Дисциплина Геофизические исследования скважин Электрический каротаж Метод

Дисциплина «Геофизические исследования скважин» . Электрический каротаж Метод КС (Лекция 3) Жылкыбаева Гульнара Ахметовна 1

СКВАЖИНА - ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЙ ГИС необсаженный ствол скважины dc Диаметр скважины dк Диаметр зоны проникновения Dпп Диаметр промытой зоны hгк Мощность пласта толщина глинистой корки -цемент -колонна -известняк плотный - глина dок Диаметр обсадной колонны Диаметр каверны Dзп h обсаженный ствол скважины -песчаник проницаемый -промытая зона 2 -зона проникновения фильтрата промывочной жидкости

Электрические методы n Электрические методы, основаны на измерении электрического поля, возникающего самопроизвольно или создаваемого искусственно. n Электрический каротаж не выполняют в обсаженных скважинах и в скважинах с промывочной жидкостью на непроводящей основе.

Электрические методы n При проведении исследований скважин электрическими методами изучают удельное электрическое сопротивление(УЭС), естественную и искусственно-вызванную электрохимические активности горных пород.

Проводимость n Электрический ток может распространяться в породах и минералах за счет электронной омической, электролитической и диэлектрической проводимости. n В металлах ток распространяется за счет электронной проводимости. В электролитах ток переносится ионами с относительно малыми скоростями. В плохих проводниках или изоляторах проводимость диэлектрическая. n.

Проводимость n Проводимость меняется с температурой. n Проводимости проводников меняются обратно пропорционально температуре и имеют наибольшие величины в области нуля. n Полупроводники при низких температурах практически являются изоляторами.

Электрическое сопротивление пород и минералов n Диапазон изменения сопротивлений составляет - от 1, 6∙ 10 -8 Ом∙м (самородное серебро) до 1016 Ом∙м (чистая сера). n Проводники - сопротивление менее 10 -5 Ом∙м, Полупроводники – от 10 -5 Ом∙м до 107 Ом∙м n Изоляторы - сопротивление более чем 107 Ом∙м. n Проводники содержат большое число свободных электронов. Полупроводники также проводят ток за счет подвижных электронов, но имеют их в меньшем количестве. Изоляторы характеризуются ионными связями, носителями зарядов являются ионы.

УЭС: бурового раствора - ρ0, глинистой корочки - ρ гк; зоны полностью промытых пород - ρ пп; усредненное сопротивление зоны проникновения в целом - ρ ', водонасыщенного пласта – ρВП, нефтегазонасыщенного – ρНГ, диаметр скважины – d, диаметр зоны проникновения - D; толщина глинистой корочки - hr. K.

Изменение УЭС в водо- и НГ -насыщенных пластах n При одинаковых значениях ρ0 и в водо-, и в НГ-насыщенном пластах близки значения ρгк и ρпп , а значения ρ' различаются. n В нефтенасыщенных пластах очень часто сопротивление зоны проникновения за пределами полностью промытых пород превышает ρпп и ρнг: Это объясняется тем, что фильтрат бурового раствора, оттесняя нефть из зоны полностью промытых пород, увеличивает ее концентрацию за пределами этой зоны, а поскольку нефть имеет очень высокое УЭС, то она увеличивает и сопротивление всей зоны проникновения в целом. n Сопротивление нефтенасыщенного пласта превышает сопротивление водонасыщенного ρнг>ρвп.

Кажущееся сопротивление n Несмотря на то, что сопротивление в зоне проникновения не остается постоянным, при теоретических расчетах принимают его за некоторую постоянную величину р', равную среднему сопротивлению в этой зоне. n При интерпретации данных электрического каротажа следует учитывать, что УЭС пород разреза не остается постоянным - измеренное сопротивление будет зависеть от целого ряда электрических и геометрических параметров: n По этой причине измеренное в скважине сопротивление пласта будет не его истинным сопротивлением, а кажущимся КС или ρк. Из этой же формулы видно, что для того, чтобы по ρк определить ρпл, нужно исключить или учесть влияние всех остальных параметров.

Электрический каротаж n Наиболее развитой и разветвленный вид каротажа. n Назначение - дифференциация разрезов скважин по электрическим свойствам и определение этих свойств n Первая задача электрического каротажа решается довольно просто, вторая - значительно сложнее, что связано с тем, что породы в процессе бурения подвергаются значительным изменениям

Каротаж сопротивлений КС - метод кажущихся сопротивлений (каротаж сопротивлений) ρк- кажущееся удельное сопротивление БЭЗ (БКЗ) – метод бокового электрического зондирования – проведение КС одновременно несколькими зондами разного размера, что позволяет увеличит глубину изучения ρ в радиальном направлении cначала (ρс, затем ρпп, далее ρзп и так до ρп) 13

Метод КС ρ ( c) K – const, I - const, тогда ρк= f( dc, ρc, D, ρзп, ρпп) 14

Измерительные установки КС n Метод КС аналогичен электропрофилированию в полевой электроразведке. В скважине производят измерения с 4 -х электродной установкой AMNB, один из электродов которой (В или N) заземляют на поверхности у устья скважины и его действием пренебрегают. Оставшиеся 3 электрода перемещают по скважине с сохранением неизменного расстояния между ними и называют зондовой установкой или просто зондом КС.

