В. В. Климов, А. В. Шостак геофизические исследования скважин
 Скачать 7.18 Mb.
|
|
Рис. 3.9 Принципиальная схема измерений микрозондами: а – общий вид микрозонда:1 – электроды; 2– башмак; 3– кабель; б – схема записи: Г1, Г2 – приборы для регистрации кривых К недостаткам метода кажущихся сопротивлений следует отнести невозможность получения надежных результатов при исследовании сква- жин, заполненных очень соленым буровым раствором (за исключением микрозондирования), а также невозможность использования метода при изучении скважин, заполненных нефтью или раствором на нефтяной осно- ве. Для интерпретации данных БКЗ необходимо знать удельное электриче- ское сопротивление промывочной жидкости (ПЖ). Определение сопротив- ления ПЖ осуществляют с помощью резистивиметра, представляющего собой трехэлектродный или четырехэлектродный зонд малого размера, расстояния между электродами которого настолько малы, что ток замыка- ется внутри бурового раствора, и стенки скважины не влияют на результа- ты измерений. Конфигурации электродов резистивиметра могут иметь са- мую различную форму. Электрическая схема измерений с резистивимет- ром полностью аналогична схеме метода КС. 44 Результаты резистивиметрии имеют и самостоятельное значение: по ним можно фиксировать момент вскрытия скважиной водоносных пластов, определять положение мест притока и поглощения жидкости и т.д. Рис. 3.10 – Пример использования кривых микрозондов в комплексе с другими диаграммами: 1–песчаник; 2– глина песчаная; 3 – песчаник глинистый; 4– песчаник газонасыщенный; 5 – граница газ–вода; 6 – газонасыщенная часть пласта; 7 – водонасыщенная часть пласта 3.1.9 Боковой каротаж Под боковым каротажем (БК) понимают каротаж сопротивления зондами с экранными электродами и фокусировкой тока. Различают боко- вой каротаж, выполняемый многоэлектродными (семь, девять электродов) и трехэлектродными зондами (рис.3.11). Семиэлектродный зонд (рис. 3.11, а) состоит из центрального элек- трода А0, двух пар измерительных М 1 , М 2 , N 1 , N 2 и одной пары токовых эк- ранных электродов А 1 и А 2 . Результат измерений зондом бокового карота- жа относят к точке А0. За длину L 3 принимают расстояние между середи- нами интервалов М 1 N 1 и М 2 N 2 (точками О 1 и О 2 ). Расстояние между экра- нирующими электродами А 1 , А 2 называют общим размером зонда L общ Кроме того, для характеристики зонда введено понятие параметр фокусиров- ки q = (L общ – L 3 ) / L 3. Размещение электродов в семиэлектродном зонде вы- ражается следующей записью: А 0 0,2М 1 0,2N 1 1,1А 1 , что соответствует L общ = 3 м, L 3 = 0.6 м , q = 4. 45 Девятиэлектродный зонд обладает малой глубинностью исследова- ния и применяется для изучения зоны пласта, прилегающей к скважине (рис. 3.11, б). Размещение электродов в зонде псевдобокового каротажа можно представить следующей записью: А 0 0,2М 1 0,2N 1 0,2А 1 0,9 В 1 , что со- ответствует L общ = 1,2 м, L 3 = 0,6 м, q = 1. Трехэлектродный зонд, применяемый в аппаратуре АБКТ, состоит из трех электродов удлиненной формы (см. рис. 3.11, в) и характеризуется следующими данными: длиной А 0 = 0,15 м, L общ = 3,2 м, d 3 = 0,07 м , ширина изоляционного промежутка 0,03 м. Рис. 3.11 Схемы зондов бокового каротажа: а – семиэлектродный; б – девятиэлектродный; в – трехэлектродный Область применения метода: детальное расчленение разрезов сква- жин по величинам кажущегося и удельного сопротивлений пластов; при изучении пластов средней и малой мощности, в случаях значительной дифференцированности разреза по сопротивлению и больших значений ρ п /ρ с , когда пласты, вскрываемые скважиной, имеют высокое сопротивле- ние, а также при высокоминерализованной скважинной жидкости. 