Курс лекций ухта 2006 удк 550. 812. 1 553. 98 Н 64
 Скачать 1.24 Mb.
|
|
А и В в землю пропускают электрический ток I. Этот ток создает между электродами М и N разность потенциалов AU, регистрируемую на поверхности. По измеренным значениям AU и I можно рассчитать удельное сопротивление р среды, окружающей зонд. Зонд обладает свойством взаимозаменяемости электродов, в соответствии с которым можно, сохранив расстояние между электродами, переменить их назначение, т. е. измерительные электроды М и N сделать токовыми, а токовые A и В - измерительными. При этом разность потенциалов не изменится, если сила тока питания останется прежней. Зонд с одним токовым электродом называется однополюсным, с двумя - двухполюсным. Измерения в скважинах проводят с однополюсными (см. рис. 4.5.1, а) и двухполюсными (см. рис. 4.5.1, б) зондами.  Рис. 4.5.1. Схема измерения удельного сопротивления горных пород в скважине а - однополюсный зонд; б - двухполюсный зонд; A, В - токовые электроды; М- измерительные электроды; мА - прибор для измерения силы тока I; мВ - прибор для измерения разности потенциалов AU Два электрода зонда, включенные в одну и ту же цепь (измерительную при однополюсном, токовую при двухполюсном зондах), называют парными, третий электрод, включенный в одну цепь с поверхностным электродом, - непарным. В зависимости от соотношения расстояний между электродами зонды бывают двух типов: потенциал-зонды и градиент-зонды. Зонд, у которого расстояние между парными электродами во много раз больше расстояния между непарным и ближайшим к нему парным электродом, называется потенциалзондом. Зонд, у которого расстояние между парными электродами во много раз меньше расстояния от них до непарного электрода, называется градиент-зондом. По порядку расположения электродов зонды делятся на подошвенные и кровельные. У подошвенного зонда парные электроды находятся ниже непарного, у кровельного - парные электроды выше непарного. Зонд обозначают последовательным буквенным наименованием его электродов в порядке их расположения сверху вниз с указанием расстояния между электродами в метрах. Например, М4А0,5В — двухполюсный подошвенный градиент-зонд длиной 4,25 м; В7,5А0,75М — двухполюсный потенциал-зонд длиной 0,75 м и т. п. В скважинах исследуемая среда обычно электрически неоднородная. Удельное сопротивление промывочной жидкости отличается от сопротивления породы. Породы по разрезу скважины представлены пластами, удельные сопротивления и мощности которых могут быть весьма различными. Вблизи от стенки скважины удельное сопротивление проницаемых пластов изменяется в горизонтальном направлении за счет проникновения в породу фильтрата промывочной жидкости. На рис. 4.5.2 сопоставлены кривые КС потенциал-зонда В7,5А0,75М, подошвенного градиент-зонда М2А0,5В и кровельного градиент-зонда В0,5А2М.  По кривым КС выделяются пласты высокого сопротивления большой (а, в) и малой (б, д, е) мощности, а также пачка пластов (г). Указанные пласты разделяются прослоями низкого сопротивления. На кривой зонда М2А0,5В не отмечается максимума КС в подошве пласта. Как видно из кривой потенциал-зонда, это объясняется снижением удельного сопротивления пласта в направлении к подошве. Из сравнения кривых КС подошвенного и кровельного градиент-зондов выявляется взаимное влияние пластов б и в и особенно пластов д и е. Диаграммы КС используют для изучения геологического строения нефтяных и газовых месторождений. С помощью диаграмм КС и ПС уточняют стратиграфию, изучают строение, условия залегания, фациальную изменчивость толщ осадочных пород и т. п. Эти задачи решают обычно путем качественного сопоставления диаграмм по разным скважинам как по площади изучаемого месторождения нефти и газа, так и по соседним площадям. Для облегчения сопоставления диаграмм измерения во всех скважинах в пределах крупных районов проводят одним и тем же стандартным зондом. Стандартный зонд выбирают таким, чтобы на кривой КС четко выделялось большинство пластов с различными удельными сопротивлениями, а кажущееся сопротивление мало отличалось от удельного сопротивления пластов. Наиболее точно расчленение разреза скважины на пласты различного удельного сопротивления производится по диаграмме КС, полученной зондом малой длины. Однако в этом случае кажущееся сопротивление значительно отличается от удельного сопротивления пластов. Кажущееся