Метод бокового каротажа. 2

Реферат

На тему: «Метод бокового каротажа»

ВВЕДЕНИЕ

Основнымэтапом разведки месторождений большинства полезных ископаемых является бурениескважины. Операция бурения неотъемлемо связана с изучением геологическогоразреза скважины. Одним из способов такого изучения является отбор керна. Нотак как эта процедура требует как больших материальных так и временных затрат,применяют её более дешёвый аналог — каротаж. Каротаж заключается в измерении вдольствола скважины при помощи специальной установки или другим способом какой-либофизической или химической величины. Данные каротажа менее достоверны, чем отборкерна, но, тем не менее, этот способ изучения скважины имеет широкоеприменение. Важное место среди геофизических методов исследования скважинзанимает каротаж сопротивлений. Этот набор методов занимает важное место висследовании и разработке нефтяных месторождений, из-за возможности определенияим нефтенасыщености пласта.

Однимиз видов каротажа сопротивлений является боковой каротаж, этот методпоявившийся сравнительно недавно имеет широкое применение вследствие егохарактерных особенностей.  В данной курсовой работе будут рассмотрены общие сведения по боковому каротажу, а так же принципы действия аппаратуры и основыинтерпретации, полученных с помощью метода данных.  

1.Основы метода

Методомбокового каротажа исследуется кажущееся удельное сопротивление пластов. Этотметод входит в группу модификаций электрического каротажа, в которыхиспользуются зонды с управляемым электрическим полем. Боковой каротаж так женазывают каротажем с зондами с фокусировкой тока.

Боковойкаротаж проводят многоэлектродными (семь, девять электродов) и трёхэлектродными зондами. Применяют многоэлектродные зонды с электродами небольшогоразмера (точечными) и с кольцевыми электродами, установленными на изолированнойтрубе.

Отличаетсяот 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 ичерез питающий электрод А0. Сила тока через электроды автоматическирегулируется так, чтобы ток, выходящий из электрода А0, в некоторых пределахраспространялся в направлении, перпендикулярном оси скважины (при вертикальныхскважинах-горизонтально), захватывая слой определённой толщины.

Благодаряприменению экранирующих электродов с регулируемой силой тока через нихуменьшается влияние на результаты измерений бурового раствора, заполняющегоскважину, и вмещающих пород и кажущееся сопротивление получается близким кудельному.

1.1Семиэлектродный зонд

 Имеетсяодин центральный электрод А0 и три пары электродов, расположенных симметричноотносительно него: M1 и M2, N1, и N2, A1 и A2; симметричные электроды соединены между собой. Электрод А0 — основной электрод, А1 и А2 — экранирующие.

Силытока через электрод А0 сохраняют постоянной; силы тока через экранирующиеэлектроды поддерживают такой, чтобы разность потенциалов между электродами M1 (M2) и N1 (N2), была равнанулю. Измеряют разность потенциалов DU междуизмерительными электродами зонда и удалённым электродом N.

Врезультате измерений получают кажущееся удельное сопротивление rк, оно определяется по формуле:

rк=КDUКС/I0,

гдеI0 сила тока через основной электрод А0; K-коэффициент зонда; он берётся таким, что бы в однороднойсреде кажущееся удельное сопротивление получалось равным удельному.

Определимкоэффициент зонда. Если считать, что электроды точечные, то как легко видеть, воднородной среде с удельным сопротивлением rп потенциалы точек M1 и N1, будут соответственно

/>

/>

гдеIэ — сила тока через каждый экранныйэлектрод A1 и A2.

