Помехи при записи диаграмм ПС

Простота электрической схемы ПС является, с одной стороны, достоинством метода, а с другой - недостатком. Недостаток проявляется в том, что вход регистратора в схеме ПС открыт для разнообразных помех. По физической природе выделяют следующие виды этих помех: поляризация электродов, потенциалы гальванокоррозии, потенциалы трибополяризации, потенциалы осаждения и потенциалы блуждающих токов.

Поляризация электродов создает помеху при записи ПС в случае, если электродный потенциал одного из электродов (или обоих) подвергается изменениям в процессе каротажа. Такие изменения бывают связаны с изменением состояния поверхности электрода в результате отложения на нем какой-либо соли или смены состава окислов (С.Г. Комаров, 1973). Чаще всего это случается при переходе электрода в раствор иного состава, чем тот, в котором он был ранее.

Изменение электродных потенциалов приводит к постепенному смещению кривой ПС в ту или другую сторону.

Во избежание помех электродной поляризации электроды для записи ПС изготавливают из РЪ, т.к. в кислородосодержащей среде он покрывается пленкой окисла РbО и по сравнению с другими материалами дает наиболее устойчивый электродный потенциал.

Если этой меры недостаточно, используют неполяризующиеся электроды. Такой электрод состоит их свинца, закрытого брезентовой оболочкой. Пространство между свинцовым электродом и оболочкой заполняют солью КС1. При помещении такого электрода в жидкость между электродом и оболочкой образуется насыщенный раствор КО, а на поверхности свинца откладывается слой соли РbCl₂, что обеспечивает постоянство электродного потенциала.

Потенциалы гальванокоррозии проявляются при использовании грузов, состоящих из разных металлов, (например, свинцового груза с железным креплением к зонду). В растворе такой груз представляет собой один или несколько гальванических элементов, цепь которых замыкается через буровой раствор, создавая на электроде М потенциал, пропорциональный сопротивлению среды: (R – расстояние электрода М от груза).

При наличии потенциалов гальванокоррозии диаграмма ПС прямо или зеркально повторяет диаграмму КС (см. рис. 11.2). При этом аномалии ПС смещаются относительно аномалий КС на расстояние, равное МО в масштабе диаграммы.

Помехи такого же происхождения возникают и в случае, если в зумпфе, где установлен поверхностный электрод N, имеются другие металлы.

Кривые ПС, записанные с помехой гальванокоррозии, считаются браком.

Для исключения этих помех можно использовать следующие меры: применять грузы, состоящие из одного металла; изолировать груз от раствора с помощью полихлорвиниловой изоленты или параленты; увеличить расстояние от электрода М до груза (по технической инструкции оно должно быть не менее 1,5 м); поменять положение поверхностного электрода.

Потенциалы трибополяризации (потенциалы движения) возникают при движении электродов в буровом растворе. По мнению проф. В.Н. Дахнова, при движении нарушается двойной электрический слой на поверхности металлического электрода, в результате чего меняется и его электродный потенциал. Подтверждением такого объяснения может служить тот факт, что потенциалы движения не проявляются, если металлический электрод закрыть матерчатой оболочкой.

При движении с постоянной скоростью изменение электродного потенциала достаточно стабильное, но могут наблюдаться и "броски" кривой, например, при неаккуратной укладке кабеля на лебедке и

соскальзывании одного витка с другого. При остановке зонда потенциал электрода М мгновенно повышается.

От потенциалов трибополяризации легко избавиться, надев на электрод матерчатый чехол, однако вряд ли это стоит делать, т.к. потенциалы трибополяризации дают дополнительную информацию. Как видно по рис. 11.3, благодаря им на диаграммах ПС отчетливо фиксируется момент отрыва зонда от забоя и все остановки зонда.

В технике известно использование явления трибополяризации для измерения скорости движения жидкости.

Потенциалы осаждения (седиментационные) возникают только при использовании некачественного бурового раствора в процессе бурения. Такой раствор не удерживает в себе шлам - мелкие частицы разрушенной породы, и они, осаждаясь на забой, избирательно сорбируют ионы одного знака (анионы). В результате от забоя к устью наблюдается повышение потенциала ПС, достигающее иногда нескольких В (рис. 11.4). Выделить аномалии, связанные с изменением литологии разреза на фоне такой помехи, практически невозможно.

