Потенциал EПС в скважине На контакте горных пород

Потенциал EПС в скважине На контакте горных пород разной литологии и на контакте горных пород с промывочной жидкостью, заполняющей скважину образуется электрохимическая ячейка. Эквивалентная схема содержит три сопротивления Rп - сопротивление пласта, Rвм - сопротивление вмещающих пород и Rc - сопротивление бурового раствора. По контуру течет ток силой I. Электродвижущая сила естественного потенциала в скважине На участке скважины с Rc, разность потенциалов соответствует полному изменению потенциала в скважине и является фактической амплитудой в пласте

Фактическая амплитуда отличается от статической на величину Для пластов большой мощности наибольшее сопротивление оказывает промывочная жидкость в скважине, где происходит почти полное падение потенциала, и значением можно пренебречь. В этом случае

Приведение амплитуд пластов малой мощности к EПС осуществляется по формуле где - - поправочный коэффициент, определяемый по палетке. Шифр кривых

4. Далее рассчитываются статические значения EПС. Для этого по палеткам определяется коэффициент и по формуле υ вычисляется искомая величина.

Форма кривой и ее амплитуда зависят также от величины зоны проникновения Учет производится путем замены на D

Установка для измерения потенциалов собственной поляризации Установка для измерения потенциала ПС включает в себя (рис. а) два измерительных электрода (M и N), измерительный прибор и компенсатор поляризации. Электрод M помешается в скважину, электрод N располагается неподвижно у устья скважины. Регистрируется разность потенциалов Потенциал электрода N постоянен, поэтому В скважинах, где наблюдаются сильные блуждающие, теллурические или иные токи записывают кривые градиента ПС (рис. б).

Кривые потенциала ПС Кривые градиента ПС

Обработка диаграмм метода потенциалов собственной поляризации 1. Расчленение разреза; 2. Проведение линии глин; 3. Снятие значений Uпс ; 4. Расчет статической амплитуды; 5. Поправка за влияние температуры; 6. Определение эталонного значения; 7. Расчет относительных амплитуд; 8. Решение геологических задач.

1. Границам мощных пластов (h/dс > 5) на кривой ПС соответствуют точки, в которых величина аномалии относительно вмещающих пород соответствует 0, 5 ее максимальной величины. При h/dс < 5 границы пласта смещаются в сторону экстремума. Величина смещения определяется по специальным палеткам или из соотношения где Sm - величина смещения от уровня вмещающих пород, А – амплитуда аномалии. Так как диаграмма ПС не имеет нулевой линии, горизонтальный масштаб зарегистрированной кривой указывается числом милливольт, приходящихся на отрезок диаграммы, равный 2 см.

2, 3. Для снятия отсчетов UПС используется условная ”нулевая” линия, которая проводится по участкам кривых с наиболее положительными показаниями ПС. Эта линия называется ”линией глин”. Фактические отсчеты UПС снимаются в масштабе диаграммы слеванаправо.

4. Далее рассчитываются статические значения EПС. Для этого по палеткам определяется коэффициент и по формуле υ вычисляется искомая величина.

5. Приведение результатов наблюдений к единым скважинным условиям необходимо для того, чтобы можно было сопоставлять результаты измерений в разных скважинах или в разных интервалах одной и той же скважины. Обычно результаты измерений приводят к условиям температуры, равной 180 С. Приведение к таким условиям можно осуществить по формуле:

6. Расчет относительных амплитуд осуществляется по формуле , В качестве опорного пласта следует выбирать пласты чистого неглинистого песчаника. В этом случае соответствует максимальное значение, полученное в результате обработки диаграммы ПС. Если чистый песчаник отсутствует, то вычисляется по формуле где - удельное сопротивление фильтрата бурового раствора, удельное сопротивление пластовой воды. Удельное сопротивление фильтрата определяется через сопротивление бурового раствора по специальной палетке.

7. Решение геологических задач Для построения предварительного геологического разреза по результатам индивидуальной обработки диаграмм ПС можно воспользоваться приближенной связью между коэффициентом глинистости и Тогда, по количеству глинистого материала (зерна с диаметром меньше 0, 01 мм) горные породы, слагающие разрез скважины предварительно можно идентифицировать следующим образом: чистый песчаник 0 – 0, 1 слабоглинистый песчаник 0, 1 – 0, 25 сильноглинистый песчаник 0, 25 – 0, 4 алевролит 0, 4 – 0, 8 аргиллит (глина) 0, 8 и выше Полученный разрез может быть взят за основу с последующим уточнением по данным других методов ГИС.

