Лекция 7. Индукционный каротаж

Для изучения электрических свойств (проводимости, диэлектрической проницаемости) наряду с электрическим каротажем применяется электромагнитный каротаж, основанный на измерении электромагнитного поля. Из разновидностей электромагнитного каротажа широкое практическое значение имеют диэлектрический и особенно индукционный каротаж.

Индукционный каротаж (ИК) предназначен для изучения удельной проводимости (удельного сопротивления) горных пород, пересеченных скважиной. Он основан на измерении напряженности переменного магнитного поля вихревых токов, возбужденных в породах полем опущенного в скважину источника.

Наиболее простой зонд состоит из двух катушек: генераторной и приемной, расположенных соосно на расстоянии, равном длине зонда L. Генераторная катушка питается от генератора переменным током частоты несколько десятков килогерц.

Создаваемое этим током первичное переменное магнитное поле возбуждает в окружающих породах вихревые токи. Эти токи создают вторичное переменное поле. Первичное и вторичное магнитные поля индуцируют в приемной катушке э.д.с. первичного поля компенсируется, вторичное поле пропорционально проводимости среды.

,

где: g - электропроводимость пласта ,м/м, r_п – Ом м,E_в – В;

k_u – коэффициент индукционного зонда.

,

где: f и I₀ частота и амплитуда тока в генераторной катушке;

Sr и S_n площади витков генераторной и измерительной катушек;

n_г и n_n – число витков;

L длина зонда.

кажущаяся удельная электропроводность.

Зонды с фокусированными катушками называются фокусированными индукционными зондами. В каждом фокусированном зонде имеются главные катушки (генераторная и измерительная). Результаты измерений относят к середине.

Фокусирующие катушки могут располагаться внутри или снаружи зонда. Основные задачи внешней фокусировки – снижение влияния вмещающих пород, задачей внутренней фокусировки – снижение влияния скважины и ЗП.

Зонд ИК обозначают шифром, первая цифра – число катушек, вторая – длина зонда 6Ф1 – шесть катушек, L – 1 м.

Специальным зондом ИК является зонд индукционного каротажа поперечной проводимости. Катушки располагаются горизонтально. Предназначен для изучения анизотропных сред (пластов).

Для зонда с фокусирующими катушками сигнал равен алгебраической сумме сигналов всех возможных пар измерительных и генераторных катушек зонда.

В случае неоднородной среды, состоящей из отдельных областей А,В,…N с удельным электропроводностями -g_а,g_b,…g_n

g_к=g_аG_A+g_вG_B+…+g_nG_n,

G_A,G_B,…G_n – геометрические факторы отдельных областей.

Для пласта конечной мощности с учетом влияния скважины, зоны проникновения.

g_к=g_сG_c+g_зпGзп+g_nG_n+g_BMG_BM или

Таким образом, показания ИК являются суммой показаний от отдельных областей среды.

Зависимость геометрического фактора G бесконечного по длине цилиндра от его радиуса называется радиальной характеристикой зонда ИК.

Радиальные характеристики зондов индукционного каротажа. Пользуясь радиальными характеристиками ИК- зондов можно определить геометрический фактор скважины, ЗП и неизменной части пласта неограниченной мощности и затем для известного g_к.

Зависимость геометрического фактора G от мощности пласта h называется вертикальной характеристикой ИК- зонда.

По вертикальной характеристике можно оценить влияние вмещающих пород ИК- зонда, когда середина зонда расположена против середины пласта.

Зонды ИК обладают (см. прошлую лекцию) большим радиусом исследования в случае повышающего проникновения фильтрата ПЖ.

При понижающем проникновении они уступают градиент – зондам большой и средней длины.

ИК применяют при исследовании проводящих жидкостей (на нефтяной основе), при бурении с продуктивным воздухом или газом, в сухих скважинах.

Кривые симметричны относительно середины пласта для зонда 6Ф1.

Форма кривых g_к для других зондов ИК (8И1,4; 4И1; 4Ф1) несимметричны относительно середины пласта, т.к. точка записи не совпадает с серединой пласта.

В пластах высокого сопротивления значение g_к заметно отличается от значения соответствующему пласту неограниченной мощности.

Основной задачей, решаемой при обработке данных ИК, является определение удельного сопротивления пластов.

Обработку производят в следующем порядке: выделение и отбивка границ пластов, отсчет существенных значений g_к, определениеr_п спомощью палеток ИК. Граница – половина высоты аномалии.

Существенное значение g_к против пласта отсчитывают в интервале, уменьшенном на половину длины зонда со стороны кровли и подошвы пласта. При g_к<10 мСм/м для ИК (кроме ВИК-1) g_к не отсчитывается.

Интерпретация данных ИК производится по палеткам ИК аналогично с ЭК.

r_вм=1 Ом м

Шифр кривых -r_к^¥ в Ом м.

Палетка для исправления показаний зонда 6Ф1 за влияние конечной мощности.

Диэлектрический каротаж.

Диэлектрический каротаж (ДК) предназначен для изучения диэлектрической проницаемости горных пород в разрезе скважин и основан на измерении характеристик высокочастотного магнитного поля, возбуждаемого зондом ДК.

Горные породы относятся к веществам, которые поляризуются. Поляризация является причиной возникновения дополнительного поля, складывающегося с первичным полем Е₀.

Напряженность поля Е в веществе при наличии поляризации отличается от напряженности Е₀ первичного поля

, где x – безразмерный параметр, определяющий электрическую поляризуемость среды, называется диэлектрической восприимчивостью.

Диэлектрические свойства вещества характеризуются абсолютной диэлектрической проницаемостью.

e_а=e₀(1+4px), где e₀ – диэлектрическая постоянная, представляющую диэлектрическую проницаемость вакуума и являющаяся относительной единицей измерений.

e=e_а/e₀ – относительная диэлектрическая проницаемость.

Для основных породообразующих минералов e составляет 4-7. Для воды – 88., очень сильно зависит от температуры. С увеличением t от 273° до 373°К e_в уменьшается с 88 до 55. e_нефти изменяется от 2 до 3, у газа – близка к 1.

Диэлектрическая проницаемость горной породы определяется объемным содержанием и поляризуемостью минералов и пластовых флюидов (воды, нефти, газа), участвующих в строении породы.

Для нефтегазонасыщенных пород она изменяется от 4 до 12.

В чистых нефтегазонасыщенных породах (коллекторов) определяется в основном содержанием остаточной воды

e=(1-k_п) e_ск+(k_вe_в+k_нe_н)k_п, где k_п, k_в, k_н – соответственно коэффициенты пористости, водонасыщенности, нефтенасыщенности, e_ск, e_в, e_н – диэлектрические проницаемости минерального скелета, воды и нефти.

Значительной диэлектрической проницаемостью обладают глины и аргиллиты (от 30 до 60).

Водонасыщенные известняки обладают более высоким e по сравнению с водонасыщенными песчаниками.

На рис.50 (блок – схема аппаратуры АДК-1) генератор имеет f=43 МГц. Измеряют cosa. L=85¸87 см.