46 3.1.10 Боковой микрокаротаж Под боковым микрокаротажем (МБК) понимают микрокаротаж зон- дами с фокусировкой тока. На практике используют зонды различных мо- дификаций: Например, двухэлектродный, трехэлектродный и четырех-электродный микрозонды. Наибольшее применение нашел четырехэлектродный боковой микрозонд. Малые расстояния между электродами в боковом микрозонде обуславливают небольшую глубину исследования. Однако благодаря наличию экранного электрода А э ток из электрода А 0 распространяется по пласту вблизи скважины пучком практически пер- пендикулярным к ее стенке. Вследствие этого заметно уменьшается влияние глинистой корки и пленки промывочной жидкости между башмаком и стен- кой скважины. Интерпретация диаграмм бокового микрокаротажа заключа- ется в оценке удельного сопротивления промытой части пласта ρ пп . В карбо- натном разрезе по характеру кривой сопротивления ρ к БМК различают плотные и трещиновато-кавернозные породы (против трещиновато-кавернозных по- род кривая ρ к БКЗ характеризуется резкой дифференцированностью). Данные бокового микрокаротажа измеряют значения удельных со- противлений пород в зоне их непосредственного прилегания к стенке скважины. На показания МБК в отличие от обычных микрозондов влияние высокопроводящей промывочной жидкости сказывается мало, поэтому этот метод получил широкое применение при исследовании скважин, про- буренных на высокоминерализованной промывочной жидкости. Рис. 3.12 Схема четырехэлектродного бокового микрозонда: 1 – башмак из изоляционного материала; 2 – глинистая корка; 3 – проницаемый пласт 47 3.1.11 Индукционный метод каротажа скважин Метод индукционного каротажа (ИК) предназначен для проведения исследований в сухих скважинах и скважинах заполненных промывочными жидкостями на нефтяной основе, непроводящими электрический ток. В отличие от других методов сопротивления, метод индукционного каротажа не требует непосредственного электрического контакта зонда с пластом. Он может применяться в случае обсадки скважин асбоцементными или пла- стмассовыми трубами и позволяет получить хорошо расчлененные кривые электропроводности с симметричными и весьма четкими аномалиями (осо- бенно при изучении пластов низкого сопротивления от 0 до 50 Ом/м). Благоприятные результаты получают при исследовании индукцион- ным каротажем разрезов низкого и среднего сопротивлений и наличии по- вышающего проникновения фильтрата промывочной жидкости в пласт. По диаграммам индукционного каротажа можно более точно определить удельное сопротивление низкоомных водоносных коллекторов и положе- ние водонефтяного контакта. Применение ИК ограничено при соленой промывочной жидкости и высоком удельном сопротивлении пород. Прибор индукционного каротажа содержит генераторную КГ и прием- ную КП катушки, размещенные в корпусе из прочного диэлектрика. Расстоя- ние L между ними называется длиной зонда. Через генераторную катушку пропускается переменный ток генератора с частотой 10–200 кГц. Переменное магнитное поле этого тока индуцирует вихревые токи в породах, окружаю- щих скважинный снаряд. Магнитное поле вихревых токов, в свою очередь, индуцирует в приемной катушке ЭДС, которая поступает на усилитель. Если ток генератора имеет постоянную частоту и силу и L = const, то ЭДС в приемной катушке прямо пропорциональна взаимной индукции катушек, т.е. в итоге электропроводности среды σ. Форма кривой и определение гра- ниц пластов при ИК зависят от характера токовых линий, образующих во- круг оси скважины замкнутые окружности, располагающиеся в плоскости, перпендикулярной к оси прибора. В пластах со слабым наклоном относи- тельно оси скважины токовые линии проходят в одной среде, пересекая гра- ниц пластов различного сопротивления. Характерными (существенными) значениями кривой индукционного каротажа, записанной против пласта ко- нечной мощности, являются показания против середины пласта. Влияние скважины на