Криві ІМ

Криві σ_еф для всіх зондів звичайного індукційного методу проти одиночних пластів у разі рівності електропровідності вміщуючих порід симетричні відносно середини пласта (рис. 11). Межі пластів при їх середній і великій потужності визначаються по середині аномалії, де її ширина відповідає дійсній потужності пласта h. Для пластів малої потужності ширина аномаліями на її середині являє собою фіктивну потужність h_еф, меншу дійсної потужності: h_ф < h.

Характерними показниками кривої σ_еф проти однорідного пласта кінцевої потужності є екстремальні значення ефективній електропровідності, проти середини пласта – максимальні або мінімальні. В разі неоднорідного пласта показники σ_еф проти його середньої частини усереднюються. Для подальшої обробки даних ІМ використовуються саме ці оптимальні значенні про σ_еф. При заповненні свердловини порівняно прісною промивною рідиною (ρ_р >1 Ом * м), відносно високому питомому опорі пласта, за відсутності або незначних розмірах зони проникнення фільтрату промивної рідини в пласт, підвищуючи його опір, достатній потужності пласта і невеликих величинах ρ_п/ρ_р, ρ_е/ρ_ем відлічувана по кривій звичайного низькочастотного індукційного методу ефективна електропровідність близька до і дійсної електропровідності пласта і може бути використана для подальшої геологічної інтерпретації. В інших випадках у величину σ_еф необхідно вносити відповідні похибки.

Рис. 11. Теоретичні криві звичайного індукційного методу. 1 – для двох котушкового зонда L_і/d_с = 1,875; 2 – для фокусуючого зонда L_і/d_с = 2,25; 3 – рівні значень дійсного питомого електричного опору порід; середовища різного питомого електричного опору: 4 – ρ_п = 10 Ом * м, 5 – ρ_п = 1 Ом * м, 6 – ρ_п = 0,1 Ом * м, 7 – ρ_п → ∞; 8 – зона проникнення промивної рідини

На показники σ_еф індукційних зондів спотворюючи вплив роблять: 1) свердловина; 2) явище скін-ефекту; 3) обмежена потужність пласта і вміщуючи породи; 4) зона проникнення фільтрату промивної рідини.

В значення ефективної електропровідності необхідно вносити відповідні поправки за вплив вказаних факторів.

При кількісній інтерпретації дані індукційного методу доцільно привести до умов непровідної свердловини. Поправка за вплив свердловини стає суттєвою при опорі розчину ρ_р < 1 Ом * м, ρ_п/ρ_р > 20 і d_с > 0,3 м. Вплив свердловини може бути врахований за показниками напроти пластів високого питомого опору (ρ_п > 200 Ом * м), що зустрічаються в розрізі. Лінія нульової електропровідності повинна проходити по кривій σ_еф цих високо омних пластів.

Вплив скін-ефекту на показники σ_еф враховується за допомогою графіків σ_еф = f (ρ_е), побудованих по теоретичних формулах для однорідного середовища (рис. 12, а). Ці графіки дозволяють перевести значення електропровідності у величину питомого опору порід.

Вплив кінцевої потужності пласта і вміщаючих порід на показники σ_еф враховуються за допомогою палеток поправочних коефіцієнтів (рис. 12, б). Величину поправки К_h необхідно помножити на ρ_е, виправлене за вплив скін-ефекту. Цим самим показники проти досліджуваного пласта (ρ_{е h}) приводяться до показників напроти пласта необмеженої потужності (ρ_{е ∞}). Поправка К_h тим більше, чим менша потужність пласта і більше відношення ρ_е/ρ_ем.

Рис. 12. Внесення поправок до показників звичайного низькочастотного індукційного методу за вплив скін-ефекту (а) і кінцевої потужності пласта (б):

а: 1, 2, 3 – зонди 6Ф1, 5Ф1,2; 4Ф0,75. б: шифр кривих – потужність пласта в м. К_h –

поправка в величину ρ_з за вплив кінцевої потужності пласта

Наявність зони проникнення при D_зп/d_с < 4, що підвищує опір пласта, мало позначається на показниках Ім. Зона проникнення промивної рідини, що знижує опір пласта, робить істотний вплив на величину σ_еф. Воно тим значніше, чим більше D_зп/d_с і ρ_п/ρ_зп. Вплив зони проникнення на показники ІМ враховується по даним, отриманим зондами КС або фокусуючим методом СЕЗ, що володіють різною глибинністю дослідження.

