Лекция №6. Диэлектрический каротаж

Резистивиметрия

Резистивиметрия служит для определения удельного сопротивления промывочной жидкости. Ее выполняют градиент-зондами малой длины – резистивиметрами. Во избежание влияния на результаты измерений удель­ного сопротивления пород электроды резистивиметра уда­лены от стенки скважины и окружены металлическим экра­ном. Среда при этом практически однородна и измеряемое резистивиметром ρ_к = сопротивлению ПЖ. Коэффициент К резистивиметров определяют опытным путем в баке, заполненном раствором с известным удельным электрическим сопротивлением.

Каротаж диэлектрический индуктивный – высокочастотный электромагнитный метод электрического каротажа, основанный на изучении высокоча­стотного (в несколько десятков мегагерц) электромагнитного поля, ЭДС которого определяется диэлектрической про­ницаемостью окружающей среды ε_к.

Для производства работ применяется глубинный скважинный прибор, включающий трёхкатушечный зонд (рис. 1). Шифр зонда ДИК состоит из букв (И – индикатор, Г – генератор) и цифр, обозначающих рас­стояния в метрах между индикаторными катушками и генера­тором. Например, зонд Г0,8И₁0,2И₂ состоит из двух измерительных катушек И₁ и И₂, расстояние между которыми 0,2 м (база зонда), и одной генераторной катушки, находящейся на расстояниях от И₁ 0,8 м и от И₂ 1 м.

Рис. 1. Схема зонда ДИК

Г – генераторная катушка, И1, И2 – измерительные катушки,

L1, L2 – длины зондов

Принцип измерения ДИК аналогичен измерению индукционному каротажу, отличие заключается в том, что частота электромагнитного поля составляет 15 – 30 МГц. Регистрируемый сигнал зависит от ε_к и удельного сопротивления среды. Недостаток ДИК – сильное влияние на результаты измерений скважины и удельного сопротивления пород ρ_п.

Из существующих модификаций диэлектрического каротажа наиболее перспективным является метод волнового диэлектрического каротажа (ВДК). ВДК основан на измерении угла смещения Dj фазы электромагнитного поля между двумя точками, расположенными на оси скважины и удаленными на определенное расстояние от источника. При соответствующем выборе частоты ν (десятки мегагерц) регистрируемая величина Dj пропорциональна .

Аппаратура диэлектрического каротажа – АДК-1.

Рассмотрим пример – разделение нефтяных и водоносных пластов при внутриконтурном заводнении продуктивных горизонтов пресной водой. В таких случаях нефть и вода различаются по показателю ε_к, при практически одинаковых значениях ρ_к (рис. 2).

Рис. 2. Сопоставление кривых ДК и КС в интервале внутриконтурного заводнения нефтесодержащих пластов пресной водой 1-3 – нефтеносный, водоносный и глинистый пласты

Ограничения в использовании:

- низкоомный разрез;

- соленый буровой раствор;

- глубокая зона проникновения, т.к. глубинность ДК 0,3-0,4 м;

- глинистая корка и глинистость в породах > 5-10%.

Применение:

- Измерения могут проводиться в сухих скважинах или в скважинах, заполненных нефтью.

- Служит для разделения пород на водо- и нефтегазонасыщенные.

- Оценка влажности и пористости пород.

- Эффективен при разделении плас­тов, насыщенных нефтью и пресной водой.

Индукционный каротаж (ИК)

Индукционный каротаж (ИК) - электромагнитный метод, основанный на измерении кажущейся удельной электрической проводимости σ_к, т. е. параметра σ_э = 1/ρ, который измеряется в единицах См/м.

Зонд состоит из генераторной (Г) и приемной (И) катушек. Расстояние между катушками составляет длину зонда L. Точка записи – точка по середине длины зонда.

Метод индукционного каротажа основан на измерении вторичного магнитного поля вихревых токов, индуцируемых в по­роде (рис.5).

Частота тока питания, получаемая от генератора, достигает нескольких десятков килогерц (20 – 80 кГц). В генераторной катушке от генератора возбуждается переменное магнитное поле (первичное), создающее в окружающей проводящей среде вихревые токи. В однородной среде силовые линии тока представляют окружности с центром по оси скважины. Вихревые токи в породах создают вторичное магнитное поле. Первичное и вторичное переменные магнитные поля индуцируют ЭДС в приемной катушке, которая пропорциональна проводимости среды, окружающей глубинный прибор.

Следует отметить, что в зонды ИК кроме двух главных катушек включают и несколько дополнительных генераторных и измерительных катушек. Назначение дополнительных катушек – в комплексе с главными катушками уменьшить влияние на величину кажущейся проводимости бурового раствора, зоны проникновения и вмещающих пород, а также увеличить глубинность исследования.