Для устранения влияния седиментационных потенциалов скважину перед каротажем необходимо промыть кондиционным буровым раствором или чистой водой.

Потенциалы осуждающих и теллурических токов. Теллурические токи имеют естественное происхождение, они являются частью общего электромагнитного поля Земли.

Блуждающие токи имеют промышленное происхождение. Они существуют в окрестностях энергетических установок, горных предприятий, электротранспорта и пр. Блуждающие токи распространяются на десятки км от источника.

При записи ПС теллурические и блуждающие токи создают помехи, амплитуда которых пропорциональна плотности этих токов в данный момент, среднему УЭС среды между электродами М и N и расстоянию между ними. Эти помехи искажают диаграммы ПС, а иногда и не дают возможности их записать - при неподвижном зонде показания регистрирующего прибора непрерывно меняются, блик гальванометра "бродит" по диаграмме.

Одна из основных мер по устранению помех блуждающих токов - это выбор времени, когда они имеют наименьшую интенсивность, например, работа в выходные дни или ночные часы, или в интервалы времени между электричками. Кроме того, влияние этих помех можно исключить, записывая градиент потенциала ПС или применяя специальные зонды.

При записи градиента ПС (рис. 11.5, а) помеха минимальна, поскольку электроды М и N находятся очень близко друг к другy однако диаграммы grad U_nc слишком изрезаны и трудно интерпретируются.

Специальный зонд ПС состоит из точечного электрода М и линейного электрода N (рис. 11.5, б). Линейный электрод осредняет потенциал ПС в скважине на всем своем протяжении, благодаря чему он меняется мало и не резко, а малое расстояние между М и N обеспечивает близкое значение потенциала, создаваемого на этих электродах блуждающими токами.

Интерпретация диаграмм ПС

Качественная интерпретация диаграмм ПС заключается в литологическом расчленении разрезов скважин. Наилучшие результаты дает метод ПС на песчано-глинистых разрезах, породы которых обладают различной адсорбционной активностью.

При прямом поле ПС (с_о<с_в) глины характеризуются положительными, а песчаники - отрицательными аномалиями ПС.

Для исключения неоднозначности интерпретации диаграммы ПС нужно рассматривать в комплексе с диаграммами других методов ГИС: КС, МЗ, ГК, НТК, АК и пр.

Количественная интерпретация заключается в решении целого ряда вопросов, таких как определение мощности пластов, минерализации пластовых вод, глинистости и пористости коллекторов и некоторых др.

Определение мощности пластов по диаграммам ПС производится по правилу полумаксимума (или полуминимума) аномалии, как это показано на рис. 11.6.

Определение минерализации пластовых вод возможно при диффузионно-адсорбционном происхождении полей ПС.

Как следует из теории (формулы 10.2, 10.8):

(11.1)

Амплитуду аномалии ПС отсчитывают от уровня чистых глин (от самых высоких показаний) с учетом масштаба диаграммы.

Величину коэффициента учета мощности β определяют по специальной номограмме (см. рис. 10.4).

Величину коэффициента К_да определяют в лабораторных условиях по измерениям на керне. Сопротивление бурового раствора р₀ определяют с помощью резистивиметрии. В итоге в выражении (11.1) остается одна неизвестная величина р_в - сопротивление пластовых вод, которую и находят, решая это логарифмическое уравнение. Затем по значению сопротивления р_в и известной температуре t определяют минерализацию пластовых вод с по формуле:

(11.2)

или по одной из соответствующих номограмм (В.Н. Дахнов, 1982).

Если значения К_да не определялись и не известны, можно воспользоваться методикой двух растворов: измерить AU _пс сразу после бурения скважины, при ее заполнении раствором с сопротивлением р₀; затем заменить раствор на другой, с сопротивлением р'_о, и повторно измерить AU'jiq, и, решив систему из двух уравнений с двумя неизвестными:

найти сопротивление р_в.