Таккак сила тока Iэ устанавливается такой, что UM1=UN1, то написанные для UM1 и UN1 выражения можно приравнять; отсюда послепреобразования

/>

Обозначаямножитель при I0 через C и учитывая, что потенциал удалённой точки (электрода N) равен нулю, получим

/>Отсюда получим

/>

Коэффициентзонда будет определятся следующим образом:

/>

Результатизмерений зондом бокового каротажа относят к точке A0; за длину L зондапринимают расстояние между точками O1 и O2 (серединами интервалов M1N1 и M2N2). Характеристиками для зонда являютсятакже расстояние Lоб = A1A2, называемое общим размером зонда, ипараметр фокусировки зонда q=(Lоб-L)/L.

Таккак выполняется условие, что напряжение между измерительными электродами M1 и N1 (а такжемежду M2 и N2)  равно нулю, то сила тока на участке скважины M1N и M2N2 также равнанулю. Получается, что будто бы скважина и прилегающие к ней участки пласта надэлектродом A0 и под ним были замещены изолятором (рис1). Ток, выходящий из электрода A0,распространяется на значительное расстояние в радиальном направлении (отскважины) слоем, перпендикулярным к оси скважины (горизонтально). Измеряемоенапряжение DUКС представляет собой падение потенциала по указанному слоюот скважины до удалённой точки. Естественно, что на это падение потенциаласкважина и вмещающие породы оказывают небольшое влияние. Это позволяет вомногих случаях получить кажущееся удельное сопротивление, значительно болееблизкое к удельному сопротивлению, чем при обычных зондах; в частности,обеспечивается лучшая оценка удельного сопротивления тонких пластов.

Преимуществозонда бокового каротажа перед обычными зондами особенно наглядно иллюстрируетсяна рис 2, где показано распределение токовых линий, выходящих из расположенногов середине тонкого пласта большого сопротивления токового электрода, в случаеобычного зонда )а), когда экранные электроды отсутсвуют, и при зонде боковогокаротажа (б), когда имеются экранные электроды, сила тока через которыерегулируется так, как указано выше. Как видно, при обычном зонде токовые линиив пределах пласта в основном идут вверх и вниз по скважине, пока не выйдут вовмещающие породы низкого сопротивления; поэтому кажущееся сопротивление многоменьше удельного. Наоборот, при боковом каротаже токовые линии распространяютсяпо пласту, так что полученное сопротивление, пропорциональное падениюпотенциала между электродом A0 ибесконечностью по пласту, будет близко к удельному сопротивлению пласта.

1.2.Псевдобоковой каротаж

Дляизучения ближней к скважине зоны пласта применяют девятиэлектродный зондпсевдобокового каротажа. О получается путём добавления в семиэлектродный зонддвух обратных токовых электродов B1 и B2, расположенных вблизи электродов A1 и A2 с внешней стороны зонда симметричноотносительно центрального электрода A0. Из-за наличия в зонде электродов B1 и B2 (через нихзамыкается цепь тока I0 и Iэ) слой тока I0 быстрорасширяется с удалением от стенки скважины, поэтому измеряемое напряжениезависит в основном от удельного сопротивления прилегающей к скважине частипласта.

Предназначендля сопоставления разрезов скважин, определения удельного сопротивления плата,в отдельных случаях — удельного сопротивления зоны проникновения.

1.3Трёхэлетродный зонд

Представляетсобой длинный цилиндрический электрод, разделённый изоляционными прослойками натри части. Имеется основной (центральный электрод) А0; симметрично по отношениюк нему расположены соединённые между собой удлинённые экранирующие электроды А1и А2.

Обеспечиваетсяодинаковое значение потенциала все6х электродов: а) автоматическим изменениемсилы тока через экранирующие электроды при сохранении постоянства силы тока I0 через основной электрод; б) соединением между собой всехэлектродов в) в этом случае сила тока I0изменяется при измерении.

Измеряютпотенциал DU экранирующих электродов или непосредственно отношение   />.

Дляопределения кажущегося сопротивления необходимо знать потенциал основногоэлектрода — разность потенциалов DUкс между ним иудалённым на достаточно большое расстояние от зонда электродом N. Фактически измеряют потенциал экранного электрода;результат получается тот же самый, так как потенциал экранных и основногоэлектрода одинаков.

