Апаратура та методика низькочастотного індукційного методу

На практиці найбільшого розповсюдження набула апаратура низькочастотного індукційного методу з повздовжнім датчиком (ПІК-1М, АІК-3, АІК-М та ін.).

Апаратура ПІК-1М. Вона відрізняється від апаратури ПІК-1 стабільнішим режимом роботи, більшою стійкістю до перешкод, особливостями електронної схеми, зменшеним діаметром свердловинного снаряду і довжиною зонда. В генераторній котушці зонда ГК апаратури ПІК-1М від генератора Г (рис.5) збуджується змінне магнітне поле частотою 20 кгц, яке створює в навколишньому середовищі вихорові струми тієї ж частоти. Вторинне магнітне поле, збуджене вихровими струмами, сприймається приймальною котушкою ПК. Для усунення прямого сигналу від генераторної котушки на приймальну і зменшення впливу свердловини на неї поле генераторної котушки фокусується двома додатковими котушками – Фг1 і Фг2. Сигнал з котушки ПК через підсилювач У поступає на фазочутливий детектор ФЧВ, де він випрямляється і подається у вигляді постійного струму на частотно-імпульсний модулятор ЧИМ. В модуляторі сигнал перетвориться в імпульси з постійною амплітудою і тривалістю, частота яких пропорційна ефективній електропровідності досліджуваного середовища. Через розділовий пристрій РУ імпульсний частотно-модульований сигнал передається по каналу зв’язку на вимірювальну панель ИП. Тут частотний сигнал перетвориться в постійний струм, який поступає на реєструючий прилад РП, і записується у вигляді кривій зміни ефективній електропровідності порід.

Рис. 5. Блок-схема апаратури ПІК-1М із зондом 4Ф1	Рис. 6. Блок-схема апаратури типу ІК-2-ОКС із зондом 5Ф1,2

Для контролю масштабу запису кривої σ_еф існує стандарт-сигнал, що створюється котушкою СС. Стандарт-сигнал включається електронним ключем ЕК, який управляється імпульсом з вимірювальної панелі ИП.

Апаратура живиться постійним струмом силою 320 ма від стабілізованого випрямляча ВС з регульованою напругою на виході, величина якого може змінюватися від 180 до 250 В. Свердловинний прилад складається з електронного блоку, розташованого в герметичному кожусі, і чотирьох котушкового зонда 4Ф1, котушки якого розміщені на стекло текстолітовому стержні. Апаратура дозволяє вимірювати електропровідність порід в діапазоні від 2500 до 20 мсм/м (від 0,4 до 50 Ом * м) при температурі в свердловинах від -10 до +120° С при максимальному гідростатичному тиску 6 * 10⁷ Па.

Апаратура ІК-2. Ця апаратура випускається в двох варіантах: ІК-2-ОКС для проведення вимірювань на одножильному кабелі із станцією типу ОКС і ІК-2-АКС для вимірювань на трьохжильному кабелі зі станціями типу АКС. Вони відрізняються конструкцією наземної панелі, свічного моста і силового трансформатора. У апаратурі ІК-2 використовуються зонди 5Ф1,2 або 6Ф1.

Генераторний ланцюг харчується через трансформатор Тр1 від стабілізованого електронного генератора ЕГ струмом частотою 50 кГц і силою 0,5 А (рис.6). Струм, який протікає в котушках ГК, ФГ і К, створює первинне змінне магнітне поле, яке індукує в навколишньому середовищі вихорові струми. Електрорушійна сила, що індукується полем вихорових струмів, є корисним сигналом. Реєструється активна складова е.р.с. вторинного поля. Число витків і положення компенсаційної котушки К підбираються так, щоб е.р.с. прямого сигналу була близька до нуля.

Приймальний ланцюг зонда (котушки ПК і ФП) підключений до первинної обмотки вхідного трансформатора Тр2 послідовно з невеликими опорами R1 і R2. Напруга сигналу на вторинній обмотці Тр2 посилюється підсилювачем У, випрямляється детектором Д і через опір RЗ іде в центральну жилу кабелю (ЦЖК) на поверхню для реєстрації.

В приладі передбачена автоматична компенсація реактивної складової е.р.с. у вимірювальному ланцюзі за допомогою спеціального пристрою, який складається з фазочутливого випрямляча ФЧВ, фільтру Ф і модулятора М. Живлення схеми свердловинного приладу здійснюється з поверхні від генератора Г струмом частотою 300 Гц і силою 0,6 А через трансформатори Тр4, ТРЗ і випрямляч ВП.

Розділення змінного струму живлення і постійного струму вимірювального ланцюга відбувається за допомогою конденсаторів С1 і С2. Для калібрування апаратури (відмітка нуль - сигналу, вимірювання стандарт – сигналу - і контроль масштабу запису) в свердловинному приладі встановлений блок комутації, що складається з реле Р1 і Р2. Дросель Др служить еквівалентом генераторного ланцюга зонда при відключенні її від генератора в разі перевірки положення нульової лінії («нуль-сигнал»). Апаратура дозволяє вимірювати електропровідність порід в діапазоні від 3300 до 20 мсм/м (від 0,3 до 50 Ом м) при температурі в свердловині до 125° С і тиску до 6 *10⁷ Па.

Апаратура АІК-3. Застосовується для роботи з одножильним і трижильним кабелем і дозволяє реєструвати одночасно три криві: ІМ, КС малого градієнт-зонда і СП. Принципова схема для вимірювання індукційним зондом аналогічна схемі апаратури АІК-М. На відміну від апаратури АІК-1, яка працює із зондом 5Ф1,2, апаратура АІК-3 може працювати і з зондом 6Ф1.