Області застосування звичайного низькочастотного індукційного методу та вирішувані ним геологічні завдання

Цей метод може бути використаний для вивчення розрізів свердловин з непровідною промивною рідиною (на нафтовій основі), заповнених нафтою, сухих і обсаджених трубами з діелектриків (азбоцементні та полімерні обсадні колони). Звичайний індукційний метод дозволяє достатньо надійно визначати дійсний питомий електричний опір пластів у випадку промивної рідини низької мінералізації (ρ_р > 1 Ом * м).

Відповідно до виразу (16) величина корисного сигналу в звичайному індукційному методі прямо пропорційна електропровідності середовища, отже, крива ІМ відносно ефективної електропровідності σ_еф має лінійну шкалу і відносно ρ_е = 1/σ_еф – гіперболічну. Таким чином, масштаб кривої σ_еф розтягнутий в діапазоні низьких опорів і зжатий при високих опорах. Це дозволяє досить надійно розчленовувати розрізи свердловин відносно низьким питомим опором порід (глини, водоносні пісковики) і визначати їх дійсний питомий опір.

Вихорові струми, що індукуються в пластах, перпендикулярних до осі свердловини, практично не перетинають їх меж, що суттєво знижує вплив вміщуючих порід на показники звичайного індукційного методу. Завдяки застосуванню фокусуючих пристроїв індукційні зонди мають сприятливі вертикальні та радіальні характеристики, що дозволяє частково виключити вплив свердловини, зони проникнення і вміщуючих порід на величину ефективної електропровідності.

Індукційний метод найбільш чутливий до пропластків підвищеної електропровідності і майже не фіксує прошарки високого питомого опору, тобто при вимірах σ_еф відсутнє явище екранування, властиве звичайним зондам методів КС квазі постійного струму.

Індукційні зонди порівняно невеликих розмірів (0,75 – 1,20 м) володіють значним радіусом дослідження, що перевищує приблизно в 4 рази радіус дослідження звичайних градієнт-зондів КС.

Використання звичайного низькочастотного індукційного методу обмежено у випадку використання солоних промивних рідин, наявності зони проникнення фільтрату промивної рідини, що занижує опір пласта, і при дослідженні порід питомого опору понад 50 Ом * м.

При вивченні дійсного питомого опору пластів звичайний індукційний метод найбільш ефективний в комплексі з іншими методами звичайних зондів КС, методами СЕЗ і мікрозондом СЕЗ з автоматичним фокусуванням струму.

Звичайний низькочастотний індукційний метод дозволяє детальніше розчленовувати розрізи свердловин, складені породами низького питомого опору, виділяти водоносні і нафтогазоносні пласти, вивчати будову перехідної зони і уточнювати положення контактів вода – нафта, вода – газ і визначати дійсний питомий опір порід до 50 Ом * м.

ІНШІ НИЗЬКОЧАСТОТНІ ІНДУКЦІЙНІ МЕТОДИ

Теорію низькочастотного індукційного методу з поперечним датчиком, вісь якого перпендикулярна до осі свердловини, розробив А.М. Каганський. Вихорові струми в цьому випадку розташовані в вертикальних площинах, паралельних осі свердловини. Така модифікація цього методу дозволяє вимірювати питому електропровідність порід σ_еф в напрямі, перпендикулярному до їх нашаруванню. При цьому відмічається мінімальний вплив на результати вимірювань електропровідності ρ_{еф t}, паралельній нашаруванню порід.

Реєстрація електропровідності порід, перпендикулярної до нашарування порід, і питомого опору, паралельного нашаруванню і виміряного методами КС, СЗ і ІМ, дозволяє визначати коефіцієнти мікро- і макро- анізотропії пластів. Знання коефіцієнтів анізотропії необхідне при вивченні колекторських властивостей порід і інтерпретації діаграм КС надвеликих зондів.

