Файл: Исследования электрическими методами это геофизические исследования скважин, выполняемые с целью изучения геологических разрезов и выявления полезных ископаемых.docx
Добавлен: 10.11.2023
Просмотров: 46
Скачиваний: 3
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
N измеряют разность потенциалов ΔU между двумя точками данного электрического поля. Три электрода (N ,М, А) или (М,А,B) присоединяются к концам кабеля и пускаются в скважину, четвертый электрод B или N устанавливается на поверхности, вблизи устья скважины (см. рисунок 2).
Рисунок 2. – Схема проведения каротажа сопротивления (КС): РП - регистрирующий прибор; ГЕН - генератор переменного тока
Электроды зонда, включенные в одну цепь, токовую или измерительную называются парными, а третий электрод, включенный в одну цепь с электродом находящимся на поверхности – непарным.
Для измерения ρк пород при каротаже сопротивлений применяют два типа зондов: градиент зонд (ГЗ) и потенциал зонд (ПЗ).
Градиент зонд (ГЗ) – зонд со сближенными парных электродами, в котором расстояние между ними мало по сравнению с расстоянием от парных электродов до непарного.
Потенциал зондом (ПЗ) называют зонд, у которого расстояние между парными электродами велико по сравнению с расстоянием от парного до ближайшего к нему непарного электрода.
Зонды КС принято обозначать сверху вниз, указывая между буквенными обозначениями электродов расстояние между ними в метрах. Такое обозначение называют символом зонда. Например: N 1 М 3 А.
Расстояния между электродами выбираются исходя из решаемых задач и особенностей изучаемого разреза. На рисунке 3 показаны основные типы применяемых в геофизике зондов [6].
Рисунок 3 – Основные типы зондов КС.
Зонд с одним питающим электродом (А) и двумя измерительными (М N) называется однополюсным (или зонд прямого питания); зонд с двумя питающими электродами (А В) и одним измерительным (М) – двухполюсным (или зондом взаимного питания).
Существует еще классификация зондов КС по месту расположения парных электродов относительно непарного [7].
Так, потенциал зонд (ПЗ), у которого парные электроды располагаются выше непарного, называется обращенным, а ПЗ у которого парные электроды ниже непарного – последовательным зондом [7].
В градиент зонде (ГЗ), если парные электроды в располагаются выше непарного, то такой зонд называется кровельным (или обращенным), а если наоборот, ниже непарного, то подошвенным (или последовательным).
Важной характеристикой зондов КС является их длина (L).
У градиент-зонда за его длину принимают расстояние от непарного электрода до середины расстояния между сближенными; у потенциал- зонда - расстояние между сближенными электродами.
По символу зонда всегда можно определить его полное название и длину, так, например, уже приводившийся выше зонд N 1М 3А означает: кровельный градиент-зонд, прямого питания, длиной равной 3,5 м [8].
.
1.3 Микрокаротаж
С целью более детального изучения структуры пластов, выделения тончайших прослоев и наиболее точного определения их мощности по методу кажущихся сопротивлений применяются микрозонды.
Метод микрозондирования (МКЗ) заключается в детальном исследовании кажущегося сопротивления при скважинной части разреза зондами очень малой длины - микрозондами.
Микрозонд смонтирован на внешней стороне башмака из изоляционного материала [7].
Для исключения влияния скважины на результаты измерений башмак внешней стороной прижимается к стенке скважины прижимным устройством, которое может быть либо рессорным, либо управляемым рычажным.
В первом случае микрозонд представляет собой штангу с надетыми на нее муфтами, к которым прикреплены под углом 120° три шарнирно соединенные рессоры, образующие «фонарь».
На рессорах укреплены три башмака, на одном из которых смонтированы электроды микрозонда. Рессоры, перемещаясь по штанге, изменяют размер «фонаря» в зависимости от диаметра скважины [8].
В микрозонде с управляемым рычажным прижимным устройством башмак с электродами шарнирно укрепляется на одной из двух пар рычагов, которые прижимаются спиральной пружиной к стенке скважины любого диаметра с постоянным усилием.
Прижимное устройство опускается в скважину в закрытом состоянии, а
в интервале записи открывается по команде с поверхности. Наряду с кривыми микрозондов это устройство позволяет регистрировать одновременно кривую изменения диаметра скважины с глубиной - микрокавернограмму.
Электроды микрозонда изготовлены из латунного стержня диаметром 10 мм и вмонтированы в резину башмака, которая обеспечивает изоляцию их друг от друга, от корпуса и промывочной жидкости. Расстояние между электродами 2,5 см [9].
