Электрический каротаж нефокусированными зондами
Нефокусированные зонды электрического каротажа обычно состоят из двух питающих электродов (обозначаемых на схемах как А и B), один из которых (B) заземлен на поверхности, и двух приемных электродов (M и N). Электроды А и B питают переменным током низкой частоты (не превышает нескольких сотен Гц), что позволяет базировать теорию метода на законах постоянного тока. Измеряют разность потенциалов (напряжение) между приемными электродами, получая в итоге т.н. кажущееся сопротивление, равное
ρК = K ΔU/I, где K ˗ коэффициент зонда. (7.2)
Кажущимся наблюденное сопротивление называют из-за его зависимости не только от свойств изучаемого пласта, но и от свойств скважины, зонда, экранных эффектов горизонтальных границ и т.д.
Нефокусированные зонды электрического каротажа бывают двух типов ˗ градиент-зонд (измерительные электроды сближены) и потенциал-зонд (измерительные электроды отдалены друг от друга).
В соответствии с названием для градиент-зонда разность потенциалов между M и N близка к градиенту потенциала в точке записи, а для потенциал-зонда – к потенциалу в точке M.
На представленной схеме (Рисунок 61) можно видеть, кроме строения зондов, определение их длин и расположение точки записи (точки, к глубине положения которой относят результат измерения).
Расположение электродов оказывает влияние на радиус исследования (глубинность) зондов. Радиус исследования градиент-зонда приблизительно равен его длине, в то время как глубинность потенциал-зонда – 2–3 длины.
Кривые, записанные градиент- и потенциал-зондами напротив одного и того же пласта, различны по форме. Различны также и методики отбивки границ и снятия существенных значений.
Рисунок 61. Схемы расположения электродов, составляющих градиент- и потенциал-зонды
Отбивка кровли пласта высокого сопротивления по кривой градиент-зонда делается по минимуму, подошвы – по максимуму, а в виде существенных значений напротив пласта достаточной мощности следует снимать среднее значение в средней части пласта (Рисунок 62).
Отбивка границ пласта высокого сопротивления по кривой потенциал-зонда делается на расстоянии Lз/2 от начала крутого подъема кривой, а в виде существенных значений напротив пласта достаточной мощности следует снимать максимальное показание напротив середины пласта (Рисунок 62). Поскольку при наличии скважины и прискважинной области с измененным составом флюида (зоны проникновения) определить истинное сопротивление пласта при одиночном профилировании нефокусированными зондами невозможно, предложен метод одновременного замера, выполняемого несколькими градиент-зондами разной длины, размещенными на одном приборе. Длины зондов, включенных в прибор, обычно составляют от 0,45 до 8,5 м. Поскольку радиус исследования обусловлен длиной зонда, таким путем осуществляют зондирование среды в радиальном (боковом) направлении или боковое каротажное зондирование (БКЗ).
Напротив пластов с существенным радиальным изменением сопротивления (коллекторов, Рисунок 60) наблюдается расхождение показаний градиент-зондовразной длины (Рисунок 63), так как их радиусы исследования охватывают участки среды с разным сопротивлением – от скважины и зоны проникновения для коротких зондов до неизмененной части пласта для длинных зондов.
a 
b 
Рисунок 62. Кривые, записанные градиент- и потенциал-зондом напротив пласта высокого сопротивления (a – градиент-зонд, b – потенциал-зонд)
Рисунок 63. Показания зондов БКЗ напротив коллекторов и неколлекторов
При интерпретации данных БКЗ для каждого исследуемого пласта строится фактическая кривая зондирования – зависимость показаний зонда (существенного значения кажущегося
 Рисунок 64. Пример применения метода подбора. Модель трехслойная, с повышающим проникновением | сопротивления, снятого с кривой напротив пласта) от его длины ρк = f(Lз). Так как радиус исследования зонда прямо связан с его длиной, эта зависимость отражает распределение сопротивления в радиальном направлении (предполагается, что в осевом направлении сопротивления модели неизменны). Для решения обратной задачи БКЗ используется метод подбора (Рисунок 64, Рисунок 65) – прием совмещения кривой зондирования с палеточными кривыми (расчетными кривыми зондирования для заданных параметров модели среды). |
 Рисунок 65. Пример применения метода подбора. Модель трехслойная, с понижающим проникновением | Модель распределения сопротивления в среде, использованная для расчета наиболее подходящей палеточной кривой, принимается за модель изучаемого пласта. Результатом интерпретации данных БКЗ как зондирования является полное описание пространственного распределения сопротивления в рамках выбранной модели, то есть определение диаметра D и сопротивления ρзп зоны проникновения и сопротивления ρп неизмененной части пласта. |
Микрозондирование
Микрозондирование нефокусированными зондами состоит в одновременном исследовании ближней зоны потенциал- и градиент-зондом малой длины.
