Метод микрозондирования (микрокаротаж)
Для определения электрического сопротивления части пласта, непосредственно прилегающей к скважине, и детального расчленения разреза используются микроустановки с малой глубиной исследования – микрозонды.
Каротаж обычными микрозондами (МКЗ) называют каротажный зонд малой длины, электроды которого размещены на внешней стороне башмака из изоляционного материала (рисунок 1). При работе башмак с электродами прижимается пружинами к стенке скважины, чем достигаются экранирование зонда от бурового раствора и уменьшение влияния раствора на результат измерений.
Микрозондирование проводят с одновременной записью кривых микроградиент- (МГЗ) и микропотенциал-зондов (МПЗ).
Рисунок 1а - Расположение электродов на башмаке скважинного прибора; 2а - Принципиальная схема измерений микрозондами.
Из трех электродов на «башмаке» собирают 2 микрозонда: микроградиент-зонд A0,025M0,025N с размером АО = 0,037 м и микропотенциал-зонд А0,05М, у которого электродом N служит корпус прибора, его длина AM = 0,05 м. Обратный токовый электрод В установлен на косе прибора на расстоянии 1 м от корпуса.
Кажущееся удельное сопротивление микроустановок подсчитывается по формулам для обычных градиент- и потенциал-зондов:
ρk = k · ∆U / I, (1)
где ∆U – разность потенциалов между приемными электродами M и N;
I – сила тока в питающей цепи;
k – коэффициент микрозондов, который определяют экспериментально по результатам измерений в баке, заполненном раствором NaCl с известным удельным сопротивлением.
Поскольку радиус исследования микроградиент-зонда составляет около 4 см, а микропотенциал-зонда 10 – 12 см, то микроградиент-зонд против проницаемых пластов изучает в основном сопротивление глинистой корки, а микропотенциал-зонд – сопротивление пород в пределах промытой зоны, где основным флюидом является фильтрат промывочной жидкости, а также остаточные нефть и газ.
На пластах-коллекторах отмечается положительное приращение – превышение значений МПЗ над значениями МГЗ.
На глинах зоны проникновения бурового раствора нет, поэтому оба зонда измеряют одно и то же - сопротивление глин.
Из-за большой разницы в УЭС карбонатных пород и бурового раствора малейшие трещинки на стенках скважины, оказавшиеся между электродами, сильно снижают кажущееся сопротивление (КС) между ними. По этой причине обе кривые получаются сильно изрезанными с незакономерными взаимными пересечениями. Примерный вид диаграмм микрозондов на схематизированном геологическом разрезе, включающем в себя глины, песчаники и известняки, показан на рисунке 2.
Рисунок 2 – Схематизированный геологический разрез (а) и диаграммы микрозондов (б) над ним
Микрозонды МПЗ и МГЗ предназначены для:
- выделения коллекторов в терригенных разрезах скважин,
- выделения тонких пластов,
- исследования пород на небольшую глубину,
- определения сопротивления ПЖ и части пласта, прилегающей к стенке скважины,
- определение толщины глинистой корки и пленки.
Влияние промежуточного слоя на показания обычных микрозондов очень велико и сильно сказывается на величине КС. Это серьезно затрудняет интерпретацию данных микрокаротажа, которые поэтому используются только для качественной характеристики разреза скважины.
Боковой микрокаротаж БМК(микрозонд с фокусировкой тока). При БМК применяют микрозонд с фокусировкой тока основного токового электрода, благодаря чему влияние промежуточного слоя на показания микрозонда уменьшается. БМК измеряет сопротивление прискважинной части пласта (промытой зоны) двухэлектродной установкой, состоящей из центрального токового электрода Ао и окружающего его экранного электрода Аэ, укрепленных на внешней поверхности измерительного башмака, прижимаемого к стенке скважины (рисунок 3). Электроды Ао и Аэ занимают всю внешнюю поверхность башмака, кроме изоляционного промежутка шириной 5 мм, который отделяет их друг от друга.
 |
Рисунок 3 – Двухэлектродный зонд микробокового каротажа
Такая установка по принципу действия аналогична зонду трехэлектродного бокового каротажа. Через электроды Аэ и Ао пропускают ток одинаковой полярности так, чтобы потенциал обоих электродов сохранялся постоянным. Благодаря этому ток электрода Ао распространяется перпендикулярно оси башмака и стенки скважины в виде цилиндрического пучка, расходящегося в породе на расстояние 8 – 10 см.
Кажущееся удельное сопротивление подсчитывается по формуле:
ρk = k · U / Iо, (2)
где U – потенциал электрода Аэ (и Ао), измеряемый относительно корпуса микрозонда;
Iо – сила тока через основной электрод Ао;
k – коэффициент микрозонда.
При этом существенно уменьшается влияние глинистой корки и промывочной жидкости повышенной минерализации, что позволяет более точно (в отличие от обычного микрозондирования) определять сопротивление промытой зоны пласта.
