книги / Геофизические исследования скважин

дами разной длины. Для уяснения принципа работы рассмотрим уп­ рощенную схему зонда с двумя главными индукционными индук­ ционными катушками: излучаю щ ей и приемной (рис. 22). Рас­ стояние между центрами излучающей и приемной катуш ек на­

на друга (скин-эффект) можно пренебречь и с достаточной точностью принять, что

ЭДС активной составляющей, генерируемой вторичным полем Е, прямо пропорциональна электропроводности окружающей среды а. Для однородного по электропроводности немагнитного пространства это условие можно записать так:

где Ки — коэффициент индукционного зонда, зависящий от числа витков и диаметра генераторной и приемной катушек зонда, силы и частоты тока.

Из уравнения (1.22) можно определить удельную электрическую электропроводность однородной среды

31

В неоднородной среде, если скважина перпендикулярна к плос­ кости пластов, вихревые токи не взаимодействуют между собой и не пересекают границы между отдельными участками среды (скважи­ на, зона проникновения, пласт, вмещающие породы). Это означает, что в соответствии с приближенной теорией (пренебрегая скин-эф­ фектом) все среды включены в цепь кольцевых токов параллельно и наведенная в приемной катушке ЭДС представляет собой сумму сиг­ налов, пришедших отдельно от каждого участка среды.

По аналогии с методом кажущихся сопротивлений в неоднородной среде вводят понятие к а ж у щ е й с я (или э ф ф е к т и в н о й ) у д е л ь н о й э л е к т р о п р о в о д н о с т и с р е д ы

где 0р, 0ЗП, а п и а вм — удельные электропроводности соответственно раствора, зоны проникновения, пласта и вмещающих пород; Вр, Взп, Вп и Ввм — геометрические факторы тех же участков среды — чис­ ла, показывающие долю сигнала данной среды в общем сигнале.

Произведение электропроводности участка на геометрический фактор этого участка определяет вклад каждого участка в суммар­ ную вторичную ЭДС приемной катушки.

Сумма всех геометрических факторов равна единице:

32

ния по сравнению с вмещающими породами, а их мощность превы­ шает 1 — 1,5 м.

Таким образом, как следует из уравнения (1.24), на показания индукционного метода оказывают влияние скважина, вмещающие породы, зона проникновения фильтрата бурового раствора и сопро­ тивление неизмененной части пласта, а также в определенной мере скин-эффект. Для того чтобы правильно определить сопротивление неизмененной части пласта, необходимо ввести соответствующие поправки в величину кажущейся электропроводности.

Этой цели служат специальные палетки. Поправка на влияние скважины несущ ественна при использовании в качестве про­ мывочной жидкости не проводящих электрический ток растворов (на углеводородной основе) или пресных глинистых растворов. Однако эта поправка становится существенной при удельном сопротивлении глинистого раствора р <1 Ом • м и рп/р р> 20, dc > 0,3 м. Влияние скинэффекта на ак при работе с обычными низкочастотными индукцион­ ными зондами становится заметной в случае, если рк=1/стк<2 Ом • м.

При исследованиях с шестикатушечным фокусированным зондом влиянием вмещающих пород можно пренебречь при определении оп в пластах с h>2 м. Наличие повышающего проникновения фильтрата бурового раствора при глубине проникновения D < 4dc относительно мало сказывается на величине сткв пластах высокой электропроводно­ сти. Наличие глубокой зоны понижающего проникновения фильтрата бурового раствора существенно затрудняет определение истинной электропроводности пласта, заставляет прибегать к комплексному ис­ толкованию кривых индукционного метода и кривых обычного мето­ да КС или метода экранированного заземления.

Таким образом, индукционный метод наиболее эффективно при­ меняется для исследования разрезов, сложенных породами низкого (до 50 Ом • м) удельного сопротивления. Метод может быть исполь­ зован в скважинах, заполненных непроводящей электрический ток жидкостью. Эффективность использования индукционного метода снижается при исследовании скважин, заполненных соленым раство­ ром (рр<1 Ом • м), и при наличии зоны проникновения фильтрата бу­ рового раствора, понижающей сопротивление пласта.

Обычный низкочастотный индукционный метод позволяет де­ тально изучить разрезы, сложенные породами низкого удельного сопротивления, выделить нефтеносные и водоносные породы, изу­ чить строение переходной водонефтяной зоны и положение контак­ тов нефть — вода и газ — вода.

