Апаратура та методика проведення досліджень методами бокового каротажу

Існує два основних підходи до вимірів апаратурою ОЕЗ з автоматичним фокусуванням струму: 1) з автоматичним компенсуванням міжелектродної різниці потенціалів при постійному струмі через центральний електрод ; 2) з роздільною реєстрацією сили струму і різниці потенціалів.

Апаратура АБК-3

В апаратурі триелектродного бокового каротажу АБК-3 електронна схема свердловинного приладу живиться з поверхні постійним стабілізованим струмом силою біля 250 мА (рис. 32, а). Через електроди зонда пропускається змінний струм частотою 500 Гц від авторегульованого генератора, що знаходиться в свердловинному приладі. Рівність потенціалів усіх трьох електродів зонда досягається з’єднанням їх між собою. Напруга на виході генератора автоматично регулюється таким чином, щоб сила струму, що протікає через центральний електрод, залишалася постійною незалежно від електричних і геометричних параметрів оточуючого середовища. Сила струму через центральний електрод підтримується постійною і контролюється за допомогою шунта Ом.

Різниця потенціалів , що знімається з електродів зонда по відношенню до віддаленого електрода N (який розташовується на ізольованій ділянці кабелю не ближче, ніж на 20 м від верхнього екранного електрода ), підсилюється підсилювачем і по каротажному кабелю передається на поверхню, де сигнал випрямляється, знову підсилюється та реєструється. Оскільки є пропорційною , а сила струму, що протікає через центральний електрод, є постійною, то зафіксована реєстратором крива представляє собою діаграму ефективного питомого опору. В якості оберненого живлячого електрода B використовується броня кабелю.

Апаратура АБКТ

Схема досліджень триелектродним зондом апаратури АБКТ наведена на рис. 32, б. Стабілізований генератор струму Г, що знаходиться на поверхні, живить електроди зонду змінним струмом частотою 400 Гц. Для досягнення рівності потенціалів усіх електродів центральний електрод А₀ з’єднується з екранними електродами А₁А₂ через шунт малого опору ( Ом). Падіння напруги на шунті є прямо пропорційним струму , що стікає з центрального електрода А₀, а падіння напруги характеризує потенціал електродів зонда по відношенню до віддаленого електрода . Обидві різниці потенціалів перетворюються частотними модуляторами, підсумовуються і підсилюються вихідним підсилювачем та передаються по каротажному кабелю на поверхню.

Сумарний сигнал із свердловинного приладу поступає в наземну апаратуру, де розділяється смуговими фільтрами. Сигнали, розділені по каналах, фіксуються частотними детекторами та випрямляються фазочутливими випрямлячами. Випрямлені сигнали, пропорційні силі струму та різниці потенціалів , поступають на пристрій ділення Д, за допомогою котрого відбувається ділення на . Далі сигнал, пропорційний , подається на реєструючий прилад (реєстратор), котрий записує криву ефективного опору .

В практиці виконання геофізичних дослідження свердловин апаратура АБК-3 (та деякі її модифікації) і апаратура АБКТ набули найбільш широкого розповсюдження. Апаратура АБКТ являється на теперішній момент комплексною і окрім триелектродного методу БК дає можливість проводити звичайний електричний каротаж комплектом зондів БКЗ. Увесь комплекс вимірів складається з п’яти циклів (спуско-піднімальних операцій в інтервалі дослідження), з котрих три необхідні для вимірів трьома групами зондів БКЗ, один для вимірів зондом БК-3 і один – для запису кривої СП.

Масштаб запису за глибиною складає 1:500 у випадках, коли зонд БК-3 застосовується в якості стандартного зонду ПО (в умовах сильно мінералізованого бурового розчину і значних опорах гірських порід), і 1:200 в інтервалах детальних досліджень. Швидкість запису зазвичай (як і в методах ПО) не перевищує 3000 м/год.

Масштаб реєстрації визначається діапазоном зміни значень питомого опору гірських порід. Якщо перепад опорів є незначним, він вибирається лінійним, а якщо спостерігається сильна диференціація порід за питомим опором (в десятки разів), – логарифмічним, що дає змогу уникнути переносу масштабів та покращує візуалізацію діаграми при чергуванні пластів низького і високого опорів.

Апаратура БКС

Існує декілька модифікацій цієї апаратури, зокрема БКС-1, БКС-2.

Апаратура семиелектродного бокового каротажу БКС-2 призначена для дослідження нафтових і газових свердловин діаметром від 140 до 300 мм шляхом проведення вимірів питомого електричного опору гірських порід почергово двома зондовими установками з різною глибинністю досліджень – великим зондом (БК-7В) і малим (псевдобоковим дев’ятиелектродним) зондом (БК-7М) в середовищі з промивальною рідиною на водній основі з температурою в інтервалі досліджень до 150 ˚С і тиском до 100 МПа.

Зондова установка апаратури БКС-2 (рис. 34) складається з центрального струмового електрода А₀ і чотирьох пар симетрично розташованих відносно нього електродів M₁ i M₂, N₁ i N₂, A₁ i A₂, A^*₁ (В₁) i A^*₂ (В₂). Симетричні однойменні електроди попарно з’єднані між собою.