Рис. 5. Схема скважинного прибора индукционного каротажа

Ик, Гк – измерительная и генераторная катушки

Обозначаются зонды ИК шифрами по конструктивным типам. Например, в зондах с шифром 6Ф1 цифра шесть обозначает число катушек, буквы Ф – тип зонда (фокусированный), а цифра один - расстояние L между центрами катушек (размер зонда). Размещение катушек такого зонда – ФИ₂0,42Г0,4ФГ₁0,2ФИ₁0,4И0,42ФГ₂.

При выборе длины зонда учитывают, что для длинных зондов снижается влияние скважины и зоны проникновения. Однако с увеличением длины зонда затрудняется выделение тонких пластов.

При определении удельного сопротивления по данным ИК в значения электропроводности вводят поправку за скин-эффект: при низкой электропроводности σ_к получаем истинное значение сопротивления 1/ρ_п; при высокой электропроводности разными зондами получают различное отклонение σ_к от истинного значения σ_п.

Выявление границ пластов производится по середине спада кривой проводимости.

Данные ИК позволяют решать следующие геологические задачи:

- Эффективен при измерениях удельных сопротивлений в низко- и среднеомной частях разреза.

- Отбивка границы водо-нефтяного контакта.

- Применяется в обсаженных непроводящими трубами скважинах.

- Применяется в скважинах, заполненных непроводящей жидкостью (нефтью или буровым раствором, приготовленным на нефтяной основе), воздухом или газом.

Высокочастотный индукционный каротаж изопараметрических зондирований (ВИКИЗ)

При ВИКИЗ выполняется не только электропрофилирование по стволу скважины, но и электромагнитное боковое зондирование по перпендикуляру к оси скважины. ВИКИЗ – зондирование с использованием изопараметрических зондов, постоянной величиной которых является произведение частоты излучения на квадрат длины измерительного зонда, а измеряемой величиной – разность фаз сигналов (напряженности магнитного поля) в сближенных измерительных катушках.

Скважинный прибор состоит из блока электроники и зондовой части, которая включает пять 3-х катушечных зондов, состоящих из соосноразмещённых 5-ти генераторных и 6-ти измерительных катушек. Диаметр скважинного прибора D = 73 мм, длина L = 4,0 м. Длина короткого зонда 0,5, а длинного 2,0 м. Точка записи – середина базы измерения. Схема зонда представлена на рис. 1.

Стандартная технология ВИКИЗ пре­дусматривает регистрацию за одну спускоподъёмную операцию показаний пяти разноглубинных зондов индукционного карота­жа и потенциала самопроизвольной поляризации пород ПС. Электрод ПС разме­щен в нижней части защитного контейнера.

Рис. 1. Схема зонда ВИКИЗ

Г₁ (частота питания 14 МГц), Г₂ (7 МГц), Г₃ (3,5 МГц), Г₄ (1,75 МГц), Г₅ (0,875 МГц) – генераторные катушки;

И₁, И₂, И₃, И₄, И₅, И₆ – приемные катушки;

L₁ = 0,5 м, L₂ = 0,7 м, L₃ = 1,0 м, L₄ = 1,4 м, L₅ = 2,0 м – длины трехкатушечных зондов;

∆L₁ = 0,1 м, ∆L₂=0,14 м, ∆L₃ = 0,20 м, ∆L₄ = 0,28 м, ∆L₅= 0,4 м – базы зондов

Схема каждого отдельного зонда принципиально не отличается от зондов ИК и ДК (рис. 2). Например, зонд И₆0,4И₅1,6Г₅ имеет длину базы L = 0,4 м, и зонда L = 2,0 м (0,4+1,6).

Рис. 2. Схема отдельного зонда ВИКИЗ

L, ∆L – длины зонда и базы (расстояние между измерительными катушками) в метрах.

Измеряемой величиной в методе ВИКИЗ является разность фаз гармонического магнитного поля, распространяющегося в проводящей среде от источника излучения до приёмников, удалённых от источника на различные расстояния. Разность фаз характеризует удельное электрическое сопротивление пород и электрические неоднородности прискважинной зоны. Между параметрами ∆φ и УЭС (ρ) существует зависимость, которая для однородной изотропной среды имеет асимптотический вид (рис. 3).

Рис. 3. График зависимости между

показателями ∆φ и ρ в частотном диапазоне ВИКИЗ

Особенность ВИКИЗ заключается в радиальном зондировании, то есть последовательном увеличении глубинности за счёт увеличения длины зондов с одновременным уменьшением их рабочей частоты, а также за счёт измерения разности фаз, слабо зависящей от параметров скважины.

Геологические задачи:

- литологическое расчленение терригенного разреза, в том числе тонкослоистого;

- определение удельного электрического сопротивления пластов и следовательно, характера насыщения коллекторов;

- можно определить параметры (ди­аметр и удельное электрическое сопротивление) зоны проник­новения и окаймляющей зоны;

- определение положений контактов углеводородов с водой и протяжён­ности переходных зон (смесь нефти с водой);

- ВИКИЗ мо­жет использоваться для исследования в скважинах, заполненных пресным или сильнопроводящим (УЭС менее 0,5 Омм) буровым раствором;

- работа в скважинах, обсажен­ных диэлектрическими трубами;

- ВИКИЗ выполняют в вертикальных, наклонных и горизонтальных скважинах.