Кажущееся сопротивление, измеряемое с помощью микрозонда , зависит от размера зонда, а также от размера и формы непроводящей пластины, на которой укреплены электроды.
Для того, чтобы диаграммы микрозондов были сопоставимы между собой, их следует регистрировать во всех скважинах с микрозондом одного типа и размера [8].
В практике в настоящее время применяются два типа микрозондов: микроградиент-зонды А0,025М0,025N и микропотенциал-зонды A0,05M. На характер измерения кажущихся сопротивлений, получаемых с помощью микрозондов, оказывает влияние глинистая корка, образующаяся на стенках скважины, а также пленка бурового раствора, возникающая между глинистой коркой и резиновой пластиной с электродами. С целью учета этих влияний регистрация проводится обоими зондами одновременно.
Если электроды микрозонда достаточно удалены от стенок скважины, измеряемое сопротивление равно сопротивлению бурового раствора. Кажущееся сопротивление, записанное микроградиент-зондом, в большей степени зависит от сопротивления глинистой корки, чем ρ, полученное с микропотенциал-зондом [7].
Так как удельное сопротивление глинистой корки обычно ниже, чем сопротивление вмещающих пород и углей (за исключением антрацита), то в углях кажущееся сопротивление, полученное микропотенциал-зондом, больше, чем зарегистрированное микроградиент-зондом.
Стандартный микрозонд дает возможность проводить измерения микроградиент-зондом А0,025М0,025N и микропотенциал-зондом A0,05M с отношением их размеров 1,33. Регистрация диаграмм кажущегося сопротивления с микрозондами аналогична регистрации диаграмм кажущегося сопротивления с обычными микрозондами [8].
Для определения коэффициента микрозонда формулы, рассмотренные ранее, неприменимы в связи со сложной геометрией электрического поля. Поэтому коэффициент К микрозонда находится экспериментально путем измерений в ванне или водоема, заполненных водой известного удельного сопротивления.
При исследованиях с микропотенциал-зондом, когда один из питающих и один из измерительных электродов находятся на поверхности, в измерительной линии возникают индуктивные наводки, обусловленные большой индуктивной и емкостной связью между питающей и измерительной жилами кабеля [10].
Индуктивная наводка вызывает смещение нулевой линии. Это смещение (чаще всего влево от нулевого положения) увеличивается с уменьшением глубины замера микрозондом и увеличением частоты пульсатора.
С целью учета индуктивных помех вводится поправка в положение нулевой линии. Величина этой поправки может быть определена двумя способами.
На участке большого диаметра скважины (например, в зоне каверны), где микрозонд практически дает сопротивление бурового раствора, проводятся измерения микропотенциал - и микроградиент-зондами. В этом случае оба зонда должны дать одинаковую величину сопротивления бурового раствора [11].
Поэтому для учета поправки на индуктивность достаточно совместить зарегистрированные в указанном интервале скважины диаграммы и перенести нулевую линию с кривой микроградиент-зонда на кривую микропотенциал-зонда. На рисунке 4 представлена схема проведения микрокаротажа.
.
Рисунок 4 – Принципиальные схемы измерения кажущегося сопротивления пород микрозондами с многожильным кабелем.
а, б - раздельная запись соответственно кривых микроградиент-зонда и микропотенциал-зонда; в, г - одновременная запись кривых микроградиент-зонда и микропотенциал-зонда соответственно с трехжильным и четырехжильным кабелем.
ФЧВ - фазочувствительный выпрямитель;
Б - башмак микрозонда.
Г - генератор тона для создания электрического поля в скважине;
R - реостат;
РП - регистрирующий прибор;
Диаграммы сопротивления микрозондов более дифференцированы, чем аналогичные диаграммы, полученные со стандартными зондами. Это позволяет по диаграммам микрозондов проводить детальное литологическое расчленение разрезов скважин. Наиболее эффективно диаграммы мик-розондов используются для литологического расчленения [11].
На диаграммах микрозондов плотные породы отличаются очень высокими и очень изрезанными показаниями. Они плохо поддаются интерпретации.
Против пластов глин – показания совпадают и имеют минимальны значения.
По соотношению кривых ρкмк оценивается влияние образуемой в интервалах проницаемых пластов глинистой корки и слоя промывной жидкости в соответствии с рисунком 5.
Рисунок 5 – Пример поведения кривых МКЗ и КВ в интервале образования глинистой корки над продуктивным пластом: 1 – песчаник, 2- глина песчаная, 3 – песчаник глинистый, 4 – песчаник газонасыщенный.
