород, поэтому положение границы пласта определяют по точкам пересечения диаграммы КС с горизонтальными линиями, соответствующими сопротивлению вмещающих пород, значение которого находят, осредняя кривую КС выше и ниже аномалии от пласта.
Величину истинного сопротивления пласта ВС большой мощности на диаграмме потенциал-зонда можно считать приблизительно равной рmaxk.
Поскольку КС на площадках мало (не более чем вдвое превышает сопротивление вмещающих пород), то при сравнении ширины отчетливой части аномалий и мощности пласта можно заметить, что для пластов ВС большой мощности ширина аномалии меньше мощности пласта на размер зонда.
Тонкие пласты высокого сопротивления. В методе КС пласты считаются тонкими, если их мощность меньше длины зонда (h<l). Над ними конфигурация кривых иная, чем над пластами большой мощности. На рис. 6.4 представлена кривая КС, полученная над тонким пластом с помощью обращенного градиент-зонда. Когда зонд располагается ниже пласта (позиции 1 и 2), формирование кривой КС происходит так же, как и для мощного пласта. Когда точка записи входит в пласт (позиция 3), вместо площадки равных сопротивлений получается наклонная площадка с возрастанием к кровле пласта из-за того, что перекрывающая пласт низкоомная среда втягивает в себя ток и, тем самым, увеличивает плотность тока в области приемных электродов. Когда точка записи выходит из пласта в перекрывающую среду (позиция 4), между питающим и приемными электродами оказывается высокоомный пласт, который экранирует приемные электроды от источника тока, плотность тока падает, и на кривой КС формируется зона экранного минимума, которая будет продолжаться до тех пор, пока электрод А не пересечет нижний контакт пласта (позиция 5). После этого, по мере удаления электрода А от подошвы пласта, все большая часть тока будет втягиваться верхней средой и, когда электрод А пересекает кровлю пласта, на кривой КС формируется экранный максимум, расстояние которого от кровли пласта равно длине зонда.
При наличии влияния скважины на кривой КС не всегда сохраняется экранный минимум на подошве пласта, но, как правило, бывают хорошо выражены точки основного и экранного (точка а) максимумов и точка экранного (точка в) минимума между ними. Положение контактов пласта находят, откладывая от точек а и в размер зонда в сторону основного максимума, как это показано на рис. 6.4, б.
Величину сопротивления пласта, согласно С.Г. Комарову, можно оценить по приближенной формуле 
. Значения всех величин, входящих в это выражение, снимаются с кривой КС (см. рис. 6.4, б).
На рис. 6.5 представлена кривая КС, записанная над тонким пластом с помощью потенциал-зонда. При приближении зонда к подошве пласта (позиция 2) плотность тока над электродом А уменьшается и увеличивается под ним, в области приемного электрода М. Соответственно увеличивается КС и достигает максимума, когда электрод А достигает подошвы пласта (точка записи при этом находится на половину длины зонда ниже). После пересечения электродом А подошвы пласта (позиция 3) вместо площадки равных сопротивлений получается наклонная площадка с уменьшением КС из-за того, что все возрастающую (по мере подъема зонда) часть тока втягивает низкоомная перекрывающая среда. При пересечении электродом А кровли пласта между ним и приемными электродами оказывается высокоомный экран - пласт, и на кривой КС формируется зона экранного минимума, продолжающаяся до тех пор, пока электрод М не пересечет подошву пласта (позиция 4). После этого в значение р mn включаются все возрастающие участки мощности пласта с высоким сопротивлением р2 (электрод N находится намного ниже электрода М и на рисунке не показан). Вклад среды с сопротивлением р2 в значение р mnдостигнет максимума тогда, когда электрод М дойдет до кровли пласта (вся мощность пласта войдет в отрезок MN), при этом на кривой КС сформируется еще один максимум, отстоящий от верхней границы пласта на половину длины зонда. При пересечении кровли пласта электродом М (позиция 5) р mnуже не меняется, влияние высокоомного пласта на плотность тока постепенно сходит на нет, и КС приближается к значению р]. Таким образом, на кривой КС для потенциал-зонда над тонким пластом высокого сопротивления вместо ожидаемого увеличения сопротивления формируется зона экранного минимума, т.е. кривая КС кажущегося сопротивления совершенно не соответствует распределению истинных сопротивлений среды.