При определении истинного удельного сопротивления пород эф­ фективно применять индукционный метод в комплексе с обычным методом КС или методом экранированного заземления.

Высокочастотное индукционное каротажное изопараметрическое зондирование

Высокочастотное индукционное каротажное изопараметрическое зондирование (ВИКИЗ) представляет собой измерение параметров3

магнитного поля трехкатушечными индукционными зондами, обла­ дающими геометрическим и электродинамическим подобием [15]. Каждый зонд состоит из одной генераторной и двух приемных кату­ шек. За одну спускоподъемную операцию регистрируются показа­ ния пяти разноглубинных зондов индукционного каротажа и потен­ циала самопроизвольной поляризации (СП) пород.

Длины зондов уменьшаются последовательно, начиная с зонда двухметровой длины; коэффициент уменьшения — корень квадрат­ ный из двух. Самый короткий зонд имеет длину 0,5 м. В измеритель­ ном зонде все излучающие и приёмные катушки коротких зондов размещены между излучающей и приёмной катушками двухметро­ вого зонда. База измерения равна расстоянию между приёмниками и составляет пятую часть от длины.

Измеряемой величиной в методе ВИКИЗ является разность фаз гармонического магнитного поля Дф (наведенного в измерительных катушках) распространяющегося в проводящей среде от источника излучения до приемников удалённых от источника на различные расстояния (база измерения). Разность фаз определяется простран­ ственным распределением удельного электрического сопротивления окружающей среды и характеризует удельное электрическое со­ противление пород и электрические неоднородности прискважин­ ной зоны.

Зонды отличаются радиальной глубинностью исследования. Это позволяет по данным ВИКИЗ обнаруживать радиальный градиент сопротивления и выделять по этому признаку пласты в которые происходит проникновение промывочной жидкости (коллекторы), оп­ ределять удельное электрическое сопротивление частей пластов, незатронутых проникновением, зон проникновения и окаймляющих их зон с одновременной оценкой глубины изменённой части пласта. По данным об удельном электрическом сопротивлении (УЭС) плас­ тов также определяют характер насыщения пород и положение флюидальных контактов и протяжённости переходных зон.

Благоприятные условия для ВИКИЗ — скважины, заполненные пресной промывочной жидкостью и промывочной жидкостью на не­ фтяной основе. Исследования не проводят в скважинах, заполненных сильно минерализованной промывочной жидкостью, удельное сопро­ тивление которой менее 0,02 Ом • м. Метод может быть применен так­ же в скважинах обсаженных диэлектрическими трубами. Диапазон измерения удельных сопротивлений пород от 1 до 200 Ом • м.

В таблице 2 приведены технические характеристики зондов мо­ дуля ВИКИЗ-М в аппаратуре АМАК «ОБЬ» (см. гл XII). Модуль пред­ назначен для работы в открытом стволе в горизонтальных скважи­ нах.

Обработка данных ВИКИЗ проводится по интерпретационным зависимостям (см. рис.24). Интерпретационными параметрами явля­ ются: УЭС пластов ограниченной толщины с учетом скин-эффекта, диаметра скважины, УЭС промывочной жидкости и вмещающих по­ род при отсутствии проникновения; диаметр и УЭС зоны проникно-

34

Т а б л и ц а 2. Технические характеристики электромагнитных зондов мо­ дуля ВИКИЗ-М [по данным 15]

вения в пластах неограниченной толщины. Электрические неодно­ родности прискважинной зоны учитывают итерационным подбором интерпретационных моделей [15].

На рис.24 приведены результаты исследования методом ВИКИЗ пластов АС Федоровского месторождения, вскрытых вертикальной скважиной. Отложения представлены терригенными осадками.

35

Водонефтяной контакт определяется по инверсии показаний зон­ дов большой и малой длины. По увеличению показаний зондов боль­ шой глубинности отчетливо выделяются интервалы переходной зоны. В переходной зоне, где формируется окаймляющая зона, происхо­ дит вытеснение нефти, а затем — пластовой воды.