показания ИК в общем случае зависит от d с , ρ с и отношениям ρ п /ρ с . В случае высокоминерализованной ПЖ (ρ с < 1 Ом·м) и достаточно высокого удельного сопротивления пород (ρ п /ρ с > 20) влияние 48 скважины становится заметным и учитывается при интерпретации диа- грамм ИК с помощью специальных палеток. Так как среда, окружающая прибор, неоднородна (прослои пород разного сопротивления, промывоч- ная жидкость с сопротивлением, отличающимся от сопротивления окру- жающей среды, наличие зоны проникновения), то замеренная величина электропроводности характеризует кажущуюся проводимость σ к , анало- гично кажущемуся удельному сопротивлению ρ к Влияние зоны проникновения на результаты индукционного карота- жа невелико при повышающем проникновении. Понижающее проникно- вение оказывает значительное влияние, начиная уже с проникновения промывочной жидкости на глубину, превышающую три диаметра скважи- ны (D > 3d с ). С увеличением отношения части пласта (ρ п /ρ зп ) зависимость от понижающего проникновения увеличивается. Влияние скважины и зо- ны проникновения увеличивается во всех случаях с повышением сопро- тивления пород, слагающих разрез. Это обусловлено характером распреде- ления силовых линий тока при индукционном каротаже. Как показывают теоретические расчеты, кривые индукционного ка- ротажа имеют простую симметричную форму без заметных искажений на границах пластов. Для определения мощностей пластов применяется правило полумаксимума амплитуды аномалии. Мощность, найденная по этому правилу, обозначается h ф (фиктивная). При больших мощностях пластов (h > 2L) h ф совпадает с истинной мощностью, для маломощных пластов h ф отличается от истинной мощности тем больше, чем меньше мощность пласта и чем больше отношение сопротивления пласта к сопро- тивлению вмещающих пород. 3.1.12 ВИКИЗ ВИКИЗ расшифровывается как «высокочастотное индукционное каро- тажное изопараметрическое зондирование». (Изопараметричностьтолкуется авторами метода как постоянство отношения длины зонда к толщине скин- слоя в однородной и изотропной среде. Напомним, что на глубине скин-слоя происходит уменьшение интенсивности электромагнитного поля в е раз). ВИКИЗ предназначен для исследования электрических свойств гор- ных пород в скважинах, бурящихся на нефть и газ. Он позволяет более де- тально изучить строение зоны проникновения и определить сопротивление ее различных частей, включая полностью промытые породы ρ пп и зону «водяной оторочки» в нефтенасыщенных коллекторах. 49 В методе используется принцип частотно-геометрического зондирова- ния, в котором увеличение глубины исследований достигается, во-первых, за счет уменьшения частоты электромагнитного поля и, во-вторых, за счет уве- личения длины зонда. Скважинный прибор содержит пять индукционных зондов (3Ф0,5; 3Ф0,7; 3Ф1,0; 3Ф1,4; и 3Ф2,0). Длины зондов: 0,5; 0,7; 1,0; 1,4; 2,0 м соответственно. Применяемые частоты – от 800 кГц до 20 МГц. Сигна- лы зондов в виде цифрового кода передаются на поверхность. Оценка значений удельного сопротивления пластов-коллекторов и зон проникновения выполняется на основе визуального анализа диаграмм ВИКИЗ и ПС. В комплексе с радиоактивными методами достоверность вы- водов возрастает. Все пять измерений ВИКИЗ располагаются на одном поле каротажных диаграмм. Отметим основные изменения вида каротажных диа- грамм, обусловленные использованием различных масштабных шкал. Линейная шкала разностей фаз. В этом случае каротажные диаграммы прямо отображают измерения. Чем выше электропроводность среды, тем сильнее изменяются диаграммы. Так, низкоомные отложения (глины, насы- щенные солеными водами коллекторы и т.