Влияние скважины на кривую КС проявляется в том, что исчезает площадка равных сопротивлений в зоне экранного минимума, но обязательно сохраняются обрамляющие ее экранные максимумы. Контакты пласта можно "отбить", отложив от экранных максимумов половину длины зонда в сторону экранного минимума, как показано на рис. 6.5, б. Оценить величину истинного сопротивления пласта по кривой КС в этом случае невозможно.
Потенциал-зонды не рекомендуются для каротажа тонких пластов.
Мощные пласты низкого сопротивления. Кривые КС над пластами низкого сопротивления (НС) могут быть построены по тем же правилам, что и над пластами высокого сопротивления (ВС), нужно только помнить, что кровля пласта высокого сопротивления - это подошва пласта низкого сопротивления и наоборот. Следует иметь в виду и еще один момент: поскольку на площадках равного сопротивления р*к не может быть больше, чем удвоенное значение меньшего из сопротивлений двух контактирующих сред, то ширина аномалии над пластами НС бывает больше мощности пласта на длину зонда. Особенно ярко проявляется это, когда пласт имеет нулевое сопротивление, что соответствует участкам металлических труб, упущенных в скважине при бурении, или хорошо проводящим рудным интервалам. В этом случае
площадки равных сопротивлений получаются на нулевом уровне, и протяженность зоны нулевых сопротивлений на диаграмме КС получается больше мощности идеального проводника на длину зонда, что следует учитывать при интерпретации (рис. 6.6).
Пласты средней мощности. В методе КС пласты считаются имеющими среднюю мощность при соотношении L<h<5 L. Теоретические кривые КС над пластами средней мощности отличаются тем, что вместо площадок равных сопротивлений, характерных для мощных пластов, на них получаются наклонные площадки из-за того, что при положении зонда у одной границы пласта на формирование кривой влияет и другая граница (рис. 6.7).
Интерпретируются эти кривые по тем же правилам, что и для мощных пластов.
Пласты сложного строения. Наиболее простым случаем пласта сложного строения является пачка пропластов низкого и высокого сопротивления одинаковой мощности. Наилучшие результаты получаются при использовании градиент-зондов, длина которых больше мощности отдельного пропластка h, но меньше мощности всей пачки Н - рис. 6.8. Очень нечеткие результаты дают потенциал-зонды.
Контрольные вопросы
1. Какие пласты считаются мощными в методе КС?
2. Пользуясь формулой 5.12, объясните поведение КС на рис. 6.2.
3. Почему на мощных пластах высокого сопротивления ширина аномалии КС меньше, чем мощность пласта?
4. Почему на мощных пластах низкого сопротивления аномалии КС шире, чем мощность пласта?
5. Почему потенциал-зонды не рекомендуются для каротажа тонких пластов высокого сопротивления?
6. Нарисуйте, какие аномалии КС получаются над нижним концом обсадной трубы на диаграммах, записанных с различными зондами.
Лекция 7
Метод резистивиметрии
Резистивиметрия - это измерение сопротивления жидкости, заполняющей скважину, чаще всего - бурового раствора (р0 ).
Измерения производятся с помощью резистивиметра - такого зонда, расстояния между электродами которого настолько малы, что ток замыкается внутри бурового раствора, и стенки скважины не влияют на результаты измерений. Конфигурации электродов резистивиметра могут иметь самую различную форму. Несколько конструкций наиболее распространенных скважинных резистивиметров представлено на рис. 7.1.
РА-З РТ-65 Ровенского РСЭ-57Т
Рис. 7.1. Форма и размещение электродов в скважинных резистивиметрах различных конструкций
Существуют также индукционные резистивиметры, представляющие собой 2 катушки индуктивности - генераторную и приемную, связь между которыми осуществляется через буровой раствор.
Электрическая схема измерений с резистивиметром полностью аналогична схеме метода КС. Единственное отличие, связанное с малым расстоянием между электродами, заключается в использовании при резистивиметрии малых токов (порядка нескольких мА). Для уменьшения силы тока в питающую цепь резистивиметра вводят большое дополнительное сопротивление.
Сопротивление бурового раствора вычисляют по известной формуле:
где К— коэффициент резистивиметра, м.
В отличие от зондов, коэффициент резистивиметра не рассчитывают, а определяют экспериментально, проводя измерения в растворах с известным сопротивлением.
Результаты резистивиметрии используют при количественной интерпретации данных других методов каротажа - электрического и радиоактивного (НТК, ННК). Кроме того, они имеют и самостоятельное значение: по ним можно фиксировать момент вскрытия скважиной водоносных пластов, определять положение мест притока и поглощения жидкости в скважинах, проводить поиски сульфидных месторождений и пр.
