книги / Геофизические исследования скважин

п

РисА.Зависимость коэффициента поверхностной проводимости П отудель­ ного сопротивления поровых вод рви глинистости пород Сгл.

Шифр кривых — СГЛ,%

В нефтеносных и газоносных пластах поровое пространство со­ держит нефть и газ. Нефть и газ не являются проводниками тока. Заполняя поры горных пород, они увеличивают их удельное сопро­ тивление по сравнению с сопротивлением пород, полностью насы­ щенных пластовой водой. Проводником электрического тока в таких случаях служит минерализованная пластовая вода. Количеством этой воды и характером ее распределения в порах и определяется

удельное сопротивление нефтеносных и газоносных пород.

При изучении влияния нефтегазонасыщ ения удобно вместо удельного сопротивления породы рассматривать отношение удель­ ного сопротивления нефтеносного пласта (рн) или газоносного пласта (рг) к удельному сопротивлению того же пласта (рвп) при 100%-ном заполнении пор пластовой водой. Это отношение называется п а р а ­ м е т р о м н а с ы щ е н и я порового пространства, или коэффициен­ том увеличения сопротивления и обозначается: Рн=р„/рвп; Рг=рг/рвп. Для нефте-, газоносного пласта это отношение показывает, во сколько раз нефть и газ увеличивают сопротивление водоносного пласта. Они оказывают приблизительно одинаковое влияние на удельное сопро­ тивление пород. Экспериментальными исследованиями установле­ на зависимость между коэффициентом в о д о н а с ы щ е н и я по­ роды кв и параметром насыщения Рн или Рг:

н е ф т е н а с ы щ е н и я и г а з о н а с ы щ е н и я ; а пип — постоянные для данного типа отложений коэффициенты.

На рис. 5, а изображены зависимости Р н=/(/св), полученные В.Н. Дахновым на основании обобщения фактического материала для гидрофильных и гидрофобных пород. На рис. 5,6 представлены за­ висимости, полученные при изучении параметра насыщения глини­

11

стых и песчаных коллекторов. Значение показателя степени п в урав­ нении (1.7) понижается до п = 1,5 с увеличением глинистости коллек­ тора. В гидрофобных нефтеносных коллекторах величина п может достичь 10. Из рассмотрения кривых, изображенных на рис. 5, сле­ дует, что удельное сопротивление нефтеносных пород заметно от­ личается от удельного сопротивления тех же водоносных пород лишь при сравнительно высоких (более 30— 50%) коэффициентах нефтеили газонасыщения.

200

100

50

20

10

5

2

Рис. 5. Зависимость параметра насыщения Ри (или Рг) коэф­ фициента водонасьнценности кв (или нефтенасьпценности fcH) пород.

а — для песчано-глинистых и карбонатных пород (по В. Н Дахнову): 1— песчано-глинистых гидрофильных; 2 — слабогидрофобных; 3 — гидрофобных; 4 — карбонатных; б — для песчаных коллекторов с различной глинистостью (по Б. Ю. Вендельштейну). Шифр кривых — относительная аномалия уменьшающаяся с увеличением глинис­ тости породы, области:

I — нефть (газ); 11— нефть (газ)+вода, III — вода

Удельное сопротивление слоистых пород (например, слоистых песчаников, глин или глинистых сланцев) зависит от направления, в котором оно измеряется. Обычно в слоистых породах удельное со­ противление, определенное перпендикулярно к напластованию р„ выше измеренного по напластованию рт. Такие породы называются электрически анизотропными. Степень анизотропности характери­ зуется к о э ф ф и ц и е н т о м а н и з о т р о п и и А. вычисленным по формуле

12

Т а б л и ц а 1.Значения коэффициентов анизотропии X и отношений р„/рт для некоторых осадочных пород (по В. II. Дахнову)

Численные значения коэффициентов анизотропии для некоторых пород приведены в табл. 1.

