Метод Бокового каротажа - Геология - Скачать бесплатно
Содержание
ВВЕДЕНИЕ 3
1.Основы метода 4
1.1 Семиэлектродный зонд 4
1.2 Псевдобоковой каротаж 7
1.3 Трёхэлетродный зонд 7
1.4 БК-8 9
1.5 Двойной боковой каротаж 9
1.6 Прибор БК со сферической фокусировкой 9
1.7 Микробоковой каротаж 10
1.8 Псевдогеометрические факторы 10
2. Принципиальная схема аппаратуры бокового каротажа 11
3. Основы интерпретации 13
3.1 Семиэлектродный боковой каротаж. 14
3.2 Трёхэлектродный боковой каротаж. 18
3.3 Выбор зонда. 19
3.4 Определение удельного сопротивления. 20
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 22
Список литературы 23
ВВЕДЕНИЕ
Основным этапом разведки месторождений большинства полезных
ископаемых является бурение скважины. Операция бурения неотъемлемо связана
с изучением геологического разреза скважины. Одним из способов такого
изучения является отбор керна. Но так как эта процедура требует как больших
материальных так и временных затрат, применяют её более дешёвый аналог -
каротаж. Каротаж заключается в измерении вдоль ствола скважины при помощи
специальной установки или другим способом какой-либо физической или
химической величины. Данные каротажа менее достоверны, чем отбор керна, но,
тем не менее, этот способ изучения скважины имеет широкое применение.
Важное место среди геофизических методов исследования скважин занимает
каротаж сопротивлений. Этот набор методов занимает важное место в
исследовании и разработке нефтяных месторождений, из-за возможности
определения им нефтенасыщености пласта.
Одним из видов каротажа сопротивлений является боковой каротаж, этот
метод появившийся сравнительно недавно имеет широкое применение вследствие
его характерных особенностей. В данной курсовой работе будут рассмотрены
общие сведения по боковому каротажу, а так же принципы действия аппаратуры
и основы интерпретации, полученных с помощью метода данных.
1.Основы метода
Методом бокового каротажа исследуется кажущееся удельное
сопротивление пластов. Этот метод входит в группу модификаций
электрического каротажа, в которых используются зонды с управляемым
электрическим полем. Боковой каротаж так же называют каротажем с зондами с
фокусировкой тока.
Боковой каротаж проводят многоэлектродными (семь, девять электродов)
и трёх электродными зондами. Применяют многоэлектродные зонды с электродами
небольшого размера (точечными) и с кольцевыми электродами, установленными
на изолированной трубе.
Отличается от каротажа обычными трёхэлектродными зондами тем, что
кроме основного (центрального) питающего электрода А0, здесь используют
дополнительные (экранирующие) электроды, через которые пропускают ток той
же полярности, что и через питающий электрод А0. Сила тока через электроды
автоматически регулируется так, чтобы ток, выходящий из электрода А0, в
некоторых пределах распространялся в направлении, перпендикулярном оси
скважины (при вертикальных скважинах-горизонтально), захватывая слой
определённой толщины.
Благодаря применению экранирующих электродов с регулируемой силой
тока через них уменьшается влияние на результаты измерений бурового
раствора, заполняющего скважину, и вмещающих пород и кажущееся
сопротивление получается близким к удельному.
1.1 Семиэлектродный зонд
Имеется один центральный электрод А0 и три пары электродов,
расположенных симметрично относительно него: M1 и M2, N1, и N2, A1 и A2;
симметричные электроды соединены между собой. Электрод А0 - основной
электрод, А1 и А2 - экранирующие.
Силы тока через электрод А0 сохраняют постоянной; силы тока через
экранирующие электроды поддерживают такой, чтобы разность потенциалов между
электродами M1 (M2) и N1 (N2) ,была равна нулю. Измеряют разность
потенциалов (U между измерительными электродами зонда и удалённым
электродом N.
В результате измерений получают кажущееся удельное сопротивление (к,
оно определяется по формуле:
(к=К(UКС/I0,
где I0 сила тока через основной электрод А0; K-коэффициент зонда; он
берётся таким, что бы в однородной среде кажущееся удельное сопротивление
получалось равным удельному.
Определим коэффициент зонда. Если считать, что электроды точечные, то
как легко видеть, в однородной среде с удельным сопротивлением (п
потенциалы точек M1 и N1, будут соответственно
[pic]
[pic]
где Iэ - сила тока через каждый экранный электрод A1 и A2.
