Файл: Геофизические исследования скважин (гис).pdf

186
Рис. 7.5 Схема измерения методом КС
7.2.2
Методы кажущегося сопротивления (КС)
Петрофизические основы методов КС. Как известно, электрическая проводи- мость горных пород может иметь электронный и ионный характер (см. гл.4). Удельное электрическое сопротивление горных пород с ионной проводимостью зависит, главным образом, от количества содержащейся в них воды и степени ее минерализации, т.е. от коэффициента пористости породы
k
n
и удельного сопротивления пластовой воды
ρ
в
,
которое приблизительно обратно пропорционально ее минерализации. Измерив удель- ное электрическое сопротивление водонасыщенной породы
ρ
вп
и зная сопротивление
ρ
в
, можно определить
k
n
, воспользовавшись эмпирической зависимостью:
ρ
вп /
ρ
в
=
P
n
= α
n
/ k
n
m
≈ 1 / k
n
2
,
(7.2)
где
P
n
— параметр пористости;
α
n
, m
— константы для конкретного типа пород,
определяемые, как правило, на основе исследования керна. Для глин и сильно глини- стых пород формула (7.2), в принципе, не выполняется, так как ионы диффузного слоя обеспечивают высокую удельную проводимость водонасыщенных глин и при малой минерализации пластовых вод (удельное сопротивление глин не превосходит обычно
30 Ом м).
В нефтегазонасыщенных породах только часть порового пространства занята во- дой, поэтому их удельное сопротивление больше, чем у пород водонасыщенных. Это увеличение оценивают параметром насыщения
P
n
= ρ
нп /
ρ
вп
,
где
ρ
нп
—удельное электрическое сопротивление нефтенасыщенной породы. Зная корреляционную зависимость между
P
n
и коэффициентом нефтегазонасыщенности
k
nг
или водонасыщенности
k
в
(
k
в
=1—
k
nг
) для данного района, можно, измерив
ρ
вп
и
ρ
нп
,
найти
k
nг
. Для ориентировочных расчетов
P
n
= 1 / k
в
2
.
Полезные ископаемые с электронной проводимостью (руды, графит, антрацит)
идентифицируют по минимумам удельного сопротивления, а их содержание оценива- ют по соответствующим корреляционным зависимостям.

187
среде с
ρ
п
в питающую линию АВ следует подавать ток
I
в 2 раза больший, чем в полу- пространство с тем же
ρ
п
В частности, удельное электрическое сопротивление, измеренное трехэлектрод- ной установкой AMN, рассчитывают по формуле (3.4), в которой вместо 2
π
берут 4
π
:
4
I
U
MN
AN
AM
п
∆
⋅
⋅
=
π
ρ
(7.3)
Трехэлектродную установку AMN, предназначенную для измерения
ρ
п
, называют зондом КС. Четвертый электрод В размещают на поверхности (рис. 7.5).
Величину
k=
4
π AM·AN / MN
называют коэффициентом зонда. Если расстояние
MN >> AM, установку называют потенциал-зондом, если MN << AM — градиент- зондом. Электроды могут быть расположены в порядке, приведенном на рис. 7.6. Вели- чину
L=AM
называют длиной потенциал-зонда. Длиной
L
градиент-зонда называют расстояние от
A
до точки записи
О
, расположенной в центре между
М
и
N
. Зонды обо- значают следующим образом:
А ... М ... N
или
N...M...A
. Между буквами ставят соот- ветствующие расстояния. Если обозначение начинается с буквы А — зонд называют последовательным, если с N—обращенным. Напри- мер: А1,0М0,1N — последовательный граднент- зонд с L=1,05 м; N1,0M0,1A—обращенный потен- циал-зонд с L=0,1 м.
Кажущееся электрическое сопротивление.
Выше среда считалась однородной. Практически же она всегда имеет границы, искажающие вид поля.
Например, наличие скважины, удельное сопротив- ление в которой
ρ
с
< ρ
п
, деформирует поле (рис.