Кажущеесяудельное сопротивление подсчитывается по формуле

rк=КDUКС/I0.

Если сила тока питания основного электрода поддерживается постоянной. То записываяизменение DUКС, получают коэффициент трёхэлектродного боковогокаротажа:

/>

гдеL- длина основного электрода A0; Lоб- общая длиназонда; dз — диаметр зонда; C2=L2об — d2з.

Кажущеесясопротивление относят к середине электрода A0.

Притрёхэлетродном зонде бокового каротажа, как и при семиэлетродном, в результатевлияния поля экранирующих электродов ток, выходящий из основного электрода, назначительном расстоянии распространяется слоем, перпендикулярным к осискважины, с толщиной приблизительно равной длине основного электрода.Вследствие  этого влияние скважины и вмещающих пород сказывается на результатахизмерений значительно меньше, чем при обычных зондах.

Зондбокового каротажа аналогичен обычному потенциал-зонду; при этомтрёхэдлектродный боковой каротаж соответствует варианту потенциал-зонда, прикотором электрод A, имеющий большие размеры, совмещаетфункции токового и измерительного Mэлектродов. Отличительной особенностью зонда бокового каротажа являетсяприменение фокусировки тока, что значительно улучшает результат измерений посравнению с обычным потенциал-зондом.

МетодБК используется при сопоставлении разрезов скважин; расчленении разрезов;определение удельного сопротивления пласта, в отдельных случаях — удельногосопротивления зоны проникновения.

Рекомендуетсядля применения в скважинах, где обычные зонды не дают удовлетворительныхрезультатов, в частности, для скважин с сильно минерализованным буровымраствором и при большом  удельном сопротивлении изучаемых пластов.

1.7Микробоковой каротаж

С помощью зондов этого типа измереяется удельное сопротивлениеприлегающей к стенке скважины части пласта.

На башмаке из изоляционного материала на стороне, обращёной кстенке скважины, монтируют небольшой зонд, сотоящий из центрального основного A0 и трёх кольцевых электродов — двух (M и N) измерительныхи внешнего А1 экранирующего.

Расстояниемежду кольцевыми электродами 1,25- 2,5 см, электрод A1 обычно образован совокупностью небольших электродов, центрыкоторых расположены по окружности.

Принципдействия установки такой же, как и установки семиэлектродного бокового каротажа,вариантом которой он является.

1.8Псевдогеометрические  факторы

Геометрический фактор может быть представлен как часть общегосигнала, возникающего в объёме со специфичной геометрической ориентацией поотношению к измерительному зонду в бесконечной однородной среде.

ЕЕдинственными геофизическими приборами, к которым применимо этопонятие, являются приборы индукционного каротаж, так как только у них измеренияне зависят о тизменения rзп/rп. Для других приборов с цельюсравнительной оценки используется понятие псевдогеометрического фактора.

Совокупностьпсевдогеометрических факторов для приборов БК-7 и Бк-3 показана на рис 3.кажущееся сопротивление rк, измеряемоепри БК в мощных пластах, может быть представлено формулой:

/>,

где J(ai) — псевдогеометрический фактор.

Следуетподчеркнуть, что псевдогеометрический фактор для приборов электродного типаприменим в основном для сопоставления результатов измерений, полученныхприборами с различной глубинностью. Его использование менее обосновано, чемвведение других поправок в показания БК.

Семиэлектродный боковой каротаж.

Электрическоеполе семиэлектродного бокового каротажа представляет собой сумму полей трёхэлектродов — одного основного и двух экранных. Для подсчёта кажущегосясопротивления для семиэлектродного зонда бокового каротажа в общем случаенеобходимо определить поле каждого токового электрода в отдельности; при этомсила тока через экранные и основной электроды должна удовлетворять условию, чтосоставляющая напряжённости поля по оси скважины в области расположенияизмерительных электродов и в особенности условие, накладываемое на определениесилы экранного тока, в случае пластов конечной мощности сильно усложняетрешение задачи.