2 Интерпретация кривых КС
Значение кажущегося сопротивления, измеренное в скважине, зависит от удельного сопротивления изучаемого пласта. Кроме того, кажущееся сопротивление зависит от удельных сопротивлений вмещающих пласт пород, бурового раствора и воны его проникновения, от мощности пласта, диаметра скважины, глубины проникновения раствора, а также от типа и размера применяемого зонда [12].
В одном и том же пласте конфигурация кривых кажущегося сопротивления, а следовательно, и правила определения границ этого пласта, существенно зависят от типа и размера применяемого зонда и соотношения мощности пласта и размера зонда, 5как показано на рисунке 6.
Рисунок 6 – Примеры определения границ однородных пластов высокого удельного сопротивления с помощью кривых кажущегося сопротивления.
В случае горизонтального пласта высокого сопротивления на кривой обращенного (кровельного) градиент—зонда против мощного однородного пласта высокого сопротивления наблюдается асимметричный максимум [5].
Кровля пласта отмечается по максимуму кривой, подошва пласта — по минимуму высокого сопротивления отмечается на кривой обращенного градиент-зонда максимумом. Над пластом на расстоянии, равном размеру зонда, находится экранный максимум, между экранным максимумом и основной аномалией – зоной экранного минимума. Возникновение минимума и максимума связано с явлением экранирования электрического тока пластом высокого сопротивления. Границы пласта находятся приближенно по подъему и спаду кривой у основания аномалии.
Кривые, полученные последовательным (подошвенным) градиент— зондом, являются зеркальным отображением кривых обращенного градиент-зонда относительно горизонтальной плоскости, проходящей черев середину пласта [7].
Подошва мощного пласта высокого сопротивления на кривой последовательного градиент-зонда отмечается по максимуму аномалии, кровля — по ее минимуму. Правила определения границ тонкого пласта на кривых последовательного градиент-зонда подобны таковым для обращенного зонда, однако экранные максимум и минимум располагаются под пластом.
Потенциал-зонд в одиночных однородных пластах позволяет получить кривые кажущегося сопротивления, симметричные относительно горизонтальной плоскости, ‘проходящей через середину пласта. Кривые кажущегося сопротивления, полученные с последовательным и обращенным потенциал-зондами, по форме не различаются, если расстояние между электродами одного назначения М и N или А и f зонда больше мощности пласта [8].
Мощный пласт высокого удельного сопротивления выражается на кривых потенциал-зондов симметричными аномалиями высокого кажущегося сопротивления, как показано на рисунке 7.
Рисунок 2. – Схема проведения каротажа сопротивления (КС): РП - регистрирующий прибор; ГЕН - генератор переменного тока
Электроды зонда, включенные в одну цепь, токовую или измерительную называются парными, а третий электрод, включенный в одну цепь с электродом находящимся на поверхности – непарным.
-
Зонды метода КС
Для измерения ρк пород при каротаже сопротивлений применяют два типа зондов: градиент зонд (ГЗ) и потенциал зонд (ПЗ).
Градиент зонд (ГЗ) – зонд со сближенными парных электродами, в котором расстояние между ними мало по сравнению с расстоянием от парных электродов до непарного.
Потенциал зондом (ПЗ) называют зонд, у которого расстояние между парными электродами велико по сравнению с расстоянием от парного до ближайшего к нему непарного электрода.
Зонды КС принято обозначать сверху вниз, указывая между буквенными обозначениями электродов расстояние между ними в метрах. Такое обозначение называют символом зонда. Например: N 1 М 3 А.
Расстояния между электродами выбираются исходя из решаемых задач и особенностей изучаемого разреза. На рисунке 3 показаны основные типы применяемых в геофизике зондов [6].
Рисунок 3 – Основные типы зондов КС.
Зонд с одним питающим электродом (А) и двумя измерительными (М N) называется однополюсным (или зонд прямого питания); зонд с двумя питающими электродами (А В) и одним измерительным (М) – двухполюсным (или зондом взаимного питания).
Существует еще классификация зондов КС по месту расположения парных электродов относительно непарного [7].
Так, потенциал зонд (ПЗ), у которого парные электроды располагаются выше непарного, называется обращенным, а ПЗ у которого парные электроды ниже непарного – последовательным зондом [7].
В градиент зонде (ГЗ), если парные электроды в располагаются выше непарного, то такой зонд называется кровельным (или обращенным), а если наоборот, ниже непарного, то подошвенным (или последовательным).
Важной характеристикой зондов КС является их длина (L).