7.7). Поэтому удельное электрическое сопротивле- ние, рассчитанное по формуле (7.4),—не истинное удельное сопротивление породы
ρ
п
, а кажущееся удельное сопротивление
ρ
к
. Следовательно, кажу- щееся удельное электрическое сопротивление сре- ды можно рассматривать как истинное удельное электрическое сопротивление фиктивной однород- ной среды, в которой при данных геометрических размерах зонда, т.е. при данном коэффициенте зон- да
k и данном токе
I
, создается такая же разность потенциалов
ΔU
, как в изучаемой неоднородной среде (см. п. 4.1).
В общем случае
ρ
п
≠ ρ
к
из-за влияния скважи- ны, вмещающих пород, зоны проникновения и т. д.
Суть метода КС заключается в том, чтобы зареги- стрировать одну или несколько диаграмм
ρ
к
и,
воспользовавшись методами интерпретации для учета влияния названных выше факторов, опреде- лить истинное значение удельного электрического сопротивления
ρ
п
Вид диаграмм КС в пластах высокого сопро- тивления большой мощности приведен на рис.7.8.
Видно, что диаграмма градиент-зонда отличается от диаграммы потенциал-зонда своей асимметрично- стью, позволяющей более надежно идентифициро- вать кровлю и подошву пластов.
Зонды КС применяют для литологического расчленения разрезов, выделения полезных иско-
Рис.7.7 Характер распреде- ления токовых линий при наличии скважин с
ρ
с
< ρ
п
Рис. 7.8 Диаграммы удельного электрического сопротивления:
истинного (1) и кажущегося для потенциал-зонда (2) и градиент- зонда (3) в пласте высокого со- противления большой мощности

188
паемых — руд, водоносных и нефтегазоносных коллекторов. В благоприятных услови- ях (
ρ
п
ненамного превосходит
ρ
с
и мощность пласта
h>>L
) они позволяют найти
ρ
п
, и определив
Р
н
и Р
п
, оценить коллекторские свойства пластов.
Боковое каротажное зондирование. В общем случае значение
ρ
к
, как уже гово- рилось, зависит не только от
ρ
п
, но и от длины зонда
L
, его расстояния до границы пласта
z
, мощности пласта
h
, диаметра скважины
d
, диаметра зоны проникновения
D
,
сопротивления скважинной жидкости
ρ
с
и некоторых других параметров. Изменяя дли- ну зонда, можно изменять степень влияния того или иного фактора на значение
ρ
к
. На- пример, для зонда очень малых размеров, в силу его малости и удаленности от стенок скважины, влияние
ρ
п
будет несущественным и
ρ
к
≈
ρ
с
. Для большого зонда влияние
ρ
п
будет значительно сильнее. Чем больше длина зонда
L
(или отношение
L/d
c
), тем силь- нее влияние
ρ
п
и меньше влияние
ρ
с
(рис. 7.9).
Начиная с определенной оптимальной длины зонда
L
1
,
ρ
с
практически перестает влиять на показа- ния, и для пласта с
h>>L
можно считать
ρ
к
=
ρ
п
(гра- фик
μ
1
на рис. 7.9). Дальнейшее увеличение длины зонда не изменяет картины. Если увеличить шунти- рующее влияние скважины, увеличив
ρ
п
и сохранив прежнее
ρ
с
, то для выполнения условия
ρ
к
≈
ρ
п
потре- буется зонд большей оптимальной длины
L
2
(график
μ
2
). Семейство графиков, отражающих зависимость
ρ
к
от длины зонда
L
(точнее
lg ρ
п
/ρ
с
от
lg L/d
c
), называют палеткой. Шифр графика — отношение
ρ
п
/ρ
с
=
μ
—
именуют его модулем. При значениях
μ
>20 применять зонды оптимальной длины, как правило, не удается,
так как они оказываются соизмеримы с мощностью пластов или больше нее. Однако для определения
ρ
п
достаточно провести измерения
ρ
к
несколькими зонда- ми разной длины, меньшей чем оптимальная. Получен- ные при этом точки с координатами
lg ρ
к
—
lg L
лягут на тот график палеточного семейства зависимостей
lg ρ
п
/ρ
с
—
lg L/d
c
, модуль которого
μ
соответствует искомому значению
ρ
п
. Определив
μ
, легко можно найти
ρ
п
:
ρ
п
=
μρ
с
Такую методику называют боковым каротажным зондированием (БКЗ).