п.) легко распознаются за счет больших значений разности фаз, соответствующих этим интервалам. Логарифмическая шкала кажущихся сопротивлений. Логарифмиче- ская шкала «сжимает» диаграммы кажущихся сопротивлений в диапазоне малых значений (до 10 Ом·м) и «растягивает» в интервале больших удель- ных сопротивлений. Это приводит к хорошему визуальному выделению пластов высокого сопротивления. Линейная шкала кажущихся сопротивлений. Такая трансформация приводит к сильным изменениям вида диаграмм: кривые сжаты в самом информативном для индукционных методов каротажа низкоомном диапа- зоне. Такой способ представления данных снижает визуальное разрешение в породах с низкими удельными сопротивлениями (песчанистые глины, алевролиты и т.п.). В то же время высокоомные интервалы хорошо диффе- ренцируются по сопротивлению. 3.1.13 Литологическое расчленение разреза Данные для зондов высокого вертикального разрешения – микробо- кового каротажа (МБК), ВИКИЗ – 0,5 м и потенциал-зонда (0,5 м), приве- дены на рис. 3.13. 50 51 Отмечается хорошая дифференциация диаграммы ВИКИЗ в интерва- лах низких сопротивлений (менее 4–5 Ом·м). Тонкая слоистость выделяется коротким зондом с достаточно высокой детальностью, уступая только зонду МБК. При этом их кажущиеся сопротивления различаются, поскольку корот- кий зонд значительно сильнее исключает влияние скважины, чем МБК. Анализ диаграмм ВИКИЗ – 0,7 м, бокового каротажа (БК-3) и потен- циал-зонда (рис. 3.13. б) показывает их высокую корреляцию при расчле- нении разреза. Отличительной чертой зонда 0,7 м является хорошее верти- кальное разрешение в интервалах относительно низкого удельного сопро- тивления. Отметим более высокое разрешение электромагнитных зондов по сравнению с потенциал-зондом при выделении пластов с малыми и средними значениями УЭС. Границы пластов, выделенных по диаграммам ВИКИЗ, находятся в полном соответствии с данными БК. Сравнение диа- грамм стандартного индукционного зонда, широко применяемого при ис- следовании эксплуатационных скважин, с длинным зондом ВИКИЗ пока- зано на рисунке 3.1.13. Для зонда характерна более высокая детальность расчленения разреза. Значения их кажущихся удельных сопротивлений различаются, но для зонда ВИКИЗ значения ρ к ближе к истинным УЭС пластов. На (рис. 3.1.13 г) приведены диаграммы ВИКИЗ и ПС, на этих ин- тервалах выделяются нефтенасыщенные коллекторы. Литологическое расчленение терригенных разрезов на качественном уровне становится более достоверным, если диаграммы ВИКИЗ и ПС до- полнены данными радиоактивных методов – НКТ и ГК. Достоверность ли- тологического расчленения по диаграммам ВИКИЗ подтверждается высо- кой степенью корреляции между данными различных методов каротажа. 3.1.14 Выделение коллекторов и оценка типа насыщения Совмещенные диаграммы ВИКИЗ (рис. 3.1.13 г) дают наглядное представление о возможности выделения коллекторов по радиальному из- менению удельных сопротивлений. При этом диаграмма ПС является ис- точником важной дополнительной информацией для качественной интер- претации разреза. Существенные изменения значений ρ к с последователь- ным уменьшением от короткого зонда к длинному являются характерным признаком водонасыщенных коллекторов (соленость пластовых вод пре- вышает соленость фильтрата). 52 Водоносный пласт (верхняя часть диаграмм, выше 1960 м) выделя- ется значительным расхождением кажущихся сопротивлений зондов – от 15 до 30 Ом . м. При этом УЭС глинистых неоднородных отложений в его подошве изменяются от 2,2 до 4,4 Ом . м. Нефтеносные пласты-коллекторы (средняя часть диаграмм) отмеча- ются меньшим расхождением кривых и повышенными значениями ρ к . В кро- вельной части верхнего нефтяного пласта (1968–1973 м) выделена окайм- ляющая зона, положение которой по глубине определяется инверсией кривых зондирований. Ниже точки, где появляется инверсия (1970,8 м), экстремаль- ное значение ρ к =4,8 Ом . м, что свидетельствует об увеличении количества воды в коллекторе. Этот