§ 2. ПОЛЕ ТОЧЕЧНОГО ИСТОЧНИКА ПОСТОЯННОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА В ОДНОРОДНОЙ И ИЗОТРОПНОЙ СРЕДЕ

Для определения удельного сопротивления горных пород в сква­ жине необходимо знать закономерности распространения электри­ ческого тока в трехмерном пространстве. В настоящем учебнике мы остановимся лишь на тех простейших особенностях поля постоянно­ го тока в однородной и изотропной среде, знание которых необходи­ мо для изложения последующего материала.

Предположим, что точечный электрод А, излучающий постоянный электрический ток с силой I, находится в однородной и изотропной среде с удельным сопротивлением р (рис. 6). Второй электрод В источ­ ника тока удален в бесконечность или столь далеко от электрода А, что влиянием электрического поля этого источника на поле электрода А можно пренебречь. Поскольку среда однородна и изотропна, то условия для протекания тока от электрода А во всех направлениях одинаковы. Поэтому плотность тока

j на расстоянии г от источника бу­ дет равна

13

Потенциал электрического поля в точке М, расположенной на рас­ стоянии AM от источника тока, найдем интегрированием уравнения

( 1.10):

Из уравнения (1.10) также следует, что в случае однородной и изотропной среды напряженность электрического поля Е можно оп­

где г или АО — расстояние от источника тока до точки, в которой оп­ ределяется Е.

Уравнения (1.11) — (1-14) принципиально позволяют найти удель­ ное сопротивление однородной среды по результатам измерения потен­ циалов, разности потенциалов или напряженности электрического поля:

Однако с практической точки зрения измерить потенциал UMили напряженность Е в какой-либо точке среды значительно сложнее, чем разность потенциалов AU. Поэтому для изучения удельного со­ противления пород в скважинах применяют четырехполюсные ус­ тановки AMNB, использование которых основывается на измерении разности потенциалов электрического поля.

§ 3. МЕТОД КАЖУЩЕГОСЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ

Принципиальная схема. Зонды

Для изучения удельного сопротивления горных пород в скважи­ ну на специальном кабеле спускают измерительную установку (зонд), состоящую, как правило, из трех электродов (заземлителей): А, М и N. Четвертый электрод В помещают на поверхности земли (рис. 7).

Электроды А и В предназначаются для пропускания электричес­ кого тока (питающие или токовые электроды), электроды М и N — для измерения разности потенциалов между двумя точками среды в момент протекания электрического тока (измерительные электро­ ды). При перемещении зонда вдоль ствола скважины в зависимости

14

факторов, характеризующих эту электрическую неоднородность, а также от типа и к о э ф ф и ц и ­

е н т а з о н д а К. Кажущееся сопротивление связано с измеренной разностью потенциалов соотношением аналогично (1.16):

где рк — кажущееся сопротивление, Ом • м; К — коэффициент зон­ да, м; AU — разность потенциалов между электродами М и N, мВ; I —- сила питающего тока, мА.

На практике для измерения кажущегося сопротивления при­ меняют зонды, различающиеся по числу питающих и токовых элек­ тродов и по их взаимному расположению.

В зависимости от числа питающих и измерительных электродов различают зонды прямого питания (или однополюсные) и зонды вза­ имного питания (или двухполюсные)1 (рис. 8).

З о н д п р я м о г о п и т а н и я имеет один питающий и два из­ мерительных электрода (второй питающий электрод устанав­ ливается в этом случае на поверхности). З о н д в з а и м н о г о п и ­ т а н и я имеет два питающих и один измерительный электрод (вто­ рой измерительный электрод устанавливается на поверхности). Зонд прямого питания можно превратить в зонд взаимного питания и на­ оборот. Для этого нужно поменять назначения электродов: А оМ и

1Коэффициент трехэлектродного зонда вычисляют по формулам

К= 4л (AM -AN/MN) — для зонда прямого питания [см формулу(116)]

