Лекция №3. Каротаж обычными зондами

Пусть U₀ – потенциал точечного источника тока в однородной (безграничной) изотропной среде, тогда для эквипотенциальных поверхностей, которые представляют собой сферы, линии электрической напряженности Е и линии тока образуют семейство радиальных прямых, исходящих из электрода А и нормальных к эквипотенциальным поверхностям (рис. 1, а). Потенциалы UM и UN электродов М и N зонда, как и разность потенциалов между ними, зависят только от расстояний AM и AN между измерительными и питающими электродами, т. е. имеет место сферическая симметрия.

Разумеется, поле одиночного электрода – абстракция. Для того, чтобы возник электрический ток, необходимо существование минимум двух электродов. Поэтому, говоря о поле одиночного электрода, предполагают существование второго электрода (В) противоположного знака (рис. 1, б). Тем не менее, вблизи одиночного электрода, т. е. при AM и AN, много меньших АВ, поле в однородной среде можно считать сферически симметричным.

Рис. 1. Поля одного (а) и двух (б) точечных электродов в однородной изотропной среде: 1 – линии тока; 2 – линии равных потенциалов

Простейшим зондом для измерения силы тока, проходящего в буровом растворе и окружающих скважину породах, служит одноэлектродный зонд. В этом виде исследований, называемом токовым каротажем, один электрод заземлен неподвижно, вблизи устья скважины, а второй – закреплен на кабеле (рис. 2, а). В результате перемещения зонда по скважине регистрируется кривая изменения силы тока.

Рис. 2. Различные зонды для электрического каротажа скважин:

А, В – питающие электроды, Б – батарея или другой источник питания, R – реостат для регулировки силы тока, I – прибор, измеряющий силу тока, MN – приемные электроды, О – точка записи, к которой относят результаты замеров;

а – одноэлектродный зонд токового каротажа, б – четырехэлектродный потенциал-зонд, в – четырехэлектродный подошвенный (последовательный) градиент-зонд, г – четырехэлектродный кровельный (обращенный) градиент-зонд

Чаще всего при работах методом кажущегося сопротивления (КС) используются четырехэлектродные зонды, в которых три электрода располагаются в скважине, а четвертый электрод заземляется на поверхности, вблизи от скважины. Через электроды А и В, называемые токовыми (питающими), пропускают ток I, создающий электрическое поле в породе. При помощи электродов М и N, называемых измерительными (приемными), измеряют разность потенциалов ∆U между двумя точками данного электрического поля.

Скважинный трехэлектродный зонд, состоящий из одного питающего А и двух приемных M и N электродов, называется однополюсным (или зондом прямого питания). Трехэлектродный зонд, состоящий из одного приемного M и двух питающих А и В электродов, называется двухполюсным (или зондом взаимного питания). В обоих случаях расчет КС ведется по формуле метода сопротивления:

ρ_k = k · ∆U / I,

где k – коэффициент, зависящий от расстояния между электродами в зонде;

∆U – разность потенциалов между приемными электродами M и N;

I – сила тока в питающей цепи АВ.

В трехэлектродном зонде:

k = 4π · AM · AN / MN или

k = 4π · MB · NB / MN.

где AM, AN, MN, MB, NB – расстояния в метрах между соответствующими электродами.

Для перевода кривой ΔU в кривую ρ_к изменяется лишь масштаб записи с учетом величины коэффициента установки и силы тока.

Название зонда складывается из обозначения электродов, расположенных в скважине сверху вниз и расстояний между ними. Например, в зонде А2М0,5N сверху расположен питающий электрод А, далее в двух метрах – приемный электрод M, а в пятидесяти сантиметрах от последнего – электрод N. Различают потенциал- и градиент-зонды (рис. 2, рис. 3).

В потенциал-зонде расстояние между парными MN или АВ электродами превышает расстояние между непарными электродами. Точка записи, к которой относится измеренное кажущееся сопротивление, располагается посередине между сближенными электродами (точка О).

В градиент-зонде расстояние между парными электродами в пять-десять раз меньше расстояния до непарного. Точка записи находится посередине MN (АВ), т. е. между сближенными электродами.

Рис. 3. Схемы градиент- и потенциал-зондов:

А и В – токовые электроды, М и N – измерительные электроды, О – точка записи зонда

Если парные электроды располагаются выше непарного, то зонд называется кровельным (или обращенным), а если наоборот, то подошвенным (или последовательным).

«Мертвым» концом зонда называют расстояние от точки записи до нижнего конца груза или скважинного при­бора. Равный этому расстоянию интервал, находящийся выше забоя скважины, остается недоступным для исследований дан­ным зондом.

Расстояние от точки записи до первой метки на кабеле, от которой идет отсчет глубин, называется ценой метки установки.

Электроды зонда в расчетах принимают точечными, поэтому их длина не должна превышать 1/10 расстояния между сбли­женными электродами. Погрешности определения расстояний между электродами и цены метки зонда могут привести к браку в работе. Каждый зонд или прибор имеет свой номер, все данные о размерах зонда после их промера записываются в акт, который передается в интерпретационную партию.

Размер зонда:

– градиент-зонда – расстояние между удаленным электродом и точкой записи АО, МО, ОМ и ОА (рис. 3);

– потенциал-зонда – расстояние между сближенными электродами ВM, МА, АМ и МА.

Обычно размер зонда меняется от 0,5 до 3 м. Радиус исследования пород вокруг скважины примерно равен размеру зонда. Для потенциал-зонда глубинность исследования примерно равна утроенной длине AM, а для градиент-зонда расстоянию АО, т.е. при равных длинах глубинность больше у потенциал-зондов.

Кривые КС, полученные потенциал-зондом, отличаются симметричной формой. Максимумами выделяются центры слоя с повышенными сопротивлениями, а минимумами – с пониженными. Границы пласта отбиваются по середине спада кривой ПЗ (рис. 4, д, е).

Подошвенный градиент-зонд четким максимумом на кривой КС отбивает подошву пласта, а минимумом – кровлю пласта повышенного сопротивления, а кровельный градиент-зонд максимумом КС выявляет кровлю пласта и минимумом подошву пласта повышенного сопротивления. Таким образом, с помощью градиент-зонда легко выявить кровлю или подошву пласта (рис. 4).

Рис. 4. Кривые ρ_к при пересечении пластов высокого сопротивления (d_c = 0).

а, б – кровельный градиент-зонд;

в, г – последовательный градиент-зонд;

д, е – потенциал-зонд;

Пунктирная линия – кровля, подошва пласта и снятое значение ρ_к.

Вблизи высокоомных пород сила тока будет уменьшаться и на кривых КС сопротивление расти.

Высокоомный разрез – карбонатный разрез, представлен известняками, доломитами, ангидритами и др.

Низкоомный разрез – терригенный разрез, представлен песчаниками, алевролитами, глинами и др.

Дата добавления: 2014-11-18