Метод диэлектрической проницаемости: физические основы метода, принцип измерений в скважинах, область применения

Диэлектрическая проницаемость среды ε_а - физическая характеристика породы, показывающей во сколько раз напряженность электрического поля Е в данном диэлектрике меньше напряженности поля индукции D в вакууме: ε_а =D/E. В методе диэлектрической проницаемости рассматривается относительное значение этого параметра, равное отношению величины ε _а данной среды к значению ε₀ абсолютной диэлектрической проницаемости в вакууме: ε = ε_а / ε₀.

Аппаратура - трехкатушечный скважинный прибор, регистрирующий параметры электромагнитного поля с частотой, 15-60 МГц (это на несколько порядков выше, чем в индукционном методе). Прибор диэлектрического метода (ДМ) включает две сближенные генераторные и одну приемную катушки (или одну генераторную и две приемные).

Применяют две модификации ДМ: диэлектрический индуктивный (ДИМ - измерение амплитудных характеристик ЭМ-поля) и волновой диэлектрический (ВДМ – измерение фазовых характеристик ЭМ-поля).

Как правило, определяют относительные фазовые (разность фаз в двух точках, расположенных на различном расстоянии от генераторной катушки Δφ = φ₁ - φ₂) и относительные амплитудные (| h_Z1 - h_Z2 | = Δ h_Z, | h_Z1 | / | h_Z2 |, | h_z / h_Z2 |) характеристики. Аппаратура волнового диэлектрического метода АДК-1 регистрирует соsΔφ, ДК1-713 — sin(Δφ/2), | h_Z1 | / | h_Z2 | |Δ h_Z / h_Z2 |. Bce перечисленные характеристики определяются диэлектрической проницаемостью ε и удельным электрическим сопротивлением среды ρ. В наименьшей степени от ρ зависит величина Δφ. Значения ε_П и ρ_П определяют по специальным палеткам. Например, на рисунке слева приведена палетка для определения ε (шифр кривых) при известном ρ по диаграмме (однородная среда) соs Δφ.

Диэлектрическая проницаемость основных породообразующих минералов лежит в пределах 4-10 (кварц — 4,7; кальцит — 8,1; доломит — 9,8); нефти — 2-3 (в зависимости в основном от газового фактора); газа — 1-2 (в зависимости от пластового давления); для воды — 50-81 (зависит от температуры и минерализации) Метод имеет линейную петрофизическую модель и в общем случае ε_НП << ε_ВП. Используя коэффициент относительного водонасыщения (k_В = (k_В - k_ВО)/(1- k_ВО)) можно построить семейство кривых с различными k_В = const, изменяющимися от 0 (для предельно нефтегазонасыщенного коллектора) до 1 для водоносного коллектора (рисунок справа: 1 – продуктивный коллектор, 2 – водоносный коллектор).

Диэлектрический метод выполняют для оценки характера насыщения пласта при низкой минерализации пластовых вод, в условиях низкой дифференциации продуктивных и водоносных пород по удельному электрическому сопротивлению. Условие успешной реализации метода — неглубокие зоны проникновения (не более 0,6 — 0,8 м). Это обусловлено невысокой радиальной глубинностью метода ВДМ (R_ИССЛ(ВДМ) = 0,4-0,6 м). Метод ВДМ неэффективен в разрезах низкого сопротивления (ρ _П < 5 Омм), поскольку основной вклад в регистрируемые параметры вносит проводимость среды.

Благоприятные условия для ДМ являются скважины, заполненные пресными промывочными жидкостями или РНО, метод может применяться в скважинах, обсаженных стеклопластиковыми трубами.

При заводнении породы наблюдается изменение диэлектрической проницаемости пласта (причем тем больше, чем выше минерализация воды). Контролируя изменение диэлектрической проницаемости можно следить за заводнением, прослеживать положение ВНК, выделять обводнившиеся интервалы, определять текущие значения К_В, К_Н. Для решения этих задач проводят исследования ВДМ в скважинах, пробуренных на РНО, или обсаженных стеклопластиковыми трубами. На рисунке слева (Изменение ε при заводнении:1 – вытеснение пластовой водой, 2 – вытеснение пресной водой) показано изменение диэлектрической проницаемости обводняющегося интервала ε_П.ОБВ. относительно первоначальной ε_НП при фиксированном значении пористости.

Продуктивные межзерновые коллекторы успешно выделяются по данным повторных замеров ВДМ с использованием метода двух растворов. В продуктивной части терригенного разреза метод может быть использован для изучения глинистости пород. В продуктивном карбонатном разрезе метод можно использовать для оценки пористости пород.