Метод боковых каротажных зондирований
Боковые каротажные зондирования (БКЗ) - это основной метод определения УЭС горных пород в условиях буровых скважин. Большой вклад в теорию и практику БКЗ внесли отечественные геофизики -В.А. Фок, Л.М Альпин, С.Г. Комаров, RM. Дахнов.
Сущность метода БКЗ заключается в измерении кажущегося сопротивления горных пород зондами одного типа, но разной длины.
Аналогияметодов БКЗи ВЭЗ
Метод БКЗ аналогичен методу ВЭЗ в электроразведке.
В ВЭЗ изучают изменение рк с увеличением разносов питающей установки, т.е. с увеличением глубины проникновения электрического тока.
В БКЗ также изучают изменение рк с увеличением глубины проникновения тока - по мере увеличения длины зонда. При малых зондах L < d ток замыкается в малом объеме, внутри скважины, и получаемое рк определяется, в основном, сопротивлением бурового раствора р0. С увеличением длины зонда ток проникает все дальше от оси скважины, захватывая сначала зону проникновения бурового раствора с сопротивлением р', а затем и неизмененную часть пласта с сопротивлением р. Соответственно, меняются и получаемые значения рк. Результат БКЗ представляет собой кривую зависимости рк = f(L), построенную в билогарифмическом масштабе.
Такие же кривые рк = f(AB/2) строят и в ВЭЗ.
Однако аналогия между методами БКЗ и ВЭЗ не полная, между ними имеются и отличия. Во-первых, метод ВЭЗ предназначен для горизонтально слоистых сред; границы слоев, имеющих разное электрическое сопротивление - параллельные плоскости; в БКЗ границы слоев с разным сопротивлением цилиндрические, коаксиальные (соосные), как показано на рис. 7.2, б. Во-вторых, число слоев в ВЭЗ не ограничено, а в БКЗ их количество не может быть более 3: скважина, зона проникновения бурового раствора, пласт. В-третьих, при ВЭЗ возможны самые разные соотношения между сопротивлениями слоев. Так, для трехслойного разреза возможны 4 вида сочетаний сопротивления этих слоев, соответственно которым получают 4 типа трехслойных кривых ВЭЗ (Н, К, А и Q). В БКЗ сопротивление зоны проникновения р' не может быть меньше, чем сопротивление бурового раствора р0. Это объясняется тем, что зоны проникновения возникают только на пластах-коллекторах -песчаниках, алевролитах, пористых известняках. Сопротивление минерального скелета этих пород всегда больше, чем сопротивление бурового раствора. По этой причине и сопротивление всей зоны проникновения, представляющей минеральный скелет, поры в котором заполнены фильтратом бурового раствора, всегда больше, чем сопротивление самого раствора: р'> р0. Обратного соотношения не бывает.
Методика БКЗ
Для проведения БКЗ используют набор из 4-6 зондов одного типа, например, обращенных или последовательных градиент-зондов длина которых возрастает от 1«</ до 1«Э0<*. Каждый последующий зонд примерно вдвое длиннее предыдущего. Кроме того, в комплект зондов БКЗ включают еще 1 зонд, "перевернутый" по отношению к остальным (т.е. последовательный, если остальные обращенные, и наоборот), 1 потенциал-зонд и резистивиметр. Записывают также диаграмму ПС и кавернограмму
Сдиаметр скважины).
Для повышения производительности измерений применяют так называемые комплексные приборы электрического каротажа, состоящие из многоэлектродного зонда с резистивиметром и электронного блока. Такой прибор позволяет за 1 спуско-подъемную операцию записать 3 диаграммы КС с разными зондами и ПС. Передача 3 сигналов КС по одной f той же линии связи достигается за счет применения частотной модуляции на разных несущих Частотах (7,8; 14,0; 25,7 кГц); сигнал ПС передается постоянным током.
При построении кривых БКЗ используют средние значения рк, которые считывают с диаграмм КС, как это показано на рис. 7.7.