Так как сила тока Iэ устанавливается такой, что UM1=UN1, то
написанные для UM1 и UN1 выражения можно приравнять; отсюда после
преобразования
[pic]
Обозначая множитель при I0 через C и учитывая, что потенциал
удалённой точки (электрода N) равен нулю, получим
[pic]Отсюда получим
[pic]
Коэффициент зонда будет определятся следующим образом:
[pic]
Результат измерений зондом бокового каротажа относят к точке A0; за
длину L зонда принимают расстояние между точками O1 и O2 (серединами
интервалов M1N1 и M2N2). Характеристиками для зонда являются также
расстояние Lоб = A1A2, называемое общим размером зонда, и параметр
фокусировки зонда q=(Lоб-L)/L.
Так как выполняется условие, что напряжение между измерительными
электродами M1 и N1 (а также между M2 и N2) равно нулю, то сила тока на
участке скважины M1N и M2N2 также равна нулю. Получается, что будто бы
скважина и прилегающие к ней участки пласта над электродом A0 и под ним
были замещены изолятором (рис 1). Ток, выходящий из электрода A0,
распространяется на значительное расстояние в радиальном направлении (от
скважины) слоем, перпендикулярным к оси скважины (горизонтально).
Измеряемое напряжение (UКС представляет собой падение потенциала по
указанному слою от скважины до удалённой точки. Естественно, что на это
падение потенциала скважина и вмещающие породы оказывают небольшое влияние.
Это позволяет во многих случаях получить кажущееся удельное сопротивление,
значительно более близкое к удельному сопротивлению, чем при обычных
зондах; в частности, обеспечивается лучшая оценка удельного сопротивления
тонких пластов.
Преимущество зонда бокового каротажа перед обычными зондами особенно
наглядно иллюстрируется на рис 2, где показано распределение токовых линий,
выходящих из расположенного в середине тонкого пласта большого
сопротивления токового электрода, в случае обычного зонда )а), когда
экранные электроды отсутсвуют, и при зонде бокового каротажа (б), когда
имеются экранные электроды, сила тока через которые регулируется так, как
указано выше. Как видно, при обычном зонде токовые линии в пределах пласта
в основном идут вверх и вниз по скважине, пока не выйдут во вмещающие
породы низкого сопротивления; поэтому кажущееся сопротивление много меньше
удельного. Наоборот, при боковом каротаже токовые линии распространяются по
пласту, так что полученное сопротивление, пропорциональное падению
потенциала между электродом A0 и бесконечностью по пласту, будет близко к
удельному сопротивлению пласта.
1.2 Псевдобоковой каротаж
Для изучения ближней к скважине зоны пласта применяют
девятиэлектродный зонд псевдобокового каротажа. О получается путём
добавления в семиэлектродный зонд двух обратных токовых электродов B1 и B2,
расположенных вблизи электродов A1 и A2 с внешней стороны зонда симметрично
относительно центрального электрода A0. Из-за наличия в зонде электродов B1
и B2 (через них замыкается цепь тока I0 и Iэ) слой тока I0 быстро
расширяется с удалением от стенки скважины, поэтому измеряемое напряжение
зависит в основном от удельного сопротивления прилегающей к скважине части
пласта.
Предназначен для сопоставления разрезов скважин, определения
удельного сопротивления плата, в отдельных случаях - удельного
сопротивления зоны проникновения.
1.3 Трёхэлетродный зонд
Представляет собой длинный цилиндрический электрод, разделённый
изоляционными прослойками на три части. Имеется основной (центральный
электрод) А0; симметрично по отношению к нему расположены соединённые между
собой удлинённые экранирующие электроды А1 и А2.
Обеспечивается одинаковое значение потенциала все6х электродов: а)
автоматическим изменением силы тока через экранирующие электроды при
сохранении постоянства силы тока I0 через основной электрод; б) соединением
между собой всех электродов в) в этом случае сила тока I0 изменяется при
измерении.
Измеряют потенциал (U экранирующих электродов или непосредственно
отношение [pic].
Для определения кажущегося сопротивления необходимо знать потенциал
основного электрода - разность потенциалов (Uкс между ним и удалённым на
достаточно большое расстояние от зонда электродом N. Фактически измеряют
потенциал экранного электрода; результат получается тот же самый, так как
потенциал экранных и основного электрода одинаков.