или K =4n{AM-ВМ/АВ) — для зонда взаимного питания, где AM, AN, MN и т д — расстояние между двумя соответствующими электродами

15

Рис. 9. Примеры определения границ однородных пластов высокого удель­ ного сопротивления с помощью кривых кажущегося сопротивления (по СГ Комарову)

Кривые обращенного градиент-зонда а— в мощном пласте, б — в тонком пласте, кри­ вые потенциал-зонда в — в мощном пласте, г — в тонком пласте

кажущееся сопротивление зависит от удельных сопротивлений вме­ щающих пласт пород, бурового раствора и зоны его проникновения, от мощности пласта, диаметра скважины, глубины проникновения раствора, а также от типа и размера применяемого зонда В одном и том же пласте конфигурация кривых кажущегося сопротивления, а следовательно, и правила определения границ этого пласта, суще­ ственно зависят от типа и размера применяемого зонда и соотноше­ ния мощности пласта и размера зонда

В случае горизонтального пласта высокого сопротивления на кри­ вой обращенного (кровельного) градиент-зонда против мощного од­ нородного пласта1 высокого сопротивления наблюдается асиммет­ ричный максимум (рис. 9, а)

Кровля пласта отмечается по максимуму кривой, подошва плас­ та — по минимуму Тонкий пласт2 высокого сопротивления отмеча­ ется на кривой обращенного градиент-зонда максимумом (рис.9, б) Над пластом на расстоянии, равном размеру зонда, находится экран­ ный максимум, между экранным максимумом и основной аномалией

— зона экранного минимума. Возникновение минимума и максиму­ ма 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) градиентзондом, являются зеркальным отображением кривых обращенного

'Мощность пласта больше размера зонда 2 Мощность пласта меньше размера зонда

градиент-зонда относительно горизонтальной плоскости, проходя­ щей через середину пласта.

Подошва мощного пласта высокого сопротивления на кривой пос­ ледовательного градиент-зонда отмечается по максимуму аномалии, кровля — по ее минимуму. Правила определения границ тонкого пла­ ста на кривых последовательного градиент-зонда подобны таковым для обращенного зонда, однако экранные максимум и минимум рас­ полагаются под пластом.

Потенциал-зонд в одиночных однородных пластах позволяет по­ лучить кривые кажущ егося сопротивления, симметричные от­ носительно горизонтальной плоскости, проходящей через середину пласта. Кривые кажущегося сопротивления, полученные с последо­ вательным и обращенным потенциал-зондами, по форме не разли­ чаются, если расстояние между электродами одного назначения М и N или А и В зонда больше мощности пласта. Мощный пласт высокого удельного сопротивления выражается на кривых потенциал-зондов симметричными аномалиями высокого кажущегося сопротивления.

Рис. 10. Примеры определения границ однородных пластов низкого удельного сопротивления с помощью кривых кажу­ щегося сопротивления (по С. Г. Комарову).

Кривыеобращенногоградиент-зонда: а — в мощномпласте; б— в тон­ компласте; кривые потенциал-зонда: в—в мощномпласте; г —в тон­ компласте

18

Границы мощного пласта на кривой потенциал-зонда отмечаются по точкам кривой, в которых начинается наиболее интенсивный рост кажущегося сопротивления (рис. 9, в).

Тонкому пласту высокого сопротивления на кривой кажущегося сопротивления потенциал-зонда соответствует симметричный ми­ нимум. Кроме того, по обе стороны пласта на кривой имеются два небольших максимума, вершины которых удалены от кровли и по­ дошвы на расстояние 1/2 AM (рис. 9, г).

Горизонтальному пласту низкого удельного сопротивления и большой мощности соответствует при измерении каж ущ егося со­ противления обращенным градиент-зондом асимметричный ми­ нимум. Подошву пласта находят по максимальному значению кажу­ щегося сопротивления, кровлю — по минимальному (рис. 10, а).