сопротивление, измеренное зондом большой длины, близко к удельному сопротивлению пластов. Однако по диаграмме КС большого зонда затруднена отбивка пластов различных сопротивлений малой мощности в интервалах частого чередования пластов. Практика показывает, что стандартным зондом, в наибольшей степени удовлетворяющим обоим требованиям, является зонд средней длины: градиент-зонд длиной 2,2-2,6 м или потенциал-зонд длиной 0,5-0,75 м. В районах, разрез которых представлен песчано-глинистыми породами, стандартными обычно являются градиент-зонды, например В0,5А2М, применяемый на Апшеронском полуострове и в Западной Туркмении. В районах с карбонатным разрезом стандартными являются потенциал-зонды, например В7,5А0,75М, применяемый в Башкирии, Татарии, Куйбышевском Поволжье. Б разновидность каротажа сопротивлений. а б  оковой каротаж (БК) Рис. 4.5.3. Схема трехэлектродного зонда БК: а - схема зонда; б - распределение токовых линий от электрода A0 (A0 - центральный токовый электрод; А\ и А2 - экранные токовые электроды; N - удаленный измерительный электрод; I0 - ток через электрод A0; A +I2 - ток через электроды Ai и А2; L. - длина зонда) Применяют трех-, семи- и девятиэлектродные зонды БК. На рис. 4.5.3 приведена схема основного трехэлектродного варианта зонда. Измерительная установка (рис. 4.5.3, а) представляет собой длинный металлический цилиндр, составленный из трех изолированных друг от друга частей. Центральная, короткая часть зонда является основным электродом A0, а симметрично расположенные относительно него и соединенные накоротко верхняя и нижняя части - экранными электродами А] и А2. Через основной и экранные электроды пропускается электрический ток одного направления. Сила тока через основной электрод при измерениях поддерживается постоянной. Сила тока через экранные электроды автоматически регулируется так, чтобы разность потенциалов экранных и основного электродов была равна нулю. Измеряют потенциал U одного из электродов относительно удаленного электрода N и силу тока I0 через электрод A0. При микрокаротаже (МК) измеряют кажущиеся сопротивления зондами небольших размеров, электроды которых установлены на пластине из изоляционного материала, прижимаемой к стенке скважины с помощью пружин (рис. 4.5.4). Пластина препятствует растеканию электрического тока по скважине, что приводит к снижению влияния промывочной жидкости на результаты измерений.  Рис. 4.5.4. Схемы зондов МК и их электрического поля: а - общий вид скважинного прибора; б - микрозонд; в - боковой каротажный микрозонд. 1 - корпус; 2 — пружина; 3 - изоляционная пластина с электродами; 4 - кабель; 5 - промывочная жидкость в скважине; 6 - промежуточный слой; 7 - порода; 8 - токовый пучок центрального электрода А0 Измерительная установка состоит из трех электродов, расположенных на расстоянии 2,5 см один от другого. Из них составляют два зонда: градиент-микрозонд А0,025М0,025М и потенциал-микрозонд А0,05М (МЗ - микрозонды). Вследствие малой длины зондов (L=3,75 и 5 см соответственно у градиент- и потенциал-микрозондов) ими исследуют небольшой объем среды. Исследуемая среда ограничивается по площади размерами пластины и в радиальном направлении состоит из двух слоев различного удельного сопротивления. Первый слой представлен глинистой коркой против проницаемых пород. Толщина глинистой корки достигает 2 см, удельное сопротивление ее мало отличается от сопротивления глинистого раствора. Против плотных пород глинистая корка отсутствует. Однако вследствие неровностей стенки скважины и возможного несоответствия формы пластины стенке скважины между ними всегда имеется тонкая пленка глинистого раствора. Таким образом, первый слой имеет удельное сопротивление рсл, равное или близкое к сопротивлению глинистого раствора, и толщину Нсл, малую против плотных и большую против проницаемых пород. Порода за стенкой скважины на радиальную глубину, не превышающую 10-12 см, составляет второй слой исследуемого объема. Удельное сопротивление этого слоя равно удельному сопротивлению рп неизмененной породы, если порода непроницаемая, либо удельному сопротивлению рпп промытой части зоны проникновения проницаемой породы. Для повышения геологической эффективности метода измерения в скважинах проводят одновременно градиент- и потенциал- микрозондами. Это обеспечивает получение кажущихся сопротивлений с обоими зондами при