Метод диэлектрической проницаемости

Диэлектрическая проницаемость среды £а является физической характеристикой породы, показывающей во сколько раз напряжен­ ность электрического поля Е в данном диэлектрике меньше напря­ женности поля индукции D в вакууме: еа =D/E. В методе диэлектри­ ческой проницаемости рассматривается относительное значение это­ го параметра, равное отношению величины еа данной среды к значению е0 абсолютной диэлектрической проницаемости в вакуу­ ме: 8 =еа/е 0.

Аппаратура метода диэлектрической проницаемости представля­ ет собой трехкатушечный скважинный прибор, регистрирующий па­ раметры электромагнитного поля с частотой, 15—60 МГц (это на не­ сколько порядков выше, чем в индукционном методе). Прибор диэлек­ трического метода (ДМ) вклю­ чает две сближенные генера­

C O S 6 ( f ) торные и одну приемную ка­ тушки (или одну генераторную и две приемные).

Применяют две модифика­ ции диэлектрического метода (ДМ): диэлектрический индук­ тивный (ДИМ) и волновой диэ­ лектрический (ВДМ).

Аппаратура ДМ предназна­ чена для измерения амплитуд­ ных (ДИМ) и/или фазовых ха­ рактеристик высокочастотного электромагнитного поля (ВДМ): Как правило, определя­ ют относительные ф азовы е (разность ф аз в двух точках, расположенных на различном расстоянии от генераторной катушки А(р=ср1-(р2) и относи­ тельные амплитудные ()7izl—

36

Рис. 26. Зависимости £п= f( k u) д ля

различны х к ’в(шифр кривых).

1— продуктивный коллектор в зоне пре­ дельного насыщения, 2 — водоносный коллектор и неколлектор; 3 — коллекто­ ры с промежуточным значением fcB; гра­ ницы зоны двухфазного течения, 5— гра­ ница коллектор-неколлектор; I — нефть (газ); II — нефть (газ) + вода; III — вода.

определяются диэлектрической проницаемостью (г) и удельным электрическим сопротивлением среды (р). В наименьшей степени от р зависит величина Д<р. Значения еп и рп определяют по специаль­ ным палеткам. Например, на рис. 25 приведена палетка для опреде­ ления е (шифр кривых) при известном по диаграмме (однородная среда) cosA<p.

Диэлектрическая проницаемость основных породообразующих минералов лежит в пределах 4— 10 (кварц — 4,7; кальцит — 8,1; доломит — 9,8); нефти — 2—3 (в зависимости в основном от газово­ го фактора); газа — 1—2 (в зависимости от пластового давления); для воды — 50—81 (зависит от температуры и минерализации) Метод имеет линейную петрофизическую модель и в общем случае енп « евп Используя коэффициент относительного водонасыщения {к’в= —(кв- к Б0)/(1 - к в0)) можно построить семейство кривых с различ­ ными кв= const, изменяющимися от 0 для предельно нефте(газо) на­ сыщенного коллектора до 1 для водоносного коллектора (рис.26).

Диэлектрический метод выполняют для оценки характера насы­ щения пласта при низкой минерализации пластовых вод, в услови­ ях низкой дифференциации продуктивных и водоносных пород по удельному электрическому споротивлению. Условие успешной реа­ лизации метода — неглубокие зоны проникновения (не более 0,6— 0,8 м). Это обусловлено невысокой радиальной глубинностью метода ВДМ (Ки,вдм=0,4— 0,6 м). Метод ВДМ неэффективен в разрезах низ­ кого сопротивления (рп< 5 Ом • м), поскольку основной вклад в реги­ стрируемые параметры вносит проводимость среды.

Благоприятными условиями для применения ДМ являются сква­ жины, заполненные пресными промывочными жидкостями или РНО, также, как и ИМ, метод может применяться в скважинах, обсажен­ ных стеклопластиковыми трубами.

При изменении водонасыщенности породы (при заводнении) на­ блюдается изменение диэлектрической проницаемости пласта (при­ чем тем больше, чем выше минерализация воды). Контролируя из­ менение диэлектрической проницаемости можно следить за завод­ нением, прослеживать положение ВНК, выделять обводнившиеся интервалы, определять текущие значения Кв, Кн. Для решения этих

37

задач проводят исследования ВДМ при контроле разработки нефтяных месторождений в спе­ циальных контрольных скважи­ нах, пробуренных с использова­ нием раствора на нефтяной осно­ ве (РНО), или обсаженных стек­ лопластиковыми трубами. На рис.27 показано изменение диэ­ лектрической проницаемости об­ водняющегося интервала (еЛобв) относительно первоначальной еип при фиксированном значении пористости.