Типы кривых БКЗ
Полученные кривые БКЗ pср к=f(L) бывают двуслойные и
ВперТые задача о зависимости КС от длины зонда была решена советскими геофизиками: для двуслойной среды В.А. Фоком, а для трехслойной, несколько позднее, Л.М. Альпинымю
Двуслойные кривые БКЗ получаются на породах, не обладающих проницаемостью, например, на глинах, плотных известняках или магматических породах. Двуслойные кривые БКЗ бывают 2-х типов. Первый тип соответствует случаю, когда сопротивление горных пород выше чем сопротивление бурового раствора (р>ро)- Теоретические кривые этого типа собраны на палетке БКЗ-la (рис. 7.3). Эти кривые имеют 2 асимптоты: левую, на которую кривые выходят при р=∞, она общая для всех кривых, и правую рк = рпл, индивидуальную для каждой кривой. Кривые БКЗ достигают своей правой асимптоты при L=∞, подходя к ней сверху. Точки пересечения теоретических кривых БКЗ с их правыми асимптотами на палетке соединены жирной пунктирной линией (линия А). Левая асимптота отсекает на горизонтальной оси отрезок, равный ½ lg8, и направлена под углом 63°26' к горизонтали.
Двуслойные кривые второго типа получаются тогда, когда сопротивление горных пород ниже, чем сопротивление бурового раствора (р<р0), теоретические кривые этого типа собраны на палетке БКЗ-16 (рис. 7.4).
Трехслойные кривые БКЗ получаются на пористых и проницаемых породах, на которых между буровым раствором и самой породой образуется промежуточный слой - зона проникновения бурового раствора с сопротивлением р'. Глинистую корочку, образующуюся на этих породах, можно не рассматривать как отдельный слой потому, что, во-первых, ее сопротивление близко к сопротивлению бурового раствора, а во-вторых, ее толщина очень невелика - 1-2 см.
Трехслойные кривые БКЗ также бывают двух типов - приподнятыми и выположенными - в зависимости от соотношения между сопротивлением зоны проникновения и неизмененного пласта.
В случае если сопротивление бурового раствора выше, чем сопротивление пластовых вод (р0 > рв), а это наиболее частый случай при разведке нефтяных и газовых месторождений, т.к. пластовые воды на них обычно сильно минерализованы из-за своей повышенной температуры, имеет место так называемое "повышающее" проникновение бурового раствора: р0 < р'> р. Такие трехслойные кривые называются "приподнятыми" - у них средняя часть приподнята по сравнению с левой и правой ветвью (рис. 7.5).
В случае если сопротивление бурового раствора меньше, чем сопротивление пластовых вод (ро<рв), имеет место "понижающее" проникновение бурового раствора: р0 < р' < р, т.к. сопротивление в зоне проникновения становится ниже, чем было до вытеснения пластового флюида фильтратом бурового раствора. Такие кривые БКЗ называются "выположенными". Конфигурация такой кривой в сравнении с двуслойной кривой БКЗ представлена на рис. 7.5.
На основании теоретических расчетов Л.М. Альпиным составлен альбом трехслойных кривых БКЗ. Каждый лист альбома имеет шифр в виде дроби, числитель которой означает отношение диаметра зоны проникновения к диаметру скважины D/d, а знаменатель - отношение сопротивления зоны проникновения к сопротивлению бурового раствора p1 /p0. На одном листе находятся и приподнятые, выположенные кривые. Каждая кривая имеет модуль, равный отношению µ=ρ/ρ0. Для примера на рис. 7.6 приведен лист палетки Альпина БКЗ 4/10. Все палетки БКЗ построены в билогарифмическом масштабе; по оси ординат откладывается отношение ρk/ρ0, по оси абсцисс – отношение L/d
Интерпретация кривых БКЗ
Интерпретация БКЗ основана на сопоставлении практических и теоретических кривых. Построение тех и других в билогарифмическом масштабе обеспечивает возможность их совмещения, для чего практическую кривую строят на кальке. После совмещения прочитывают модуль fj соответствующей теоретической кривой µ=ρ/ρ0 , при этом положение "креста" палетки, т.е. точки с координатами ρk/ρ0=1, L/d=1 на бланке кривой определяет параметры первого слоя, т.е. р0 и d для двуслойного разреза. Сопротивление пласта вычисляют по найденному модулю р; p = /j-p0.
Двуслойные палетки БКЗ можно использовать идля интерпретации трехслойных кривых. В этом случае применяют так называемый "принцип эквивалентности" - два первых слоя: скважину изону проникновения заменяют одним фиктивным слоем, имеющим параметры рф и dф, а с палеточной совмещают правую часть практической кривой, формирующуюся, в основном, под влиянием третьего слоя -неизмененного пласта. Крест палетки при этом на бланке кривой определяет параметры первого, фиктивного слоя.
Для перехода от параметров скважины и зоны проникновения к параметрам фиктивного слоя рассчитана дополнительная палетка ЭК-1. Эта палетка для удобства использования вынесена на один лист с палетками БКЗ-1а и БКЗ-26. Такие палетки называются сводными и имеют обозначение БКЗ-1с и БКЗ-2с.