Прибор для микрозондирования представляет собой резиновый башмак с расположенными на нем электродами, который для исключения влияния промывочной жидкости прижимается к стенке скважины. Расстояния между электродами составляют 2,5 см, так что образуется потенциал-микрозонд (МПЗ) А0,05M и градиент-микрозонд (МГЗ) А0,025M0,025N. Роль удаленного электрода N для потенциал-микрозонда играет металлический корпус прибора (Рисунок 66).
Радиус исследования МГЗ составляет 3–4 см, тогда как МПЗ – 10–15 см. Поэтому влияние низкого сопротивления глинистой корки (на коллекторах, толщина 1–3 см) на показания МГЗ существеннее, и показания МПЗ напротив коллекторов должны превышать показания МГЗ (Рисунок 67). Напротив непроницаемых пластов низкого удельного сопротивления (глин, например) показания микрозондов совпадают.
 Рисунок 66. Устройство микрозонда |  Рисунок 67. Расхождение показаний микрозондов напротив коллекторов |
Боковой каротаж
Боковой каротаж (БК) – электрический метод с фокусированной управляемой системой питающих электородов. Имеет трех, семи и девятиэлектродные модификации.
Фокусировка зонда, изображенного на Рисунок 68, достигается применением трех точечных питающих электродов А0, А1 и А2, напряжение на которые подано в одинаковой фазе. Такая система позволяет сфокусировать ток центрального электрода в пласт.
 Рисунок 68. Схема зонда семиэлектродного БК и линии тока, возбуждаемого им | Управление фокусировкой осуществляется с помощью контрольных электродов M1, N1 и M2, N2. При правильной фокусировке ток на участках M1N1 и M2N2 не протекает и разности потенциалов между ними равны нулю (условие регулирования). При нарушении фокусировки электронная схема зонда автоматически изменяет силу тока через экранные электроды А1 и А2. Ток I0 на выходе генератора, питающего электрод А0, неизменен. При выполнении условия регулирования потенциалы электродов M1, N1, M2 и N2 равны. Измеряют разность потенциалов UБК между любым из этих электродов и удаленным электродом N¥, получая кажущееся сопротивление, равное ρК = KБК UБК/I0, (7.3) где KБК ˗ коэффициент фокусированного зонда. Таким образом, зонды БК являются потенциал-зондами с фокусировкой тока, и для их диаграмм можно применить правила |
отбивки границ и снятия существенных значений с кривых потенциал-зондов. Особенностью поля при боковом каротаже является то, что текущие в изучаемой среде токи при мощности пласта более 1 м не пересекают плоских границ. Это практически освобождает диаграммы БК от влияния вмещающих пород и дает высокую вертикальную разрешенность.
Линии тока, создаваемого центральным электродом А0, можно считать перпендикулярными цилиндрическим границам. Это позволяет при расчете полного сопротивления заземления центрального электрода складывать сопротивления отдельных зон среды: скважины, зоны проникновения, пласта, включенных последовательно.
Для корректного учета влияний участков среды на наблюденное сопротивление вводится понятие геометрических факторов. Геометрический фактор участка среды зависит как от геометрии участка, так и от свойств зонда – размещения, числа и характеристик фокусирующих элементов ̶ и отражает вклад участка среды в результирующее поле. Логично, что сумма геометрических факторов всех участков среды, также как и геометрический фактор однородной среды, равны единице.
При наличии зоны проникновения значение измеряемого кажущегося удельного электрического сопротивления бокового каротажа может быть записано как
ρк = Bc ρс + Bзп ρзп + Bп ρп, (7.4)
где Bc, Bзп, Bп ̶ геометрические факторы скважины, зоны проникновения и пласта.
Вышесказанное позволяет оценить эффективность измерения боковым каротажем в условиях различного сопротивления скважины и характера проникновения.
Очевидно, что эффективным можно считать измерение, при котором наблюденная величина сопротивления близка к истинному сопротивлению пласта. В таком случае ясно, что условие эффективного измерения боковым каротажем – низкое сопротивление скважины, понижающий характер проникновения и высокое сопротивление пласта. Такие условия складываются при разбуривании карбонатного разреза скважиной на глинистом или глинисто-полимерном растворе.