Продуктивные межзерновые коллекторы успешно выделяются по данным повторных замеров ВДМ с использованием метода двух растворов (см. гл-VT). В продук­ тивной части терригенного разреза метод может быть использован для изучения глинистости пород. В продуктивном карбонатном раз­ резе метод можно использовать для оценки пористости пород.

§ 6. МЕТОД МИКРОЗОНДОВ

При микрозондировании в скважине измеряют кажущееся со­ противление, но в отличие от методов, описанных выше, это и з­ мерение проводится зондами весьма небольших размеров (обычно до 5 см). Благодаря этой осо­ бенности микрозонды обладают малой глубиной исследования и позволяют детально исследовать изменение удельного электрического сопротив­ ления горных пород, непосредственно прилега­ ющих к стенке скважины. Для уменьшения вли­ яния бурового раствора на результаты измере­ ния электроды зонда устанавливают на наруж­ ной стороне изолирующей пластины (башмака), которая специальной пружиной (рессорой) плот­

но прижимается к стенке скважины (рис. 28). При исследовании пород-коллекторов на по­

казания микрозондов оказывает влияние удель­ ное сопротивление части пласта, измененной проникновением фильтрата бурового раствора, а также удельное сопротивление и толщина гли­ нистой корки. Поэтому по данным микрозондов трудно получить представление о характере на­ сыщения коллектора (нефтью, газом или водой).

Рис. 28. Схематический вид микрозонда.

1 — изоляционная пластина; 2 — электрод; 3— пружина; 4 — корпус микрозонда; 5 — груз, 6 — кабель; А, М ,, Мг — элек­ троды зонда

38

тродный и трехэлектродный зонды в методе экранированного зазем­ ления (бокового каротажа). В отечественных приборах чаще исполь­ зуется принцип двухэлектродного зонда (рис. 30, б).

Фокусированный пучок тока, вытекающий из центрального элек­ трода А 0зонда бокового микрокаротажа, пересекает глинистую кор­ ку по кратчайшему пути и тем самым уменьшает ее влияние. Удель­ ное электрическое сопротивление промытой фильтратом раствора зоны коллектора удается измерить точнее.

§ 7. МЕТОД ПОТЕНЦИАЛОВ СОБСТВЕННОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ

При исследованиях скважин методом потенциалов собственной поляризации (СП) изучают естественные электрические поля, возни­ кающие в скважине и породах в результате физико-химических про­ цессов диффузии солей в растворах электролитов, фильтрации жид­ кости, окислительно-восстановительных реакций. Эти процессы по­ рождают потенциалы диффузионные, течения, окислительно - восстановительные. Главную роль в формировании естественных элек­ трических полей в скважине, заполненной буровым раствором на вод­ ной основе, играют потенциалы диффузионного происхождения.

Исследования методом СП проводят, регистрируя диаграмму из­ менения по разрезу скважины разности потенциалов между элект­ родом М, перемещающимся по стволу скважины, и электродом N, расположенным на земной поверхности близ устья скважины.

Диффузионная ЭДС

При непосредственном контакте растворов электролита различ­ ной концентрации на границе растворов в результате диффузии ионов, на которые диссоциирует электролит, из раствора большей концентрации в раствор меньшей, возникает двойной электрический слой с разностью потенциалов Ед:

дnF и+ \)

где Ед — диффузионная ЭДС; R — универсальная газовая по­ стоянная; Т — абсолютная температура растворов, К; п — ва­ лентность электролита; F — число Фарадея; и и v — подвижности катиона и аниона; С} С2 — концентрация растворов.

При данной последовательности индексов при С под знаком лога­ рифма величина Ед рассчитываемая по формуле (1.26), определяет потенциал раствора «2» по отношению к раствору «1». Если подста­ вить в формулу (1.26) значения констант R, F, величину Т = 293К, соответствующую комнатной температуре t = 20 “С, и перейти от на­ турального логарифма к десятичному, то для растворов одновалент­ ного электролита п= 1 получим

•ц + ц где Едвыражается в милливольтах.

40