Подробно приемы интерпретации как трехслойных, так и двуслойных кривых рассматриваются на практических занятиях.
Кривые зондирования
Методика интерпретации БКЗ разработана для пластов бесконечной мощности, т.е. для случая, когда отсутствуют границы, перпендикулярные оси скважины.
В реальных условиях мощность пластов всегда конечна, у каждого пласта есть подстилающие и перекрывающие породы, которые обязательно оказывают влияние на формирование кривых КС единичных зондов и, следовательно, кривой БКЗ в целом.
Это влияние проявляется наиболее сильно, когда длина зонда становится соизмеримой с мощностью пласта. Кривые ρK=f(L), полученные для пластов ограниченной мощности, отличаются по своему внешнему виду от кривых БКЗ и называются кривыми зондирования - КЗ. Наибольшие расхождения между кривыми БКЗ и КЗ наблюдаются в области h<L<2h. Здесь на кривых КЗ формируется минимум из-за растекания тока во вмещающие пласт породы (рис. 3.3). Интерпретировать кривые зондирования по палеткам БКЗ нельзя, но разработаны приемы и рассчитаны специальные палетки, позволяющие перестроить КЗ в кривые БКЗ, чтобы проинтерпретировать их по обычной методике.
На этих палетках нанесены линии точек отхода кривой СКЗ (кривой зондирования, построенной по средним значениям КС) от теоретической кривой БКЗ и линии точек пересечения кривой МКЗ (кривой зондирования, построенной по максимальным значениям КС) с той же теоретической кривой БКЗ. Отсчет средних и максимальных значений рк по кривой КС показан на рис. 7.7. При наложении кривых зондирования на палетку ТП-1 крест палетки совмещают с точкой учета мощности ТУМ, имеющей координаты L = h и рк = рвм. Теоретическая кривая от начала до точки отхода ТО идет по кривой СКЗ, от ТО и до точки пересечения ТП - между кривыми СКЗ и МКЗ и после точки ТП уходит выше кривой МКЗ, как это показано на рис. 7.8.
Стандартные зонды КС
Недостаток метода БКЗ - большая трудоемкость (3-4 спуска комплексного скважинного прибора), продолжительная обработка и интерпретация. По этой причине БКЗ, как правило, выполняют только в продуктивной части разреза нефтяных скважин, где по УЭС оценивают пористость и нефтенасыщенность коллекторов. Всю остальную часть разреза каротируют одним стандартным зондом КС.
В качестве стандартного зонда выбирают такой зонд из набора зондов БКЗ, который дает рсрк, близкое к истинному сопротивлению пласта, и хорошо "отбивает" контакты наиболее интересных пластов.
Для выбора стандартного зонда проводят и обрабатывают результаты БКЗ по всему стволу одной или двух скважин на месторождении.
Так, например, для нефтяных месторождений Западной Сибири в качестве стандартного принят зонд В0,5А2,0М; для карбонатных отложений Волго-Уральской нефтяной провинции — М4,0А0,5В; для медно-колчеданных месторождений Урала - метровые и полуметровые градиент-зонды.
Применение стандартных зондов упрощает сопоставление диаграмм КС, записанных в разных скважинах.
Контрольные вопросы
1. Что является объектом изучения в методе резистивиметрии?
2. Как определяют коэффициент скважинного резистивиметра?
3. В чем заключается сущность метода БКЗ?
4. Назовите 3 основных различия между БКЗ и ВЭЗ.
5. Сколько существует типов кривых БКЗ на двуслойном и трехслойном разрезе?
6. В каких случаях наблюдается повышающее и в каких понижающее проникновение бурового раствора в пласты-коллекторы?
7. Какие асимптоты имеют двуслойные кривые БКЗ?
8. Что означает шифр листов трехслойных палеток БКЗ Альпина? Например, БКЗ - 8/20?
9. Можно ли интерпретировать трехслойные кривые БКЗ по двуслойным палеткам?
10. Чем отличаются кривые зондирования от кривых БКЗ?
11. Каким требованиям должен удовлетворять стандартный зонд КС?
Лекция 8
Метод микрозондов (микрокаротаж)
Этот метод предназначен для выделения коллекторов в разрезах скважин, изучения их строения и определения сопротивления зоны проникновения бурового раствора р'. За границей этот метод известен под фирменными названиями Microlog и Minilog.