Эту систему (11.3) можно решить и графическим способом.

Определение глинистости коллекторов по ПС основано на зависимости адсорбционной активности, а, следовательно, и глубины аномалии ПС над коллекторами от содержания в них глинистого материала. Для определения используют эмпирические зависимости относительной амплитуды аномалии а_ПС от глинистости. Пример такой зависимости представлен на рис. 11.7.

(11.4)

где ∆U^x_ПС - амплитуда аномалии ПС над исследуемым пластом;

∆U^ОП_ПС - то же для чистых кварцевых песчаников, обе аномалии отсчитываются от уровня мелкодисперсных "чистых" глин.

Зависимости, изображенные на рис. 11.7, справедливы для водоносных песчаников с большой пористостью.

Определение пористости по ПС также основано на использовании статистической связи между коэффициентом пористости К_п и амплитудой аномалии ПС, установленной путем сопоставления диаграмм ПС с результатами лабораторных исследований керна.

Поскольку аномалия ПС зависит от соотношения сопротивлений р_а и р₀ и мощности пласта, то измеренные аномалии AU_ПС пересчитывают, приводят к стандартным условиям, соответствующим h = оо и р₀ =1 Ом-м, или вычисляют параметр а_пс (формула 11.4).

Благоприятными условиями для применения этого способа является постоянство минерализации пластовых вод, однородный состав глинистого цемента и отсутствие карбонатного цемента в исследуемом разрезе.

Определение пористости по ПС имеет все недостатки, свойственные методам, использующим статистически установленные связи, и в настоящее время используется редко.

Кроме рассмотренных здесь задач, метод ПС может быть использован еще и для определения пластовых давлений по фильтрационным потенциалам (см. предыдущую лекцию).

Контрольные вопросы

1. Нарисуйте схему регистрации диаграмм ПС. Укажите ее достоинства и недостатки.

2. Перечислите, какие помехи искажают диаграммы ПС.

3. Назовите меры борьбы с помехами от электродной поляризации, гальванокоррозии, потенциалов осаждения, блуждающих и теллурических токов.

4. Как определить амплитуду аномалии ПС?

5. Как определяют границы пластов по диаграммам ПС?

6. Как графическим способом определить минерализацию пластовых вод по методу 2-х растворов?

7. Чему равен параметр а_пс? '

8. Как по диаграмме ПС оценить глинистость песчаника, если не известен минеральный состав глинистого материала?

9. Всегда ли на диаграммах ПС глинам соответствуют положительные аномалии, а песчаникам - отрицательные? Если не всегда, то при каких условиях?

Лекция 12

РАДИОАКТИВНЫЙ КАРОТАЖ

Этот раздел объединяет методы, основанные на измерении как естественных, так и искусственно вызванных радиоактивных излучений в скважинах.

Полевые и лабораторные аналоги этих методов рассматриваются в курсе "Радиометрия и ядерная геофизика".

Гамма-каротаж

Физические основы метода

Гамма-каротаж (ГК) заключается в измерении у-излучения естественных радиоактивных элементов (ЕРЭ), содержащихся в горных породах, пересеченных скважиной. Интенсивность и энергетический спектр регистрируемого излучения зависит от состава, концентрации и пространственного распределения ЕРЭ, а также от плотности и эффективного атомного номера горных пород.

Наиболее распространенными ЕРЭ являются: U (и образующийся из него Ra), Th и К. Каждая из разновидностей горных пород характеризуется своим диапазоном изменения содержаний ЕРЭ и, соответственно, своим диапазоном естественной радиоактивности.

У магматических пород максимальной активностью отличаются кислые породы (в основном, из-за повышенного содержания калия, в котором содержится около 0,7% радиоактивного изотопа К^ю), минимальной - ультраосновные породы. Среди осадочных пород наиболее активны глины, обладающие высокой адсорбционной способностью, менее активны песчаники и, наконец, наименьшей активностью обладают известняки и доломиты, а также гидрохимические осадки (гипс, ангидрит, каменная соль). Исключение представляют только калийные соли, отличающиеся повышенной активностью, благодаря содержащемуся в та К.