УЭС в однородной и изотропной среде n Допустим, что у нас на поверхности заземлен электрод В. Токовый электрод А в первом приближении можно принять за точечный источник, расположенный в однородной среде. Токовые линии расходятся от него радиально, а эквипотенциальные поверхности имеют сферическую форму. Как известно из курса физики, потенциал поля точечного источника тока I на расстоянии г от него в однородной и изотропной среде с сопротивлением р равен:

УЭС в однородной и изотропной среде множитель, стоящий перед отношением ∆U/I, есть величина постоянная для данной зондовой установки - коэффициент зонда КС: Для случая, когда на поверхности заземлен электрод N, а не электрод В, можно получить значение при неизменном расстоянии между электродами и при изменении только их назначения, численная величина коэффициента К не изменяется. К измерениям сопротивления в скважинах применим принцип взаимности – результат измерения сопротивления среды не изменяется при смене назначения приемных и питающих электродов зонда.

УЭС в неоднородной среде При измерениях в неоднородной среде, сопротивление является кажущимся. Оно равно сопротивлению такой фиктивной однородной среды, в которой при заданных размерах зонда и силе питающего тока в измерительной цепи создается такая же разность потенциалов, как и в данной неоднородной среде. Т. е. окончательно формула приобретает вид: Кажущееся сопротивление КС измеряется в Ом-м и представляет собой сопротивление 1 м 3 горной породы, измеренное в направлении, параллельном граням.

Типы зондов КС n Электроды, имеющие одинаковое назначение, называют парными. Питающие (токовые) электроды А и В и измерительные (приемные) М и N. n Зонды КС принято обозначать сверху вниз, указывая между буквенными обозначениями электродов расстояние между ними в метрах. Такое обозначение называют символом зонда. Например, N 0, 10 M 0, 95 A. n Зонд со сближенными парными электроды - градиент-зонд (lateral device); зонд сосближенными непарными электродами - потенциал-зонд (normal device). n Точка записи О располагается посредине между сближенными электродами, т. е. у градиент-зонда - между парными, а у потенциал-зонда - между непарными электродами.

Градиент и потенциал-зонды КС • Последовательные зонды - парные ниже непарного • Обращенные зонды - парные электроды располагаются выше непарного • Однополюсные (зонды прямого питания) - с одним питающим электродом • Двуполюсные (зонды взаимного питания) - с двумя питающими электродами

Длина зонда L n У градиент-зонда за его длину принимают расстояние от удаленного электрода до середины расстояния между сближенными; n У потенциал-зонда - расстояние между сближенными электродами n Для потенциал-зонда L=AM, а для градиент-зонда L=AO или L=MO.

Определение параметров зонда n По символу зонда всегда можно определить его полное название и длину n Например: N 0, 10 M 0, 95 A означает: обращенный градиент-зонд прямого питания, длина зонда 1=1, 0 м.

Специальные зонды n n Зонд AMN, у которого AM=MN – симметричный, точка записи - точку М. Зонд MAN - дифференциальный зонд Альпина. Зонд N 1 M 1 AM 2 N 2 - комбинация обращенного и последовательного градиентзондов - двойной градиент-зонд. Он хорошо дифференцирует высокоомный разрез, поэтому американские геофизики называют его hard-rock device. Один и тот же электрод играет роль и питающего и приемного - одноэлектродный зонд. Удобен для одножильного каротажного кабеля

Метод КС. Классификация зондов А. По типу питания: 1. однополюсной (прямого питания), когда в скважине один питающий электрод. 2. Двухполюсной (взаимного питания), когда в скважине два питающих электрода

Метод КС. Классификация зондов Б. По расстоянию между парными электродами 1. Градиент-зонды- расстояние между парными электродами ( MN и AB) меньше расстояния от одного из них до непарного 0 2. Потенциал-зонды- расстояние между парными электродами существенно больше, чем до одного из непарных.

Метод КС. Задание 1 26

Градиент-зонд прямого питания A x M y N – градиент-зонд прямого питания, подошвенный (стандартный зонд) L = x + y/2 - размер градиент-зонда Глубинность исследования ≈ L L y Условия для идеального градиент-зонда: тогда -реальный идеальный зонд 27

n Градиент-зонд- лучшая дифференциация вдоль ствола. n Потенциал-зонд – больше глубина исследования в радиальном направлении.