Микробоковой каротаж предназначен для:
- выделения коллекторов в терригенных разрезах скважин,
- выделения тонких пластов,
- исследования пород на небольшую глубину,
- определения сопротивления ПЖ и части пласта, прилегающей к стенке скважины,
- для выделения в разрезе скважин коллекторов путем сопоставления кривых МБК и трехэлектродного бокового каротажа. В плотных пластах проникновение отсутствует ρкМБК ≈ ρкБК, а в проницаемых – ρкМБК ≠ ρкБК.
Границы пластов по данным МБК отбивают по середине спада кривой.
Масштаб регистрации КС 0.5 или 1.0 Омм/см. Масштаб глубин 1:200.
Боковой каротаж
При электрическом каротаже скважин, разрез которых представлен породами высокого сопротивления (карбонатными породами, гидрохимическими отложениями), а также скважин, заполненных минерализованной промывочной жидкостью, эффективность обычных зондов КС резко падает. Из-за большого влияния скважины кривые КС, полученные градиент- и потенциал-зондами, плохо расчленяют разрез. Для повышения эффективности электрического каротажа в таких условиях применяют зонды с дополнительными, так называемыми фокусирующими (или экранными) электродами. Через экранные электроды пропускается ток в том же направлении, что и через основной токовый электрод зонда. Роль экранных электродов заключается в том, чтобы препятсятвовать растеканию тока основного токового электрода по скважине и обеспечить направление его непосредственно в исследуемый пласт. Управление полем зонда с помощью указанных электродов называют фокусировкой зонда, а каротаж сопротивления зондами с экранными электродами и фокусировкой тока – боковым каротажем (БК).
Наиболее ценные результаты метод БК дает при каротаже тонких пластов (h<1,2м), при большой разнице в сопротивлениях между пластами, вмещающими породами и буровым раствором. Т.е. именно в тех случаях, когда обычные зонды дают очень плохие результаты из-за экранирования тока тонкими высокоомными пластами и из-за сильного влияния скважины и вмещающих пород.
При регистрации БК применяют трех-, семи- и девятиэлектродные зонды.
Принцип действия трехэлектродных зондов БК основан на том, что в зонде, помимо основного питающего электрода А0, имеются дополнительные – фокусирующие электроды А1 и А2 (рис. 1а). При производстве ГИС через основной и экранированные электроды пропускают ток одной полярности, в результате чего обеспечивается равенство их потенциалов. Поскольку на все электроды зонда БК подается одинаковый ток, происходит фокусировка силовых линий тока центрального электрода по оси перпендикулярной оси скважины и ток направляется в пласт, толщина тока приблизительно равна длине основного электрода. Этим достигается значительное снижение влияния бурового раствора, вмещающих пород и ограниченной мощности пластов при измерении сопротивлений методом бокового каротажа сравнительно с БКЗ.
Рисунок 1 – Схемы каротажа с трехэлектродным (а) и семиэлектродным (б) зондами
Боковой трехэлектродный зонд состоит из центрального электрода А0 и двух экранных А1 и А2, разделенных изолирующими промежутками (электроды линейные). Центральный электрод А0 имеет длину 0,15 м, экранные A1 и А2 – по 1,5 м. Длина зонда – расстояние между серединами изолированных интервалов (≈ длина электрода А0). Общая длина зонда – расстояние между внешними концами экранирующих электродов. Результат измерений относят к точке А0.
Ток, вырабатываемый генератором Г поддерживается постоянным. В процессе каротажа измеряется разность потенциалов между одним из токовых электродов и удаленным от зонда электродом N, расположенным на корпусе прибора. Величину кажущегося сопротивления определяют:
ρк = k·ΔUкс / I0, (1)
где k – коэффициент зонда;
I0 – сила тока, текущего через центральный электрод;
DUкс – зарегистрированная разность потенциалов.
При выборе трехэлектродного бокового каротажного зонда необходимо учитывать влияние его размеров на значения КС:
- с увеличением размера зонда L улучшается фокусировка зонда и несколько возрастает его радиус исследования;
- с уменьшением диаметра зонда dз возрастает влияние скважины на показания зонда, поэтому значение dз не должно быть меньше 0,25 dс;
- уменьшение L0 улучшает расчленяющую способность зонда, т.е. уменьшает влияние вмещающих пород на показания зонда, однако при L0 < 0,3dc резко ухудшаются условия и точность измерения.
Недостаток трехэлектродного варианта БК - в плохой разрешающей способности по мощности пластов. Поскольку центральный электрод линейный, аппаратура не дает возможности определения мощности пластов меньшей, чем длина центрального электрода. Удельное электрическое сопротивление будет повышенным все время, пока А0 проходит мимо пласта.
Преимущество БК в его высокой разрешающей способности по вертикали, по сравнению с нефокусированным методом БКЗ.
Решаемые БК геологические задачи:
- литологическое расчленение тонкослоистого разреза,
- выделение коллекторов,
- определение пористости в высокоомном разрезе,
- определение удельного электрического сопротивления пласта,
- работает в случае высокоминерализованной заполняющей скважину жидкости.
Рис. 2 – Литологическое расчленение разреза комплексом методов ГИС (по В.Н. Рукавицыну): 1 – песчаник пористый; 2 – мергели; 3 – аргиллиты; 4 – песчаник плотный.