У градиент-зонда за его длину принимают расстояние от непарного электрода до середины расстояния между сближенными; у потенциал- зонда - расстояние между сближенными электродами.
По символу зонда всегда можно определить его полное название и длину, так, например, уже приводившийся выше зонд N 1М 3А означает: кровельный градиент-зонд, прямого питания, длиной равной 3,5 м [8].
.
1.3 Микрокаротаж
С целью более детального изучения структуры пластов, выделения тончайших прослоев и наиболее точного определения их мощности по методу кажущихся сопротивлений применяются микрозонды.
Метод микрозондирования (МКЗ) заключается в детальном исследовании кажущегося сопротивления при скважинной части разреза зондами очень малой длины - микрозондами.
Микрозонд смонтирован на внешней стороне башмака из изоляционного материала [7].
Для исключения влияния скважины на результаты измерений башмак внешней стороной прижимается к стенке скважины прижимным устройством, которое может быть либо рессорным, либо управляемым рычажным.
В первом случае микрозонд представляет собой штангу с надетыми на нее муфтами, к которым прикреплены под углом 120° три шарнирно соединенные рессоры, образующие «фонарь».
На рессорах укреплены три башмака, на одном из которых смонтированы электроды микрозонда. Рессоры, перемещаясь по штанге, изменяют размер «фонаря» в зависимости от диаметра скважины [8].
В микрозонде с управляемым рычажным прижимным устройством башмак с электродами шарнирно укрепляется на одной из двух пар рычагов, которые прижимаются спиральной пружиной к стенке скважины любого диаметра с постоянным усилием.
Прижимное устройство опускается в скважину в закрытом состоянии, а
в интервале записи открывается по команде с поверхности. Наряду с кривыми микрозондов это устройство позволяет регистрировать одновременно кривую изменения диаметра скважины с глубиной - микрокавернограмму.
Электроды микрозонда изготовлены из латунного стержня диаметром 10 мм и вмонтированы в резину башмака, которая обеспечивает изоляцию их друг от друга, от корпуса и промывочной жидкости. Расстояние между электродами 2,5 см [9].
Кажущееся сопротивление, измеряемое с помощью микрозонда , зависит от размера зонда, а также от размера и формы непроводящей пластины, на которой укреплены электроды.
Для того, чтобы диаграммы микрозондов были сопоставимы между собой, их следует регистрировать во всех скважинах с микрозондом одного типа и размера [8].
В практике в настоящее время применяются два типа микрозондов: микроградиент-зонды А0,025М0,025N и микропотенциал-зонды A0,05M. На характер измерения кажущихся сопротивлений, получаемых с помощью микрозондов, оказывает влияние глинистая корка, образующаяся на стенках скважины, а также пленка бурового раствора, возникающая между глинистой коркой и резиновой пластиной с электродами. С целью учета этих влияний регистрация проводится обоими зондами одновременно.
Если электроды микрозонда достаточно удалены от стенок скважины, измеряемое сопротивление равно сопротивлению бурового раствора. Кажущееся сопротивление, записанное микроградиент-зондом, в большей степени зависит от сопротивления глинистой корки, чем ρ, полученное с микропотенциал-зондом [7].
Так как удельное сопротивление глинистой корки обычно ниже, чем сопротивление вмещающих пород и углей (за исключением антрацита), то в углях кажущееся сопротивление, полученное микропотенциал-зондом, больше, чем зарегистрированное микроградиент-зондом.
Стандартный микрозонд дает возможность проводить измерения микроградиент-зондом А0,025М0,025N и микропотенциал-зондом A0,05M с отношением их размеров 1,33. Регистрация диаграмм кажущегося сопротивления с микрозондами аналогична регистрации диаграмм кажущегося сопротивления с обычными микрозондами [8].
Для определения коэффициента микрозонда формулы, рассмотренные ранее, неприменимы в связи со сложной геометрией электрического поля. Поэтому коэффициент К микрозонда находится экспериментально путем измерений в ванне или водоема, заполненных водой известного удельного сопротивления.
При исследованиях с микропотенциал-зондом, когда один из питающих и один из измерительных электродов находятся на поверхности, в измерительной линии возникают индуктивные наводки, обусловленные большой индуктивной и емкостной связью между питающей и измерительной жилами кабеля [10].
Индуктивная наводка вызывает смещение нулевой линии. Это смещение (чаще всего влево от нулевого положения) увеличивается с уменьшением глубины замера микрозондом и увеличением частоты пульсатора.
С целью учета индуктивных помех вводится поправка в положение нулевой линии. Величина этой поправки может быть определена двумя способами.
