Методы электрометрии скважин. Методы кажущегося сопротивления. Метод самопроизвольной поляризации горных пород

1.3 Методы электрометрии скважин

 Методы кажущегося сопротивления (КС)

Методы КС являются аналогами различных электропрофилирований электроразведки. Расчет кажущегося сопротивления пород производится по формуле:

r_к = К (DU / Í)

Кажущееся сопротивление можно рассматривать как истинное удельное электрическое сопротивление фиктивной однородной среды, в которой для данной установки и силы тока в цепи, устанавливается такая же разность потенциалов  DU  как и в реальной среде.

Система расположения электродов установки называется зондом. В зависимости от расстояний между парными и непарными электродами различают (рис.1.5):

-градиент-зонды – рядом расположены парные электроды АВ,.МN;

-потенциал–зонды – рядом расположены непарные  АМ, ВМ.

Всего в скважинном зонде три электрода. Четвертый электрод, питающий или приемный, заземляется у устья скважины.

Обращенный   последовательный  Обращенный  последовательный

 Кровельный      подошвенный         кровельный      подошвенный

N          A      A           M             N             A          A             M

M         B                                                                 M             A

                      M          A             M             B        

A         M      N           B               A            M         N             B

  Г р а д и е н т-з о н д ы                       п о т е н ц и а л-з о н д ы

Рис. 1. 5 - Типы электрозондов

Точка записи, т.е. точка, которой приписывают измеряемое кажущееся сопротивление, является середина сближенных электродов вне зависимости от того приемные это электроды или питающие, парные или непарные. Длина зонда – расстояние от точки записи до удаленного электрода.

Кровельные зонды (обращенные) – парные электроды расположены выше непарного.

Подошвенные зонды (последовательные) – парные электроды ниже непарного.

Шифр зонда: А2М0,25N - однополюсный градиент-зонд, подошвенный. Цифры показывают расстояние в метрах между электродами, порядок букв соответствует порядку электродов.

А 0,25М 2N - однополюсный потенциал-зонд, подошвенный.

Потенциал – это энергетическое состояние поля в измеряемой точке (величина ее потенциальной, запасенной энергии).

Градиент – разность потенциалов отнесенная к единице расстояния стремящемуся к нулю.

r_к  для потенциал–зонда пропорционально напряженности: r_к =f (U)

r_к  для градиента - зонда пропорционально плотности тока: r_к = f(J)

Радиус исследования потенциал–зонда стремится к  2L,радиус исследования градиент–зонда стремится к  L,  длине зонда.

Потенциал–зонд охватывает при измерении большой объем пород, поэтому на контактах пород переход от одного сопротивления пласта к другому происходит постепенно. Идеальный потенциал–зонд – непарный электрод удален в бесконечность.

В градиент–зонде измерение производится в ограниченном узком объеме (рис.1.6). В связи с этим границы изменения сопротивления пород отбиваются более четко, сопротивление КС на границах раздела горизонтов изменяется скачком. Кроме этого, на границе раздела происходит характерное искажение кривой  r_к. Это связано с перераспределением тока, что благоприятствует выделению контакта. Идеальный градиент–зонд – расстояние между парными электродами бесконечно мало.

В зависимости от того подошвенный зонд или кровельный, четче отбивается подошва или кровля пласта. Для сравнения диаграмм КС между собой, в скважинах стандартные исследования осуществляются зондами одного размера и одного типа. Такие зонды называются стандартными.

К зондам предъявляют следующие требования:

1)  кривые записи должны быть достаточно дифференцированными, чтобы выделить максимальное количество пластов;

2)  достаточно четко должны выделяться границы пластов;

3)  значения r_к   против середины пластов должны быть близки к истинному сопротивлению.

Осуществлять требования трудно. Для выделения пластов малой мощности необходимо иметь зонды малой длины, однако зафиксированные значения r_к будут искажаться влиянием бурового раствора скважины и зоной его проникновения в окружающие скважину породы, неоднородностью горизонта.

Рисунок 1.6 -  Схема измерения методом КС

При больших размерах зонда, кривая КС будет мало дифференцирована и искажена влиянием соседних пластов.

Рис.1.7 -  Изменение амплитуды графика сопротивления

от мощности пласта

Для потенциал-зонда:  При мощном пласте,   L < h < 5Lэкстремумы кривых КС достигают значения удельного сопротивления пласта, кривые симметричны (рис.1.7). При тонком пласте его значение КС будет отличаться от удельного сопротивления тем больше, чем тоньше пласт и больше отличие его сопротивления от сопротивления граничащих с ним пластов.

Для градиент-зонда кривые КС ассиметричны относительно середины пласта т(рис.1.8):

При мощном пласте,   L < h < 5L  кривые  r_к  градиент–зондов сохраняют все особенности кривых для  h ® ∞, значение КС близко к удельному сопротивлению пласта.

Рис.1.8 - Графики ρ_к по данным каротажа КС с разными типами зондов:

а — подошвенный градиент-зонд; б — кровельный градиент-зонд; в — потенциал-зонд

Наибольшие изменения кривых наблюдаются при  L ≥ h. Пик r_к тем больше, чем выше  L>>h, при этом  r_к  превосходит значение удельного сопротивления горизонта.

 Боковое каротажное зондирование (БКЗ) применяют для определения удельного сопротивления пластов. С этой целью используют набор зондов разной длины. Такие зонды имеют различный радиус исследования. В результате набора кривых можно исключить такие факторы, как сопротивление бурового раствора, проникновение раствора в стенки скважины. Определение удельного сопротивления горизонтов производится при помощи двухслойных палеток (рис.1.9). Шифр палеток (m) это отношение удельного сопротивления породы к сопротивлению бурового раствора:m  =  r _породы  / r _{бур.р-ра .}

При минимальных размерах зонда  r _к   =r _{бур.р-ра}, при увеличении размера зонда  r _к  приближается к r _{уд.породы}. Но, это только для пластов с мощностью, превышающей размер зонда. В противном случае  r _к    будет искажено влиянием соседних пластов и мы можем получить большую ошибку. Применяют зонды: А 0,4 М 0,1 N; А 1М 0,1 N;   А 2 М 0,5 N;   А 3 М 0,6 N;   А 4 М 0,5 N;   А 8 М 1 N.

Рис.1 .9 - Палетка БКЗ

Обычно зонды совмещены в одном устройстве и поочередно подключаются с поверхности.

Микрозондирование. Исследуется  кажущееся сопротивление r_к   прискважинной части разреза зондами очень малой длины – микрозондами. Башмак, в который вмонтированы электроды, прижимается к стенке скважины с постоянным усилием. Зонд опускается в скважину в закрытом виде, а перед подъемом открывается. Расстояние между электродами – 2,5 см      А 0,025 М₁ 0,025 М₂ (рис.1.10).

Глубина исследования  - 10-12 см от стенки скважины. Метод применяется для детального расчленения разреза, определения промытой зоны пласта, выделения прослоев в пластах (рис. 1.11). Точность выделения пластов  5 – 10 см.

Записывается две кривые, от электродов  М₁М₂ и  М₂N₁. Электрод  N  - корпус прибора или заземление у устья скважины