В. В. Климов, А. В. Шостак геофизические исследования скважин
 Скачать 7.18 Mb.
|
|
часть пласта; D–диаметр зоны проникновения; d пп –диаметр промытой части пла- ста; d с – диаметр скважины; h гк – толщина глинистой корки; h – мощность пласта Нефть и газ не являются проводниками электрического тока. Запол- няя поры горной породы, они увеличивают ее удельное сопротивление по сравнению с сопротивлением породы насыщенной водой. В нефтегазо- носной породе проводником электрического тока служит минерализован- ная вода, находящаяся в порах вместе с нефтью или газом. Количеством этой воды и характером ее распределения в порах определяется величина удельного сопротивления нефтегазоносной породы. 3.1.3 Модификации электрического каротажа Электрический каротаж традиционно применяется в виде двух моди- фикаций: метода сопротивлений и метода самопроизвольно возникающего электрического поля (естественных, собственных потенциалов). Основными видами каротажа по методу сопротивления являются каротаж нефокусиро- ванными (обычными) зондами, в том числе боковое каротажное зондирова- ние (БКЗ), боковой и индукционный каротаж, микрокаротаж. Сущность электрического каротажа заключается в проведении изме- рений, показывающих изменения вдоль скважины кажущегося удельного 34 сопротивления (КС) пород и естественных потенциалов (ПС) для изучения геологического разреза скважины. Результаты измерений изображаются в виде кривых изменения параметров КС и ПС вдоль ствола скважины. 3.1.4 Измерение кажущегося удельного сопротивления горных пород Для замера кажущегося удельного сопротивления горных пород пере- сеченных скважиной обычно используют четырехэлектродную установку АМNB. Три электрода этой установки (А, М, N или M, A, B), присоединенные к концам кабеля и спускаемые в скважину, представляют каротажный зонд. Четвертый электрод B или N (заземление) устанавливают на поверхности вблизи устья скважины (рис. 3.3). Через электроды А и B, называемые токо- выми, пропускают ток I, создающий электрическое поле в породе; при по- мощи измерительных электродов М и N регистрируют разность потенциалов ∆U между двумя точками этого электрического поля. Согласно принципу взаимности при каротаже сопротивления допускается взаимная замена токо- вых и измерительных электродов. Регистрируемая величина при этом являет- ся одной и той же. При каротаже разность потенциалов выражается в тысяч- ных долях вольта – милливольтах (мВ), сила тока в тысячных долях ампера – миллиамперах (мА), а расстояния MN, AM и AN в метрах (м), при этом удель- ное сопротивление будет выражено в омметрах (Ом·м). При каротаже имеют дело с неоднородной средой, состоящей из пластов различного удельного со- противления и промывочной жидкости, заполняющей скважину и в этих ус- ловиях производятся измерения, которые называются кажущимся удельным сопротивлением (КС или ρ к ). Для измерения КС пород при каротаже применяют зонды (измери- тельные установки, содержащие три электрода: A, M, N или M, A ,B) раз- личных типов и размеров (так называемые потенциал–зонды и градиент– зонды). Потенциал – зондами называют зонды, у которых расстояние меж- ду парными электродами, т.е. электродами одного назначения (АВ или MN), значительно больше расстояния от одного из этих электродов до ближайшего непарного, т.е. MN >> AM или АВ > > AM. Расстояние ме- жду электродами А и М потенциал – зонда называют его размером, или длиной; измеряемое значение кажущегося сопротивления относят к сред- ней точке отрезка AM (точке записи). Градиент – зондами называют зонды, у которых расстояние между парными электродами (АВ или MN) значи- тельно меньше расстояния от одного из них до непарного электрода, 35 т.е. MN << AM или АВ << AM. Величину измеряемого кажущегося сопро- тивления относят к точке, расположенной на середине расстояния между парными электродами (точке записи). Размером, или длиной, зонда счита- ют расстояния от удаленного электрода до точки записи (рис. 3.4). Зонды КС принято обозначать сверху вниз, указывая между буквенными обозна- чениями электродов расстояние между ними в метрах. Такое обозначение называют символом зонда. Например, N 0,10 M 0,95 A. Зонды, у которых парные электроды располагаются выше непарного, называются обращенными, а те, у которых парные ниже непарного – по- следовательными зондами. Зонды с одним питающим электродом называ- ются однополюсными или зондами прямого питания, а зонды с двумя пи- тающими электродами – двуполюсными или зондами взаимного питания. И последний термин из описания зондов – длина зонда L. У градиент- зонда за его длину принимают расстояние от удаленного электрода до сере- дины расстояния между сближенными; у потенциал-зонда – расстояние меж- ду сближенными электродами, т.