Призаданном А0А1 с приближением измерительных электродов к электроду А0 слойвыходящих из электрода А0 силовых линий сжимается, а угловой коэффициентграничных линий уменьшается и наоборот.

Кажущеесяудельное сопротивление пласта неограниченной мощности при отсутствиипроникновения раствора (рис 6) сильно зависит от параметра зонда q; Кажущееся удельное сопротивление пласта неограниченноймощности при отсутствии проникновения раствора сильно зависит от параметразонда q; кажущееся удельное сопротивление,наиболее близкое к удельному, получается при q, близком к оптимальному, и не очень малых L и L0 кажущеесяудельное сопротивлении мало (не больше чем в 1,5 раза) отличается от удельногосопротивления; принципиально это сохраняется и для очень больших rп/rр, для которых наблюдается почти прямая пропорциональность междукажущимся и удельным сопротивлениями.

Какправило, кажущееся удельное сопротивление rтр трёхслойной среды в случае понижающего проникновения меньше, ав случае повышающего проникновения больше, чем кажущееся удельное сопротивлениеrдв двухслойной среды при отсутствиипроникновения.

Влияниепонижающего (rп>rзп) проникновения в общем невелико и егоможно существенно снизить выбором соответствующих расстояний между электродами(при D/dc<8). Значительно больше сказывается на результатах измерений при боковомкаротаже повышающее (rп<rзп) проникновение. Даже при небольшомдиаметре зоны проникновения кажущееся удельное сопротивление в этом случаесущественно отличается от значения его при двухслойной среде и от истинногосопротивления; с увеличением глубины проникновения влияние его резкоувеличивается.

Влияниезоны проникновения в общем случае тем меньше, чем больше относительный размерзонда L0/dc.

Сувеличением q различие между кажущимся удельнымсопротивлением в трёхслойной среде и кажущимся удельным сопротивлением всоответствующей двухслойной среде уменьшается.

Принципэквивалентности в случае повышающего проникновения, установленный для обычныхзондов, применим к зондам бокового каротажа.

Приодинаковом удельном сопротивлении  подстилающих и покрывающих пород кривые КСпротив одиночных пластов высокого сопротивления симметричны относительносередины пласта.

Приперемещении зонда от удалённой точки к середине пласта будем последовательноиметь:

а)плавный не очень глубокий минимум перед пластом (с минимальным значениесопротивления на расстоянии половины длины зонда от границы пласта);

б)некоторое повышение показаний пред пластом и в самом пласте у границы его;

в)кривой подъём кривой после входа электрода А0 в пласт; точка наибольшейкрутизны кривой расположена на расстоянии половины длины зонда (А0О1) отграницы пласта; при большом отношении удельных сопротивлений пласта и вмещающихпород эта точка несколько (обычно в пределах расстояния M1N1 или M2N2) смещаетсяотносительно указанного положения к границе пласта; при малом значенииуказанного отношения наблюдается обратная картина;

г)медленный подъём кривой до максимума против середины пласта; если пласт мощный,против средней части пласта образуется участок, на котором кривая идётпараллельно оси глубин.

Приразличном удельном сопротивлении вмещающих пород симметрия нарушается — максимум кривой смещается в сторону вмещающей породы с более высокимсопротивлением.

Можнорекомендовать следующий способ отбивки границ пласта:

а)отмечают на кривой сопротивления точки, где кривая имеет наибольшую кривизну;эти точки соответствуют кажущемуся удельному сопротивлению, приблизительноравному полусумме показаний против середины пласта и против вмещающих пород;

б)от определённой таким образом ниже точки откладывают вниз расстояниесоответствующее полудлине зонда (A0O1) и отмечают подошву пласта;

в)от аналогичной верхней точки кривой сопротивлений откладывают такое жерасстояние вверх и отмечают кровлю пласта.