Для збільшення глибинності дослідження пластів В.П. Соколов запропонував використовувати індукційний метод перехідних процесів по аналогії з методом становлення поля в ближній зоні, що застосовується в електророзвідці. Цей метод заснований на вивченні нестаціонарного електромагнітного поля, що порушується генераторною котушкою. Якщо в деякий момент часу вимкнути струм в генераторній котушці, то первинне електромагнітне поле зміниться від деякого кінцевого значення до нуля. Внаслідок ступінчастої зміни моменту генераторної котушки в навколишньому середовищі індукуватимуться вторинні струми, розподіл яких таке, що вони в перший момент часу (рання стадія становлення) прагнуть зберегти незмінним первинне поле всередині провідного середовища, а потім (пізня стадія становлення) перерозподіляються в просторі, віддаляються від диполя і затухають внаслідок теплових втрат. В ранній стадії становлення поля струми зосереджені в свердловині, в пізній стадії всі вони практично знаходяться в пласті і їх інтенсивність визначається майже цілком електропровідністю пласта. В зв’язку з цим сигнал, що фіксується приймальною котушкою в пізній стадії становлення поля, не залежить від параметрів свердловини і зони проникнення.

З теорії випливає [перше рівняння Максвела], що в початковий момент часу джерелами магнітного змінного поля є струми провідності і струми зсуву. Чим більше питомий опір середовища, тим ширше часовий інтервал, в якому істотну роль грають струми зсуву. В пізній стадії становлення поля в середовищі формується квазістаціонарне поле, тобто струми зсуву зникають. Момент переходу змінного поля в квазістаціонарне поле наступає тим раніше, чим вище електропровідність гірських порід.

Таким чином, застосування індукційного методу перехідних процесів для дослідження свердловин дозволяє визначати дійсну питому електропровідність пластів при вимірюваннях в пізній стадії становлення поля і відносно невеликому розмірі зонда. _

Вивчення розрізів свердловин індукційним методом перехідних процесів засноване на вимірюванні електромагнітного поля на часі, складових перші одиниці мікросекунд після вимикання струму в генераторній котушці. Проте зміряти сигнал в такому тимчасовому проміжку складно технічно. А.А. Кауфман запропонував для вивчення розрізів свердловин частотний індукційний метод, що володіє такими ж радіальними і вертикальними характеристиками, що і індукційний метод перехідних процесів.

Відомо, що глибина проникнення струму в середовище залежить від його частоти. Чим менше частота струму, тим на більшу глибину проникає сигнал, і навпаки. Використовуючи різні частоти, можна в принципі здійснювати частотне зондування розрізу свердловини. Глибинність дослідження можна збільшити шляхом створення спектру різних частот в генераторній котушці зонда.

Частотний індукційний метод дозволяє виключити вплив свердловини і зони проникнення пропусканням через генераторну котушку одночасно струму двох частот. У приймальній котушці фіксується різниця е.р.с. між сигналом від дальньої і ближньої зон. Величина цієї різниці е.р.с. залежить від електропровідності пласта. Частотний індукційний метод можна розглядати як метод вимірювання активної компоненти вторинного поля, виключаючий вплив струмів в свердловині і зоні проникнення.

ВИСОКОЧАСТОТНІ ІНДУКЦІЙНІ МЕТОДИ

В високочастотних індукційних методах дослідження свердловин використовуються частоти живлячого струму від 0,5-1,0 Мгц до декількох десятків мегагерц. При таких частотах відповідно до першого рівняння Максвела для гармонічного змінного поля величина корисного сигналу визначається як струмами провідності, так і струмами зсуву.

За принципом вимірювання високочастотні індукційні методи можна розділити на абсолютні та відносні. У абсолютному методі вимірюється амплітуда е.р.с, що виникає в приймальні котушці (звичайний високочастотний індукційний метод). В відносному методі вимірюється здвиг фаз або відношення амплітуд двох сигналів (хвильовий метод провідності).