Зонд БК-7В складається з центрального електрода А₀, вимірювальних електродів M₁, M₂, N₁, N₂, екранних електродів A₁, A₂, A^*₁, A^*₂ і зворотного електрода В, котрим слугує обплетення кабелю (ОК). Зонд малої глибинності БК-7М (псевдобоковий дев’ятиелектродний) складається з центрального електрода А₀, вимірювальних електродів M₁, M₂, N₁, N₂, екранних електродів A₁, A₂ і зворотних електродів В₁, В₂.

Електроди розташовані на центральній частині зонду 2. Верхній екранний електрод A^*₁ (В₁) являється кожухом електронного блоку 3, нижній A^*₂ (В₂) – пустотіла штанга 1. За необхідності на верхньому і нижньому екранних електродах встановлюються центруючі пристрої. Віддалений електрод N розташований на косі 4. Центральний електрод А₀ підключений до джерела змінного стабілізованого струму І₀ частотою 400 Гц. Через екранні електроди протікає струм І_Е, сила котрого автоматично регулюється так, щоб значення величини напруги U_MN між вимірювальними електродами M₁ i N₁ та M₂ i N₂ було постійним за значенням та рівним нулеві. При цьому струм між цими електродами також практично відсутній.

Рис. 34. Схема зондової установки апаратури БКС. Суцільними стрілками позначені лінії струму великого зонда БК-7В, пунктирними – лінії струму малого (псевдобокового) зонда БК-7М.

Для зонда БК-7В струм І₀, що стікає з електрода А₀, розповсюджується на деяку відстань в радіальному напрямку перпендикулярно до вісі свердловини. Різниця потенціалів ΔU вимірюється між зовнішнім вимірювальним електродом N₁ та віддаленим електродом N.

Для зонда БК-7М внаслідок близького розташування від електрода А₀ електродів A^*₁ і A^*₂, що являються для цього зонда зворотними струмовими електродами В₁ і В₂, струм центрального електрода швидко розфокусується із віддаллю від стінки свердловини і замикається на електроди В₁, В₂, і тому вимірювана напруга залежить в основному від питомого опору присвердловинної частини пласта.

Стабільність струму забезпечується включенням в ланцюг центрального електрода А₀ значного баластного опору. Сила струму регулюється автокомпенсатором. Вимірювана різниця потенціалів ΔU передається на поверхню по двом телеметричним каналам частотної модуляції з несучими частотами 7.8 та 25.7 кГц і з кратністю між модулюючими сигналами в 25 разів для розширення діапазону вимірів.

Для калібрування телеметричних каналів на поверхню передаються так звані «нуль»- і «стандарт»-сигнали.

Комутація режимів роботи здійснюється шляхом короткочасного розриву ланцюга живлення свердловинного приладу і повторного ввімкнення через блок управління 5. На пульті 7 частотно модульовані сигнали вимірювальних каналів перетворюються у напругу постійного струму для запису каротажною станцією 8. Для живлення апаратури БКС-2 слугує уніфіковане джерело живлення 6.

Апаратура БКС-2 працює з любою каротажною станцією, що має уніфіковане джерело живлення (УДЖ-К або УВК-1) та вимірювальний пульт частотної модуляції (ВПЧМ), з одножильними каротажними кабелями довжиною до 5000 м. Масштаби глибин та запису є аналогічними апаратурі АБК-3.

Метод семиелектродного бокового каротажу в ряді районів являється єдиним для кількісного визначення досліджуваних пластів і в багатьох випадках дозволяє впевнено виділяти продуктивні колектори.

Питання для самоперевірки

1. Фізичні основи методів опору екранованого заземлення.
2. Чим відрізняються поняття «ефективного» і «позірного» опору?
3. Умови застосування БК.
4. Принцип вимірювань . Яким чином досягається фокусування електричного поля центрального електрода?
5. Назвіть основні характеристики зондів БК.
6. Модифікації та відмінності зондів БК?
7. Область застосування та задачі, що вирішуються за даними БК.

Рекомендована література

1. Дьяконов Д. И., Леонтьев Е. И., Кузнецов Г. С. Общий курс геофизических исследований скважин. – М.: «Недра», 1984.
2. Дахнов В. Н. Электрические и магнитные методы исследования скважин. – М.: Недра, 1981.
3. Итенберг С. С., Дахкильгов Т. Д. Геофизические исследования в скважинах. – М.: Недра, 1982.

БОКОВИЙ МІКРОКАРОТАЖ

Показання звичайних мікрозондів (МЗ) значною мірою залежать від наявності плівки промивальної рідини та глинистої кірки між башмаком мікрозонда і стінкою свердловини (особливо у випадку заповнення свердловини мінералізованою промивальною рідиною, Ом·м). У зв’язку із цим був розроблений метод мікрозондів ОЕЗ (або боковий мікрокаротаж, БМК), що передбачає виміри принципово іншими мікроустановками – екранованими мікрозондами з автоматичним фокусуванням струму.

В методі БМК з фокусуванням струму використовуються замкнені електроди кільцевої або прямокутної форми, що змонтовані на ізоляційному башмаку, який притискається притискним пристроєм до стінки свердловини. Фокусування струму центрального електрода базується на раніше розглянутих фізичних принципах методу ОЕЗ.

Метод БМК реалізований у декількох модифікаціях, що відрізняються кількістю електродів мікроустановок: дво-, три- і чотириелектродна модифікації (рис. 35). В таблиці 3 наведена узагальнена інформація про зонди бокового мікрокаротажу.

Таблиця 3