МЕТОД КС. СХЕМЫ ИЗМЕРЕНИЙ Источник постоянного тока Прибор для измерения разности потенциалов Реостат Электроды A и B – питающие (токовые) Электроды M и N – измерительные При постоянном значении I запись показаний идет в «масштабе ρ» 29

Кривые КС на контакте пород разного сопротивления для зондов различного типа

Обращенный градиент-зонд n 1 - зонд находится далеко от контакта, влиянием последнего n n n можно пренебречь, j = jo, ρк=ρ12 - точка О установится на контакт, Рк = Ркmin. 3 - сопротивление скачкообразно возрастает от рх до р2, что приводит и к скачку в значении рк. Пока приемные и питающие электроды разделены контактом, т. е. на протяжении отрезка диаграммы, равного длине зонда, КС остается постоянным. 4 - в области приемных электродов плотность тока j < j 0 и рк < р2. 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.

Последовательный градиент-зонд n 1 - зонд находится далеко от контакта, влиянием последнего n n можно пренебречь, j = jo, ρк=ρ12 - j > j 0 и рк превышает р, до тех пор, пока электрод А не встанет на контакт 3 - пока питающий и приемные электроды разделены контактом, КС остается постоянным, равным р*к. 4 - на контакте получается рmaxk > р2. По мере удаления от контакта его влияние уменьшается, j -> j 0, а рк -> р2. Таким образом, подошва мощного пласта высокого сопротивления отмечается последовательным градиентзондом точкой рmaxk.

Идеальный потенциал-зонд n n n n n 2 - j > j 0 и рк превышает р, до тех пор, пока электрод А не встанет на контакт 3 - пока питающий и приемные электроды разделены контактом, КС остается постоянным, равным р*к. 4 - на контакте получается рmaxk > р2. По мере удаления от контакта его влияние уменьшается, j -> j 0, а рк -> р2. Таким образом, подошва мощного пласта высокого сопротивления отмечается последовательным градиент-зондом точкой рmaxk. Для идеального потенциал-зонда AM приближении к КС растет до тех пор, пока точка А не встанет на контакт. 3 - точка записи при этом на AM/2 ниже контакта - рк = р*к и остается постоянным, пока электрод М также не пересечет контакт. 4 - зонд MN включается все больший участок среды с сопротивлением р2 и Рmn → Р 2 > кроме того, jmn → j 0 и, когда удаленный электрод N пересекает контакт, становится p. MN = р2 и рк = р2. Для перевернутого потенциал-зонда МА кривая КС будет выглядеть точно так же, , т. е. кривые КС для обращенного и последовательного потенциал-зондов не различаются. .

Диаграмма КС ВЫСОКООМНЫЙ МОЩНЫЙ ПЛАСТ ПОДОШВЕННЫЙ ГРАДИЕНТ-ЗОНД (A x M y N) L = AO – длина зонда Условие: 1) y = ≤ 0, 2 L 2) ρ2 ≥ 5 ρ1 3) H ≥ L H e' ρ2 ρ1 Без учета dc, ρc, D, ρЗП

Диаграмма КС ВЫСОКООМНЫЙ МОЩНЫЙ ПЛАСТ ПОДОШВЕННЫЙ ГРАДИЕНТ-ЗОНД Z Z- расстояние до границы раздела 35

Диаграмма КС ВЫСОКООМНЫЙ МОЩНЫЙ ПЛАСТ КРОВЕЛЬНЫЙ (ОБРАЩЕННЫЙ) ГРАДИЕНТ-ЗОНД 36

Диаграмма КС ВЫСОКООМНЫЙ ПЛАСТ ОГРАНИЧЕННОЙ МОЩНОСТИ ПОДОШВЕННЫЙ ГРАДИЕНТ-ЗОНД 1) Если Н≈ 2 L 2) Если H

Диаграмма КС ПАЧКА ТОНКИХ ПЛАСТОВ ВЫСОКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ. ГРАДИЕНТ-ЗОНД 38

Диаграмма КС ВЫСОКООМНЫЙ МОЩНЫЙ ПЛАСТ ПОТЕНЦИАЛ-ЗОНД H ≥ 10 AM, где AM –расстояние между сближенными электродами. ρВП < ρ П Кровля (подошва) пласта отбивается на середине полочки (АМ (cb) =y) 39

Диаграмма КС ВЫСОКООМНЫЙ ПЛАСТ ОГРАНИЧЕННОЙ МОЩНОСТИ ПОТЕНЦИАЛ-ЗОНД Условные обозначение: H= 3 AM 1 -пласты высокого сопротивления 2 - график изменения истинного ρП 3 - диаграмма КС для теоретического случая 4 - диаграмма КС при условии влияния скважины H =2/3 AM 40

Сравнение диаграмм потенциал и градиент зондов Диаграммы удельного электрического сопротивления: истинного (1) и кажущегося для потенциал-зонда (2) и градиент-зонда (3) в пласте высокого сопротивления большой мощности 41

Контрольные вопросы n 1. Почему электрическое сопротивление пласта- n n n 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, 5 М 4, 0 А. 6. Поясните назначение всех элементов в схеме измерений метода КС