Сущность метода заключается в измерении КС двумя зондами с очень малыми расстояниями между электродами, которые установлены на "башмаке" из нефтестойкой резины, прижимаемом к стенке скважины. Расстояние между центрами электродов - 2,5 см. Из трех электродов на "башмаке" собирают 2 микрозонда: микроградиент-зонд AMN и микропотенциал-зонд AM, диаграммы которых регистрируют одновременно. Существуют микрозонды на трехжильном и одножильном кабеле. В последнем информация о двух измеряемых параметрах р мгзк и р мпзк передается по одной и той же линии связи: центральной жиле кабеля (ЦЖК) и оплетке кабеля (ОК) за счет частотной модуляции двух разных несущих частот - 7,8 и 14,0 кГц. Коэффициенты зондов определяют экспериментально при измерениях в жидкости с известным сопротивлением.
Конструкция микрозонда показана на рис. 8.1, а, а упрощенная схема измерений с ним - на рис. 8.1,6.
Как известно, потенциал- и градиент-зонды обладают различной дальностью исследования: у потенциал-зонда она в 2-5 раза больше, чем у градиент-зонда такой же длины. По этой причине на пластах-коллекторах показания микроградиент-зонда близки к сопротивлению глинистой корочки р мпзк —> ргк, а показания микропотенциал-зонда определяются, в основном, сопротивлением полностью промытых пород (рпп) или Р'. Поскольку ргк < р', на пластах-коллекторах отмечается положительное приращение:
(8.1)
На глинах зоны проникновения бурового раствора нет, поэтому оба зонда измеряют одно и то же - сопротивление глин, следовательно,
(8.1)
На карбонатных, плотных породах также нет зоны проникновения, и оба зонда, казалось бы, должны давать одинаковые (но более высокие, чем на глинах и песчаниках) показания. Однако из-за большой разницы в УЭС карбонатных пород и бурового раствора малейшие трещинки на стенках скважины, оказавшиеся между электродами, сильно снижают КС между ними. По этой причине обе кривые получаются сильно изрезанными с незакономерными взаимными пересечениями. Примерный вид диаграмм микрозондов на схематизированном геологическом разрезе, включающем в себя глины, песчаники и известняки, показан на рис. 8.2.
Таким образом, диаграммы микрозондов хорошо дифференцируют песчано-глинистый разрез и выделяют в нем пласты-коллекторы, а в них -все, даже очень маломощные непроницаемые пропластки. Границы пластов и пропластков определяются так же, как в методе КС для соответствующих зондов и пластов большой мощности.
Следует отметить, что в коллекторах с высокоминерализованными водами при отсутствии проникновения, а также напротив непроницаемых пластов высокого сопротивления, могут наблюдаться отрицательные приращения ∆ рк <0, которые объясняются утечкой тока между стенкой скважины и башмаком микрозонда.
При наличии на Пластах-коллекторах глинистой корки большой толщины (hrK > 1,5 см) микропотенциал- и микроградиент-зонд дают близкие показания. В таких случаях приходится прибегать к использованию других методов, например, БКЗ или МБК.
Результаты измерений с микрозондами позволяют определить величину сопротивления полностью промытых пород рпп. Для этой цели рассчитана специальная номограмма, представленная на рис. 8.3.
Сопротивление глинистой корки ргк, которое нужно знать, чтобы воспользоваться этой номограммой, определяют по другой номограмме (здесь не приведена), отражающей зависимость р гк ≈ f(po,t°).
Метод бокового каротажа
Метод бокового каротажа (БК) направлен на устранение основного недостатка классического метода КС, заключающегося во влиянии скважины, точнее, заполняющего ее бурового раствора, на измеренное рк.
Синонимами этого метода являются: метод фокусированных зондов, метод сопротивления экранированного заземления (СЭЗ); за рубежом -Laterolog, Quard Log и Focus Log.
Наиболее ценные результаты этот метод дает при каротаже тонких пластов (h<l,2vi) при большой разнице в сопротивлениях между пластами, вмещающими породами и буровым раствором (рпл / р0 > 100 и рВМ/ Р0 >10), т.е. именно в тех случаях, когда обычные зонды дают очень плохие результаты из-за экранирования тока тонкими высокоомными пластами и из-за сильного влияния скважины и вмещающих пород.
БК применяется в нескольких вариантах: с трехэлектродными, семи-электродными и многоэлектродными зондами.
Принцип действия зондов БК основан на том, что в зонде, помимо основного питающего электрода А, имеются дополнительные - фокусирующие (или экранные) электроды A1 и А2.