Апаратура індукційного і електричного каротажу АІК-4 призначена для вимірів ефективної питомої провідності індукційним методом (ІМ) в нафтових і газових свердловинах, позірного питомого опору методом бокового електричного зондування (БЕЗ), величини самочинних потенціалів методом самочинної поляризації (СП) та питомого електричного опору бурового розчину (резистивіметрія).

Апаратура складається з двох частин: свердловинної, що включає зонди ІК та БКЗ і електронний блок, та наземної частини, що містить блоки живлення, перетворення та реєстрації даних. Свердловинний прилад конструктивно виконаний у вигляді трьох роз’ємних частин: індукційний зонд, електронний блок і зондовий пристрій БКЗ.

Індукційний зонд типу 8Ф1.4 містить котушку збудження (ГК) первинного електромагнітного поля в гірських породах, що живиться від генератора змінного струму частотою 20 кГц, котушку прийому (ПК) вторинного електромагнітного поля та допоміжні котушки фокусування (ФК). Вторинне електромагнітне поле збуджує в приймальній котушці зонду сигнал, пропорційний . Зонд розміщений в корпусі із непровідного і немагнітного матеріалу, що заповнений кремнійорганічною рідиною і містить компенсатор тиску. Діапазон вимірюваної величини складає 10-2000 мСм/м.

Зондовий пристрій БКЗ представляє собою ізольований відрізок кабелю, на якому розташовані електроди зондів БКЗ, ПС та резистивіметра. Вимірювальні електроди зондів БКЗ підключені до відповідних вимірювальних трансформаторів. Діапазон вимірів для БКЗ складає 1-5000 Ом∙м, а для резистивіметра – 0.1-20 Ом∙м. В залежності від роду робіт виходи каналу БКЗ і каналу ІК підключаються до входу телевимірювальної системи з частотною модуляцією і частотним розділенням каналів. Сигнал по кабелю поступає на наземний блок керування і вимірювальну панель частотної модуляції, де відбувається розділення сигналів з їх наступною реєстрацією. Максимальна робоча температура для свердловинного приладу складає 150ºС, а максимальний гідростатичний тиск – 100 МПа.

Повний комплекс вимірів виконується за 4 спуско-піднімальні операції за умови використання одножильного кабелю і за 3 спуско-підйоми при використанні трижильного кабелю. При роботі в сухих свердловинах або в свердловинах з непровідною промивальною рідиною передбачена можливість роботи без електричного зонда.

Як відомо, питома провідність і питомий опір пов’язані між собою оберненою залежністю: . Тому шкала діаграми ефективної питомої провідності в індукційному методі є лінійною, а відповідна їй шкала діаграми ефективного питомого опору – гіперболічна, без нульової лінії.

Прилад АІК-5 розрахований на роботу в свердловинах при найбільшому значенні температури навколишнього середовища 150°С і найбільшому гідростатичному тиску 150 МПа. Зонд індукційного каротажу – 7І1,6. Кількість вимірювальних каналів - 2. Діапазон вимірювань активної складової уявної питомої електричної провідності - від 5 до 300 мСм/м, діапазон вимірювань реактивної складової - від 10 до 600 мСм/м. З урахуванням загасання сигналу на високих частотах це відповідає діапазону питомої електричної провідності гірських порід по активній складовій від 5 до 1000 мСм/м, по реактивній складовій від 60 до 2000 мСм/м. Робоча частота генератора приладу свердловини - (160± 1,0) кГц. Довжина приладу свердловини - 3500 мм. Діаметр АІК-5 - 90 мм., Маса - 60 кг.

Перерахунок значень питомої електричної провідності, одержаної за наслідками вимірювань, в питомий електричний опір проводиться за допомогою палетки:

Рис.7. Палетка урахування впливу скін-ефекту.

Області застосування звичайного низькочастотного індукційного методу та вирішувані ним геологічні завдання

Метод набув широкого застосування при дослідженні розрізів нафтових і газових свердловин з промивальними рідинами порівняно низької мінералізації ( Ом·м). Крім того, він може застосовуватися при вивченні свердловин із непровідними буровими розчинами (на нафтовій основі, вапняково-бітумними та ін. розчинами), а також для дослідження свердловин, закріплених трубами з діелектриків (азбоцементні та полімерні обсадні колони). Таким чином, на фоні високих значень індукційний метод найбільш ефективно буде використовуватись при дослідженні розрізів, складених породами низького (до 50 Ом·м) питомого опору, які чітко виділяються на діаграмах ІМ.

Звичайний індукційний метод в зазначених умовах дозволяє детально вивчати розрізи, виявляти нафтоносні і водоносні породи, досліджувати будову перехідної водонафтової зони і положення контактів «нафта–вода» і «газ–вода».

Індукційні зонди порівняно невеликих розмірів (0.75–1.4м) характеризуються значним радіусом дослідження, що перевищує приблизно в 4 рази радіус дослідження звичайних градієнт-зондів ПО аналогічних розмірів.

Застосування звичайного низькочастотного індукційного методу є обмеженим у випадку використання солоних бурових розчинів (в цьому випадку зареєстрована ефективна провідність насамперед є пропорційною провідності свердловини та зони проникнення пластів-колекторів, що насичена фільтратом цього бурового розчину) і при дослідженні пластів з питомим опором більшим за 50 Ом·м. При визначенні істинного питомого опору порід ефективним є застосування індукційного методу в комплексі із звичайним методом ПО або методом опору екранованого заземлення ОЕЗ.