Эффективность качественной интерпретации и достоверность заключения осно­ваны на:

- слабой зависимости измерений от параметров скважины;

- высокой разрешающей способности как в радиальном направлении, так и вдоль скважины;

- хорошей точности измерений и их стабильности;

- достигается высокий уровень сигналов в среде до 120 Омм.

Выделение коллекторов и оценка типа их флюидонасыщения. Признаками проницаемых коллекторов является радиальное изменение УЭС от зонда к зонду.

Последовательность изменения УЭС на кривых зондов различной длины зависит либо от пониженного, либо от повышенного проникновения фильтрата промывочный жидкости в пласт.

Пять кривых ВИКИЗ располагаются на одном поле каротажной диаграммы. Шкала напряжений ρ, по которой легко распознаются низкоомные отложения, выбирается линейной. Шкала напряжений ρ, когда необходимо выделить пласты высокого сопротивления, принимается логарифмической.

Границы пластов проводят по середине спада кривых (рис. 4). Значение ρ_п снимается с самого большого зонда.

Рис. 4. Пример выделения литологических границ по диаграммам ВИКИЗ, сопоставленных с кривыми бокового (БК), микробокового (МБК) и индукционного каротажа

Ядерно-магнитный метод (ЯМК)

ЯМК одновременно тяготеет к электромагнитным и радиоактивным методам исследования скважин.

Преимущества ЯМК – прямая зависимость его показаний от количества свободного флюида в пласте, независимо от его литологии и свойств флюида.

Зонд содержит многовитковую катушку – соленоид – диаметром 83 см и длиной 72 см. Катушка выполняет функцию поляризующей и приемной (после выключения тока поляризации). Кроме основной катушки, имеется вспомогательная, которая примерно в 2 раза меньше основной. Внутри вспомогательной катушки размещен образец водородосодержащей жидкости. В режиме поляризации по одной из катушек пропускают электрический ток. В зависимости от положения специального коммутатора ток идет по одной или другой катушке. Соответственно, поле создается в образце водородосодержащей жидкости либо в горной породе.

ЯМК основывается на наличии магнитного μ и механического Р моментов у ядер некоторых элементов – водорода, углерода, кислорода, натрия, магния, алюминия. Принцип ЯМК заключается в следующем: на породы воздействуют постоянным магнитным полем, под его влиянием магнитные моменты ядер элементов пород меняют свою ориентацию. Упрощенно ядра можно представить в виде небольших волчков-магнитов, вращающихся вокруг своей оси. После снятия поляризующего поля ядерные магнитные моменты, возвращаясь к исходной ориентации, прецессируют, т. е. свободно колеблются, возвращаясь к своей первоначальной ориентации, создавая своё, затухающее во времени электромагнитное поле, напряженность которого измеряется.

Электрические синусоидальные колебания, затухаю­щие во времени называются сигналами свободной прецессии (ССП). Время t₁, характеризующее скорость нарастания ядерной намагниченности, называется временем продольной ре­лаксации, время t₂ – скорость затухания сигнала – назы­вается временем поперечной релаксации. Амплитуда сигнала свободной прецессии Е₀ затухает во времени по экспоненциальному закону.

На величину сигнала свободной прецессии оказы­вает влияние только количество ядер водорода, находящееся в составе подвижной жидкости (вода, нефть), заключенной в порах породы. Ядра водорода обладают достаточно большим магнитным моментом, чтобы создать ЭДС, которая может быть измерена в скважинных условиях. Сигнал свободной прецессии от ядер других элементов, входящих в состав твердой фазы породы и вязкого вещества ее пор, а также от ядер водорода кристаллизационной и связанной воды скважинной аппаратурой не регистрируется, т.к. они образуют быстро зату­хающие ЭДС и их присутствие в исследуемой среде на ре­зультаты измерений практически не влияет.

Для характеристики амплитуды сигнала свободной прецессии в ЯМК используется индекс свободного флюида (ИСФ) – отношение начальных амплитуд сигналов, наблюдаемых при ЯМК Е₀ и в дистиллированной воде Е_д. Кривые ЯМК регистрируются в масштабе ИСФ – %.

ЯМК используется для:

- определения эффективной пористости пород (ИСФ ~ К_п.);

- выделения коллекторов (неколлекторы на диаграммах не выделяются и ИСФ = 0);

- выяснения характера флюида, заполняющего пласт (по времени продольной релаксации t₁, имеющем различные значения для газа, воды, нефти);

- определения эффективной мощности продуктивных коллекторов.

- метод результативен главным образом в терригенном разрезе.

Дата добавления: 2014-11-18