Электрические потенциалы основного и фокусирующего электродов поддерживаются очень близкими между собой, что заставляет ток, стекающий с основного электрода, направляться перпендикулярно оси скважины, в ее стенки. В результате сопротивление бурового раствора, вмещающих пород и ограниченная мощность пластов оказывают меньшее влияние на измеряемую величину, которая в БК носит название эффективного сопротивления - рэ.
Рассмотрим работу трехэлектродного и семиэлектродного зондов БК (рис. 8.4, а и б).
В трехэлектродном варианте используется зонд с линейными электродами. Центральный электрод Ао имеет длину 0,15 м, экранные А, и А2 - 1,5 м. Все 3 электрода соединяются между собой практически накоротко, что обеспечивает равенство их потенциалов и направляет ток центрального электрода в стенки скважины (заштрихованная зона на рис. 8.4, а). Ток, вырабатываемый генератором Г, поддерживается постоянным. В процессе каротажа измеряется разность потенциалов между одним из токовых электродов и удаленным от зонда электродом N:
(8.3)
и т.к. I = const, рэ пропорционально зарегистрированной разности потенциалов AU. Недостаток трехэлектродного варианта БК - в плохой разрешающей способности по мощности пластов. Поскольку центральный электрод линейный, аппаратура не дает возможности определения мощности пластов меньшей, чем длина центрального электрода. рэ будет повышенным все время, пока Aq проходит мимо пласта.
Этого недостатка лишен семиэлектродный вариант, в котором используются точечные электроды. Кроме центрального Ао и экранных электродов А| и Аг зонд содержит еще 2 пары измерительных электродов, попарно соединенных друг с другом и расположенных между токовыми.
Эти электроды называются следящими. Разность потенциалов со следящих электродов подается на вход автоматического регулирующего устройства, к выходу которого подключены экранные электроды Ai и А2 и поверхностный электрод В. Регулирующее устройство работает таким образом, чтобы напряжение на его входе поддерживалось равным нулю. Это условие выполняется при равенстве потенциалов электродов Аь Ао, А2, благодаря чему ток центрального электрода направляется в стенки скважины и не растекается по ее стволу. В ходе каротажа измеряется разность потенциалов между одним из следящих электродов и удаленным электродом N, рэ вычисляется по той же формуле (8.3).
Интерпретация БК заключается в определении границ пластов и их электрического сопротивления рПЛ.
Чтобы проиллюстрировать определение границ пластов по диаграммам рэ, на рис. 8.5 приведены диаграммы семиэлектродного БК и обычных зондов КС - малого потенциал-зонда и большого градиент-зонда из монографии Р. Дебранда, 1972.
Сравнение этих диаграмм показывает: диаграмма БК более отчетливо выделяет тонкие пласты высокого сопротивления и дает значения рэ, гораздо более близкие к рпл, чем КС потенциал- и градиент-зондов. Аномалия на кривой БК симметрична относительно середины пласта при равенстве сопротивлений подстилающих и перекрывающих пород. В случае неравенства этих сопротивлений максимум на кривой рэ смещается в сторону более высокого сопротивления. Границы пластов определяются по точкам резкого возрастания рэ.
При большой мощности пластов (h > 5d) рэ практически не зависит от мощности пласта и против его середины близко к значению рэ для h =∞ и рэmax — > рпл. При h<Sd наблюдается снижение максимума рэ. Рассчитаны палетки для определения h по ширине аномалии и рпл по амплитуде рэ для мощных и тонких пластов (здесь они не приводятся).
Для тонких пластов влияние ограниченной мощности пласта тем сильнее, чем ближе сопротивление вмещающих пород (Рвм) к сопротивлению бурового раствора (р0).
На рис. 8.6 приведена номограмма (по М.Г. Латышевой, 1966) для определения сопротивления пласта по измеренному эффективному
сопротивлению. Она рассчитана для d = const и Рвм/ р0 = 5. В нижней части номограммы приведена дополнительная палетка для перехода от расчетного отношения Рвм/ к реальному. Входными величинами для Рвм / Ро этой номограммы являются параметры рэ и рвм, снятые с диаграммы БК. По координатам рэ / р0 и Рвм/ р0 cтроят точку на нижней части номограммы, палеточную кривую, проходящую через эту точку, продолжают до горизонтальной линии, проходящей через точку Рпл/ р0= 1 и восстанавливают перпендикуляр до кривой с нужным отношением h/d, на верхней части номограммы. Ордината точки пересечения перпендикуляра с этой кривой определяет искомое отношение Рпл/ р0.