Кажущееся удельное сопротивление подсчитывается по формуле
(к=К(UКС/I0.
Если сила тока питания основного электрода поддерживается
постоянной. То записывая изменение (UКС, получают коэффициент
трёхэлектродного бокового каротажа:
[pic]
где L- длина основного электрода A0; Lоб- общая длина зонда; dз -
диаметр зонда; C2=L2об - d2з.
Кажущееся сопротивление относят к середине электрода A0.
При трёхэлетродном зонде бокового каротажа, как и при семиэлетродном,
в результате влияния поля экранирующих электродов ток, выходящий из
основного электрода, на значительном расстоянии распространяется слоем,
перпендикулярным к оси скважины, с толщиной приблизительно равной длине
основного электрода. Вследствие этого влияние скважины и вмещающих пород
сказывается на результатах измерений значительно меньше, чем при обычных
зондах.
Зонд бокового каротажа аналогичен обычному потенциал-зонду; при этом
трёхэдлектродный боковой каротаж соответствует варианту потенциал-зонда,
при котором электрод A, имеющий большие размеры, совмещает функции токового
и измерительного M электродов. Отличительной особенностью зонда бокового
каротажа является применение фокусировки тока, что значительно улучшает
результат измерений по сравнению с обычным потенциал-зондом.
Метод БК используется при сопоставлении разрезов скважин; расчленении
разрезов; определение удельного сопротивления пласта, в отдельных случаях -
удельного сопротивления зоны проникновения.
Рекомендуется для применения в скважинах, где обычные зонды не дают
удовлетворительных результатов, в частности, для скважин с сильно
минерализованным буровым раствором и при большом удельном сопротивлении
изучаемых пластов.
1.4 БК-8
Зонд БК-8 с малой глубиной исследования регистрирует показания,
передаваемые с малых электродов на цифровое устройство индукционного
каротажа. По принципу действия сходен с устройством БК-7, за исключением
более коротких расстояний между электродами. Толщина токового пучка I0
составляет 36 см, а расстояние между двумя токовыми электродами немногим
меньше 1м. Электрод обратного тока расположен сравнительно близко от A0.
Благодаря такой компоновке прибор БК-8 даёт хорошее расчленение в
вертикальной плоскости, но на его показания параметры скважины и зоны
проникновения влияют сильнее, чем в приборах БК-7 и БК-3.
Показания БК-8 регистрируются вместе с показаниями индукционного
каротажа в логарифмическом масштабе.
1.5 Двойной боковой каротаж
Поскольку на результаты измерений зондов электрического каротажа
оказывают влияние глинистая корка, зона проникновения и незатронутый
проникновением пласт, для определения (п пласта необходима комбинация
результатов нескольких измерений с различной глубинностью. Это
осуществляется приборами бокового каротажа, которые записывают
одновременную кривую ГК.
Показания каждого зонда двойного БК записываются поочерёдно. Для их
обработки нужны также измерения зондом с сферической фокусировкой,
необходимые для определения (зп. Одновременно с сопротивлением записывается
кривая ГК или ПС.
Глубинность исследования зондом LL( (глубокий зонд) больше, чем у
зондов БК-7 и БК-3. Зонд LLs (БК с малой глубиной) использует те же
электроды чтобы получить токовый пучок толщиной 61 см (как и у LL(), но
глубинность исследования у него меньше, чем у зонда БК-7, но больше чем у
БК-8.
1.6 Прибор БК со сферической фокусировкой
(SFL)
В однородной изотропной среде эквипотенциальные поверхности
электрического поля точечного источника представляют собой сферы. Если же
происходит отклонение от сферической модели, что может быть вызвано
присутствием скважины, полученные данные могут быть исправлены с помощью
исходных (расчётных) графиков. В приборе SFL, наоборот, использованы
фокусирующие токи, чтобы принудительно приблизить эквипотенциальные
поверхности для широкого ряда диаметров скважин. Влияние скважины
практически устанавливается при d ( 25см. Во всех случаях, кроме
предельных, наибольшая чувствительность прибора соответтвует зоне
проникновения.
1.7 Микробоковой каротаж
С помощью зондов этого типа измереяется удельное сопротивление
прилегающей к стенке скважины части пласта.