е. для потенциал-зонда всегда L = АМ, а для градиент-зонда L = АО или L = МО. Рис. 3.4. Градиент и потенциал зонды КС Для условной оценки глубины исследования зондом применяют тер- мин радиус исследования зонда – радиус сферы в однородной среде неог- раниченной мощности, оказывающей на показания зонда такое же влия- ние, как и та часть сферы, которая расположена за ее пределами. Исходя из этого считают, что радиус исследования градиент-зондом приблизительно совпадает с его размером АО, а потенциал-зондом соответствует его удво- енному размеру, т.е. 2АМ. Следовательно, при одинаковом размере зондов радиус исследования потенциал-зонда примерно в 2 раза превышает ради- ус исследования градиент-зонда. Кроме того, зонды подразделяются на по- 36 следовательные (или подошвенные) и обращенные (или кровельные). Последовательными называют зонды, у которых парные электроды распо- ложены ниже непарного; обращенными – зонды, у которых парные элек- троды располагаются выше непарного. 3.1.5 Кривые кажущегося удельного сопротивления Величина кажущегося удельного сопротивления, определяющая форму кривой КС, зависит от мощности пласта, типа и размера зонда, его положения относительно границ пласта. На рисунке 3.5 приведены кривые, полученные в результате экспе- риментальных и теоретических исследований для обычных зондов против однородных пластов ограниченной мощности и различного удельного со- противления. Условно принято считать пласт мощным, если его размер превышает размеры зонда и тонким, если его мощность меньше или равна его размерам. Если удельное сопротивление пласта соответственно больше или меньше удельного сопротивления вмещающей среды, то пласт квали- фицируют как высокого или низкого сопротивления. Рис. 3.5 Кривые сопротивления для однородного пласта с большим и малым сопротивлениями 37 Градиент-зонд. Пласт высокого сопротивления. При замерах подош- венным градиент-зондом кровля пласта соответствует минимальному со- противлению по кривой, а подошва – максимальному (рис. 3.5) тонкому пласту – кровля находится против точки наиболее крутого подъема кри- вой, а подошва – несколько ниже максимума. Пласт низкого сопротивления. Мощный пласт фиксируется на кри- вой сопротивления асимметричным минимумом, кровля отмечается мак- симумом, подошва минимумом. Для тонких пластов подошва на кривой КС фиксируется по переходу кривой сопротивления от пониженных зна- чений к максимальным. При измерениях кровельным градиент-зондом кривые сопротивления являются зеркальным отражением кривых, полу- ченных подошвенным градиент-зондом. Потенциал-зонд. Пласт высокого сопротивления. Мощный пласт от- мечается на кривой КС максимумом, симметричным относительно середи- ны пласта. Его границы проводятся симметрично относительно максиму- ма, кровля- на половину длины зонда выше точки перехода от плавного к более крутому подъему кривой, а подошва – на ту же величину ниже этой точки. Тонкий пласт высокого сопротивления фиксируется снижени- ем сопротивления: некоторое повышение выше кровли и ниже подошвы пласта на расстояниях, равных половине зонда из-за экранных явлений. Пласт низкого сопротивления отмечается на кривой кажущегося со- противления минимумом, симметричным относительно середины пласта. При чередовании пластов, имеющих различные сопротивления, обыч- ное распределение плотности тока в скважине нарушается, происходит пере- распределение силовых линий тока и возникают явления экранирования, ко- торые оказывают влияние на величины кажущихся сопротивлений. Фактические кривые сопротивления по скважине, имеют более сложную форму, чем расчетные или полученные на моделях. Сложность формы фактической кривой обусловлена неоднородно- стью пласта и вмещающих пород, изменением диаметров скважины и зоны проникновения фильтрата промывочной жидкости, углом между осью скважины и плоскостью напластования и т.