Метод электродных потенциалов Катион в расстворе Электродный потенциал, В Литий Li+ -3, 01 Калий K+ -2, 92 Магний Mg 2+ -2, 38 Алюминий Al 3+ -1, 66 Цинк Zn 2+ -0, 76 Железо Fe 2+ -0, 44 Свинец Pb 2+ -0, 13 Медь Cu 2+ +0, 34 Серебро Ag+ +0, 79 Золото Au+ +1, 7 Металл

Зонд МЭП Пирит Графит Вкрапленность сульфидов Электрически связанная Изолированная

- углисто-глинистый сланец; - углистый сланец; - серицито-кварцевый сланец; - сплошная руда; - богатая вкрапленная руда; - бедная вкрапленная руда; - вкрапленность сульфидов.

Метод гальванических пар (МГП) Минерал Твердость Галенит 2, 5 – 2, 75 Халькопирит 3, 5 – 4, 0 Пирротин 3, 5 – 4, 5 Арсенопирит 5, 0 – 6, 0 Пирит 6, 0 - 6, 5 а и б – пирит, в - галенит 1 – поле нанесения черты, 2 – через 1 мин, 3 – через 3 мин, 4 – через 5 мин, 5 – через 7 мин.

Электрический каротаж на постоянном токе Удельное электрическое сопротивление где r - удельное электрическое сопротивление; l – длина проводника; S – его поперечное сечение. [Ом м] Изменяется от долей до десятков тысяч Ом м Горная порода состоит из минерального скелета и пустот (пор) заполненных флюидом (вода, газ, нефть или их смеси)

Сопротивление минерального скелета Петрофиз. группа Проводники Полупроводники Диэлектрики <10 -6 -108 >108 Носители тока Электроны (дырки) Ионы Зависимость от температуры прямая обратная Группы минералов Самородные металлы Сульфиды и оксиды металлов, графит, антрацит Остальные минералы ρ, Омм У большинства горных пород минеральный скелет является диэлектриком

Сопротивление водных растворов Сопротивление воды зависит от - концентрации солей; - химического состава; - температуры. УЭС растворов различных солей при концентрации 10 г/л и t=180 C Na. Cl 0. 625 Омм KCl 0. 641 Омм Ca. Cl 2 0. 626 Омм Mg. Cl 2 0. 580 Омм СNa. Cl [г/л] 0 0, 01 0, 1 1, 0 10, 0 50, 0 100, 0 r [Омм] 20*104 516 52, 5 5, 5 0, 625 0, 149 0, 08 При увеличении температуры УЭС снижается. Это связано с увеличением подвижности ионов и уменьшением вязкости. где a = 0. 0236 – температурный коэффициент

Зависимость удельного электрического сопротивления водных растворов солей от концентрации раствора (по В. Н. Дахнову) Зависимость удельного электрического сопротивления раствора Na. Cl от температуры и концентрации

Сопротивление минерального скелета > 108 Омм Сопротивление пластовой воды – доли Омм Сопротивление горных пород – от долей до первых тысяч Омм Следовательно, сопротивление горных пород в основном зависит от содержания токопроводящей воды, т. е. от пористости - сопротивление водяного пласта - сопротивление пластовой воды a- литологический коэффициент (0, 9 – 1, 2) b – коэффициент цементации (1, 3 – для песков 2, 3 – для сцементированных пород) P – параметр пористости

1 – пески 2 - песчаник слабосцементированный 3 - песчаник среднесцементированный 4 - известняки глинистые и ракушечные 5 – известняки и доломиты среднесцементированные 6 – известняки и доломиты плотные Чем можно объяснить неоднозначную связь между коэффициентом пористости и Р – параметром?