Увеличение диаметра зоны проникновения ведет к увеличению ее геометрического фактора и, соответственно, вклада в наблюденное сопротивление.
Характерный для терригенных коллекторов повышающий характер проникновения оказывает большое влияние на показания бокового каротажа, получаемое кажущееся сопротивление оказывается близко к сопротивлению зоны проникновения.
Индукционный каротаж
Индукционный каротаж (ИК) это метод ГИС, основанный на возбуждении в среде переменного электромагнитного поля (рабочие частоты лежат в диапазоне 20-60 кГц) и измерении ЭДС, индуцированной вызванными им вихревыми токами в приемной катушке зонда.
Простейший зонд индукционного каротажа состоит из генераторной и приемной катушек (Рисунок 69), оси которых совпадают с осью зонда. За точку записи принимают середину расстояния между катушками.
Переменный ток, пропускаемый через генераторную катушку, создает переменное магнитное поле, индуцирующее вихревые токи в среде, окружающей зонд. Очевидно, что при одинаковом первичном поле сила этих токов пропорциональна проводимости среды.
Магнитное поле в области расположения приемной катушки есть сумма первичного поля, создаваемого генераторной катушкой, и вторичных полей, создаваемых вихревыми токами. Первичное поле компенсируют специально подключенной компенсационной катушкой. Напряженность вторичного поля пропорциональна силе вихревых токов и, следовательно, проводимости горных пород.
Кроме генераторной, приемной и компенсационной катушек индукционные зонды могут содержать фокусирующие катушки. Фокусировка в случае индукционного каротажа может быть двух видов – внешняя и внутренняя. При конструировании внешней фокусировки действие фокусирующих катушек направлено на уменьшение распространения поля в осевом направлении и,
 Рисунок 69. Принципиальная схема зонда ИК | таким образом, на исключение влияния вмещающих пород и горизонтальных границ и увеличение вертикальной разрешенности. Внутренняя фокусировка приводит к концентрации поля в области неизмененного пласта и снижению влияния скважины и зоны проникновения на показания прибора. Обозначение зонда ИК включает общее число катушек, букву Ф, если зонд фокусирован, а также длину зонда (например, 6Ф1 – шестикатушечный фокусированный зонд длиной 1 м). Измеряют ЭДС (напряжение) на приемной катушке, получая кажущуюся проводимость, равную sк = E/KИ, (7.5) где KИ ˗ коэффициент индукционного зонда. Токовые линии поля, создаваемого индукционным зондом, не пересекают цилиндрических границ скважины и зоны |
проникновения. Это позволяет складывать эффекты влияния проводимости отдельных кольцевых проводников, независимых друг от друга, как при параллельном соединении.
В соответствии с теорией геометрических факторов, аналогичной таковой для бокового каротажа, можно записать
sк = Gc sс + Gзп sзп + Gп sп, (7.6)
где Gc, Gзп, Gп ̶ геометрические факторы скважины, зоны проникновения и пласта.
Оценим эффективность измерения индукционным каротажем в условиях различного сопротивления скважины и характера проникновения.
Если оценивать только влияние проводимости, то условие эффективного измерения индукционным каротажем – высокое сопротивление скважины, повышающий характер проникновения и низкое сопротивление пласта. Такие условия складываются при разбуривании терригенного разреза скважиной на нефтяной основе. Вообще, из методов электрометрии в непроводящих скважинах (РНО, сухие) возможно применение только индукционного каротажа. Ведь для измерения электрическими методами (БКЗ, БК и пр.) необходим гальванический контакт между электродами и породой, который в непроводящей скважине невозможен.
Успешная внутренняя фокусировка современных зондов индукционного каротажа дает возможность эффективного измерения индукционным каротажем в хорошо проводящих скважинах, радикально снижая геометрический фактор скважины. Поэтому индукционный каротаж и его модификации являются основным методом определения сопротивления терригенных коллекторов. Однако зоны проникновения большого диаметра могут ограничивать эффективность измерения индукционным каротажем даже в условиях повышающего проникновения. В этом случае возникает необходимость внесения поправок за наличие зоны проникновения.
Часть энергии вихревых токов при распространении их в среде преобразуется в тепловую энергию и амплитуда поля падает. Такое явление называется скин-эффектом и должно учитываться при расчете сопротивления по данным индукционного каротажа (вводится специальная поправка). Поскольку нагревание среды пропорционально ее проводимости, скин-эффект значительнее в проводящих средах.