Существуют альбомы палеточных зависимостей, предназначенные для интерпре- тации материалов в пластах большой и ограниченной мощности, а также при наличии зоны проникновения. Разработаны алгоритмы и программы, автоматизирующие про- цесс интерпретации БКЗ. Методом БКЗ исследуют разрезы с целью детального изуче- ния пластов и получения их количественных характеристик (в первую очередь
k
n
и
k
нг
).
Обычно БКЗ проводят только в продуктивном участке разреза.
Микрометоды КС. Применяют три микрометода КС: резистивиметрию, микро- зондирование, пластовую наклонометрию.
Резистивиметрию проводят с целью определения сопротивления скважинной жидкости и выполняют градиент-зондом столь малой длины, что влиянием стенок скважины можно пренебречь. Такой зонд называют резистивиметром.
Микрозондирование выполняют прижатым к стенке скважины градиент- микрозондом или потенциал-микрозондом. Оно служит для детального изучения ближней зоны. Поскольку радиус исследования градиент-зонда много меньше, чем по- тенциал-зонда, на его показания большое влияние оказывает глинистая корка, обра- зующаяся в коллекторах. Сопротивление глинистой корки меньше сопротивления по- роды, поэтому о ее наличии и, следовательно, о наличии коллектора свидетельствует занижение
ρ
к
, измеренного градиент-микрозондом, по отношению к
ρ
к
, измеренному потенциал-зондом. В непроницаемых пластах показания обоих зондов совпадают.
Рис.7.9 Графики зависимо- сти логарифма
ρ
п
/ρ
с
от логарифма
L/d
.

189
Пластовая наклонометрия заключается в проведении исследований несколькими микрозондами, расположенными таким образом, что их точки записи лежат в одной плоскости, перпендикулярной к оси скважины. При прохождении установкой горизон- тальной границы все микрозонды пересекут ее одновременно. Аномалии на каждой из диаграмм совпадут по глубине. Если граница наклонена, аномалии будут смещены од- на относительно другой на величины, пропорциональные углу наклона границы. В на- стоящее время в пластовых наклономерах чаще применяют микрозонды с фокусиров- кой тока. В целом нужно отметить большую информативность методов пластовой на- клонометрии.
Метод скользящих контактов (МСК). МСК основан на определении кажущего- ся удельного сопротивления пород путем измерения тока в цели питающего электрода
А
. Ток возрастает против пластов низкого сопротивления и падает против пластов вы- сокого сопротивления. Электрод состоит из одной или нескольких металлических ще- ток, которые прижимают к стенке скважины. Такая конструкция снижает влияние про- мывочной жидкости на величину регистрируемого сигнала, в связи с чем МСК можно применять в скважинах, заполненных пресной промывочной жидкостью и даже сухих.
Он служит для выделения пластов антрацита, сульфидов, магнетитовых, медноколче- данных и других руд, обладающих низким удельным сопротивлением.
7.2.3
Электрические методы с фокусировкой тока
При больших значениях
ρ
п
/ρ
с
(
ρ
п
/ρ
с
> 200) шунтирующее влияние скважины ока- зывается столь велико, что метод КС не обеспечивает необходимой точности даже в модификации БКЗ. Серьезные ограничения возникают и для применения методов КС в пластах ограниченной мощности, особенно если удельное сопротивление вмещающих пород
ρ
вм мало (
ρ
п
/ρ
вм
>20).
В обоих случаях ток распространяется не по исследуемому пласту: в первом он течет главным образом вдоль ствола скважины, во втором — уходит во вмещающие породы (рис. 7.10). Для устранения этих недостатков были созданы методы с фокуси- ровкой тока. За рубежом они известны под названием «Латерлог». В СССР употребля- ют термин боковой каротаж (БК).