На башмаке из изоляционного материала на стороне, обращёной к стенке
скважины, монтируют небольшой зонд, сотоящий из центрального основного A0 и
трёх кольцевых электродов - двух (M и N) измерительных и внешнего А1
экранирующего.
Расстояние между кольцевыми электродами 1,25- 2,5 см, электрод A1
обычно образован совокупностью небольших электродов, центры которых
расположены по окружности.
Принцип действия установки такой же, как и установки семиэлектродного
бокового каротажа, вариантом которой он является.
1.8 Псевдогеометрические факторы
Геометрический фактор может быть представлен как часть общего
сигнала, возникающего в объёме со специфичной геометрической ориентацией по
отношению к измерительному зонду в бесконечной однородной среде.
ЕЕдинственными геофизическими приборами, к которым применимо это
понятие, являются приборы индукционного каротаж, так как только у них
измерения не зависят о тизменения (зп/(п. Для других приборов с целью
сравнительной оценки используется понятие псевдогеометрического фактора.
Совокупность псевдогеометрических факторов для приборов БК-7 и Бк-3
показана на рис 3 . кажущееся сопротивление (к, измеряемое при БК в мощных
пластах, может быть представлено формулой:
[pic],
где J((i) - псевдогеометрический фактор.
Следует подчеркнуть, что псевдогеометрический фактор для приборов
электродного типа применим в основном для сопоставления результатов
измерений, полученных приборами с различной глубинностью. Его использование
менее обосновано, чем введение других поправок в показания БК.
2. Принципиальная схема аппаратуры бокового каротажа
Для питания токовых электродов зонда бокового каротажа так же, как и
в случае обычных зондов, применяется переменный ток.
Необходимость автоматически регулировать соотношение сил токов
питания основного и экранных электродов так, чтобы напряжение между
измерительными электродами M1 и N1 (или основным и экранным электродами
трёхэлектродного зонда) было равно нулю, значительно усложняет схему
бокового каротажа. При обычно осуществляемой стабилизации тока питания I0
основного электрода такое регулирование сводится к питанию экранных
электродов током, сила которого изменяется с соблюдением указанного
условия.
В схеме с автокомпенсатором (рис 4) экранные электроды питаются с
выхода его. Сила тока регулируется напряжением, возникающим между
электродами M1 и N1 (или между основным и экранными электродами
трёхэлектродного зонда). При появлении между электродами M1 и N1 напряжение
сила тока на выходе автокомпенсатора изменяется так, чтобы это напряжение
было скомпенсировано. Компенсация неполная; напряжение между электродами M1
и N1 отличается от нуля на небольшую величину, необходимую для поддержания
тока требуемой силы через экранные электроды; однако благодаря большому
коэффициенту усиления автокомпенсатора отклонения напряжения от нулевого не
велико и не приводит к большой погрешности в результатах.
На рис 5 показана блок-схема аппаратуры типа АБК-Т для
трёхэлектродного бокового каротажа.
В аппаратуре реализована схема с делением один на другой сигналов,
пропорциональных потенциалу электродов зонда и токов, проходящему через
основной электрод ((UКС/I0). Для передачи сигналов по одножильному
бронированному кабелю применена телеизмерительная система с частотным
разделением каналов и частотной модуляцией сигналов.
Электроды зонда питаются переменным током частотой 400 Гц от
стабилизированного генератора Г, находящегося на поверхности. Равенство
потенциалов всех электродов достигается соединением основного электрода A0
с экранными через малый резистор r (сопротивление 0,01Ом). Пропорциональное
току I0 напряжение на резисторе r усиливается усилителем У и поступает на
модуляторы (частотные преобразователи) ЧМ1 и ЧМ2. Напряжение (UКС между
электродами зонда и удалённым электродом N также преобразуется аналогичным
частотным модулятором ЧМЗ. На выходе каждого модулятора получается
напряжение переменного тока, частота которого в несколько раз больше
частоты преобразуемого (модулирующего) напряжения и изменяется
пропорционально его величине. Выходные сигналы модуляторов отличаются один
от другого по частоте (приблизительно в 2 раза), благодаря чему образуются
три измерительных канала, разделяемых по частотному признаку.
Для измерения I0 используются два канала вследствие большого
диапазона изменения величин I0. Для перекрытия всего диапазона один из
каналов имеет в 10 раз меньшую чувствительность, чем другой.