п. 3.1.6 Боковое каротажное зондирование (БКЗ) Важнейшей задачей электрического каротажа в нефтяных и газовых скважинах является определение удельного электрического сопротивления пластов (ρ п ) по кажущемуся удельному сопротивлению (ρ к ). Сопротивление 38 ρ п является исходной величиной для определения коэффициента нефтегазо- насыщенности и коллекторских свойств пластов. Определить ρ п по кривым КС стандартного каротажа возможно только в отдельных случаях: пласт име- ет большую мощность (более 4 м) проникновение фильтра ПЖ в него отсут- ствует, и скважина заполнена ПЖ с известным удельным сопротивлением ρ с Наиболее точно ρ п может быть определено с помощью БКЗ, которое заключа- ется в проведении измерений несколькими градиент-зондами разной длины. Применение комплекта зондов различной длины позволяет исключить влияние бурового раствора на величину кажущегося сопротивления, изучить характер изменения сопротивления от стенок скважины вглубь пласта опре- делить глубину проникновения фильтрата бурового раствора в пласт и найти истинное сопротивление пласта. Одновременно с БКЗ обычно определяют диаметр скважины и удельное сопротивление бурового раствора. Принципиальная возможность определения ρ зп и ρ п по данным изме- рений зондами разной длины основана на том, что они имеют разный ра- диус исследования (глубинность). Показания малого зонда определяются удельным сопротивлением ближайшего к нему участка среды, т.е. скважи- ной и примыкающей к ней частью пласта. На ρ к , замеренное большим зон- дом, основное влияние оказывает удельное сопротивление удаленных от зонда участков среды и практически не влияют диаметр скважины, ρ с и ρ зп Для исследования нефтяных и газовых скважин используют сле- дующие подошвенные градиент-зонды: 1) А 0,4 М 0,1 N; 2) А 1,0 М 0,1 N; 3) А 2,0 М 0,5 N; 4) А 4,0 М 0,5 N; 5) A 8,0 M 1,0 N. Дополнительным зондом в этом комплекте является кровельный гра- диент-зонд М 0,5 N 4 A, служащий для уточнения отбивки границ пласта. Для интерпретации данных БКЗ необходимо знать d с и ρ с в пределах исследуемого интервала. Поэтому совместно с БКЗ обязательно проводят измерение этих величин в скважине – кавернометрию и резистивиметрию. 3.1.7 Кажущееся удельное сопротивление пласта неограниченной мощности. Палетки БКЗ. Результаты расчета кажущегося удельного сопротивления для пласта неограниченной мощности, выполненного Л.М. Альпиным, представлены 39 в виде кривых, выражающих зависимость ρ к от различных определяющих его параметров: а) для непроницаемого пласта – от удельных сопротивлений пласта ρ п и промывочной жидкости ρ с , диаметра скважины d с и длины зонда L 3 ; б) для проницаемого пласта при наличии зоны проникновения, кро- ме перечисленных параметров, – от удельного сопротивления зоны про- никновения ρ п и ее диаметра D. Эти кривые называются кривыми бокового каротажного зондирова- ния (БКЗ). Такие кривые, сгруппированные по определенному признаку (двухслойные, трехслойные) и выражающие зависимость ρ к /ρ с от L 3 /d с для пласта неограниченной мощности, называются палетками БКЗ. Различают кривые БКЗ двух основных типов – двухслойные и трехслойные. Двухслойные кривые БКЗ рассчитаны для условий, когда проникно- вение промывочной жидкости в пласт отсутствует. При этом возможны следующие случаи: а) сопротивление промывочной жидкости, заполняющей скважину, меньше сопротивления пласта (ρ с < ρ п ); б) сопротивление жидкости больше сопротивления пласта (p с > p п ). Двухслойные расчетные кривые БКЗ сгруппированы в палетки, обозна- чаемые БКЗ-1А (при ρ п > ρ с ) и БКЗ-1Б (при ρ п < ρ с ) (рис.3.6 и 3.7). Рис. 3.6 Палетка БКЗ-1А для градиент-зондов при ρ п > ρ с (по Л.М.Альпину) 40 ρ ρ к / c ρ ρ к = c ρ c ρ п d c A O A O = d c A O B 0,01 0,025 0,05 0,1 0,25 ρ ρ п / =0,5 c 0,1 0,2 0,5 1 2 5 10 20 AO d / c 0,003 0,005 0,01 0,02 0,05 0,1 0,2 0,5 Рис. 3.7 Палетка БКЗ-1Б для градиент-зондов при pп < pс (по Л.