На величину удельного электрического сопротивления оказывает существенное влияние тип пористости и ее структура Для постоянной пористости Гранулярная пористость Трещиннокавернозная пористость Чем более окатанные зерна, тем меньше сопротивление Чем тоньше трещины, тем меньше сопротивление Наличие “тупиковых” пор обуславливает наибольшее сопротивление

При повышении давления удельное сопротивление увеличивается. Это связано с уменьшением пористости и увеличением извилистости поровых каналов. Для слоистых горных пород удельное сопротивление различно в разных направлениях. Коэффициент анизотропии определяется из выражения где и - удельные сопротивления в двух ортогональных направлениях Для анизотропных сред вычисляют среднее удельное электрическое сопротивление

При замещении воды нефтью или газом удельное электрическое сопротивление увеличивается где Pнг – коэффициент увеличения сопротивления (параметр насыщения), ρнп – сопротивление нефтегазового пласта, ρвп – сопротивление водяного пласта, Pп - параметр пористости. где a – коэффициент (a = 1 ÷ 1, 3, по умолчанию а = 1), n – показатель смачиваемости (по умолчанию n = 2), kв – коэффициент водонасыщенности.

Метод КС (каротаж сопротивлений)

Установка для измерения УЭС A, B – питающие электроды; M, N – приемные (измерительные) электроды; Г – генератор; R – переменное сопротивление; м. А – прибор для измерения силы тока; О – точка записи; АО – длина зонда.

Поле точечного источника в однородной среде N А – питающий электрод; M, N – измерительные электроды - линии равного потенциала; M - токовые линии. А где U, E - потенциал и напряженность электрического поля в данной точке; j – плотность тока; ρ, σ – удельное электрическое сопротивление и удельная электропроводность среды.

_ удельное электрическое сопротивление в однородной изотропной среде. _ кажущееся удельное электрическое сопротивление в неоднородной среде. - удельное сопротивление пласта; - мощность пласта; - удельное сопротивление вмещающих пород; - удельное сопротивление бурового раствора; - диаметр скважины: - удельное сопротивление зоны проникновения; D – диаметр зоны проникновения; L – длина зонда.

Метод КС Типы зондов Потенциал-зонд Гадиент-зонды N 0 * M Градиент-зонд A MN < AM AO – длина зонда. при MN→ 0 N Потенциал-зонд 0 * A Кровельный (Обращенный) N M 0 * M АМ < MN АМ – длина зонда. при N →∞ A Подошвенный (последовательный) Зонд запиисывается сверху вниз – А 2 M 0, 5 N Радиус исследования: Градиент-зонд ≈ АО Потенциал-зонд ≈ 2 АМ

Кривые КС Два однородных и изотропных полупространства последовательный (подошвенный) градиент-зонд обращенный (кровельный) градиент-зонд

потенциал-зонд

Кривые КС для мощного пласта высокого сопротивления кровельный градиент-зонд подошвенный градиент-зонд потенциал -зонд

Кривые КС для тонкого пласта градиент-зонд потенциал-зонд

Правила определения границ градиент-зонд Тонкий пласт Мощный пласт подошвенный: подошва hп = hmax+MN/2 кровля hк = hmin+MN/2 кровельный: подошва hп = hmin - MN/2 кровля hк = hmax - MN/2 потенциал-зонд Мощный пласт

Кривые rк для двух пластов высокого сопротивления, мощность которых h меньше длины подошвенного градиентзонда. а, б и в – занижающее экранирование г – завышающее экранирование

При исследовании переслаивающихся тонких пластов высокого и низкого сопротивления экранный эффект приводит к искажению не только величины УЭС, но и самой формы кривой.

Кажущееся удельное сопротивление rк различно против разных точек пласта. В качестве существенных наиболее характерных значений УЭС принято считать среднее rк, ср, максимальное rк, max или минимальное rк, min и оптимальное rк, опт

Определить истинное сопротивление горных пород rп можно с помощью специальных палеток (Двухслойная палетка БКЗ)

Метод БКЗ (Боковое каротажное зондирование)

Определение истинного сопротивления пласта БКЗ (БЭЗ) – боковое каротажное зондирование – измерение rк однотипными зондами разной длины 1) А 0. 4 M 0. 1 N 2) А 1. 0 M 0. 1 N Двухслойный разрез ρп ρс 0, 5 dc 3) А 2. 0 M 0. 5 N 4) А 4. 0 M 0. 5 N 5) А 6. 0 M 1. 0 N 6) N 0. 5 M 2. 0 A Трехслойный разрез ρп ρ зп ρс 0, 5 dc 0, 5 D

Зона проникновения Понижающее проникновение Повышающее проникновение нефтяной пласт

Обработка данных БКЗ 1. Расчленение разреза; 2. Снятие существенных значений и построение фактических кривых БКЗ; 3. Сравнение фактических кривых БКЗ с теоретическими и вычисление искомых параметров. Существенные значения: - среднее, - оптимальное, -- экстремальное.