Фокусировку осуществляют экранными электродами (А
1
и А
2
) семиэлектродного зонда, напряжение на которые подают в фазе с напряжением питающего электрода Ао
(рис. 7.11). Строгая горизонтальность токовых линий, обеспечивающая их распростра- нение только по исследуемому пласту, контролируется отсутствием вертикальных со- ставляющих тока и, соответственно, нулевой разностью потенциалов вдоль оси сква-
Рис. 7.10 Влияние вмещающих пород низкого сопротивления (
ρ
п
>>
ρ
вм
) на характер распределения токовых линии
Рис. 7.11 Характер распределения токовых ли- ний при семиэлектродном электрическом каро- таже с автоматической регулировкой тока

190
жины на участках
M
1
N
1
и
M
2
N
2
(
ΔU
M
1
N
1
= 0, ΔU
M
2
N
2
= 0
). При нарушении этого условия ток, проходящий через экранные электроды
A
1
и
A
2
, автоматически изменяется. При расхождении пучка он увеличивается, при схождении — уменьшается.
В качестве длины зонда принята величина
L = O
1
O
2
. Измеряемое удельное элек- трическое сопротивление породы
ρ
к
≈ k·U / I
, где
U
— потенциал на участке
M
1
N
1
или
M
2
N
2
; k
— коэффициент зонда. При
ρ
п
>> ρ
с
, т.е. для типичных условий применения метода БК, коэффициент
k ≈ L
. Рассматриваемая установка по существу представляет собой потенциал-зонд с фокусировкой тока, поэтому получаемые диаграммы, как и диаграммы обычного потенциал-зонда, представляют собой плавные кривые, симмет- ричные относительно центра пласта.
Методы с фокусировкой тока обеспечива- ют необходимую точность при высоких значе- ниях отношения
ρ
п
/
ρ
с
даже при мощностях пла- стов, приближающихся к длине зонда. Получае- мые значения удельного сопротивления меньше отличаются от истинных, чем в методе КС, по- этому наряду с термином кажущееся удельное сопротивление, по отношению к результатам,
полученным методом с фокусировкой тока, ино- гда применяют термин эффективное удельное сопротивление —
ρ
Э
. Ограничением метода яв- ляется случай глубокой повышающей зоны про- никновения.
Наряду с семиэлектродными зондами при- меняют трех- и девятиэлектродные зонды с фо- кусировкой тока. Трехэлектродные установки являются аналогами семиэлектродных. Фокуси- ровку осуществляют двумя протяженными элек- тродами (рис.7.12), обеспечивающими нулевую разность потенциалов выше и ниже точки
А
0
по оси скважины. Однако по технологическим и ме- тодическим параметрам трехэлектродные уста- новки уступают семиэлектродным и постепенно вытесняются ими из практики ГИС. Зонды с де- вятью электродами (псевдобоковой каротаж) служат для исследования зоны проникно- вения, в связи с чем ток на выходе из зоны проникновения принудительно расфокуси- ровывается.
Широкое применение при больших значениях отношения
ρ
п
/
ρ
с
находят микро- зонды с фокусировкой тока. Это вызвано тем, что обычные микрозонды во многих слу- чаях не обеспечивают необходимой точности измерений (соленые промывочные жид- кости, значительная глинистая корка). Микрозонды с фокусировкой тока позволяют получать количественную информацию в более широком диапазоне отношения
ρ
п
/
ρ
с
. В
принципе, они аналогичны макроустановкам и отличаются от них малыми размерами.
Методы с фокусировкой тока решают те же задачи, что и методы КС. Однако их можно применять в сложных геолого-геофизических условиях, например, в силь- но дифференцированных карбонатных толщах, разбуриваемых с применением соле- ных промывочных жидкостей.
7.2.4
Электромагнитные методы ГИС
Электромагнитные методы основаны на применении электромагнитного поля,
индуцирующего вторичное электромагнитное поле в горных породах. В связи с этим они не требуют гальванического (непосредственного) контакта токоведущих элементов с исследуемой средой. Их можно применять в «сухих» скважинах, пробуренных с ис-
Рис.7.12 Характер распределения токовых линий при трех- электродном каротаже с фокусировкой тока