Звичайний високочастотний індукційний метод

Дослідження низькочастотним індукційним методом порід з питомим електричним опором понад 50 Ом * м неможливо із за низького рівня отримуваного сигналу. Відповідно до формули (15) величина е.р.с. вторинного поля зростає зі збільшенням частоти електромагнітного поля, тому для розширення межі виміру опору середовища слід підвищити частоту струму в генераторній котушці.

Розрахунки показують, що при мінімальному рівні корисного сигналу, рівного 1% від прямого сигналу, і опорі порід 150-200 Ом * м необхідно збільшити частоту поля до 1-3 Мгц. Проте з підвищенням частоти змінюється і мінімальна величина реєстрованого питомого опору. Так, для трьох котушкового зонда довжиною 1 м при частоті 1,5 Мгц вона складає 1,5-2,0 Ом * м. Для визначення питомого опору пластів в більш широкому діапазоні С.М. Аксельрод пропонує використовувати дві частоти: 10-50 кгц для інтервалу опорів 0,3-20 Ом * м і 1-3 Мгц – для 10-200 Ом * м.

Глибинність дослідження високочастотним зондом з поздовжнім датчиком в середовищі з ρ_п = 20 Ом * м складає 3,5 м, а при ρ_п = 80 Ом * м – більше 4 м. Діаметр зони виключення рівний 0,6 м.

Апаратура високочастотного індукційного методу (ВІК) розроблена в Центральному геофізичному тресті і в Інституті геології і геофізики Сибірського відділення Академії наук СРСР (ІГГ СО АН СРСР) (ВІК-100). Апаратура ВІК складається з трьох основних блоків: генератора, зонда і приймача. В приладі використаний трьох котушковий зонд 3ф1. Робоча частота приладу – 2,8 Мгц. Апаратура ВІК-100 має два канали, які працюють на частотах 1 і 32 Мгц. Канал з частотою 1 Мгц призначений для вимірювання електропровідності порід, канал з частотою 32 Мгц – для вимірювання електропровідності і діелектричної проникності порід. В апаратурі використаний зонд 4Ф1.

Хвильовий метод провідності

Способи вимірювання при хвильовому методі провідності (ВМП) засновані на хвильових уявленнях про розповсюдження електромагнітної хвилі в досліджуваному середовищі. Розглянемо розповсюдження електромагнітної хвилі в свердловині.

Електромагнітна хвиля, утворена генераторною котушкою Г, частково відбивається від стінки свердловини в промивну рідину, частково проникає в гірські породи (рис. 13). В свердловині хвиля швидко затухає, а в гірських породах (бічна хвиля), ковзаючи вздовж поверхні розділу свердловина-порода розповсюджується на значну відстань від джерела випромінювання. Якщо довжина зонда у декілька разів більше діаметру свердловини, то величина сигналу в приймальній котушці визначається бічною хвилею. Хвиля від джерела поля до приймальної котушки И проходить шлях, що складається з ділянок АВ, ВС і СD. На цих ділянках відбувається загасання і фазове зрушення коливань. Корисний сигнал, пов’язаний з електричними властивостями порід, формується на ділянці ВС. На ділянках АВ і СD вплив свердловини на амплітуду і фазу поля в точці прийому може бути визначаючим, оскільки фазова постійна і коефіцієнт загасання хвилі в промивній рідині вищий, ніж в гірських породах, тому необхідно вибирати такий спосіб вимірювання вторинного поля, при якому вплив свердловини виключається.

При абсолютному способі вимірювання сигналу вплив свердловини усувається шляхом включення в ланцюг індуктивного зонда додаткових фокусуючих котушок. При відносному способі вимірювання застосовується трьохелектродний зонд з двома приймальними котушками И1 і И2, розташованими одна від одної на відстані ∆Z. Ця відстань називається базою зонда (рис. 13, б). Шляхи хвилі від джерела поля до котушок И1 – АВD і И2 – ABF відрізняються на довжину ∆Z. Якщо вимірювати різницю фаз ∆φ хвилі між першою і другою котушками, то вплив свердловини усувається, оскільки вона вносить однаковий фазовий здвиг до сигналу (рис. 70, б) Різниця фаз ∆φ визначається властивостями порід на ділянці довжиною ∆Z.