Границы тонкого пласта низкого сопротивления определяют ана­ логичным образом — по максимуму (подошва) и минимуму (кровля) кривой кажущегося сопротивления (рис. 10, б). Кривые кажущегося сопротивления для последовательного градиент-зонда можно полу­ чить путем зеркального отображения кривых для обращенного гра­ диент-зонда.

Всоответствии с этим изменяются и правила определения гра­ ниц пластов.

Кривые потенциал-зонда в мощном пласте низкого удельного со­ противления представляют собой симметричный минимум (рис.10, в). Границы пласта находят по точкам перехода от крутого спада кри­ вой к ее плавному понижению, учитывая, что эти точки находятся вне пласта на расстоянии 1/2 AM от его кровли и подошвы.

Против тонкого пласта низкого удельного сопротивления при из­ мерениях кажущегося сопротивления в скважинах потенциал-зон­ дом наблюдается расплывчатый минимум (рис.10, г). Точное опреде­ ление границ пласта в этом случае затруднено.

Вприроде геологический разрез представляет собой чередо­ вание пластов высокого и низкого удельного сопротивления. Рас­ смотрим случай переслаивания горизонтальных пластов высо­ кого и низкого удельного сопротивления (пачка пластов). В этих условиях при изучении каждого пласта необходимо помнить о возможном влиянии соседних пластов, которое проявляется в эк­ ранировании электрического тока соседними пластами высокого

удельного сопротивления чаще всего при измерениях с градиентзондом. Экранирование способствует увеличению кажущегося со­ противления в изучаемом пласте, если экранирующий пласт вы­ сокого сопротивления расположен со стороны непарного элект­ рода зонда, и, наоборот, уменьшению кажущегося сопротивления, если экранирующий тонкий пласт высокого сопротивления за ­ легает относительно изучаемого пласта на расстоянии, меньшем размера зонда, или если он залегает со стороны парных электро­ дов. Наибольшее влияние на кривые кажущ егося сопротивления в исследуемом пласте оказывают пласты высокого сопротивле­ ния, находящиеся со стороны удаленного электрода зонда на рас-

19

стоянии, меньшем 1—2 размеров зонда. Явления экранирования в очень неоднородном разрезе часто делают невозможным коли­ чественное определение удельного сопротивления пластов. При исследовании разреза, представленного пачкой тонких пластов высокого и низкого сопротивления, явления экранирования элек­ трического тока в ряде случаев могут вызвать изменение не толь­ ко величины, но и формы аномалии кажущ егося сопротивления. Наиболее ярко это наблю дается при изучении пачек пластов, представленных чередованием тонких прослоев высокого и низ­ кого сопротивления (рис. 11 ). На этом рисунке видно, что наи­ меньшее искажение кривых и лучш ая расчленяющая способность наблюдаются при использовании зондов малых размеров. На кри­ вых потенциал-зондов маломощные прослои выделяются менее четко, чем на кривых градиент-зондов. Для определения границ тонких пропластков используются те ж е правила, что и для оп­ ределения границ тонких одиночных пластов.

Рис. 11. Кривые кажущегося сопротивления в пачках тонких пластов бес­ конечно высокого сопротивления одинаковой мощности h=dc (поВ.Н. Дахнову). Кривые: а — градиент-зондов; б — потенциал-зондов

При определении мощности наклонного пласта необходимо учи­ тывать его угол падения. В том случае, когда угол падения пласта не превышает 30°, форма аномалий на кривых кажущихся сопротивле­ ний, зарегистрированных с градиентили потенциал-зондами, не от­ личается от таковой в горизонтальном пласте. Однако, используя при определении мощности наклонного пласта правила, предназначен­ ные для горизонтального пласта, мы получаем представление о ви­ димой его мощности. По полученному значению видимой мощности можно найти истинную мощность по формуле (1.18)

20