Примощности пласта, значительно большей размера зонда (рис 8)(A1A2<0,4 H), влияние ограниченной мощности пласта не сказывается,максимальное значение сопротивления близко к значению кажущегося удельногосопротивления для пласта неограниченной мощности. В дальнейшем по мереувеличения длины зонда по сравнению  с мощностью пласта максимальноесопротивление против пласта:

а)занижено по сравнению с кажущимся удельным сопротивлением для пластанеограниченной мощности; наибольшее снижение наблюдается при зондах, размеркоторых близок к мощности пласта (L0»H);

б)начиная приблизительно с L0 > 1,6 H завышено относительно сопротивления против пластанеограниченной мощности; наибольшее завышение наблюдается при  L»H;

в)при L >> H опять наблюдается занижение максимального сопротивления посравнению с сопротивлением пласта неограниченной мощности, тем больше чембольше L по сравнению с H.

Аналогичнаякартина наблюдается, если мощность пласта остаётся постоянной. А увеличиваетсядлина зонда.

Влияниеограниченной мощности пласта (снижение rмакс при H»L0 и увеличениепри H »L) в основном определяется отношением удельного буровогораствора rр; оно тем, больше чем меньше rвм/rр >10 максимальное сопротивление пласта максимальной мощности.

Приразличном удельном сопротивлении подстилающих rн и покрывающих rв породвлияние ограниченной мощности пласта определяется удельным сопротивлением менеепроводящей породы (rв или rн).

Трёхэлектродный боковой каротаж.

Электрическоеполе трёхэлектродного зонда представляет собой поле длинного цилиндрического(вытянутого элипсоида вращения) заземления. Расчёт его также сложен. В связи сэтим кажущееся удельное сопротивление для обоих типов зондов бокового каротажаполучаю обычно на сеточной модели.

Кажущеесяудельное сопротивление для трёхэлектродного зонда определяется выражением длядвухслойной среды

/>

приналичие зоны проникновения

/>

где2a-диаметр центрального электрода; 2с-общийразмер зонда; 2а1 = dс — диаметр скважины; 2a2 = D — диаметр зоныпроникновения;

c2=a2+k2; c12=a1+k2; c22=a2+k2.

Указанныеформулы получены заменой фактического цилиндрического зонда удлинённымсфероидом и в предположении, что поверхность скважины и внешняя граница зоныпроникновения представлены эквипотенциальными поверхностями.

Сравнениетрёхэлектродного и семиэлетродного зонда бокового каротажа дает следующее.

Дляполучения одинаковой вертикальной разрешающей способности расстояние O1O2 междусерединами интервалов, отделяющих основной электрод трёхэлетродного зонда отдополнительных, должно быть равно расстоянию O1O2 между средними точками интервалов M1N1 и M2N2семиэлектронного зонда.

Приодинаковом радиусе исследования общая длина трёхэлетродного зонда должна бытьравной 1,5 A1A2семиэлектродного.

Преимуществасемиэлектродного зонда бокового каротажа заключаются в возможности болеелёгкого комплексирования его с исследованиями других видов и в меньшем влияниискважины на результаты измерений.

Рассмотримнекоторые вопросы интерпретации данных семиэлектродного бокового каротажа.

 Выборзонда.

Дляполучения наиболее благоприятных результатов (rк ближе всего к rп) придвухслойной среде необходимо, чтобы коэффициент фокусировки зонда был около 1,5размера зонда L0 —, более 5dc. Для уменьшения влияние проникновения раствора коэффициентфокусировки зонда следует увеличить до 2,% -3, а размер зонда взять не менее 10dс. Чтобы иметь возможность отбивать пласты малой мощности,надо иметь зонд небольшого размера и, самое главное, небольшой длины. Последнееозначает необходимость уменьшения размера зонда (A1A2) и увеличения q.