Запись кривых БКЗ

Построение фактической кривой БКЗ

Фактическую кривую БКЗ совмещают с 2 -х слойной палеткой БКЗ I – двухслойная кривая БКЗ, II – трехслойная кривая с повышающем проникновением III - трехслойная кривая с понижающем проникновением Шифр кривых ρп/ρc

Совмещение фактической и теоретической кривых БКЗ на 2 -х слойной палетке Шифр кривых ρп/ρc= μ 2

Трехслойная палетка БКЗ (rзп /rс, D/dс) Шифры палетки: ρзп / ρс– 5, 10, 20, 40 … D/dc - 2, 4, 8, 16 Шифр кривых – μ 3 = ρп/ρc из 2 -х слойной палетки ρзп = μ 2 ρс ρп = μ 3 ρс dс = D/dc • dc

Общий вид зондов КС + ПС ЭК 2 -НН (БКЗ+2 БК+ПС)

Микрокаротажное зондирование (МКЗ) A 0, 025 M 0, 025 N – микроградиент-зонд. Радиус исследования » 3 см. A 0, 05 M – микропотенциал-зонд. Радиус исследования » 12 см.

- положительное расхождение Проницаемые горные породы МПЗ МГЗ

Положительное расхождение, ПС – большое, ρк - большое Непроницаемые горные породы большого сопротивления

- отрицательное расхождение Отрицательное расхождение Горные породы с сопротивлением меньшим, чем у бурового раствора

Нет расхождения Плотные, непроницаемые горные породы

Резистивиметрия применяется для определения удельного электрического сопротивления промывочной жидкости. r c- необходимо при обработке и интерпретации данных геофизических методов, при изучении технического состояния скважины, при гидрогеологических исследованиях. 1— корпус прибора; 2 — рессоры; 3 — рессорные муфты; 4 — резиновый башмак; 5 — электроды; 6 — электроввод.

а – определение места притока пластовой воды в скважину (rс > rпв) б – определение места поглощения промывочной жидкости (rс < rдв) rс - сопротивление промывочной жидкости; rпв- сопротивление пластовой воды; rдв- сопротивление доливаемой воды.

Боковой каротаж (БК) При использовании обычных зондов, плотность тока в каждой из сред, пропорциональна их УЭС Расположив однополярные электроды А 1 и А 2 симметрично относительно основного питающего электрода А 0 можно направить токовые линии ортогонально стенке скважины. A 1 A 2

Типы зондов БК а – трехэлектродный зонд (БК-3), Lобщ= 3, 2 м, L=0, 18 м; б - семиэлектродный зонд (БК-7), Lобщ=3 м, L=0, 6 м, q=5, A 0. 2 M 10. 2 N 11. 1 A 1 (LA 3 q 5); в – девятиэлектродный зонд (БК-9): Lобщ=1, 2 м, L=0, 6 м, q=2, A 0, 2 M 10, 2 N 10, 2 A 10, 9 B 1 (LB 3 LAq 2) q – параметр фокусировки

- радиальные геометрические факторы; - удельные электрические сопротивления. 1 – скважина; 2 – зона проникновения; 3 – неизмененная часть пласта; 4 – токовые линии. Радиальные характеристики

Кривые БК для пластов разной мощности Кривые БК для пачки тонких пластов

Определение удельного сопротивления по диаграммам БК Поправка за мощность пласта Поправка за скважину Псевдогеометрический фактор D, м

Специальные зонды БК (сканеры) 2 БК АЭСБ-73

а б в г Представление результатов сканирования а – монохромная шкала удельного сопротивления; б – монохромная шкала проводимости: в – многоцветная шкала; г – двухцветная шкала. Результат сканирования горизонтальной скважины

Микробоковой каротаж (МБК) I – трех электродный микрозонд; II – схема токовых линий.

Наклонометрия

Изображение результатов наклонометрии угол падения - песчаник - глина

Токовый каротаж (ТК) Метод скользящих контактов (МСК) E – напряжение источника тока; - суммарное сопротивление части питающей среды (кабеля, проводов, реостата, источника питания и заземления B RA – сопротивление электрода A

Выделение тонких сульфидных прожилков МСК 1 – антрацит; 2 – углистый аргиллит; 3 – аргиллит; 4 – песчаник; 5 – сульфиды; 6 – хлорито-серицитовые сланцы; 7 – вкрапленники сульфидов в сланцах. щеточные точечные электроды