На участке большого диаметра скважины (например, в зоне каверны), где микрозонд практически дает сопротивление бурового раствора, проводятся измерения микропотенциал - и микроградиент-зондами. В этом случае оба зонда должны дать одинаковую величину сопротивления бурового раствора [11].
Поэтому для учета поправки на индуктивность достаточно совместить зарегистрированные в указанном интервале скважины диаграммы и перенести нулевую линию с кривой микроградиент-зонда на кривую микропотенциал-зонда. На рисунке 4 представлена схема проведения микрокаротажа.
.
Рисунок 4 – Принципиальные схемы измерения кажущегося сопротивления пород микрозондами с многожильным кабелем.
а, б - раздельная запись соответственно кривых микроградиент-зонда и микропотенциал-зонда; в, г - одновременная запись кривых микроградиент-зонда и микропотенциал-зонда соответственно с трехжильным и четырехжильным кабелем.
ФЧВ - фазочувствительный выпрямитель;
Б - башмак микрозонда.
Г - генератор тона для создания электрического поля в скважине;
R - реостат;
РП - регистрирующий прибор;
Диаграммы сопротивления микрозондов более дифференцированы, чем аналогичные диаграммы, полученные со стандартными зондами. Это позволяет по диаграммам микрозондов проводить детальное литологическое расчленение разрезов скважин. Наиболее эффективно диаграммы мик-розондов используются для литологического расчленения [11].
На диаграммах микрозондов плотные породы отличаются очень высокими и очень изрезанными показаниями. Они плохо поддаются интерпретации.
Против пластов глин – показания совпадают и имеют минимальны значения.
По соотношению кривых ρкмк оценивается влияние образуемой в интервалах проницаемых пластов глинистой корки и слоя промывной жидкости в соответствии с рисунком 5.
Рисунок 5 – Пример поведения кривых МКЗ и КВ в интервале образования глинистой корки над продуктивным пластом: 1 – песчаник, 2- глина песчаная, 3 – песчаник глинистый, 4 – песчаник газонасыщенный.
2 Интерпретация кривых КС
Значение кажущегося сопротивления, измеренное в скважине, зависит от удельного сопротивления изучаемого пласта. Кроме того, кажущееся сопротивление зависит от удельных сопротивлений вмещающих пласт пород, бурового раствора и воны его проникновения, от мощности пласта, диаметра скважины, глубины проникновения раствора, а также от типа и размера применяемого зонда [12].
В одном и том же пласте конфигурация кривых кажущегося сопротивления, а следовательно, и правила определения границ этого пласта, существенно зависят от типа и размера применяемого зонда и соотношения мощности пласта и размера зонда, 5как показано на рисунке 6.
Рисунок 6 – Примеры определения границ однородных пластов высокого удельного сопротивления с помощью кривых кажущегося сопротивления.
В случае горизонтального пласта высокого сопротивления на кривой обращенного (кровельного) градиент—зонда против мощного однородного пласта высокого сопротивления наблюдается асимметричный максимум [5].
Кровля пласта отмечается по максимуму кривой, подошва пласта — по минимуму высокого сопротивления отмечается на кривой обращенного градиент-зонда максимумом. Над пластом на расстоянии, равном размеру зонда, находится экранный максимум, между экранным максимумом и основной аномалией – зоной экранного минимума. Возникновение минимума и максимума связано с явлением экранирования электрического тока пластом высокого сопротивления. Границы пласта находятся приближенно по подъему и спаду кривой у основания аномалии.
Кривые, полученные последовательным (подошвенным) градиент— зондом, являются зеркальным отображением кривых обращенного градиент-зонда относительно горизонтальной плоскости, проходящей черев середину пласта [7].
Подошва мощного пласта высокого сопротивления на кривой последовательного градиент-зонда отмечается по максимуму аномалии, кровля — по ее минимуму. Правила определения границ тонкого пласта на кривых последовательного градиент-зонда подобны таковым для обращенного зонда, однако экранные максимум и минимум располагаются под пластом.
Потенциал-зонд в одиночных однородных пластах позволяет получить кривые кажущегося сопротивления, симметричные относительно горизонтальной плоскости, ‘проходящей через середину пласта. Кривые кажущегося сопротивления, полученные с последовательным и обращенным потенциал-зондами, по форме не различаются, если расстояние между электродами одного назначения М и N или А и f зонда больше мощности пласта [8].
Мощный пласт высокого удельного сопротивления выражается на кривых потенциал-зондов симметричными аномалиями высокого кажущегося сопротивления, как показано на рисунке 7.