М. Альпину) Кривые палеток БКЗ-1 в своей правой части асимптотически при- ближаются к значениям удельного сопротивления пласта. Изображенная на палетках кривая А характеризует геометрическое место точек пересече- ния кривых БКЗ с их правыми асимптотами, кривая В – геометрическое место точек (максимумов и минимумов) кривых. Двухслойные кривые БКЗ обозначают одним относительным параметром ρ п /ρ с , который называется модулем кривой БКЗ. Трехслойные кривые БКЗ рассчитаны для случая проникновения промывочной жидкости в пласт. При этом в примыкающей к скважине части пласта образуется зона проникновения (ЗП), условно принимаемая за цилиндрическую, диаметром D и удельным сопротивлением pзп с проме- жуточным значением между pс и неизмененной части пласта ρ п Трехслойные кривые БКЗ определяются пятью параметрами ρ п , ρ зп , ρ с , D и d с . Но в связи с тем, что кривые БКЗ строятся в двойном логариф- мическом масштабе, их форма и положение на палетках зависят от трех относительных параметров ρ зп /ρ с , D/d с и ρ п /ρ с При проникновении фильтра промывочной жидкости в пласт воз- можны два случая: снижение удельного сопротивления (понижающее про- никновение) и, наоборот, увеличение его сопротивления (повышающее проникновение). Принадлежность кривой БКЗ к повышающему либо понижающему проникновению промывочной жидкости определяется величиной ρ п /ρ зп Если ρ п /ρ зп < 1, то наблюдается повышающее проникновение, при ρ п /ρ зп > 1 – 41 понижающее. Обычно на одну и ту же палетку наносят кривые, соответст- вующие повышающему и понижающему проникновению фильтрата про- мывочной жидкости (рис. 3.8). Рис. 3.8 Палетка БКЗ–4/20 для градиент-зондов (по Л.М.Альпину) Каждая кривая на трехслойной палетке БКЗ изображает зависимость ρ к /ρ с от относительного размера зонда L 3 /d с при заданных параметрах D/d с , ρ зп /ρ с и ρ п /ρ с , из которых первые два отражают шифр палетки, а третий – шифр кривой. Например, палетка БКЗ с шифром 4/20 означает, что на ней представлен набор кривых зависимости ρ к /ρ с от L 3 /d с при D/d с =4 и ρ зп /ρ с =20 (рис. 3.8). При повышающем проникновении фильтрата промывочной жидкости в пласт удовлетворяется условие ρ с < ρ зп > ρ п , при понижающем ρ с < ρ зп < ρ п Литологически такие пласты могут быть представлены проницаемы- ми нефтегазоносными породами. Кроме того, подобный тип кривых на- 42 блюдается для проницаемых и водоносных пластов, если удельное со- противление фильтрата бурового раствора меньше удельного сопротив- ления пластовой воды. Интерпретацию кривых при неглубоком проникновении бурового раствора обычно производят с помощью трехслойных палеток. 3.1.8 Микрозондирование (микрокаротаж) Под микрокаротажем(МК) понимают каротаж сопротивления обычными градиент- и потенциал-зондами малых размеров, расположен- ными на прижимном изоляционном башмаке (рис. 3.9). при работе башмак с электродами прижимается пружинами к стенке скважины, чем достига- ются частичное экранирование зонда от промывочной жидкости и умень- шение влияния ее на результат измерений. В средней части башмака мик- розонда смонтированы три электрода – А, М и N на расстоянии 25 мм друг от друга. С их помощью по обычной схеме электрического каротажа обра- зуют градиент-микрозонд А0,025М0,025 N и потенциал-микрозонд А0,05М, которыми производят измерения в скважине одновременно. Интерпретация кривых МК заключается в детальном расчленении разреза, выделении в нем проницаемых и непроницаемых прослоев, опре- деления удельного сопротивления промытой части пласта ρ пп Если против проницаемого пласта образуется глинистая корка, ка- жущиеся сопротивления, измеряемые потенциал микрозондом, значитель- но выше сопротивлений, измеренных одновременно против тех же пластов градиент-микрозондом с заметно меньшим радиусом исследования. Такое превышение сопротивления получило название положительного расхож- дения (приращения). Оно характерно для проницаемых пластов. Положи- тельное расхождение отмечается чаще всего в проницаемых песчано- алевролитовых пластах с глинистой коркой небольшой толщины и ее со- противлением, в несколько раз меньшим ρ зп (рис. 3.10). В отдельных слу- чаях сопротивления, измеренные градиент-микрозондом, превышают со- противления, полученные потенциал-зондом, т.е. наблюдается отрица- тельное приращение, которое характерно для случаев, когда ρ с > ρ п В связи с небольшими размерами зондов метод микрозондов имеет малую глубину исследования. Например, при изучении пород-коллекторов практически определяют удельное сопротивление части пласта, видоизме- ненной проникновением фильтрата бурового раствора. Поэтому по данным микрозондов нельзя получить представление об удельном сопротивлении |