Исходяиз изложенного выше, для бокового каротажа, предназначенного для определенияудельного сопротивления пластов, можно рекомендовать зонд с A1A2 » 10d и q= 2,5, например, A1A2 =2,5 м и O1O2 = 0,714 м. Расстояние M1N1 может бытьвзято равным 0,15-0,2 м.

Зондбокового каротажа общества Шлюмберже имеет O1O2 =32² (80см); A1A2 =80² (203см); модуль фокусировки O1O2/A1A2 = 2,5.

Дляизучения зоны проникновения общество Шлюмберже применяет малый зонд боковогокаротажа:

O1O2=12² (30 см), A1A2=56² (142см).

Определение удельного сопротивления.

Приоценке удельного сопротивления по данным бокового каротажа можно исходить изследующего.

Припресных буровых растворах боковой каротаж сравнительно точно даёт значениесопротивления нефтеносных и газоносных пластов.

Дляточного определения удельного сопротивления по результатам измерения зондомбокового каротажа необходимо пользоваться расчётными кривыми зависимостями rк от параметров среды. На рис 9. Данапалетка для трёхслойной среды для определения удельного сопротивления пласта порезультатам измерений зондом бокового каротажа с A1A2 — 2,5 м и q=2,5 для rзп/rр= 20 и диаметра скважины 9 3/4².

Приограниченной мощности пласта необходимо вводить поправку на мощность пластов.

Вобщем случае удельное сопротивление пласта по данным одного зонда боковогокаротажа определить затруднительно; следует провести измерения ещё одним илинесколькими зондами.

Приповышающем проникновении для уточнения удельного сопротивления пластарекомендуется пользоваться показаниями грдиент-зонда AO = 4,25 м. При понижающем проникновении в комплекс зондов малогоразмера, с индукционным каротажем и др.

Рекомендуемаяобласть применения бокового каротажа. Боковой каротаж следует применять вслучае, если удельное сопротивление бурового раствора мало (менее 0,5 Ом м) илисодержится большое число пластов малопористых пород (с удельным сопротивлениемпорядка нескольких сотен Ом м). К таким разрезам относятся разрезы, в которыхпреобладают карбонатные породы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Врезультате  выполнения данной работы был обобщён материал по методу боковогокаротажа. Из этих данных можно заключить, что этот метод имеет широкоеприменения для решения задач исследования разреза скважины. Хотя существуютразличные модификации метода, для решения конкретных задач, но общейособенностью всех модификация является применение фокусирующих электродов, чтопозволяет значительно  сузить толщину токовых линий и направить ихнепосредственно в изучаемый пласт. Так же с помощью некоторых модификаций можнонаоборот уменьшить зону исследования зонда или придать токовым линиямопределённую форму.

Боковойкаротаж целесообразно применять при бурении на сильноминерализованныхрастворах, так как хорошо проводящий раствор оказывает значительно меньшеевлияние на показания бокового каротажа, чем на результаты измерения установкамидругих типов. При проникновении в пласт раствора большой минерализации великавероятность понижающего проникновения, которое мало сказывается на кривыхбокового каротажа. Также хорошие результаты получаются при применении боковогокаротажа в разрезах, представленных малопористыми породами, для которыхнаблюдается большее отношение удельного сопротивления пород к удельномусопротивлению бурового раствора. В этом случае боковой каротаж обеспечиваетхорошее расчленение разреза. Метод мало эффективен при изучении пластов сповышающим проникновением.

Большоеприменение получило комплексирование метода бокового каротажа, как с другимимодификациями этого метода  так и с другими методами геофизическогоисследования скважин, такими как индукционный каротаж.

Списоклитературы

КомаровС.Г. Геофизические методы исследования скважин. Изд. второе. М.,«Недра» 1973

СправочникГеофизика М., Гостоптехиздат, 1961.