Рис. 13. Схема розповсюдження електромагнітної хвилі в свердловині.

а – двоелементний зонд; б – трьохелементний зонд. И, И1, И2 – вимірювальні котушки

Рис. 14. Схеми трьохелементного високочастотного індукційного та діелектричного зондів з двома вимірювальними (а) і двома генераторними котушками (б).

Г, Г2 – генераторні основні котушки, Г1 – фокусуюча генераторна котушка

Вплив свердловини можна виключити, якщо вимірювати відношення амплітуд в приймальних котушках. Відношення амплітуд характеризує згасання хвилі на ділянці ∆Z, величина якої залежить від провідності порід.

В даному методі спосіб реєстрації сигналу дозволяє зберегти фокусуючи властивості установки на частотах, рівних десяткам мегагерц, а також при солоних промивних рідинах. Вимірювання кута здвигу фаз або відношення амплітуд напруженості поля за допомогою зонда з двома приймальними котушками дозволяє визначати електропровідність σ_п або діелектричну проникність порід ε_п. При роботі на частотах 1-3 Мгц величина вимірюваного сигналу залежить головним чином від електропровідності середовища (переважають струми провідності). Цей метод дослідження розрізів свердловин отримав назву хвильового методу провідності.

У хвилевому методі провідності реєструється різниця ∆φ, або відношення амплітуд А_z1/A_z2, або відношення різниці амплітуд до однієї з амплітуд поля (A_z2 – A_z2) / А_z1. Ці відношення вільні від впливу свердловини і частково зони проникнення фільтрату промивної рідини.

Хвильовий метод провідності забезпечує достатню глибинність дослідження, яка визначається довжиною зонда – відстанню між генераторною котушкою і серединою приймальних котушок. Вертикальна характеристика залежить від реєструємо величини і бази зонда ∆Z. Породи, які знаходяться в інтервалі між генераторною і найближчою до неї приймальною котушками, на величину сигналу роблять незначний вплив, тому для підвищення глибинності зонда можна збільшувати його розмір до 2-3 м і більше.

Криві різниці фаз навпроти одиночних однорідних пластів обмеженої потужності і різного опору мають асиметричну форму (рис. 15). Відстань між точками переходу i крутого підйому до плавного і від крутого спаду до поступового зниження є дійсною потужністю пласта при довжині зонда меншої або рівнішої потужності пласта. Характерна особливість кривої – екстремальне значення ∆φ: максимальне у випадку пласта високої провідності, мінімальне – при низькій провідності пласта. Якщо потужність пласта менше довжини зонда, в його підошві відмічається максимум при високій провідності і мінімум – при низькій провідності.

Рис. 15. Криві відношення різниці фаз хвильового методу провідності зареєстровані проти пластів з високою діелектричною проникністю (по Д. С. Даєву).

1, 2 - в неоднорідному і однорідному середовищах; 3 - пласт. Зонд И₁0, 2И₂0, 8Г, f = 60 МГц; ε_п = 20; ρ_п = 20 Ом * м; ε_вм = 5. ρ_вм = 50 Ом * м. а - h = 0,25 м; б - h = 0,5 м; в - h = 1 м; г - h = 2 м. ∆φ' і ∆φ - різниця фаз в неоднорідному і однорідному середовищах.

Хвильовий метод провідності забезпечує вимірювання електропровідності порід в діапазоні 300 - 10 мСм/м (0,3 - 100 Ом * м), глибинність дослідження середовища 0,7 - 0,8 м і виділення в розрізі пластів потужністю 0,5 м і більше. Використовувати слід зонди різної глибинності дослідження – И₁0,4И₂0,4Г; И₁0,4И₂0,8Г і И₁0,4И₂1, 8Г при робочій частоті 1 МГц.

Дата добавления: 2015-05-23