Сигналы частотных модуляторов (канальные сигналы) суммируются и
усиливаются выходным усилителем ВУ, а с него по каротажному кабелю
передаются на поверхность.
В наземной части аппаратуры суммарный сигнал, пришедший из
скважинного прибора, разделяется канальным полосовыми фильтрами ПФ.
Разделённые по каналам сигналы затем детектируются частотными детекторами
ЧД1-ЧД3 (выделяется исходное модулирующее напряжение переменного тока
частотой 400Гц) и выпрямляются фазочувствительными выпрямителями ФЧВ1-ФЧВ3.
Выпрямленное напряжение из канала (UКС и одного из каналов I0 поступает на
устройство ДУ, при помощи которого производится деление (UКС на I0.
Подключение первого или второго каналов I0 у делящему устройству ДУ
осуществляется автоматически в зависимости от величины напряжения в первом
чувствительном канале. Если оно больше определённого уровня, то
подключается второй грубый канал. Получаемое в результате деления
напряжение подаётся на каротажный регистратор КР, записывающий кривую
сопротивления.
Схема скважинного прибора питается постоянным и переменным током от
блока питания БП, включённого в цепь тока электродов зонда.
Зонд аппаратуры АБК-Т имеет следующие размеры: длина основного
электрода 0,17 м, общий размер 3,2 м, диаметр 0,07 м.
3. Основы интерпретации
Электрическое поле зонда бокового каротажа показано на рис .
Токовые линии проходящие чрез точки O1 и O2, являются граничными; эти линии
отделяют слой, в котором распространяются выходящие из основного электрода
токовые линии, от остальной среды, где проходят токовые линии из экранных
электродов A1 и A2.
Вблизи зонда толщина слоя, в котором распространяются выходящие из
основного электрода токовые линии, остаётся более менее постоянной; на
некотором расстоянии от зонда толщина слоя постепенно увеличивается. Чем
больше общая длина зонда, тем больше расстояние на котором сохраняется
постоянство толщины слоя.
3.1 Семиэлектродный боковой каротаж.
Электрическое поле семиэлектродного бокового каротажа представляет
собой сумму полей трёх электродов - одного основного и двух экранных. Для
подсчёта кажущегося сопротивления для семиэлектродного зонда бокового
каротажа в общем случае необходимо определить поле каждого токового
электрода в отдельности; при этом сила тока через экранные и основной
электроды должна удовлетворять условию, что составляющая напряжённости поля
по оси скважины в области расположения измерительных электродов и в
особенности условие, накладываемое на определение силы экранного тока, в
случае пластов конечной мощности сильно усложняет решение задачи.
На рис 1. Показано распределение эквипотенциальных поверхностей и
токовых линий семиэлектродного зонда бокового каротажа в однородной среде.
При заданном А0А1 с приближением измерительных электродов к электроду А0
слой выходящих из электрода А0 силовых линий сжимается, а угловой
коэффициент граничных линий уменьшается и наоборот.
Кажущееся удельное сопротивление пласта неограниченной мощности при
отсутствии проникновения раствора (рис 6) сильно зависит от параметра зонда
q; Кажущееся удельное сопротивление пласта неограниченной мощности при
отсутствии проникновения раствора сильно зависит от параметра зонда q;
кажущееся удельное сопротивление, наиболее близкое к удельному, получается
при q, близком к оптимальному, и не очень малых L и L0 кажущееся удельное
сопротивлении мало (не больше чем в 1,5 раза) отличается от удельного
сопротивления; принципиально это сохраняется и для очень больших (п/(р, для
которых наблюдается почти прямая пропорциональность между кажущимся и
удельным сопротивлениями.
Как правило, кажущееся удельное сопротивление (тр трёхслойной среды в
случае понижающего проникновения меньше, а в случае повышающего
проникновения больше, чем кажущееся удельное сопротивление (дв двухслойной
среды при отсутствии проникновения.
Влияние понижающего ((п>(зп) проникновения в общем невелико и его
можно существенно снизить выбором соответствующих расстояний между
электродами (при D/dc <8). Значительно больше сказывается на результатах
измерений при боковом каротаже повышающее ((п<(зп) проникновение. Даже при
небольшом диаметре зоны проникновения кажущееся удельное сопротивление в
этом случае существенно отличается от значения его при двухслойной
|