В случае наличия зоны проникновения результаты БК несколько неточны. При повышающем проникновении в водоносных пластах результаты превышают рПЛ, при понижающем - несколько занижают. В нефтеносных пластах таких искажений нет.
Существуют номограммы для определения рпл в случае трехслойной среды, но здесь мы их рассматривать не будем.
Микробоковой каротаж
Метод микрозондов не позволяет точно определить сопротивление промытых пород в скважинах, пробуренных на высокоминерализованном буровом растворе или тогда, когда толщина глинистой корки превышает 1,5 см.
Для таких случаев предложен микробоковой каротаж (МБК или БМК).
На рис. 8.7 представлена система электродов и распределение токовых линий одной из разновидностей зондов МБК. На башмаке из нефтестойкой резины установлен центральный точечный электрод Ао и кольцевой экранный электрод Аь между ними располагаются два следящих электрода Mi и М2, также имеющие форму колец. Как видно на чертеже продольного разреза через башмак, расположение электродов и распределение токовых линий аналогично семиэлектродному зонду БК, но в миниатюре (диаметр электрода А) равен 9 см).
Форма башмака и электродов зонда может быть и другой.
В процессе каротажа измеряют разность потенциалов между одним из следящих электродов и корпусом зонда. Измеряемая разность потенциалов пропорциональна рэ.
Диаграмма МБК, благодаря фокусировке тока и малым размерам электродов, очень отчетливо расчленяет разрез скважины. Особенно резкой дифференциацией характеризуются трещинно-кавернозные породы. Границы пластов определяют так же, как и в БК - по точкам резкого возрастания рэ.
Коэффициент зонда МБК определяют опытным путем.
По результатам измерений определяют сопротивление полностью промытых пород рпп. Пример номограммы для определения этого параметра представлен на рис. 8.8. Толщину глинистой корки определяют по данным каверномера, который входит в состав аппаратуры МБК - один из центрирующих рычагов скважинного прибора управляет реостатным преобразователем, сопротивление которого изменяется в зависимости от диаметра скважины.
Контрольные вопросы
1. Для чего предназначен метод микрозондов?
2. Укажите признаки коллекторов, глин и плотных карбонатных пород на диаграммах микрозондов (МЗ).
3. Какие количественные данные могут быть получены при интерпретации диаграмм МЗ?
4. Для чего предназначен метод бокового каротажа?
5. В чем заключается основной недостаток каротажа КС с обычными зондами?
6. Сформулируйте область применения БК.
7. Как определяют контакты пластов по диаграммам БК?
8. Как оценивают сопротивление пласта по диаграммам БК?
9. Для чего нужен микробоковой каротаж?
Л е к ц и я 9
Индукционный каротаж
Физические основы метода
Индукционный каротаж (ИК) первоначально был предназначен для электрических исследований в сухих скважинах или скважинах,
бурящихся на непроводящих (нефтяных) растворах. Может применяться в случае обсадки скважин асбоцементными или пластмассовыми трубами. Особенно хорошие результаты дает при изучении пластов низкого сопротивления (от 0 до 50 Ом/м).
Прибор индукционного каротажа (рис. 9.1) содержит генераторную КГ и приемную КП катушки, размещенные в корпусе из прочного диэлектрика. Расстояние L между ними называется длиной зонда. Через генераторную катушку пропускается переменный ток генератора с частотой 10-200 кГц. Переменное магнитное поле этого тока индуцирует вихревые токи в породах, окружающих скважинный снаряд. Магнитное поле вихревых токов, в свою очередь, индуцирует в приемной катушке ЭДС, которая поступает на усилитель. Если ток генератора имеет постоянную частоту и силу и L - const, то ЭДС в приемной катушке прямо пропорциональна взаимной индукции катушек, т.е. в итоге электропроводности среды σ:
(9.1)
и, следовательно, обратно пропорциональна электрическому сопротивлению р, измеряется σ в 
постоянная, зависящая от конструкции зонда.
Перед спуском в скважину снаряд настраивается с помощью дополнительных компенсационных катушек так, чтобы отсчет в воздухе был равен 0. Поскольку регистрируемый сигнал в индукционном каротаже пропорционален кажущейся проводимости, то масштаб проводимостей на диаграммах получается линейным, а масштаб сопротивлений - гиперболическим, растянутым в области низких сопротивлений и сжатым в области высоких. Эта особенность диаграмм обеспечивает хорошую дифференциацию разреза с удельными электрическими сопротивлениями только до 50 Ом-м.