одной и той же толщине первого слоя. Обе кривые КС регистрируют в одинаковом масштабе и затем перечерчивают на один бланк диаграммной бумаги, совмещая нулевые линии сопротивлений. По диаграммам микрозондов проводят детальное литологическое расчленение разрезов нефтяных и газовых скважин и выделяют в разрезах породы-коллекторы, залегающие среди плотных непроницаемых пород (рис. 4.5.5). Породам различных литологических типов соответствуют следующие особенности на диаграммах микрозондов. Пласты глин характеризуются минимальными кажущимися сопротивлениями, практически равными сопротивлению глинистого раствора. Показания градиент- и потенциалмикрозондов в глинах одинаковы. Указанные особенности связаны с тем, что против глин диаметр скважины увеличен. Электродная пластина не касается стенки скважины, поэтому на показания микрозондов влияет только сопротивление глинистого раствора. Пласты песчаников отмечаются на диаграммах микрозондов более высокими по сравнению с глинами значениями кажущихся сопротивлений. Характерным для песчаников является превышение значения рк, измеренного потенциал-микрозондом, над значением, измеренным градиент-микрозондом, - так называемое положительное приращение КС. Кривые КС микрозондов против песчаников обычно сглажены. Отмеченные особенности в показаниях микрозондов против песчаников, сохраняющиеся также против пористо-проницаемых карбонатных пород, обусловлены присутствием толстой глинистой корки на стенке скважины в интервале залегания коллекторов. Плотные глинистые песчаники отмечаются на диаграммах микрозондов более высокими рк, чем пористые песчаники. Плотные известняки характеризуются наибольшими значениями рк на диаграммах микрозондов. Кривые КС на участках, соответствующих плотным известнякам и глинистым песчаникам, сильно изрезаны, рк, измеренные потенциалмикрозондом, нередко меньше рк, измеренных градиент-микрозондом (отрицательные приращения КС). Боковой микрокаротаж (БМК). Боковой микрокаротажный зонд монтируется на одной из пластин микрозонда. Он состоит из центрального токового электрода Ао и однополярного с ним (экранного) кольцевого электрода Бэ (см. рис. 4.5.4, в). Каротаж потенциалов самопроизвольной поляризации - ПС. Потенциалы самопроизвольной поляризации в скважинах зависят от литологического состава пород по разрезу. Это дает возможность широко использовать диаграммы потенциалов самопроизвольной поляризации (диаграммы ПС) для литологического расчленения и корреляции разрезов нефтяных и газовых скважин, а также для характеристики коллекторских свойств пород.  Рис. 4.5.5. Пример использования диаграмм микрозондов для литологического расчленения разреза: 1 - нефтенасыщенные песчаники; 2 - алевролиты; 3 - песчаники; 4 - глины; 5 - известняки Потенциалы ПС в скважинах изучают путем регистрации кривой изменения разности потенциалов между двумя измерительными электродами, один из которых (электрод М) перемещается по скважине, а второй (электрод N) установлен неподвижно на поверхности вблизи от устья скважины. В скважинах, бурящихся на нефть и газ, потенциалы ПС возникают в основном благодаря диффузии ионов солей на контакте двух сред, содержащих растворы различной концентрации. На контакте свободного раствора, например фильтрата глинистого раствора с удельным сопротивлением рф, с пористой средой, насыщенной раствором другой концентрации (пластовой водой с удельным сопротивлением рв), возникает диффузионно-адсорбционный потенциал Ем, который, как и при контакте свободных растворов, приблизительно пропорционален логарифму отношения удельных сопротивлений растворов:  Рис. 4.5.6. Схема самопроизвольной поляризации в скважине: а - минерализация пластовой воды больше минерализации промывочной жидкости; б - минерализация пластовой воды меньше минерализации промывочной жидкости. 1 - песчаник; 2 - глина; 3 - токи ПС; 4 - график э. д. с. ПС; 5 - график ПС на границе пластов, обладающих равными адсорбционными способностями (двух глинистых или двух песчаных пластов) Потенциалы ПС в скважине могут возникать также в результате фильтрации промывочной жидкости в проницаемые пласты. Поровые каналы этих пластов образуют систему радиальных капилляров, через которые под действием перепада давлений в скважине и пластового давления продавливается промывочная жидкость. Это приводит к появлению на концах капилляров разности потенциалов |