пласт с большим содержанием воды характеризует- ся вертикальной литологической неоднородностью по данным малого зонда и кривой ПС. В таблице 3.2 приведены кажущиеся удельные сопротивления в пластах-коллекторах по данным зондирования для рассмотренных на рис. 3,13 диаграмм. УЭС бурового раствора – 2 Ом·м, радиус скважины – 0,108 м. Таблица 3.2 Кажущиеся удельные сопротивления в пластах-коллекторах Тип флюида Зонд 0,5 м 0,7 м 1,0 м 1,4 м 2,0 м Вода Нефть 25 20 16 12 7,5 8,0 5,0 7,8 3,2 11 Визуальный анализ всех кривых ВИКИЗ, полученных в оптимальные сроки после вскрытия разреза, позволяет так же уверенно выделять поро- ды-коллекторы, насыщенные соленой водой (при слабосоленом фильтрате бурового раствора). 3.1.15 Метод потенциалов собственной поляризации Метод основан на измерении в скважине потенциалов самопроиз- вольной поляризации (ПС). Сущность метода ПС заключается в измерении разности естественных электрических потенциалов между электродом М, перемещаемым по скважине, и неподвижным электродом N на поверхно- сти. В скважине, заполненной глинистым раствором или водой, и вокруг нее самопроизвольно возникают электрические поля, названные самопро- извольной или собственной поляризацией (естественные потенциалы). Происхождение естественных потенциалов в скважине обусловлено глав- ным образом диффузионно-адсорбционными, фильтрационными и окисли- 53 тельно-восстановительными процессами, возникающими на границах пла- стов, различающихся по своим литологическим свойствам (в основном глинистости пород), и на контакте промывочной жидкости в скважине и пластов, поры которых заполнены водой той или иной минерализации. 3.1.16 Диффузионно-адсорбционные потенциалы Потенциалы диффузионно-адсорбционной природы возникают вслед- ствие различия в химическом составе и концентрации солей, растворенных в пластовых водах и буровом растворе. На контакте растворов разной кон- центрации (или состава) происходит диффузия ионов из более концентриро- ванного раствора в менее концентрированный. Однако скорость диффузии неодинакова у разнополярных ионов. Вследствие разности в подвижности че- рез некоторое время в более слабом растворе накопится избыток отрицатель- ных ионов, а в концентрированном – положительных, и эти растворы приоб- ретут соответствующий заряд. Наибольшей величины диффузионно-адсор- бционные потенциалы достигают на границе пород с минимальной и макси- мальной адсорбционной активностью, т.е. на границе чистых кварцевых пес- чаников и тонко дисперсных глин. Поскольку глина не пропускает анионы (–) и пропускает катионы (+), то таким образом, раствор в скважине против глин приобретает положительный заряд, против песчаников – отрицательный. Если допустить, что электрическое поле в скважине имеет только диффузионно-адсорбционное происхождение, то для случая, когда мине- рализация воды песчаного пласта С в больше минерализации глинистого раствора С с или (если выразить минерализацию растворов через их сопро- тивления) ρ в < ρ с , справедливо схематическое распределение электриче- ского поля (зарядов) в скважине, представленное на рисунке 3.14. Электродвижущие силы на границе песчаного и глинистого пластов возникают даже при одинаковой минерализации содержащихся в них вод вследствие различия адсорбционных свойств контактирующих сред (гли- нистый пласт можно рассматривать как мембрану между пластовой водой и промывочной жидкостью). На рисунок 3.14 схематически показано на- правление токовых линий, возникающих под влиянием диффузионно- адсорбционных потенциалов. Эти линии замыкаются на пересечении сте- нок скважины с границей пласта, где плотность тока наибольшая. Извест- но, что уменьшение потенциала происходит в направлении движения тока и в местах максимальной его плотности наблюдается наибольшее измене- ние потенциала. |